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PROCEDE DE CONDUITE D'UNE CENTRALE A VAPEUR.
La présente invention est relative à un procédé de conduite d'une centrale à vapeur avec surchauffeur intermédiaire chauffé par les gaz de fumée, disposé entre la partie à haute pression et celle à basse pression d'une installation de turbines. L'invention vise en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé de l'invention est caractérisé par le fait que, suivant les états de fonctionnement et les opérations de réglage, au moins une fraction pondérale réglable de la vapeur produite est refroidie et est évacuée en by-passant l'installation de turbines, uniquement à travers le surchauffeur intermédiaire, de préférence dans le condenseur. Il est avantageux de mélanger la fraction pondérale de la vapeur à by-passer, après refroidissement, avec la vapeur qui a fourni du travail dans la }tartie à haute pression de l'installation de turbine et de l'amener au surchauffeur intermédiaire, ainsi que de retirer de la vapeur sortant du surchauffeur intermédiaire la même fraction pondérale et de l'amener alors, par enemple, au condenseur.
Il est avantageux de refroidir la fraction pondérale de vapeur à conduire au condenseur, avant son introduction.
Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est caractérisé par une soupape de dérivation qui détermine le poids de la vapeur à amener au surchauffeur en by-passant la partie à haute pression, ainsi que par une soupape de réglage qui règle à la même valeur le poids de la vapeur à envoyer, par exemple au condenseur, en by-passant la partie à basse pression.
Il convient de régler la soupape de réglage en fonction du rapport'entre la pression régnant dans le carter des roues de la turbine à haute pression,et celle régnant dans le surchauffeur intermé- diaire. Cependant, il est aussi possible de régler la soupape de réglage
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en fonction du rapport de la quantité de vapeur passant dans la partie à haute pression de l'installation de turbines à celle de la vapeur by-passant cette partie des turbines. Il est avantageux de régler la soupape de réglage au moyen de la commande de la soupape d'admission de la turbine à haute pression. On peut avantageusement utiliser aussi la pression de vapeur régnant en aval du surchauffeur pour commander la soupape de réglage.
Il peut être avantageux d'intercaler un appareil de refroidissement dans le by-pass entre la soupape de réglage et le condenseur.
A l'aide du procédé de l'invention et du dispositif servant à la mise en oeuvre, il devient possible, déjà dans la période de démarrage, mais aussi dans tous les états de fonctionnement anormaux pouvant se produire, par exemple de déclencher le dispositif de fermeture rapide, de débrancher du réseau la génératrice à turbines, de mettre en charge le surchauffeur intermédiaire et par suite de la refroidir. Il est, de plus, essentiel que le réglage de la température du surchauffeur de vapeur vive et du surchauffeur intermédiaire subsiste en fonctionnement, même dans ces cas anormaux, de fonctionnement, et par suite, que la chaudière et la turbine soient également protégées contre les fluctuations de température nuisibles.
On a représenté sur la figure 1, comme exemple d'une possibilité de réalisation, un schéma d'une installation d'une centrale à vapeur présentant les caractéristiques de l'invention. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de réglage.
Sur la figure 1, on voit l'installation 1 de production de vapeur, par exemple du type à tube unique. La pompe 2 fournit l'eau d'alimentation qui passe, comme d'habitude, dans un réchauffeur d'eau d'alimentation, non représenté. La vapeur, surchauffée dans le surchauffeur 3 va, par la conduite principale de vapeur 4 et la soupape 5, à l'installation de turbines. A la sortie du surchauffeur, est branché un by-pass 6, comportant une soupape de dérivation 7 , qui va, en passant par un appareil de refroidissement de démarrage 8, au surchauffeur intermédiaire 9 de l'installation de chaudière. L'installation de turbines est une installation à arbre unique avec une partie à haute pression 10, une partie à moyenne pression 11 et une partie double à basse pression 12 ; sert, par exem- ple, à actionner une génératrice 13.
Le surchauffeur intermédiaire 9 est alimenté par les gaz de fumée du générateur de vapeur et il chauffe la vapeur allant de la turbine à haute pression 10 à la turbine à moyenne pression 11. De celle-ci la vapeur va à la turbine double à basse pression 12 et elle en sort dans le condenseur 14. Alors que les arbres des parties à haute et à moyenne pression de l'installation de turbines sont accouplés rigidement l'un à l'autre, la partie à basse pression et la génératrice sont accouplées à cet arbre chacune par un accouplement 15 mobile axialement.
De l'extrémité de sortie du surchauffeur intermédiaire 9 chauffé aux gaz de fumées, part une conduite 16 allant, par une soupape de réglage 17, à un appareil de refroidissement 18. Cette conduite by-passe la partie à moyenne et basse pression de l'installation de turbines et elle aboutit au condenseur 14. La vapeur by-passant la partie à haute pression de la turbine dans la conduite 6 est refroidie, dans le refroidisseur de démarrage 8, à une température nécessaire pour l'entrée dans le surchauffeur intermédiaire 9, par une certaine quantité d'eau de refroidissement dérivée de la conduite d'eau d'alimentation par une soupape 19, cette eau dérivée allant, par .le pot de condensation 20 et la conduite 21, au refroidisseur 18 et de là au condenseur 14.
Une pompe à condensat 22 envoie le condensat 'du condenseur 14 à la pompe d'alimentation 2 , par la conduite 23. De celleci sort, par la soupape 24, la quantité d'eau de refroidissement nécessaire pour le refroidisseur 18, laquelle revient, avec la vapeur passant dans la conduite 16, au condenseur. Avant l'entrée de la conduite principale de va-
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peur 4 dans la partie à haute pression de l'installation de turbines, munie d'un régulateur de vitesse 25,se trouve une soupape 26 de fermeture rapide et, avant l'entrée de la conduite principale de vapeur dans la partie à moyenne pression de l'installation de turbines, se trouve une autre soupape de fermeture rapide 27.
Lors de la mise en pression de l'installation de production de vapeur, il se produit d'abord un mélange d'eau et de vapeur, la vapeur qui devient progressivement prépondérante étant surchauffée de plus en plus à l'extrémité de la chaudière, jusqu'à ce que le réglage de la chaudière commence à jouer. La soupape de dérivation 7 assure le réglage à une pression constante dans la chaudière. Dès que l'on dispose de vapeur vive à pression normale et à température prescrite, l'installation de turbines peut être mise en marche. Il y a passage progressif de l'un à l'autre des différents stades de la mise en pression sans provoquer de brusques fluctuations de la température. On peut les allonger à volonté sans que les soupapes de sûreté crachent.
Suivant les états de fonctionnement, ou les conditions de réglage, pour protéger le surchauffeur intermédiaire 9, la quantité de vapeur produite dans la chaudière va dans ce surchauffeur, soit par l'étage à haute pression 10, soit par le by-pass et le refroidisseur de démarrage 8 et, de là, elle va, soit par les parties à moyenne et basse pression de l'installation de turbines, soit par la soupape de réglage 17, au condenseur 14. Si la vapeur passe par le by-pass, il est essentiel que, pendant le fonctionnement de la soupape de dérivation, il ne puisse pas se produire des conditions de poussée axiale défavorables sur la partie à haute pression de la turbine et que l'on évite des fluctuations indésirables de charges ou de vitesse de rotation ou des rapports de pression.
Il est, par suite, avantageux de mélanger la fraction pondérale de vapeur à by-passer après refroidissement dans le refroidisseur de démarrage, avec la vapeur qui a fourni du travail dans la partie à haute pression de l'installation de turbines, de l'amener dans le surchauffeur intermédiaire et de retirer de la vapeur sortant du surchauffeur intermédiaire un poids de vapeur correspondant au poids de vapeur qui a été by-passé, pour l'amener au oonden- seur. De façon avantageuse, ce poids de vapeur à évacuer est refroidi avant d'entrer dans le condenseur.
Pour permettre le parfait fonctionnement nécessaire de toute l'installation, en particulier même pendant le démarrage, il est prévu une soupape de dérivation et une soupape de réglage la première réglant le poids de la vapeur à diriger vers le surchauffeur intermédiaire en by-passant la partie à haute pression et la seconde réglant le poids de la vapeur à conduire au condenseur en by-passant la partie à basse pression. La soupape de réglage 17 prévue en aval du surchauffeur intermédiaire est constituée en soupape de maintien de pression pour le surchauffeur intermédiaire, sa pression de réglage pouvant être déterminée par exemple par le rapport entre la pression régnant dans le carter de roues de la turbine à haut$; pression et celle régnant dans le surchauffeur intermédiaire.
La figure 2 montre schématiquement comment cette soupape de réglage peut être commandée. Elle est également ici désignée par 17. Elle est disposée dans la conduite 18 dérivée du condenseur et passant par un refroidisseur, et elle est située à la sortie du surchauffeur intermédiaire.
Elle est reliée à un servo-moteur 28 dont le piston chargé par un ressort peut être soumis à l'action de l'agent sous pression passant dans la conduite d'huile sous pression 29. Le trajet de l'huile sous pression pour aller au servomoteur passe par un relais de pression 30 dans lequel l'huile sous pression pénètre par un diaphragme 31. Ce relais communique avec une membrane 32 qui commande l'ouverture et la fermeture du relais. Sur les deux côtés de la membrane agissent des pressions différentes. On peut régler au préalable de façon déterminée le rapport des surfaces de la membrane soumises à l'action des pressions différentes.
Ceci peut s'obtenir
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par exemple en faisant agir sur toute la surface de l'un des côtés de la membrane,par une conduite 33, la pression régnant dans le surchauffeur in- termédiaire, tandis que la pression du carter de roues régnant dans la par- tie de la turbine à haute pression n'agit par une conduite 34 que sur une partie de la surface de l'autre côté de la membrane. Pour obtenir le rap- ort des surfaces désiré, comme le montre la figure 2, la membrane peut être recouverte de boîtes en accordéon de manière telle que le rapport ef- fectif des surfaces des deux côtés de la membrane corresponde au rapport désiré entre les deux pressions. On peut aussi imaginer un dispositif dans lequel deux membranes agissent sur un fléau de balance dont le rapport des bras de levier est réglable.
Lorsque la pression du surchauffeur intermé- diaire devient prépondérante, ce qui peut se produire, par exemple, du fait de l'ouverture de la soupape de dérivation 7,le relais 30 à huile sous pression s'ouvre et l'agent sous pression s'échappe par la conduite 35.
De ce fait, le servomoteur 28 n'est plus en charge de sorte que son piston peut se déplacer sous l'action de la détente du ressort. Par suite, la soupape de réglage 17 s'ouvre et laisse la vapeur aller, par la conduite 16, au condenseur 14, en by-passant les parties à moyenne et basse pression de l'installation de turbines jusqu'à ce que soit obtenu l'équilibre désiré entre la vapeur passant dans les différentes parties de l'installation de turbine et celle by-passant ces parties de l'installation. Lors de la fer- meture subséquente de la soupape de dérivation, le relais à huile sous pres- sion se ferme, ainsi que la soupape de réglage.
Pour maintenir le rapport désiré entre les poids de la vapeur passant dans l'installation de turbines et de celle la by-passant, le ré- glage de la soupape 17 peut aussi se faire en agissant autrement sur le relais à huile sous pression 30. On peut aussi, par exemple, au moyen d'un diaphragme ou d'une tuyère de retenue, mesurer la pression de la vapeur avant son entrée dans la partie à haute pression de l'installation de tur- bine et faire agir ces grandeurs de mesure sur le relais à huile sous pres- sion. On peut utiliser dans ce but, de manière analogue, des appareils de mesure de quantités de vapeur. En ce cas, la soupape de réglage est réglée par le rapport des quantités de la vapeur passant dans la partie à haute pression de l'installation et de la vapeur la by-passant.
On peut aussi faire agir l'huile sous pression, commandant les groupes de soupape d'ad- mission de vapeur à la turbine à haute pression, sur l'une des faces de la membrane, et sur l'autre face la pression régnant à la sortie de la vapeur de cette turbine et commander ainsi la pression d'huile agissant sur la soupape de réglage. Si la répartition du rapport des poids de la vapeur passant dans l'installation de turbines et de celle la by-passant est dé- terminée de cette façon, lors de l'ouverture de la soupape de décharge 7 toute l'installation de turbines,avec ses parties à haute, moyenne et basse pression, est soumise au réglage par exemple d'un régulateur de vi- tesse, qui commande les soupapes d'admission à la turbine à haute pression.
On peut cependant utiliser aussi pour commander la soupape de réglage la pression de vapeur régnant en aval du surchauffeur intermédiaire.
On peut encore utiliser un ou plusieurs dispositifs commandés par relais à huile sous pression pour déclencher les dispositifs de ferme- ture rapide de l'installation de turbines lors d'un dépassement par excès ou par défaut des rapports depression admissibles. Par exemple, il faut arriver que, par suite de dépôts de sels dans une partie de l'installation, il se produit des déplacements de pression inadmissibles, nécessitant un arrêt de la turbine. Lors du déclenchement des dispositifs de fermeture rapide, la soupape de réglage peut être ouverte en grand pour faire bais- ser la pression dans le surchauffeur intermédiaire et, par suite, dans la partie à haute pression de la turbine.
La commande ci-dessus décrite de la soupape de réglage peut être telle que cette soupape reste fermée pour des rapports de pression normaux et ne s'ouvre que pour une augmentation dis- proportionnée de la pression dans le surchauffeur intermédiaire. Cette com-
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mande peut être bloquée et ne s'ouvrir que lors de l'ouverture de la soupape de dérivation. En ce cas, par exemple, la soupape de réglage peut être réglée à un rapport de pressions normal entre la pression dans le carter de roues et celle du surchauffeur intermédiaire ou à une pression plus basse du surchauffeur intermédiaire.
On peut encore utiliser avantageusement le procédé de l'invention dans des centrales à vapeur dans lesquelles des chaudières à circulation forcée, avec deux surchauffés intermédiaires et pression sur cri tique, fonctionnent à des températures très élevées pour les surchauffeurs et la vapeur vive, par exemple à 600 . A la place d'une installation à arbre unique, comme décrit ci-dessus, on peut utiliser aussi des installations à plusieurs arbres. Par exemple, on peut relier l'arbre de la turbine à haute pression à celui de la turbine à basse pression, au moyen d'un accouplement à réduction de vitesse. Il est encore possible de munir chacune des parties à haute et basse pression d'une génératrice et d'accoupler les deux parties au moyen de dispositifs électriques.
Dans l'agencement de centrale à vapeur selon l'invention, il est possible, d'emblée, de faire condenser la partie de la vapeur by-passant l'installation de turbines dans un condenseur indépendant de l'installation ou, en admettant la perte du condensat, de la laisser s'échapper à l'air libre.