FR2967462A1 - Diffuseur pour bache d'echappement - Google Patents

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Abstract

Diffuseur (110) pour bâche d'échappement (105) d'une turbine à vapeur (100). Le diffuseur (110) peut comporter une première extrémité (160) adjacente à une dernière ailette (120) et une seconde extrémité (170) en aval d'un guide (130) de vapeur et adjacente à un cône porteur (140). Un passage (150) pour flux d'échappement s'étend à travers celui-ci. La seconde extrémité (170) peut comprendre un prolongement axial (180) agrandissant le passage (150) pour le flux d'échappement.

Description

B11-5107FR 1
Diffuseur pour bâche d'échappement La présente demande concerne globalement les turbines à vapeur et, plus particulièrement, concerne un diffuseur pour bâche d'échappement avec une plus grande proportion de surface disponible pour une récupération de pression accrue dans la turbine à vapeur. Lors du refoulement de vapeur d'échappement d'une turbine à vapeur à écoulement axial, par exemple vers un condenseur adjacent, le flux de vapeur dans celle-ci doit être relativement régulier. Le refoulement de la vapeur d'échappement doit également limiter le plus possible les pertes d'énergie dans celle-ci par suite de l'accumulation de tourbillons, turbulences, défauts d'uniformité dans l'écoulement, et autres.
La vapeur d'échappement de la turbine est généralement dirigée jusque dans une bâche d'échappement. La vapeur d'échappement passe ensuite par une sortie de refoulement de bâche d'échappement, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la turbine, pour entrer dans le condenseur ou autre. Un fonctionnement efficace de la turbine à vapeur nécessite donc une transition souple du flux axial dans la turbine au flux radial dans la bâche d'échappement ainsi qu'un écoulement régulier à la sortie de refoulement de la bâche d'échappement et à l'entrée du condenseur. Obtenir une répartition relativement uniforme du flux à la sortie de refoulement de la bâche d'échappement permet globalement une conversion efficace de l'énergie présente dans la turbine et fournit efficacement la vapeur d'échappement au condenseur. Une amélioration du rendement au niveau des ailettes des étages ultérieurs de la turbine à vapeur avant l'échappement nécessite également une répartition circonférentielle relativement uniforme et une répartition radiale favorable de la pression. Des diffuseurs sont couramment employés dans des turbines à vapeur afin d'améliorer le rendement global et la puissance délivrée en permettant une récupération de pression dans celles-ci. Dans les bâches d'échappement selon la technique antérieure, la récupération maximale de pression a lieu dans le diffuseur, à l'extrémité d'un guide de vapeur. Cependant, une certaine proportion de la récupération de chaleur à l'extrémité du guide de vapeur risque d'être perdue en raison d'une préparation inappropriée de la section en aval de celui-ci. De plus, des contraintes d'espace risquent de limiter l'aptitude du diffuseur à accroître la pression statique lorsque la vitesse de la vapeur est réduite par un accroissement de la section d'écoulement. En particulier, on a cherché à atteindre ces objectifs de rendement tout en employant une bâche d'échappement ayant une longueur axiale aussi courte que possible afin de limiter la longueur du rotor. Bien qu'une longueur réduite de l'arbre du rotor puisse réduire les coûts de fabrication, cela peut également impliquer une diminution de la proportion de surface disponible à l'extrémité d'un guide de vapeur. La perte d'une certaine proportion de la récupération de pression implique donc une perte de performances dans la section basse pression, et donc une perte de rendement global. On a donc besoin d'un diffuseur perfectionné pour une bâche d'échappement d'une turbine à vapeur. De préférence, le diffuseur doit assurer des performances et un rendement meilleurs grâce à une plus grande proportion de surface disponible tout en réduisant les coûts de fabrication en ce qui concerne la longueur du rotor. Ainsi, la présente invention propose un diffuseur pour une bâche d'échappement d'une turbine à vapeur. Le diffuseur peut comporter une première extrémité adjacente à une dernière ailette et une seconde extrémité en aval d'un guide de vapeur et adjacente à un cône porteur. Un passage pour flux d'échappement s'étend à travers celui-ci. La seconde extrémité peut comporter un prolongement axial agrandissant le passage pour flux d'échappement. La présente invention propose en outre une turbine à vapeur comportant un certain nombre d'ailettes disposées autour d'un rotor, un diffuseur s'étendant depuis une première extrémité adjacente à une dernière ailette du certain nombre d'ailettes jusqu'à une seconde extrémité en aval d'un guide de vapeur et adjacente à un cône porteur. Un passage pour flux d'échappement s'étend à travers le diffuseur. La seconde extrémité du diffuseur peut comprendre un prolongement axial agrandissant le passage pour flux d'échappement. La présente invention propose en outre une turbine à vapeur comportant un guide de vapeur et un cône porteur dans celui-ci. Le guide de vapeur et le cône porteur peuvent définir entre eux un diffuseur. Le cône porteur peut définir dans celui-ci un prolongement axial agrandissant le diffuseur. 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 partielle écorchée en perspective d'une turbine à vapeur selon la technique antérieure, munie d'une bâche d'échappement ; - la figure 2 est une vue schématique d'une bâche d'échappement selon la technique antérieure, comportant un passage pour flux d'échappement ; - la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un diffuseur selon la technique antérieure - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'un diffuseur selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue en plan d'une autre forme possible de réalisation d'une bâche latérale d'échappement selon l'invention. Considérant maintenant les dessins sur lesquels des repères identiques désignent des éléments identiques sur toutes les différentes vues, la figure 1 représente une vue partielle écorchée en perspective d'une turbine à vapeur 10. La turbine à vapeur 10 comporte un rotor 15 muni d'un certain nombre d'ailettes 20 de turbine. La turbine à vapeur 10 comporte également une enveloppe intérieure 25 de turbine depuis laquelle s'étendent un certain nombre d'aubes fixes 40 de stator. Une entrée globalement radiale 35 de vapeur, en position centrale, fournit de la vapeur à chacune des ailettes 20 de turbine et des aubes fixes 30 de stator, sur des côtés axiaux opposés de la turbine 10, pour entraîner le rotor 15. Les ailettes 20 et les aubes statoriques 30 forment les divers étages de la turbine et un trajet d'écoulement dans ceux-ci.
La turbine à vapeur 10 comporte également une bâche extérieure d'échappement 40. La bâche extérieure d'échappement 40 entoure et supporte l'enveloppe intérieure 25 ainsi que d'autres pièces telles que les paliers et autres. Le flux de vapeur peut passer par les étages jusqu'à une sortie 45 pour rejoindre un ou plusieurs condenseurs (non représentés) ou autres. Le trajet pour le flux d'échappement est global très sinueux et sujet à des pertes de pression entraînant par conséquent une baisse des performances et du rendement. La bâche d'échappement 40 peut comporter une bâche supérieure 50 et une bâche inférieure 55.
La figure 2 représente une vue schématique d'une bâche d'échappement 40 selon la technique antérieure pour un moteur 10 à turbine à gaz traversé par un passage 60 pour flux d'échappement. Comme décrit plus haut, l'une des fonctions principales de la bâche d'échappement 40 est la récupération de la pression statique dans le passage 60 pour flux d'échappement tout en guidant le flux d'échappement depuis les ailettes 20 du rotor jusqu'au condenseur. Une section basse pression 65 de la turbine à vapeur 10 comprend donc l'entrée 35 de vapeur, les étages (ailettes 20 de rotor et aubes fixes 30 de stator de turbine) et la bâche d'échappement 50 avec un diffuseur 70. Une partie du passage 60 pour flux d'échappement s'étend jusqu'au condenseur via la bâche inférieure d'échappement 55 tandis que le reste du passage pour le flux d'échappement s'étend à travers la bâche supérieure d'échappement 50.
Comme représenté sur la figure 3, le diffuseur 70 peut s'étendre depuis une dernière ailette 75 et entre un guide 80 de vapeur et une partie d'un cône porteur 85. Comme décrit plus haut, la récupération maximale de pression a globalement lieu à l'extrémité du guide 80 de vapeur, car les pertes de pression augmentent généralement en aval de celui-ci en raison d'une préparation inappropriée de la surface et pour d'autres raisons. La proportion de surface disponible dans le diffuseur 70 est globalement limitée par la configuration du rotor 15. La figure 4 représente une turbine à vapeur 100 avec une partie d'une bâche d'échappement 105 munie d'un diffuseur 110, selon l'invention. Comme dans la description qui précède, le diffuseur 110 s'étend depuis une dernière ailette 120 et entre un guide 130 de vapeur et une partie d'un cône porteur 140. Le diffuseur 110 définit entre eux un passage 150 pour flux d'échappement. Le diffuseur 110 s'étend depuis une première extrémité 160 adjacente à la dernière ailette jusqu'à une seconde extrémité 170 en aval du guide 130 de vapeur et autour du cône porteur 140. Comme représenté, la seconde extrémité 170 du diffuseur 110 comprend un prolongement axial 180 à l'intérieur du cône porteur 140. Le prolongement axial 180 s'étend en longueur dans une direction axiale depuis une partie médiane 190 du diffuseur 110 jusqu'à la seconde extrémité 170. Un trait discontinu 200 indique la position d'une paroi extérieure d'origine 210 du diffuseur d'origine 70. Ainsi, le prolongement axial 180 définit une section transversale de forme à peu près triangulaire 215 entre la paroi extérieure originale 210 et une paroi extérieure prolongée 220. Le prolongement axial 180 peut être défini dans le cône porteur 140. Ainsi, le prolongement axial 180 accroît une proportion de surface disponible 225 à l'extrémité du guide 130 de vapeur de manière à accroître la récupération globale de pression dans celui-ci. Le commencement du prolongement axial 180 autour de la partie médiane 190 constitue un exemple. Le prolongement axial 180 peut commencer à n'importe quel endroit qui accroît la proportion de surface disponible 225 et peut être au-dessous, au niveau ou au-dessus de la partie médiane. Le prolongement axial peut être une surface rectiligne, une surface convexe, une surface concave ou n'importe quel type de surface courbe. Globalement, la récupération de pression est fonction d'une longueur axiale 230 du diffuseur 110 depuis un axe géométrique central 240 de la dernière ailette 120 jusqu'à une paroi d'extrémité du diffuseur, divisée par une longueur de la dernière ailette 120. La récupération de pression augmente donc en prolongeant la paroi d'extrémité du diffuseur 110 depuis la paroi extérieure d'origine 210 jusqu'à la paroi extérieure prolongée 220. Ainsi, l'augmentation de la récupération de pression permet une amélioration des performances et du rendement globaux. De plus, le diffuseur 110 permet ici une plus grande proportion de surface disponible 225 tout en conservant un rotor 15 relativement court de manière à réduire les coûts de fabrication. La figure 5 représente une autre forme de réalisation d'une bâche d'échappement 250. La bâche d'échappement 250 peut être une bâche latérale d'échappement 260. La bâche latérale d'échappement 260 peut comporter elle aussi un diffuseur 270 avec un prolongement axial 280. L'étendue de la bâche d'échappement d'origine est indiquée par le trait 290. D'autres angles peuvent être utilisés ici. Le prolongement axial 280 peut être constitué par un certain nombre de secteurs ou occuper entièrement 360 degrés. La figure 5 représente un prolongement d'environ 180 degrés.
Liste des repères
10 Turbine à vapeur 15 Rotor 20 Ailettes 25 Enveloppe 30 Aubes fixes 35 Entrée de vapeur 40 Bâche d'échappement 45 Sortie 50 Bâche supérieure 55 Bâche inférieure 60 Trajet pour flux d'échappement 65 Section basse pression 70 Diffuseur 75 Dernière ailette 80 Guide de vapeur 85 Cône porteur 100 Turbine à vapeur 105 Bâche d'échappement 110 Diffuseur 120 Dernière ailette 130 Guide de vapeur 140 Cône porteur 150 Passage pour flux d'échappement 160 Première extrémité 170 Seconde extrémité 180 Prolongement axial 190 Partie médiane 200 Trait discontinu 215 Section de forme triangulaire 210 Paroi extérieure d'origine 220 Paroi extérieure prolongée 225 Proportion de surface disponible 230 Longueur axiale 240 Axe géométrique central 250 Bâche d'échappement 260 Bâche latérale d'échappement 270 Diffuseur 280 Prolongement axial 290 Trait

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Diffuseur (110) pour bâche d'échappement (105) d'une turbine à vapeur (100), comportant : une première extrémité (160) adjacente à une dernière ailette (120) ; une seconde extrémité (170) en aval d'un guide (130) de vapeur et adjacente à un cône porteur (140) ; un passage (150) de flux d'échappement ; la seconde extrémité (170) comportant un prolongement axial (180) agrandissant le passage (150) pour le flux d'échappement.
  2. 2. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel le prolongement axial (180) s'étend depuis environ une partie médiane (190) du diffuseur (110) jusqu'à la seconde extrémité (170).
  3. 3. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel le cône porteur (140) définit le prolongement axial (180).
  4. 4. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel le prolongement axial (180) comporte une section transversale sensiblement triangulaire (215).
  5. 5. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel le prolongement axial (180) accroît une proportion de surface disponible (225) dans le diffuseur (110).
  6. 6. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel le prolongement axial (180) accroît une longueur axiale (230) du diffuseur (110).
  7. 7. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel la bâche d'échappement (105) comprend une bâche inférieure d'échappement (55).
  8. 8. Diffuseur (110) selon la revendication 1, dans lequel la bâche d'échappement (105) comporte une bâche latérale d'échappement (50).
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