Fonctionnement et Entretien des Turbines et des Condenseurs PDF

## TROISIÈME PARTIE ### FORCES MOTRICES #### FONCTIONNEMENT ET ENTRETIEN DES TURBINES ET DES CONDENSEURS Première classe Septième leçon Dans cette leçon, nous décrirons en termes généraux certains des nombreux problèmes qui se présentent pendant l'exploitation des centrales de turbines. Nous emplo...

## TROISIÈME PARTIE ### FORCES MOTRICES #### FONCTIONNEMENT ET ENTRETIEN DES TURBINES ET DES CONDENSEURS Première classe Septième leçon Dans cette leçon, nous décrirons en termes généraux certains des nombreux problèmes qui se présentent pendant l'exploitation des centrales de turbines. Nous employons le mot général en raison des nombreux types et marques de turbines utilisées de nos jours. Certaines ont des applications particulières et toutes diffèrent les unes des autres sur certains détails. Les fabricants de turbines donnent habituellement des instructions de service précises avec leurs machines et ces instructions doivent être soigneusement étudiées. #### FONCTIONNEMENT DES TURBINES Les instructions qui suivent, accompagnées de notes sur des points d'intérêt, ont trait au démarrage et à l'arrêt des turbines à vapeur. ##### Instructions pour le démarrage - **Condenseur** - Mettez en marche la pompe pour l'eau de refroidissement, assurez-vous qu'elle est bien amorcée, puis ouvrez les robinets d'eau de refroidissement vers le condenseur. Assurez-vous que l'air a été enlevé des boîtes à eau et que celles-ci sont remplies d'eau. - **Huile lubrifiante** - Vérifiez la quantité d'huile lubrifiante et sa condition dans le réservoir principal. Démarrez la pompe auxiliaire et veillez à ce qu'elle achemine l'huile à tous les roulements à la bonne pression. - **Vireur de démarrage** - Lorsqu'il y a un vireur de démarrage, soulevez les arbres avec la pompe de levage à haute pression et engagez le vireur. Puisqu'il faut engrener des dents de pignon de commande pour ce faire, le moteur de démarrage et l'arbre de la turbine doivent tous deux être immobiles. Laissez tourner les arbres de cette manière pendant la période d'établissement du vide. Lorsqu'il n'y a pas de vireur de démarrage, comme dans les petites machines, assurez-vous qu'aucune vapeur n'est admise à la turbine pendant qu'elle est fixe. - **Tuyauterie d'alimentation en vapeur** - Réchauffez les conduites de vapeur jusqu'au robinet d'arrêt de la turbine à l'aide de tous les robinets de drainage fournis. - **Dispositif de déclenchement d'urgence** - Le fonctionnement du dispositif de déclenchement d'urgence qui contrôle l'alimentation en vapeur vers la turbine doit être mis à l'essai à cette étape-ci. Assurez-vous que les robinets d'arrêt de la turbine à vapeur et leur dérivation sont fermés, ouvrez complètement les robinets d'arrêt d'urgence et vérifiez si le dispositif de déclenchement les ferme de manière satisfaisante. Rouvrez complètement ces robinets et continuez le réchauffement dans les conduites principales de vapeur. - **Pompe à condensat** - Démarrez la pompe à condensat ou d'extraction et ouvrez le robinet de recirculation du condenseur de sorte que les condenseurs de l'éjecteur reçoivent une alimentation suffisante en condensat pendant l'accumulation de la charge de la turbine. - **Installation d'établissement du vide** - Alimentez de la vapeur d'étanchéité aux presse-étoupe de l'arbre de la turbine en utilisant les robinets de drainage pour éliminer l'eau des conduites d'alimentation. Réglez cette vapeur d'étanchéité au minimum nécessaire, en prenant soin que les échappements des cylindres à basse pression ne surchauffent pas en raison du débit de vapeur excessif vers ces presse-étoupe. Commencez à augmenter le vide jusqu'à 16 kPa en utilisant les éjecteurs ou les pompes à air. Lorsqu'il y a des surpresseurs ou des éjecteurs à démarrage rapide, utilisez-les. - **Accélération à la vitesse de démarrage** - Lorsque le vide a atteint 16 kPa, une quantité suffisante de vapeur doit être admise pour commencer à faire tourner l'arbre de la turbine. Vous pouvez fermer le robinet d'arrêt afin que la vitesse reste stable. Si la machine est munie d'un vireur de démarrage, il est habituellement conçu pour se désengager automatiquement lorsque la vitesse de la turbine dépasse la vitesse maximale du vireur. Si la machine n'est pas dotée d'un vireur, l'arbre doit alors se déplacer entre 200 et 300 r/min (pour une machine à 3600 r/min) et suffisamment de vapeur doit être alimentée pour maintenir cette vitesse pendant environ 10 à 15 minutes. Ceci permet une période de réchauffement avec une distribution uniforme de la vapeur autour du cylindre et assure que l'arbre de la turbine reste droit pendant cette période à la suite d'une chauffe inégale. L'augmentation à la vitesse de marche après la période de réchauffement doit prendre un autre 15 minutes de sorte que le temps total du démarrage jusqu'à la pleine vitesse est d'environ 30 minutes. Plusieurs turbines sont conçues pour fonctionner à une vitesse entre que la prot être dépassée pendant démarrage. Cette vitesse est habituellement indiquée sur le tachymètre de la machine et elle doit être dépassée sans délai. - **Dispositifs de déclenchement de survitesse** - Lorsque la machine a atteint sa vitesse de marche normale et qu'elle est contrôlée par son régulateur, le fonctionnement du dispositif de déclenchement du régulateur de survitesse doit être mis à l'épreuve. Pour ce faire, l'alimentation en vapeur de la turbine doit être contrôlée de manière positive, c'est-à-dire par le fonctionnement d'un robinet d'arrêt manuel ou d'une dérivation afin que la machine n'atteigne pas une vitesse dangereusement élevée à la suite de la panne d'un équipement automatique. La machine ne doit pas être amenée à une survitesse à des fins d'essai plus souvent que nécessaire, mais assez souvent pour assurer que le mécanisme de fonctionnement ne << gèle » pas. Un essai par mois pour une machine qui fonctionne tous les jours est jugé satisfaisant. - **Refroidisseurs pour l'huile lubrifiante** - Ils doivent être mis en service au besoin, en ouvrant les robinets d'eau de refroidissement suffisamment pour maintenir l'huile à une température précise. Cette température est d'environ 50 °C quand elle est mesurée aux roulements de la turbine. - **Chargement** - Avant de synchroniser un turboalternateur ou avant de charger une turbine, assurez-vous que : - les températures des roulements et les pressions d'huile sont normales; - le vide du condenseur est satisfaisant; - le robinet de recirculation du condenseur est ouvert; - tous les robinets de drainage ont été ajustés et fonctionnent; - le dispositif de réglage de la poussée est réglé à la position de marche sans charge (machines à réaction, s'il y a lieu); et - tous les auxiliaires nécessaires sont en marche. Pendant le chargement, surveillez les instruments pour vous assurer que la machine fonctionne sans vibration excessive ou excentricité de l'arbre et que la dilatation relative des arbres et des enveloppes se déroule normalement. Notez que la vibration peut aussi être causée par l'appareil commandé, par exemple la génératrice, le ventilateur ou le compresseur. Le taux de chargement dépend du type et de la taille de la turbine. Les petites turbines et celles du type à écoulement radial atteignent rapidement leur vitesse de marche. Dans les grandes turbines, il y a un plus grand risque que l'espace libre des aubes soit réduit en raison de la dilatation différentielle et que le cylindre soit déformé; par conséquent, elles sont amenées à pleine charge plus lentement. Des expériences approfondies ont été faites au cours des dernières années dans le démarrage et le chargement rapides de grandes turbines. Vous trouverez des remarques à ce sujet plus loin dans la leçon. ##### Instructions pour l'arrêt À mesure que la charge est réduite pour mettre la machine hors de service, vous devez accomplir ce qui suit : - mettre en marche la pompe auxiliaire pour l'huile; - relâcher le dispositif de réglage de la poussée (s'il y a lieu); - ouvrir le robinet de recirculation du condensat; et - fermer les robinets d'arrêt de vapeur de la turbine une fois la machine hors charge. Il est possible à cette étape-ci de vérifier le fonctionnement des dispositifs de déclenchement de survitesse si cela n'a pas été fait au cours du dernier mois. C'est le meilleur temps pour effectuer l'essai puisque la machine est complètement et uniformément chauffée et qu'elle n'est pas susceptible de vibrer à haute vitesse comme au démarrage. Inversement, plusieurs estiment qu'un dispositif de sécurité essentiel comme celui-ci doit être vérifié au début d'un long service et non à la fin. Le vide doit diminuer en fermant les éjecteurs d'air ou la pompe à air. La vapeur d'étanchéité des presse-étoupe de la turbine doit être maintenue jusqu'à la disparition du vide. Ceci empêche l'admission d'air froid dans les presse-étoupe de l'arbre et réduit la déformation. Ouvrez tous les robinets de drainage de la turbine. Assurez-vous que la pompe auxiliaire pour l'huile se met en marche lorsque la vitesse de la turbine diminue. Lorsque l'arbre s'arrête, engagez de nouveau le vireur de démarrage et faites-le fonctionner pendant la période recommandée alors que la machine se refroidit. Arrêtez la pompe auxiliaire pour l'huile. Les machines plus petites sans viruur du démarrage su tutului au repere. I an important de vous assurer qu'il n'y a pas de fuite de vapeur dans le cylindre à ce moment-ci. Fermez l'alimentation en eau de refroidissement vers les refroidisseurs à huile aussitôt que possible pour maintenir la température de l'huile pour le prochain départ. Lorsque les machines sont munies de purificateurs d'huile avec des réchauffeurs incorporés, leur fonctionnement pendant de courtes mises hors service assure le maintien de la température de l'huile. Fermez les pompes d'extraction et l'alimentation en eau de refroidissement vers le condenseur principal. #### Éléments particuliers Certains éléments mentionnés dans les modes opératoires de mise en service et d'arrêt exigent une plus grande attention. ##### Drainage - Lorsqu'une turbine est mise en marche, particulièrement à froid, une proportion de la vapeur utilisée pour le réchauffement est condensée au contact avec le métal de la machine. La quantité de condensation varie selon la dimension de la machine et la température du métal, elle peut atteindre un volume considérable. Par exemple, si la machine en question est une génératrice de centrale de 30 MW, la masse totale des pièces à chauffer par la vapeur est d'environ 127 t. Si la température de la vapeur au robinet d'arrêt de la turbine est de 300 °C et la température à l'échappement est de 30 °C, et en tenant compte qu'une bonne proportion de la masse de l'enveloppe est prise par l'échappement, nous pouvons supposer une température de marche moyenne de 90 °C pour toute la machine. Ceci signifie que si la machine est démarrée à froid, disons à 15 °C, alors la température de 127 t doit être augmentée de 75 °C. La chaleur spécifique des pièces mobiles équivaut approximativement à celle du fer qui est de 0,5. Alors, la chaleur nécessaire pour augmenter la température de la machine est : = masse x chaleur spécifique x augmentation de la température = 127 x 1000 x 0,5 x 75 = 4 762 500 kJ et si cette chaleur doit être alimentée par la condensation de la vapeur de chauffe à environ 140 kPa, la masse de vapeur condensée est : = 4 762 500 kJ = 2232 = 2134 kg ou 2,1 tonnes Il est évident qu'un drainage adéquat est nécessaire et que le réchauffement prend considérablement de temps. Le drainage doit également se faire pendant que la turbine fonctionne normalement, puisqu'un certain pourcentage de vapeur est surchauffé et condensé lors de la dilatation normale dans la turbine. Ceci se produit même si la vapeur au robinet d'arrêt de la turbine est surchauffée. La figure 15 de la troisième leçon illustre la dilatation dans un étage de la turbine. Notez que plus la dilatation est proche d'une dilatation adiabatique et plus la condensation est élevée, c'est-à-dire qu'un haut rendement produit un pourcentage élevé d'humidité d'échappement. La quantité d'humidité dans la vapeur d'échappement est généralement de l'ordre de 12% de sorte que si la turbine utilise 3 kg/kWh de vapeur (après avoir déduit la chauffe de l'alimentation et autres), une machine de 10 000 kW a une masse totale d'eau dans la vapeur d'échappement de = 3×10 000×0,12 = 3,6 tonnes/h 1000 Comme la présence de cette eau provient de la tendance naturelle de la vapeur à se condenser pendant la dilatation, elle existe probablement sous la forme de très petites gouttelettes et elle est évacuée avec la vapeur vers le condenseur. Une portion de ces gouttelettes se dépose toutefois sur les ailettes et les diaphragmes ou elle est rejetée de la vapeur par des changements soudains de direction. Il faut donner à cette eau des passages adéquats de drainage pour s'assurer qu'elle ne s'accumule pas dans un des étages de la turbine. ##### Vireur de démarrage - Le vireur de démarrage est de s'assurer que l'arbre de la turbine reste droit pendant que la machine n'est pas en service. Dans une turbine qui vient d'être arrêtée, les moitiés inférieure et supérieure des cylindres tendent à se refroidir à un taux différent. Si l'arbre continue de tourner lentement pendant ce temps (vitesse habituelle du vireur de 20 r/min), il atteint une température égale à tous les points de leur périphérie, ce qui l'empêche de former un dos d'âne ou de s'affaisser. La même chose s'applique pendant la période de réchauffement, lorsque la vapeur admise tend à monter au haut de l'enveloppe. Un arbre immobile deviendrait plus chaud en haut qu'en bas et tendrait à former un dos d'âne. Les aubes produisent un effet de ventilateur pendant la période de rotation de l'arbre ce qui favorise la circulation et aide à égaliser la chauffe ou le refroidissement des cylindres. De plus, l'endommagement des revêtements en métal blanc des roulements, causé par la chaleur conduite le long de l'arbre, est évité en tournant lentement les tourillons d'arbres et en fournissant de l'huile aux roulements ##### Démarrage - Le processus de mise en marche d'une turbine est fondamentalement un processus d'augmentation de la température de toutes les pièces de la turbine. La vibration du rotor constitue la principale indication du succès ou de l'échec de l'opération. Si l'arbre se courbe pendant que la turbine est mise hors de service, il causera une vibration pendant le démarrage. Cette condition se corrige souvent en laissant tourner la machine à basse vitesse avec de la vapeur dans la turbine jusqu'à ce que des essais additionnels indiquent que l'arbre s'est suffisamment redressé pour permettre une accélération uniforme. Il est intéressant à cette étape-ci d'avoir une idée quantitative du problème présenté par l'arbre. Les généralisations qui suivent seront utiles. Prenons, par exemple, un arbre pour une turbine à haute pression type dont la masse est de 4,5 t. Il y a 2,75 m entre les roulements et la température d'entrée de la vapeur est de 480 °C. Si cet arbre est suffisamment courbé pour déplacer le centre de la masse de 0,08 mm de l'axe de rotation, alors à 3600 r/min, la force centrifuge produite est causée par la masse du rotor. De plus, si la température d'un côté de l'arbre est de 1,6 °C de plus que l'autre côté, alors l'arbre va se courber de sorte que le centre de la masse se déplace de 0,025 mm. Ces données de 0,08 mm de courbure avec un arbre de 2,5 m et une différence de température de 1,6 °C avec une température d'entrée de la vapeur de 480 °C servent à indiquer comment de petites différences peuvent produire une vibration. Le degré d'excentricité de l'arbre et la dilatation relative entre l'arbre et l'enveloppe ont été mesurés dans le passé à l'aide de moyen mécanique. Ce sont deux éléments importants qui aident à atteindre la vitesse de marche. La figure 1 illustre un indicateur à cadran pour l'excentricité de l'arbre qui donne une bonne indication à de basses vitesses et qui est utile jusqu'à 2000 r/min. Il est important de corriger une courbure fixe avant que la turbine atteigne sa vitesse de marche parce que la courbure risque d'être permanente. Un indicateur de ce type permet de surveiller de près, à faibles vitesses, la formation ou la disparition d'une courbure. La dilatation axiale différentielle du cylindre et de l'arbre se mesure également à l'aide d'un indicateur à cadran semblable. La figure 2 représente un exemple de cette dilatation différentielle sur un cylindre à haute pression et un cylindre à basse pression. Les cylindres sont ancrés au bout de l'échappement et se dilatent vers l'entrée. Les paliers de butée de l'arbre sont à l'entrée des cylindres. La pratique moderne favorise la mesure électrique de l'excentricité de l'arbre et de la dilatation qui prend la forme d'un équipement de surveillance. Dans ce cas, de l'information supplémentaire utile pour le démarrage est souvent comprise, comme la vibration des paliers, la température différentielle entre la vapeur et le métal et la vitesse de l'arbre. - **Figure 1**: Indicateur à cadran de l'excentricité du rotor - **Figure 2**: Dilatation des cylindres à pression intermédiaire et à haute pression La figure 3 donne un exemple de cet équipement et la figure 4 indique la position type des dispositifs de détection sur une machine à trois cylindres. Les détecteurs eux-mêmes fonctionnent dans la plupart des cas selon un principe d'inducteur électromagnétique. Ils consistent essentiellement en un élément à impédance variable dans un circuit de pont de Wheatstone. **Figure 3**: Équipement complet de surveillance **Figure 4**: Arrangement de l'équipement de surveillance La figure 5 représente le circuit utilisant une alimentation à pile à courant continu et des résistances R₁ à R4. Dans ce circuit, si les résistances sont selon un rapport alors le pont est en équilibre et le galvanomètre n'indique aucun courant. **Figure 5**: Circuit Pour de faibles déviations de la condition équilibrée cependant, le courant circule dans le galvanomètre en proportion avec le changement de résistance fait dans un bras du pont. La déviation de la flèche du galvanomètre sert donc de mesure de ce changement de résistance. Dans les circuits d'indication de surveillance réels, un agencement semblable est utilisé, sauf que le courant alternatif est alimenté au pont et les quatre éléments consistent en serpentins à inductance à âme en fer, chaque âme ayant un petit entrefer. L'agencement est illustré à la figure 6. Deux des inducteurs, soit Z₁ et Z2, sont les détecteurs sur la machine et les inducteurs Z3 et Z4 sont installés dans la plaquette de l'indicateur. << A » est une pièce de l'arbre mobile et elle agit comme un induit commun pour Z1 et Z2. **Figure 6**: Schéma des inducteurs Ces détecteurs sont installés sur la machine de sorte que le mouvement de l'arbre (dans la direction en question) cause le changement de l'entrefer des deux éléments de manière différentielle, ce qui entraîne une augmentation d'impédance dans un cas et une diminution dans l'autre. Il s'ensuit un changement de tension démontré sur l'indicateur proportionnel du mouvement en cause, sur la gamme de travail, pour lequel l'instrument est étalonné. L'équipement de surveillance commercial emploie des moyens électroniques pour amplifier les signaux reçus; il indique et enregistre les résultats. Ces instruments ont beaucoup de succès et ils sont très utiles pour le contrôle de l'accélération et le chargement des turbines de grande taille. ##### Démarrage rapide Le démarrage et le chargement rapides de grands turboalternateurs de centrales ont fait l'objet d'une grande attention au cours des dernières années. À plusieurs endroits, la demande de charge électrique est très élevée, mais aussi intermittente, c'est-à-dire que la charge est élevée à des périodes de pointe mais très faibles à des périodes hors pointe. De plus les pointes sont atteintes très rapidement et ceci exige que la centrale électrique soit chargée au taux correspondant. Comme nous l'avons déjà mentionné, le démarrage d'une turbine signifie qu'il faut la chauffer et la chauffe comporte la dilatation. La turbine est conçue pour permettre aux supports de glisser facilement pour donner une dilatation axiale et radiale tout en maintenant les pièces fixes et mobiles concentriques les unes aux autres. Les contraintes thermiques causées par les gradients de température et toute déformation qui découle de ces contraintes constituent donc le facteur de limite de la chauffe. Ces contraintes et déformations dépendent de la différence de température entre le fluide de chauffe (la vapeur) et le métal chauffé. Quand une turbine est mise hors service pour une courte période, le métal retient une température considérable et il atteint de nouveau sa température de marche plus rapidement que si la turbine démarre à froid. Certains spécialistes donnent un taux de refroidissement du métal de 14 °C par heure. La meilleure différence de température entre la vapeur et le métal se situe entre 40 °C et 80 °C (vapeur d'entrée et métal à l'entrée). Le taux sécuritaire d'augmentation de la température du métal est d'environ 200 °C par heure. Lorsque le joint du couvercle du cylindre à haute pression est fait de colliers, la température différentielle entre la bride et le collier doit être gardée à un maximum sécuritaire pour empêcher la déformation des colliers. En utilisant ces guides de températures et avec l'aide du dispositif de surveillance pour surveiller l'excentricité et la vibration, des taux d'accélération et de chargement très rapides ont été atteints. Par exemple, une machine de 60 MW qui fonctionne à une pression de 5860 kPa et à une température de 480 °C et qui est arrêtée pendant huit heures, prend quinze minutes à atteindre sa vitesse de marche et un autre quinze minutes à se charger à 60 MW. ##### Fonctionnement normal La plus grande partie du fonctionnement d'une turbine consiste en un fonctionnement normal au jour le jour. Les éléments les plus importants à ce moment sont le relevé quotidien et la propreté générale de la turbine. Ces deux éléments sont peu intéressants et risquent d'être mis de côté, mais leur valeur devient apparente dans le cas d'un problème avec la turbine. La familiarité avec les relevés normaux fait en sorte que les changements sont très apparents et une machine propre et exempte de gouttes d'huile, de chiffons et autres, représente un risque moins élevé d'incendie. Les éléments énumérés dans un relevé quotidien varient selon la centrale, mais un ensemble d'observations types comprend : - la charge de la turbine, les pressions et températures de la vapeur, les pressions et températures de l'huile lubrifiante, la dilatation de la turbine, le vide du condenseur, les températures de l'eau de refroidissement, les pressions et températures du réchauffeur d'eau d'alimentation, la condition des auxiliaires comme les relevés du courant des pompes d'extraction et d'eau d'alimentation, les notes sur les refroidisseurs d'huile et les éjecteurs d'air en service, les positions normales des robinets d'eau de refroidissement du condenseur, le débit de vapeur de turbine et l'eau d'appoint qui passe dans le condenseur. ##### Équipement de protection Cet équipement est installé sur une turbine et un condenseur. Sur une turbine, il comprend : un régulateur de survitesse ou d'urgence (le régulateur de vitesse normale compte comme un dispositif de contrôle), les dispositifs de déclenchement en cas de basse pression d'huile et de suppression de charge. Sur le condenseur, l'équipement comprend: la soupape de décharge à l'atmosphère (des diaphragmes de rupture sont parfois utilisés aux échappements de la turbine), le dispositif de déclenchement en cas d'un faible vide et d'une haute pression et l'alarme de haut niveau d'eau. - **TURBINE** - **Dispositif de déclenchement de survitesse** - Ce dispositif protège la turbine contre la vitesse excessive qui est causée par la perte soudaine de charge. Il fonctionne grâce à la force centrifuge. Ce peut être un boulon ou un anneau excentrique habituellement installé à l'extrémité à haute pression de l'arbre de la turbine. Il ferme l'alimentation en vapeur vers la turbine lorsque la vitesse atteint une valeur prédéterminée, soit 11% ou 12% au-dessus de la vitesse normale de marche. - **Figure 7**: Dispositif de déclenchement en cas d'emballement - **Figure 8**: Agencement d'un levier à déclic La figure 7 illustre un boulon installé sur une turbine Parsons et la figure 8 indique son emplacement à l'extrémité à haute pression de l'arbre. Le boulon est excentrique dans l'arbre, mais il est maintenu en place par un ressort à des vitesses normales. À une survitesse, le ressort est surmonté et la goupille déclenche le loquet R. L'alimentation en huile, qui maintient les robinets de vapeur ouverts, passe dans les orifices P et U dans la position normale. Lorsque R est déclenché, le ressort soulève le piston de sorte que P est fermé et U est ouvert vers la vidange. Le dispositif de déclenchement du type à anneau excentrique fonctionne selon un principe identique. - **Dispositif de déclenchement en cas de basse pression d'huile** - Il utilise la pression de l'huile pour maintenir ouverts les robinets principaux de vapeur. Toute panne du système d'huile ferme les robinets. L'alimentation en huile pour les roulements possède normalement une pompe en attente qui se met en marche si la pression d'huile tombe. En cas de panne de toutes les pompes à huile, l'alimentation d'urgence provenant d'un réservoir élevé est également fournie pour aider à garder les roulements lubrifiés jusqu'à ce que la machine s'arrête de façon sécuritaire. - **Dispositifs de suppression de charge** - Il est installé sur la turbine et il restreint l'ouverture du robinet de vapeur en cas de perte partielle du vide. Ainsi, il outrepasse l'action du régulateur et il empêche un débit excessif de vapeur vers la turbine. Dans un système où une turbine est alimentée exclusivement avec de la vapeur d'une chaudière, un effet identique est causé par la réduction de la pression de vapeur de la chaudière. Dans ce cas, un autre dispositif de suppression de charge est installé et disposé pour commencer à fermer les robinets de vapeur si la pression de la chaudière chute sous un nombre prédéterminé. - **Figure 9**: Dispositif de suppression de charge pour un robinet de commande Protection en cas de vide faible. Il est habituellement situé à l'extrémité à haute pression de la machine de sorte qu'il est adjacent au système à huile du régulateur. Il consiste en un piston à soufflet à ressort qui porte un plongeur B qui fonctionne à l'intérieur d'une bague à orifice. La bague est entourée d'une chambre à laquelle a accès l'huile. Dans ce système de commande, la pression de l'huile de veilleuse détermine le degré d'ouverture des robinets de vapeur. Le soufflet est soumis à l'intérieur à la pression du condenseur et à l'extérieur, à la pression atmosphérique. Si la pression du condenseur augmente, le piston et le plongeur du soufflet commencent à se déplacer et à environ 27 kPa, les orifices du plongeur E commencent à se découvrir. Ceci crée un débit d'évacuation du système d'huile de veilleuse, réduisant ainsi la pression de veilleuse et les relais commencent à fermer les robinets d'étranglement. Si la pression continue d'augmenter, le dispositif décharge finalement toute la turbine. La pression réelle à laquelle l'équipement fonctionne est variée par le réglage du ressort G. Au démarrage de la turbine, la pression doit chuter à 24 kPa avant que le plongeur monte suffisamment pour fermer l'orifice E. Jusqu'à ce que ce point soit atteint, les robinets de commande ne peuvent s'ouvrir. Le levier manuel H est installé pour régler le dispositif à la position de marche avant d'augmenter le vide. Dans ce cas, le cliquet lesté K est placé sur le rebord comme l'illustre le diagramme. Quand le plongeur monte sous l'action du vide, le levier monte aussi et le cliquet K s'éloigne du rebord. Notez que le haut du cliquet agit comme un rochet et s'engage avec des dents sur le bâti de sorte qu'il doit être dégagé à la main avant de rétablir la charge après une chute de vide. - **CONDENSEUR** - **Soupape de détente à la pression atmosphérique** - Le condenseur étant un réservoir fermé, il est possible que la contre-pression monte jusqu'à ce qu'elle dépasse la pression atmosphérique. Cela se produit, par exemple, lorsqu'on arrête le débit d'eau de refroidissement. La calandre ne peut résister à une pression de l'intérieur et elle éclate. La soupape de détente est conçue pour s'ouvrir lorsque la pression dans le condenseur dépasse la pression atmosphérique . Dans des conditions normales, la soupape de détente est maintenue fermée par le vide. Un joint d'eau, alimenté avec du condensat, est installé pour empêcher l'air d'entrer. La soupape est normalement munie d'un levier pivotant et une chaîne qui descend au niveau du plancher pour vérifier son fonctionnement lorsque la machine est hors charge et pour apporter une aide manuelle au cas où elle ne s'ouvre pas en cas d'urgence. Certains fabricants installent des diaphragmes de rupture sur les conduites d'échappement de la turbine. Ils sont conçus pour protéger le condenseur et la turbine à basse pression contre la surpression. La figure 10 illustre un essai effectué sur une turbine Metro-Vickers munie de cet équipement. Les turbines modernes à production élevée ne sont pas dotées de soupapes de détente qui sont suffisamment grandes pour dégager un volume plein de vapeur. Elles sont habituellement équipées d'autres dispositifs de protection, dont un est le dispositif de suppression de charge que nous avons décrit précédemment et l'autre est un dispositif de déclenchement sous pression qui fonctionne de la façon décrite ci-après. - **Dispositif de déclenchement sous pression du condenseur** - Il consiste en un plongeur sur lequel agit un soufflet équilibré par un ressort. Le soufflet a le vide du condenseur à l'intérieur et la pression atmosphérique à l'extérieur, tout comme le dispositif de suppression de charge. Dans des conditions normales de vide, le plongeur est rétracté contre le ressort. Advenant la perte du vide, suivie d'une pression positive du condenseur, le plongeur est poussé par le ressort jusqu'à ce qu'il abaisse un interrupteur relié au circuit de déclenchement global de la turbine. Il débranche la charge et ferme les robinets de vapeur. - **Figure 10**: Diaphragme de rupture d'une turbine de 66 MW soumis à des essais - **Alarme de haut niveau d'eau dans le condenseur** - Il s'agit d'une alarme à flotteur qui avertit lorsque le niveau de condensat est élevé dans le condenseur. #### FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR Nous avons mentionné dans la sixième leçon le rendement du condenseur et le rendement du vide. Le technicien d'exploitation ne s'intéresse pas vraiment à l'encrassement du condenseur, ni au rendement de l'éjecteur d'air. Son intérêt se porte principalement sur le vide obtenu à l'échappement de la turbine et comment ce nombre réel s'approche du nombre optimal possible pour les conditions dans lesquelles fonctionne la machine. Une indication fiable et assez simple du rendement est nécessaire. Les deux méthodes qui suivent sont suggérées à cette fin. Dans chaque cas, les relevés de températures exigés sont : la température de la vapeur d'échappement, du condensat, d'entrée et de sortie de l'eau de refroidissement, soit T.E., T.C., d'entrée E.R. et de sortie E.R. de la figure 11. Chaque fois qu'un relevé est fait, la machine doit être réglée pour éliminer le plus de variables possibles. Ceci signifie que la quantité d'eau de refroidissement doit être raisonnablement constante et que la turbine doit fonctionner à la charge choisie pour un temps suffisant pour permettre la stabilisation des diverses températures. - **Figure 11**: Schéma d'une turbine et d'un condenseur La première méthode est un traçage simple de la différence de température moyenne par rapport au temps, en utilisant ``` entrée d'eau de refr. + sortie d'eau de refr. DTM = temp. de la vapeur d'échappement - 2 ``` Si le premier groupe de relevés est pris quand le condenseur est propre et l'eau de refroidissement est près du nombre donné, alors une augmentation de la DTM indique une baisse de rendement du condenseur. La méthode souffre légèrement si les variations de températures de l'eau de refroidissement sont excessives (à hautes températures d'entrée, la DTM tend à baisser et vice versa à des faibles températures d'entrée). Par ailleurs, les relevés obtenus sont purement une indication et ils doivent être interprétés selon l'expérience en degré d'encrassement qu'ils représentent. La deuxième méthode reconnaît que la température de l'eau de refroidissement constitue la principale variable sur le rendement du condenseur; elle tente donc de l'éliminer et d'en arriver à un vide optimal. La comparaison directe avec le vide reel donne alors le vide perdu attribuable à un problème quelconque. Ce problème est soit un encrassement ou une fuite d'air et il est possible de faire la distinction entre les deux en faisant référence aux relations de températures données dans la sixième leçon. Dans la majorité des cas pratiques, une perte accrue du vide qui se produit lentement tous les jours indique un encrassement. Cette méthode dépend d'une relation déterminée entre la température de l'eau de refroidissement disponible et la température d'échappement obtenue (toutes les autres choses, comme le chargement de la machine, la quantité d'eau de refroidissement, la propreté du condenseur, étant constantes). Ceci se trouve par expérience et par essaies. On peut employer comme règle générale une augmentation de la température d'échappement de 4 °C pour une hausse de 5 °C de l'eau de refroidissement admise. Une référence à cette courbe donne la température optimale de l'échappement pour l'entrée d'eau de refroidissement particulière en tout temps. Une comparaison directe de la pression absolue équivalente et de la pression réelle (de la température d'échappement observée) donne un nombre pour la perte de vide. Ce nombre tracé par rapport au temps indique la tendance à l'encrassement. Une telle tendance est très utile pour le mécanicien qui désire connaître