D'UN MOTEUR À TURBINE À GAZ

La présente invention concerne les turbines à gaz . En particulier, la présente invention concerne un procédé de démarrage ou d' arrêt d 'une turbine à gaz, et le dispositif mettant en œuvre le procédé.

Les turbines à gaz comprennent généralement un système d' admission d' air, un compresseur à un ou plusieurs étages de compression avec un dispositif de régulation de débit d' air, un système de combustion interne, une turbine de détente reliée mécaniquement au compresseur, et un conduit pour le rej et des gaz d' échappement. Les turbines à gaz sont conçues avec des systèmes de combustion capables d' inj ecter du combustible liquide ou du combustible gazeux dans le système de combustion, par l ' intermédiaire d ' inj ecteurs concentriques . La plupart des installations thermiques utilisant des turbines à combustion sont alimentées par des combustibles gazeux.

La présente invention concerne les turbines à combustion alimentées par un combustible gazeux. Par ailleurs, la présente invention concerne le fonctionnement transitoire d 'une turbine à gaz, notamment les phases de démarrage et d' arrêt de la turbine à gaz. Lors de la mise en route de la turbine à gaz, on utilise un moteur de lancement qui remplit la fonction de démarreur. Les différents fluides nécessaires au fonctionnement de la turbine, arrivent par des circuits indépendants . On distingue ainsi le circuit d' admission de l ' air ambiant apte à être comprimé dans le compresseur, un circuit de combustible liquide associé à un circuit d' air d' atomisation du combustible liquide après son entrée dans la chambre de combustion et un circuit de combustible gazeux.

Cependant, les caractéristiques du combustible gazeux peuvent varier dans le temps, notamment en termes de composition des constituants formant le combustible gazeux . En effet, différents types de gaz peuvent être utilisés pour alimenter une turbine à gaz . Il peut s ' agir par exemple de gaz naturel, de propane, butane, de gaz de raffinage, de gaz de synthèse (en anglais : « syngaz ») etc. L ' énergie de chacun de ces gaz peut varier en fonction de son origine et, évidemment, il peut y avoir des variations du pouvoir calorifique inférieur (gaz riche ou pauvre), entre ces différents types de gaz. La température des gaz alimentant une chambre de combustion peut aussi être différente d'un système à l ' autre. Par exemple, beaucoup de centrales produisant de l ' électricité en sortie de turbines à gaz comprennent un système de réchauffage en amont de la chambre de combustion afin de maintenir une température constante voulue . D ' autres installations peuvent comprendre des compresseurs pour augmenter la température . Ainsi, différents systèmes peuvent fournir du gaz avec différents pouvoirs caloriques inférieurs, à des températures et pressions différentes . De plus, plusieurs installations peuvent s ' alimenter en combustible à partir de différents fournisseurs, ce qui peut entraîner une variation à la fois de température et de composition du gaz.

Les caractéristiques de composition et de température d'un combustible peuvent être caractérisées par un paramètre de référence appelé l 'indice de Wobbe modifié (MWI). Le MWI permet une comparaison de l ' énergie vo lumétrique de différents gaz, à différentes températures . Ainsi, l ' indice de Wobbe dit modifié MWI, avec correction de température, est défini par :

MWI

JSg T

dans laquelle : PCI est le pouvoir calorifique inférieur du gaz en

BTU/SCF (en anglais « British Thermal Unit per Standard Cubic Foot »), Sg la densité du gaz par rapport à l ' air (dans les mêmes conditions de température et de pression) et T sa température absolue en °R (degré Rankine).

Actuellement, un réseau industriel de gaz peut avoir de variations d' indice de Wobbe modifié de plus ou moins 10% autour d'une valeur moyenne.

Il existe différents systèmes permettant de s ' accommoder de variations de caractéristiques du combustible gazeux. La demande de brevet US 2008/ 1 15482 et le brevet US 7,472,540 décrivent des dispositifs comprenant des analyseurs de gaz, permettant de mesurer les caractéristiques du combustible, puis de réguler les vannes en entrée de la chambre de combustion en fonction des variations des caractéristiques pour compenser ces variations. En outre, un réservoir tampon peut éventuellement être utilisé, entre le dispositif de mesure et les vannes, comme réserve de gaz à composition et volume connus, afin de compenser le temps d' analyse du dispositif de mesure et réduire les variations rapides du PCI . Le fonctionnement de la turbine à gaz est alors adapté aux changements de caractéristiques du gaz.

La demande de brevet US 2007/0 101724 décrit une méthode de régulation du débit de gaz dans laquelle le coefficient de débit Cv d'une vanne est calculé en fonction de la pression et de la température du gaz, puis ajusté en fonction de la différence de pression en entrée des injecteurs . Toutefois, il est nécessaire, dans cette méthode, de connaître la pression en aval des inj ecteurs, c ' est-à-dire dans la chambre de combustion. Un capteur de pression doit donc être installé dans les zones de haute température de la chambre de combustion.

Cependant, les variations des caractéristiques du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion entraînent des problèmes tels que : pertes de flamme au démarrage de la turbine ou difficulté de maintien du taux d' accélération en phase de démarrage lorsque l ' indice de Wobbe modifié est trop faible, propagation d' ondes de pression dans la chambre de combustion, fatigue thermique des éléments de la turbine, accélération trop rapide en phase de démarrage ou décélération trop lente en phase d' arrêt, lorsque l 'indice de Wobbe est trop élevé.

Une so lution consisterait à mesurer en temps réel l ' indice de Wobbe modifié, et de modifier le fonctionnement de la turbine à gaz en conséquence. Cependant, une telle solution est difficile à mettre en œuvre, en raison notamment : du temps de réponse élevé des analyseurs de gaz par rapport à la vitesse de variation de l ' indice de Wobbe modifié des combustibles gazeux, de l 'inertie relative des dispositifs de chauffage des gaz, de la courte durée de la phase de démarrage d'une turbine à gaz, et de la consommation de gaz relativement importante au démarrage.

Le but de la présente invention est de résoudre les problèmes cités précédemment. Notamment, un but de la présente invention est de permettre de limiter l ' impact du changement d 'indice de Wobbe modifié sur le fonctionnement d 'une turbine à gaz, pendant les phases de démarrage ou d' arrêt, en particulier lorsque la variation de l ' indice de Wobbe mo difié est supérieure à plus ou moins 10%. Un autre but de l' invention est de s ' affranchir en partie du temps de réponse long des analyseurs de gaz.

Selon un aspect, il est proposé un procédé de démarrage ou d' arrêt d 'une turbine à gaz comprenant au moins une chambre de combustion alimentée, selon une ou plusieurs commandes d' alimentation, par un combustible gazeux pouvant comprendre un ou plusieurs gaz différents donnés, lesdits gaz présentant chacun un pouvoir calorifique inférieur et une température donnés . Selon le procédé :

- on mesure la vitesse de la turbine,

- on détermine la ou les commandes d' alimentation en fonction d'un débit calorifique déterminé à partir d'un mo dèle considérant que le combustible gazeux présente un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la valeur supérieure des pouvoirs calorifiques inférieurs donnés et une température sensiblement égale à la valeur inférieure des températures données, et éventuellement en fonction de la vitesse de la turbine,

- on mesure la température et/ou l ' indice de Wobbe du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et

- on corrige au moins une de la ou des commandes d' alimentation, en fonction, par exemple uniquement en fonction, de la température et/ou de l ' indice de Wobbe mesurés du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion.

L 'indice de Wobbe WI est défini par :

PCS

WI = dans laquelle : PC S est le pouvoir calorifique supérieur du gaz et Sg est sa densité (par rapport à l ' air) .

Le pouvoir calorifique inférieur et la température de chaque gaz peut être fournie par exemp le par l ' exploitant de la turbine à gaz .

La turbine à gaz peut comprendre un moyen de régulation de la pression du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et une des commandes d' alimentation peut être la commande du moyen de régulation de la pression. En particulier, la pression du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion varie en fonction de la vitesse instantanée de la turbine à gaz. Autrement dit, la commande de la pression du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion est déterminée en fonction de la vitesse, notamment la vitesse instantanée, de la turbine à gaz.

La turbine à gaz peut comprendre une vanne d' alimentation de la chambre de combustion en combustible gazeux, montée en aval du moyen de régulation, le débit de combustible gazeux alimentant la chambre de combustion étant proportionnel au pourcentage d' ouverture de la vanne, et une des commandes d' alimentation peut être le pourcentage d' ouverture de la vanne.

La vanne d' alimentation peut être une vanne de type sonique .

Ainsi, il est possible de compenser les variations de caractéristiques du gaz alimentant la chambre de combustion en corrigeant les commandes d' alimentation de la chambre de combustion, c ' est-à-dire en modifiant la pression du combustible gazeux et/ou le pourcentage d 'ouverture de la vanne d' alimentation.

La phase de démarrage correspond sensiblement à l ' étape durant laquelle on obtient les flammes dans la chambre de combustion et durant laquelle on atteint une vitesse de rotation de la turbine environ égale à 10% de la vitesse nominale (en fonctionnement continu) . La fin de la phase de démarrage correspond à l 'instant où la turbine a atteint sa vitesse nominale.

La phase d' arrêt de la turbine correspond à l ' extinction des flammes dans la chambre de combustion et à une vitesse inférieure ou égale à 30% de la vitesse nominale. Ainsi, les phases de démarrage et d ' arrêt correspondent notamment aux phases (transitoires) de fonctionnement de la turbine à gaz entre la phase d' allumage ou d' extinction des flammes dans la chambre de combustion et la phase de fonctionnement continu de la turbine à gaz.

Les commandes de fonctionnement de la turbine à gaz pendant les phases de démarrage et d' arrêt dépendent notamment de la vitesse de la turbine à gaz.

Lorsque plusieurs commandes d' alimentation sont corrigées en fonction de la température du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion, on peut pondérer les corrections des commandes d' alimentation, par des facteurs multiplicatifs, la somme des facteurs multiplicatifs étant égale à 1 . Alternativement, ou en complément, lorsque plusieurs commandes d' alimentation sont corrigées en fonction de l ' indice de Wobbe du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion, on peut pondérer les corrections des commandes d' alimentation par des facteurs multiplicatifs, la somme des facteurs multip licatifs étant égale à 1 .

Selon un autre aspect, il est également proposé un dispositif de démarrage ou d' arrêt d'une turbine à gaz comprenant une chambre de combustion apte à être alimentée, selon une ou plusieurs commandes d' alimentation, par un combustible gazeux pouvant comprendre un ou plusieurs gaz différents donnés, lesdits gaz présentant chacun un pouvoir calorifique inférieur et une température donnés . Le dispositif comprend :

- un moyen de mesure de la vitesse de la turbine,

- un moyen de détermination apte à recevoir en entrée la vitesse de la turbine mesurée par le moyen de mesure et apte à délivrer, en sortie, la ou les commandes d' alimentation en fonction d'un débit calorifique déterminé à partir d'un mo dèle considérant que le combustible gazeux présente un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la valeur supérieure des pouvoirs calorifiques inférieurs donnés et une température sensiblement égale à la valeur inférieure des températures données, - un moyen de mesure de la température et/ou de l 'indice de Wobbe du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et

- un moyen de correction, apte à recevoir en entrée la ou les commandes d' alimentation déterminées par le moyen de détermination et la température et/ou l ' indice de Wobbe mesurés par le moyen de mesure, et apte à délivrer en sortie la ou les commandes d' alimentation corrigées en fonction de la température et/ou de l' indice de Wobbe.

La turbine à gaz peut comprendre un moyen de régulation de la pression du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et une des commandes d' alimentation est la commande du moyen de régulation de la pression.

La turbine à gaz peut comprendre une vanne d' alimentation de la chambre de combustion en combustible gazeux, montée en aval du moyen de régulation, le débit de combustible gazeux alimentant la chambre de combustion étant proportionnel au pourcentage d' ouverture de la vanne, et une des commandes d' alimentation est le pourcentage d' ouverture de la vanne.

La vanne d' alimentation peut être une vanne de type sonique .

L 'invention concerne également une turbine à gaz comprenant un dispositif de démarrage ou d' arrêt tel que décrit précédemment.

D ' autres avantages et caractéristiques de l 'invention apparaîtront à l ' examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l' invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 représente, de manière schématique, une turbine à gaz ;

la figure 2 illustre, de manière schématique, un dispositif d ' alimentation en combustible gazeux de la turbine à gaz ;

la figure 3 présente un synoptique d 'un procédé d' alimentation en combustible gazeux d'une turbine à gaz, pendant une phase de démarrage ou d' arrêt ; et la figure 4 représente un exemple de modèle de commande d' alimentation en combustible gazeux d'une turbine à gaz, pendant une phase de démarrage. La figure 1 représente de manière schématique une turbine à gaz 1 alimentée par un combustible gazeux provenant, par exemple, d'un réservoir 2. Les turbines à gaz sont généralement utilisées dans des centrales électriques, pour entraîner des générateurs et produire de l ' énergie électrique . La turbine à gaz 1 comprend un compresseur axial 3 avec un arbre de rotor 4. L ' air est introduit par l ' entrée 5 du compresseur, est comprimé par le compresseur axial 3 puis dirigé vers une chambre de combustion 6. La chambre de combustion 6 est également alimentée par un combustible gazeux, par exemp le du gaz naturel qui, lors de la combustion, produit des gaz chauds à haute énergie aptes à entraîner une turbine 7. Le combustible gazeux peut être acheminé du réservoir 2 à la chambre de combustion 6 par un dispositif d' alimentation en combustible gazeux 8 qui comprend une entrée reliée au réservoir 2 et une sortie reliée à la chambre de combustion 6.

Dans la turbine 7, l ' énergie des gaz chauds est convertie en travail dont une partie est utilisée pour entraîner le compresseur 3 , par l' intermédiaire de l ' arbre du rotor 4, et dont l ' autre partie est utilisée pour entraîner un générateur 9 de production d' électricité, par l' intermédiaire d'un arbre 10. Les gaz d' échappement sortent ensuite de la turbine 7 par une sortie 1 1 , et peuvent être utilisés pour d' autres applications.

La figure 2 représente de manière plus détaillée, le dispositif d' alimentation 8 en combustible gazeux de la chambre de combustion. Le dispositif d' alimentation 8 comprend une entrée 12 pour recevoir le combustible gazeux, et des sorties 13 pour alimenter la chambre de combustion avec le combustible gazeux, et une ligne d' acheminement 14 reliant l ' entrée 12 aux sorties 13.

La ligne d' acheminement 14 du combustible gazeux comprend successivement, dans le sens de circulation du combustible gazeux : une vanne d' iso lation 15 (en anglais : S afety Shut-Off Valve S SOV) reliée à l ' entrée 12, une vanne de régulation 16 (en anglais : Stop Ratio Valve SRV) montée en aval de la vanne d' iso lation 1 5 , et des lignes d' alimentation 17 , par exemple trois, montées en parallèle, en aval de la vanne de régulation 16 et comprenant chacune une vanne de contrôle des gaz 1 8 (en anglais : Gaz Control Valve GCV) montée en amont d 'une sortie 13 vers la chambre de combustion.

La vanne d'iso lation 15 est une vanne de sécurité et a pour but d'iso ler le circuit d' alimentation en combustible gazeux du circuit d' alimentation de la chambre de combustion. La vanne 15 permet ainsi d'interrompre l ' alimentation en combustible gazeux en cas de problème de fonctionnement de la turbine à gaz, ou en cas d' arrêt de celle-ci.

La vanne de régulation 16 permet également d 'interrompre l ' alimentation en combustible gazeux de la chambre de combustion, mais permet surtout de contrôler la pression du combustible gazeux dans la ligne d' acheminement, entre la vanne de régulation 16 et les vannes de contrôle 1 8 , qui varie en fonction de la vitesse instantanée de la turbine. La commande de la vanne de régulation 16 est donc déterminée notamment en fonction de la vitesse de la turbine.

Les vannes de contrôle 1 8 déterminent la quantité de combustible gazeux délivrée par la ligne d ' alimentation 1 3 à la chambre de combustion. On considère dans la suite de la description que les vannes 1 8 sont des vannes pour lesquelles le débit de gaz les traversant est proportionnel au pourcentage d' ouverture des vannes ou à la pression du combustible gazeux en amont des vannes 1 8 , c ' est-à- dire que le débit de gaz est proportionnel au pourcentage d 'ouverture de la vanne 1 8 pour une pression de gaz constante, ou que le débit de gaz est proportionnel à la pression du gaz, pour un pourcentage d' ouverture de la vanne 1 8 constant. La quantité de combustible gazeux alimentant la chambre de combustion est donc commandée par la commande d' ouverture d' au moins l 'une des vannes de contrôle 1 8 ou par la commande d'ouverture de la vanne de régulation 16. Les vannes 1 8 peuvent être par exemple des vannes commandées selon une techno logie hydraulique/électrique : une telle technologie permet en effet un positionnement rapide et précis de la vanne pour ajuster le débit de combustible gazeux. En particulier, les vannes 1 8 peuvent être de type sonique .

Le dispositif d' alimentation en combustible gazeux 8 vise à déterminer et à contrôler la quantité de combustible gazeux délivrée à la chambre de combustion, afin notamment de permettre à la turbine à gaz de fonctionner dans des conditions de fiabilité et de rendement élevées. En particulier, le dispositif d' alimentation 8 est apte à tenir compte des variations de caractéristiques intrinsèques du combustible gazeux provenant du réseau d' alimentation. En effet, le combustible gazeux peut varier dans le temps, notamment le type de gaz et la composition. Cette variation du combustible gazeux entraîne un changement des caractéristiques du combustible, notamment son pouvoir calorifique inférieur (PCI), sa température et sa densité, qui sont des caractéristiques ayant un impact sur la combustion dudit gaz, sur le fonctionnement des vannes d' alimentation, et donc sur le fonctionnement de la turbine.

Ainsi, lors des phases de démarrage ou d' arrêt de la turbine, il est important de contrôler l ' énergie délivrée par la chambre de combustion à la turbine, c ' est-à-dire l ' énergie délivrée par la combustion du combustible gazeux.

On considère dans la suite de la description, que le combustible gazeux peut être composé de plusieurs gaz donnés, dont les pouvoirs calorifiques inférieurs et les températures sont différents . Ces informations peuvent être connues, par exemple, par mesure des caractéristiques de ces différents gaz ou par communication de ces informations par les fournisseurs de ces différents gaz . Le dispositif d' alimentation en combustible gazeux doit donc tenir compte des variations des caractéristiques du gaz, par rapport aux valeurs de référence choisies qui sont, dans le cas présent, la valeur supérieure des pouvoirs calorifiques inférieurs donnés et la valeur inférieure des températures données, c ' est-à-dire le gaz le plus riche donné à la température la plus basse donnée. On considère dans la suite de la description que la turbine fonctionne pendant une telle phase, c ' est-à- dire pendant une phase de démarrage ou d' arrêt.

Le dispositif d' alimentation 8 comprend, à cet effet, une unité de contrôle électronique 19. L 'unité de contrôle 19 permet d 'une part de déterminer la quantité de combustible gazeux à délivrer à la chambre de combustion en commandant le pourcentage d'ouverture d' au moins l'une des vannes 1 8 et la pression du combustible gazeux au niveau de ladite vanne 1 8 , et d' autre part d' adapter les commandes de pression et d 'ouverture en fonction des caractéristiques du combustible gazeux, notamment son indice de Wobbe et sa température, afin de corriger l ' écart entre les caractéristiques réelles du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et les valeurs de référence choisies qui sont, dans le cas présent, la valeur supérieure des pouvoirs calorifiques inférieurs donnés et la valeur inférieure des températures données. De plus, l 'unité de contrôle 19 permet également de contrôler les vannes 16 et 18 , par exemp le leur ouverture et fermeture, ou bien encore leur pourcentage d'ouverture. Les vannes 16 et 1 8 sont contrôlées par la commande d' alimentation délivrée par l 'unité de contrôle 19. L 'unité de contrôle 1 9 peut donc délivrer à la chambre de combustion, la quantité de combustible gazeux déterminée, par l 'intermédiaire de la vanne 16 (qui contrôle la pression du combustible gazeux en amont des vannes 1 8) et/ou par l' intermédiaire du pourcentage d' ouverture d' au moins l 'une des vannes 1 8.

Pour déterminer la commande d' au moins l 'une des vannes 1 8 et/ou de la vanne 16, l 'unité de contrôle 1 9 reçoit des informations relatives au combustible gazeux alimentant la chambre de combustion et relatives au fonctionnement de la turbine. Ainsi, l'unité de contrôle 19 reçoit en entrée la vitesse de rotation de la turbine, fournie par un moyen de mesure (non représenté), la température du combustible gazeux délivrée par un capteur de température 20 monté entre la vanne d'iso lation 15 et la vanne de régulation 16, et des caractéristiques du combustible gazeux (par exemple l ' indice de Wobbe) par un moyen de mesure 21 (par exemple de l 'indice de Wobbe) monté en amont de la vanne d' iso lation 15. L 'unité de contrôle 1 9 peut également recevoir les données fournies par un capteur de pression 22, monté entre la vanne de régulation et les lignes d ' alimentation 17. En particulier, l 'unité de contrôle 19 peut vérifier, à partir de la pression mesurée par le capteur 22 si la commande de la vanne de régulation 16 permet bien d' obtenir la pression de combustible gazeux voulue.

On considère dans la suite de la description que la régulation du pourcentage d' ouverture sera faite sur une seule vanne 1 8 lors des phases de démarrage ou d' arrêt de la turbine à gaz, les deux autres vannes 1 8 étant maintenues fermées pendant ces périodes .

Plus précisément, l 'unité de contrôle 19 comprend un moyen de détermination 23 de la commande d' alimentation délivrée aux vannes 16 et 1 8. La commande d' alimentation peut être par exemple le pourcentage d' ouverture de la vanne de régulation 16, afin de modifier la pression en amont des vannes de contrôle 1 8 , et/ou le débit de combustible gazeux à travers ladite vanne de contrôle 1 8. La commande d' alimentation peut également être le pourcentage d' ouverture de la vanne de contrôle 1 8. Dans ce cas, et pour une pression de combustible gazeux constante, il est possible de contrôler le débit de combustible gazeux à travers ladite vanne 1 8.

Enfin, la commande d' alimentation peut être également, comme représenté sur la figure 2, à la fois le pourcentage d' ouverture de la vanne de régulation 16 et de la vanne de contrôle 1 8 : on contrôle dans ce cas, le débit à travers la vanne 1 8 par deux grandeurs modifiables .

Le moyen de détermination 23 reçoit en entrée la vitesse de la turbine en temps réel, et connaît les caractéristiques du combustible gazeux de référence, c ' est-à-dire le combustible présentant un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la plus grande valeur de pouvoir calorifique inférieure donnés, et une température sensiblement égale à la plus petite valeur de température donnée. Ces valeurs sont mémorisées dans le moyen 23. Le moyen de détermination 23 détermine alors la ou les commandes d' alimentation, c ' est-à-dire soit le pourcentage d' ouverture de la vanne 16 déterminant la pression en amont des vannes 1 8 , soit le pourcentage d' ouverture de la vanne 1 8 , qui permettent d' obtenir un débit calorifique voulu, ledit débit calorifique voulu étant déterminé en considérant que le combustible gazeux présente un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la plus grande valeur de pouvoir calorifique inférieure donnés, et présente une température sensiblement égale à la plus petite valeur de température donnée. La commande d ' alimentation peut ensuite être corrigée et ajustée soit en mo difiant la pression soit le pourcentage d' ouverture de la vanne 1 8 , en fonction de paramètres (indice de Wobbe du gaz et/ou température du gaz alimentant la chambre de combustion) mesurés sur la ligne d' acheminement. Par exemple, pour déterminer la pression du combustible gazeux voulue, la relation utilisée par le moyen de détermination 23 peut être une fonction de type affine par rapport à la vitesse de la turbine. A partir de cette pression, il est possible de déterminer le pourcentage d' ouverture de la vanne 1 8.

L 'unité de contrôle 1 9 peut comprendre un premier moyen de correction 24. Le premier moyen de correction 24 reçoit en entrée les commandes d' alimentation déterminées par le moyen 23 , et la température du combustible gazeux mesurée par le capteur de température 20. A partir de la température du combustible gazeux, le premier moyen 24 détermine un premier facteur de correction à appliquer aux commandes d' alimentation reçues du moyen de détermination 23. Ainsi, lorsque la commande d' alimentation n' est destinée qu ' à la vanne 1 8 , un facteur de correction A' appliqué sur la commande d' alimentation destinée au pourcentage d' ouverture de la vanne de contrôle 1 8 peut être de la forme : A'

où T _m esurée est la température mesurée par le capteur 20, et T _{mé m} orisée est la température sensiblement égale à la plus petite valeur de température mémorisée dans le moyen 23.

De même, lorsque la commande d' alimentation n' est destinée qu' à la vanne 16, un facteur de correction A" appliqué sur la commande d' alimentation destinée à la vanne de contrôle 16 peut être de la forme A" = mesurée l mémorisée

mémorisée C Imesurée

ave

C _pmémorisée

mémorisée

C vmemorisee

C _pmesurée

k m, esurée ou --pmemorisee la chaleur spécifique du gaz considéré par le moyen de détermination 23 ,

Cvmémorisée : la capacité de chaleur spécifique du gaz considéré par le moyen de détermination 23 ,

Cpmesurée : la chaleur spécifique du gaz alimentant la chambre de combustion,

Cvmesurée : la capacité de chaleur spécifique du gaz alimentant la chambre de combustion.

En multipliant la commande d' alimentation délivrée par le moyen de détermination 23 par le facteur de correction A' ou A" ou une combinaison des deux, on obtient alors des commandes d' alimentation corrigées qui correspondent plus aux caractéristiques réelles de température du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion.

Le facteur de correction en fonction de la température peut être appliqué sur la commande d' alimentation destinée à la vanne de contrôle 1 8 uniquement (facteur A' ), sur la commande d' alimentation destinée à la vanne de régulation 16 uniquement (facteur A" ), ou sur les commandes d' alimentations destinées aux deux vannes . Dans ce dernier cas, les facteurs de correction sont pondérés par des facteurs multiplicatifs, par exemple a et (1-a) où a est compris entre 0 et 1, tels que la somme des facteurs multiplicatifs soit égale à 1. Ainsi, les corrections appliquées aux deux vannes peuvent être respectivement α*Α' et (l-a)*A". On retrouve, pour a égal à 1 ou 0, les commandes appliquées à la vanne de contrôle 18 uniquement ou à la vanne de régulation 16 uniquement.

L'unité de contrôle 19 peut également comprendre un deuxième moyen de correction 25. Le deuxième moyen de correction 25 reçoit en entrée les commandes d'alimentation corrigées par le premier moyen de correction 24, et l'indice de Wobbe du combustible gazeux mesuré par le capteur 21. A partir de l'indice de Wobbe du combustible gazeux, le deuxième moyen 25 détermine un facteur de correction à appliquer aux commandes d'alimentation corrigées reçues du moyen de correction 24. Ainsi, un facteur de correction B appliqué sur la commande d'alimentation destinée à la vanne de contrôle 18 ou à la

WI ,

vanne de régulation 16, peut être de la forme : B =— ^memonse

WI mesure .

où Wlmesurée est l'indice de Wobbe mesuré par le capteur 21, et Wlmémorisée est l'indice de Wobbe du gaz considéré par le moyen de détermination 23.

En multipliant la commande d'alimentation délivrée par le premier moyen de correction 24 par le facteur de correction B'=B ou B"=B, on obtient alors une commande d'alimentation corrigée qui correspond plus aux caractéristiques réelles du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion.

Le facteur de correction peut être appliqué sur la commande d'alimentation destinée au pourcentage d'ouverture de la vanne de régulation 16 uniquement (facteur B"), sur la commande d'alimentation destinée à l'ouverture de la vanne de contrôle 18 uniquement (facteur B'), ou sur les commandes d'alimentations destinées aux deux vannes. Dans ce dernier cas, les facteurs de correction sont pondérés par des facteurs multiplicatifs, par exemple β et (l-β) où β est compris entre 0 et 1, tels que la somme des facteurs multiplicatifs soit égale à 1. Ainsi, les corrections appliquées aux deux vannes peuvent être respectivement β*Β' et (1-β)*Β". On retrouve, pour β égal à 1 ou 0, les commandes appliquées à la vanne de contrôle 18 uniquement ou à la vanne de régulation 16 uniquement

Ainsi, avec les deux moyens de correction 24 et 25, la commande d'alimentation issue du moyen de détermination 23 et destinée à l'ouverture de la vanne 18 est multipliée par les facteur A' et B', ou la commande d'alimentation issue du moyen de détermination 23 et destinée à la vanne 16 est multipliée par les facteur A" et B", ou les deux commandes d'alimentation des vannes 18 et 16 sont multipliées respectivement par α*Α' et β*Β', et par (l-a)*A" et (1- β)*Β".

La figure 3 représente un synoptique 30 d'un procédé d'alimentation en combustible gazeux d'une turbine à gaz, pendant une phase de démarrage ou d'arrêt. Le procédé commence par une étape 31 pendant laquelle la vitesse de la turbine est mesurée. Puis, dans une étape 32, on détermine la commande du pourcentage d'ouverture de la vanne de régulation 16, c'est-à-dire la pression d'alimentation de la chambre de combustion, en considérant que le combustible gazeux présente un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la plus grande valeur de pouvoir calorifique inférieure donnés, et présente une température sensiblement égale à la plus petite valeur de température donnée.

Dans une étape 33, on mesure la température du combustible gazeux alimentant effectivement la chambre de combustion, puis, dans une étape 34, on calcule le facteur de correction basé sur la température du combustible gazeux, par exemple en fonction de l'écart entre la température mesurée et la température du gaz considéré à l'étape 32. Dans une étape 35, on calcule le facteur de correction A" à appliquer sur la commande de la vanne de régulation 16 pour tenir compte de la température du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion.

De même, dans une étape 36, on mesure l'indice de Wobbe du combustible gazeux alimentant effectivement la chambre de combustion, puis, dans une étape 37, on calcule le facteur de correction basé sur l'indice de Wobbe du combustible gazeux, par exemple en fonction de l'écart entre l'indice de Wobbe mesuré et l'indice de Wobbe du gaz considéré à l'étape 32. Dans une étape 38, on calcule le facteur de correction B" à appliquer sur la commande de la vanne de régulation 16 pour tenir compte de l'indice de Wobbe du combustible gazeux alimentant la chambre de combustion. On applique, dans une étape 39, les facteur de correction (l-a)*A" et (1- β)*Β" au pourcentage d'ouverture de la vanne de régulation 16, et on applique ladite commande corrigée à la vanne de régulation 16, lors d'une étape 40, pour alimenter la chambre de combustion avec le combustible gazeux.

Par ailleurs, il est également possible de déterminer et corriger la commande de la vanne de contrôle 18. Ainsi, dans une étape 41, on détermine le pourcentage d'ouverture de la vanne de contrôle 18, notamment à partir du pourcentage d'ouverture de la vanne de régulation 16 déterminé à l'étape 32, c'est-à-dire à partir des paramètres de conception du dispositif.

Puis, dans une étape 42, on applique les facteur de correction * A' et β*Β' au pourcentage d'ouverture de la vanne de contrôle 18, et on applique ladite commande corrigée à la vanne de contrôle 18, lors d'une étape 43, pour alimenter la chambre de combustion avec le combustible gazeux.

La figure 4 représente un exemple 40 de modèle de commande d'alimentation en combustible gazeux d'une turbine à gaz, pendant une phase de démarrage. Le modèle, en trait plein sur la figure, présente une première partie pour une vitesse de turbine inférieure à VI, durant laquelle la turbine est entraînée par un moteur électrique. Puis, dans une seconde partie pour une vitesse de turbine comprise entre VI et V2, le modèle comprend une étape dite de démarrage durant laquelle le débit de combustible gazeux présente une première valeur Dl.

Dans une troisième partie, pour une vitesse de turbine comprise entre V2 et V3, le modèle comprend une étape dite de réchauffage durant laquelle le débit de combustible gazeux présente une deuxième valeur D2 inférieure à D l .

Dans une quatrième partie, pour une vitesse de turbine comprise entre V3 et V4, le modèle comprend une étape dite d' accélération durant laquelle le débit de combustible gazeux augmente de la valeur D2 à une valeur D3 supérieure à D l et correspondant au fonctionnement en continue de la turbine à gaz.

Le modèle 40 correspond au débit souhaité (et donc à la commande d' alimentation voulue) lorsque la chambre de combustion est alimentée par un gaz présentant un pouvoir calorifique inférieur sensiblement égal à la valeur supérieure des pouvoirs calorifiques inférieurs donnés et une température sensiblement égale à la valeur inférieure des températures données . Cependant, pour adapter la commande d' alimentation aux caractéristiques réelles du combustible gazeux, la commande d' alimentation correspondant au mo dèle 40 peut être corrigée en fonction de la température et de l ' indice de Wobbe du combustible gazeux. On obtient alors un débit correspondant à la courbe en pointillés 41 qui présente des valeurs D l ' et D2 ' supérieures aux valeurs D l et D2. De même, la vitesse V3 ' est supérieure à la vitesse V3.

Dans la description, on a considéré une commande d' alimentation contrôlant à la fois la vanne de régulation 16 et la vanne de contrôle 1 8. Cependant, il est également possible de déterminer la commande d' alimentation et les facteurs de correction pour un mode de réalisation dans lequel seule la vanne de régulation 16 est commandée (c ' est-à-dire la pression du combustible gazeux) ou dans lequel seule la vanne de contrôle 1 8 est commandée (c ' est-à-dire le pourcentage d' ouverture de la vanne 1 8). Dans ces cas, les corrections sont affectées entièrement à la commande d' alimentation considérée.

On obtient ainsi une commande d' alimentation limitant l' impact des variations de caractéristiques du combustible gazeux sur le fonctionnement de la turbine à gaz, pendant les phases de démarrage et d' arrêt. Par ailleurs, il est également possible d ' ajuster la commande d'alimentation aux caractéristiques réelles du combustible gazeux, en corrigeant la commande d'alimentation en fonction de mesures effectuées sur le combustible gazeux, afin d'obtenir un fonctionnement optimum de la turbine à gaz en fonction du combustible gazeux l'alimentant.