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Installation motrice vapeur
Institut Universitaire de Technologie Dpartement Gnie Thermique
et Energie 186 rue de Lorraine 54400 Cosnes et Romain
Christian Guili septembre 2008
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T.P. INSTALLATION MOTRICE A VAPEUR 1 INTRODUCTION ET DESCRIPTION
DE L'INSTALLATION 1-1 Thorie des installations motrices vapeur La
figure ci-dessous reprsente le schma du cycle vapeur de base.
Thoriquement, le systme est compltement ferm et le fluide moteur
est de l'eau liquide ou vapeur. Ce systme constitue un moteur
thermique, qui reoit l'intrieur de la chaudire (ou gnrateur de
vapeur) la quantit de chaleur QC et fournit l'extrieur, travers un
systme de dtente de vapeur (turbine action, pour l'installation qui
nous concerne), de l'nergie mcanique W T. La quantit de chaleur QF
est rejete au condenseur. La pompe d'alimentation en renvoyant
l'eau du condenseur vers la chaudire ferme le cycle. il est
ncessaire de lui fournir WP. Dans le cas d'un rgime stationnaire et
en l'absence de pertes par frottement et par adiabaticit, le bilan
nergtique s'crit: Dans la pratique, une vritable installation est
bien plus complexe. Il est primordial de pouvoir mettre en marche,
d'arrter l'installation, d'assurer l'apport de chaleur et le
refroidissement et ceci en toute scurit, de compenser les fuites et
d'viter la corrosion etc. 1-2 Description de l'installation La
figure 2 donne le schma de l'installation. Nous dcrivons chaque
lment cidessous. 1-2-1 Chaudire et accumulateur de vapeur La
chaudire Garioni GMT - 45 est une chaudire tube d'eau pouvant
produire 450kg/h maximum de vapeur sous une pression de 10 bars
(effectifs) 2700 C. Elle produit donc de la vapeur surchauffe grce
un surchauffeur serpentin situ l'extrmit de la chambre de
combustion. Elle consomme du fuel domestique et est quipe d'un
brleur automatique double flamme. Aprs le dmarrage, le
fonctionnement de la chaudire complte est entirement automatique.
Elle dispose de tous les instruments ncessaires de scurit et de
contrle ainsi que de vannes d'isolement. Son alimentation continue
en eau est ralise grce une pompe alimentaire situe sous le corps
principal de chauffe. Elle peut fonctionner en petite ou grande
vitesse, selon que l'on choisit d'utiliser une seule flamme (low
burn) ou deux flammes (high burn) du brleur. Ces dbits de la pompe
d'alimentation (Petite ou grande vitesse) sont prvus pour produire
de la vapeur sature qui pntre dans l'accumulateur de vapeur ou
manifold. Si on veut obtenir de la vapeur surchauffe
(fonctionnement normal) il suffit de positionner les vannes de
manire diriger la vapeur surchauffer depuis le manifold jusqu'au
surchauffeur. Si l'on dsire se servir de la vapeur sature, le
surchauffeur doit tre Christian Guili septembre 2008
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4 shunt. Dans ces conditions, il est prvu de refroidir le
surchauffeur en faisant circuler de l'eau froide, drive du circuit
de la tour de refroidissement, l'intrieur du surchauffeur. Le
manifold sert de sparateur deau liquide et deau vapeur pour
alimenter le surchauffeur en vapeur sche. Les gouttelettes en
suspension vhicules par la vapeur depuis le gnrateur de vapeur
sature se dposent au manifold du fait du ralentissement provoqu par
llargissement de section. Cette eau liquide est vacue
automatiquement par un purgeur. Tous les dtails supplmentaires
concernant la chaudire et les pompes se trouvent dans le manuel
d'utilisation fourni par le fabricant de la chaudire. 1-2-2 Turbine
La turbine COPPUS RLA 12 M est une turbine action un tage avec
redresseur. La roue a un diamtre de 280 mm, et sa vitesse de
rotation maximale est de 3630 tr/mn. Elle possde quatre injecteurs
dont trois peuvent tre ferms manuellement. 1 : Carter turbine 2 :
Rotor 3 : Remplissage dhuile 4 : Arbre principal 5 : Couvercle 6 :
Bote roulement 7 : Vidange 8 : Redresseur aubes fixes 9 :
Garnitures mtalliques dtanchit 10 : Bague de lubrification 11 :
Joint daccouplement 12 : Rgulateur de vitesse 13 : Roulement 14 :
Couvercle supportant les injecteurs 15 : Vannes dadmission
Une vue en coupe longitudinale de la turbine complte est donne
figure cidessus. La figure ci-contre montre la gomtrie des aubages
et des injecteurs. Sous une pression de 9 bars effectifs
l'admission et de - 0,8 bars l'chappement elle fournit 8 kW 3000
tr/mn, lorsque tous les injecteurs sont ouverts. Elle est
directement accouple la gnratrice, sans rducteur. Un rgulateur
maintient cette vitesse constante quelle que soit la charge sur
l'arbre dans les limites du Christian Guili septembre 2008
5 fonctionnement. Ce rgulateur est rglable et autonome,
puisqu'il possde sa propre lubrification. En plus du rgulateur, la
turbine est quipe d'un limiteur absolu de vitesse, qui coupe
l'alimentation en vapeur de celle-ci lorsque la vitesse atteint ou
dpasse la valeur maximale (survitesse). Pour plus de dtails, on
pourra consulter le manuel d'utilisation de la turbine. On trouvera
galement dans ce manuel tout ce qui concerne le rgulateur et le
limiteur de vitesse (fonctionnement, entretien et rglages). 1-2-3-
Condenseur Le condenseur est un changeur multitube un seul passage,
contre-courant. C'est dire que l'eau provenant de la tour de
refroidissement circule en sens inverse de la vapeur. Les
condensats sont vacus par gravit dans le bac condensats. Le
condenseur fonctionne normalement sous vide. La pompe vide extrait
l'air du condenseur lorsque l'installation fonctionne. Pour viter
toute surpression au condenseur, il dispose d'une soupape de
scurit. De mme, un systme d'alarme prvient l'utilisateur lorsque la
temprature de l'eau de refroidissement est trop leve. 1-2-4 Bac
condensats C'est un rcipient ferm qui reoit les condensats mis par
le condenseur. Sa capacit totale est d'environ 60 litres. En mode
automatique, la pompe d'extraction se met en marche et s'arrte
selon que le niveau dtect par un flotteur est maximum ou minimum.
Le volume entre ces deux niveaux est d'environ 20 litres. Ce bac
dispose aussi d'un tmoin de niveau. En mode manuel on peut mettre
en marche et arrter la pompe volont ce qui permet d'effectuer grce
au tmoin de niveau des mesures de dbit de condensats. Une alarme de
niveau haut prvient des oublis. 1-2-5 Rservoir d'alimentation en
eau Ce rservoir a une capacit d'environ 500 litres. C'est une
rserve pour l'installation. Toute fuite du circuit principal
devrait se traduire par une baisse du niveau dans le rservoir. Un
flotteur contrle ce niveau en actionnant une vanne qui laisse
passer la quantit d'eau de compensation ncessaire, provenant de
l'adoucisseur. Ce rservoir possde aussi un tmoin de niveau. 1-2-6
Tour de refroidissment La tour APV HALL PN 16/600 est monobloc
ventilation force. Elle peut dissiper environ 300kW lorsque la
temprature d'eau est de 45C et la temprature de bulbe humide de
l'air ambiant de 29C. Le refroidissement est provoqu par la mise en
contact direct de l'eau chaude et de l'air ventil. Pour obtenir une
surface de contact maximum sous un volume minimum on utilise une
garniture en nid d'abeille. Les circulations d'air et d'eau chaude
au travers de la garniture sont inverses. L'vaporation rsultante
contribue en majeure partie refroidir l'eau chaude. Un flotteur, en
maintenant constant le niveau du bac de la tour de refroidissement,
permet de compenser l'vaporation. On trouvera tous les dtails
souhaits dans le manuel de la tour de refroidissement qui est
fourni. 1-2-7 Adoucisseur d'eau automatique
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6 Pour viter la formation de tartre dans les tuyauteries de la
chaudire, il est ncessaire d'liminer les minraux dissous dans l'eau
du rseau avant de l'envoyer dans la chaudire. C'est le rle de
l'adoucisseur d'eau change ionique. Le principe consiste substituer
des ions faible solubilit (en gnral Ca++) des ions de forte
solubilit (Na+). L'adoucissement de l'eau et la rgnration de la
rsine d'change ionique sont automatiques. Pour plus de dtail, il
est fourni un manuel de l'adoucisseur. Respectez les dlais de
rgnration, de remplacement de la rsine et du sel rgnrateur. De
plus, il est fourni un jerrican de 25 litres de sulfite phosphate
polymre -L7- qui est un produit de traitement anti-tartre et
anticorrosion de la chaudire. Il est ajouter l'eau du rservoir
d'alimentation dans la proportion de 1 litre au dmarrage lorsque le
rservoir est plein et ensuite au rythme de 2 litres tous les trois
mois. Remarque: Avant toute priode d'inutilisation prolonge, il est
recommand de remplir la chaudire d'eau d'alimentation que l'on aura
pralablement traite avec 2litres de solution L 7 par rservoir
plein. 1-2-8 Pupitre de contrle Tous les interrupteurs, voyants, et
indicateurs sont concentrs sur ce pupitre l'exception de ceux de la
chaudire qui possde son propre tableau de contrle. On peut
slectionner et lire, partir de ce pupitre, les tempratures et
pressions aux diffrents points de l'installation. Sur un schma de
l'installation qui fait face l'oprateur, des voyants situent
l'endroit o sont mesures les pressions et tempratures slectionnes.
1-2-9 Rservoir fuel domestique Ce rservoir une contenance de 100
litres. Il est quip d'une pipette pour mesurer la consommation en
fuel. Deux mesures sont possibles : - la consommation moyenne : en
fonctionnement normal la vanne V31 est ouverte et on peut relever
le niveau du rservoir sur lchelle de droite deux instants spars
denviron 1h (pour une prcision suffisante). - La consommation
instantane : en fermant la vanne V31 donc en consommant le fuel
contenu dans la pipette et en mesurant le temps au chronomtre.
Selon le niveau le volume consomm devra tre calcul par rgle de
trois. Attention : ne pas oublier de rouvrir rapidement la vanne
V31 avant de dsamorcer le brleur. 1-2-10 Pompes L'installation
possde quatre pompes lectriques diffrentes. * 1 La pompe
d'alimentation en eau de la chaudire fonctionne continuellement ds
la mise en marche. * 2 La pompe d'extraction des condensats est
commande manuellement ou automatiquement grce aux dtecteurs de
niveau (interrupteurs flotteur) du bac condensats. * 3 La pompe
vide est mise en route manuellement. En marche normale, elle
fonctionne continuellement. C'est une pompe anneau liquide qui
ncessite une alimentation faible mais continuelle en eau. (Vanne
V19). Pour rgler le dbit d'eau procder de la manire suivante: -
Ouvrir lgrement la vanne V19 Christian Guili septembre 2008
7 - Si le fonctionnement de la pompe est bruyant, la pompe
cavite, le dbit d'eau est trop important. Refermer lgrement la
vanne V19 - Si la dpression au condenseur est trop faible (Dp
