turbine à gaz

I- Introduction De technologie plus récente que celle de la turbine à vapeur, la turbine à gaz délivre des turboréacteurs d’avions développés durant la deuxième guerre mondiale .Conçue à l’origine pour l’aviation, celle ci , à l’opposé de la turbine à vapeur compacte et « légère ». Le groupe thermique tel qu’il est conçu pour la plupart des installations, se compose d’une turbine à gaz à ”un seul arbre” en cycle simple prévu pour un fonctionnement continu et destiné à entraîner un alternateur. La combustion d’un mélange air-combustible sert à produire la puissance nécessaire à entraîner l’arbre du compresseur, certains auxiliaires et principalement l’alternateur. La turbine se compose d’un dispositif de démarrage, des auxiliaires, d’un compresseur axial, d’un système de combustion, et d’une turbine à trois étages. Le compresseur et la turbine sont reliés par un arbre unique, supporté par trois paliers. Au démarrage, le moteur de lancement transmet son couple à la ligne d’arbre turbine à travers un convertisseur de couple et le réducteur des auxiliaires qui, comme son nom l’indique, entraîne un certain nombre d’auxiliaires (pompes, par exemple). II- Principe du fonctionnement de la turbine à gaz Dès que le système de démarrage de la turbine est activé et que l’embrayage est engagé, l’air ambiant est aspiré, filtré puis compressé dans les 17 étages du compresseur axial. Pour empêcher le pompage du compresseur au démarrage, des vannes d’extraction d’air du 11ème étage (vannes anti-pompage) sont ouvertes et des aubes orientables (I.G.V.) situées à l’entrée du compresseur sont en position ”fermée” (34°). Quand le relais de vitesse (14 HM) correspondant à la vitesse de rotation nominale (95 %), les vannes d’extraction d’air du 11ème étage se ferment

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automatiquement et provoquent l’ouverture à une position prédéterminée des I.G.V., situées à l’entrée du compresseur. L’air comprimé en provenance du compresseur pénètre dans l’espace annulaire à la périphérie des 14 chambres de combustion, d’où il s’introduit entre les enveloppes intermédiaires et les tubes de flamme. Les injecteurs introduisent le combustible dans chacune des 14 chambres de combustion où il se mélange à l’air. L’allumage s’effectue grâce à deux bougies rétractables (mais une seule est suffisante pour effectuer l’opération). Au moment où l’allumage se produit au niveau d’une des deux bougies équipant ces chambres, la combustion se propage dans les autres chambres à travers des tubes d’interconnexion qui les relient entre elles au niveau de la zone de combustion. A peu près à 50 % de la vitesse nominale de la turbine, la pression régnant à l’intérieur des chambres de combustion est suffisante pour provoquer le retrait des électrodes des bougies afin de le protéger du rayonnement des flammes. Les gaz chauds issus des chambres de combustion se propagent à travers les pièces de transition emboîtées à l’extrémité arrière de chaque tube de flamme pour traverser ensuite les trois étages turbine où ils se détendent. Chaque étage se compose d’un ensemble d’aubes fixes suivies d’une rangée d’aubes mobiles. Dans chaque rangée d’aubes fixes, l’énergie cinétique du jet de gaz augmente, en même temps que la pression chute. Dans la rangée adjacente d’aubes mobiles, une partie de l’énergie cinétique du jet est convertie en travail utile transmis au rotor de la turbine sous la forme d’un couple mécanique. Après leur passage dans les aubes du troisième étage, les gaz d’échappement traversent le diffuseur, qui comporte une série de déflecteurs ou aubes de guidage transformant la direction axiale des gaz en direction radiale et diminuant ainsi les pertes à l’échappement. Puis les gaz sont envoyés dans le cadre d’échappement.

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La rotation résultante de l’arbre entraîne le rotor de l’alternateur et certains auxiliaires.

III- Constitution de la turbine à gaz III-1 Le compresseur La section compresseur à débit axial se compose d’un rotor et d’une série de corps. Les corps renferment les aubes orientables, les 17 étages du rotor et l’aubage du stator, ainsi que les deux rangées d’aubes fixes de guidage (appelées E.G.V.). Dans le compresseur, l’air est mis en rotation par une rangée circulaire d’aubes mobiles (rotor) et subit une augmentation de vitesse. En franchissant ensuite une rangée d’aubes fixes (stator), la vitesse de l’air diminue et sa pression augmente.

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Les aubes du rotor fournissent l’énergie nécessaire à la compression de l’air dans chaque étage et les aubes du stator guident l’air suivant une direction bien définie vers l’étage suivant. A la sortie du corps d’échappement du compresseur, l’air est dirigé vers les chambres de combustion. Une partie de l’air du compresseur est utilisée pour le refroidissement de la turbine, l’étanchéité des paliers et la commande du dispositif anti-pompage. Afin d’obtenir des performances élevées, les jeux entre rotor et stator doivent être très réduits et les pièces doivent être fabriquées et assemblées avec une très grande précision.

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L’ensemble de la section compresseur se compose de quatre parties principales : • le corps d’admission • le corps avant du compresseur • le corps arrière du compresseur • le corps d’échappement du compresseur Ces éléments, avec le corps turbine et le cadre d’échappement constituent la structure principale de la turbine à gaz. Ils supportent le rotor au droit des paliers et constituent l’enveloppe extérieure de la veine des gaz chauds. Corps d’admission : Le corps d’admission se situe à l’extrémité avant de la turbine. Sa fonction principale est de diriger l’air de façon uniforme vers le compresseur. Le corps d’admission supporte également le palier n° 1.

Aubes orientables à l’entrée du compresseur : Ces aubes directrices (appelées I.G.V.) sont montées dans la partie arrière du corps d’admission du compresseur. L’orientation des aubes permet de contrôler le débit d’air dans le compresseur. Le mouvement des aubes est commandé par un vérin hydraulique relié à l’anneau de vannage. Une crémaillère fixée sur cet anneau fait tourner des pignons individuels montés à l’extrémité de chaque aube mobile

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Corps d’échappement : Le corps d’échappement du compresseur est la partie arrière de la section compresseur. C’est la pièce la plus longue obtenue de fonderie. Elle se situe à mi-distance entre les supports avant et arrière et est effectivement la pièce maîtresse de la structure de la turbine à gaz. Le corps d’échappement du compresseur contient les sept derniers étages de compression et deux rangées d’aubes de guidage fixes, et forme à la fois les parois interne et externe du diffuseur du compresseur. Il supporte la 1ère directrice au niveau de son diamètre interne par l’intermédiaire de l’anneau support, relie les stators compresseur et turbine et sert de fixation également pour les chambres de combustion et de support au palier n° 2.

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Aubage : Les aubes du rotor et du stator du compresseur ont un profil aérodynamique étudié pour permettre une compression efficace de l’air aux grandes vitesses périphériques. Celles-ci sont fixées sur leur disque par des pieds du type ”queue d’aronde”. La queue d’aronde est un emboîtement très précis qui permet de maintenir chaque aube dans la position désirée par rapport au disque.

III-2 La combustion Le système de combustion est du type ”à flux inversé” et se compose de 14 chambres de combustion équipées des composants suivants : Tubes de flamme, enveloppes intermédiaires (flow-sleeve), pièces de transition et tubes d’interconnexion. Bougies, détecteurs de flamme et injecteurs de combustible font également partie du système. Les gaz chauds issus de la combustion du fioul dans les chambres servent à entraîner la turbine. Dans un système à flux inversé, l’air en sortie du compresseur passe autour des pièces de transition pour pénétrer ensuite dans l’espace annulaire entourant chacun des 14 tubes de flamme. Les 14 chambres de combustion sont reliées entre elles par des tubes d’interconnexion dont le but est de propager la flamme aux autres chambres non encore allumées, à partir de l’une des deux chambres équipées de bougie. Les emplacements des bougies et des détecteurs de flamme sont représentés sur la figure page suivante. Bougies d’allumage : La combustion est amorcée par l’étincelle à haute tension de deux bougies à électrode rétractable installées dans des chambres de combustion adjacentes (n° 13 et 14). Détecteurs de flamme : Dès l’allumage, il est indispensable que l’indication de la présence (ou de l’absence) de flamme soit transmise au système de contrôle. Dans ce but, un système de surveillance de flamme est monté dans quatre chambres de combustion (n° 4, 5, 10 et 11) ; un système de surveillance se compose de deux circuits

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comprenant 2 capteurs installés dans 2 chambres de combustion adjacentes et d’un amplificateur électronique qui est monté dans l’armoire de commande de la turbine. Le détecteur de flamme à ultra-violet se compose d’un capteur de flamme contenant un gaz. Le gaz du détecteur est sensible à la présence du rayonnement ultra-violet, émis par toute flamme d’hydrocarbure. Injecteurs de combustible : Chaque chambre de combustion est équipée d’un injecteur de combustible qui pulvérise une quantité mesurée de combustible à l’intérieur de la chambre. Le combustible liquide est atomisé à la sortie de l’injecteur par de l’air injecté sous haute pression, puis passe dans la zone de combustion. Drainage faux-départ : Dans les machines à combustibles liquides, pour des raisons de sécurité, des conduites de drainage pour faux-départ (avec des canalisations depuis les chambres 5 à 10) empêchent l’accumulation de liquide imbrûlé dans le circuit de combustion. Au moment du démarrage, la conduite sortie compresseur axial est couverte. Après l’allumage, la pression augmente pour atteindre une valeur qui actionne les vannes pneumatiques sur les canalisations de drainage en cas de faux-départ. Si l’allumage de la turbine ne se fait pas, les vannes restent ouvertes afin d’évacuer le combustible liquide.

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III-3 La turbine C’est dans la zone des trois étages turbine que l’énergie, sous forme de gaz sous pression produite par le compresseur et le système de combustion, est convertie en énergie mécanique. Chaque étage turbine se compose d’une directrice et d’une roue avec son aubage. La section turbine comprend le rotor, le corps, les directrices, les segments de protection, le cadre d’échappement et le diffuseur d’échappement. Le palier n° 3 est situé au centre du cadre d’échappement.

Aubage : La dimension des aubes turbine augmente en longueur du 1er au 3ème étage. En raison de la réduction de pression engendrée par la détente dans chaque étage, une zone annulaire plus importante (divergent) est nécessaire pour permettre l’écoulement des gaz ; d’où la dimension croissante des aubes. Refroidissement du rotor : : Le rotor de turbine doit être refroidi pour maintenir des températures d’exploitation raisonnables et, par conséquent, assurer une durée de service de turbine plus longue. Le refroidissement se fait par l’intermédiaire d’un débit positif d’air frais radialement vers l’extérieur par l’intermédiaire d’un espace entre la roue de 9/34

turbine à aubes et le stator, dans le flux de gaz principal. Cette zone est appelée l’espace inter-roues. Corps turbine : Le corps turbine maintient les positions axiale et radiale des segments de protection et des directrices. Il garantit les tolérances et les positions relatives des directrices par rapport aux aubes turbine, qui sont un élément critique des performances d’une turbine.

III-4 Les paliers La turbine MS 9001 E’ comprend 3 ensembles paliers servant de support au rotor. Ils sont répartis comme suit : le premier au niveau du corps d’admission du compresseur. Il comprend, outre le palier proprement dit, une butée et une contrebutée ; le deuxième dans le corps d’échappement compresseur ; le troisième dans le cadre d’échappement. Ces 3 ensembles sont lubrifiés sous pression par le système d’huile de graissage. Lubrification : Les 3 paliers turbine sont lubrifiés par huile et alimentés par une cuve de 12 540 litres aménagée dans le socle des auxiliaires. Par mesure de sécurité, les tuyauteries d’arrivée d’huile sont situées à l’intérieur des canalisations de retour ce qui évite toute fuite sous pression vers l’extérieur.

III-5 Aspiration et refoulement Il est nécessaire de traiter l’air atmosphérique avant qu’il ne pénètre dans la turbine pour répondre aux conditions de l’environnement afin que la machine puisse atteindre les performances désirées. Le système d’aspiration d’air est conçu pour répondre à ces exigences. De même, les bruits à haute fréquence dus à l’aubage du rotor du compresseur à l’entrée de la machine doivent être atténués. Côté échappement, les gaz rejetés nécessitent un équipement approprié selon que ces gaz sont rejetés directement à l’atmosphère ou dirigés vers une chaudière de récupération de chaleur. Le système d’admission d’air, en aval du filtre à air, se compose d’une gaine, suivie de silencieux du type ”à baffles parallèles”, puis d’un grillage situé dans le coude d’entrée d’air en aval duquel l’air atteint le caisson d’aspiration de la turbine à gaz.

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Au niveau de la section échappement, les gaz utilisés pour entraîner la turbine sont réacheminés pour être soit rejetés dans l’atmosphère, soit dirigés vers une chaudière de récupération. En sortant du cadre d’échappement, les gaz pénètrent dans le diffuseur qui se trouve dans le caisson d’échappement. La paroi du caisson d’échappement opposée au diffuseur est équipée d’une série de thermocouples permettant de mesurer la température des gaz d’échappement. Ces thermocouples envoient des signaux au système de régulation et de protection en température de la turbine.

IV- SYSTEMES AUXILIAIRES DE LA TURBINE A GAZ : SYSTEME DE LANCEMENT ET CIRCUITS DES FLUIDES La

majorité

des

équipements

auxiliaires

mécaniques

et

électriques

nécessaires au lancement et au fonctionnement de la turbine à gaz est rassemblée dans le compartiment des auxiliaires. Ce compartiment et l’équipement qui lui est propre sont montés sur le même socle que la turbine. De nombreux systèmes auxiliaires interviennent pour le fonctionnement de la turbine à gaz. Plusieurs de ces systèmes possèdent des auxiliaires ou des mécanismes spéciaux qui sont regroupés au sein des systèmes auxiliaires, à savoir : les systèmes de lancement, d’alimentation, de lubrification et les systèmes hydrauliques et d’eau de refroidissement. Parmi les composants principaux montés sur le socle des auxiliaires, citons le moteur de lancement, le convertisseur de couple et le réducteur d’entraînement des auxiliaires. S’il est le trait d’union principal entre les éléments du système de lancement et de la turbine à gaz, le réducteur des auxiliaires est relié directement à la turbine et assure l’entraînement de plusieurs auxiliaires de la turbine à gaz. Socle des auxiliaires Le socle des auxiliaires turbine à gaz est une structure d’acier mécanosoudée, constituée de plats, de profilés et de tôles. Une partie surélevée supporte le système de lancement, avec le moteur de virage et le convertisseur de couple.

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L’intérieur du socle forme un réservoir à huile dans tout une partie. Ce réservoir peut contenir 12 540 litres d’huile. La tôle qui constitue le fond de la cuve est légèrement inclinée vers les sorties de vidange. Réducteur des auxiliaires : Le réducteur des auxiliaires, situé côté compresseur de la turbine, représente un système d’engrenages entraînés directement par le rotor de la turbine à travers un accouplement flexible. Son rôle est d’entraîner chacun des auxiliaires à sa vitesse propre de rotation, ainsi que d’entraîner et de libérer la turbine du dispositif de lancement. En outre, il contient la pompe à huile de lubrification principale. Le carter du réducteur comprend les trains d’engrenage utilisés pour assurer les rapports nécessaires pour l’entraînement des auxiliaires à la vitesse voulue, avec les couples demandés. Les auxiliaires entraînés par le réducteur sont les suivants : pompe à huile de lubrification principale, pompe à huile haute pression principale, pompe à combustible liquide (si un combustible liquide est utilisé), pompe à eau et compresseur principal d’air d’atomisation (le cas échéant, en cas de combustible liquide). La lubrification du réducteur est assurée par un débit d’huile à partir du collecteur principal. Dispositif de lancement : La turbine à gaz ne pouvant pas démarrer par elle-même, elle doit être entraînée par un dispositif de lancement pour atteindre sa vitesse d’autosustentation. Cette fonction est assurée par un moteur électrique relié à un convertisseur de couple afin d’assurer le couple de démarrage nécessaire au lancement de la turbine. Les différents composants du système de lancement sont les suivants : moteur électrique, convertisseur de couple accouplé au réducteur des auxiliaires . De plus, divers équipements et systèmes annexes sont nécessaires à la séquence de démarrage de la turbine : un ajusteur de couple motorisé (88 TM-1) monté sur le convertisseur de couple qui permet de régler le couple de sortie du convertisseur dans un intervalle programmé. une vanne solénoïde (20 TU-1) et une vanne de décharge hydraulique servant aussi à remplir et vidanger le convertisseur de couple.

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Pendant la séquence de démarrage, la turbine est entraînée par l’intermédiaire du moteur électrique, du convertisseur de couple et du réducteur des auxiliaires. Le système d’embrayage et ses vérins sont montés sur le réducteur des auxiliaires. Le réducteur des auxiliaires est couplé en permanence à l’arbre de la turbine à gaz par un accouplement flexible. Le réducteur des auxiliaires entraîne la pompe principale de lubrification, la pompe à huile haute pression, (et si l’on utilise du combustible liquide, le compresseur d’air d’atomisation ainsi que la pompe à combustible). Lors d’une séquence d’arrêt, lorsque la vitesse de la turbine atteint 50 R.P.M., le moteur du convertisseur règle le couple minimum et le moteur de virage 88 TG-1 démarre pour la phase de refroidissement. Sa vitesse est réglée sur 120 R.P.M.. Description de la fonction de mise en marche : Dans la séquence de mise en marche normale, le fluide est admis dans le circuit hydraulique du convertisseur de couple à partir du système de lubrification par la vanne intégrale 20 TU-1 au même moment que le moteur de démarrage 88 CR-1 est excité. Le démarrage se fait et la turbine commence à tourner. La turbine commence à prendre de la vitesse et continue à accélérer jusqu’à ce que la vitesse d’allumage soit atteinte et que le relais 14 HM soit excité. Quand la turbine a atteint cette vitesse (point de consigne 14 HM), la géométrie interne du convertisseur de couple est ajustée par l’entraînement de l’ajusteur de couple 88 TM-1 pour maintenir constante la vitesse d’allumage par l’intermédiaire du cycle d’allumage et de réchauffement. Le réajustement de la géométrie du convertisseur (réglage du couple) à la fin de l’échauffement, permet au convertisseur de couple d’aider à accélérer l’unité jusqu’à la vitesse automaintenue. A cette vitesse (environ 70 % de la vitesse normale), le circuit hydraulique du convertisseur de couple est vidangé, en désexcitant l’électrovanne 20 TU-1, au même moment, le moteur de démarrage 88 CR-1 est désexcité, ce qui effectue la déconnexion. Un démarrage et une remise en marche peuvent être initiés à tout moment en-dessous de la vitesse 14 HM. Arrêt :L’ordre d’arrêt est donné et la vitesse de turbine ralentit. Quand le relais 14 HM est désexcité (environ 48 R.P.M.), le moteur de rotation 88 TG-1 se met en marche. L’électrovanne 20 TU-1 est excitée et le couple est réglé à une valeur permettant de faire tourner la turbine à une vitesse d’environ 120 R.P.M. à des fins 13/34

de refroidissement après l’arrêt. Cette séquence de refroidissement dure au moins 20 heures. Elle doit être arrêtée manuellement. Rotation :La turbine est à l’arrêt et tous les circuits sont prêts pour la rotation. L’opérateur tourne le commutateur du sélecteur de fonctionnement 43 du panneau de commande de turbine sur la position TURNING (rotation), puis donne un ordre de START (démarrage). Le moteur de mise en marche 88 CR-1 démarre et 20 TU-1 est excité. Quand la vitesse atteint environ 50 R.P.M., le moteur 88 CR-1 est arrêté. La vitesse diminue un peu et, à environ 48 R.P.M., le moteur de rotation 88 TG-1 démarre. Le re-réglage de la géométrie du convertisseur (réglage du couple) permettra d’avoir une vitesse de rotation d’environ 120 R.P.M. La rotation durera au moins 20 heures. Elle doit être arrêtée manuellement.

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V- SYSTEME DE LUBRIFICATION Les exigences de lubrification de l’ensemble turbine à gaz et alternateur sont satisfaites par un système de lubrification commun sous pression. Ce système de lubrification, comprenant un réservoir, des pompes, un système de refroidissement, des filtres, des vannes et différents dispositifs de commande et de protection, assure d’une part la lubrification et d’autre part la dissipation de la forte quantité de chaleur due aux différents frottements. Le fluide lubrifie notamment les trois paliers de la turbine, les paliers de l’alternateur, ainsi que le réducteur des auxiliaires. En outre, une partie du fluide sous pression est déviée et filtrée à nouveau afin d’être utilisée comme liquide de commande par les dispositifs de commande hydraulique. Le système de lubrification, avec ses composants principaux, Les composants principaux du système sont les suivants : *Réservoir d’huile de lubrification (entraînée directement par le réducteur des auxiliaires). ∗Pompe principale de lubrification (entraînée directement par le réducteur des auxiliaires). *Pompe auxiliaire de lubrification et pompe de secours. * Soupape de sûreté VR 1sur la conduite de refoulement de la pompe principale. * Echangeur thermique. * Filtre à huile. * Vanne régulatrice de pression du collecteur principal VPR 2-1. Pour le démarrage de la turbine, un maximum de viscosité de 800 Secondes Universelles de Saybolt (S.S.U.) est nécessaire afin d’assurer un fonctionnement fiable du système de contrôle hydraulique et la lubrification des paliers. Un thermocouple LT_OT-2A empêche le démarrage de la turbine si la température du fluide de lubrification est inférieure à la valeur sélectionnée. Le fluide de lubrification aspiré par les pompes principale, auxiliaire et de secours, provient directement de la cuve à huile tandis que le fluide de lubrification utilisé pour la commande est prélevé sur le collecteur principal. Ce fluide de lubrification doit être régulé afin de fournir la pression prédéterminée correcte correspondant aux besoins du système de lubrification des paliers et des auxiliaires ainsi que des circuits de commande hydraulique et de déclenchement. 16/34

La cuve à huile, d’une capacité de 3 300 gallon (12 491 litres), est située dans le socle du compartiment des auxiliaires. A partir du réservoir, le fluide de lubrification est pompé par la pompe principale entraînée par l’arbre du réducteur des auxiliaires ou par les pompes auxiliaire ou de secours à une pression de 1,72 bar (25 psig) et est dirigé vers les paliers et les différents autres éléments. Après avoir lubrifié les paliers, l’huile retourne à la cuve uniquement par gravité. La totalité de l’huile de lubrification prélevée dans la cuve et envoyée au collecteur principal passe par l’échangeur de chaleur destiné à éliminer la chaleur excédentaire puis par un filtre équipé de cartouches de papier plissé assurant une filtration d’une précision de 5 microns. Les 2 échangeurs sont montés en parallèle. La vanne régulatrice de pression VPR 2-1, installée en amont du réfrigérant d’huile de lubrification, assure le maintien de la pression à la valeur de consigne. Elle s’ouvre pour envoyer le fluide vers la cuve lorsque la pression dépasse cette valeur. Chauffage d’attente Pendant les périodes d’attente, l’huile de lubrification est maintenue à une viscosité correcte pour le démarrage et le fonctionnement de la turbine par un système de résistances de chauffage 23 QT-1 et 23 QT-2 installé dans le réservoir d’huile de lubrification. Le thermocouple LT_OT-1A contrôle la température de l’huile dans le réservoir et commande le système de chauffage afin de maintenir la température de l’huile à une valeur adéquate pour assurer une viscosité correcte. Le thermocouple LT_OT-2A interdit le lancement de la turbine si la température de l’huile chute au-dessous d’une valeur définie comme nécessaire pour le lancement. La pompe de lubrification auxiliaire entraînée par le moteur à courant alternatif 88 QA-1 fonctionne pendant les périodes de chauffage afin d’assurer la circulation de l’huile dans le système. Pompes à huile de lubrification : Le système de lubrification se compose de trois pompes : - La pompe principale est du type à engrenages à cylindrée fixe montée dans le réducteur des auxiliaires et entraînée par celui-ci.

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- Les pompes auxiliaires et de secours sont des pompes montées sur le socle turbine. Elles sont entraînées respectivement par un moteur à courant alternatif 88 QA-1 et un moteur à courant continu 88 QE-1. Pompe principale de lubrification : La pompe principale de lubrification est montée à l’intérieur du carter inférieur du réducteur des auxiliaires et est entraînée par un arbre cannelé. La pression de refoulement vers le système de lubrification est limitée par la soupape de sûreté VR 1. Pompes de lubrification auxiliaire et de secours Les pompes auxiliaire et de secours sont toutes deux des pompes immergées, du type centrifuge, fournissant la pression nécessaire pendant les phases de lancement et d’arrêt de la turbine à gaz. Fonctionnement de la pompe de lubrification auxiliaire : Si l’alimentation en courant alternatif est assurée pendant les opérations de lancement et d’arrêt de la turbine à gaz, la pression de lubrification du système est fournie par la pompe auxiliaire entraînée par un moteur à courant alternatif aussi longtemps que la pompe principale entraînée par l’arbre turbine est à une vitesse insuffisante pour maintenir la pression de fonctionnement. Lors du démarrage de la turbine, la pompe auxiliaire démarre automatiquement lorsque l’on donne un ordre de marche sur le panneau de commande de la turbine. Elle continue de fonctionner jusqu’à ce que la turbine atteigne environ 95 % de sa vitesse de fonctionnement. Ce seuil de vitesse correspond à la montée du relais de vitesse 14 HS. A ce stade, la pompe de lubrification auxiliaire s’arrête et la pression du système est assurée uniquement par la pompe principale de lubrification entraînée par l’arbre turbine. Lors de l’arrêt de la turbine, la pompe auxiliaire démarre lorsque le relais 14 HS est désexcité. Cette opération se produit lorsque la vitesse de la turbine chute audessous d’une valeur préréglée correspondant à environ 95 % de la vitesse nominale de fonctionnement. La pompe continue de fonctionner pendant toute la période d’arrêt et de refroidissement et ne s’arrête que lorsque l’opérateur envoie un signal d’arrêt vireur au niveau du panneau de commande de la turbine.

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Fonctionnement de la pompe de lubrification de secours : Si le courant alternatif n’est pas disponible pendant les séquences de lancement et d’arrêt de la turbine, la pression d’huile est assurée par la pompe de secours entraînée par un moteur à courant continu 88 QE-1, lui-même commandé par le transmetteur 96 QA-2. Cette pompe fonctionne jusqu’à ce que la turbine atteigne environ 50 % de sa vitesse nominale. Ce seuil correspond à la montée du relais de vitesse 14 HA. Elle continue de fonctionner lorsque cette vitesse est atteinte si la pression du système n’a pas atteint la valeur de réglage du transmetteur 96QA-2. Pendant la période de refroidissement de la turbine, cette pompe sera alimentée durant chaque période de virage, c’est-à-dire, toutes les 3 minutes. Régulation de la pression et de la température : Deux vannes de régulation sont utilisées pour contrôler la pression du système de lubrification. La soupape de sûreté, VR 1, limite la pression de refoulement de la pompe principale et renvoie l’excédent d’huile à la cuve. La pression d’huile dans le collecteur principal est maintenue à environ 1,7 bar par la vanne de régulation VPR 2-1, un transmetteur de pression 96 QA-3 est installé à la sortie de la vanne. Réfrigérants d’huile de lubrification : Le système de refroidissement est nécessaire pour dissiper la chaleur absorbée par l’huile de lubrification et afin de la maintenir à une température correcte. Ce refroidissement est assuré par une circulation de l’eau de refroidissement dans les tubes des réfrigérants, tandis que l’huile de lubrification circule autour des tubes. Le débit d’eau de refroidissement dans les deux réfrigérants est contrôlé par la vanne de régulation en température VTR 1, qui assure une température correcte de l’huile de lubrification avant l’admission aux paliers.

Système principal de filtration ; Le filtrage de la totalité de l’huile de lubrification est assuré par un ensemble de filtres en papier plissé de 5 m qui est installé dans le système juste en aval du réfrigérant d’huile.

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Sur option également, ce système peut comprendre deux filtres montés en parallèles et installés avec une vanne de dérivation afin d’envoyer l’huile dans l’un ou l’autre des filtres puis dans le collecteur d’huile. Les filtres doivent être remplacés lorsque le manomètre différentiel indique une chute de pression d’environ 1,5 bar et 63 QQ-1 déclenche une alarme.

VI- SYSTEME D’EAU DE REFROIDISSEMENT Le système d’eau de refroidissement est un circuit fermé, légèrement sous pression, conçu pour répondre aux exigences de dissipation thermique du système de lubrification, du système d’air d’atomisation, des supports de la turbine et des détecteurs de flamme. Le système d’eau de refroidissement assure : *le refroidissement des pieds supports de la turbine pour éviter un désalignement du corps turbine. * le maintien de l’huile de lubrification et de l’air d’atomisation à des niveaux de température acceptables. Le bulbe contient un liquide thermosensible se dilatant lorsqu’il est chauffé. La pression ainsi produite dans le bulbe est transmise par un capillaire au soufflet qui positionne le disque de la vanne afin de commander le débit de réfrigérant dans l’échangeur. La vanne est fermée au moment du démarrage de la turbine et commence à s’ouvrir lorsque la température détectée dans le fluide atteint la valeur de réglage.

VII- SYSTEME(S) DE COMBUSTIBLE(S) La consommation de combustible de la turbine à gaz est satisfaite par l’un ou l’autre des deux systèmes de combustible. Ces deux systèmes se composent d’éléments mécaniques et électriques de commande et de régulation. Le système est doté d’injecteurs capables de brûler les deux types de combustible (gaz naturel et distillé léger ou lourd ou tout autre type de combustible liquide). Un système de combustible liquide pompe et distribue le liquide fourni par le système

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extérieur à la turbine et alimente les 14 injecteurs du système de combustion. Lorsque l’installation fonctionne au gaz naturel, le système composé de filtres et de vannes de régulation fournit un débit régulier de gaz à ces injecteurs.

Changement de combustible : Sur les machines à double combustible avec commande automatique, le changement de combustible peut être lancé manuellement par une sélection des touches correspondantes sur le panneau de commande de la turbine ou automatiquement par le transmetteur de pression gaz 96 FG-3. Lorsqu’il est lancé, le changement de combustible se déroule automatiquement. Le changement de combustible est lancé manuellement en sélectionnant la touche voulue (gaz ou liquide) ainsi que la touche ”EXECUTE”. Le changement automatique ne peut se produire que dans le sens gaz vers liquide. En fonctionnement normal, le combustible est sélectionné au moment du lancement en actionnant la touche GAZ ou DISTILLE (et non pas MELANGE). Si le démarrage a été fait au gaz, le transfert au fonctionnement sur combustible liquide s’effectue automatiquement en cas de chute de la pression du gaz. Le changement automatique ne peut se produire que lorsque la turbine à gaz a atteint sa vitesse de fonctionnement (au-dessus du relais de vitesse 14 HS). Le fonctionnement au combustible liquide continue jusqu’à ce que la pression du combustible gaz soit rétablie. Le changement peut alors être commandé manuellement en sélectionnant les touches suivantes : DISTILLE d’abord, puis GAZ. Dans ces conditions, la commande de transfert au gaz ne se fait pas automatiquement. Une transition progressive, (durant 30-60 secondes), est nécessaire pour passer du gaz au combustible liquide et inversement. Au début du transfert, les conduites de combustible liquide sont purgées de leur air et remplies de liquide afin d’éviter tout retard d’alimentation à la fin de la phase de transition. Système à combustible liquide : Lorsque l’installation fonctionne au combustible liquide (distillat de pétrole), le système pompe le combustible acheminé à la bride d’admission de la turbine et, après filtrage, le distribue en quantités égales à chacune des 14 chambres de

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combustion. L’alimentation en combustible doit respecter les conditions de pression et de débit nécessaires pour répondre à toutes les exigences des phases de démarrage, d’accélération et de prise de charge de la turbine à gaz. Filtre basse pression : Le combustible à basse pression, venant du système d’alimentation, passe par le filtre à tamis temporaire basse pression (primaire) avant de se diriger vers la vanne d’admission et d’arrêt VS 1 et de parvenir à la pompe à combustible. Le compartiment du filtre contient un filtre à tamis qui permet de retenir tout corps étranger laissé dans les tuyauteries après installation. Ce filtre à tamis doit être enlevé après 600 H de marche, Vanne d’admission et d’arrêt du combustible : La vanne d’admission et d’arrêt du combustible VS 1 est une vanne commandée par un système de protection, qui coupe l’alimentation en combustible de la turbine au cours des opérations d’arrêt normal ou d’urgence. Clapets anti-retour : Un clapet anti-retour, doté d’un filtre, est installé sur chacune des conduites d’alimentation des injecteurs de combustible. Leur but principal est de couper rapidement l’alimentation en fuel lorsqu’un signal d’arrêt a été donné. Dans le cas d’une machine à double combustible, on évitera l’entrée de gaz dans ce circuit. Vannes de purge : En cas de faux-départ, le combustible liquide accumulé dans les chambres et dans la section turbine est évacué par les vannes de purge de faux-départ VA 17-1, VA 17-2 et VA 17-5 vers un collecteur de drainage spécial. Ces vannes, normalement ouvertes, se ferment lorsque la turbine accélère, au cours de la phase de lancement. Système à combustible gazeux : Lorsque la turbine doit fonctionner au gaz, ce système fournit le combustible gazeux à chacune des 14 chambres de combustion. Le combustible est fourni dans des conditions de pression et de débit correspondant à toutes les exigences des phases de démarrage, d’accélération et de charge de la turbine à gaz. Le raccordement du système d’alimentation en gaz s’effectue à la bride turbine en amont du filtre à gaz. Les poussières ou autres particules qui peuvent se trouver

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dans le combustible gaz à l’entrée du circuit sont ainsi éliminées par ce filtre. Un raccord de purge au point bas du corps du filtre permet un nettoyage périodique du filtre. La fréquence des nettoyages dépend de la qualité du gaz utilisé. Le filtre devrait être nettoyé peu de temps après les premiers démarrages, et après chaque démontage des conduites d’alimentation en combustible gaz de l’exploitant. L’ensemble arrêt et régulation du gaz est composé de deux vannes indépendantes (une vanne d’arrêt et de régulation de pression et une vanne de régulation de débit) réunies dans un seul carter. Elles sont toutes deux des vannes manoeuvrées par des vérins hydrauliques à simple effet. Ces vérins sont contrôlés à leur tour par deux servovalves 90 SR et 65 GC utilisées pour le positionnement des vannes. La vanne de débit du gaz est commandée par un signal en provenance du système SPEEDTRONIC afin de délivrer la quantité de combustible nécessaire à la turbine pour une charge ou une vitesse donnée. La position de la vanne de réglage du débit de gaz est une fonction linéaire de la tension de commande (F.S.R.) élaborée par le système SPEEDTRONIC. Cette tension est comparée à un signal de retour de manière à commander une servovalve qui, à son tour, autorise le mouvement du vérin hydraulique de positionnement de la vanne.

VIII- SYSTEME D’AIR D’ATOMISATION Durant la période de démarrage et surtout au moment de l’allumage, la pression de l’air refoulé par le compresseur d’air d’atomisation principal est beaucoup trop faible pour assurer correctement sa fonction d’atomisation. Pour palier à cela, on utilise un compresseur auxiliaire entraîné par le moteur de lancement dont le rapport de compression est sensiblement le même que pour le compresseur principal. Les principaux composants du système sont les suivants : compresseur principal d’air d’atomisation, compresseur auxiliaire d’air d’atomisation, réfrigérant d’air d’atomisation. Lorsque le combustible liquide est injecté dans les chambres de combustion de la turbine, il est formé de gouttelettes de grande taille à la sortie des injecteurs. Ces gouttelettes ne brûlent pas intégralement dans les chambres et elles sont donc nombreuses à pouvoir se retrouver dans les gaz d’échappement. Le système d’air 23/34

d’atomisation a pour but de détruire ces gouttelettes pour obtenir un fin brouillard et assurer ainsi un état du fuel proche de celui du gaz afin d’améliorer le rendement de combustion, donc de diminuer les imbrûlés.

IX- ALIMENTATION HUILE H.P ET I.G.V L’alimentation hydraulique est destinée à alimenter en huile haute pression un certain nombre de composants dont le déplacement est commandé hydrauliquement : le mécanisme des aubes orientables (I.G.V.), les électrovannes asservies situées dans les circuits de combustible et des I.G.V. Les principaux composants du système sont les suivants : La pompe d’alimentation hydraulique principale, le collecteur d’alimentation hydraulique, le dispositif de filtrage et le système de positionnement hydraulique des I.G.V. L’huile de lubrification provenant du collecteur principal, après filtrage et régulation de la pression, est utilisée comme huile haute pression pour les besoins du système hydraulique. Une pompe PH 1 à pistons axiaux est entraînée par le réducteur des auxiliaires. La pompe auxiliaire PH 2 (de même type que la pompe principale PH 1) est entraînée par un moteur 88 HQ-1. Ces deux pompes aspirent de l’huile dans le système de lubrification vers les manifolds d’alimentation hydraulique. Cette huile est prélevée au niveau du collecteur principal et a été préalablement filtrée. SYSTEME DE COMMANDE DES AUBES "MODULEES" (I.G.V.) : Bien qu’appelées ”aubes variables” et désignées par I.G.V., ces aubes sont, en fait, des aubes orientables permettant de faire varier le débit d’air aspiré à l’entrée du compresseur axial de la turbine à gaz. C’est pourquoi ces aubes, dont l’angle d’ouverture varie sous le contrôle de la régulation SPEEDTRONIC sont appelées dans ce cas aubes ”modulées” et désignées, dans les chapitres de la régulation par I.G.V. Mais les I.G.V. jouent également un rôle important dans le fonctionnement même de la turbine, notamment pendant la prise de charge où l’ouverture augmente avec la charge jusqu’à une valeur donnée de celle-ci. Là, elle atteint sa valeur ”pleine ouverture” et elle y reste pendant que la charge continue à augmenter vers la pleine charge.

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La modulation de la position des I.G.V. permet ainsi de maintenir certaines contraintes, diverses pressions et divers débits à l’intérieur de limites nécessaires au fonctionnement satisfaisant de la machine. Le mouvement des aubes est obtenu par l’intermédiaire d’une grande crémaillère annulaire qui entraîne les roues dentées fixées à la base des aubes. La crémaillère est actionnée par un système à vérin hydraulique piloté par une vanne électrohydraulique elle-même asservie à la régulation de la turbine à gaz. Dans une séquence normale de lancement, les aubes variables sont maintenues dans leur position de fermeture 34° jusqu’à ce que soit atteinte la valeur correcte de vitesse corrigée. A ce moment-là, les I.G.V. commencent à s’ouvrir jusqu’à un palier intermédiaire correspondant à 57°. Le début de l’ouverture des I.G.V. correspond à 84 % de la vitesse corrigée. Lorsque la turbine est à pleine vitesse et que la charge est inférieure à 20 % pour un cycle simple et 80 % pour un cycle combiné, les I.G.V. restent dans cette position d’ouverture intermédiaire. Ensuite, en fonction du niveau de charge, elles vont s’ouvrir lentement pour atteindre leur angle de pleine ouverture correspondant à 84°. Dans le cas d’une machine équipée d’I.G.V. modulées, le mouvement des vannes d’extraction d’air du 11ème étage du compresseur axial n’est pas simultané avec l’ouverture des I.G.V. Elles ne se fermeront qu’en fin de séquence de démarrage, dès l’émission du signal ”séquence complète” par le SPEEDTRONIC (disjoncteur de l’alternateur fermé). Il existe deux modes de fonctionnement des I.G.V. Le mode dit : ”I.G.V. ON”. Il est plus particulièrement sélectionné lorsque la turbine fonctionne en cycle combiné. L’angle d’ouverture des I.G.V. est calculé à tout moment pour permettre une température des gaz d’échappement proche de la température limite (point de consigne) et ceci durant la dernière partie de la prise en charge. L’intérêt d’un tel système est de pouvoir maximiser la température des gaz à charge partielle, donc de produire un débit maximum de vapeur Le mode dit : dit ”I.G.V. OFF”. D’une utilisation beaucoup moins courante, ce système permet de fonctionner avec une température d’échappement constante pendant une partie importante de la

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prise de charge. Souvent utilisée dans le cas de cycle simple (cycle ouvert), ce système permet de maintenir les I.G.V. dans leur position d’ouverture intermédiaire jusqu’à ce que la température d’échappement sélectionnée pour le cycle simple soit atteinte. Cette température programmée dans le logiciel est généralement fixée aux alentours de 370°C L’opérateur peut activer et désactiver le mode de contrôle de la température échappement par les I.G.V. en appuyant à tout instant sur une touche du panneau de commande du SPEEDTRONIC. Le système de commande reprogramme automatiquement le système de positionnement des I.G.V. pour les placer dans une position correcte correspondant à une vitesse ou à une puissance donnée.

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X- SYSTEME D’ HUILE DE CONTROLE Le système d’huile de contrôle constitue la première interface de protection entre les systèmes de commande et de protection de la turbine et les éléments de la turbine intervenant dans l’ouverture et la fermeture des vannes de combustible. L’huile de lubrification prélevée en amont de la vanne VPR 2 est utilisée pour les fonctions de sécurité ainsi que comme fluide de commande pour la vanne d’arrêt du circuit combustible liquide. Vanne de vidange : Chacune des lignes de commande des vannes comporte une électrovanne de vidange intégrée au système d’huile de contrôle (20 FL-1 pour le combustible liquide, et 20 FG-1 pour le gaz). Ce dispositif est une vanne électromagnétique à ressort qui ne coupe la pression d’huile de sécurité que sur la ligne d’alimentation qu’elle commande. Diaphragme d’entrée : Un diaphragme est disposé sur la conduite d’entrée du système d’huile de contrôle. Ce diaphragme est dimensionné de manière à limiter le débit d’huile du système d’huile de lubrification vers le système d’huile de sécurité. Il doit cependant assurer une capacité suffisante pour tous les dispositifs de sécurité tout en évitant toute perturbation du circuit d’huile de lubrification lorsque le système de déclenchement émanant du SPEEDTRONIC a fonctionné. Diaphragme : A l’entrée de chacune des lignes de commande se trouve un diaphragme qui limite le débit entrant dans la ligne d’alimentation et permet un écoulement libre à partir de cette ligne. Ce circuit limite le débit d’entrée dans chacune des lignes, ce qui permet une alimentation individuelle d’huile sans perte de pression au niveau total du système. Pendant le fonctionnement normal de la machine et pour toute séquence normale d’arrêt ou de déclenchement. Fonctionnement : Les dispositifs de sécurité provoquent l’arrêt ou le déclenchement de l’unité dans son ensemble en vidangeant l’huile basse pression (OLT). Chacune des vannes d’arrêt du combustible peut être sélectivement fermée en coupant le débit d’huile basse ou haute pression qui lui est appliqué. La vanne de vidange 20 FL-1

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assure la fermeture de la vanne d’arrêt du combustible liquide grâce à son mécanisme à ressort : cependant, la vanne de vidange 20 FG-1 déclenche le relais hydraulique et, de ce fait, interrompt l’alimentation d’huile H.P. appliquée aux vannes de gaz. Le diaphragme installé sur chacune des lignes d’alimentation permet une vidange indépendante de chacune des lignes du système d’huile de sécurité par leurs vannes de vidange respectives tout en permettant une mise en pression sur l’autre ligne. Le déclenchement de tous les dispositifs autres que les vannes de vidange individuelles (électrovannes) aboutit à une vidange du système d’huile de sécurité dans son ensemble, ce qui déclenche la turbine.

XI- LAVAGE DU COMPRESSEUR Les performances de la turbine à gaz peuvent diminuer à la suite de dépôts qui se font sur les aubes du compresseur pendant l’exploitation, dépôts causés par des impuretés véhiculées par l’air d’admission. Une réduction de performance est générée par une perte progressive de puissance et par une augmentation sensible de la consommation de combustible. Deux méthodes sont utilisées pour déterminer l’état de propreté du compresseur :

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Inspection visuelle

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Contrôle des performances

Contrôle des performances : *La machine fonctionnant en régime de base, différents paramètres enregistrés (température entrée et sortie compresseur, température à l’échappement, pressions barométrique et sortie compresseur, consommation combustible) permettent de situer les performances de l’installation. *Si l’analyse de ces performances conduit à une indication d’encrassement du compresseur, celui-ci doit être vérifié par une inspection visuelle. L’ équipement concernant le lavage du compresseur consiste en une tuyauterie provenant du raccordement client sur le socle turbine, des vannes motorisées 20

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TW-1 et 20 TW-3 et d’un bouton-poussoir (43 TW-1/PB) de commande de la vanne 20 TW-1, un manifold distribution d’eau alimentant le compresseur par l’intermédiaire de huit (8) injecteurs situés dans le caisson d’aspiration du compresseur. FONCTIONNEMENT DU LAVAGE OFF LINE : La solution d’eau de lavage est amenée dans le mélange approprié vers la turbine, à la pression, température et au débit nécessaires pour laver la turbine à gaz. La solution de lavage s’écoule du skid à partir du raccordement client, traverse la vanne motorisée 20 TW-1 avant d’aller vers le collecteur du compresseur. Cette vanne est entraînée par un moteur et s’ouvre manuellement à partir d’un boutonpoussoir 43 TW-1. Elle se ferme automatiquement quand le commutateur du sélecteur de lavage est sur la position OFF (arrêt). Pendant le lavage du compresseur, la vanne 20 TW-1 est ouverte et permet à la solution de lavage injecteurs de s’écouler à partir du skid, à l’intérieur du collecteur, du compresseur et à travers les pulvérisations pour atteindre le corps d’entrée d’air et y accomplir le lavage. False start drain valves (VA17) shown on the washing diagram are opened for washing purpose. Air pressure from the discharge of the unit’s axial-flow compressor is used to actuate these valve. Valve VA 17-1 drain excessive water from the combustion chambers. Les vannes de purge faux départ (VA17) montrées sur le diagramme de lavage sont ouvertes pour la fonction de lavage. La pression d’air de la décharge de l’unité du débit compresseur axial est utilisé pour activer ces vannes. Les vannes VA17 purgent l’eau excessive des chambres de combustion. Avant de laver le compresseur, la température des aubes de la turbine doit être suffisamment basse pour que l’eau de lavage n’entraîne pas de choc thermique. La température différentielle entre l’eau de lavage et la température inter-roues ne doit pas être supérieure à 120°F (67°C). Pour une eau de lavage à 180°F (82,3°C), la température maximum inter-roues ne doit pas dépasser 300°F (149°C) telle que mesurée par le système de lecture à thermocouple numérique sur le panneau de contrôle de la turbine.

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On doit prévoir le lavage à l’eau durant un arrêt normal de la machine. Ceci doit permettre d’avoir suffisamment de temps pour que la température interne de la machine tombe aux niveaux acceptables pour le lavage. Durant le refroidissement de la turbine, l’eau de lavage doit être chauffée à la bonne température. Le lavage OFF LINE du compresseur est effectué machine froide, à la vitesse de lancement dans le but d’avoir un nettoyage efficace du rotor. La sélection lavage compresseur entraîne l’ouverture des I.G.V. Les différentes vannes qui ont été manœuvrées avant l’opération de lavage du compresseur sont à remettre dans leur position initiale pour l’allumage de la turbine. Après l’arrêt du lavage, redémarrer la turbine à gaz sur lancement pendant environ 20 minutes afin de sécher la machine. FONCTIONNEMENT DU LAVAGE ON LINE : La solution d’eau de lavage est amenée vers la turbine, à la pression, température et au débit nécessaires pour laver la turbine à gaz. Pour les valeurs spécifiques à cette turbine à gaz se référer aux schémas des fluides dans les volumes Opération et Entretien. La vanne 20 TW-3 est contrôlée automatiquement par le SPEEDTRONIC. Pendant le lavage du compresseur la vanne 20 TW-3 est ouverte pour permettre à la solution de lavage injecteurs de s’écouler à partir du skid, à l’intérieur du collecteur, du compresseur et à travers les pulvérisations pour atteindre le corps d’entrée d’air et y accomplir le lavage. 2 Système de lavage ON LINE La turbine doit marcher à pleine vitesse et ne doit pas avoir entamée la procédure d’arrêt. Le lavage est permis à toute charge, mais pas à n’importe quelle température ambiante et humidité. La température ambiante doit être supérieure à 10°C.

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XII- L’ ALTERNATEUR L’alternateur, couplé au réseau, assure la transformation de puissance mécanique fournie par une turbine d’entraînement en puissance électrique active et la fourniture, ou l’absorption de puissance réactive. XII-1 Description du système La présente notice concerne un alternateur d’une puissance de 149 250 kVA, de tension nominale 14 kV, tournant à une vitesse de 3000 tr/min, réfrigéré par circulation d’air en circuit fermé, dont le refroidissement est effectué par eau. L’évacuation d’énergie est réalisée par deux voies triphasées. L’excitation est composée d’un système d’alimentation et de redressement tournant fixé à l’extrémité du rotor. * Description générale alternateur L’ensemble alternateur est composé principalement du stator, du rotor, de l’excitateur, des réfrigérants et des paliers.L’intérieur du socle est subdivisé afin de permettre une bonne répartition de la circulation de l’air de refroidissement dans la partie inférieure de l’alternateur. Le rotor est composé principalement de l’arbre monobloc, de l’enroulement inducteur, des frettes et des ventilateurs. La partie centrale de l’arbre, formant le corps du rotor, reçoit, après usinage et fraisage, l’enroulement inducteur, et suivant le type, les enroulements amortisseurs dont les extrémités sont calées par les frettes. Plus loin, en partant du centre, on trouve les ventilateurs et les parties portantes de l’arbre. Le dimensionnement du rotor est déterminé de façon que la 1ère vitesse critique soit nettement en dessous de la vitesse synchrone et la 2ème vitesse critique nettement au dessus de la survitesse. Les frettes sont les pièces de l’alternateur qui subissent les plus fortes contraintes mécaniques ; de plus, elles sont chargées de manière asymétrique étant donné la répartition de l’enroulement d’excitation, c’est pourquoi elles sont réalisées à partir de pièces forgées en acier amagnétique de caractéristiques mécaniques élevées obtenues par écrouissage résultant d’une expansion hydraulique à froid. Pour détecter un défaut de masse rotor un système composé d’un balai commandé par un solénoïde vient au contact d’une bague placée à l’intérieur de l’excitateur (côté opposé à l’accouplement).

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XII-2 Fonctionnement du système L'alternateur est un générateur à courant alternatif, refroidi à l'air, entraîné par une turbine à gaz. Vu de la turbine son sens de rotation est inverse à celui des aiguilles d'une montre. L’extrémité du rotor de l’alternateur côté turbine est accouplée de façon rigide à celle-ci et supportée par un palier. L’extrémité du rotor côté excitation est supportée par un palier. L'alternateur est dimensionné de telle sorte que les contraintes demeurent dans les limites raisonnables lors du fonctionnement en survitesse à 120 %. L'alternateur peut sans dommage fonctionner à toutes les charges et supporter des variations soudaines de charges, quelle que soit leur importance, entre ses limites extrêmes de capacité. L'ouverture soudaine du circuit extérieur à l'alternateur ne provoque pas de dommage à celuici. La construction de l'alternateur est telle qu'il ne peut être endommagé par des défauts biphasés ou triphasés dus à des courts-circuits extérieurs aux enroulements du stator si la durée de ces défauts est suffisamment courte pour ne pas provoquer d'échauffement préjudiciable. XII-3 Fonctionnement de l’excitateur L'inducteur fixe (d'où l'appellation d'alternateur inversé) comporte 10 pôles dont 5 sont bobinés et excités en série. Les pôles et le circuit magnétique sont feuilletés pour réduire la constante de temps de l'excitateur. Le nombre de 10 pôles conduit à une fréquence de 250 Hz, ce qui autorise un dimensionnement réduit du circuit magnétique tout en maintenant les pertes à un niveau parfaitement admissible. L'induit est tournant. Son enroulement comporte sept phases et son courant est redressé par des diodes en PONT DE GRAETZ à 7 phases, fixées au tambour porte induit. Les diodes au silicium sont très largement surdimensionnées, ce qui permet de supprimer les fusibles de protection et les inconvénients d'exploitation liés à ces fusibles (fusion intempestive).

XIII- Le démarrage XIII-1 Introduction Il est supposé tout d’abord que le groupe turbo alternateur et son environnement sont assemblés correctement avec tous les constituants en état de marche et que les appareils de

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contrôle ainsi que les régulations sont réglés aux spécifications En vue d’un démarrage prochain du groupe, il faut que tous les auxiliaires de la centrale *soient dans un état correct, c’est-à-dire : *entretien courant réalisé, *auxiliaires électriques mis sous tensions et prêt à démarrer en automatique.

XIII-2 Entretien courant L’entretien courant peut se résumer en 4 points :

• propreté matériel • niveaux des fluides • état des filtres • remplacement des lampes de signalisation. *Niveaux des fluides : Il est nécessaire de vérifier les niveaux des différents fluides, tels que : • niveau de l’huile dans la cuve • niveau de l’eau de réfrigération turbine et éventuellement alternateur • niveau de l’électrolyte dans les batteries • niveau d’huile dans les disjoncteurs • niveau de fuel dans les réservoirs • niveau des condensats éventuels • niveau du diélectrique pour les transformateurs ainsi que la couleur des granulés colorés du produit déshydratant (le cas échéant) • niveau de l’huile du diesel de lancement si l’installation en est équipée. *Etats des filtres : Un filtre est un organe important sur un circuit et à ce titre il demande une surveillance. Surveiller le p des filtres, les remplacer ou les nettoyer sans tarder dès que le p autorisé est atteint. Pour connaître les valeurs, se reporter aux spécifications de contrôle ou aux documents fournisseurs. .

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*Preparation des circuits de fluide : L’ensemble complexe constitué par la turbine à combustion, son système de lancement et tous les auxiliaires nécessaires pour assurer son fonctionnement et sa sécurité de marche, met en jeu un certain nombre de fluides de natures diverses. Suivant la nature du fluide et le rôle qu’il joue dans le fonctionnement de la turbine, le circuit où il circule fait intervenir des organes divers ainsi que des dispositifs de mesure. Le but de ce chapitre est de préparer chaque circuit en vue de le rendre prêt pour un démarrage de la turbine.

XIII-3 Mise en marche automatique: Avec le régulateur de charge, on a le choix entre trois régimes de charge présélectionnés. • Charge présélectionnée • Charge de base • Charge de pointe 1. Charge présélectionnée Le point de charge présélectionné est réglable ”RESERVE DE ROTATION” et ”BASE”. Sélectionner depuis le ”MAIN DISPLAY” la fonction ”PRESL LOAD”, puis appuyer sur ”EXECUTE COMMAND”. La charge augmente, avec la vitesse lente du D.S.P., jusqu’à la charge présélectionnée. Cette charge sera maintenue à cette valeur. 2. Charge de base Cette charge est déterminée par la température d’échappement de la turbine. Celle-ci est en permanence en commande de température de base. Sélectionner depuis le ”MAIN DISPLAY” la fonction ”BASE LOAD”, puis appuyer sur ”EXECUTE COMMAND” pour que la machine passe de la réserve de rotation à la charge de base. 3. Charge de pointe Cette charge est déterminée par la température d’échappement de la turbine, la turbine se trouvant en permanence en commande de température de pointe. Sélectionner depuis le ”MAIN DISPLAY” la fonction ”PEAK LOAD”, puis appuyer sur ”EXECUTE COMMAND”. 4. Charge réactive La charge réactive (MVAR) devra être manuellement réglée à l’aide de ± U (S27, S28) en relation avec les possibilités d’alternateur et du réseau. 34/34