**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Turbo-générateur caractérisé en ce que l'inertie de l'en
semble de la masse tournante du turbo-générateur est composée
d'une partie constante, constituée par la masse de la turbine et
du générateur, et d'une autre partie variable, constituée par une
masse à inertie variable.
2. Turbo-générateur selon la revendication 1, caractérisé en
ce que la masse à inertie variable est constituée d'une masse
volante (40, 50) disposée à une distance variable autour de
l'arbre (2) du turbo-générateur, de façon que la partie de
l'inertie variable varie avec la variation de la vitesse du turbo
générateur, pour maintenir la vitesse normale du turbo-généra
teur.
3. Turbo-générateur selon la revendication 2, caractérisé en
ce que la masse volante (40, 50) est fixée à un bras (41, 51) qui
est attaché d'une façon amovible pivotable dans la direction
radiale à l'arbre (2) du turbo-générateur et est reliée par un
deuxième bras (43) égalisateur, à un guide (44) glissant sur cet
arbre.
4. Turbo-générateur selon la revendication 3, caractérisé en
ce que le bras fixe (51) est télescopique et que la masse volante
(50) est raccordée par un ressort réglable (55) à l'arbre (2) du
turbo-générateur.
5. Turbo-générateur selon une des revendications 2 à 4,
caractérisé en ce qu'il y a plusieurs masses volantes (40, 50)
réparties en équilibre autour de l'arbre du turbo-générateur.
6. Turbo-générateur selon la revendication 2, caractérisé en
ce que la masse volante est un liquide ou une émulsion (60).
7. Turbo-générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le liquide ou l'émulsion (60) est contenu dans un récipient (66) possédant des palettes à son intérieur.
8. Turbo-générateur selon une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'arbre sur lequel est monté la masse volante est raccordé par une transmission à l'arbre du turbogénérateur de façon que la vitesse de la masse puisse être égale ou différente de la vitesse du turbo-générateur.
9. Turbo-générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la transmission est agencée de façon à varier le rapport de la vitesse de la masse à la vitesse du turbo-générateur, en proportion avec la variation de la vitesse du turbo-générateur.
10. Turbo-générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'inertie variable est constituée d'une ou plusieurs masses fixes tournant sur un arbre raccordé par une transmission à l'arbre du turbo-générateur, cette transmission variant le rapport de la vitesse de la masse à la vitesse du turbogénérateur en fonction de la variation de la vitesse du turbogénérateur, pour maintenir la vitesse normale du turbo-générateur.
Le régime de fonctionnement d'un turbo-générateur d'inertie constante est souvent dérangé par la variation brusque de la charge dans le réseau électrique. En régime de fonctionnement normal, le couple moteur agissant sur la turbine 1 (fig. 1) est en équilibre avec le couple résistant du générateur 3 de façon que la vitesse du turbo-générateur est constante. En cas de perte de charge, suivant une baisse de demande dans le réseau électrique, le couple résistant devient plus petit que le couple moteur, ce qui fait que la masse tournante s'emballe à une grande vitesse mettant en danger l'installation et aussi les appareils branchés sur le réseau électrique. Il est donc désirable de voir la vitesse remise au normal le plus rapidement possible, ou le turbogénérateur arrêté, en réduisant l'alimentation d'énergie à la turbine.
Dans les centrales hydro-électriques le temps d'arrêt est spécifié pour éviter le danger du phénomène du coup de bélier; quand même certaines précautions sont faites dans la construction et l'équipement pour résister à ce phénomène, ce qui rend l'installation aussi coûteuse.
En cas de surcharge, suivant une hausse de demande dans le
réseau électrique, le couple résistant devient plus grand que le
couple moteur, ce qui fait que la vitesse du turbo-générateur
diminue sensiblement. Pour restituer la vitesse normale, l'ali
mentation d'énergie à la turbine est augmentée,mais si la vitesse
n'est pas restituée dans un certain temps, la surcharge est rejetée
momentanément par action des relais de protection jusqu'à ce
que la vitesse normale est remise, et puis la surcharge est admise
au fur et à mesure que l'alimentation d'énergie à la turbine est augmentée. Dans les centrales thermiques ce phénomène est
très important, car plus la durée de remise de la vitesse normale
est longue, plus la perte en vie utile de l'équipement est grande.
L'équipement est soumis à des vibrations dangereuses pendant
ces manoeuvres. Il est à noter que le couple moteur peut aussi
varier, créant les mêmes situtations provoquées par la variation
du couple résistant.
On remarque que dans tous les cas le rendement de la
turbine est réduit puisque sa vitesse n'est plus celle du régime
normal, et comme on essaie de rétablir la vitesse en agissant sur
le système d'alimentation, les caractéristiques hydrauliques de la
turbine sont aussi modifiées, ce qui engendre des instabilités de
fonctionnement, sommées à la réduction du rendement, rend le
réglage de la vitesse aussi compliqué que difficile.
Actuellement, pour faciliter le réglage de la vitesse, la
tendance est de doter les turbo-générateur d'une inertie cons
tante aussi grande que possible. Il est évident que l'installation
et l'équipement deviennent plus coûteux, mais dans ces condi
tions, c'est le seul moyen d'atténuer la vitesse en cas de perte de
charge, ou bien d'aider à rétablir la vitesse normale en cas de
surcharge. Quand même, si la surcharge est aussi grande qu'elle
doit être rejetée, le délai disponible est de quelques secondes, ce
qui rend cette opération aussi critique.
Pour assainir ces défaillances d'opération, l'invention pro
pose que l'inertie de l'ensemble de la masse tournante du turbo
générateur est composée d'une partie constante constituée par
la masse de la turbine et du générateur et d'une autre partie
variable, constituée par une masse à inertie variable. La partie
d'inertie variable peut être fournie par une masse d'une certaine
caractéristique tel qu'elle varie automatiquement son inertie en
proportion avec la variation de la vitesse de l'ensemble de la
masse tournante du turbo-générateur.
Le calcul de l'inertie variable peut être fait en tenant com
pote de deux cas extrêmes, l'un est le cas de surcharge maximum
lorsque la partie de l'inertie variable devient minimum, et
l'autre est le cas de perte totale de charge lorsque la partie de
l'inertie variable atteint son maximum. La valeur de cette inertie
variable, dans l'intervalle de la variation de la charge, varie
automatiquement en proportion avec la variation de la vitesse
de l'ensemble de la masse tournante, de façon à maintenir la
vitesse normale du turbo-générateur.
L'avantage de cet arrangement c'est qu'il permet de varier
automatiquement l'inertie du turbo-générateur proportionnel
lement à la variation des couples résistants ou moteur, tel que la vitesse normale du turbo-générateur est maintenue sans avoir
nécessité d'agir sur le système d'alimentation ou rejeter la
surcharge, évitant ainsi les manoeuvres dangereuses de réglage
de vitesse. D'autre part, le turbo-générateur se trouve toujours
en régime de vitesse normale et les caractéristiques hydrauliques
de la turbine sont les mêmes qu'en régime normal, ce qui signifie
que la turbine est toujours en régime de rendement maximum.
Un autre avantage de cet arrangement est que la partie cons
tante de l'inertie peut être réduite au minimum nécessaire au
fonctionnement mécanique et électrique de l'équipement, ré
duisant ainsi la masse de la turbine et plus spécialement du
générateur, ce qui signifie une économie considérable dans le
coût de l'équipement et de l'installation.
Le dessin montre, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exé
cution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique d'un turbo-générateur
connu;
La fig. 2 est une vue schématique d'un turbo-générateur selon l'invention;
La fig. 3 est une vue schématique d'une variante d'un turbogénérateur selon l'invention;
La fig. 4 est une forme d'exécution avec masse volante;
La fig. 5 montre une variante d'un détail de la forme d'exécution selon la fig. 4;
La fig. 6 est une vue d'une deuxième forme d'exécution avec masse volante et
La fig. 7 est une vue d'une troisième forme d'exécution.
Le turbo-générateur selon la fig. 2 consiste en une turbine 1 qui a un couple moteur, cette turbine est reliée par l'arbre 2 au générateur 3 qui provoque un couple résistant.
Sur l'arbre 2 du turbo-générateur selon la fig. 2 est monté en série une masse 4 d'inertie variable. Sur l'arbre 2 du turbogénérateur selon la fig. 3 est monté en parallèle une masse 5 d'inertie variable, c'est-à-dire que cette masse est montée sur un arbre parallèle à l'arbre 2 et est reliée par une transmission 6 à l'arbre 2.
Les fig. 4 à 7 montrent en détail différentes dispositions de turbo-générateur ayant une inertie variable.
Selon la fig. 4 il y a deux ou plusieurs masses volantes 40 fixée chacune sur un bras 41 lequel est monté de manière amovible sur un guide fixe 42. Le bras 41 avec la masse 40 s'écarte de l'arbre 2 sous l'acition de la force centrifuge de l'arbre 2 en rotation, variant ainsi l'inertie de la masse. La variation de l'inertie de la masse est en fonction de la variation de la vitesse du turbo-générateur.
Pour aussurer un écartement de la masse volante 40 en direction radiale à l'arbre 2, chaque masse 40 est reliée par l'intermédiaire d'un deuxième bras égalisateur 43 à un guide libre 44. L'attachement des masses par deux bras 41,43 et un guide fixe 42 et un guide libre 44 assure que les masses 40 sont équidistantes de l'arbre 2 et que toute excentricité est éliminée, c'est-à-dire les masses volantes 40 sont réparties en équilibre autour de l'arbre du turbo-générateur.
Dans la fig. 5 le bras 41 de la masse volante selon la fig. 4 est remplacé par un bras 51 télescopique, lequel bras est muni d'un ressort réglable 55 et relie la masse volante 50 au guide fixe 52 de l'arbre du turbo-générateur.
La deuxième forme d'exécution selon la fig. 6 est constitué d'une masse liquide ou une émulsion liquide 60 contenue dans un récipient 66 de forme conique dont la base 67 est élargie et de forme cylindrique. Les parois de ce récipient sont rectilignes ou courbées de façon convexe ou concave vers l'axe du récipient. Celui-ci contient à son intérieur des palettes fixes ou mobiles de façon à aider le fluide à tourner ou s'arrêter le plus rapidement possible. Le récipient est monté dans une position verticale de façon que son sommet est vers le bas, et sa base est vers le haut.
Le fonctionnement se résume en ce que, quand le turbo-générateur est en arrêt, la masse liquide est contenue au bas de la partie conique où la valeur de l'inertie est au minimum, et quand la vitesse augmente, la masse liquide - sous l'action de la force centrifuge - s'écarte de l'axe du récipient et se déplace vers la paroi conique, puis vers les parois cylindriques de la base où la valeur de l'inertie est au maximum. La variation de l'inertie de la masse est en fonction de la variation de la vitesse du turbo-générateur.
La troisième forme de'exécution selon la fig. 7 est constituée d'une ou plusieurs masses fixes 70 tournant sur un axe raccordé à l'arbre 2 du turbo-générateur par une transmission 79. Cette transmission varie le rapport de la vitesse des masses à la vitesse du turbo-générateur, en proportion avec la variation de la vitesse du turbo-générateur. Comme l'inertie de ces masses fixes est une fonction directe du carré du rapport de la vitesse de ces masses à celle du turbo-générateur, il est donc possible de varier l'inertie entre un minimum et un maximum. La puissance transmise par la transmission correspond seulement à la variation de puissance relative à la variation de l'inertie, de façon à rendre cette transmission relativement économique.
Les deux premiers exemples des masses peuvent être montés en série avec l'arbre 2 du turbo-générateur ou selon la fig. 3 raccordés par une transmission 6 de façon que leurs vitesses soient égales ou différentes du turbo-générateur. Aussi peut-on faire usage de la même transmission selon la fig. 7.
Le fonctionnement pratique des turbo-générateurs décrits varie selon les situations.
Quand l'inertie de la partie variable varie de façon qu'elle devienne minimum en régime de surcharge maximum du turbogénérateur, l'inertie de l'ensemble de la masse tournante devient égale à la partie de l'inertie constante plus le minimum de la partie de l'inertie variable.
Quand la partie de l'inertie variable varie de façon qu'elle atteigne sa valeur maximum en régime de perte totale de charge, l'inertie de l'ensemble de la masse tournante devient égale à la partie de l'inertie constante plus le maximum de la partie de l'inertie variable.
Dans l'intervalle entre le régime de surcharge maximum et le régime de perte totale de charge, la partie de l'inertie variable varie en proportion avec la variation de la vitesse de l'ensemble de la masse tournante de façon à maintenir la vitesse normale du turbo-générateur.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Turbo-generator characterized in that the inertia of the in
seems the rotating mass of the turbo generator is made up
a constant part, consisting of the mass of the turbine and
of the generator, and of another variable part, constituted by a
mass with variable inertia.
2. Turbo-generator according to claim 1, characterized in
that the mass with variable inertia consists of a mass
flying (40, 50) arranged at a variable distance around
the shaft (2) of the turbo-generator, so that the part of
the variable inertia varies with the variation of the turbo speed
generator, to maintain the normal speed of the turbo-generator
tor.
3. Turbo generator according to claim 2, characterized in
that the flying mass (40, 50) is fixed to an arm (41, 51) which
is detachably attached rotatable in the direction
radial to the shaft (2) of the turbo-generator and is connected by a
second equalizing arm (43), to a guide (44) sliding on this
tree.
4. Turbo-generator according to claim 3, characterized in
that the fixed arm (51) is telescopic and that the flying mass
(50) is connected by an adjustable spring (55) to the shaft (2) of the
turbo generator.
5. Turbo generator according to one of claims 2 to 4,
characterized in that there are several flying masses (40, 50)
distributed in balance around the turbo-generator shaft.
6. Turbo-generator according to claim 2, characterized in
that the flying mass is a liquid or an emulsion (60).
7. Turbo generator according to claim 6, characterized in that the liquid or the emulsion (60) is contained in a container (66) having pallets inside.
8. Turbo-generator according to one of claims 2 to 7, characterized in that the shaft on which the flywheel is mounted is connected by a transmission to the shaft of the turbogenerator so that the speed of the mass can be equal or different from the speed of the turbo generator.
9. Turbo-generator according to claim 8, characterized in that the transmission is arranged so as to vary the ratio of the speed of the mass to the speed of the turbo-generator, in proportion to the variation of the speed of the turbo-generator .
10. Turbo-generator according to claim 1, characterized in that the part of the variable inertia consists of one or more fixed masses rotating on a shaft connected by a transmission to the shaft of the turbo-generator, this transmission varying the ratio of the speed of the mass to the speed of the turbogenerator as a function of the variation of the speed of the turbogenerator, to maintain the normal speed of the turbo-generator.
The operating regime of a constant inertia turbo generator is often disturbed by the sudden variation of the load in the electrical network. In normal operating conditions, the engine torque acting on the turbine 1 (fig. 1) is in equilibrium with the resistive torque of the generator 3 so that the speed of the turbo-generator is constant. In the event of a pressure drop, following a drop in demand in the electrical network, the resistive torque becomes smaller than the engine torque, which causes the rotating mass to run at high speed, endangering the installation and also devices connected to the electrical network. It is therefore desirable to see the speed returned to normal as quickly as possible, or the turbogenerator stopped, by reducing the power supply to the turbine.
In hydroelectric power stations the stopping time is specified to avoid the danger of the phenomenon of water hammer; however, certain precautions are taken in construction and equipment to resist this phenomenon, which makes installation also expensive.
In case of overload, following an increase in demand in the
electrical network, the resistive torque becomes greater than the
engine torque, which means that the speed of the turbo-generator
decreases significantly. To restore normal speed, the ali
ment of energy to the turbine is increased, but if the speed
is not returned in a certain time, the overload is rejected
momentarily by action of protection relays until
that normal speed is reset, and then overload is allowed
as the power supply to the turbine is increased. In thermal power plants this phenomenon is
very important, because the longer the return time to normal speed
is long, the greater the loss of useful life of the equipment.
The equipment is subjected to dangerous vibrations during
these maneuvers. It should be noted that the engine torque can also
vary, creating the same situations caused by variation
of the resistant couple.
We note that in all cases the yield of the
turbine is reduced since its speed is no longer that of the speed
normal, and as we try to restore speed by acting on
the fuel system, the hydraulic characteristics of the
turbine are also modified, which creates instabilities of
operation, summed up with the reduction of the yield, makes the
speed control as complicated as difficult.
Currently, to facilitate speed adjustment, the
trend is to equip turbo-generators with inertia cons
aunt as tall as possible. It is obvious that the installation
and equipment become more expensive, but under these conditions
this is the only way to slow down the speed in case of loss of
charge, or to help restore normal speed in the event of
overload. However, if the overload is as large as it
must be rejected, the time available is a few seconds, this
which makes this operation so critical.
To clean up these operational failures, the invention pro
poses that the inertia of the entire rotating mass of the turbo
generator is composed of a constant part constituted by
the mass of the turbine and generator and another part
variable, constituted by a mass with variable inertia. The part
of variable inertia can be provided by a mass of a certain
characteristic such that it automatically varies its inertia in
proportion with the variation in speed of the whole
rotating mass of the turbo-generator.
The calculation of variable inertia can be done taking com
with two extreme cases, one is the case of maximum overload
when the part of the variable inertia becomes minimum, and
the other is the case of total pressure drop when the part of
variable inertia reaches its maximum. The value of this inertia
variable, in the range of the load variation, varies
automatically in proportion to the speed variation
of the entire rotating mass, so as to maintain the
normal speed of the turbo-generator.
The advantage of this arrangement is that it allows you to vary
automatically the inertia of the proportional turbo generator
due to the variation in resistive or motor torques, such that the normal speed of the turbo-generator is maintained without
need to act on the power system or reject the
overload, thus avoiding dangerous adjustment maneuvers
of speed. On the other hand, the turbo generator is always
in normal speed and hydraulic characteristics
of the turbine are the same as in normal operation, which means
that the turbine is still operating at maximum efficiency.
Another advantage of this arrangement is that the cons
aunt of inertia can be reduced to the minimum necessary to
mechanical and electrical operation of the equipment, re
thus reducing the mass of the turbine and more specifically of the
generator, which means considerable savings in the
cost of equipment and installation.
The drawing shows, by way of example, several forms of exercise.
cution of the object of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of a turbo-generator
known;
Fig. 2 is a schematic view of a turbo generator according to the invention;
Fig. 3 is a schematic view of a variant of a turbogenerator according to the invention;
Fig. 4 is an embodiment with flying mass;
Fig. 5 shows a variant of a detail of the embodiment according to FIG. 4;
Fig. 6 is a view of a second embodiment with flying mass and
Fig. 7 is a view of a third embodiment.
The turbo generator according to fig. 2 consists of a turbine 1 which has an engine torque, this turbine is connected by the shaft 2 to the generator 3 which causes a resistant torque.
On the shaft 2 of the turbo-generator according to fig. 2 is mounted in series a mass 4 of variable inertia. On the shaft 2 of the turbogenerator according to fig. 3 is mounted in parallel a mass 5 of variable inertia, that is to say that this mass is mounted on a shaft parallel to the shaft 2 and is connected by a transmission 6 to the shaft 2.
Figs. 4 to 7 show in detail different arrangements of a turbo generator with variable inertia.
According to fig. 4 there are two or more flying masses 40 each fixed on an arm 41 which is removably mounted on a fixed guide 42. The arm 41 with the mass 40 moves away from the shaft 2 under the force of force centrifugal of the rotating shaft 2, thus varying the inertia of the mass. The variation of the mass inertia is a function of the variation of the speed of the turbo-generator.
To also ensure a spacing of the flying mass 40 in the radial direction to the shaft 2, each mass 40 is connected via a second equalizing arm 43 to a free guide 44. The attachment of the masses by two arms 41, 43 and a fixed guide 42 and a free guide 44 ensures that the masses 40 are equidistant from the shaft 2 and that any eccentricity is eliminated, that is to say the flying masses 40 are distributed in equilibrium around the shaft of the turbo generator.
In fig. 5 the arm 41 of the flying mass according to FIG. 4 is replaced by a telescopic arm 51, which arm is provided with an adjustable spring 55 and connects the flying mass 50 to the fixed guide 52 of the turbo-generator shaft.
The second embodiment according to FIG. 6 consists of a liquid mass or a liquid emulsion 60 contained in a container 66 of conical shape whose base 67 is enlarged and of cylindrical shape. The walls of this container are straight or curved convex or concave towards the axis of the container. It contains fixed or mobile pallets inside to help the fluid turn or stop as quickly as possible. The container is mounted in an upright position so that its top is down, and its base is up.
The operation is summarized in that, when the turbo-generator is stopped, the liquid mass is contained at the bottom of the conical part where the value of inertia is at a minimum, and when the speed increases, the liquid mass - under the action of centrifugal force - moves away from the axis of the container and moves towards the conical wall, then towards the cylindrical walls of the base where the value of inertia is at its maximum. The variation of the mass inertia is a function of the variation of the speed of the turbo-generator.
The third embodiment according to fig. 7 consists of one or more fixed masses 70 rotating on an axis connected to the shaft 2 of the turbo-generator by a transmission 79. This transmission varies the ratio of the speed of the masses to the speed of the turbo-generator, in proportion with the variation of the speed of the turbo-generator. As the inertia of these fixed masses is a direct function of the square of the ratio of the speed of these masses to that of the turbo-generator, it is therefore possible to vary the inertia between a minimum and a maximum. The power transmitted by the transmission corresponds only to the variation of power relative to the variation of the inertia, so as to make this transmission relatively economical.
The first two examples of the masses can be mounted in series with the shaft 2 of the turbo-generator or according to FIG. 3 connected by a transmission 6 so that their speeds are equal or different from the turbo-generator. So we can use the same transmission according to fig. 7.
The practical operation of the turbo-generators described varies depending on the situation.
When the inertia of the variable part varies so that it becomes minimum under the maximum overload regime of the turbogenerator, the inertia of the entire rotating mass becomes equal to the part of the constant inertia plus the minimum of the part of the variable inertia.
When the part of the variable inertia varies so that it reaches its maximum value under a total pressure drop regime, the inertia of the whole rotating mass becomes equal to the part of constant inertia plus the maximum of the part of the variable inertia.
In the interval between the maximum overload regime and the total pressure drop regime, the part of the variable inertia varies in proportion with the variation of the speed of the whole rotating mass so as to maintain the normal speed. of the turbo generator.