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"Procédé et appareil pour le réglage de la circulation de vapeur dans une installation de turbine à vapeur comprenant une surchauffe intermédiaire de la vapeur de travail."
Dans les installations de turbine à vapeur les températures et les pressions de la vapeur vive sont de plus en plus élevées, ce qui diminue la faculté de réglage
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de ces installations. Etant donné que le réglage relativement lent des foyers ne peut généralement s'adapter assez rapide- ment aux variations de la charge, les fortes variations de celle-ci entraînent des variations de la pression et de la température. Les'variations de la température imposent notamment des contraintes de fatigue' complémentaires aux parois relativement minces des tuyauteries et des corps de turbines.
Il est cependant possible, méme pour un réglage lent des foyers, d'éviter les élévations rapides de la température, et par suite les températures excessives, en évacuant l'excès de vapeur, sans fournir du travail, lorsque la consommation diminue rapidement. Dans les installations unitaires compre- nant une chaudière séparée pour chaque turbine, on prévoit avantageusement.à cet effet des conduites de dérivation en parallèle avec la turbine et dans lesquels sont intercalés des vannes. Ces conduites de dérivation permettent également la mise en marche de la chaudière sans que la turbine'soit directement alimentée,par la vapeur. L'excès de vapeur est alors précipité dans le oondenseur de l'installation.
La présente invention concerne un procédé pour le réglage du flux-de vape dans le cas'd'une réduction brusque de la charge pour une installation de turbine à vapeur avec surchauffe intermédiaire de la vapeur, et qui comporte également des-conduites en parallèle à au moins deux turbines partielles, commandés par des vannes dérivant
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l'excès de vapeur.
Selon l'invention, les vannes de dériva- tion seront ouvertes en opposition avec les soupapes d'ad- mission des turbines partielles au moment de la réduction de la charge, et ce de façon que le débit des vannes de dérivation soit au moins égal à la réduction du débit de la turbine, à condition que les pressions'restent les mêmes dans la chaudière et dans les surchauffeurs intermédiaires, les vannes de dérivation étant ensuite progressivement refermées.
Grâce à cet agencement, dans lequel l'ouverture des vannes de dérivation a lieu directement en fonction du mouvement de fermeture des soupapes d'admission, sans attendre des changements dans la chaudière, les réductions brusques de la charge ne se répercutent pas jusqu'à cette chaudière. L'excès de vapeur passe sans travailler dans le condenseur. La chaudière ne doit s'adapter à la variation de charge qu'au fur et à mesure que les vannes de dérivation reviennent progressivement à la position de fermeture après la réduction de la charge. Cette fermeture des vannes peut s'effectuer assez lentement a fin que même le réglage lent du foyer puisse suivre les variations de consommation de la vapeur...
L'évacuation temporaire de la vapeur par les con- duites de dérivation est économiquement acceptable, étant donné que les variations brusques et importantes de la charge
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sont relativement rares, et qu'elles peuvent être compensées en très peu de temps si le réglage est immediat et presque apériodique.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple un mode de réalisation d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en regard duquel ce procédé sera décrit en détail ci-après.
La fige 1 est une vue schématique d'un appareil régulateur pour une installation de turbine à vapeur compre- nant deux surchauffeurs intermédiaires pour la vapeur de travail.
La fig. 2 montre un mode de réalisation particulier du mécanisme de commande d'une vanne de dérivation.
Dans l'exemple représenté sur la fig. l, la turbine de l'installation comprend trois turbines partielles 1, 2 et 3 dans lesquelles passe successivement la vapeur de travail.
La puissance utile est transmise à un générateur de courant électrique 4. En,partant d'un premier surchauffeur 5 d'une chaudière non..représentée, la vapeur de travail arrive par un conduit 7 à soupape-d'admission 6 dans la turbine partielle 1. Elle sort de.cette turbine par une conduite 8 et passe dans un premier surchauffeur intermédiaire 9.
En sortant de ce surchauffeur, la vapeur arrive par une conduite 11, à soupape d'admission 10,.dans la turbine partielle 2, et sort de cette turbine pour passer par une conduite 12 dans un
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deuxième surchauffeur intermédiaire 13. En sortant de celui-ci, la vapeur arrive par une conduite 15, à soupape d'admission 14, dans la dernière turbine partielle 3, et sort de cette turbine pour passer par une conduite 16 dans un condenseur 17.
Parallèlement aux trois turbines partielles sont branchées des conduites de dérivation 21, 22, 23, commandées par des vannes de dérivation 18, 19, 20, qui sont destinés évacuer l'excè de vapeur en contoarnant les turbines partielles correspondantes. Les vannes de dérivation 18, 19, 20 sont normalement fermées.
Les obturateurs d'admission 6, 10 et 14 des turbines partielles sont commandés en partant d'un régulateur de vitesse 24. A celui-ci est relié cinématiquement, par l'intermédiaire d'un levier 25 et d'une bielle 26, un levier 27 articulé en 28.
A l'extrémité gauche de ce levier, c'est-à-dire au point 29 est articulée une tige 30 qui transmet les mouvements de l'extrémité du levier à la soupape d'admission 6 de la turbine partielle 1.
En un point 31..du levier 27 est articulée une autre tige 32, dont l'extrémité inférieure 33 est en prise avec une coulisse incurvée 34. Cette coulisse est articulée en un point, fixe 35. Elle est solidaire d'une articulation intermédiaire 36 qui est reliée par une tige 37 à la soupape d'admission 10 de la turbine partielle 2.
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A 1'extrémité libre 38, de la coulisse incurvée 34, est articulée une tige 39 qui assure la liaison cinéma- tique avec l'extrémité gauche 40 d'un levier 42 articulé en un point fixe 41. Un point intermédiaire 43 de ce levier est relié par une tige 44 à la soupape d'admission 14 de la turbine partielle 3.
Les tringleries des soupapes d'admission 6,.10 et 14 des turbines partielles sont solidaires des pistons de refoulement 45, 46, 47. Le piston 45 est relié par une tige 48 à un point intermédiaire 49 du levier 27, le piston 46 est relié par une tige 50 à l'extrémité libre 38 de la coulisse 34 et le piston 47 est relié par une tige 51 à un point intermédiaire 52 du levier 42.
Les pistons de servomoteurs 53, 54, 55, sollicités par des ressorts 56,57 58, actionnent par des tiges 59,60, 61, les vannes de dérivation 18, 19,20. Les volumes des cylindres 62, 63, 64, délimités en haut par les pistons de refoulement 45, 46, 47, sont remplis d'un liquide de trans- mission. Les cylindres-,des pistons de refoulement communi- quent avec les chambres, 65, 66,67 au-dessous des pistons , des servomoteurs 53, 54,55. Dans les conduites de dérivation des chambres 65, 66, 67 sont intercalées des soupapes d'étranglement 68, 69,70 en parallèle avec des clapets de retenue 71, 72, 73.
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Un point intermédiaire 74 de la coulisse 34 est également relié cinématiquement à un tiroir distributeur 75, qui commande le passage d'un liquide sous pression sur les deux faces d'un.piston 76. Ce piston 76 est relié par une tige 77 à un point intermédiaire 78 de la tige 32 dont l'extrémité inférieure'est en prise avec la coulisse incurvée 3,
Dans le cas d'une réduction brusque de la charge à l'installation par le générateur de courant électrique 4, le dispositif de réglage fonctionne de la manière suivante:
Pour une augmentation rapide du nombre de tours- minute le levier 25 est abaissé,par le régulateur 24, ce qui entraîne simultanément l'abaissement du levier 27. Ce mouvement est transmis par la tige 32, la coulisse 34 et la tige 39 au levier 42.
Les soupapes d'admission 6, 10 et 14 des turbines partielles 1, 2 et 3 sont ainsi actionnées dans le sens de la fermeture.
En même temps s'abaissent également le piston de refoulement 45'relié par la tige 48 au levier 27, le piston de refoulement 46 relié par la tige 50 à la coulisse 34, et le piston dè refoulement 47 relié par la tige 51 au levier 42. Le- liquide de transmission refoulé hors de la chambre 62 par le piston 45 descendant, passe dans la chambre 65 sous le piston de servomoteur 53 de la vanne de dérivation 18 de la première turbine partielle 1. Ce piston de servo-
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moteur 53 est ainsi élevé à l'encontre de l'action du ressort
56, de sorte que la vanne de dérivation 18 est ouverte.
Le repport de transmission entre le mouvement de fermeture de /,' la soupape d'admission 6 et celui de la vanne de dérivation
18 est choisi tel que le débit de la vanne de dérivation 18 soit au moins à peu près égal à la réduction du débit de la soupape d'admission 6 et de la turbine partielle 1, en supposant que la pression reste la même dans le surchauffeur 5.
D'une manière similaire la descente des pistons de refoulement 46 et 47, qui refoulent le liquide de transmission des cylindres 63 et 64:dans les chambres 66 et 67 sous les pistons de servomoteurs., 54 et 55; entraîne une élévation de ces pistons à rencontre de l'action des ressorts 57 et 58, -de sorte que les vannas de dérivation 19 et 20 des turbines partielles 2 et 3 seront également ouvertes.
Par un choix approprié des rapports de transmission, le mouvement d'ouverture de ces vannes de dérivation 19 et
20 a également lieu en proportion avec le mouvement de fermeture des soupapes.d'admission 10 et 14 de façon que le débit de ces vannes.de.dérivation soit égal à la réduction' du débit des soupapes d'admission 10 et14 et des turbines ' - partielles 2 et 3, à condition que la pression reste la ' même dans les sur chauffeurs 9 et 13.
Pour le refroidissement de la vapeur passant sans fournir de travail , par les.pannes de dérivation ouvertes
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dans les conJujtt.! '1., 22, ,, un prévoit ciSllIK!p!ément±b.lNl1ID#Jjt des soupapes 79, 80, 81 permettant d'injecter du condensât dans les conduites 21, 22, 23. 'Ces soupapes sont reliées cinématiquement par des leviers 82, 83, 84 aux tringlerise des vannes de dérivation 18, 19, 20 de façon qu'elles soient ouverte en même temps que celles-ci.
Les mouvements qui viennent d'être décrits ont lieu dès le début de la réduction de charge. Ensuite, les soupapes d'étranglement 68,69, 70 permettent le retour progressif du liquide de transmission refoulé par.les ' pistons 45, 46, 47 dans les chambres 65,66, 67, de sorte que les vannes de dérivation 18, 19, 20, sollicitée par les ressorts 56,57, 58 agissant sur les piston: de servo- moteurs 53, 54, 55, reviennent après un certain laps de temps à la position de fermeture. Ce laps de tenps est choisi suffisant pour que le régulateur du foyer puisse adapter la production de vapeur dans la chaudière ei l'apport de chaleur dans les surchauffeurs à la consommation modifiée devapeur dans'les turbines de l'installation.
Pendant la réouverture des soupapes d'admission, qui a lieu en même temps que le recul des pistons de refoulement 45, 46, 47, les clapets de retenue 71, 72, 7j laissent repasser librement le liquide de lori que les soupapes d'étranglement 68, 69, 70 ont laissé passei précédemment.
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Le piston de servomoteur 76 commandé par le tiroir distributeur 75 est destiné à permettre le retour progressif à leur position primitive des soupapes d'admission 10 et 14 des turbines partielles 2 et 3 après un mouvement de fermeture de ces' soupapes, en vue du rétablissement de l'ouverture complése. Cet agencement évite les pertes dues à l'étrangle- ment ou au laminage permanent dans ces soupapes.
Ce but est atteint, dans l'exemple représenté, par le fait que, pendant la descente de la coulisse 34, le tirour distributeur 75 est à son tour abaissé, permettant ainsi le passage d'un fluide sous pression sur le coté droit du piston 76, de sorte que ce piston est déplacé vers la gauche, et fait pivoter la tige 32 dans le sens horaire autour de son articulation 31. La coulisse 34 est ainsi soulevée et ne s'arrête que lorsqu'elle atteint la position la plus élevée, dans laquelle la soupape d'admission 10 est complètement ouverte. En même temps, la soupape d'admission 14 de la turbine partielle 3, reliée cinématiquement à la coulisse 34 par la tringlerie 39, 42, 44, est ramenée à la position d'ouverture complète.
L'arrivée du fluide sous pression sur le piston de servomoteur 76 est assez fortement feinée pour que le retour des soupapes 10 et 14 à la position d'ouverture complète n'ait lieu que lentement.'
Le dispositif qui vient d'être décrit intervient également dans le cas d'une réduction de charge partielle pour
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Pour empêcher l'ouverture des vannes de dérivation des al moindre réduction de la charge, on peut intercaler le,4, tringleries entre les soupapes d'admission et les veres de dérivation des organes, présentant un certain -,race auxquels le mouvement d'ouverture des vanner de dérivation est un peu différé après le mouvement de fermeture des soupapes d'admission.
La figure 2 montre une variante pour la commande
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,à;=I' .n,.es de dérivation par les pistons de re.oul.er.,el¯.
En 85 est indiquée une vanne de dérivation comportant un
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cane obturateur"86. e,c8ne est relié par une bielle 8", un balancier 89'articulé en 88 et une autre bielle 90 à un piston de servomoteur 91.Celui-ci, coulissant dans un cylindre 92, est poussé ''de bas en haut par un ressort 93. un tiroir distributeur 95, monté à coulissement dans un boisseau 94 raccordé au cylindre 92, commande le passage d'un fluide-souspression arrivant par une conduite 96, pour
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le faire passer par,.une conduite 97 dans la chambre du cylindre au-dessus du piston 91. L'extrémité inférieure du tiroir distributeur 95 est accouplée à un soufflet de mesure 98 logé dans une chambre 100 fermée par. une calotte 99.
Le tiroir distributeur 95 remplit la'fonction de relais pour la commande de la vanne 85. Il est commandé à son tour par un piston de refoulement 101, qui n'est cependant pas solidaire de la tringlerie de l'obturateur d'admission de la turbine partielle correspondante, mais par l'intermédiaire d'un ressort 102. Une partie de cette tringlerie est représentée sur la fig.2 par une tige 103, dont l'extrémité porte un disque'104. qui pousse le ressort 102 contre le piston de refoulement 101. La face inférieure du piston, coulissant dans un cylindre 105, forme avec celui-ci une chambre 106, remplie d'un liquide de transmission, qui communique par une conduite 107, un robinet à trois voies ICS et une autre'conduite 109,,avec la chambre 100 au-dessous du tiroir distributeur 95.
Lorsque le disque 104 descend en même temps que la soupape d'admission de. la turbine partielle correspondante' se ferme, le ressort 102 est comprimé'et le liquide de transmission de la chambre 106 est porté à une pression qui ' est fonction dur degré de compression du ressort.
Cette pression est transmise à la chambre 100, de sorte que le tiroir distributeur 95 céde,en s'élevant et laisse passer le
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liquide sous pression sur la face supérieure du piston do seivomoteur 91 pour faire descendre celui-ci à l'encontre de l'action du ressort 93, jusqu'à, ce que le ressort 110 intercalé entre le piston 91 et le distributeur 95 maintienne l'équilibre entre le liquide de transmission et le distribu- teur 95. Le piston de servomoteur 91 descend donc d'autant plus, et ouvre davantage la vanne de dérivation 85 en fonction de la pression plus forte produite par le piston de refoule- ment 101.
A chaque pression du liquide de transmission correspond ainsi une position déterminée de la vanne de dérivation.
Sous l'action de la pression du liquide de trans- mission produite par la tension du ressort 102, une soupape d'étranglement 111 permet la fuite progressive de Ce liquide de transmission par une conduite 112. Le piston de refoulement descend donc, de sorte que le ressort 102 se détend. La pression du liquide de transmission diminue dans la même proportion, et la vanne de dérivation commandée par cette pression revient progressivement à la position de fermeture.
Le dispositif représenté sur la fig. 2 comporte également un générateur'de pression frmé par un soufflet métallique 113'*fermé en.haut par un fond mobile 114. Ce fond mobile est relié, sur le côté gauche par un ressort à lame
115 au fond inférieur fixe. Le fond mobile présente intérieure- ment un canal 116 communiquant avec l'intérieur du soufflet
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et débouchant au-dessus d'une broche fixe 117. Il est solli- cité de haut en bas par un ressort de compression 118. La tension de ce ressort peut être modifiée à volonté par une tige filetée 119, par simple rotation d'un bouton 120.
Le soufflet 113 reçoit un liquide sous pression par une conduite 122 munie'd'un diaphragme' 121. Lorsque la pression régnant à l'intérieure du soufflet métallique produit une\poussée supérieure à celle du ressort 118, le fond mobile 114 s'écarte de la broche fixe 117 et permet ainsi au liquide de s'échapper par le canal 116. Suivant la tension du ressort 118 ou la position angulaire du bouton 120, une pression hydraulique déterminée s'établit à l'intérieur du soufflet 113, et cette pression est'd'autant plus forte que le ressort 118 est plu fortement tendu.
Un mouvement de rotation du robinet à trois voies 108 permet de soustraire la membrane de mesure 98 du relais de commande de la vanne de dérivation 85 à l'ac- tion de la pression produite par le piston de refoulement 101, et de la faire communiquer par une conduite 123 avec l'intérieur du soufflet.métallique 113 du générateur de pression.
Se générateur de pression est de préférence placé au poste central de commandeLorsque le relais pilote de commande de la vanne de dérivation 85.est branché sur le générateur de pression, la manoeuvre du bouton 120 permet de
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t,r(1ï;iliJet tLa une pression quelconque à la mülllbrJ.w.:: de Mesure
98 du relais pilote, ce qui le reglage arbitruire à distance du point d'ouverture de la vanne de dérivation 85.
REVENDICATIONS : ---------
1.- Procédé de réglage du flux de la vapeur en cas de réduction brusque de la charge dans une installation de turbine à vapeur comprenant des surchauffeurs intermédiaires, dans laquelle au moins deux turbines partielles sont branchées en parallèle avec des conduites de dérivation munies de vannes et destinées à la dérivation de tout excès de vapeur produite, caractérisé en ce que les vannes de dérivation seront ouvertes en opposition avec les soupapes d'admission des turbines partielles au moment de la réduction de la charge de façon que le débit des vannes de dérivation soit au moins à peu près égal à la réduction du débit des turbines, à condition que la pression de la chaudière et des surchauffeurs intermédiaires reste la même, les vannes de dérivation étant ensuite refermées progressivement.