FR2979376A1

FR2979376A1 - Plaque papillon pour une enceinte d'echappement de turbine a vapeur

Info

Publication number: FR2979376A1
Application number: FR1257875A
Authority: FR
Inventors: Antanu Sadhu; Prakash Bavanjibhai Dalsania; Shashwat Swami Jaiswal
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-03-01
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: FR2979376B1; RU2603227C2; US20130047612A1; RU2012136871A; US9057287B2; DE102012107420A1

Abstract

Une enceinte d'échappement (11) de turbine à vapeur comprend une section d'enceinte d'échappement (12, 13) et une plaque papillon (70) disposée dans la section d'enceinte d'échappement (12, 13). La plaque papillon (70) présente un profil à section transversale curviligne complexe, comportant une première section (80), qui s'étend entre une première partie d'extrémité (73) et une partie centrale (76), et une deuxième section (82) qui s'étend entre la partie centrale (76) et une deuxième partie d'extrémité (75). L'une des première et deuxième sections (80, 82) est constituée d'au moins deux segments curvilignes, comprenant au moins un segment curviligne à courbure positive et au moins un segment curviligne à courbure négative.

Description

Plaque papillon pour une enceinte d'échappement de turbine à vapeur La présente invention concerne le domaine des turbomachines à vapeur et en particulier une plaque papillon pour une enceinte de turbomachine à vapeur. De nombreuses installations de production électrique utilisent des systèmes de turbomachines à vapeur présentant une partie de turbine à vapeur à basse pression (BP), couplée à une partie de turbine à vapeur à pression intermédiaire (PI), et une partie de turbine à vapeur à haute pression (HP) destinée à entraîner un alternateur. En général, la vapeur se détend dans la partie BP et est conduite dans une enceinte d'échappement. L'enceinte d'échappement sépare la vapeur sous vide des conditions atmosphériques, tout en servant d'appui aux turbomachines tournantes et fixes. En général, les éléments fixes dirigent la vapeur vers les éléments tournants pour faciliter la rotation du rotor qui est utilisé pour la production d'électricité. D'autre part, les enceintes d'échappement effectuent une récupération de pression statique qui permet d'obtenir une détente supplémentaire des gaz arrivant aux aubes du dernier étage de la turbine. Une enceinte d'échappement est constituée par exemple de différentes plaques de tôle complexes, qui sont combinées pour former une enveloppe. Cette enveloppe est usinée pour réaliser des raccordements pour des éléments internes et externes. L'enveloppe comprend des moitiés supérieure et inférieure qui guident la vapeur vers le bas, en direction d'un condenseur. L'enceinte d'échappement comporte une plaque papillon qui dévie un flux de vapeur supérieur de 180° vers le bas, en direction du condenseur. Les plaques papillons existantes comportent à la fois des profils à section transversale linéaire et elliptique, qui sont formés pour diriger le flux de vapeur supérieur verticalement vers le bas. Conformément à un aspect de l'invention, une plaque papillon destinée à une enceinte d'échappement de turbine à vapeur présente un profil à section transversale curviligne complexe, comportant une première section, qui s'étend entre une première partie d'extrémité et une partie centrale, et une deuxième section qui s'étend entre la partie centrale et une deuxième partie d'extrémité. L'une des première et deuxième sections est constituée d'au moins deux segments curvilignes, comprenant au moins un segment curviligne à courbure positive et au moins un segment curviligne à courbure négative. Conformément à un autre aspect de l'invention, une enceinte d'échappement de turbine à vapeur comprend une section d'enceinte d'échappement et une plaque papillon disposée dans la section d'enceinte d'échappement. La plaque papillon présente un profil à section transversale curviligne complexe, comportant une première section, qui s'étend entre une première partie d'extrémité et une partie centrale, et une deuxième section qui s'étend entre la partie centrale et une deuxième partie d'extrémité. L'une des première et deuxième sections est constituée d'au moins deux segments curvilignes, comprenant au moins un segment curviligne à courbure positive et au moins un segment curviligne à courbure négative.

Conformément à encore un autre aspect de l'invention, un système de turbomachine à vapeur comprend une partie de turbine présentant une section d'entrée et une section d'échappement, ainsi qu'une enceinte d'échappement montée autour de la section d'échappement. L'enceinte d'échappement comprend une section d'enceinte d'échappement et une plaque papillon disposée dans cette section d'enceinte d'échappement. La plaque papillon présente un profil à section transversale curviligne complexe, comportant une première section, qui s'étend entre une première partie d'extrémité et une partie centrale, et une deuxième section qui s'étend entre la partie centrale et une deuxième partie d'extrémité. L'une des première et deuxième sections est constituée d'au moins deux segments curvilignes, comprenant au moins un segment curviligne à courbure positive et au moins un segment curviligne à courbure négative.

L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de turbomachine à vapeur, comprenant une partie de turbine à vapeur à basse pression (BP) avec une enceinte d'échappement dotée d'une plaque papillon formée selon un exemple de réalisation; - la figure 2 est une vue en plan de dessus de la partie de turbine à vapeur BP et de l'enceinte d'échappement, conformément à un exemple de réalisation; - la figure 3 est une coupe transversale en élévation de la partie de turbine à vapeur BP et de l'enceinte d'échappement de la figure 2; et - la figure 4 est un graphique illustrant un profil partiellement en coupe transversale de la plaque papillon conforme à un exemple de réalisation. Dans la figure 1, un système de turbomachine à vapeur conforme à un exemple de réalisation est désigné d'une manière générale par la référence 2. Le système de turbomachine à vapeur 2 comprend une partie de turbine à vapeur à haute pression (HP) 4 couplée opérationnellement à une partie de turbine à vapeur à pression intermédiaire (PI) 6 qui est à son tour couplée opérationnellement à une partie de turbine à vapeur à basse pression (BP) 8. Dans le mode de réalisation montré à titre d'exemple, la partie BP 8 comprend une enceinte d'échappement 11. Cette enceinte d'échappement 11 comporte une première section d'enceinte d'échappement 12 qui est reliée à une deuxième section d'enceinte d'échappement 13 entourant la partie de turbine à vapeur BP 8. Les deux sections d'enceinte d'échappement 12, 13 étant sensiblement similaires, la description détaillée qui suit se référera à la première section d'enceinte d'échappement 12, sachant que la deuxième section 13 présente une structure correspondante. Comme le montrent le mieux les figures 2-3, la première section d'enceinte d'échappement 12 comprend un corps principal 14 délimité par une partie d'enveloppe supérieure 15 et une partie d'enveloppe inférieure 16, qui sont reliées le long d'un joint horizontal 18. Comme montré, la partie d'enveloppe supérieure 15 comporte une ouverture de décharge de pression 20 (montrée dans une configuration ouverte) qui mène dans un caisson intérieur 24 qui entoure la partie de turbine à vapeur BP 8. L'ouverture de décharge de pression 20 est normalement dans une configuration fermée qui s'ouvre pour réduire une pression qui peut s'établir dans le caisson intérieur 24. La partie de turbine à vapeur BP 8 est placée dans le caisson intérieur 24. Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, la partie de turbine à vapeur BP 8 comprend un carter interne 30 qui renferme une première section de turbine à vapeur 33 et une deuxième section de turbine à vapeur 35. La première section 33 comprend un premier cône de support 38 qui est monté dans le caisson intérieur 24 par une première plaque de Herzog 40. Le premier cône de support 38 définit un premier guide de vapeur 41 présentant une section de sortie 42 qui permet à la vapeur de passer de la première section de turbine à vapeur 33 dans le caisson intérieur 24. La première section de sortie 42 comprend un premier élément de guidage 44 qui dirige la vapeur du premier guide de vapeur 41 dans le carter interne 30. De manière similaire, la deuxième section de turbine à vapeur 35 comprend un deuxième cône de support 47 qui est monté dans le caisson intérieur 24, sur une deuxième plaque de Herzog 49. Le deuxième cône de support 47 définit un deuxième guide de vapeur 50 présentant une deuxième section de sortie 51 qui permet à la vapeur de passer de la deuxième section de turbine à vapeur 35 dans le caisson intérieur 24. La deuxième section de sortie 51 comprend un deuxième élément de guidage 53 qui dirige la vapeur du deuxième guide de vapeur 50 dans le carter interne 30. Comme on le voit également, l'enceinte d'échappement 11 comprend une entrée 58, qui guide la vapeur de la partie de turbine PI 6 dans les première et deuxième sections de turbine à vapeur 33 et 35 de la partie de turbine BP 8, et une sortie 61 qui fait passer la vapeur du caisson intérieur 24 à un condenseur (non représenté).

Conformément au mode de réalisation décrit, l'enceinte d'échappement 11 comprend une plaque papillon 70 qui guide la vapeur depuis la partie d'enveloppe supérieure 15 vers la sortie 61. Plus particulièrement, la vapeur quittant les première et deuxième sections de sortie 42 et 51, au-dessus du joint horizontal 18, doit d'abord s'écouler vers le haut dans le caisson intérieur 24. La vapeur tourne de 90° et s'écoule en direction de la plaque papillon 70. La plaque papillon 70 dévie la vapeur encore une fois de 90°, en direction de la sortie 61. Afin de réduire les pertes de pression associées aux tourbillons créés par les multiples courbes du flux de vapeur, la plaque papillon 70 présente un profil à section transversale particulière. Conformément à un exemple de réalisation, la plaque papillon 70 comporte une première partie d'extrémité 73 qui s'étend jusqu'à une deuxième partie d'extrémité 75, en passant par une partie centrale 76. Une première section 80 est définie entre la première partie d'extrémité 73 et la partie centrale 76, et une deuxième section 82 s'étend entre la partie centrale 76 et la deuxième partie d'extrémité 75. Les première et deuxième sections 80 et 82 étant sensiblement similaires, la description qui suit se réfère à la première section 80, sachant que la deuxième section 82 est une image inverse de celle-ci. La première section 80 présente un profil à section transversale curviligne complexe 82 comprenant un premier segment 84 sensiblement linéaire, qui mène à un premier segment 85 curviligne, lequel mène à son tour à un deuxième segment 88 sensiblement linéaire. Le deuxième segment 88 sensiblement linéaire mène à un deuxième segment 90 curviligne qui passe par la partie centrale 76. Le premier segment 85 curviligne présente une courbure négative, tandis que le deuxième segment 90 curviligne présente une courbure positive. Les termes "négative" et "positive" sont utilisés simplement pour indiquer que le premier segment 85 curviligne présente une courbure qui est opposée à la courbure du deuxième segment 90 curviligne. La géométrie particulière de la première section 80 peut être décrite par la formule Y = 0,94 06 - 1,86 05 - 0,86 04 + 2,9 03 - 0,75 02 ± 0,5 0 + 0,6, où 0 est l'angle depuis le point mort haut de l'enceinte d'échappement 11, mesuré en radian et 0 < O < 1,3. Y est une distance non dimensionnelle depuis une extrémité extérieure (non désignée par une référence séparée) du premier guide de vapeur 41, avec la contrainte 0 < Y < 0,15 pour la partie centrale 76. La formule définit les points particuliers qui déterminent la forme de la plaque papillon 70. La distance non dimensionnelle réelle du profil à section transversale curviligne complexe 82 peut se situer à ± 0,15 de Y. L'espacement entre la partie centrale 76 et l'extrémité extérieure (non désignée par une référence séparée) du premier guide de vapeur 41, ainsi que la forme globale de la plaque papillon 70 contribuent à l'atténuation des tourbillons dans le flux de vapeur quittant la partie de turbine à vapeur BP 8, au-dessus du joint horizontal 18, en direction de la sortie 61. L'atténuation des tourbillons dans le flux de vapeur réduit les pertes de pression et améliore la récupération de l'enceinte d'échappement. Ici, il faut savoir que le mode de réalisation cité à titre d'exemple propose un mécanisme pour guider le flux de vapeur depuis une partie supérieure dans une enceinte d'échappement, en direction d'un condenseur. La plaque papillon est dimensionnée et formée de manière à réduire la formation de tourbillons dans le flux de vapeur, afin d'éviter des pertes de rendement dans le système de turbomachine.

Nomenclature des pièces 2 Système de turbomachine à vapeur 4 Partie de turbine à vapeur à haute pression (HP) 6 Partie de turbine à vapeur à pression intermédiaire (PI) 8 Partie de turbine à vapeur à basse pression (BP) 11 Enceinte d'échappement 12 Première section d'enceinte d'échappement 13 Deuxième section d'enceinte d'échappement 14 Corps principal Partie d'enveloppe supérieure 16 Partie d'enveloppe inférieure 18 Joint horizontal Ouverture de décharge de pression 15 24 Caisson intérieur 30 Carter interne 33 Première section de turbine à vapeur 35 Deuxième section de turbine à vapeur 38 Premier cône de support 20 40 Première plaque de Herzog 41 Premier guide de vapeur 42 Section de sortie 44 Premier élément de guidage 47 Deuxième cône de support 49 Deuxième plaque de Herzog 50 Deuxième guide de vapeur 51 Deuxième section de sortie 53 Deuxième élément de guidage 58 Entrée 61 Sortie 70 Plaque papillon 73 Première partie d'extrémité 75 Deuxième partie d'extrémité 76 Partie centrale 80 Première section 82 Deuxième section 84 Premier segment sensiblement linéaire 85 Premier segment curviligne 88 Deuxième segment sensiblement linéaire 90 Deuxième segment curviligne

Claims

REVENDICATIONS1. Plaque papillon (70), la plaque papillon (70) présentant : un profil à section transversale curviligne complexe, comportant une première section (80), qui s'étend entre une première partie d'extrémité (73) et une partie centrale (76), et une deuxième section (82) qui s'étend entre la partie centrale (76) et une deuxième partie d'extrémité (75), l'une des première et deuxième sections (80, 82) étant constituée d'au moins deux segments (85, 90) curvilignes, comprenant au moins un segment (85) curviligne à courbure positive et au moins un segment (85) curviligne à courbure négative.
2. Plaque papillon (70) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque papillon (70) est configurée et disposée pour être montée dans une enceinte d'échappement (11) de turbine à vapeur, et en ce que l'une des première et deuxième sections (80, 82) comprend au moins un segment (84) sensiblement linéaire.
3. Plaque papillon (70) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le segment (84) sensiblement linéaire, au nombre d'au moins un, s'étend entre le segment (85) curviligne, au nombre d'au moins un, présentant la courbure positive, et le segment (85) curviligne, au nombre d'au moins un, présentant la courbure négative.
4. Plaque papillon (70) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'une des première et deuxième sections (80, 82) comporte deux segments (84, 88) sensiblement linéaires.
5. Plaque papillon (70) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'une des première et deuxième sections (80,82) suit un chemin curviligne défini par la formule Y = 0,94 06 -1,8605-0,8604+2,903-0,7502+0,50+0,6.
6. Plaque papillon (70) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première section (80) est une image inverse de la deuxième section (82).