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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION Turbine à combustion interne
La présente invention concerne une turbine à combustion interne pourvue d'une tuyère dans laquelle de l'air et, au moyen d'un pulvérisateur, du combustible sont mis en présence sous pression et dans laquelle le combustible est broie.
Une semblable turbine est comme d'après le brevet allemand 357.797, d'après lequel toutefois on s'efforce en même temps de faire s'effectuer la détente partiellement de façon isothermique.
Le dispositif décrit dans ce brevet a comme inconvénient, en premier lieu, que la quantité de combustible par kg d'air comprimé est limitée par la quantité de chaleur qui doit être apportée pour qu'une partie de la détente s'effectue isother-
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miquement, tandis que la température supérieure est déterminée par la température que la matière de la tuyère peut supporter; en second lieu, que du combustible est amené à l'air en des endroits où les vitesses du gaz dans la tuyère sont tellement grandes qu'un bon mélange n'est pas possible.
En vue de remédier à ces inconvénients, suivant la pré- sente invention, tout le combustible et tout l'air sont mis en présence dans l'espace qui est situé devant l'étranglement de la tuyère, tandis que-le pulvérisateur de combustible est disposé à une distance telle de cet étranglement que la com- bustion de la partie du combustible qui brûle entre le pulvé- risateur et l'étranglement élevé seulement la température dans une mesure telle que celle-ci parvient bien au-dessus de la température d'allumage du combustible, tandis que le reste du combustible brûle dans la partie divergente de la tuyère.
En outre, suivant la présente invention, la turbine peut être construite de telle façon que la tuyère de combustion telle qu'elle est décrite ci-dessus fasse partie d'un appareil d'injection qui aspire les gaz à l'extrémité de sortie de la turbine tandis qu'une masse de gaz sensiblement constante, consistant en une partie de ces gaz attirés, complétée par une partie des gaz de combustion sortant de la tuyère, est mise en circulation en circuit fermé dans la turbine, le réfrigérant et l'appareil d'injection.
Pour être complet on peut encore signaler qu'on connait des turbines, entre autres par le brevet anglais 157.781, dans lesquelles tout le combustible et tout l'air sont non seulement mélangés mais également brûlés dans l'espace devant l'étrangle- ment de la tuyère. Dans ces dispositifs, la quantité de com- bustible par kg. d'air est de nouveau déterminée par la tem- pérature que la matière peut supporter.
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Si toutefois, comme cela se fait suivant la présente invention, la combustion a lieu en partie dans la partie divergente de la tuyère, l'augmentation de température provenant de l'apport de chaleur par la combustion est combattue par l'abais- sement de température résultant de la détente.Il devient alors possible, sans causer de dégâts à la matière de la tuyère. de brûler le combustible avec un minimum d'excès d'air, ce qui est de'la plus grande importance pour l'obtention d'un bon effet utile de la turbine à combustion interne. La détente ne doit pas alors avoir une allure isothermique; ceci serait même'un inconvénient comme il sera démontré ci-après.
D'après la première loi fondamentale de la thermodyna- mique, on peut démontrer que le résultat final d'un apport de chaleur peut être le même pour le cas où: a. Cet apport a lieu avant que commence la transformation, d'éner- gie de pression en énergie cinétique (c'est-à-dire sous pression constante) après quoi la détente a lieu adiabatiquement; b. L'apport de chaleur a lieu pendant ou même après la trans- formation de l'énergie de pression en énergie cinétique. La condition à imposer ici est seulement que pendant cette trans- formation aucun autre travail extérieur ne soit produit par le gaz et que toute l'énergie cinétique obtenue reste conservée dans le gaz, ce que l'on peut réaliser en donnant une forme exacte à la tuyère.
Dans les deux cas, l'énergie cinétique et la température finale du jet résultant sont égales. Tandis que donc la section finale de la tuyère est la même pour les cas et b, la section de l'étranglement doit, dans le cas a, être notablement plus grande que dans le cas b.
Dans les deux cas, le combustible à brûler par kg d'air est limité seulement par la possibilité de combustion complète,
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en opposition avec le procédé dans lequel la détente a lieu en partie isothemiquement. Tandis que dans le cas a, pour la combustion avec un minimum d'excès d'air, la température s'élèverait dans une mesure telle que, pour protéger la matière de la chambre de combustion, une grande partie de la chaleur devrait être évacuée à ltaide d'un refroidissement, on peut dans le cas b, par une forme exacte donnée à la tuyère, maintenir la température tellement basse qu'il ne faut pas évacuer de chaleur par refroidissement.
Le rendement thermique est le même pour les cas a et b.
Bien que le cycle b se déroule donc dans des limites de température relativement étroites, le rendement est égal à celui du cycle!. tandis que la limite de température supérieure est beaucoup plus élevée que ce ne serait réalisable pratiquement, et il est également plus élevé que le rendement d'un cycle de Carnot, tel que le brevet allemand 357.797 s'efforce de le réaliser et qui est lié à une limite de température maxima beaucoup plus basse que le cas a.
L'invention sera expliquée à l'aide du dessin annexé.
La figure représente schématiquement une installation complète de turbine. Le compresseur c fournit l'air comprimé dans la tuyère de combustion s dans laquelle le combustible amené par la pompe à combustible o est pulvérisé et brûle de la manière décrite ci-dessus. La tuyère!. fait partie d'un appareil d'injection g pour lequel on a envisagé un appareil d'injection du type rotatif dans lequel le gaz se trouvant dans les canaux tournants est comprimé par le jet de gaz sortant de s et est expulsé. Cet appareil d'injection aspire par l'intermédiaire du réfrigérant k les gaz venant de l'extrémité de sortie de la turbine :!2. tandis que l'autre extrémité de l'appareil d'injection est reliée à l'extrémité d'entrée de la turbine.
La masse de gaz aspirée est mélangée dans l'appareil d'injection à la masse
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de gaz de combustion sortant de la tuyère s, de sorte que la masse débitée est plus grande que celle aspirée. La. différence doit passer dans l'air extérieur comme gaz d'échappement. L'endroit où doit se trouver à cet effet l'échappement dépend du procédé suivi. On a supposé sur la figure que l'appareil d'injection produit par aspiration une dépression à l'extrémité de sortie de la turbine et que la pression du gaz en aval de l'appareil d'injection est égale à la pression atmosphérique tandis que la vitesse du gaz n'est pas plus élevée que ce n'est nécessaire pour le transport du gaz.
Si dans l'appareil d'injection on apporte toutefois aux gaz aspirés un excès d'énergie sous la forme soit d'une grande vitesse, soit d'une surpression audessus de la pression atmosphérique, la masse de gaz fournie par l'appareil d'injection peut abandonner seulement cet excès d'énergie dans la première partie de la turbine, après quoi ce qu'il y a de trop pour le circuit fermé est évacué sous la pression atmosphérique et à une vitesse minime.
Lors du mélange des gaz aspirés de la turbine et des gaz de combustion, dans l'appareil d'injection, il se produit également une transmission de chaleur des gaz de combustion chauds .au gaz aspiré refroidi. Par le fait qu'on oblige les gaz de travail à effectuer le circuit fermé par la turbine, le réfri- gérant et l'appareil d'injection, on obtient une amélioration de l'effet utile de l'ensemble. La détente, savoir: la détente à température plus élevée dans la turbine, fournit plus de travail que la compression de la même masse dans l'appareil d'injection en exige, sur un même intervalle de pression, mais à partir d'une température initiale plus basse que la température finale après la détente.
La turbine elle-même peut être exécutée suivant tous les systèmes usuels pour les'turbines à vapeur, tels que la turbine
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a pression, a réaction, etc.
Il n'est naturellement pas nécessaire que l'énergie pour une machine soit fournie seulement par un seul appareil d'injection.
Surtout dans le cas de grandes puissances il sera à recommander de faire fournir cette énergie par plusieurs appareils d'injection, ceux-ci fonctionnant soit en parallèle, soit en série. Le compresseur peut être actionné directement par la turbine principale ou bien par une turbine séparée ou même une autre machine motrice. Plusieurs compresseurs peuvent également fournir ensemble l'air de combustion nécessaire pour une seule machine principale. Dans le cas d'une charge partielle, une partie des compresseurs et éventuellement une partie des appareils d'injection peuvent être mises hors d'action.
Comme combustible on peut employer aussi bien des combustibles liquides que des combustibles gazeux ou solides, par exemple du charbon en poussier.
Revend!cations.
1. Turbine à combustion interne pourvue d'une tuyère dans laquelle de l'air et, au moyen d'un pulvérisateur, du combustible sous pression sont mis en présence et dans laquelle le combustible est brûlé, caractérisée en ce que tout le combustible et tout l'air sont'mis en présence dans l'espace qui est situé avant l'étranglement de la tuyère tandis que le pulvérisateur de combustible est disposé à une distance telle en avant de cet étranglement que la combustion de la partie du combustible qui brûle entre le pulvérisateur et l'étranglement élève seulement la température dans une mesure telle que cette température arrive bien au dessus de la température d'allumage du combustible, tandis que le reste du combustible brûle dans la partie divergente de la tuyère.
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