EP1473438A2 - Turbine à vapeur comportant un module haute pression à un seul étage d'ailettes - Google Patents

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EP1473438A2
EP1473438A2 EP04290986A EP04290986A EP1473438A2 EP 1473438 A2 EP1473438 A2 EP 1473438A2 EP 04290986 A EP04290986 A EP 04290986A EP 04290986 A EP04290986 A EP 04290986A EP 1473438 A2 EP1473438 A2 EP 1473438A2
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EP
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high pressure
pressure module
steam turbine
module
shaft
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Alain Hassan
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/04—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/323—Arrangement of components according to their shape convergent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/324—Arrangement of components according to their shape divergent

Definitions

  • the present invention relates to steam turbines and more particularly turbines comprising a high body or module pressure and a low pressure body or module.
  • the high pressure module has a rotor of five to ten stages approximately with as many rows of fixed fins and movable fins.
  • This type of high pressure module is complex to produce and go up, so its price is important.
  • the object of the invention is to provide a high pressure module with both simple to make and to assemble while having a low cost.
  • the steam turbine according to the invention comprises a high module pressure with a single stage of fins, a low module pressure, a speed reducer and an alternator, it is characterized in that the high pressure module has a nozzle piece.
  • This single-stage high pressure module provides the same function as the multi-stage high pressure module with a fin design different from that of multi-stage turbines and its realization is easier and less expensive.
  • the pressure ratio between the input and the output can be for example from 3 to 20.
  • each module includes a rotor and that the rotor of the high pressure module and that of the low module pressure are driven by the speed reducer.
  • the fixed fins or the nozzles of the high pressure module have a profile with channels convergent then divergent form from the inlet to the outlet.
  • This profile fixed fins also called distributors, is calculated so known from the theory of supersonic flows.
  • the movable fins have a profile such that it limits the detachments and the losses along the canals, this profile is determined by calculations complex in three dimensions and using the equations of aerodynamics.
  • the high pressure module has a nozzle of divergent convergent shape. This form is characteristic of super sonic flows since the equations of aerodynamics applied to supersonic flows show the need to have channels whose section evolves in converging then diverging.
  • the high pressure module comprises a movable wheel secured to a shaft and supporting the blades, the whole being in one piece. That is to say that the fins are machined in the same room as the tree. The realization of a single piece of this together simplifies both its realization and its assembly.
  • the tree is coupled with a speed reducer.
  • the speed reducer has three axes, two high speed axes for each of the high and low pressure modules and a low speed axis for the alternator.
  • the upper module tree pressure is connected to one of the axes of the reducer.
  • the tree is directly connected to the reducer.
  • the coupling between the shaft and the reduction gear is ensured by an intermediate component, here the shaft is directly coupled to the reducer.
  • the high pressure module has a single steam control valve, resulting in simplification of the device.
  • the high pressure module has an independent landing. This independent bearing placed in the turbine module near the gearbox.
  • Turbine 1 of the prior art as seen in the figure 1 includes two modules, a high pressure module 2, a module low pressure 3, a reducing valve 4 and an alternator 5.
  • the steam enters by an intake unit comprising a stop valve 6 and four adjustment valves 7.
  • module 2 is connected to the reducer 4 by a flexible coupling.
  • the turbine 1 according to the invention has the same elements as the state of the art with the exception of the high pressure module 2, the size is greatly reduced (see Figure 2).
  • the spiral shape of the intake volute 22 makes it possible to generate at the entrance of the supersonic distributor a homogeneous flow whatever the azimuth.
  • the supersonic nozzle can be multi-channel. Steam can then enter the module through a multitude of openings.
  • the steam flow is adjusted by a valve setting 8.
  • the steam flow can be stopped by a stop valve 9.

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Abstract

La turbine à vapeur (1), comporte un corps haute pression (2) et un corps basse pression (3), un réducteur de vitesses (4) et un alternateur (5). La turbine est caractérisée en ce que le corps haute pression (2) comporte un seul étage d'ailettes (20). Cet étage assure la même fonction que le corps haute pression multi-étages avec une conception d'ailettes différente de celle des turbines multi-étagées. De plus, le corps haute pression (2) comporte aussi une tuyère monobloc. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne les turbines à vapeur et plus particulièrement les turbines comprenant un corps ou module haute pression et un corps ou module basse pression.
Le module haute pression comporte un rotor de cinq à dix étages environ avec autant de rangées d'ailettes fixes et d'ailettes mobiles.
Ce type de module haute pression est complexe à réaliser et à monter, donc son prix est important.
L'objet de l'invention est de proposer un module haute pression à la fois simple à réaliser et à monter tout en ayant un coût faible.
La turbine à vapeur selon l'invention, comporte un module haute pression comportant un seul étage d'ailettes, un module basse pression, un réducteur de vitesses et un alternateur, elle est caractérisée en ce que le module haute pression comporte une tuyère monobloc. Ce module haute pression à un seul étage assure la même fonction que le module haute pression multi étages avec une conception d'ailettes différente de celle des turbines multi étagées et sa réalisation est plus aisée et moins coûteuse. Le rapport de pression entre l'entrée et la sortie peut être par exemple de 3 à 20.
Selon une autre caractéristique, chaque module comprend un rotor et que le rotor du module haute pression et celui du module basse pression sont entraínés par le réducteur de vitesses.
Selon une caractéristique particulière, les ailettes fixes ou les tuyères du module haute pression ont un profil comportant des canaux à forme convergente puis divergente de l'entrée vers la sortie. Ce profil des ailettes fixes, aussi appelées distributeurs, est calculé de façon connue à partir de la théorie sur les écoulements supersoniques. Les ailettes mobiles ont un profil tel qu'il limite les décollements et les pertes le long des canaux, ce profil est déterminé par des calculs complexes en trois dimensions et utilisant les équations de l'aérodynamique.
Selon une caractéristique particulière, le module haute pression comporte une tuyère de forme convergent divergent. Cette forme est caractéristique des écoulements super soniques puisque les équations de l'aérodynamique appliquées aux écoulements supersoniques montrent la nécessité d'avoir des canaux dont la section évolue en convergeant puis en divergeant.
Selon une autre caractéristique, le module haute pression comporte une roue mobile solidaire d'un arbre et supportant les aubes, l'ensemble étant monobloc. C'est à dire que les ailettes sont usinées dans la même pièce que l'arbre. La réalisation d'une seule pièce de cet ensemble simplifie à la fois sa réalisation et son montage.
Selon une caractéristique complémentaire, l'arbre est couplé avec un réducteur de vitesse. Le réducteur de vitesse a trois axes, deux axes grande vitesse pour chacun des module haute et basse pression et un axe basse vitesse pour l'alternateur. L'arbre du module haute pression est relié à un des axes du réducteur.
Selon une caractéristique particulière, l'arbre est directement relié au réducteur. Habituellement l'accouplement entre l'arbre et le réducteur est assuré par un composant intermédiaire, ici l'arbre est directement couplé au réducteur. On gagne ainsi une pièce, ce qui permet une simplification et une diminution du coût de l'ensemble.
Selon une autre caractéristique, le module haute pression comporte une seule soupape de réglage de vapeur, d'où une simplification du dispositif.
Selon une autre caractéristique, le module haute pression comporte un palier indépendant. Ce palier indépendant placé dans le module de la turbine à proximité du réducteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue générale d'une turbine de l'état de la technique,
  • la figure 2 est une vue générale d'une turbine selon l'invention,
  • la figure 3 est une vue partielle en coupe du module haute pression selon l'invention.
La turbine 1 de l'état de la technique comme on le voit à la figure 1 comprend deux module, un module haute pression 2, un module basse pression 3, un réducteur 4 et un alternateur 5. La vapeur entre par un bloc d'admission comprenant une vanne d'arrêt 6 et quatre soupapes de réglage 7. Dans ce cas, le module 2 est relié au réducteur 4 par un accouplement flexible.
La turbine 1 selon l'invention comporte les mêmes éléments que l'état de la technique à l'exception du module haute pression 2 dont la taille est fortement réduite (cf. figure 2).
Quand on regarde en détail le module haute pression 2 sur la figure 3, on voit l'étage d'ailettes 20 unique sur l'arbre 21. Cet arbre 21 est maintenu par un palier 210 disposé du coté du réducteur 4 et relié directement à l'arbre 40 du réducteur 4 et en assure l'entraínement par un rotor (non représenté). Le réducteur 4 entraíne également le rotor (non représenté) du module basse pression3.
La vapeur entre dans le module haute pression 2 par une volute d'admission 22 qui dirige la vapeur sur l'ailette 20 et ressort par un diffuseur 23 qui diverge de l'entrée vers la sortie et permet de diminuer la vitesse de sortie de la vapeur.
La forme en spirale de la volute d'admission 22 permet de générer à l'entrée du distributeur supersonique un écoulement homogène quelque soit l'azimut.
La tuyère supersonique peut être multi-canaux. La vapeur peut alors entrer dans le module par une multitude d'ouvertures.
Le réglage du débit de vapeur est effectué par une soupape de réglage 8.
Le débit de vapeur peut être arrêté par une vanne d'arrêt 9.

Claims (10)

  1. Turbine à vapeur (1) comportant un module haute pression (2) comportant un seul étage d'ailettes (20), un module basse pression (3), un réducteur de vitesses (4) et un alternateur (5), caractérisée en ce que le module haute pression (2) comporte une tuyère monobloc.
  2. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque module comprend un rotor et que le rotor du module haute pression (2) et celui du module basse pression (3) sont entraínés par le réducteur de vitesses (4).
  3. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes fixes ou les tuyères du module haute pression ont un profil comportant des canaux à forme convergente puis divergente de l'entrée vers la sortie.
  4. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module haute pression (2) comporte une tuyère de forme convergent divergent.
  5. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la tuyère est mufti-canaux.
  6. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module haute pression (2) comporte une roue mobile solidaire d'un arbre (21) et supportant les ailettes (20), l'ensemble étant monobloc.
  7. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'arbre (21) est couplé avec un réducteur de vitesse (4).
  8. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre (21) est directement relié au réducteur (4).
  9. Turbine à vapeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module haute pression (2) comporte une seule soupape de réglage de vapeur (8).
  10. Turbine à vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module haute pression comporte un palier indépendant (210).
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