FR3054605A1 - Procede et systeme de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre de turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
Procédé de surveillance du niveau d'encrassement d'un filtre placé sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : -détermination d'un coefficient courant Cc de résistance du filtre, le coefficient Cc satisfaisant à l'équation AP= Cc V2, où AP représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Cc de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre à une vitesse d'air V donnée, -comparaison entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Cc de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière que ΔPmax = Cmax V2, -et, en fonction du résultat de la comparaison, détermination quant à savoir si le niveau d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au niveau d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée.
Description
® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 054 605 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 57423
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : F02 C 7/05 (2017.01), B 01 D 35/143
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 29.07.16. | © Demandeur(s) : GE ENERGY PRODUCTS FRANCE |
| (30) Priorité : | SNC— FR. |
| ©) Inventeur(s) : SOLACOLU CHRISTIAN et D'HAR- | |
| COURT LOUIS. | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 02.02.18 Bulletin 18/05. | |
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| présent fascicule | |
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| ©) Demande(s) d’extension : | ©) Mandataire(s) : IPSILON Société par actions simplifiée. |
DE SURVEILLANCE DU TAUX D'ENCRASSEMENT D'UN FILTRE DE TURBINE A
PROCEDE ET SYSTEME GAZ.
FR 3 054 605 - A1 _ Procédé de surveillance du niveau d'encrassement d'un filtre placé sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
-détermination d'un coefficient courant Ce de résistance du filtre, le coefficient Ce satisfaisant à l'équation AP= Ce V2, où AP représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Ce de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre à une vitesse d'air V donnée,
-comparaison entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière que APmax = Cmax V ,
-et, en fonction du résultat de la comparaison, détermination quant à savoir si le niveau d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au niveau d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée.
| détermination d'une pluralité de profils d'encrassement |—S1 détermination d'un taux d'encrassement limite pour chaque profil détermination d'un coefficient courant Ce | comparaison 3- S4 détermination faux d'encrassement
S5
-S2
S3 i
PROCEDE ET SYSTEME DE SURVEI LLANCE DU TAUX D’ENCRASSEMENT D’UN Fl LTRE DE TURBI NE A GAZ
L'invention concerne un procédé et un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre d'une turbine à gaz.
Les turbines à gaz stationnaires et aérodérivatives comprennent typiquement un compresseur et, en aval, une turbine de détente qui sont tous deux reliés par une chambre à combustion. La chambre à combustion extrait l’énergie chimique du combustible pour augmenter l'énergie cinétique du fluide de travail (air). Ce fluide est injecté dans les étages de la turbine où son énergie cinétique est convertie en énergie mécanique pour entraîner, par exemple, un alternateur.
En aval de la turbine de détente est prévu un système d'échappement de gaz chauds vers l'atmosphère ou vers une chaudière de récupération. En amont du compresseur un système d'admission est nécessaire. Ce système d'admission comprend notamment un ou plusieurs filtres permettant de filtrer les particules présentes dans l'air ambiant et qui peuvent encrasser ou endommager le compresseur. Ce système d'admission peut également comprendre un ou plusieurs dispositifs d'atténuation du bruit provenant du compresseur.
Un filtre encrassé diminue le rendement de la turbine et peut, dans certaines conditions, créer une implosion du canal d'entrée du compresseur.
Pour remédier à ce problème on installe sur le filtre ou sur chaque élément filtrant un ou des capteurs analogiques (ou des pressostats) en pression différentielle qui permettent de surveiller la pression en amont et en aval du ou des filtres. Ces capteurs (ou pressostats) sont programmés pour déclencher une alarme et/ou une protection si la valeur de pression différentielle à travers le filtre (ΔΡ) atteint un seuil prédéterminé.
La pression différentielle est fonction de la vitesse de l'air (V) en entrée du compresseur qui, dans le cas d'une turbine à gaz, est fonction de la charge, des caractéristiques du compresseur ainsi que de paramètres de régulation de conditions d'air en entrée du compresseur tels que le débit et la température.
La fonction reliant la vitesse à la pression différentielle est la suivante :
AP=CxV2, (Eq. 1) où Cest le coefficient de résistance du circuit compris entre la prise de pression amont et la prise de pression aval comprenant le filtre dans le système d'admission d'air en amont du compresseur.
Ainsi la valeur de C dépend de l'encrassement du filtre, lequel peut évoluer dans le temps. La valeur de C est connue pour un filtre neuf.
Toutefois, cette valeur change et évolue dans le temps selon le fonctionnement de la turbine à gaz et en fonction des conditions climatiques.
Le filtre oppose une résistance à l'écoulement de l'air qui le traverse et, au fur et à mesure de son utilisation, le filtre s'encrasse. Son colmatage progressif augmente sa perte de charge, ce qui réduit le débit d’air traversant le filtre, mais augmente aussi son efficacité, car le pouvoir filtrant augment.
La durée de vie d'un filtre est fonction de sa perte de charge maximum admissible (ou perte de charge limite). Par exemple on peut fixer une perte de charge limite avant le remplacement du filtre qui est de 10%. La mesure de la perte de charge limite est par exemple réalisée par un manomètre différentiel ou un pressostat.
Ainsi, pour un filtre encrassé, le paramètre C=Cmax peut être calculé car la vitesse de l'air Vi et la pression différentielle APmax sont connues.
La pression différentielle est mesurée par un ou des capteurs de pression disposés en amont et en aval du filtre.
La valeur de C = C0 pour un filtre neuf est donnée par le fabricant du filtre.
Cependant, lors du fonctionnement de la turbine à gaz, la vitesse de l'air dépend de plusieurs paramètres, à savoir la vitesse de la machine et de paramètres tels que le degré d'ouverture d'aubes variable à l'entrée du compresseur (système connu sous le terme IGV pour Inlet Guide Varies en terminologie anglo-saxonne) et le pourcentage d'introduction d'air chaud prélevé du compresseur (système connu sous le terme IBH pour Inlet Bleed Heating en terminologie anglo-saxonne) et qui est nécessaire lors de l’utilisation d'angles réduits d'/Gl/afin de protéger le compresseur en soulageant la pression de refoulement et en augmentant la température du courant d’air d’admission.
Lorsque la turbine fonctionne à charge partielle la vitesse de l'air dans le filtre est réduite (vitesse V2, avec V2<Vi) et, par conséquent, la pression différentielle à travers le filtre diminue également. En revanche, le coefficient C continue à augmenter en raison de l'encrassement du filtre au cours du temps.
Ainsi, le taux d'encrassement du filtre peut être élevé sans pour autant atteindre un seuil d'alarme de pression différentielle APmaxUn tel taux d'encrassement du filtre n'est donc pas détecté par les méthodes conventionnelles, car il peut y avoir plusieurs vitesses d'air.
Cette situation peut s'avérer préjudiciable au bon fonctionnement du compresseur et/ou de la turbine à gaz.
La présente invention prévoit de pallier à cette situation en proposant un procédé de surveillance du niveau d'encrassement d'un filtre placé sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- détermination d'un coefficient courant Ce de résistance du filtre, le coefficient Ce satisfaisant à l'équation ΔΡ = Ce V2, où ΔΡ représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Ce de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre à une vitesse d'air V donnée,
- comparaison entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière que APmax = Cmax V2 ,
- et, en fonction du résultat de la comparaison, détermination quant à savoir si le niveau d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au niveau d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée
Le procédé permet ainsi de surveiller de manière efficace et précise le taux d'encrassement du filtre là où les méthodes de l'art antérieur qui ne s'intéressent qu'à un seuil d'alarme de pression différentielle sont insuffisantes.
Le procédé est par exemple capable de déterminer si le filtre est encrassé (audelà d'un seuil prédéterminé acceptable) alors que la vitesse d'écoulement d'air diminue car la turbine fonctionne à charge partielle. Les méthodes de l'art antérieur décrites ci-dessus ne permettent pas d'identifier ce taux d'encrassement courant du filtre. Lorsque le taux d'encrassement courant du filtre est positionné par rapport au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée une décision peut être prise par exemple pour procéder à des opérations de maintenance sur le filtre en vue de son remplacement. On notera qu'une alarme (signal sonore et/ou visuel) peut être déclenchée en cas de positionnement du taux courant au-dessus du taux limite afin d'informer sur l'état d'encrassement du filtre et la ou les décisions à prendre en fonction de cet état.
Selon d'autres caractéristiques possibles :
- le taux d'encrassement courant du filtre est comparé avec au moins certains des seuils prédéterminés qui représentent chacun un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) différent d'un profil à l'autre ;
- le procédé comprend une étape préalable de détermination de la pluralité de profils d'encrassement du filtre avec, pour chacun des profils, le seuil prédéterminé définissant un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) donné ; la surveillance du taux d'encrassement courant est faite en temps réel ou quasiment en temps réel alors que les profils d'encrassement du filtre qui servent de profils de référence ont été obtenus auparavant, par exemple lors d'une phase de réglage ou d'essais de la turbine à gaz;
- la pluralité de profils d'encrassement du filtre forment une cartographie de profils d'encrassement ; ces profils peuvent être représentés sur un graphique illustrant l'évolution normale de la perte de charge en fonction du temps ;
- l'étape de détermination du coefficient courant Ce de résistance du filtre est effectuée en mesurant la perte de charge courante APc à travers le filtre et en déterminant la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc;
- la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc est déterminée à partir de la section transversale A du filtre offerte à l'écoulement d'air et du débit volumique d'air Q au compresseur ; le débit volumique peut être déterminé de différentes manières. Par exemple le débit volumique peut être mesuré, ou calculé avec un modèle de la turbine ou avec un tableau d'interpolation en fonction de la vitesse turbine ou les angles IGV.
L'invention a également pour objet un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur central de fonctionnement de turbine à gaz de type bien connus qui est configuré pour :
-déterminer un coefficient courant Ce de résistance du filtre, le coefficient Ce satisfaisant à l'équation ΔΡ= CcV2, où ΔΡ représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Ce de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre,
-comparer entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière QUe APmax = Cmax ,
-et déterminer si le niveau d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée en fonction du résultat de la comparaison, en effet le niveau d'encrassement est lié à la vitesse d'air.
Le système présente les mêmes avantages que ceux exposés ci-dessus en relation avec le procédé.
Les caractéristiques exposées ci-dessus en relation avec le procédé peuvent également être reprises ici sous la forme de caractéristiques de système et s'appliquer au système brièvement exposé ci-dessus.
L'invention a en outre pour objet une turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air de la turbine à gaz tel que brièvement exposé ci-dessus. La turbine à gaz comprend par exemple un compresseur axial, une chambre de combustion et une turbine de détente.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 est une vue schématique d'une turbine à gaz et d'un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air de la turbine à gaz selon un mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 2 est un logigramme d'un procédé de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air d'une turbine à gaz selon un mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 3 illustre une cartographie possible de profils d'encrassement d'un filtre tel que celui de la figure 1 pour des vitesses d'air différentes.
Comme représenté à la figure 1 et désigné par la référence générale notée 10, une turbine à gaz comprend de manière connue:
-une turbine de détente 12,
-un compresseur axial 14 situé en amont de la turbine de détente dans le sens de l'écoulement d'air indiqué par la flèche de gauche,
-une chambre de combustion 16 disposée entre la turbine de détente 12 et le compresseur 14 et dans laquelle un combustible mélangé à de l'air chaud est brûlé. Les gaz chauds de combustion se détendent dans les étages de la turbine 12 où l'énergie thermique et cinétique de ces gaz est transformée en énergie mécanique.
La turbine de détente 12 est par exemple reliée à un alternateur non représenté ou à une autre machine.
La turbine à gaz 10 comprend également de manière connue un système 17 d'admission d'air du compresseur qui comprend un filtre à air 18. Le filtre 18 est placé sur la ligne ou conduite 20 d'admission d'air du compresseur 14.
Le filtre à air est caractérisé par un coefficient C de résistance du filtre qui, pour un filtre neuf, est connu (valeur fournie par le constructeur). Le coefficient C caractérise le taux d'encrassement du filtre. La perte de charge ΔΡ de l'écoulement d'air traversant le filtre à la vitesse V suit l'équation ΔΡ= CM2.
Un seul filtre 18 est représenté par souci de simplification mais la turbine à gaz peut en comporter plusieurs. La description qui suit s'applique également à une pluralité de filtres. Le système 17 d'admission d'air du compresseur peut également comprendre d'autres éléments connus en soi mais non utiles à la compréhension de l'invention et qui ne seront donc pas décrits ici.
La turbine à gaz 10 comprend également un système de contrôle ou contrôleur 22 qui contrôle le fonctionnement des différents composants 12, 14, 16 de la turbine incluant le système d'admission d'air 17. Le contrôleur 22 possède notamment des capacités de lecture des capteurs installés dans la turbine ou ses auxiliaires, le calcul (processeur) et de stockage de données (mémoire(s)). Le contrôleur 22 contrôle les différents paramètres de fonctionnement de la turbine à gaz 10 en effectuant les calculs appropriés à partir de données stockées en mémoire et de données fournies par des capteurs et en envoyant des ordres de commande (signaux électriques, pneumatiques....) à des actionneurs qui agissent sur le fonctionnement des composants . En particulier, le contrôleur 22 est apte à calculer le débit volumique d'air Q du compresseur de manière connue en fonction de la vitesse de la turbine et en fonction du degré d'ouverture des aubes variables situées en entrée du compresseur 14 (IGV) et qui régulent le débit d'air entrant dans la turbine à gaz. Ce débit volumique peut alternativement être calculé comme décrit cidessus et en tenant compte en plus du pourcentage d'introduction d'air chaud prélevé du compresseur. Ce prélèvement d'air chaud soulage la pression de refoulement au compresseur et augmente la température du courant d'air d'admission au compresseur, ce qui permet de protéger le compresseur en cas d'utilisation d'angles réduits sur les aubes (IGV).
La turbine à gaz 10 comprend également deux capteurs de pression 24, 26 (mesure de pression statique) situés respectivement en amont et en aval du filtre 18 afin de mesurer la pression différentielle entre les deux points. Alternativement, un capteur/manomètre 28 (en pointillés) fonctionnant en pression différentielle permet de mesurer la pression différentielle entre les deux points où sont placés les deux capteurs ou à proximité (. La ou les mesures conduisant à la pression différentielle représentent la perte de charge subie par l'écoulement d'air qui traverse le filtre 18. Ces mesures ou cette mesure sont fournies au contrôleur 22 qui les stocke en mémoire. Dans la suite de l'exposé, par souci de simplification on parlera de manière générale d'un dispositif de mesure de pression différentielle qui englobe aussi bien les deux capteurs de pression 24, 26 que le pressostat 28, voire tout autre moyen connu pour mesurer la perte de charge à travers un filtre tel qu'un manomètre différentiel.
Un système de surveillance du taux d'encrassement du filtre 18 selon un mode de réalisation de l'invention est en outre associé à la turbine à gaz.
Dans l'exemple décrit ce système comprend le contrôleur 22 et le dispositif de mesure de pression qui font partie de la turbine à gaz 10.
En plus de ses fonctions conventionnelles le contrôleur 22 est spécifiquement configuré pour mettre en œuvre un procédé de surveillance du taux d'encrassement du filtre 18 tel qu'illustré à la figure 2 sous la forme d'un logigramme.
Le procédé débute par une étape SI qui est effectuée préalablement au fonctionnement en conditions réelles de la turbine à gaz. Cette étape est par exemple réalisée lors d'une phase de réglage ou d'essais, de même que l'étape
S2.
Au cours de cette étape SI on détermine une pluralité de profils d'encrassement du filtre 18 pour des vitesses d'écoulement d'air V traversant le filtre différentes et pour des coefficients C différents (un couple C, V par profil).
Pour chacun de ces profils on détermine (étape S2) un seuil prédéterminé qui représente un niveau d'encrassement limite du filtre Cmax. Pour chacun des profils le taux d'encrassement limite satisfait l'équation APmax = Cmax V2, où APmax représente la perte de charge maximale admissible du filtre (perte de charge limite). Au-delà de cette perte de charge, pour la vitesse V considérée, l'encrassement du filtre est trop important pour ne pas nuire au bon fonctionnement de la turbine à gaz.
Ces profils forment une cartographie de profils d'encrassement telle que celle illustrée sur la figure 3. Chaque profil d'encrassement est représenté par une courbe APmax = C V2 en fonction du temps : Cl V2, C2 V2, C3 V2, où les vitesses sont de plus en plus faibles. Chaque courbe représente ainsi l'évolution de APmax au cours du temps (pour une charge donnée de la turbine à gaz). Les courbes ont une allure exponentielle plutôt qu'une allure linéaire dans le temps dans la mesure où la perte de charge dépend également des conditions extérieures à la turbine telles que le taux d'humidité, la quantité et le type de poussière.
Chacune de ces courbes comporte un seuil prédéterminé qui est obtenu pour une valeur du coefficient C correspondant au taux d'encrassement limite du filtre Cmax. Les seuils prédéterminés de toutes ces courbes sont situés sur une même droite D illustrée sur la figure 3. Plus la vitesse d'écoulement d'air diminue, par exemple la vitesse d'écoulement de l'air est susceptible de diminuer indépendamment du temps lorsque la turbine fonctionne en charge partielle provocant une augmentation du coefficient C, Le calcul du coefficient C reste valable à partir du ΔΡ (Eq. 1) et on compare dC/dt aux courbes de références ou profils pour détecter un encrassement plus rapide (ou le cas particulier d'un trou dans le filtre, qui provoquera une diminution soudaine du coefficient C). Ces profils permettent ainsi de prendre en compte la diminution de la vitesse d'air et l'augmentation de l'encrassement du filtre. L'évolution du coefficient C au cours du temps (dC/dt) traduit l'évolution temporelle du niveau d'encrassement du filtre.
En pratique les différentes courbes et leurs seuils prédéterminés peuvent être obtenus chacun par des mesures appropriées à la portée de l'homme de l'art.
Deux types de courbes sont possibles • Les courbes du Coefficient C en fonction du temps de fonctionnement de la machine, permettent de comparer l'évolution du coefficient C (niveau d'encrassement) par rapport a des cas de fonctionnement établis.
• Les courbes d'évolution du AP=C.V2, permettent de comparer un niveau d'encrassement absolu (fig. 3).
Lorsque ces courbes sont obtenues elles sont ensuite stockées en mémoire (ou du moins les différentes données qui les composent) par le contrôleur 22.
Au cours de l'étape suivante S3, la turbine à gaz fonctionne en conditions réelles d'exploitation et le procédé se déroule en temps réel.
L'étape S3 est une étape de détermination du coefficient courant Ce du filtre à l'instant courant. Ce coefficient est représentatif du taux d'encrassement courant du filtre.
Cette étape est effectuée à partir de la formule APC = Ce Vc2en mesurant la perte de charge courante APc à travers le filtre 18 et en déterminant la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc traversant le filtre.
La vitesse courante Vc est déterminée à partir de la section transversale A du filtre offerte à l'écoulement d'air et du débit volumique d'air Q au compresseur. Les caractéristiques du filtre telles que les dimensions de sa section transversale A sont stockées dans la mémoire du contrôleur 22 et le débit volumique d'air Q du compresseur est calculé en temps réel par le contrôleur comme expliqué plus haut à partir de la vitesse de la turbine corrigée par les données IGV et éventuellement les données IBH. Les données IGV et IBH ont été préalablement stockées dans le contrôleur au cours d'une phase préalable de réglage ou d'essais.
L'étape suivante S4 compare le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce qui vient d'être déterminé avec au moins certains des profils d'encrassement du filtre préalablement obtenus à l'étape SI et, notamment, avec au moins certains des seuils prédéterminés de la droite D (fig. 3).
En pratique, on compare le couple coefficient courant de Ce et la valeur Vc2avec chacune des courbes prédéfinies.
Le résultat de cette comparaison permet de déterminer à l'étape S5 si le taux d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée.
Si le taux d'encrassement courant est inférieur au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée, cela signifie que le filtre peut encore être utilisé tel quel mais la surveillance du taux d'encrassement doit se poursuivre. Selon la valeur de l'écart entre le taux d'encrassement courant et le taux d'encrassement limite du filtre il peut être décidé de surveiller plus étroitement ou non l'évolution temporelle de l'encrassement du filtre.
Par exemple, si le procédé de surveillance est mis en œuvre de façon discontinue au cours du temps, la fréquence de mise en œuvre est adaptée à la valeur de l'écart précédent.
Si le taux d'encrassement courant est supérieur au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée, alors une décision est prise afin d'entreprendre une opération de maintenance sur le filtre par exemple pour le remplacer. En effet, le filtre ainsi encrassé peut s'avérer préjudiciable au bon fonctionnement de la turbine à gaz si aucune action n'est entreprise.
On notera que si le calcul du coefficient C est effectué en fonction de la charge de la turbine à gaz, alors une réduction brusque du coefficient C (constatée lors des étapes S3 à S5) peut permettre de détecter des anomalies telles qu'une ouverture dans le filtre. Une telle anomalie peut conduire à un encrassement rapide du compresseur.
En surveillant l'évolution temporelle du taux d'encrassement du filtre (gradient du coefficient C au cours du temps) et les performances en temps réel du compresseur (encrassement du compresseur) il est possible de déterminer l'efficacité du filtre (ou des filtres, ou plus généralement du système de filtration) et donc de l'optimiser en conséquence.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre de façon continue au cours du temps durant le fonctionnement de la turbine à gaz ou uniquement à des instants différents au cours du fonctionnement de la turbine à gaz.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre placé sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :-détermination d'un coefficient courant Ce de résistance du filtre, le coefficient Ce satisfaisant à l'équation ΔΡ= Ce V2, où ΔΡ représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air en amont du compresseur, le coefficient courant Ce de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre,-comparaison entre, d'une part, le taux d'encrassement dCc/dt courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils de taux d'encrassement chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils de taux d'encrassement du filtre de telle manière que APmax = Cmax V2-et, en fonction du résultat de la comparaison, détermination quant à savoir si le taux d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au taux d'encrassement limite ou normal du filtre pour la vitesse considérée.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux d'encrassement courant du filtre est comparé avec au moins certains des seuils prédéterminés qui représentent chacun un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) différent d'un profil à l'autre.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de détermination de la pluralité de profils d'encrassement du filtre avec, pour chacun des profils, le seuil prédéterminé définissant un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) donné.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pluralité de profils d'encrassement du filtre forme une cartographie de profils d'encrassement.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination du coefficient courant Ce de résistance du filtre est effectuée en mesurant la perte de charge courante APc à travers le filtre et en déterminant la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc.
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc est déterminée à partir de la section transversale A du filtre offerte à l'écoulement d'air et du débit volumique d'air Q au compresseur.
- 7. Système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur qui est configuré pour :-déterminer un coefficient courant Ce de résistance du filtre, le coefficient Ce satisfaisant à l'équation ΔΡ= CcV2, où ΔΡ représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Ce de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre,-comparer entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Ce de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière que APmax = Cmax V2 ,-et déterminer si le taux d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur par rapport au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée
- 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le contrôleur est également configuré pour stocker les différentes données définissant la pluralité de profils d'encrassement du filtre ainsi que les données de vitesse courante, de perte de charge courante, de section transversale du filtre offerte à l'écoulement d'air, de vitesse de la turbine, du degré d'ouverture des aubes variables à l'entrée du compresseur (IGV) pour5 corriger la vitesse de la turbine et, éventuellement, du pourcentage d'air chaud prélevé au compresseur (IBH) utilisé en combinaison avec l'ouverture des aubes variables à l'entrée du compresseur.
- 9. Turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air de la
- 10 turbine à gaz selon la revendication 7 ou 8.1/1
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| FR (1) | FR3054605A1 (fr) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114199585A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-18 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种燃气轮机进气滤器堵塞的在线预警方法 |
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