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La présente invention concerne un système d'entraînement de machines auxiliaires de chaudières dans des instal- lations comportant des turbines à vapeur et un surchauffeur.
Dans les installations de ce genre, il est possible d'actionner des machines auxiliaires, par exemple les ventilateurs de chaudières, par une turbine traversée par
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la totalité ou la majeure partie de la vapeur produite par la chaudière, turbine qui ne consomme alors qu'une faible chute de pression. Dans la description ci-après, on l'appel- lera "turbine en série", étant donné qu'elle est montée en série avec la ou les turbines principales de l'installation.
Un agencement de ce genre présente cet avantage que la puissance développée sans aucun réglage dans la turbine en série par la quantité de vapeur qui la traverse correspond dans de nombreux cas exactement à la puissance consommée par les machines auxiliaires à actionner, en l'espèce par les ventilateurs de chaudière, étant donné que cette puissance croît proportionellement à la troisième puissance de la quantité de vapeur à produire. Le rapport entre la quantité de vapeur (à peu près proportionelle à la quantité du com- bustible) et la quantité d'air est ainsi maintenu automatique- ment constant, entre des limites étendues. Par ailleurs, ceci est réalisé avec un maximum d'économie pour toutes les charges, parce que le rapport entre le nombre des tours et la vitesse de la vapeur reste toujours constant.
Or, par suite du mode de construction de la chau- dière, il est d'une part fréquemment impossible d'actionner simultanément les différents ventilateurs de chaudière.
D'autre part, on désire étendre également aux autres comman- des importantes de la chaudière l'indépendance par rapport aux réseaux électriques extérieurs qui sont toujours exposés à des dérangements.
Pour la solution de ce problème, la turbine en série, suivant la présente invention, actionne une généra- trice de courant triphasé, ou une génératrice de courant triphasé et une génératrice de courant continu, dans le ou les circuits desquelles sont branchés des moteurs asynchro- nes ou des moteurs à collecteur actionnant les appareils auxiliaires de la chaudière. Par l'adjonction d'un disposi- tif d'entraînement auxiliaire, on peut alors réaliser l'équilibrage intégral entre la puissance consommée par les appareils auxiliaires de la chaudière et la puissance four- nie par les dispositifs d'entraînement.
Un agencement de ce genre présente les avantages
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suivants : a) La turbine en série se laisse monter avec une tuyauterie à vapeur très courte (qui doit en fait laisser passer la totalité de la vapeur) et indépendamment des appa- reils auxiliaires qu'elle doit actionner. b) On réalise un entraînement aussi économique que possible des appareils auxiliaires à toutes les charges. c) L'indépendance par rapport au réseau est totale, c'est-à-dire que l'installation est indépendante d'une turbine de service, d'une génératrice auxiliaire ou d'appareils simi- laires. d) Le problème du démarrage est résolu sans dépense supplémentaire sensible, et il est possible de prévoir une connection de réserve par branchement au réseau.
e) Dans de nombreux cas, on peut obtenir sans aucun réglage l'établissement automatique des rapports corrects entre le combustible (ou la vapeur) et l'air pour toutes les charges.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemples deux modes de réalisation de systèmes suivant l'invention.
La figure 1 montre un système dans lequel la. turbine en série entraîne par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse une génératrice dans le circuit de laquelle sont branchés les moteurs d'entraînement de quatre appareils auxiliaires de chaudière, qu'on peut également brancher sur un réseau électrique extérieur.
La figure 2 montre un autre mode de réalisation qui présente plusieurs modifications par rapport à celui de la figure 1.
Sur la figure 1 du dessin, 1 désigne une chaudière, 2 un pré-surchauffeur et 3 un surchauffeur complémentaire.
L'ensemble surchauffeur 2, 3 porte à la température finale prescrite la vapeur produite dans la chaudière 1, vapeur qui se détend ensuite dans une turbine principale 4 qui fournit de la puissance pour l'entraînement d'une génératrice 5.
Entre les deux fractions 2 et 3 de l'ensemble surchauffeur est montée une turbine en série 6 qui, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 7, actionne une génératrice de
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courant triphasé 8. Sur le circuit de cette génératrice 8 sont branchés quatre moteurs à courant triphasé 9, 10, 11, 12 à rotors en courant-circuit, pour l'entraînement de quatre machines auxiliaires de la chaudière, qui ne sont pas repré- sentées, en l'espèce un ventilateur de tirage, un vetilateur secondaire, un distributeur de charbon, et une pompe de circulation.
Un interrupteur 13 permet également de brancher ces moteurs à courant triphasé 9, 10, 11,12 sur un réseau électrique extérieur 14, pour le démarrage et pour des cas de secours. 15 désigne une conduite de dérivation (by-pass) de la turbine en série 6, dans lequel est intercalé une soupape réglable 16.
Pour maintenir l'avantage de l'automaticité complè- te d'après le paragraphe e) précèdent, on ne doit brancher sur le circuit de la ou des génératrices, actionnées par la turbine en série, que des moteurs dont la consommation de puissance décroît avec la troisième puissance de la vaporisa- tion de'la chaudière, tandis que des moteurs, présentant d'autres caractéristiques, doivent consommer une puissance assez réduite pour qu'elle ne contrarie pas sensiblement l'ensemble. Des appareils à entraîner du premier genre sont, outre les ventilateurs secondaires et les ventilateurs de tirage, les pompes de circulation de chaudières Lamont, pompes pour lesquelles il n'est jusqu'ici pas usuel de régler le nombre des tours, alors que ce réglage est possible sans difficulté avec des proportions correctement choisies et apporte de nouveaux gains d'énergie.
Pour tous ces disposi- tifs d'entraînement, on atteint le but du réglage de la vitesse à l'aide de simple moteurs en court-circuit, étant donné que leur nombre de tours suit d'une manière parfaite- ment automatique celui d'une génératrice à courant triphasé actionnée par la turbine en série.
Des dispositifs d'entraînement du genre précité entrent aussi en ligne de compte pour l'alimentation en combustible, c'est-à-dire pour les moteurs nécessaires à l'introduction du charbon, pour l'entraînement de la grille, pour la distribution du charbon ou du poussier. Il est vrai que la puissance consommée par ces moteurs ne varie pas avec la troisième puissance (elle est cependant faible),
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mais la quantité du charbon est à peu près proportionnelle au nombre de tours, et correspond donc en apparence à ce qui est nécessaire. Mais ici intervient la constatation qu'un système de ce genre serait instable.
On doit donc prévoir un moteur d'entraînement dont la vitesse est indé- pendante de la tension appliquée ou de la fréquence, ou qui se modifie tout au moins sous-proportionellement à cette tension ou cette fréquence, ou on doit introduire un réglage ayant tendance à produire une modification sous-proportion- nelle du nombre de tours du dispositif d'alimentation en combustible. Pour la première solution, on peut utiliser comme moyen connu le moteur shunt à courant continu, qui peut être alimenté à travers un redresseur ou par une géné- ratrice de courant continu montée sur l'arbre de la turbine en série. Dans ce cas, l'indépendance entre la vitesse du moteur shunt et la tension, dans le sens d'une modifica- tion sous-proportionelle, peut être influencée par un choix approprié de la saturation.
La génératrice de courant continu peut également être constituée par l'exitatrice qui doit être de toute façon réglée sur une tension à peu près constante. Dans ce cas, les moteurs à courant continu ne reçoivent aucune tension variable. Pour la deuxième solu- tion, on peut envisager les moteurs à courant alternatif et à collecteur, ou les moteurs asynchrones, avec interposition d'une commande hydraulique, mais il est alors nécessaire de prévoir un dispositif de réglage. Ce dispositif de réglage doit avoir tendence à maintenir un nombre de tours constant ou faiblement décroissant, et sa valeur de consigne pour chaque cas peut être rattrapée par l'impulsion émise par le régulateur de la chaudière principale.
Dans les chaudières à poussier de charbon et trémie intermédiaire, il faut également prévoir un ventilateur pour l'air d'entraînement. Dans ce cas, et pour des petites puissan- ces, on peut prévoir le même agencement du dispositif d'entraîne- ment que pour le distributeur, de même que pour le vent sous grille des chaudières à grille. Mais, le plus souvent, cette puissance nécessaire presque constante, outre les pertes électriques ne décroissant également pas suivant la troisième puissance, produit une perturbation de l'équilibre entre la
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puissance disponible et la puissance consommée en cas de faible charge.
Un réglage par tuyère, répondant à une impulsion appropriée, résoudrait immédiatement ce problème, mais il en résulterait une augmentation sensible du prix de la turbine, de même qu'une restriction de l'avantage de l'automaticité intégrale sans appareillage. Une solution sans réglage spécial consiste à agencer un dispositif de dérivation (by-pass), de toute façon nécessaire à la fermeture rapide de la turbine en série, de telle façon qu'il s'ouvre un peu lorsque le nombre de tours est élevé. Il n'en résulte aucune dépense supplémen- taire pour l'installation, mais l'économie est un peu réduite.
Un dispositif de dérivation de ce genre est de préférence agencé de telle manière qu'il s'ouvre dans le cas d'un manque de pression d'huile dans un palier de la turbine en série, de sorte qu'il fait alors également office de dispositif de sûreté.
A l'aide d'un régulateur, ce dispositif de dérivation peut du reste servir à l'équilibrage exact de la puissance dispo- nible et de la puissance consommée, par rapport à la turbine en série. En cas de dépassement du nombre de tours normal de la turbine en série, et avant,la fermeture d'urgence, le dispositif de.dérivation actionné par l'huile peut également servir à réduire la puissance de la turbine en série par une ouverture partielle.
On obtient une solution organique sans réglage lorsque la vapeur, qui vient de la boîte d'étanchéité à haute pression de la turbine en série et doit toujours être éva- cuée par une prise intermédiaire, est introduite dans une petite turbine auxiliaire à grande vitesse qui, en cas de faible charge (quelques pourcents seulement de la pleine charge) complète la puissance fournie par la turbine en série. Il est alors possible de maintenir sans difficulté la communication avec un réseau de pression intermédiaire, par exemple avec le système régénérateur et préchauffeur de l'eau d'alimentation, communication qui est nécessaire pour la fixation et l'équili- brage des pressions en certains points déterminés de la boîte d'étanchéité.
La figure 2 représente un agencement dans lequel sont remplies plusieurs des conditions précitées. Sur cette
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figure du dessin, 20 désigne une chaudière, 21 un pré- sur- chauffeur et 22 un surchauffeur complémentaire. Entre les deux fractions 21 et 22 de l'ensemble surchauffeur est montée une turbine en série 23 qui actionne une génératrice de courant triphasé 25 par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 24.
A l'aide d'un interrupteur 26, on peut brancher sur cette génératrice trois moteurs à courant triphasé 27p 28, 29 à rotors en court-circuit. e moteur 27 est prévu pour l'entraî- nement d'un ventilateur de tirage non représenté, le moteur 28 pour un ventilateur secondaire non représenté et le moteur 29 pour une pompe de circulation non représentée. Pour le démarrage et en réserve, les moteurs 27, 28,29 peuvent égale- ment être branchés sur un réseau électrique 31 à l'aide d'un interrupteur 30.
La turbine en série 23 actionne également une génératrice de courant continu 32 montée sur le même arbre.
Sur le circuit de cette génératrice 32 sont branchés deux moteurs 33 et 34, dont le premier est destiné à actionner un distributeur de charbon non représenté, tandis que le deuxième est prévu pour actionner un ventilateur primaire non représenté.
Par ailleurs, 35 désigne un dispositif de déri- vation combiné avec la turbine en série 23, et qui comporte un organe régulateur 36. En 37 est indiquée une boîte d'étanchéité à haute pression qui est reliée par deux con- duites 371, 372 à un système régénérateur et préchauffeur d'eau d'alimentation non représenté. En 39 est indiquée une turbine auxiliaire qui agit sur un petit pignon supplé- mentaire 40 du train de transmission 24.
La vapeur destinée à actionner cette turbine auxiliaire 39 peut être prélevée par une conduite 36 de la boîte d'étancéité à haute pres- sion 37 en quantité réglable telle que cette turbine auxi- liaire permette de réaliser l'équilibre parfait entre la puissance disponible sur l'arbre de la turbine en série 23 et la puissance nécessaire aux moteurs 27, 28,29, 33 et 34, lorsque l'installation fonctionne à faible charge.
La quantité de vapeur de la turbine auxiliaire peut être réglée proportionellement au débit de la chaudière.
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De plus, la vapeur d'échappement d'une turbine auxiliaire de ce genre peut être condensée de préférence dans un préchauffeur d'air refroidi par l'air de combustion nécessaire à la chau- dière. On peut également partiellement remplacer les peignes de la boîte d'étanchéité à haute pression de la turbine en série par des aubes de turbine, pour obtenir de cette manière la puissance supplémentaire constante nécessaire.
Si on utilise des broyeurs à injection directe, dont le nombre de tours ne doit que peu varier, on peut les entraîner de la même manière, mais la vapeur sortant de la boîte d'étanchéité ne suffit généralement plus dans ce cas. Au lieu de faire passer la vapeur de la boite d'étan- chéité à haute pression dans une tuyauterie à pression inter- médiaire, par exemple par une tuyauterie de compensation vers un système régulateur, il est alors au contraire nécessaire de prélever de la vapeur dans cette tuyauterie pour l'intro- duire dans la turbine auxiliaire. Il est alors nécessaire d'assurer un dosage exact, et il doit également être possible de procéder au réglage.
Eventuellement, une partie seulement des machines auxiliaires de la chaudière peut être branchée sur le cir- cuit de la génératrice actionnée par la turbine en série, tandis que les autres machines auxiliaires, par exemple les ventilateurs, peuvent être actionnés mécaniquement par la turbine en série. La génératrice construite pour le démarrage asynchone, qui est montée sur l'arbre de la turbine en série et des ventilateurs, peut alors également servir au démarrage et comme réserve. La turbine auxiliaire, qui reçoit sa vapeur de la boîte d'étanchéité à haute pression de la turbine en série, peut également actionner directement une génératrice pour l'entraînement de certaines machines auxiliaires de la chaudière, tels que les moteurs de broyeurs sans aucune liaison mécanique avec la turbine en série.
L'utilisation d'une génératrice de courant continu, telle que l'indique la figure 2 du dessin, génératrice qui est alors entraînée par le même arbre que la génératrice à courant triphasé actionnée par la turbine en série, peut également avoir lieu dans une installation du genre repré- senté sur la figure 1.
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Lorsqu'on utilise des broyeurs à injection directe et d'autres appareils consommateurs de puissance tournant à des vitesses constantes, ces appareils peuvent également être branchés sur une turbine à vapeur intercalée dans un système régénérateur et préchauffeur, et fonctionnant avec la vapeur de fuite d'une boite d'étanchéité.