FR2924745A1 - Procedes et systemes de montage de carter d'echappement pour turbine - Google Patents

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Abstract

Carter d'échappement (100) utilisable avec une turbine. Le carter d'échappement (100) comprend un cône porteur (104) enveloppant sensiblement un rotor de la turbine, un guide (106) disposé radialement à l'extérieur par rapport au cône porteur, le guide et le cône porteur sont conçus pour canaliser un fluide issu de la turbine, et un capot de guidage (116) s'étend depuis le guide, le capot de guidage contribuant à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur du carter d'échappement.

Description

B08-3649FR 1 Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY PROCEDES ET SYSTEMES DE MONTAGE DE CARTER D'ECHAPPEMENT POUR TURBINE Invention de : DALSANIA Prakash MUNDRA Kamlesh Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 13 novembre 2007 sous le n° 11/939.137
2 PROCEDES ET SYSTEMES DE MONTAGE DE CARTER D'ECHAPPEMENT POUR TURBINE
La présente invention concerne de façon générale les turbines et, plus particulièrement, des carters d'échappement utilisés avec les turbines. Les sections à basse pression des turbines à vapeur selon la technique antérieure comprennent un carter/un diffuseur d'échappement installé en aval d'un dernier étage de la turbine. Le carter d'échappement permet une récupération de la pression statique de la vapeur et guide la vapeur depuis le dernier étage jusqu'à un condenseur. En particulier, la vapeur provenant du dernier étage est canalisée jusqu'au condenseur par l'intermédiaire du carter d'échappement. Souvent, la vapeur refoulée depuis le dernier étage a de forts gradients de tourbillonnement et d'écoulement dans la direction radiale. De plus, une partie de la vapeur rejoint directement le condenseur via une moitié inférieure du carter d'échappement et le reste de la vapeur passe par une moitié supérieure du carter d'échappement. Ordinairement, la vapeur passant par la moitié supérieure du carter d'échappement est amenée à tourner de 180°, d'une direction d'écoulement verticalement vers le haut à une direction vers le bas et jusque dans le condenseur. Le changement de direction d'écoulement de la vapeur risque de créer un puissant tourbillon en arrière d'un guide de vapeur dans la moitié supérieure du carter. Le tourbillon limite fortement une section effective d'écoulement entre le guide de vapeur et une paroi extérieure du carter. De ce fait, les pertes de flux sur le parcours de la vapeur sont aggravées, à tel point que la diffusion du flux dans la moitié supérieure du carter d'échappement est amoindrie. Dans ces conditions, les carters d'échappement de turbines à vapeur selon la technique antérieure risquent de réduire le rendement de la turbine.
Selon un premier aspect, il est proposé un procédé de montage d'un carter d'échappement pour turbine. Le procédé comprend la réalisation d'un cône porteur qui enveloppe sensiblement un rotor de la turbine, et la mise en place d'un guide radialement vers l'extérieur du cône porteur. Le guide et le cône porteur sont agencés pour canaliser le fluide issu de la turbine. Le procédé comprend aussi le déploiement d'un capot de guidage depuis le guide. Le capot de guidage est orienté de manière à contribuer à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur du carter d'échappement.
3 Selon un autre aspect, il est proposé un carter d'échappement pour turbine. Le carter d'échappement comprend un cône porteur enveloppant sensiblement un rotor de la turbine, et un guide disposé radialement vers l'extérieur par rapport au cône porteur. Le guide et le cône porteur sont agencés pour canaliser le fluide issu de la turbine. Le carter d'échappement comprend aussi un capot de guidage qui s'étend depuis le guide. Le capot de guidage est orienté de manière à contribuer à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur du carter d'échappement. Selon encore un autre aspect, il est proposé une turbine à vapeur. La turbine comprend un rotor ayant une pluralité d'étages. La turbine comprend également un carter d'échappement agencé pour canaliser la vapeur issue d'un dernier étage de la pluralité d'étages. Le carter d'échappement comporte un cône porteur enveloppant sensiblement le rotor, et un guide disposé radialement vers l'extérieur par rapport au cône porteur. Un capot de guidage s'étend depuis le guide. Le capot de guidage est orienté de manière à contribuer à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur du carter d'échappement.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique d'un exemple de turbine à vapeur à flux opposés ; la Fig. 2 est une vue en coupe en en perspective d'un exemple de carter d'échappement utilisable avec les sections basse pression de turbine représentées sur la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue schématique du carter d'échappement représenté sur la Fig. 2 monté au voisinage immédiat de la section basse pression de turbine représentée sur la Fig. 1 ; et la Fig. 4 est une vue schématique d'un écoulement de vapeur dans un carter d'échappement. En particulier, la Fig. 4(a) est une vue schématique d'un écoulement de vapeur dans un carter d'échappement dépourvu de capot de guidage, et la Fig. 4(b) est une vue schématique d'un écoulement de vapeur dans le carter d'échappement représenté sur la Fig. 2.
La présente invention propose un carter d'échappement pour turbine à vapeur. Le carter d'échappement est agencé pour canaliser de la vapeur depuis la
4 turbine jusqu'à un condenseur. Dans l'exemple de forme de réalisation, le carter d'échappement comprend un capot de guidage qui s'étend depuis un guide à l'intérieur du carter d'échappement. Le capot de guidage contribue à empêcher la création de tourbillons de vapeur à l'intérieur du carter d'échappement et contribue également à obtenir une section effective d'écoulement de vapeur la plus grande possible entre le guide et une paroi extérieure du carter d'échappement. Dans une forme de réalisation, le capot de guidage s'étend depuis une surface arrière du guide afin de contribuer à réduire une ampleur d'écoulement de vapeur sur la surface arrière.
Il faut souligner que bien que la présente invention soit décrite à propos de carters d'échappement utilisables avec une turbine à vapeur, un spécialiste ordinaire de la technique doit comprendre que la présente invention ne se limite pas à une utilisation avec des turbines à vapeur. En fait, la présente invention peut servir dans tout système qui canalise un fluide. En outre, pour des raisons de simplicité, la présente invention n'est décrite ici qu'à propos de carters d'échappement. Cependant, comme doit le comprendre un spécialiste ordinaire de la technique, la présente invention ne se limite pas à une utilisation avec des carters d'échappement ; en fait, la présente invention peut également servir avec tout dispositif qui canalise un fluide.
La Fig. 1 est une illustration schématique d'un exemple de turbine à vapeur 10 à flux opposés. La turbine 10 comporte une première et une seconde sections basse pression (BP) 12 et 14. Comme on le sait dans la technique, chaque section 12 et 14 de turbine comporte une pluralité d'étages de diaphragmes (non représentés sur la Fig. 1). Un arbre 16 de rotor s'étend à travers les sections 12 et 14. Chaque section BP 12 et 14 comporte un distributeur 18 et 20. Une coque ou enveloppe extérieure unique 22 est divisée dans un plan horizontal et de manière axiale en moitiés supérieure et inférieure respectivement 24 et 26 et couvre les deux sections BP 12 et 14. Une partie centrale 28 de la coque 22 comporte une entrée 30 de vapeur à basse pression. A l'intérieur de la coque ou enveloppe extérieure 22, les sections BP 12 et 14 sont disposées sur une seule portée supportée par des paliers lisses 32 et 34. Un diviseur 40 de flux s'étend entre les première et seconde sections 12 et 14 de turbine. Il faut souligner que bien que la Fig. 1 représente une turbine basse pression à flux opposés, comme le comprendra un spécialiste ordinaire de la technique, la présente invention ne se limite pas à une utilisation exclusivement avec des turbines basse pression et peut servir avec n'importe quelle turbine à flux opposés dont, mais de manière nullement limitative, des turbines moyenne pression (MP) et/ou des turbines haute pression (HP). De plus, la présente invention ne se limite pas à une utilisation exclusivement avec des turbines à flux opposés, mais en fait peut aussi servir aussi bien, par exemple, avec des turbines à vapeur à flux unique. 5 Pendant le fonctionnement, l'entrée 30 de vapeur à basse pression reçoit de la vapeur 50 à basse pression/température moyenne issue d'une source telle, mais de manière nullement limitative, qu'une turbine HP ou une turbine BP via un tuyau d'intercommunication (non représenté). La vapeur 50 est canalisée via l'entrée 30 à l'intérieur de laquelle le diviseur 40 de flux divise le flux de vapeur en deux branches de flux opposées 52 et 54. Plus particulièrement, dans l'exemple de forme de réalisation, la vapeur 50 est amenée à passer par les sections BP 12 et 14 dans lesquelles un travail est extrait de la vapeur pour faire tourner l'arbre 16 de rotor. La vapeur sort des sections BP 12 et 14 et est acheminée, par exemple, jusqu'à un condenseur.
La Fig. 2 est une vue en coupe en perspective d'un exemple de carter d'échappement 100 utilisable avec la section basse pression 12 de turbine. Bien que la Fig. 2 illustre l'utilisation du carter 100 avec la section basse pression 12 de turbine, comme doit le comprendre un spécialiste ordinaire de la technique, le carter d'échappement 100, le carter d'échappement 100 pourrait également servir avec la section basse turbine 14 de turbine. La Fig. 3 est une vue schématique du carter d'échappement 100 monté sur une partie de la section basse pression 12 de turbine. En particulier, le carter d'échappement 100 est monté au voisinage immédiat d'un dernier étage 102 de la section basse pression 12 de turbine. Dans l'exemple de forme de réalisation, le carter d'échappement 100 comprend un cône porteur 104, un guide 106 et une paroi extérieure 108. Le cône porteur 104 enveloppe sensiblement l'arbre 16 de rotor de la section basse pression 12 de turbine, et le guide 106 est disposé radialement à l'extérieur par rapport au cône porteur 104. Plus particulièrement, le guide 105 est monté sur une enveloppe 112 de la section basse pression 12 de turbine. Dans une autre forme de réalisation possible, le guide 106 est monté sur n'importe quelle partie de la section basse pression 12 de turbine. Dans encore une autre forme de réalisation, le guide 106 est monté sur une partie du carter 100. Dans l'exemple de forme de réalisation, le guide 106 et le cône porteur 104 canalisent de la vapeur depuis la section basse pression 12 de turbine via un conduit d'échappement 114 du carter d'échappement 100 jusqu'à un condenseur (non représenté) qui est monté en communication de fluide avec le
6 carter d'échappement 100. La paroi extérieure 108 englobe le carter d'échappement 100 et contribue à empêcher des fuites indésirables de vapeur depuis le carter d'échappement 100. Dans l'exemple de forme de réalisation, un capot de guidage 116 s'étend depuis un bord 118 du guide 106. Dans une autre forme de réalisation possible, le capot de guidage 116 s'étend depuis n'importe quelle partie du guide 106. Dans une forme de réalisation, le capot de guidage 116 s'étend partiellement le long du bord 118. Plus particulièrement, le carter d'échappement 100 comprend une moitié supérieure 120 et une moitié inférieure 122 et, dans une forme de réalisation, le capot de guidage 116 s'étend le long d'un bord 118 de la moitié supérieure 120. Dans une autre forme de réalisation possible, le capot de guidage 116 s'étend le long de n'importe quelle partie du bord 118. Par exemple, dans une forme de réalisation, le capot de guidage 116 s'étend le long d'un bord 118 de la moitié supérieure 120 et sur environ trente degrés jusqu'à la moitié inférieure 122 de part et d'autre du carter d'échappement 100. Dans encore une autre forme de réalisation possible, le capot de guidage s'étend entièrement le long du bord 118. Dans l'exemple de forme de réalisation, le capot de guidage 116 s'étend depuis le bord 118 vers la section basse pression 12 de turbine. Le guide 106 comporte une surface avant 124 et une surface arrière opposée 126 et, dans l'exemple de forme de réalisation, le capot de guidage 116 s'étend depuis la surface arrière 126 vers la section basse pression de turbine. De la sorte, dans l'exemple de forme de réalisation, le capot de guidage 116 est sensiblement arqué. Cependant, dans une autre forme de réalisation possible, le capot de guidage peut avoir n'importe quelle forme permettant au carter d'échappement 100 de fonctionner comme décrit ici.
Pendant le fonctionnement, le capot de guidage 116 contribue à contrarier la formation de tourbillons en arrière du guide 106 de vapeur. De la sorte, la diffusion d'un flux de vapeur entre le guide 106 et la paroi extérieure 108 du carter d'échappement est améliorée. La diffusion améliorée améliore de ce fait la récupération de pression statique à l'intérieur du carter d'échappement 100 et améliore un gradient uniforme de pression à une jonction du carter d'échappement 100 et d'un dernier étage de la turbine. La fig. 4 est une vue schématique d'un flux de vapeur 200 dans un carter d'échappement. En particulier, la fig. 4(a) est une vue schématique du flux de vapeur 200 dans un carter d'échappement dépourvu du capot de guidage 116 (représenté sur la Fig. 2). La fig. 4(b) est une vue schématique du flux de vapeur 200 dans le carter
7 d'échappement 100 pourvu du capot de guidage 116. Comme illustré sur la Fig. 4(b), le capot de guidage 116 contribue à limiter un flux auxiliaire de vapeur 102 à l'arrière du guide 106 et contribue à empêcher le flux auxiliaire de vapeur 202 de se mélanger au flux de vapeur 200. Empêcher les flux de vapeur 200 et 202 de se mélanger contribue à accroître une section efficace d'écoulement AI définie entre le guide 106 et la paroi extérieure 108. De la sorte, l'amélioration de la diffusion de flux entre le guide 106 et la paroi extérieure 108 est facilitée, ce qui améliore donc la récupération de pression statique à l'intérieur du carter d'échappement 100. De plus, l'écoulement à diffusion améliorée dans la moitié supérieure 120 du carter d'échappement 100 facilite la création d'un gradient de pression plus uniforme à une jonction du carter d'échappement 100 et du dernier étage 102 de la section basse pression 12 de turbine, ce qui améliore donc les performances de la section basse pression 12 de turbine. Dans une forme de réalisation, la présente invention contribue à améliorer la récupération de pression statique dans le carter d'échappement 100 et, de ce fait, améliore le débit ou la sortie de chaleur de la turbine basse pression 12. Dans l'exemple de forme de réalisation, l'assemblage du carter d'échappement 100 avec le capot de guidage 116 se fait au prix d'une augmentation relativement faible des coûts, en comparaison des coûts de montage du carter d'échappement 100 sans le capot de guidage 116. Cependant, l'installation du capot de guidage 115 contribue à accroître le rendement de la turbine, tout en réduisant les coûts associés au fonctionnement et/ou à l'entretien de la section basse pression 12 de turbine. Dans une forme de réalisation est proposé un procédé pour monter un carter d'échappement pour turbine. Le procédé comprend la réalisation d'un cône porteur qui enveloppe sensiblement un rotor de la turbine, et la mise en place d'un guide radialement vers l'extérieur par rapport au cône porteur. Le guide et le cône porteur sont agencés pour canaliser le fluide issu de la turbine. Le procédé comprend aussi le déploiement d'un capot de guidage depuis le guide. Le capot de guidage est orienté pour contribuer à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur du carter d'échappement. Dans l'exemple de forme de réalisation, le carter d'échappement est agencé pour canaliser de la vapeur depuis la turbine jusqu'à un condenseur. Dans l'exemple de forme de réalisation, le procédé comprend le déploiement d'un capot de guidage arqué depuis le guide. Dans une forme de réalisation, le capot de guidage s'étend le long du guide à l'intérieur d'une moitié
8 supérieure du carter d'échappement. Dans une autre forme de réalisation, le capot de guidage s'étend depuis le guide vers la turbine. Par ailleurs, dans l'exemple de forme de réalisation, le procédé comprend l'orientation du capot de guidage pour contribuer à faciliter une section efficace d'écoulement de fluide entre le guide et une paroi extérieure du carter d'échappement. Dans une autre forme de réalisation, le procédé comprend le déploiement du capot de guidage depuis une surface arrière du guide afin de contribuer à réduire l'ampleur de l'écoulement de fluide sur la surface arrière. Les systèmes et procédés décrits ci-dessus contribuent à améliorer la diffusion d'un flux de vapeur entre le guide du carter d'échappement et une paroi extérieure du carter d'échappement. Ainsi, une récupération de pression statique à l'intérieur du carter d'échappement est améliorée et un gradient de pression uniforme à une jonction du carter d'échappement et d'un dernier étage de la turbine est facilité. De la sorte, les performances de la turbine sont améliorées, tandis que les coûts associés au fonctionnement et/ou à l'entretien de la turbine sont réduits. Au sens de la présente description, il doit être entendu qu'un élément ou une étape cité au singulier et précédé de l'article "un" ou "une" n'exclut pas le pluriel desdits éléments ou étapes, sauf indication explicite d'une telle exclusion. En outre, les mentions de "une forme de réalisation" de la présente invention ne sont pas destinées à être interprétées comme excluant l'existence de formes de réalisation supplémentaires qui contiennent elles aussi les aspects évoqués. Des exemples de formes de réalisation de systèmes et procédés pour monter un carter d'échappement sont décrits en détails ci-dessus. Les systèmes et procédés illustrés ne se limitent pas aux formes de réalisation spécifiques décrites ici, mais, au contraire, des éléments du système peuvent servir indépendamment et séparément d'autres éléments décrits ici. Par ailleurs les étapes décrites du procédé peuvent servir indépendamment et séparément d'autres étapes décrites ici.
LISTE DES REPERES 10 Turbine 12 Section basse pression de turbine 14 Section basse pression de turbine 16 Arbre de rotor 18 Distributeur 20 Distributeur 22 Coque ou enveloppe extérieure 24 Moitié supérieure 26 Moitié inférieure 28 Partie centrale 30 Entrée de vapeur à basse pression 32 Paliers lisses 34 Paliers lisses 40 Diviseur de flux 50 Vapeur 52 Branche de flux 54 Branche de flux 100 Carter d'échappement 102 Dernier étage 104 Cône porteur 106 Guide 112 Enveloppe 114 Conduit d'échappement 116 Capot de guidage 118 Bord 120 Moitié supérieure 122 Moitié inférieure 124 Surface avant 126 Surface arrière opposée 200 Flux de vapeur 202 Flux de vapeur 15 20

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Carter d'échappement (100) utilisable avec une turbine (10), ledit carter d'échappement comprenant : un cône porteur (104) enveloppant sensiblement un rotor de la turbine ; un guide (106) disposé radialement à l'extérieur par rapport audit cône porteur, ledit guide et ledit cône porteur étant conçus pour canaliser un fluide venant de la turbine ; et un capot de guidage s'étendant depuis ledit guide, ledit capot de guidage contribuant à empêcher la création de tourbillons de fluide à l'intérieur dudit carter d'échappement.
2. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit capot de guidage (116) est sensiblement arqué.
3. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, ledit carter d'échappement (100) comprenant une moitié supérieure (120) et une moitié inférieure (122), ledit capot de guidage (116) s'étendant ledit dudit guide (106) à l'intérieur de ladite moitié supérieure dudit carter d'échappement.
4. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit capot de guidage (116) s'étend depuis ledit guide (106) vers la turbine (10).
5. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit 25 capot de guidage (116) est conçu pour agrandir une section effective d'écoulement de fluide entre ledit guide (106) et une paroi extérieure (108) dudit carter d'échappement (100).
6. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit 30 guide (106) comporte une surface avant (124) et une surface arrière (126), ledit capot de guidage (116) s'étend depuis ladite surface arrière pour contribuer à réduire une ampleur d'écoulement de fluide sur ladite surface arrière. 11
7. Carter d'échappement (100) selon la revendication 1, dans lequel ledit carter d'échappement est conçu pour canaliser de la vapeur (50) depuis la turbine (10) jusqu'à un condenseur.
8. Turbine (10) à vapeur, comprenant : un rotor (16) comportant une pluralité d'étages ; et un carter d'échappement (100) conçu pour canaliser de la vapeur (50) depuis un dernier étage de ladite pluralité d'étages, ledit carter d'échappement comprenant : un cône porteur (104) enveloppant sensiblement ledit rotor ; un guide (106) disposé radialement à l'extérieur par rapport audit cône porteur ; et un capot de guidage (116) s'étendant depuis ledit guide, ledit capot de guidage contribuant à empêcher la création de tourbillons de fluides à l'intérieur dudit carter d'échappement.
9. Turbine (10) à vapeur selon la revendication 8, dans laquelle ledit capot de guidage (116) est sensiblement arqué.
10. Turbine (10) à vapeur selon la revendication 8, dans laquelle ledit carter d'échappement (100) comprend une moitié supérieure (120) et une moitié inférieure (122), ledit capot de guidage (116) s'étendant le long dudit guide (107) à l'intérieur de ladite moitié supérieure dudit carter d'échappement.25
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