FR2991375A1 - Ecran de protection thermique pour une conduite d'arrivee de vapeur dans une turbine basse pression - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un ensemble comprenant une conduite (2), de préférence une conduite de turbine, et au moins un segment (31, 32) formé d'au moins deux coquilles rigides (311, 312, 321, 322), chaque coquille (311, 312, 321, 322) comprenant au moins un orifice de fixation (4) à la conduite (2) et au moins un élément de fixation, au moins un bossage par coquille (311, 312, 321, 322) fixé à la conduite (2) et sur lequel la coquille (311, 312, 321, 322) est en appui, de sorte qu'au moins un orifice (4) et un bossage sont en vis-à-vis, et que l'élément de fixation traverse l'orifice (4) en vis-à-vis du bossage et est fixé au bossage.

Description

DESCRIPTION ECRAN DE PROTECTION THERMIQUE POUR UNE CONDUITE D'ARRIVEE DE VAPEUR DANS UNE TURBINE BASSE PRESSION Domaine technique La présente invention se rapporte à un écran de protection thermique pour améliorer l'isolation d'une conduite d'arrivée de vapeur dans une turbine basse pression (dite « turbine BP »), notamment dans une centrale de production d'énergie. Traditionnellement, dans une installation de centrale de production d'énergie, une turbine basse pression est alimentée par une conduite en vapeur à une pression de 3 à 6 bars et une température de l'ordre de 150°C qui doit être la plus sèche possible, et émet cette vapeur en sortie à une pression de 40 à 150 millibars et une température de l'ordre de 25°C On entend par « vapeur sèche » que la vapeur est sous forme gazeuse et ne contient pas (ou presque pas) de gouttelettes sous forme liquide. Théoriquement, un écoulement de vapeur en entrée de turbine BP ne contient aucune humidité (autrement dit elle doit être sèche, ne pas contenir de vapeur à l'état liquide), alors qu'un écoulement de vapeur sortant de la turbine contient entre 8 et 16% d'humidité. L'architecture d'une telle turbine implique que de la conduite d'arrivée de vapeur est en partie comprise à l'intérieur du carter de la turbine et est ainsi immergée dans l'écoulement de vapeur sortant dans la turbine.

Ceci a pour conséquence des interactions thermiques entre la conduite d'arrivée de vapeur et l'écoulement de vapeur sortant de la turbine qui ont pour effet de refroidir la vapeur arrivant à la turbine, ce qui augmente son taux d'humidité. Or, afin d'avoir le meilleur rendement possible, il est nécessaire d'avoir une vapeur dans la conduite 5 d'alimentation la plus sèche possible, c'est-à-dire de préférence avec un degré d'humidité égal à 0%. Il est donc nécessaire de limiter les interactions thermiques entre la conduite d'arrivée de vapeur et l'écoulement de vapeur sortant de la turbine. 10 Description de l'invention A cet effet, est proposé un ensemble comprenant : - une conduite, 15 - et au moins un segment formé d'au moins deux coquilles rigides, chaque coquille comprenant au moins un orifice de fixation à la conduite et au moins un élément de fixation, caractérisé en ce que la conduite comprend au moins 20 un bossage par coquille fixé à la conduite et sur lequel la coquille est en appui, en ce qu'au moins un orifice et un bossage sont en vis-à-vis, et en ce que l'élément de fixation traverse l'orifice en vis-à-vis du bossage et que l'élément de fixation est fixé au bossage. 25 Le segment forme ainsi un écran de protection thermique qui minimise tout échange (thermique) avec un environnement extérieur à la conduite, en l'occurrence avec la vapeur sortante. Avantageusement, le segment à une forme semblable à 30 celle de la conduite. Une conduite étant généralement de section circulaire, le segment est alors également de section circulaire. En outre, un ensemble selon l'invention permet de pouvoir ajouter un segment tel que défini précédemment à 5 une conduite déjà existante par exemple. Il est aussi possible de juxtaposer plusieurs segments les uns à la suite des autres de sorte à recouvrir toute la conduite. En effet, la conduite, ou du moins la portion de la 10 conduite placée dans une zone où il est nécessaire de minimiser voire éviter les échanges thermiques, peut être recouverte par un seul segment ou par plusieurs segments juxtaposés. Ceci permet de faciliter les transports et/ou la 15 manipulation des segments en fonction des dimensions de la conduite à recouvrir, ou si la conduite à une forme irrégulière : par exemple que la conduite est coudée, ou plus large par endroits, etc. 20 On entend par bossage un élément cylindrique tubulaire, avantageusement fileté à l'intérieur. Selon un mode avantageux de réalisation, les bossages sont fixés, par exemple par soudage, sur la conduite, orthogonalement à la surface de la conduite. 25 Ensuite, les coquilles formant un segment sont mises en place de sorte qu'un élément de fixation puisse traverser un orifice d'une coquille et se fixer dans le bossage. Par exemple, l'élément de fixation est un boulon (soit une vis et un écrou) , de sorte que la vis est fixée 30 grâce à un filetage dans le bossage et maintien la coquille en place par contact, appui simple.

Les coquilles du segment sont également en appui simple sur les bossages autour de la conduite. Les bossages permettent ainsi de maintenir un espace entre le segment formant l'écran thermique, et la surface de la conduite. De plus, selon un mode avantageux de réalisation, une première des coquilles présente au moins un rebord sur un bord latéral pour recouvrir un bord latéral d'une autre des coquilles et de préférence la première des coquilles présente deux bords latéraux avec un rebord chacun. De la sorte, les coquilles formant un segment sont en appui les unes sur les autres. Une telle liaison permet à la fois de garantir l'étanchéité entre les coquilles et de conserver une possibilité de mouvement.

Le rebord peut faire partie intégrante de la coquille ou être un élément séparé soudé au bord latéral de la coquille. Les coquilles sont par exemple en acier. Dans un cas où elles sont moulées, il est préférable que le rebord fasse partie intégrante de la coquille lors du moulage afin de simplifier le procédé de réalisation. Les coquilles peuvent aussi être avantageusement cintrées. Le rebord peut alors est formé par pliage, voire emboutissage.

Si le rebord est un élément rapporté, il procure l'avantage de pouvoir assurer un rattrapage de jeu et ajuster le contact avec le rebord d'une autre coquille pour assurer l'étanchéité. Ainsi, les coquilles, en appui sur les bossages et 30 entre elles, subissent un minimum de contrainte lors de leur utilisation.

De plus, il est avantageux que le rebord appartienne à une coquille située plus en amont dans l'écoulement de vapeur sortant que la ou les autre(s) coquille(s) de sorte à ne pas former un interstice par lequel de la vapeur pourrait s'introduire. En outre, les rebords se situent de préférence tout le long de la conduite et forme une continuité. Selon encore un mode avantageux de réalisation, au moins un bossage, et de préférence chaque bossage est surmonté d'un capuchon. La présence d'un capuchon permet d'éviter un pont thermique au niveau des bossages grâce auxquels la liaison entre l'écran thermique et la conduite est assurée. Dans le cas de l'utilisation d'un boulon, le capuchon recouvre alors la tête de la vis. De préférence, l'ensemble comprend au moins une cloison entre un premier et un deuxième bossage, la cloison étant soudée sur au moins le premier bossage, et ayant une hauteur inférieure à celle du premier bossage.

Une telle cloison permet de faire obstacle à un écoulement de fluide entre l'écran thermique et la conduite au cas où l'écran thermique présenterait un défaut d'étanchéité, et donc de limiter les interactions thermiques avec la conduite et la vapeur qu'elle contient.

Il est alors possible de mettre des cloisons entre tous les bossages ou seulement entre certains selon que certaines zones du segment présentent plus ou moins de risques de fuite. Selon un mode de réalisation dans lequel l'écran thermique est composé d'au moins deux segments juxtaposés, il est préférable que l'ensemble comprenne un élément de recouvrement, joint à au moins une coquille d'un premier segment de l'ensemble et recouvrant une extrémité d'une coquille d'un deuxième segment, pour assurer l'étanchéité entre deux segments consécutifs. L'élément de recouvrement est également avantageusement en appui avec la coquille du deuxième segment juxtaposé au premier. Ceci garantit également une liberté de mouvement aux coquilles afin de minimiser les contraintes dans l'écran thermique tout en garantissant l'étanchéité de l'ensemble.

On entend par joint que l'élément de recouvrement peut faire partie de la coquille à laquelle il est rattaché, par exemple il est un rebord prolongeant une extrémité de la coquille de même que le rebord prolongeant un bord latéral pour recouvrir un bord d'une autre coquille d'un même segment. Lorsque les coquilles sont réalisées par moulage, par exemple, cela permet de simplifier le procédé de réalisation de l'ensemble. Le bord latéral peut aussi être réalisé par pliage ou emboutissage, selon le mode de réalisation des coquilles choisi. Selon un autre procédé, l'élément de recouvrement peut être un élément distinct et on entend alors par joint qu'il est rapporté, fixé, par exemple par soudage, à l'extrémité de la coquille. Ainsi, le contact ou le rattrapage de jeu peu être ajusté lors du montage de l'ensemble. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'élément de recouvrement a une forme en T. Une telle forme facilite le rattachement à une coquille d'un premier segment tout en faisant en sorte que l'élément de recouvrement soit en appui avec une coquille d'un deuxième segment. Et de plus, l'élément de recouvrement fait aussi office de cloison à la jointure entre les deux segments juxtaposés, pour contribuer aussi à la limitation d'un écoulement en cas de fuite suite à un défaut d'étanchéité de l'écran thermique. Avantageusement, chaque segment et la conduite définissent entre eux un espace d'une hauteur constante, et de préférence, chaque segment et la conduite définissent entre eux un espace rempli d'air.

Pour cela, tous les bossages ont de préférence la même hauteur, par exemple trente millimètres. Il est ainsi possible de tirer parti des propriétés isolantes de l'air tout en simplifiant la mise en oeuvre de l'ensemble.

Enfin, selon un autre aspect, est également proposé une turbine comprenant un carter extérieur, un carter intérieur, et une conduite d'arrivée de vapeur comprise entre le carter extérieur et le carter intérieur de sorte à amener la vapeur dans le carter intérieur, caractérisée en ce que la turbine comprend un ensemble tel que défini précédemment, et en ce que la conduite de l'ensemble est la conduite d'arrivée de vapeur de la turbine. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, en 25 référence aux figures annexées, donnés à titre indicatif et nullement limitatif. Brève description des figures - La figure 1 représente une coupe d'une turbine 30 selon l'invention. - La figure 2 représente un ensemble selon l'invention. - La figure 3 représente un écran thermique selon l'invention. - La figure 4a montre une vue de face d'un segment et la figure 4b présente la jonction entre deux coquilles d'un segment. - La figure 5 est une vue en perspective de la jonction entre deux coquilles de deux segments 10 consécutifs. - La figure 6 est une coupe d'un bossage avec un capuchon. - La figure 7 présente en coupe un élément de recouvrement en forme de T. 15 Les éléments identiques représentés sur les figures 1 à 7 sont identifiés par les mêmes références numériques. Une turbine 1 comprend un carter extérieur 11 et un carter intérieur 12 recouvrant des aubes (non 20 représentées). Elle est alimentée en vapeur par au moins une conduite 2 d'arrivée de vapeur comprise entre le carter extérieur 11 et le carter intérieur 12. L'écoulement de vapeur a lieu selon le sens des 25 flèches représentées sur la figure 1. La vapeur entrant dans la turbine 1 est typiquement à une température de 150°C (degrés Celsius) et à une pression de 3,5 bars ; et la vapeur émise en sortie, c'est-à-dire s'écoulant, sur la figure 1, entre les carter 30 extérieur 11 et intérieur 12, est à une pression et une température bien moindre (de l'ordre de 46 millibars et 25°C) . Ce pourquoi il y a des problèmes d'échanges thermiques avec la conduite 2 d'arrivée de vapeur située entre les carters extérieur 11 et intérieur 12. Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 2, la conduite 2 comprise entre les extérieur 11 et intérieur 12 est intégralement recouverte par un écran thermique 3 composé de plusieurs segments 31, 32.

Dans le présent exemple, la conduite 2 présente une section circulaire, de même que l'écran thermique 3. Chaque segment 31, 32 est composé de deux coquilles 311 et 312, ou 321 et 322, rigides. Les coquilles 311, 312, 321, 322 sont de préférence cintrées et en acier. Les coquilles 311, 312 présentent des dimensions géométriques semblables de sorte que le segment 31 recouvre une partie cylindrique rectiligne de la conduite 2 ; alors que les coquilles 321, 322 présentent des 20 dimensions géométriques différentes de sorte que le segment 32 recouvre une partie courbe de la conduite 2. Chaque coquille 311, 312, 321, 322 présente au moins un orifice de fixation 4 (figure 6). Chaque coquille 311, 312, 321, 322 est en appui sur 25 au moins un bossage 5 soudé sur la conduite 2. Un bossage 5 est formé d'un élément cylindrique creux comprenant une surface intérieure 51 filetée (en pointillés sur la figure 6). Un élément de fixation 6 est par exemple une vis 30 61.

La vis 61 traverse un orifice de fixation 4 et se visse dans un bossage 5. En outre, l'élément de fixation 6 est recouvert par un capuchon 62 de sorte à éviter tout pont thermique au niveau des bossages 5. Le capuchon 62 est par exemple une pièce indépendante soudée sur la coquille 311, 312, 321, 322 une fois l'élément de fixation 6 mis en place et de sorte que le capuchon 62 n'est pas en contact avec l'élément de fixation 6. Dans l'exemple représenté, tous les bossages 5 sont identiques, ils ont notamment tous la même hauteur. De la sorte, ils définissent un espace d'une hauteur constante entre l'écran thermique 3 et la conduite 15 2 car cette dernière est en l'occurrence cylindrique et régulière (bien qu'elle soit coudée). Toutefois, dans d'autres cas d'application, si la conduite a une forme irrégulière (comme par exemple une section variable) il peut être intéressant que les 20 bossages aient des hauteurs différentes afin de simplifier la mise en forme de l'écran thermique devant la recouvrir. Au moins certains bossages 5 présentent une cloison 63, fixée, par exemple par soudage, à un seul bossage 5 et s'entendant en direction d'un autre bossage. 25 La cloison 63 se situe donc entre deux bossages 5 et est rattachée à au moins un des deux bossages entre lesquels elle se situe, et de préférence à chacun des deux. En cas de défaut d'étanchéité de l'écran thermique, 30 les cloisons 63 forment ainsi un labyrinthe formant obstacle à tout écoulement de sorte à limiter des échanges thermiques avec la conduite 2. La cloison 63 a en outre une hauteur inférieure à celle des bossages 5 entre lesquels elle se situe.

Enfin, les coquilles 311, 312, 321, 322 présentent différents éléments de raccord pour assurer l'étanchéité entre deux coquilles 311, 312, 321, 322 d'un même segment 31, 32 et entre deux segments 31, 32 consécutifs si l'écran thermique 3 comporte plusieurs segments.

Entre deux coquilles 311 et 312, 321 et 322 d'un même segment 31, 32, l'élément de raccord est un rebord 7, situé sur un bord latéral 33 d'une première coquille 311, 321. Le rebord 7 est obtenu par pliage. Il est alors en contact avec le bord 34 de la deuxième coquille 312, 322 du même segment de sorte à ce que la liaison entre les coquilles soit étanche. Dans le mode de réalisation représenté où chaque segment 31, 32 comprend deux coquilles 311, 312, 321, 322, on considère que les premières coquilles 311, 321 sont les 20 coquilles situées le plus en amont dans l'écoulement de vapeur sortant, et ces premières coquilles 311, 321 comprennent alors un rebord 7 sur chacun de leur deux bord latéraux 33. Placer les rebords 7 sur les coquilles 311, 321 25 plus en amont améliore l'étanchéité de la liaison entre les coquilles d'un même segment en ne générant pas d'interstice ouvert en direction de l'arrivée de l'écoulement ce qui favoriserait une infiltration de vapeur. 30 Entre deux segments 31, 32 consécutifs, l'élément de raccord est un élément de recouvrement 8.

L'élément de recouvrement 8 est en l'occurrence une pièce distincte des coquilles et est joint, par soudage, à une extrémité 35 d'une première coquille (311, 312, 321, 322) d'un premier segment (31, 32), qui est, de préférence et si possible, celle située la plus en amont dans l'écoulement de vapeur sortant, pour aussi garantir une meilleure étanchéité ; et il recouvre une extrémité 36 d'une coquille (311, 312, 321, 322) d'un deuxième segment (31, 32), qui est par conséquent plus en aval de l'écoulement. Ainsi, quel que soit l'élément de raccord 7, 8 considéré, il est de préférence rattaché à la coquille 311, 312, 321, 322 la plus en amont dans l'écoulement de vapeur sortant et recouvre la coquille 311, 312, 321, 322 la plus en aval dans cet écoulement. Mais si l'écoulement est orthogonal aux coquilles, c'est dire qu'il n'est pas possible de déterminer laquelle serait plus en amont, alors l'élément de raccord 7, 8 peut être situé indifféremment sur une coquille ou l'autre.

En outre, l'élément de recouvrement 8 à une forme en T de sorte à former aussi une cloison, à l'instar des cloisons 63 situées entre deux bossages 5. Enfin, un joint 71, par exemple en forme de plaquette, est avantageusement situé aux jonctions entre 25 les éléments de raccord 7 et 8 de sorte à obturer un interstice qui aurait pu être laissé à cet endroit. conduite (2) de l'ensemble est la conduite (2) d'arrivée de vapeur de la turbine (1).