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20 explications de termes professionnels pour les turbines à vapeur industrielles (II)
Créé le 11.03
Comprendre les composants de la turbine, les systèmes auxiliaires et le comportement opérationnel
Les performances d'une turbine à vapeur industrielle dépendent de plus que ses conditions de vapeur et sa puissance nominale. Les composants internes, la lubrification, l'étanchéité, la qualité de l'installation et le comportement opérationnel contribuent tous à un service fiable.
Ce deuxième article de la série terminologique YTS présente 20 termes supplémentaires pour aider les propriétaires d'usines, les ingénieurs et les équipes d'approvisionnement à mieux comprendre les spécifications des équipements, les dessins techniques et les discussions de maintenance.
1. Rotor
Le rotor est l'ensemble rotatif de la turbine. Selon la conception, il comprend l'arbre, les roues ou le tambour, les aubes mobiles et les composants associés.
La vapeur applique une force sur les aubes mobiles, produisant un couple transmis à l'équipement entraîné. La conception du rotor doit tenir compte de la résistance mécanique, du comportement thermique, de l'équilibre et des vibrations.
2. Carter de turbine
Le carter est l'enceinte fixe entourant le trajet de vapeur de la turbine. Il contient la vapeur et supporte ou positionne les composants internes fixes.
De nombreuses turbines industrielles utilisent un carter à plan de joint horizontal pour faciliter l'accès de maintenance. La construction du carter dépend de la pression de service, de la température, de la taille et de l'agencement mécanique de la turbine.
3. Buse
Une tuyère est un passage de vapeur profilé qui accélère et dirige la vapeur vers les aubes mobiles.
Lorsque la vapeur se détend dans une tuyère, une partie de son énergie se transforme en vitesse. La géométrie et l'état de la tuyère influencent le débit de vapeur et la direction selon laquelle la vapeur entre dans la rangée d'aubes. Les dépôts, l'érosion ou les dommages peuvent nuire aux performances.
4. Diaphragme
Un diaphragme est une cloison fixe utilisée dans de nombreuses turbines à impulsion multétagées. Il porte les tuyères entre les roues rotatives adjacentes et contribue à séparer les zones fonctionnant à des pressions différentes.
Les joints près de son diamètre intérieur limitent les fuites de vapeur le long de l'arbre. L'état du diaphragme affecte donc à la fois la distribution de la vapeur et les fuites internes.
5. Étage de turbine
Un étage de turbine est un agencement de passages d'aubes fixes et mobiles qui réalise une partie de la détente de la vapeur et du transfert d'énergie.
Une turbine multicellulaire répartit la charge globale entre plusieurs étages. Le nombre approprié dépend des conditions de vapeur, de la vitesse, de la conception aérodynamique et des exigences économiques ; le nombre d'étages à lui seul ne détermine pas la qualité de l'équipement.
6. Étage à action
Dans un étage à action, la majeure partie de la détente de pression se produit dans les tuyères fixes. La vapeur à grande vitesse qui en résulte change de direction à travers les aubes mobiles, produisant une force sur le rotor.
Le changement de pression à travers les aubes mobiles est relativement faible. Le terme décrit comment la détente est répartie dans l'étage.
7. Étage à réaction
Dans un étage à réaction, la vapeur se détend à travers les passages des aubes fixes et mobiles. Les passages mobiles agissent également comme des tuyères, contribuant à la force qui entraîne le rotor.
Les conceptions de réaction nécessitent un traitement approprié des efforts axiaux et des jeux. Ni « impulsion » ni « réaction » ne détermine à eux seuls quelle turbine est la meilleure pour un projet particulier.
8. Palier lisse
Un palier lisse supporte l'arbre radialement et aide à contrôler sa position latérale.
De nombreuses turbines industrielles utilisent des paliers lisses hydrodynamiques, où la rotation de l'arbre développe un film d'huile porteur. La géométrie du palier, l'état de l'huile, la température et l'alimentation influencent tous le fonctionnement. Le palier contribue également au comportement dynamique du rotor.
9. Butée
Une butée supporte la charge axiale et positionne le rotor le long de son axe.
Les efforts axiaux proviennent de la pression de vapeur, de la charge des aubes et d'autres effets mécaniques. La butée aide à maintenir la relation axiale prévue entre les composants rotatifs et fixes. La direction de sa charge et sa capacité doivent correspondre aux exigences de fonctionnement de la machine.
10. Étanchéité de la garniture d'arbre
Les garnitures d'étanchéité d'arbre limitent les fuites là où l'arbre rotatif traverse le carter.
Dans les zones sous pression, elles limitent les fuites de vapeur vers l'extérieur. Dans les zones à pression inférieure à la pression atmosphérique, un agencement d'étanchéité approprié aide à limiter les fuites d'air vers l'intérieur. Les joints à labyrinthe sont couramment utilisés, bien que l'agencement complet varie selon la conception de la turbine et les conditions d'exploitation.
11. Système d'huile de lubrification
Le système d'huile de lubrification fournit une huile appropriée aux paliers et, le cas échéant, à d'autres composants tels qu'un réducteur. Il réduit le frottement et évacue la chaleur.
Un agencement à alimentation sous pression comprend couramment un réservoir, des pompes, des filtres, des refroidisseurs et des instruments. L'alimentation en huile requise pendant le démarrage, le fonctionnement normal et la décélération doit être considérée séparément. L'huile de lubrification et l'huile de commande hydraulique peuvent utiliser des systèmes partagés ou séparés.
12. Appareil de retournement
Le dispositif de retournement fait tourner le rotor lentement pendant des périodes spécifiées avant le démarrage ou après l'arrêt.
Son objectif comprend la réduction du chauffage ou du refroidissement inégal du rotor qui pourrait provoquer une déformation thermique. Les dispositifs de retournement peuvent être manuels ou motorisés, selon la machine. Leur utilisation et leur durée sont établies pour la turbine particulière.
13. Vitesse critique
Une vitesse critique est une vitesse de rotation à laquelle une excitation peut produire une résonance dans le système rotor-palier.
Les vibrations peuvent augmenter lorsque le rotor approche d'une telle vitesse. Les vitesses critiques dépendent du système complet, y compris la géométrie du rotor, les paliers et les supports. Elles sont prises en compte lors de la définition des plages de fonctionnement et du comportement au démarrage ou à l'arrêt.
14. Dilatation différentielle
La dilatation différentielle est la différence de croissance thermique entre les parties rotatives et fixes de la turbine.
Pendant le chauffage ou le refroidissement, le rotor et le carter peuvent changer de température à des rythmes différents. Leur dilatation relative modifie les jeux internes. Cette mesure permet d'évaluer si la machine reste dans les limites de jeu prévues lors des transitoires thermiques.
15. Alignement de l'arbre
L'alignement de l'arbre établit la relation requise entre les lignes d'axe de rotation des machines connectées.
Il implique à la fois un alignement angulaire et un alignement par décalage. La dilatation thermique doit également être prise en compte : l'alignement à froid correct peut inclure des décalages délibérés afin que la ligne d'arbres atteigne l'alignement prévu à la température de service. Les accouplements flexibles nécessitent tout de même un alignement approprié.
16. Soupape d'arrêt principale — MSV
La soupape d'arrêt principale permet d'interrompre rapidement l'alimentation principale en vapeur de la turbine lorsque cela est nécessaire.
Sa fonction principale est l'isolement et la coupure de protection, plutôt que la régulation continue de la charge. Certaines configurations de turbines combinent les fonctions d'arrêt et de laminage, de sorte que la disposition des vannes doit être comprise à partir des dessins spécifiques de l'équipement et de la description fonctionnelle.
17. Vanne de régulation de vapeur
Une vanne de régulation de vapeur régule la vapeur admise dans la turbine.
La modification de son ouverture ajuste l'énergie entrant dans la machine. Selon l'application et le mode de régulation, cela permet la régulation de la vitesse, de la charge électrique ou d'un paramètre du système de vapeur. Les turbines peuvent utiliser une seule vanne ou plusieurs vannes avec une séquence d'ouverture définie.
18. Drainage de vapeur
Le drainage de la vapeur élimine le condensat qui s'accumule dans la tuyauterie de vapeur, les corps de vannes et les emplacements désignés de la turbine.
Le condensat se forme généralement lorsque la vapeur entre en contact avec des surfaces plus froides pendant le réchauffage. Un drainage efficace aide à limiter l'accumulation d'eau, les coups de bélier et la pénétration d'eau dans la turbine. Les emplacements des points de drainage et les dispositions d'évacuation doivent être adaptés aux conditions de pression et à la configuration de l'équipement.
19. Synchronisation de la génératrice
La synchronisation du générateur est le processus consistant à établir des conditions électriques appropriées avant de connecter un générateur à une barre omnibus ou à un réseau sous tension.
L'ordre de phase correct doit être établi, tandis que la tension, la fréquence et l'angle de phase doivent se situer dans les limites de fermeture autorisées. L'équipement de synchronisation automatique coordonne la vitesse, l'excitation et la fermeture du disjoncteur pour atteindre les conditions de connexion requises.
20. Rejet de charge
Le rejet de charge est une réduction soudaine ou une perte de la charge supportée par la turbine.
Par exemple, l'ouverture du disjoncteur du générateur peut éliminer la charge électrique tandis que la vapeur continue de fournir de l'énergie mécanique. Le déséquilibre qui en résulte peut accélérer le rotor. La réponse du système de contrôle, le comportement des vannes et les fonctions de protection doivent donc être coordonnés pour le régime de rejet de charge spécifié.
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