La turbine à vapeur : description, fonctionnement et exploitation

Résumé du document

La vapeur admise dans la turbine par la vanne d'admission est détendue dans une tuyère ou sur une rangée de tuyères en parallèle (appelée distributeur ou aubages fixes).
A la sortie de la tuyère la vapeur est animée d'une très grande vitesse (quelquefois supérieure à la vitesse du son). Elle vient alors frapper les ailettes d'une roue qu'elle entraîne en rotation en lui cédant une partie de l'énergie cinétique qu'elle possède. A la sortie de l'ensemble mobile la vapeur est évacuée par la tubulure d'échappement.

A vitesse constante la puissance fournie par la turbine est égale à celle consommée par la machine entraînée. Toute variation de la puissance consommée, entraîne une variation de la vitesse de rotation si l'on ne modifie pas la puissance motrice de la turbine.

Un système de régulation de vitesse de la turbine est donc à prévoir en :
- détectant la vitesse de rotation
- corrigeant la puissance motrice par action sur le débit de vapeur pour stabiliser la vitesse et, éventuellement, la ramener à sa valeur initiale.

Dans les turbines les plus simples, la régulation de vitesse est assurée par un dispositif à masselottes articulées sur un couteau et qui repoussent une tige contre un ressort antagoniste. La position des masselottes, et donc de la tige, est fonction de la vitesse de rotation.
Un système de sécurité contre une survitesse.

En cas de dysfonctionnement du régulateur ou d'une brusque variation de charge, la vitesse de la turbine change. Si le ralentissement ne pose qu'un problème de production, une accélération pose un problème de sécurité très important car la résistance mécanique de la turbine ne lui permet pas de tourner beaucoup plus vite que sa vitesse nominale. À vitesse trop élevée, des éléments de la turbine se cassent et sont projetés sous l'effet de la force centrifuge contre le corps de la turbine. Si celui-ci ne résiste pas, des morceaux de métal peuvent être projetés aux alentours.
Un système d'arrêt de la turbine par fermeture d'une vanne d'arrêt rapide est prévu en cas de dépassement de la vitesse limite (protection contre la survitesse) (...)

Extraits

[...] La dégradation de l'huile L'huile se dégrade soit parce qu'elle vieillit soit parce qu'elle est contaminée par de l'eau ou des particules solides (poussières). La présence de vapeur dans l'environnement de la turbine entraîne très souvent de la vapeur dans les paliers. Cette vapeur se condense et se retrouve au fond du palier. Le niveau d'huile reste bon mais l'huile est progressivement remplacée par de l'eau dont les caractéristiques lubrifiantes sont très mauvaises et qui de plus entraîne une corrosion du roulement. [...]

[...] Un système de régulation de vitesse de la turbine est donc à prévoir en : détectant la vitesse de rotation corrigeant la puissance motrice par action sur le débit de vapeur pour stabiliser la vitesse et, éventuellement, la ramener à sa valeur initiale. Dans les turbines les plus simples, la régulation de vitesse est assurée par un dispositif à masselottes articulées sur un couteau et qui repoussent une tige contre un ressort antagoniste. La position des masselottes, et donc de la tige, est fonction de la vitesse de rotation. [...]

[...] La présence d'un peu de vapeur est normale. On donne parfois le nom de à cette fuite de vapeur. Des bagues déflectrices limitent l'entrée de vapeur à l'intérieur des corps de palier aux traversées de l'arbre. Ceci n'évite pas d'avoir à purger régulièrement les corps de palier. d. SYSTEMES DE REGULATION ET DE SECURITE i. Systèmes mécaniques Régulation de la vitesse Le système de détection de vitesse utilisé est un système à masselottes et à tige, actionnant un clapet d'admission vapeur à double siège pour équilibrer les poussées. [...]

[...] Dans certains cas, la vanne de démarrage peut être légèrement ouverte pour assurer ce réchauffage. soit par l'échappement dans les turbines non équipées de bipasse de la vanne de démarrage mais dans ce cas la température de la turbine est insuffisante et des condensats vont se produire au démarrage. Pour assurer la circulation de la vapeur de réchauffage à travers la turbine, il est indispensable que les diverses vannes sur le circuit soient ouvertes et notamment la vanne de fermeture rapide. [...]

[...] Le travail de la butée est donc très limité. La réfrigération des corps de paliers est assurée par une circulation d'eau dans une chemise. c. ÉTANCHÉITÉ VAPEUR Il est nécessaire d'étancher les fuites de vapeur qui risquent de se produire le long de l'arbre à la traversée du corps de turbine. En effet, outre les dangers pour le personnel d'exploitation de fuites trop importantes (risques de brûlures), on risque d'introduire de la vapeur d'eau dans les corps de paliers et de provoquer une détérioration rapide des paliers et de la butée. [...]