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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2510656A1
Family ID 2404334
Probable Assignee Nuovo Pignone Spa
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title TURBINE A GAZ AVEC ECHANGEUR DE CHALEUR INCORPORE AU CARTER
DU STATOR
Abstract
_________________________________________________________________
DANS CETTE TURBINE A GAZ, UN ELEMENT INTERMEDIAIRE DE CONNEXION OU
PIECE4 DE LIAISON DU GENERATEUR3 DE GAZ JOUE, PAR RAPPORT A L'ETAGE7
DE PUISSANCE, LE ROLE D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR POUR LE CARTER6 DU
STATOR QUI EST EN CONTACT THERMIQUE AVEC L'EXTREMITE AVAL4 DE CET
ELEMENT INTERMEDIAIRE DE CONNEXION OU PIECE4 DE LIAISON. CETTE
DERNIERE EST EQUIPEE D'UN BOBINAGE ELECTRIQUE15 DE CHAUFFAGE NOYE SOUS
SA SURFACE EXTERIEURE, ET D'UNE CHAMBRE ANNULAIRE INTERNE17 A
L'INTERIEUR DE LAQUELLE ON FAIT CIRCULER DE L'AIR DE REFROIDISSEMENT,
CET AIR ETANT CONDUIT LE LONG D'UN TRAJET HELICOIDAL DE L'EXTREMITE
AVAL A L'EXTREMITE AMONT DE LA CHAMBRE17.
Description
_________________________________________________________________
Turbine a gaz avec echangeur de chaleur incorpore au carter du stator.
La presente invention se rapporte a un echangeur de chaleur qui est
incorpore au carter du stator d'une turbine a gaz et qui, en
permettant un prechauffage approprie de ce carter du stator avant le
demarrage de la
turbine et, ensuite, son refroidissement efficace, permet egalement de
re-
duire fortement les di'fficultes liees aux etats transitoires de la
turbine a gaz et, donc, d'obtenir de la turbine des rendements eleves
avec des couts
plus faibles et des dispositions plus simples de construction.
Comme il est bi'en connu de l'homme de l'art, on rencontre dans une
turbine a gaz, et plus particulierement dans l'etage de puissance
d'une turbine a gaz, des temperatures elevees qui sont a l'origine de
dilatations thermiques des elements concernes Cependant, alors que le
rotor se dilate immediatement au demarrage de la turbine, du faint que
les gaz chauds sont
diriges directement sur les aubes, il faut plus de temps au carter du
sta-
tor pour se rechauffer et donc se dilater car il est tres epais, il
est pla-
ce plus a l'exterieur et subit un refroidissement plus intense.
Par consequent, afin d'eviter que pendant les etats transitoires les
parties du rotor, lorsqu'elles sont di'latees,ne puissent frotter
contre les parties fixes du stator et provoquer en meme temps
d'eventuels dommages aux aubes et (ou) aux elements d'etancheite, on
maintient des intervalles suffisamment larges entre le rotor et le
stator des turbines a gaz actuelles
mais il en resulte une diminution du rendement de la turbine
concernee.
L'objet principal de la presente invention est donc d'eliminer ce
defaut et de fournir une turbine a rendement eleve, etant donne qu'on
peut maintenir des intervalles etroits entre le rotor et le stator
dans l'etage
de puissance.
Cet objet est sensiblement realise par le fait que le carter du stator
de l'etage de puissance est prechauffe et sa dilatation provoquee
avant le demarrage de la turbine, de sorte qu'aucun obstacle ne vient
en-
suite gener la dilatation du rotor, malgre le fait que les intervalles
entre le stator et le rotor soient maintenus a un minimum, aussi bien
a
froid qu'en fonctionnement regulier.
En outre, ce prechauffage du carter du stator ne s'effectue pas
directement, mais indirectement par conduction, etant donne que la
presente invention a aussi pour objet d'ameliorer le refroidissement
du carter du stator en fonctionnement regulier, alors qu'un chauffage
direct du carter, du a la presence d'appareils de chauffage, rendrait
a la fois compliquee
et encombrante la realisation de ce dernier objectif.
D'autre part, un refroidissement plus efficace du carter du sta-
tor dans les, conditions de fonctionnement regulier est necessaire en
vue de reduire au minimum, autant qu'il se peut, la ditlatatiton du
carter du stator due a la difference entre la temperature de
prechauffage et la temperature de fonctionnement regulier, de maniere
a pouvoir restreindre au minimum les
intervalles entre le stator et le rotor en fonctionnement regulier et
obte-
nir egalement des resultats utiles quant a l'economie et a la
simplification
de construction, puisqu'un carter de stator froid n'est pas difficile
a cons-
truire et peut etre constitue d'aciers allies, c'est- and -dire de
materiaux qui
ne sont pas trop chers En outre, ce meilleur refroidissement est
obtenu in-
directement par conduction plutot que par une action directe sur le
carter
du stator.
En resume, suivant la presente itnvention, on obtient le prechauf-
fage et l'amelioration consecutive du refroidissement du carter du
stator de la turbine a gaz, en agissant surun element intermediaire de
connexion,
ou piece de liaison, qui est thermitquement en contact avec le carter
du sta-
tor dans la partie aval et qui est rechauffe par un bobinage
electrique qui est noye dans cette piece de liaison; par contre, cette
derniere piece est refroidie par un courant d'air sous pression aspire
depuis l'etage de compression du generateur de gaz et conduit
heli'coidalement dans une chambre
annulaire de la piece de liaison dans-le sens amont-aval de cette
derniere.
Plus parti<culierpement, la turbine a gaz comprend, entre autres, un
generateur de gaz qui est relie a la fois a l'avant et coaxialement a
l'extremite amont d'un element intermediaire de connexion (ou piece de
liai-
son) dont l'extremite aval est, a son tour, a la fois a l'avant et
coaxiale-
ment en contact thermique avec le carter du stator de l'etage de
puissance
sur une tres large surface annulaire Cette piece de liaison sup-
porte, au voisinage de son extremite amont, un ensemble de tubes
radiaux pour conduire l'air de refroidissement des roues du rotor de
l'etage de puissance, cet air etant aspire sous pression depuisun
etage de compression
du generateur de gaz La turbine a gaz suivant la presente invention se
ca-
ractertse par le fait que l'element intermediaire de connexion, ou
piece de
liaison, est equipe d'un bobinage electrique de chauffage noye sous sa
sur-
face exterieure, et d'une chambre annulaire interne a l'interieur de
la-
quelle un ensemble d'allettes-annulaires verticales constituent un
trajet helicoldal d'ecoulement de l'air de refroidissement, cet air
etant conduit
de l'extremite aval de la chambre (et donc de la piece de liaison) a
l'ex-
tremite amont et a l'interieur de l'ensemble de tubes radiaux.
En outre, suivant une autre caracteristique de la presente in-
yentton, cette chambre annulai Ye interne de l'element intermediaire
de con-
nexion, ou piece de liaison, est alimentee egalement en air de
refroidisse-
ment depuis son extremite amont, les deux courants respectifs
d'alimenta-
tion, amont et aval, etant reglees par des soupapes specialement
prevues De ce fait, c'est-a-dire au moyen de ces soupapes correctement
calibrees, on peut regler egalement le debit de l'air de
refroidissement qui traverse la chambre de l'element intermediaire de
connexion et, donc, le refroidissement
du carter du stator de l'etage de puissance.
La presente invention sera bien comprise a la lecture de la des-
cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans
les-
quels: la figure 1 represente une vue de cote, avec coupe partielle,
d'une turbine a gaz avec echangeur de chaleur incorpore au carter du
stator suitant les enseignements de la presente invention; et
la figure 2 est une vue en coupe partielle, beaucoup plus gran-
de echelle, de l'echangeur de chaleur represente a la figure 1.
On se reportera maintenant aux dessins La reference generale 1 de-
signe une turbine,and gaz comprenant une gaitne 2 d'entree d'air qui
supporte l'extremite amont d'un generateur 3 de gaz dont l'autre
extremite est fixee a l'extremite amont 4 ' d'un element intermediaire
4 de connexion, ou piece de liaison, de forme exterieure sensiblement
cylindrique L'extremite aval 4 " de l'element 4 estfixee, a son tour,
par des boulons 5 au carter 6 du stator de l'etage 7 de puissance Ce
carter supporte les aubes 8 du stator, tandis que les roues g du
rotor, montees sur l'arbre 10 de l'etage 7 de
puissance, sont refroidies par l'ecoulement de l'air de
refroidissement ame-
ne par un ensemble de tubes radiaux 11 qui sont supportes par
l'element in-
termediaire 4 de connexion, ou piece de liaison, au voisinage de son
extre-
mite amont 4 '.
La figure I represente egalement le diffuseur 12, le carter 13
d'echappement des gaz et la tuyauterie 14 qui conduit aux tubes
radiaux 11 l'air qui' a ete aspire, sous pression, depuis un etage
(intermediaire) de
compression du generateur 3 de gaz mentionne ci-dessus.
La piece cylindrique 4 de liaison est equipee ensuite d'un bobi-
nage electrique 15 de chauffage, noye sous sa surface exterieure et
entoure
a la partie superieure par un manchon annulaire 16 d'isolement.
Dans sa partie interieure, la piece cylindrique 4 de liaison com-
porte, par contre, une chambre annulaire 17, ainsi qu'un ensemble
d'ailettes annulaires verticales 18 qui di Yisent la chambre 17 en un
certain nombre de chambres annulaires designees respectivement par les
references 171, 172 173 et 174 et qui: sont reliees en serie les unes
aux autres de maniere a c Qnstituer un trajet heli:co Tdal La chaibre
171 la plus eloignee a l'aval
est reli ee, par 1 'intermediaire de la soupape 19 de regulation, and
la tuyau-
terie 14 quit transporte 1 'air de refroidissement, tandis que la
chambre 174 la plus proche de l'amont communique, par un ensemble de
trous 20, avec la chambre annulaire 21 dans laquelle debouchent les
tubes radiaux 11, et cette
chambre 174 est reliee a la tuyauterie 14 mentionnee ci-dessus, par
l'inter-
medi:aire de la soupape 22 de regulation.
De ce fait, 1 'element intermediaire 4 de connexion, ou piiece de 1 I
li:aison, peut jouer le role d'un echangeur de chaleur pour le carter
6 du s.tator; en effet, etant chauffe par le bobinage electrique 15,
l'element intermediaire 4 de connexion, ou piece de
liaison,transmettra sa chaleur par sa surface annulaire 23 de contact
au carter 6 du stator qui sera donc
chauffe tandis que, refroidi' par la circulation forcee de l'air de
refroi-
dissement s'ecoulant de la chambre annulaire 171 a la chambre
annulaire 21, ce meme element intermedliaire 4 de connexion evacuera
la chaleur du carter
6 du stator, toujours par l'intermediaire de la surface annulaire 23
de con-
tact, refroidissant de ce fait le carter du stator.
Afin d'augmenter encore cet echange de chaleur entre la pitece 4 de
liaison et le carter 6 du stator, on construit ce derni er de maniere
and luit donner une fai'ble masse, ce qui' permet d'obtenir une
inertie thermique peu importante, tandis que la partie centrale et 1
'extremite aval 4 " de la piece
4 de liaison ont une structure mass:ive qui favorise la transmission
de cha-
leur et, enfin, on donne a la surface annulaire 23 de contact
menti:onnee ci-
dessus-, une tres grande largeur pour faciliter l'echange de chaleur.
La presente invention n'est pas limitee aux exemples de realisa-
tion qui viennent d'etre decrits, elle est au contraire susceptible de
va-
riantes et de modifications qui apparaitront and 1 'homme de, l'art.
R E Y EN D I C'A T I O N S
Turbine a gaz (1) comprenant, entre autres, un generateur (3) de gaz
relie a l'avant et coaxialement a l'extremite amont (4 ') d'un element
intermediaire de connexion ou piece (4) de liaison dont l'extremite
aval (4 ") est, a son tour, a l'avant et coaxialement en contact
thermique avec
le carter (6) du stator de l'etage (7) de puissance, cet element
interme-
diaire supportant au voisinage de son extremite amont un ensemble (11)
de tubes radiaux pour conduire 1 'air utilise au refroidissement des
roues (9) du rotor de l'etage (7) de puissance, cet air etant aspire
sous pression
depuis un etage de compression du generateur (3) de gaz, cette turbine
a-
gaz etant caracterisee en ce que l'element intermediaire de connexion
ou piece (4) de liaison est equipe d'un bobinage electrique (15) de
chauffage noye sous la surface exterieure, et d'une chambre annulaire
interne (17) a l'interieur de laquelle un ensemble d'ai'lettes
annulaires verticales (18) constituent un trajet helicotdal
d'ecoulement de l'air de refroidissement, cet air etant conduit de 1
'extremite aval a l'extremite amont de la chambre
et a l'interieur de l'ensemble de tubes radiaux (11).
2 Turbine a gaz sui:vant la revendication 1, caracterisee en ce
que la chambre annulaire interne (17) de l'element intermediaire de
conne-
xion, ou piece de liaison, est alimentee egalement en air de
refroidisse-
ment depuis son extremite amont, les deux courants respectifs
d'alimenta-
tion, amont et aval, etant regules par des soupapes correspondantes
(19, 22).
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