FR2968351A1 - Turbine a vapeur et procede de diagnostic par mesure de pression de garniture d'etancheite mediane - Google Patents

Turbine a vapeur et procede de diagnostic par mesure de pression de garniture d'etancheite mediane Download PDF

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Abstract

Une turbine à vapeur à flux opposés (10) ayant une section HP (12) et une section MP (14) reliées par un arbre (16), avec une garniture d'étanchéité médiane (18) entourant ledit arbre dans une région entre ladite section HP et ladite section MP ; et un conduit de vapeur (28) s'étendant depuis ladite garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine ; ledit conduit de vapeur incorporant une prise de pression (32) pour mesurer directement et continûment la pression dans ladite garniture d'étanchéité médiane pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur.

Description

B11-5480FR 1 Turbine à vapeur et procédé de diagnostic par mesure de pression de garniture d'étanchéité médiane
La présente invention concerne un outil de diagnostic utilisé pour déterminer la dégradation de composants de turbine par des mesures de pression dans la région de garniture d'étanchéité médiane entre des sections HP et MP de la turbine. Souvent lors de la réalisation d'un essai de validation de performance d'une turbine à vapeur, le flux entre les sections haute pression (HP) et moyenne pression (MP) à travers la garniture d'étanchéité médiane n'est pas connu parce qu'il ne peut pas être mesuré directement. Les procédés utilisés pour déterminer ce flux sont très consommateurs de temps, nécessitent une coopération significative du client et des opérateurs, et sont seulement réalisés sur des unités avec des essais contractuels de précision, ou des unités qui sont le sujet de tests de caractérisation. Du fait de ces contraintes, une valeur présumée de ce flux est utilisée dans la majorité des analyses de performance.
Certaines unités prévoient de réaliser un essai d'extraction. Pour réaliser l'essai, un orifice est pratiqué à travers la tête de la garniture d'étanchéité et la coque, un tuyau y est fixé contenant une soupape d'isolation et une section d'essai pour y fixer des instruments utilisés pour mesurer la température, la pression et le débit. Pendant un fonctionnement normal quand aucun essai n'a lieu, néanmoins, la soupape d'isolation est fermée, et les instruments d'essai sont enlevés. I1 demeure un besoin, donc, pour une technique simple et relativement peu coûteuse pour mesurer de manière continue la pression dans une région de garniture d'étanchéité entre les sections HP et MP d'une turbine à vapeur, de telle manière que la pression recueillie puisse être utilisée comme un outil de diagnostic permanent pour déterminer/identifier la dégradation de divers composants de turbine. Selon un premier mode de réalisation, l'invention concerne une turbine à vapeur à flux opposés ayant une section HP et une section MP reliées par un arbre, avec une garniture d'étanchéité médiane entourant l'arbre dans une région entre la section HP et la section MP ; et un conduit de vapeur s'étendant depuis la garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine ; le conduit de vapeur incorporant une prise de pression pour mesurer la pression directement et continûment dans la garniture d'étanchéité médiane pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur.
Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne une turbine à vapeur à flux opposés ayant une section HP et une section MP reliées par un arbre, avec une garniture d'étanchéité médiane entourant l'arbre dans une région entre la section HP et la section MP ; et dans laquelle un conduit de vapeur s'étend depuis la garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine et est relié à un condenseur, le conduit de vapeur incorporant une soupape d'isolation et un orifice d'extraction en amont du condenseur ; et une prise de pression fixée sur le conduit de vapeur pour mesurer la pression directement et continûment dans la garniture d'étanchéité médiane, la prise de pression étant située extérieurement à la garniture d'étanchéité médiane et en amont de la soupape d'isolation. Dans encore un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé pour faire fonctionner une turbine à vapeur à flux opposés ayant une section HP et une section MP reliées par un arbre, avec une garniture d'étanchéité médiane entourant l'arbre dans une région entre la section HP et la section MP, le procédé comprenant de fournir un conduit de vapeur s'étendant depuis la garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine ; de monter une prise de pression dans le conduit de vapeur ; et de mesurer la pression de vapeur dans la garniture d'étanchéité médiane directement et sensiblement continûment pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur à flux opposés. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique simplifiée de sections HP et MP, à flux opposés d'une turbine à vapeur configurée pour un essai d'extraction, mais modifiée selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique simplifiée de sections HP et MP, à flux opposés d'une turbine à vapeur qui n'est pas configurée pour un essai d'extraction, mais est modifiée selon un second mode de réalisation de l'invention.
En se référant à la figure 1, une turbine à vapeur selon un premier mode de réalisation de l'invention est désignée globalement par 10. La turbine à vapeur 10 inclut une première section ou section de turbine haute pression (HP) 12 reliée fonctionnellement à une seconde section ou section de turbine à moyenne pression (MP) 14 par un arbre ou rotor 16. Un ensemble de garniture d'étanchéité médiane 18 (ou simplement garniture d'étanchéité médiane) s'étend autour de l'arbre 16 et peut inclure une pluralité de bagues d'étanchéité (non montrées mais de nature conventionnelle) qui empêchent ou minimisent les fuites de vapeur autour et le long de l'arbre 16.
De la vapeur haute pression est émise vers la turbine ou cuve HP 12 au moyen du conduit 20 alors que la vapeur utilisée est routée vers un resurchauffeur basse température via la ligne 22. La vapeur hautement resurchauffée est alimentée vers la cuve MP 14 via le conduit 24, la vapeur utilisée sortant de la ligne 26. Pendant le fonctionnement, une partie de la vapeur haute température/haute pression s'écoule le long de l'arbre 16 dans l'ensemble de garniture d'étanchéité médiane 18, vers la section MP 14. La vapeur entrant dans la section de turbine 14 influence le rendement global de la turbine 10 et donc, il est souhaitable de contrôler les fuites autour et le long de l'arbre 16 à travers la garniture d'étanchéité médiane. Dans des configurations de turbine comme montrées sur la figure 1, il est possible de réaliser un essai d'extraction, un trou est pratiqué à travers la tête de garniture d'étanchéité et la coque, un tuyau ou conduit 28 y est fixé, incorporant une soupape d'isolation ou d'extraction 30 et un orifice d'extraction comme montré sur la figure 1. Une section d'essai est identifiée en aval de la soupape 30 où des mesures de pression, de température et de débit sont prises. Pendant le fonctionnement normal de la turbine, la soupape 30 est fermée. Quand un essai d'extraction est nécessaire, l'instrumentation nécessaire est ajoutée dans la section d'essai et la soupape 30 est ouverte, attirant la vapeur depuis les deux sections de turbine 12 et 13 dans le conduit 28. Habituellement après un essai d'extraction, les instruments de collecte de données sont enlevés et la soupape d'extraction 30 est fermée alors que le fonctionnement normal de la turbine continue. Selon un mode de réalisation de l'invention, une prise ou capteur de pression 32 est situé dans le conduit 28 en amont de la soupape 30 d'isolation ou d'extraction. Pendant le fonctionnement normal de la turbine et avec la soupape 30 d'isolation ou d'extraction fermée, la prise ou capteur de pression 32 enregistre la pression dans la garniture d'étanchéité médiane 18, avec toute fuite de vapeur s'écoulant à travers la garniture d'étanchéité médiane dans une direction le long du rotor, depuis la section de turbine HP 12 vers la section de turbine MP 14. Les mesures de pression directes, prises sur des périodes soutenues de temps alors que la turbine fonctionne, fournissent un outil de diagnostic fiable. Par exemple, une indication de l'état de la garniture d'étanchéité dans la garniture d'étanchéité médiane 18 peut être obtenue de diverses manières. Précisément, la pression mesurée au moment de l'essai peut être comparée à la pression de conception pour guider une supposition sur la quantité d'écoulement de N2 ; la pression mesurée pendant un essai d'inférence N2 peut être utilisée pour assurer que l'essai lui-même n'affecte pas les surfaces d'étanchéité de la turbine ; le rapport de pression mesuré entre la section HP 12 et la garniture d'étanchéité médiane 18 en fonction du temps peut être utilisé pour contrôler des changements dans les jeux d'étanchéité dans la garniture d'étanchéité 18 ; ou une pression constante mesurée pendant une période de temps avec un changement de rendement de section MP peut indiquer un endommagement intérieur, qui peut ouvrir d'autres chemins de fuites entre les sections HP et MP. Ainsi, le présent agencement peut aider à diagnostiquer des manques de performance sur de nouvelles unités ainsi qu'indiquer la dégradation sur des unités en service. Des équipes de validation peuvent utiliser ces lectures de pression pour conduire des analyses plus précises ; des équipes de conception peuvent utiliser les données pour vérifier leurs suppositions ; et l'équipe commerciale peut utiliser les données pour remédier à toute insuffisance de performance et pour garantir ainsi qu'identifier toutes zones dans une unité existante qui peut convenir pour une amélioration. La figure 2 est un agencement similaire mais ou aucune possibilité d'extraction n'a été incorporée dans la turbine. Ici la prise de pression ou capteur 32 peut être appliqué directement au niveau de l'ensemble de garniture d'étanchéité médiane 18 pour obtenir le même résultat que celui fourni par l'agencement de la figure 1.
Liste des parties turbine à vapeur 10 section de turbine HP 12 section de turbine MP 14 arbre ou rotor 16 garniture d'étanchéité médiane 18 conduit 20 ligne 22 conduit 24 ligne 26 conduit 28 soupape 30 capteur ou prise de pression 32

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Turbine à vapeur à flux opposés (10) ayant une section HP (12) et une section à moyenne pression MP (14) reliées par un arbre (16), avec une garniture d'étanchéité médiane (18) entourant ledit arbre dans une région entre ladite section HP et ladite section MP ; et un conduit de vapeur (28) s'étendant depuis ladite garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine ; ledit conduit de vapeur incorporant une prise de pression (32) pour mesurer directement et continûment la pression dans ladite garniture d'étanchéité médiane pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur.
  2. 2. Turbine à vapeur à flux opposés selon la revendication 1, dans laquelle ledit conduit de vapeur est relié à un condenseur et incorpore une soupape d'isolation (30) en aval de ladite prise de pression (32) et en amont dudit condenseur.
  3. 3. Turbine à vapeur à flux opposés selon la revendication 2, dans laquelle un orifice d'extraction est situé entre ladite soupape d'isolation (30) et ledit condenseur.
  4. 4. Turbine à vapeur à flux opposés (10) ayant une section à haute pression HP (12) et une section à moyenne pression MP (14) reliées par un arbre (16), avec un garniture d'étanchéité médiane (18) entourant ledit arbre dans une région entre ladite section HP et ladite section MP ; et dans laquelle un conduit de vapeur (28) s'étend depuis ladite garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine et est relié à un condenseur, ledit conduit de vapeur (28) incorporant une soupape d'isolation (30) et un orifice d'extraction en amont dudit condenseur ; et une prise de pression (32) fixé sur ledit conduit de vapeur (28) pour mesurer directement et continûment la pression dans ladite garniture d'étanchéité médiane (18), la prise de pression (32) étant située extérieurement à ladite garniture d'étanchéité médiane (18) et en amont de ladite soupape d'isolation (30).
  5. 5. Procédé pour faire fonctionner une turbine à vapeur à flux opposés (10) ayant une section à haute pression HP (12) et une section à moyenne pression MP (14) reliées par un arbre (16), avec une garniture d'étanchéité médiane (18) entourant l'arbre dans une région entre les sections HP et MP, le procédé comprenant les étapes suivantes : fournir un conduit de vapeur (28) s'étendant depuis la garniture d'étanchéité médiane et à travers une coque de la turbine ; monter une prise de pression (32) dans le conduit de vapeur ; et mesurer la pression de vapeur dans la garniture d'étanchéité médiane directement et sensiblement continûment pendant le fonctionnement de la turbine à vapeur à flux opposés.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre d'utiliser des données de pression de vapeur mesurées obtenues depuis la prise de pression (32) comme un outil de diagnostic pour identifier des manques de performance sur des nouvelles turbines ou la dégradation sur des turbines en service.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel des manques de performance sur de nouvelles turbines ou la dégradation des turbines en service incluent des jeux de garniture d'étanchéité hors spécification.
  8. 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel des manques de performance sur de nouvelles turbines ou la dégradation des turbines en service incluent des fuites de section HP vers la section MP par un ou plusieurs joints autres que ladite garniture d'étanchéité médiane.
  9. 9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape d'utilisation des données de pression inclut de comparer des données de pression de vapeur mesurées à une pression de conception pour guider l'augmentation d'une quantité d'écoulement N2 dans la garniture d'étanchéité médiane.
  10. 10. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape d'utilisation des données de pression inclut d'utiliser des données de pression de vapeur mesurées à partir de la prise de pression comme un outil de diagnostic pour contrôler des changements dans le jeu de garniture d'étanchéité avec le temps.
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