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''GENERATEUR DE VAPEUR AVEC FOYER A AIR COMPRIME ET AVEC TURBINE A GAZ POUR L'ENTRAINEMENT DU COMPRESSEUR FAISANT PARTIE DE L'INSTALLATION"
On connaît des générateurs de vapeur dans lesquels le mélange d'air et de combustible est 'brûlé sous une pression élevée dans des chambres de combustion résistant à la pres- sion. A cet effet, l'air et le combustible sont amenés à la pression voulue au moyen de compresseurs dont l'entraînement est assuré par des turbines à gaz, utilisant comme agent moteur les gaz de combustion du générateur de vapeur. Il était d'usa ge de disposer la turbine à gaz à l'extrémité d'échappement du courant des gaz de combustion, de sorte que cette turbine fonc-
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tionnait avec des gaz d'échappement qui étaient déjà fortement refroidis.
Il est vrai que cette disposition supprime tout danger pour la roue et l'aubage de la turbine à gaz ; par con- tre, une telle turbine ne peut fournir qu'une faible puissance, de sorte que l'entraînement du compresseur nécessite une deu- xième machine motrice, par exemple un moteur électrique ou une turbine à vapeur. Dans le cas où, pour éviter des pertes élevées par échappement, les gaz d'échappement ne possèdent que la basse température habituelle, et lorsqu'il s'agit d'une turbine à gaz d'échappement de construction courante, la puis- sance d'un tel moteur auxiliaire doit même être beaucoup plus élevée que celle de la turbine à gaz. Etant donné que l'énergie pour le moteur auxiliaire doit être produite séparément, il en résulte des pertes très élevées, qui ont pour effet d'abais- ser le rendement de l'installation du générateur de vapeur.
Pour cette raison, on a proposé de disposer la turbine à gaz non pas à l'extrémité d'échappement du courant des gaz de combustion, mais en un point de celui-ci où la température des gaz est encore suffisamment élevée pour que la puissance de la turbine, obtenue avec ces gaz, soit suffisante pour assurer la commande du compresseur et, éventuellement, d'autres ma- chines auxiliaires nécessaires pour la marche de la chaudière, telles qu'une pompe de circulation d'eau, une pompe à combus- tible, ou analogues. Par conséquent, dans de tels générateurs de vapeur, le courant des gaz de combustion, après avoir tra- versé la turbine à gaz, est encore mis en contact avec un dispositif échangeur de chaleur, par exemple un réchauffeur d'eau 'alimentaire..
Dans ce cas, la température des gaz travaillant dans la turbine à gaz est élevée, ce qui a pour effet de rendre difficile la construction de cette turbine et diminue la sécurité de fonctionnement de celle-ci, de sorte que s'il était possible de modérer quelque peu ces températures
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élévées, il en résulterait un progrès considérable dans l'ex- ploitation des générateurs de vapeur avec foyer à air comprimé.
Suivant la présente invention, on ne demande à la turbine à gaz qu'une partie de la puissance nécessaire pour la com pression, l'autre partie de la puissance motrice devant être fournie par une machine auxiliaire. Dans ce cas, et étant donnée la plus faible puissance que doit fournir désormais la turbine à gaz, la température des gaz moteurs peut être moins élevée, tandis que, d'autre part, et si nécessaire, la côté de pression fournie par le compresseur peut être con- sidérablement plus élevée que celle avec laquelle travaille la turbine à gaz.
Etant donné que la puissance d'une turbine à gaz augmente ou diminue, approximativement avec la température absolue des gaz moteurs, cette température peut être abaissée approximativement dans la proportion dans laquelle la puis- sance de la machine auxiliaira augmente. Par exemple, dans le cas où l'entraînement du compresseur impliquait une température de 630 0. ou 903 abs. de la roue de la turbine, cette tempéra- turepeut désormais être ramenée à 400 C. ou 673 abs., et ceci déjà lorsque la machine auxiliaire ne fournit qu'un quart de la puissance nécessaire pour la commande du compresseur.
Or, dans le cas où la roue de la turbine ne doit pas supporter des températures supérieures à 400 c, cette roue, ainsi que l'aubage peuvent être établis simplement en acier résistant à la chaleur, et tout refroidissement de l'enveloppe de la turbine devient superflu. Malgré cet abaissement relativement considérable de la température, la puissance additionnelle nécessaire, notamment comparée à celle qui serait à fournir dans le cas de turbines à gaz disposées à l'extrémité d'échappe- ment des surfaces de chauffe, est peu élevée, de sorte que le moteur auxiliaire, lorsqu'il consiste, par exemple, en un moteur électrique, n'entraîne aucune diminution notable du
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rendement de l'installation de la chaudière.
Dans le cas, toutefois, où l'on désire que le moteur auxiliaire n'entraîne aucune diminution de rendement, il y a lieu d'établir le service auxiliaire de façon que la chaleur nécessaire à son fonctionnement ne constitue par une perte pour l'installation du générateur de vapeur. A cet effet, on peut prévoir plusieurs modes de fonctionnement différents, lesquels font également objet de la présente invention et seront décrits dans les exemples de réalisation qui suivent.
Fig. 1 montre une,installation suivant l'invention. Le générateur de vapeur est supposé tel que décrit dans des bre- vets antérieurs de la demanderesse. Il comporte une chambre de combustion 1 contre les parois de laquelle sont disposés les tubes d'eau traversés par les tubes de chauffe et dans les- quels a lieu la vaporisation de l'eau. Les gaz chauds s'accu- mulent dans le canal 2 d'où ils s'écoulent à travers le tube 3 contenant le surchauffeur. Ce tube aboutit dans le carneau rectangulaire 4 qui conduit à la turbine à gaz 5. Après avoir effectué leur travail dans cette turbine, les gaz de combustion arrivent, par le carneau rectangulaire 6, au tube 7 contenant un réchauffeur d'eau alimentaire et disposé (dans le dessin) derrière le tube 3 et, de là, s'échappent à l'atmosphère.
La turbine à gaz 5 commande le compresseur 8 ainsi qu'une pompe de circulation d'eau 9, cette turbine étant secondée dans ce travail, suivant l'invention, par la machine auxiliaire 10. La pompe de circulation 9 amène l'eau à vaporiser, en quantité excessive, au contact des surfaces de chauffe. La vapeur et l'eau non vaporisée arrivent par le tuyau 12 dans le séparateur 13, dans lequel l'eau est séparée de la vapeur'par une action centrifuge. La vapeur afflue par le tuyau 14 dans le surchauf- feur, tandis que l'eau retourne à la pompe par le tuyau 15.
L'eau alimentaire du réchauffeur à gaz de fumée peut être re-
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mise dans le circuit de la pompe de circulation en un point approprié quelconque de celui-ci. Le combustible, lequel, dans le cas décrit, est un combustible liquide, est introduit en 16, où débouche également le conduit de refoulement 17 du compresseur 8.
Comme machine auxiliaire pour seconder la turbine à gaz, on a supposé une turbine à vapeur 10. Afin d'éviter toute perte de chaleur, cette turbine à vapeur peut être avantageusement établie sous forme de turbine à contre-pression, dont la va- peur d'échappement sert à réchauffer l'eau alimentaire. Le condenseur de cette turbine est un réchauffeur à mélange 18 dans lequel l'eau alimentaire froide entre en 19 et dont elle sort réchauffée en 20 pour être réchauffée davantage dans le réchauffeur à gaz de fumée 7.
Etant donné que la chaleur de la vapeur, utilisé pour le travail de compression, arrive avec l'air jusqu'à la chambre de combustion, sous forme de chaleur de compression et de chaleur de frottement, et que la chaleur d'échappement de cette vapeur est absorbée par l'eau alimentaire, la commande du compresseur par la turbine auxiliaire n'entraîne aucune dépense de chaleur spéciale, abstraction faite de faibles pertes résultant du frottement dans les paliers, de fuites et du rayonnement.
On obtient un autre mode de fonctionnement économique pour la turbine à vapeur auxiliaire, en prévoyant cette der- nière sous forme d'une machine d'amont pour les turbines à vapeur de service. A ce propos, il y a lieu de remarquer que la puissance relativement peu élevée de la turbine auxiliaire peut également être obtenue en augmentant la pression dans la chau- dière légèrement au-dessus de la pression de service requise, l'excédent de pression étant alors utilisé pour l'actionnement de la turbine auxiliaire. La totalité, ou au moins une grande partie, de la vapeur produite dans la chaudière, est donc dirigée à travers cette dernière turbine.
Toute l'énergie de la
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vapeur, qui n'a pas été transformée en travail de compression, peut être récupérée de la vapeur d'échappement de la turbine auxiliaire, qui devient dans ce cas la vapeur de service de la turbine principale. Etant donné que dans le cas où la to- talité de la vapeur traverse la turbine auxiliaire, la chute de tension correspondant au travail de cette dernière est très faible, il suffit de construire cette turbine avec une roue tournant à une faible vitesse périphérique. Il importe ici d'apporter tous les soins à la construction de la boite à bourrage. Fig. 2 montre une telle turbine avec ses connexions.
21 est la turbine d'amont. La vapeur venant du surchauffeur entre en 22. 23 est la connexion pour la vapeur de service.
Cette turbine peut être réglée au moyen d'une conduite by-pass 24 dont la soupape réglable 25 laisse passer une quantité plus ou moins grande de vapeur vers la turbine auxiliaire.
Pour augmenter les limites de réglage de la turbine au- xiliaire, on peut prévoir utilement, à côté de la turbine à contrepression ou la turbine d'amont, une turbine à un ou à plusieurs étages, travaillant avec une contrepression moins élevée, par exemple la pression atmosphérique ou le vide des turbines de service. Cette turbine additionnelle sert en pre- mier lieu à compenser la diminution de puissance de la turbine auxiliaire, diminution résultant de la réduction de la vitesse de rotation du compresseur, correspondant à une marche à fai- ble charge. Avec des charges et des vitesses de rotation plus élevées, la turbine auxiliaire tournera le plus souvent à vide avec une pression inférieure à la pression atmosphérique.
La diminution de puissance de la turbine, résultant d'une moindre vitesse de rotation du compresseur, peut également être évitée en faisant tourner la turbine avec une vitesse de rotation approximativement constante et en transmettant son couple d'entraînement au compresseur au moyen d'un mécanisme
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de changement de vitesse. Un tel mécanisme peut par exemple consister en un dispositif hydraulique ou, éventuellement, un accouplement électrique. Le réglage de ce mécanisme, de même que le réglage de la puissance de la turbine auxiliaire, peu- vent être assurés par des dispositifs régulateurs particuliers, commandas, par exemple, par la pression de la vapeur ou par la température des gaz de oombustion.
Au lieu d'être une turbine à vapeur, la machine auxiliaire peut également consister en une turbine à gaz. Cette dernière fonctionne comme machine indépendante, c'est-à-dire qu'elle possède sa propre chambre de combustion ; gaz chauds ser- vent à produire non pas de la vapeur, mais du travail mécani- que. Ce mode d'entraînement peut également s'avérer très éco- nomique, à condition de ramener au circuit thermique du géné- rateur de vapeur la totalité de la chaleur d'échappement.
L'alimentation de cette turbine à gaz en agent moteur sous pression, peut également être assurée par les dispositifs auxiliaires du générateur de vapeur.
Dans tous les cas, la machine auxiliaire doit également pouvoir fonctionner indépendamment du générateur de vapeur, de manière qu'elle puisse servir à la mise en marche de la chaudière avec de la vapeur de source étrangère, par exemple.
REVENDICATIONS.
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