Auxiliaires et fonctionnement des turbines à gaz - PDF

Auxiliaires et fonctionnement des turbines à gaz Ce document couvre les systèmes auxiliaires et le fonctionnement des turbines à gaz, notamment les paliers, les systèmes de lubrification, les systèmes de combustible, le contrôle des émissions, les systèmes de démarrage, les systèmes d'admission et d...

Auxiliaires et fonctionnement des turbines à gaz Ce document couvre les systèmes auxiliaires et le fonctionnement des turbines à gaz, notamment 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. FL par francois lajoie-levesque Types de paliers dans les turbines à gaz Les turbines à gaz utilisent deux types principaux de paliers : Les paliers antifriction (à rouleaux et/ou à billes), courants dans les turbines à gaz de type aviation en raison de leurs rotors plus légers Les paliers radiaux (lisses ou à patin inclinable) pour les turbines à gaz pour service sévère qui ont des rotors plus lourds Les paliers antifriction comportent généralement un film comprimé spécial 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 : La lubrification des surfaces de glissement dans les paliers 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 Des dispositifs de protection, de surveillance et de régulation Systèmes d'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 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 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 principales : Injection d'eau ou de vapeur Systèmes de combustion à bas NOx sec Cette méthode réduit le NOx en abaissant la température de combustion. Cependant, elle peut réduire le Ces systèmes utilisent un mélange pauvre de rendement thermique et augmenter la corrosion. combustible et d'air prémélangé pour réduire la température de combustion. Ils 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 fournir la compression initiale nécessaire à l'allumage. Les types courants incluent : Démarreurs pneumatiques Moteurs électriques Petits moteurs diesels 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. Son rôle est de : Faire tourner lentement l'arbre après l'arrêt pour éviter les affaissements ou cambrures lors du refroidissement 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. Ses composantes principales incluent : Des filtres à air pour éliminer les contaminants Un système de refroidissement d'entrée (optionnel) pour augmenter la puissance Un système antigivrage pour prévenir la formation de glace dans certaines conditions 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 Récupérer la chaleur (dans les installations à cycle combiné) Il doit être conçu pour résister aux températures élevées et avoir une structure solide. Dans certains cas, il peut inclure des échangeurs de chaleur pour la récupération d'énergie. Procédure de démarrage d'une turbine à gaz Les étapes principales du démarrage d'une turbine à gaz sont : Préparation 1 Vérification des systèmes électriques, pneumatiques, d'air-instruments et de Début du démarrage régulation 2 Activation des ventilateurs, prélubrification, vérification du système de combustible Rotation et allumage 3 Le démarreur fait tourner le rotor, purge la turbine, puis l'allumage se produit Réchauffement 4 Le moteur se réchauffe à une vitesse constante Chargement 5 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 : Arrêt normal Arrêt rapide Réduction de la vitesse au ralenti pour Fermeture immédiate du robinet de combustible refroidissement Pas de période de refroidissement Fermeture du robinet de combustible Utilisé uniquement en cas d'urgence Diminution de la vitesse jusqu'à l'arrêt Augmente l'usure de la turbine Activation de la pompe de postlubrification Arrêt des ventilateurs Activation du vireur (si présent) 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 qui réduit le rendement. Il existe deux méthodes principales : Lavage à l'eau hors ligne Lavage à l'eau en ligne La turbine est arrêtée, des fluides de lavage sont injectés Le fluide de lavage est injecté pendant que la turbine pendant que le compresseur tourne avec le démarreur. fonctionne à vitesse réduite. Moins efficace mais permet C'est la méthode la plus efficace. d'éviter l'arrêt complet. 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 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 Arrêt et refroidissement La turbine est arrêtée et laissée refroidir Préparation Débranchement de certains instruments et conduites si nécessaire Injection du fluide Le fluide de lavage est injecté par un anneau de lavage ou manuellement Rotation Le moteur tourne à la vitesse de rotation sans combustion 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.