Turbines à gaz: Systèmes auxiliaires et fonctionnement

• Ce document couvre les systèmes auxiliaires et le fonctionnement des turbines à gaz, incluant les paliers, les systèmes de lubrification, les systèmes de combustible, le contrôle des émissions, les systèmes de démarrage, les systèmes d'admission et d'échappement, ainsi que les procédures de démarrage, d'arrêt et d'entretien.

Types de paliers dans les turbines à gaz

• Les turbines à gaz utilisent deux principaux types de paliers: les paliers antifriction et les paliers radiaux.
• Les paliers antifriction (à rouleaux et/ou à billes) sont courants dans les turbines à gaz de type aviation grâce à leurs rotors plus légers.
• Les paliers radiaux (lisses ou à patin inclinable) sont utilisés pour les turbines à gaz pour service sévère qui ont des rotors plus lourds.
• Les paliers antifriction comportent généralement un film comprimé pour humidifier le palier et accroître sa durée de vie.
• Les turbines à gaz pour service sévère utilisent souvent des paliers à patin inclinable, qui peuvent supporter des charges plus élevées.

Systèmes de lubrification des turbines à gaz

• Presque toutes les turbines à gaz ont un système à huile lubrifiante qui remplit deux fonctions principales: lubrification des surfaces de glissement dans les paliers et le refroidissement des paliers, particulièrement ceux situés près des sections de combustion et de turbine.
• Les composantes de base d'un système de lubrification comprennent un réservoir à huile, des filtres, des pompes, des refroidisseurs, et des dispositifs de protection, de surveillance et de régulation.

Alimentation en combustible

• Les turbines à gaz peuvent fonctionner avec différents types de combustibles: gaz naturel (le plus courant et le plus efficace), combustibles liquides distillés, et combustibles liquides lourds (nécessitant un traitement).
• Un système d'alimentation en gaz combustible type comprend un compresseur à gaz combustible, un régulateur de pression, des filtres, un débitmètre, et un robinet doseur de combustible.

Contrôle des émissions de NOx

• Le contrôle des émissions de NOx dans les turbines à gaz peut se faire par deux méthodes: injection d'eau ou de vapeur et systèmes de combustion à bas NOx sec.
• L'injection d'eau ou de vapeur réduit le NOx en abaissant la température de combustion, mais peut réduire le rendement thermique et augmenter la corrosion.
• Les systèmes de combustion à bas NOx sec utilisent un mélange pauvre de combustible et d'air prémélangé pour réduire la température de combustion, sont plus efficaces mais nécessitent une régulation du combustible plus complexe.

Systèmes de démarrage des turbines à gaz

• Les turbines à gaz nécessitent un système de démarrage pour la compression initiale nécessaire à l'allumage.
• Les types courants de systèmes de démarrage comprennent des démarreurs pneumatiques, des moteurs électriques, des petits moteurs diesels, et des dispositifs d'expansion des turbines à vapeur.
• Le système de démarrage engage l'arbre du compresseur au début du démarrage et se dégage une fois l'allumage obtenu.

Vireur de turbine à gaz

• Le vireur est un dispositif utilisé dans les grandes turbines à gaz, particulièrement celles pour service sévère, pour faire tourner lentement l'arbre après l'arrêt, afin d'éviter les affaissements ou cambrures lors du refroidissement, et pour prévenir les vibrations élevées lors du prochain démarrage.
• Le vireur peut être un rochet hydraulique ou un moteur électrique à rotation lente, engagé avec l'arbre de la turbine par des engrenages correspondants.

Système d'admission d'air

• Le système d'admission d'air assure que de l'air propre est fourni à la turbine à gaz.
• Les composantes principales incluent des filtres à air, un système de refroidissement d'entrée optionnel, et un système antigivrage pour prévenir la formation de glace.
• La conception du système d'admission dépend des conditions environnementales spécifiques à l'emplacement de la turbine.

Système d'échappement

• Le système d'échappement d'une turbine à gaz a pour fonctions de diriger l'échappement chaud vers un endroit sécuritaire, atténuer le bruit, et récupérer la chaleur (dans les installations à cycle combiné).
• Il doit être conçu pour résister aux températures élevées et avoir une structure solide, et peut inclure des échangeurs de chaleur pour la récupération d'énergie.

Procédure de démarrage d'une turbine à gaz

• Les étapes principales du démarrage sont préparation (vérification des systèmes), le début du démarrage (activation des ventilateurs, prélubrification, vérification du système de combustible), rotation et allumage, réchauffement, et chargement (augmentation du débit de combustible et application de la charge).

Procédure d'arrêt d'une turbine à gaz

• L'arrêt d'une turbine à gaz peut être normal ou rapide.
• L'arrêt normal comprend la réduction de la vitesse pour le refroidissement, la fermeture du robinet de combustible, la diminution de la vitesse jusqu'à l'arrêt, l'activation de la pompe de postlubrification, l'arrêt des ventilateurs, et l'activation du vireur (si présent).
• L'arrêt rapide comprend la fermeture immédiate du robinet de combustible, sans période de refroidissement, utilisé uniquement en cas d'urgence, mais augmente l'usure de la turbine.

Lavage à l'eau des aubes de turbine à gaz

• Le lavage à l'eau des aubes est effectué pour éliminer l'encrassement du compresseur, ce qui réduit le rendement.
• Il existe deux méthodes principales: lavage à l'eau hors ligne et lavage à l'eau en ligne.
• Le lavage à l'eau hors ligne est plus efficace, car, la turbine est arrêtée, et des fluides de lavage sont injectés pendant que le compresseur tourne avec le démarreur.
• Le fluide de lavage est injecté pendant que la turbine fonctionne à vitesse réduite avec le lavage à l'eau en ligne.

Fluides de lavage à l'eau

• Les fluides utilisés pour le lavage des aubes doivent répondre à des critères spécifiques: eau très propre répondant aux normes de qualité du fabricant, agents de nettoyage et solvants additionnels pour éliminer les substances huileuses, et mélange eau-éthylène glycol pour les températures inférieures à 4°C.
• L'utilisation de fluides inadaptés peut causer un encrassement plus important et une corrosion accrue des composants de la turbine.

Procédure de lavage à l'eau hors ligne

• Les étapes incluent l'arrêt et le refroidissement, la préparation (débranchement des instruments et conduites nécessaires), injection du fluide (par un anneau de lavage ou manuellement), rotation (le moteur tourne à la vitesse de rotation sans combustion), et redémarrage (rebranchement des conduites et redémarrage de l'appareil).

Entretien courant des systèmes auxiliaires

• L'entretien courant des systèmes auxiliaires d'une turbine à gaz comprend généralement: vérification quotidienne des fuites d'huile ou de combustible, surveillance des pressions et températures, remplacement des filtres à huile et à combustible, nettoyage des refroidisseurs, analyse régulière de l'huile et vidange si nécessaire, étalonnage de l'instrumentation et test des dispositifs de protection. Une maintenance préventive régulière est essentielle pour assurer le bon fonctionnement et la longévité de la turbine à gaz.

Ce document décrit les systèmes auxiliaires des turbines à gaz, y compris les systèmes de lubrification et de combustible. Il aborde également les procédures de démarrage, d'arrêt et d'entretien. Les types de paliers utilisés dans les turbines à gaz sont aussi présentés.