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PROCEDE DE REGULATION DE LA TEMPERATURE D'UN FLUIDE
CHAUFFE PAR ECHANGE DE CHALEUR AVEC UN FLUIDE
CHAUFFANT, NOTMENT DANS UNS INSTALLATION NUCLEAIRE La. priente invention résultant d'une étude confiée à la Société CONTROLE BAIEY' et dont Monsieur Guy DE LIVOIS Agent de oette Société est l'auteur, est relative à un procédé de régulation de la température d'un fluide chauffa en céchangeur
On sait que dans une chaudière à circulation forcée ouverte, c'est- à-dire dans une chaudière où n'existe pas de séparation nette entre la place liquide et la phase vapeur, la phase liquide entra l'une des extrémités des tubes constituant la chaudière, pour successivdement s'échauffer, se vaporiser,
se surchauffer Et finalement sortir en phase vapeur surchauffée Dans une telle chaudière, les doux grandeurs à régler sont la pression et la température de la vapeur, les deux grandeurs principales de réglage étant l'apport de chaleur fourni par une source dans un temps donné et le débit liquide fourni par une pompe.
On peut assurer la régulation d'une telle chaudière en maintenant la pression à une valeur domépar action sur l'apport de chaleur .dans un temps donné et la température par action sur le débit liquide, ou permuter les grandeurs de régiage dans ces deux actions.
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Dans une telle chaudière où la source de chaleur est alimentée pnr un combustible fossile classique, on peut toujours, quelle que soit la grandeur ; de réglage choisie, ramener la température de vapeur à la valeur de consigne, parce que la température d'entrée des fumées de combustion, qui forment le fluide chauffant dans ce genre d'échangeu est Ares supérieure à celle de sortie de la vapeur.
Il n'en va pas de m,ême si la chaudière reçoit comme fluide chauffant un fluide dont la température d'entrée F sur laquelle il n'est pas possible dtagir, est relativement faible. C'est par exemple le cas d'une chaudière à circulation forage ouverte, chauffée par le gaz carbonique provenant d'une pile atonique. On sait que la température de ce fluide dopasse rarenent 500 0, alors que les températures de vapeur produites par les centrales thermiques à combustible fossile dépassent notablement ce niveau.
Il est alors nécessaire d'admettre une température de vapeur inférieure à cotte limite supérieure, que représente la température d'entrée du gaz carbonique, nais il est avantageux de ne s'en écarter que le coins possible pour que le rendonont du cycle de vapeur soit maximal,
Dans ce cas, la régulation de la température de vnpour risque de conduire à des conditions de marche inadmissible, si l'on conserve le système classique cosistant à mesurer la température de vapeur, à la comparer à une valeur do consigne fixe SO et à chercher à annuler l'écart constaté en agissant par les méthodes habituelles,
soit sur l'apport de chaleur du fluide chauffant dans un temps donné, soit sur le débit d'eau,
Si l'on choisit de régler la température de vapeur par le débit d'eau d'alimentation et la pression vapeur par la débit de fluide chauffant, toute baissa de la température do vapeur conduit la système de régulation provoquer une baisse du débit d'eau et inversement, SI la température d'entrée du fluide chauffant vient à tomber au niveau de la température de consigne sO choisie pour la vapeur, ou même en-dessous, le débit d'eau va baisser jusqu'à s'annuler, sans pour cala que la température de vapeur soit ramenda à
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la valeur de consigne.
Pendant ce temps, la chaîne de régulation de pression augmente le débit de fluide chauffant jusqu'à sa valeur maximale sans davantage de succès } l'installation ne débite plus de vapeur. On aboutirait à la môme absence do résultat si l'on permutait entre elles les grandeurs de régalee et l'on voit, d'une façon générale, que si dans ce genre d'échangeur on j cherche à maintenir la température de vapeur à une valeur constante, on rie- que de rendre très instable la che de l'installation,
La présente invention a pour objet un procédé de régulation permcttan de pallier ces inconvénients.
Acct effet, il consiste principalement, pour régler la température de vapu ou température do sortie du fluide chauffé, à agir soit sur le débit' de fluido chauffant, soit sur celui - fluide chauffé, à partir d'une valeur de consigne de cette température dépendant elle-même de la température d'entrée du fluide chauffant, donc variant avec celle-ci.
D'autres caractéristiques du procédé considéré apparaîtront mieux en outre à l'énoncé de plusieurs exemples de mise en oeuvre donnée ci-après à titre indicatif et non limitatif, qui sont décrits en référence aux dessina an naxés sur leaquels : - la fig, 1 est un schéma de principe d'un disponitif pour la mise en oeuvre du procédé, dans lequel l'action de réglage se frit par un realis à action pro- portionnelle et intégrale à partir d'un signal correspondant à l'écart des tem- pératuros de sortie du fluide chauffé et d'entrée du fluide chauffant, diminué d'une valeur fixe hosiei à volonté ;
- la fig. 2 est u schéma de principe d'un autre dispositif dans lequel 1'ac- tion de réglage se fait pnr un relaia â aation proportionnelle et intégrale partir d'un signal où la valeur fixe, considérée dans le cas de la fig 1, est remplacée par une valeur variable en fonction du débit de fluide chauffé ;
- la fig. 3 est un schéma de principe d'une autre variante dans laquelle 1'ac- tion de réglage se fait par un relais à action proportionnelle et intégrale à partir d'un signal où la valeur fixe, considérée dans le cas de la fig. cet
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remplacée par une valeur variable fonction de la température de sortie du fluide chauffant la fig.
4 est un schéma de principe d'une quatrième variante dans laquelle l'action de réglage se fait par une action proportionnelle et-intégrale iden- tique à celle prévue dans le cas de la fig.1, combinée avec une action en chaîne ouverte au moyen d'un signal représentatif de l'écart instantané entre .le quantité de chaleur dédés par le fluide chauffant et celle reçue par le fluide chauffé.
On a repris aur les diverses figures des signes de référence identiques pour désigner dea orgnnes semblables de l'une à l'autre.
Les schémas de régultion revésenteés sur les figures concernent tous un échangeur comprotant une enveloppe externe 1 parcourue par un fluide 'chauffent F entrant selon le sens de la flèche 2 en A et sortant en B, et un fluide chauffé S parcourant un circuit 3 selon le cens de la flèche 4 à l'in- térieur de l'enveloppe 1 en entrant en 0 et sortent en D.
Dans une première forme de réalisation (fig.1) on règle la température de sortie en S du fluide chauffé S par rapport à la température d'entrée F du fluide chauffant F, en agissant sur le débit de fluide chauffé S, de manière que l'écart entre lesdites températures reate constant :
S1-F ! -So ou So est une valeur de référence. la température Fdu fluide chauffant entrant est mesurée au point
5 et transformée en signal par un capteur 6 ; parallèlement la température S du fluide chauffé sortant est mesurée au point 7 et transformée en signal par un autre capteur 8.
Enfin un organe 9, ajusté manuellement, permet d'émettre un signal à niveau constant représentant la consigne d'écart SO
Les trois signaux ainsi élaborés parviennent à un sommter 10 qui à son tour émet un signal de niveau égal à la somme algébrique (F1 SX1 SO)¯
Ce dernier signal est% envoyé à un relais 11 à action proportionnelle et
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EMI5.1
:Lntt1ça.lo qui le compare à un signal de valeur nullt et qui émet vers une soupape régulatrice 12 un signal de commande de la forma k (F1-S1=SO)
EMI5.2
ou Ti est la constante de temps d'intégration et p la variable 1'réquentielle de la transformée de Laplace.
Cette soupape ajuste alors le débit de fluide chauffe S entrant
EMI5.3
de façon à revenir constainment à l'équilibre 3, 11'1 .. s 0 (1) Dons la varinnto repr6sentde aur la fig,2, la consigne d'écart "0 n'a plue uno valeur fixe, mais est fonction de la charge de 1'éohangour 4'eat- à-dire du débit ) du fluide chauffe.
La SOllUiiO. t01,U' ta reçoit alors, un troiaiômi signal f (00) 4rni. par un edndentour de fonction 13 aeaaaid au capteur de débit 146 Os gdndrateur de fonction 1', on .u.6rao connu, peut par exemple Ctre conatitud par une eue 15 untrdtn6e en rotation prr le captoux 14 et dont la profil coirompond à fonction d4oirdos Selon oa pooition aridulmiroo la nnma 4 ddplnco pim en =o1nl l'oxtr41<,it4 d'un brae ou levier ooud4 16 DU%' pivot 17. l'oxtrdmitô de l'Autre bras du memu 4v,ax Aat munie d'un curaour 18 de potont1t)11\tre 19.
Dans une autre iarinnto rer5aontôa DUr ,n fig. 5, la oonaigne d'Óonrt est une fonction g (11'2' de la température de sortit Fg du fluide ohaut- tant. Celle-ci est mosuréo en 20 dans la zone do sortie B du fluide chauffante puis transformée à travers un capteur 21 ot un gdn6rai;our do fonction 22 en si-* gnal admis au mommtqur 10. Il est à noter que la fonction g pout oomporter, en plus d'un terme proportionnel) des ten dynamiques d'intégration ou do déri va%ion par rapport au temps.
Il s'agit dans ce cas d'une régulation de la température de sortie du fluide chauffant par une action sur SO donc sur S1
Dans une quatrième forme de réalisation représentée sur la fig.4, on améliore encore la réponse dynamique du système en superposant à la boucle de régulation fermée du système considéré sur la Fig.1 une action de régulation en chaîne ouverte ou "tendance". Cette action est basée sur le principe qu'à
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, dq;uà.3.ibra la bilan..iliQ.U6 global est nul. 9'ut-à-dire que (Ft .. F2) ..
Qg (3, - sz) . 0 (3) équation dans laquelle fip et qu désignent des débite ea pn3,ds. da-tluidei- - chauffant et do fluide chauffa raapeotivemontt
EMI6.2
Le calcul du premier membre do cotte équation est fait à partir des vais= suivantes !
EMI6.3
- débit du fluide chauffant Qu - éoart do tompératuro du fluide chauffane (F1 ... k'2) .. débit du fluide chauffa % - 40ar% do tompérature du fluide) chauffa (si .. S2) oourf3oa et transaisea sous fornaa do cignaux ooermhja par lea oaptouxa 23, 34, 25 ot 2S roapootivonont, Oos, isnux sont utilisas par loo mult1p11ontou:s 27 <t 2S ot p.1\):, la doranour 39, poup 5tro trMamia on un aig=l unquo do tondcmoo %, ''Ii'1'" 1<') - QS (Sj oo S2) aur lo raluiJ d,'ac1d!t:l.on 30 qui l'ajouta au dgnal dl.nbor6 er un lôqU1,t0Up on chaîna fÔX&40, idontàqUo .. 001\11 de la Fis. 1,