Introduction
Dans les centrales thermiques, la vapeur produite par les chaudières est envoyée via des lignes haute pression vers la ou les turbines à vapeur pour générer de l'électricité. Il existe trois principales méthodes pour admettre la vapeur dans la turbine : via buse, papillon, ou régulation par dérivation.
Dans les turbines haute pression (HP), la vapeur entre dans les sections d'admission de la turbine via un ensemble de vannes de régulation. Ces vannes servent également à isoler complètement la vapeur en cas d'urgence ou lorsque la turbine est hors ligne. Dans les conceptions de turbines HP, la vapeur est admise via des groupes de buses, chaque groupe étant alimenté par une vanne dédiée. Dans d'autres conceptions de turbines, notamment celles fonctionnant à des pressions plus basses, des vannes multi-papillon actionnées par came ou barre sont utilisées ; avec cette configuration, une seule vanne alimente plusieurs buses.
Disposition des Vannes de Régulation dans une Turbine à Vapeur Régulée par Buse
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Fonctionnement des Vannes Multi-Papillon à Came
Un mécanisme typique d'admission de vapeur à vanne multi-came est illustré ci-dessous.
Engrenage de Levée de Came
Dans cet agencement, un cylindre de commande (actionné hydrauliquement) est étendu ou rétracté, provoquant la rotation de la barre de couple. Lorsque la barre de couple tourne, deux tiges de levée sont déplacées de haut en bas de manière linéaire, entraînant également un mouvement proportionnel de la poutre de levée. Plusieurs vannes de régulation sont connectées à la poutre de levée, chaque tige de vanne passant à travers la poutre sans y être physiquement fixée. L'ouverture et la fermeture séquentielles des vannes se produisent car chaque vanne a une longueur de tige différente ; des vannes à clapet sont généralement utilisées pour ce type d'application.
Un lien de rupture connecte la barre de couple au lien de la vanne de régulation haute pression et donc à la vanne de régulation haute pression. En raison de la conception du lien de rupture, la vanne de régulation HP ne commencera pas à s'ouvrir tant que toutes les vannes dans le coffre de vanne basse pression (LP) ne sont pas en position complètement ouverte. Lorsque toutes les vannes basse pression sont complètement ouvertes, la vapeur est admise dans la turbine haute pression, mais il n'est pas physiquement possible que cela se produise tant que toutes les vannes LP ne sont pas complètement ouvertes (un verrouillage intégré empêche la vapeur HP d'être délivrée sans vapeur LP).
Dans le coffre de vapeur, n'importe quel nombre de vannes de régulation peut être utilisé, mais cinq est la configuration standard (comme illustré dans le design ci-dessus). Ce type de système de régulation de la vapeur nécessite un timing précis pour garantir que la turbine fonctionne à haute efficacité.
Une vanne d'arrêt d'admission est installée avant le coffre de vapeur ; la vanne d'arrêt admet la vapeur lors du démarrage de la turbine et agit comme une vanne d'arrêt d'urgence pour la turbine.
Le design discuté dans cet article utilise une came pour actionner les vannes, mais une méthode de levée par barre est également possible. La méthode par barre utilise un mouvement linéaire plutôt qu'un mouvement rotatif, pour actionner les vannes.
Comme les cames peuvent être ajustées extérieurement, il n'est pas nécessaire de démonter tout le coffre de vanne lors de l'entretien ; l'inverse est vrai pour le design de vanne à levée par barre.
Annotations du Modèle 3D
Vanne de Régulation Basse Pression (LP)
La vapeur basse pression (LP) déchargée vers la turbine basse pression passe par une vanne d'arrêt et une vanne de régulation. La vapeur est déchargée vers la turbine via une série de vannes qui peuvent être ouvertes progressivement. Un lien mécanique connecte la vanne de régulation LP à la vanne de régulation haute pression (HP) ; ainsi, il n'est pas possible de faire passer de la vapeur par la vanne de régulation HP sans que la vanne de régulation LP ne soit suffisamment ouverte.
Poutre de Levée
La poutre de levée est une barre métallique avec des trous la perforant. Chaque tige de vanne passe à travers la poutre de levée et est connectée à son disque sphérique de vanne associé.
Coffre de Vapeur Basse Pression
La vapeur de la vanne d'arrêt basse pression s'écoule vers le coffre de vapeur basse pression. Le coffre de vapeur LP entoure les vannes à clapet et la poutre de levée.
Cylindre de Commande
Le fluide hydraulique est pompé vers une vanne servo, qui contrôle le débit de fluide vers le cylindre de commande. Le cylindre de commande contient un piston, qui se déplace linéairement en fonction du côté du piston où le fluide hydraulique est déchargé. Le lien mis en évidence par cette annotation se connecte au cylindre de commande.
Barre de Couple
La barre de couple connecte mécaniquement les liaisons basse pression, le lien de rupture, et le lien du cylindre de commande. La force appliquée à la barre par le cylindre de commande la fait tourner, ce qui à son tour transfère le mouvement linéaire aux vannes de régulation LP et HP.
Vanne de Régulation Haute Pression
La vanne de régulation haute pression est connectée à la barre de couple via un lien de rupture. L'actionnement mécanique de la vanne de régulation HP ne se produit que lorsque la barre de levée a suffisamment tourné pour appuyer contre le corps du lien de rupture. Un verrouillage mécanique de ce type garantit que toutes les cinq vannes du coffre de vapeur basse pression sont ouvertes avant l'ouverture de la vanne de régulation HP. Un ressort fournit la force de traction nécessaire pour ramener la vanne de régulation HP en position fermée lorsque la force mécanique de la barre de couple n'est plus présente.
Lien de Rupture
Le lien de rupture connecte la barre de couple à la vanne de régulation HP. Un trou dans le corps du lien de rupture contrôle le moment où la force est transférée de la barre de couple à la vanne de régulation HP. Lorsque la barre de couple tourne, elle appuie contre le corps du lien de rupture, ce qui ouvre ou ferme la vanne de régulation HP.
Lien de Commande de la Vanne de Régulation Basse Pression
Un lien mécanique connecte la vanne de régulation LP à la barre de couple.
Tiges de Levée
Deux tiges de levée connectent les liaisons de commande de la vanne de régulation basse pression à la poutre de levée.
Ressources Supplémentaires
https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html
http://sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-temperature
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-pressure