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"COMPRESSEUR DE SURALIMENTATION POUR TURBINE A GAZ D'ECHAP- PEMENT"
Dans les générateurs de vapeur à foyer sous pres sion où le mélange de combustible et d'air est débité par un compresseur et où ce dernier est mû par une turbine à gaz qui reçoit son énergie des gaz de combustion, on peut le plus sou- vent, de même que dans les moteurs à combustion interne dont la suralimentation est assurée par des compresseurs actionnés par des turbines à gaz d'échappement, renoncer à un réglage parti- culier du groupe constitué par la turbine à gaz d'échappement et le compresseur.
En effet, la quantité d'air nécessaire pour
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une charge déterminée du générateur de vapeur ou du moteur à combustion interne se règle automatiquement du fait que, par exemple lorsque la charge diminue, le dispositif de réglage du générateur de vapeur ou du moteur influence la pompe à combus- tible pour réduire son débit et que, de ce fait, la quantité d'air demeurant tout d'abord inchangée, on se trouve en pré- sence d'un plus grand excès d'air, qui entraîne un abaissement de la température des gaz d'échappement. Cet abaissement de température entraîne à son tour une diminution de puissance de la turbine, de sorte que la vitesse de celle-ci diminue.
Le compresseur débite dès lors moins d'air, de sorte que la tempé- rature des gaz d'échappement peut bien se relever, mais que la puissance de la turbine à gaz demeure réduite du fait que la quantité de gaz d'échappement qu'elle reçoit est moindre.
L'inverse se produit lorsque la charge augmente. Ainsi donc, à toute charge de la chaudière ou du moteur correspond une vi- tesse déterminée pour le groupe turbine à gaz-compresseur.
Mais pour' que le fonctionnement reste économique, il faut aussi que le dosage du mélange d'air et de combustible demeure invariable dans une large zone de réglage. Ceci implique que la vitesse, l'allure de la pression et du débit du compresseur, ainsi que la puissance fournie par la turbine à gaz, satis- fassent à des conditions tout à fait particulières.
Or, on a constaté qu'il est possible de remplir presque intégralement les conditions exigées en réalisant, pour les fins indiquées, le compresseur commandé par turbine à gaz d'é- chappement sous forme d'un compresseur axial à plusieurs éta- ges. En effet, l'allure de la courbe pression-volume d'un com- presseur axial à étages multiples à aubes fuselées est sensi- blement plus abrupte (au voisinage de son rendement optimum) que dans le cas de compresseurs radiaux ordinaires (Fig. 1 et
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2).
La vitesse du compresseur restant tout d'abord sans chan gement, lorsque la résistance de la masse d'air à déplacer varie, le compresseur axial (Fig. 1) est en mesure de fournir, grâce à la forme notablement plus abrupte de ses courbes pression-volume, une pression notablement plus élevée que le compresseur radial fonctionnant dans les mêmes conditions, et cela sans que le débit varie sensiblement.
Comme la chambre de combustion, les tubes à gaz de chauffe'\) et les tuyères de la turbine à gaz, dans le cas de générateurs de vapeur à foyer sous pression, de même que les cylindres moteurs, les orifices de soupapes, les conduites et les tuyères de la turbine à gaz dans le cas de moteurs à combustion interne suralimentés, re- présentent en général ce qu'on appelle des ouvertures cons- tantes et que, par suite, la résistance et le débit obéissent presque à la même loi (parabolique) que la pression de refou- lement et le débit du turbo-compresseur à rendement constant, la turbine à gaz et le compresseur peuvent, ainsi qu'il a été dit au début, adopter automatiquement la vitesse et le débit convenables.
Ainsi donc, même en cas de charges partielles, le point de fonctionnement qui s'établit reste au voisinage de la courbe de meilleur rendement si, à pleine charge, le compresseur a fonctionné au point optimum. C'est ce que les dessins annexés mettent en lumière de la manière suivante : Les abscisses représentent les débits V et les ordonnées les pression de refoulement P du compresseur. Les courbes A et B montrent les pressions en fonction des débits pour diverses vitesses n du compresseur; les courbes sont les courbes d'égal rendement. Les pressions et les débits suivent sensi blement les mêmes courbes lorsque le compresseur travaille à vitesse variable sur une ouverture constante.
Cela dit, si le
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compresseur est étudié de telle façon qu'à puissance normale et à vitesse normale, il atteigne son meilleur rendement, il ne s'écartera guère en général, de la courbe de rendement pas- sant par le point normal aux autres vitesses, c'est-à-dire pour les autres charges du générateur de vapeur ou du moteur à com- bustion interne. Il peut cependant arriver que, accidentelle- ment ou bien pour des raisons de service déterminées (par exem- ple en cas d'une allure de température différente dans la chaudière ou dans le moteur, d'encrassements, etc..), la ré- sistance varie dans le système, de sorte que la loi qui relie entre elle la pression et le débit se trouve altérée.
Si, en ce cas, on emploie un compresseur ayant la caractéristique aplatie propre, en général, aux compresseurs radiaux (Fig. 2), il suffit en général d'une faible variation #p de la résis- tance dans le système, ou plutôt de la pression de refoulement qui en résulte au compresseur, pour entraîner une variation très considérable du débit ( #v). La quantité d'air disponi- ble dès lors pour la combustion ne correspond plus au débit de combustible qui s'établit pour la charge considérée, de sorte que le dosage du mélange devient défavorable. Mais en même temps, la quantité de gaz d'échappement varie elle aussi, de sorte que la puissance de la turbine à gaz peut être défavo- rablement influencée.
Suivant l'invention, on peut remédier à ces graves inconvénients, en employant pour le service spécial que re- présentent les générateurs de vapeur à foyer sous pression et les moteurs à combustion interne à suralimentation, des com- presseurs axiaux à étages multiples auxquels on peut donner une caractéristique (Fig. 1) telle que, même pour des varia- tions relativement considérables de la résistance dans le sys- tème, c'est-à-dire pour de fortes variations #p de la pression
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de refoulement du compresseur, il se produit des variations # v très faibles du débit.
L'écart entre le débit réel et le débit théorique n'est alors que très faible et, par conséquent, on peut aussi maintenir sensiblement constant le dosage du mélange dans la chambre de combustion du générateur de vapeur ou dans les cylindres du moteur à combustion interne. De même, la possibilité d'une rupture d'équilibre entre le compresseur et la turbine à gaz est réduite.
Pour les applications envisagées ci-dessus, un autre avan- tage particulier du compresseur axial à étages multiples réside en ce qu'il rend particulièrement économique son entraînement au moyen d'une turbine à réaction. Les vitesses spécifiques des deux machines sont égales entre elles, elles peuvent donc toutes deux tourner à leur vitesse optima et on peut les ac- coupler sans l'intermédiaire d'organes de transmission.
La pos'- sibilité d'employer un nombre d'étages quelconque permet aussi d'utiliser des chutes de chaleur considérables.* Dans le cas des roues à action presque exclusivement utilisées jusqu'à ce jour pour les turbines à gaz d'échappement, les grandes chutes de chaleur suscitaient généralement de grandes diffi cultés en ce que ces chutes étaient la plupart du temps trop fortes pour une seule roue et trop faibles pour deux. La tur- bine à réaction, qu'on peut construire à peu de frais avec une longueur quelconque dans le sens axial, permet bien plus facile- ment l'adoption du nombre d'étages le plus convenable.
Dans le cas d'une turbine à gaz d'échappement à un flux et d'un compresseur également à un seul flux, on monte les deux rotors en opposition, de sorte que les poussées axiales s'équilibrent et qu'il n'y a pas bésoin de prévoir de dispo- sitif spécial pour leur compensation. Si l'on emploie deux compresseurs, comme c'est nécessaire par exemple lorsque l'air et le gaz sont comprimés séparément, on construit la turbine
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comme turbine à deux flux opposés. Ce mode de construction est ici d'autant plus avantageux que la quantité de gaz d'échappe- @ ment à utiliser dans la turbine correspond au débit de gaz des deux compresseurs.