<Desc/Clms Page number 1>
@ -
EMI1.1
SOCIETE BATEAU, 40 Elle du Cellade 2aJ G6n4Îii,our 4i,'i'apeur à'fôyer sous pression
EMI1.2
oq%ja invention oet-rèl*tîve à dee perfectionnements
EMI1.3
apportés raz l'alimentation Atun loyer de générateur de vapeur en air sons pression au moyen d'un compresseur on ao 41&n%e actionné par une turbine mue par la détente des 1..-. g°'âo ooittbMtiont L'invention a pour but dtdapter ,la 9Caqmoejde la turbine et le débit tair de la soufflante ' '
EMI1.4
-aux différentes allures de la chaudière.
le présent dispo- sitif est caractérise par la division des tubes de la chau-
EMI1.5
diène en deux ou plusieurs faisceaux entre lesquels est pla ode là prise de Cas do la turbine, cette prise se trouvant un point du trajet des gaz où ceux-ci renferment l'énergie nécessaire.,
La turbine à gaz est complétée aux faibles allures
EMI1.6
par une turbine à vapeur et la turbosouffiante est divisée en deux groupes, 1'un fonctionnant seul aux faibles allures
EMI1.7
jusetà environ la moitié de Impuissance de la chaudière,'
<Desc/Clms Page number 2>
et les deux groupes étant ensuite en parallèle aux allures plus élevées.
Dans le dessin annexé :
La.figure 1 montre schématiquement, en élévation et en coupe, la disposition d'ensemble d'une chaudière conforme à l'invention.
La figure 2 est unevue en élévation et en bout de la même chaudière,
La figure 3 est un diagramme des courbes de variation de puissance de la soufflante, de la turbine à gaz et de la turbine à vapeur utilisées pour la commande de la soufflante.
La figure 4 montre un dispositif de réglage par les débits dtair et de combustible.
Les figures 5 et 6 représentent dans deux positions différentes la commande de l'obturateur de vapeur et du registre de dérivation des gaz en liaison avec le dispositif de réglage de la fig.4.
La figure 7 montre un dispositif de réglage par le débit de commnustible et le régulateur de vitesse,,
La figure 8 montre un dispositif de commande des secteurs de la turbine, par la pression à l'alimentation des différents brûleurs de la chaudière..
La turbine à gaz 1 (fig.1) entraînant la soufflante 2 reçoit, par un conduit 3, les gaz de combustion provenant d'un foyer de ohaudière 4, Celui-ci comprend par exemple des brû- leurs à mazout 5. La. soufflante 2 refoule l'air comprimé au foyer par le conduit 39.
En vue de recueillir à la turbine des gaz contenant l'énergie nécessaire pour aotionner celle-ci, ces gaz doivent être pris au point convenable de leur trajet. A cet effet,la chaudière peut comporter deux faisceaux tubulairss 6.7 entre lesquels sera intercalée la turbine à Cas 1.
<Desc/Clms Page number 3>
Si, pour une allure donnée de la chaudière, la longueur du premier faisceau a été réglée de manière que les gaz pénè- trent dans la turbine à gaz à la température qui assure la conduite de la soufflante par cette turbine sans apport d'éner- gie extérieure, la'turbine à gaz sera surabondante pour les allures supérieures et insuffisante pour les allures inférieus
On obtiendra à toutes les allures le débit d'air convenant à la combustion en recourant séparément ou en oombinaison à l'une des dispositions suivantes
Aux petites allures, l'appoint de puissance est fourni par une burbine à vapeur auxiliaire 8, oalée sur l'arbre de la turbosoufflante 1,2 et reoevant la vapeur par la vanne 39. Sa puissance est, en général, faible.
Elle commence par croître aveo l'allure de combustion, puis décroît et s'annule (par exemple pour la moitié de la puissance normale), La courbe 8 de la figure 3 montre cette variation de puissance de la tur- bine à vapeur, les puissances P étant en ordonnées et les char- ges de la chaudière 0 en abcisses. Les puissanoes de la souf- flante sont représentées par la courbe 2 et celles de la tur- bine , gaz par la courbe 1.
Au delà de l'allure pour laquelle la puissanoe de la turbine à gaz est égale à celle de la soufflante - point B' de la figure 3 -, la puissance de cette turbine devient surabondan- te, 4 Afin d'éviter l'emballement et l'excès d'air, une dérivât ici de gaz, ou by-pass 9, contrôlé par un organe obturateur 37 (fig, relie'le faisceau 6 au faisceau 7 de manière à évacuer une parti du gaz sortant de 6, sans passer par la turbine à gaz 1.
La ma- noeuvre peut se faire soit à la main, soit par un réglage auto- matique du genre décrit ci-après :
La chaudière peut aussi être munie d'un second groupe de turbo-soufflante indiqué par 1' 2' en fig.2. Aux petites allures
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
ne mettre en fonctionnement qu'un seul des groupes, les deux groupes marohant en parallèle aux allures élevées.
L'économie sur la vapeur consommée par la turbine auxiliaire à vapeur résultera du fait que la section des tu- yères de la turbine à gaz est la moitié seulement de ce qu'elle serait avec les deux turbines à gaz en service et que, par suite, la perte de charge dans les faisceaux, lanternes, etc.., n'est que le quart environ, en pour cent, de ce qu'elle serait par rapport'à la chute de pression disponible dans les turbines, si les deux machines étaient utilisées.
Dans ces conditions, une seule machine pourra fournir à la chaudière l'air nécessaire jusqu'à une allure qui qera su- périeure à la moitié de la puissance maximum puisque la pression et la température seront plus faibles pour le débit oorrespon- dant que si les deux machines étaient en parallèle (pertes de charge diverses dans les faisceaux, lanternes et tuyères plus faibles) .. Par conséquent, ni la soufflante, ni la turbine ne seront à leur fatigue centrifuge ou thermique maximum).
Si la longueur du faisceau 6 a pu être convenablement choisie, on arrive ainsi à atteindre, avec un seul groupe, une allure telle que les deux groupes, mis ensuite en parallèle, n'exigent plus d'appoint de puissance.
Le fonctionnement sera le suivant
La mise en marche de la chaudière s'effectue avec un brûleur spécial ou un réchauffeur de mazout, comme dans les chaudières ordinaires. Dès que la vapeur se forme, l'un des groupes turbo-soufflantes.1,2 ou 1' 2' est mis en route, sa puissance étant complétée par celle de la vapeur admise à la turbine auxiliaire 8. L'allure augmentant, la puissance de celle-ci croît, passe par un maximum, puis s'annule, la puis- sance du groupe turbo-soufflante devenant suffisante. Au delà de cette allure, le by-pass 9 est ouvert, mais son réglage est
<Desc/Clms Page number 5>
différent de ce qu'il est avec deux machines en marche.
On parvient ainsi à une allure qui est, par exemple, voisine de la moitié de la puissance maximum de la chaudière.
Pour dépasser cette allure, on ouvre progressivement l'admission de gaz au deuxième groupe de turbo-soufflante.Le by-pasa se referme., Les alimentations de gaz aux deux tur- bines 1, 1', s'ouvriront ensuite quand l'allure augmentera suffisamment.
Si le fonctionnement le permet, on pourra aux allures oû la turbine à gaz est surabondante, dériver une partie de l'ain froid produit par la soufflante vers l'admission de la turbine par exemple, dans le but d'abaisser la température des gaz et, par suite, la fatigue relative du rotor de la turbine.
L'artifice de la mise en route d'un seul groupe aux petites allures en vue de diminuer la puissance auxiliaire à fournir peut être remplaoé ou,complété par l'un des moyens suivants employé seul ou en oombinaison l..- Une injection partielle ménagée dans la turbine à gaz pour l'utilisation aux petites allures.
2 .- Des conduits tels que 3 dérivés en divers points du trajet des gaz en aval du foyer et munis de papillons ou soupapes voulus de manière à prélever les gaz de plus en plus près du foyer à mesure de' la diminution du taux de combustion et à compenser ainsi l'abaissement de température des gaz. Par ce moyen, on diminue aussi les pertes de pression dues au passage dans les faisoeaux de tubes, ce qui aug- mente encore la puissance disponible dans la turbine à gaz.
3 .- Dans la turbine à gaz, addition de tuyères supplé- mentaires alimentées par de la vapeur ou de l'air comprimé, de tuyères pouvant remplacer la turbine auxiliaire à vapeur. Elle peuvent être alimentées, par exemple, par une dérivation d'un partie de l'air fourni par la soufflante et préalablement ré-
<Desc/Clms Page number 6>
chauffé dans une omisse spéciale où on brûle du combustible.
Pour la mise en marche, un brûleur spécial peut aussi être disposé en foyer séparé, ses gaz se mélangeant, avant la turbine, avec ceux de la chaudière. Ce dispositif présente l'avantage de remplacer les papillons et soupapes sur Cas chauds par la lanterne de distribution d'air du brûleur spé- cial, dont le fonctionnement ne présente aucune difficulté puisque cette lanterne contrôle de l'air froid.
Le nombre de groupes turbo-soufflantes peut être supérieur à deux, ce qui augmente l'avantage signalé ci-dessus.
Les turbines à gaz peuvent être mises en série entre elles pour l'extraction convenable de l'énergie contenue dans les gaz et les soufflantes peuvent aussi être en série pour accroître la pression engendrée.
La puissanne d'appoint à fournir dans la turbine à vapeur entre la charge nulle et celle correspondant au fonc- tionnement par la turbine à gaz seule étant variable avec la charge de la chaudière, on peut régler l'admission de vapeur au moyen d'un dispositif de régulation automatique.
Les variations de puissance de la turbine à vapeur pourront être obtenues en laminant la vapeur à l'admission par un obturateur 39; la commande de cet obturateur ainsi que oelle du by-pass 9 de ,la turbine à gaz peuvent être ob- tenues automatiquement par un dispositif de régulation permet- tant de maintenir la proportionnalité entre les débits d'air et de combustible, nécessaire à l'obtention d'une bonne com- bustion à toutes les charges.
Sur la figure 4 : 10 est un venturi où passe le débit d'air de la soufflante venant du conduit 38 (fig.1), 11 un second venturi où passe le débit de oombustible, 12 et 13 sont des pistons sur lesquels agissent respectivement les dépressions orées dans les deux venturis. Ces pistons agissent ,sur-un levier 14, 15 qui peut tourner autour de 14 et dont l'équilibre correspond à une certaine proportionnalité entre
<Desc/Clms Page number 7>
les dépressions des deux venturis, c'est-à-dire entre les débitas d'air et de combustible,
Ce facteur de proportionnalité peut être modifié en déplaçant le pivot 14 qui, peut, par exemple être solidaire d'un support coulissant, ce qui a pour effet de modifier le rapport des bras de levier 14, 16 et 14, 17.
On peut ainsi régler 1'excès d'air à la valeur voulue suivant la densité et la fluidité plus ou moins grandes du combustible.
Toute modification de débit de l'air ou du combustible provoque un déplacement du levier 14 15 qui agit sur l'ou- verture de la vanne de vapeur 39 ou de l'obturateur 37 placé sur le by-pass de gaz 9 (Fig.1).
Une augmentation de débit de combustible entratne la fermeture du by-pass de gaz ou l'ouverture de la vanne de vapeur 39 selon que le groupe fonctionne au delà ou en deçà du point d'équilibre (@ de la fig.3).
Le groupe accélère alors son allure, cd qui augmente le débit d'air et tend à rétablir la proportionnalité. Réoipro- quement, 1 $augmentation. du débit d'air entratne la fermeture de la vanne de vapeur ou l'ouverture de la dérivation ou by- pass, ce qui provoque une réduction d'allure/du groupe tendant à réduire ce débit et, par conséquent, à rétablir encore la proportionnalité un instant rompue.
Ainsi, toute modification de débit dans un sens ou dans ltautre entraîne une variation d'allure du groupe dans le sens qui tend à rétablir la proportionnalité entre l'air et le oom- bustible. Lorsque ce résultat est atteint, toute action sur les organes de réglage cesse, le levier 14, 15 étant à nouveau en équilibre.
, La commande de l'obturateur de vapeur 39 et de ltobtura- teur 37 du by-pass à partir des déplacements du point 15 de
<Desc/Clms Page number 8>
de la fig.4 peut se faire par tout dispositif réalisant dans les conditions d'établissement de cette figure : - Pour un déplacement vers le bas (augmentation du débit de combustible ou diminution du débit 4'air), la fermeture de la dérivation, puis l'ouverture de la vanne 39.
- Tour un déplacement vers le haut (diminution de débit de combustible ou augmentation du débit d'air), la fermeture de la vanne 39. puis l'ouverture de la dérivation 9.
Le dispositif des fig.5 et 6 donne un exemple de cette commande. Le point 18 correspond au même point de la fig.4.
La position en traits pleins est celle du démarrage, les deux organes 37 et 39 étant fermés.
En 18', l'obturateur de vapeur 39 est fermé, l'obtura- teur 37 de by-pass de gaz à pleine ouverture, positions in- diquées en pointillé sur la fig.5. De 18' à 18, l'obturateur 37 se ferme, l'obturateur 39 restant fermé. Ces obturateurs sont de préférence commandés par des pistons 40, 41, action- nés par des distributeurs de servo-moteur 48, 43 qui sont reliés aux tiges 19, 20, articulées en 18.
De 18 à 18", (Fig.6), l'obturateur de gaz 37 reste fermé, celui de vapeur 39 s'ouvre jusqu'à, pleine ouverture en 18@, les positions correspondantes des obturateurs et de leurs serve moteurs sont indiquées en pointillé.
Tout autre dispositif donnant ces ouverture et ferme- ture successives peut être utilisé.
La fig.7 représente un autre mode de régulation dans lequel on réalise successivement l'ouverture paie la ferme- ture de l'obturateur de vapeur et ensuite l'ouverture du by-pass des gas, de façon à obtenir une variation de puis- sance3la turbine à vapeur se rapprochant le plus possible de celle figurée par la courbe 8 de la fig.3.
Pour cela, l'ouverture de la vapeur est commandée par
<Desc/Clms Page number 9>
la dépression créée dans un venturi par le débit de combus- tible, cette ouverture s'effectue jusqu'à la charge corres- pondant à la puissance maxima de la turbine à vapeur. A partir de ce moment, l'obturateur est progressivement fermé par l'action d'un régulateur centrifuge. Après fermeture totale de la vapeur, le régulateur ouvre progressivement le by-pass.
Sur la fig.7, la dépression créée par le débit du combustible dans le venturi 11 s'exerce sur un piston 21 sur lequel agit d'autre part un ressort antagoniste 22.
Ce ressort est réglé de telle sorte que pour le débit cor- respondant à la charge pour laquelle la puissance de la tur- bine à vapeur est maxima (figurée par le point A sur le gra- phique des puissances fig.3), le piston 21 occupe la positioi 21' fixée par une butée. -
D'autre part, le régulateur centrifuge 23 est muni d'un ressort 24 ou tout autre dispositif analogue qui ne permet ai collier 25 de quitter la butée 26 que lorsque la vitesse du groupe devient supérieure à une certaine valeur. Le ressort 24 est réglé de telle sorte que cette vitesse soit précisé- ment celle qui correspond à la charge de la chaudière figurée par le point A (fig.3).
Le fonctionnement est le suivant : Pour les charges de la chaudière oomprises entre 0 et A, le régulateur n'agit pas, le point 27 reste fixe (le point 28 du levier relié au collier 25 étant un point fixe ). Au contraire, l'extrémité de la tige du piston 21 se déplace de 29 à 29' et le point 30 de 30 à 30'. A partir de ce moment et pour toutes les charges supérieures, le piston 21 est buté en 21' et 29' devient point fixe.
Le régulateur centrifuge entre alors en jeu. Une aug- mentation de combustible provoque une él@ation de température
<Desc/Clms Page number 10>
des gaz, d'ou un accroissement de vitesse du. groupe, le point 27 se déplace de 27 à 27' et 27", le point 30' de 30 , 30 et 30".
Les déplacements de 30 sont transmis aux organes obtura- teurs à partir de 18 par un dispositif analogue à celui du premier système, par exemple, celui de la fig.4..
Si les différentes charges de la chaudière sont obtenues par la mise en activité successive d'un certain nombre de brûleurs, on peut faire correspondre à ces brûleurs différents secteurs de tuyères sur la turbine à vapeur, ces secteurs étant contrôlés par des soupapes qui sont ouvertes ou fermées au moment de la mise en activité des brûleurs correspondants.
Par un choix convenable de ces secteurs de tuyères et une correspondance judicieuse avec les brûleurs, il est possible de faire varier la puissance de la turbine à vapeur en fonc- tion de la charge de la chaudière, suivant une loi discontinue qui pratiquement se rapproche suffisamment de la loi continue figurée par la courbe théorique 8 (fig.3) .
Un dispositif de commande automatique est établi entre l'organe de manoeuvre de chaque brûleur et la soupape d'un arc d'injection correspondant. Cette liaison peut être réalisée par un procédé mécanique, hydraulique ou même élec- trique.
La figure 8 donne l'exemple d'un tel dispositif de com- mande qui peut, d'ailleurs, être remplacé par tout autre dis- positif remplissant le même objet.
Il correspond à l'hypothèse où la charge de la chaudière pour laquelle la turbo-soufflante est en équilibre autonome est obtenue par la mise en service de six brûleurs. Pendant l'ouverture des trois premiers, la puissance de la turbine à vapeur doit orottre, pour décroître ensuite avec l'ouverture @ des trois derniers.
<Desc/Clms Page number 11>
Chacun des brûleurs 31, 31'. 31" est 'commandé par un organe obturateur 32, 32', 32". En aval de cet organe, une prise de pression est reliée à un cylindre où se déplao un piston 33, 33', 33", commandant par la soupape 34, 34', ou 34", l'admission sur l'arc d'injection 35, 35' ou 35".
A l'ouverture de 32, la pression du combustible agit sur 33 et ouvre la soupape 34. De même, pour les deux brû- leurs suivants 31' et 31". Pour les trois autres 31111
31iV, 31V, au contraire, la pression vient agir sur l'autre face du piston qui, soumis de part et d'autre à des pression de liquide égales, cède à l'actiondu ressort 36, 36' ou 36" et referme la soupape 34, 34" ou 34".
Ce dispositif se prête à des variantes multiples. Au delà. du.point de fonctionnement par la turbine à gaz seule, la commande du by-pass des gaz peut être réalisée de la même manière.
REVENDICATIONS
Un dispositif d'alimentation d'un foyer de générateur sous pression par turbo-soufflante actionnée par une turbine à gaz mue par la détente des gaz de combustion, ayant les caractères suivants ensemble ou séparément
1 .- La division des tubes du générateur en deux ou plusieurs faisceaux entre lesquels est placée la prise de gaz de la,turbine, cette prise se trouvant en un point du trajet des gaz où ceux-ci renferment l'énergie nécessaire.
2 .- Une dérivation de gaz d'un faisceau de tubes au suivant, sans passer par la turbine à gaz, de manière à réduire la puissanoe de celle-ci aux allures de la chaudière où cette puissance devient surabondante.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.