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Dans les foyers surcomprimés au moyen d'une soufflante en- traînée par une turbine récupérant l'énergie des gaz de oombustion, on sait que pour un débit de combustible donné il existe une seule vitesse du groupe turbosoufflante pour laquelle on ait égalité en- tre les puissances dépensée sur la soufflante et reçue sur la tur- bine à gaz, Gette vitesse correspond à un certain débit d'air, donc à un certain poids d'air par kilogramme de combustible. On constate que cette dernière proportion ne reste pas la même pour les différentes valeurs du débit de combustible. Or, il importe, pour réaliser les meilleures conditions de combustion, que la pro- portion d'air et de combustible reste toujours sensiblement cons- tante à tous les régimes.
Dans le cas du mazout, par exemple, la proportion que l'on recherche est d'environ 16 Kg. d'air par ki- logramme de mazout.
D'après ce qui précède, on n'a équilibre de puissance sur la souffla nte à la turbine avec cette proportion d'air que pour un seul régime de combustion correspondant à une température de gaz déterminée à la sortie du foyer et une vitesse déterminée de la turbosoufflante.
Pour les régimes de combustion supérieurs à ce régime d'é- quilibre, la température des gaz augmente, la puissance
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de la turbine à gaz tend à devenir surabondante et l'équilibre du groupe s'établit pour une vitesse qui correspond à un excès d'air par rapport à la proportion indiquée ci-dessus.
Au contraire, pour les régimes plus réduits, les températures de gaz s'abaissent, la puissance reçue sur la turbine à gaz diminue plus vite que celle qui est nécessaire à la compression de l'air, de sorte qu'il faut, pour ne pas manquer d'air de combustion et rétablir la proportion optimum, fournir au groupe un appoint de puissance motrice par un moteur quelconque qu'on supposera être, pour fixer les idées, une turbine à vapeur.
Pour un débit de combustible donné, cet appoint de puissance est évidemment d'autant plus important que l'on veut réaliser la combustion aveo un plus grand excès d'air, on conçoit donc que le réglage de l'excès d'air puisse se faire en agissant uniquement sur cet appoint de puissance, par exemple sur l'admission de vapeur s'il est fourni par une turbine à vapeur .
Toutefois, il faut bien remarquer que cette puissance ne représente en général qu'une faible fraction de la puissance totale, de sorte que les petites variations qu'on lui fera subir ne se feront sentir que très lentement sur la marche du groupe dont la conduite sera ainsi rendue malaisée.
De plus, pour les régimes supérieurs au régime d'équilibre et pour lesquels on ne fournit naturellement plus d'appoint de puissance, ce mode de réglage fait défaut et en général on réduira l'excès d'air qui tend à s'établir en agissant sur les gaz passant dans la turbine, soit par dérivation d'une partie de ces gaz, soit par laminage à l'admission ou à l'échappement de la turbine. Ce procédé conduit à des organes de réglage de réalisation délicate par suite de la température élevée et du volume important des gaz à contrôler.
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Enfin, dans les foyers de chaudière, la circonstance suivante vient encore s'ajouter à la difficulté du réglage.
Lorsqu'à partir d'une combustion réglée, on augmente l'excès d'air, le débit de combustible bsstant constant, on constate le plus souvent une augmentation de température des gaz à la sortie du faisceau tubulaire. Gela est dû principalement à la réduction des échanges thermiques qui l'emporte sur la diminution de la température dans le foyer. Par conséquent; s'il se produit accidentellement un léger déséquilibre dans le sens d'une augmentation du débit d'air et s'il en résulte une augmentation de température des gaz, la turbine à gaz va reoevoir plus de puissance, tendre à tourner plus vite et par conséquent à maintenir ou même à accentuer ce déséquilibre. On oonçoit que dans certains cas on puisse avoir affaire à un phénomène instable tout au moins dans certaines limites.
Le présent dispositif de réglage de la combustion est ca- ractérisé par une dérivation du circuit d'air principal pratiqué entre le refoulement de la soufflante et l'admission de la turbine à gaz et comportant un papillon ou vanne réglable. Le réglage ainsi obtenu est beaucoup plus sensible et évite l'effet d'instabilité signalé ci-dessus.
Dans le dessin annexé qui montre à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention :
La fige 1 est une coupe schématique en élévation du dispositif adapté au cas particulier d'une chaudière à foyer sous pression.
La fig. 2 est une coupe schématique de la turbine à gaz montrant un dispositif de refroidissement du mobile de cette turbine.
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La souffla nte 1 est entraînée par la turbine à gaz 2 et par la turbine à vapeur ou tout antre moteur d'appoint 3. L'air aspiré par le conduit 4 est refoulé à la chambre de combustion.
Le combustible liquide est amené au brûleur 6 par la tuyauterie 7. Les gaz de oombustion, après avoir traversé le faisceau tubulaire 8 de la chaudière arrivent par le conduit 9 à la turbine à gaz 2 d'ou ils sortent pan 10.
La puissance du moteur d'appoint 3 est réglée pour chaque régime de la chaudière de façon que la soufflante délivre un léger excès d'air, par exemple 10 % par rapport au débit qui serait suffisant pour brûler le combustible consommé à ce régime.
Il faut remarquer que l'on est ainsi conduit à fournir un appoint de puissance plus élevé que si l'on voulait ne délivrer que la quantité d'air strictement suffisante à la combustion, mais en fait la compression de cet excès d'air coûte très peu puisqu'une grande partie de la puissanoe ainsi dépensée se trouve récupérée sur la turbine à gaz.
L'air fourni par la soufflante se partage en deux fractions : l'une qui passe dans les distributeurs d'air des brûleurs assure la combustion et après avoir traversé le faisceau de la chaudière arrive à l'admission de la turbine à gaz, l'autre qui passe directement à l'admission de la turbine par la dérivation 11 pour se mélanger aux gaz provenant de la combustion. Un papillon ou une vanne 12 permet de régler la fraction du débit qui passe dans la dérivation, de telle sorte que la fraction principale qui passe dans le foyer corresponde à la combustion optimum.
Le réglage de ce papillon peut se faire à la main ou par un dispositif automatique assurant par exemple le maintien d'un rapport constant entre les débits d'air et de mazout. De nombreux régulateurs de proportion existants peuvent être utilisés dans ce but.
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La fig. 1 donne en exemple le principe de l'un d'eux.
Le combustible liquide passe, avant d'arriver ausbrûleurs dans un Venturi 13 dans lequel il subit une ohute de pression pro- portionnelle au carre du débit. La membrane élastique 14 d'une capsule manométrique 15 est soumise à cette pression différentiel- le. Une autre capsule manométrique 16 munie également d'une mem- brane élastique 17 est soumise à la pression différentielle d'air entre les deux points 18 et 19 pris l'une à l'entrée dans la chan- dière, l'autre à la sortie du faisoeau 8. Cette différence de pression est proportionnelle au carré du débit d'air, les deux membranes sont réunies par une tige 20 et disposées de telle sor- te que les efforts qu'elles subissent s'opposent. On voit que l'équilibrage correspond à des valeurs proportionnelles des pres- sions différentielles, c'est-à-dire des débits d'air et de com- bustible.
Les déplacements de la tige 20 sont transmis au papil- lon de réglage par un système de leviers articulés en 21, 22 et 23.
Si le débit de combustible augmente, la dépression dans le venturi 13 augmente et, agissant sur la membrane 14, elle pro- voque la fermeture du papillon 12.- Le débit d'air passant dans la chambre de combustion augmente donc immédiatement. En même temps, la température des gaz de combustion augmente, la turbine à gaz recueillant de ce fait plus de puissance augmente progressi- vement sa vitesse et la soufflante débite plus d'air. La dépres- sion entre les points 18 et 19 augmente et s'exerçant sur la mem- brane 17, elle tend à rouvrir le papillon 12 jusqu'à ce que la proportionnalité soit rétablie entre les nouveaux débits d'air et de combustible.' L'inverse se passe en cas de diminution du débit de combustible.
Ce réglage fonctionne dans les mêmes conditions pour les régimes supérieurs à celui pour lequel la turbine à gaz seule peut assurer @
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l'entraînement de la soufflante. On sait que pour ces régimes la puissance des gaz est surabondante et le groupe tend à donner de lui-même un excès d'air important. couverture du papillon 12 se règle de façon à toujours maintenir à la valeur convenable la quantité d'air qui passe dans le -foyer, l'excès est dérivé par 11 et vient refroidir les gaz à l'admission de la turbine, ce qui tend à réduire la puissance qu'elle reçoit et par conséquent à limiter sa vitesse.
Pour les régimes voisins de l'allure maximum du groupe en voit que la soufflante qui débite un fort excès d'air est appelée à tourner plus vite que ne le nécessiterait le débit d'air juste suffisant pour brûler le débit maximum de combustible. Ceci peut présenter un inconvénient si le rotor est calculé à la limite des fatigues correspondant au régime maximum. Dans ce cas, il faut pouvoir -ralentir le groupe. Il suffit pour cela de disposer d'un organe de réglage créant une chute de pression en un point quelconque du circuit d'air ou de gaz tel qu'un papillon placé à l'aspiration ou a u@ refoulement de la soufflante, à l'admission ou à l'échappement de la turbine à gaz.
On peut encore dériver une partie des gaz de l'admission de la turbine 9 à l'échappement 10, ou mieux, dériver une partie de l'air refoulé par la soufflante pour l'envoyer à l'atmosphère ou dans l'échappement de la turbine.
A cet effet un régulateur centrifuge ( Fig. 1) 24 réglé en limiteur de vitesse est entraîné par le groupe. Les déplacements de son ma-nohon 25 sont transmis, par des leviers articulés en 26-27, à un papillon ou une vanne 28 placée sur une dérivation d'air 29 prélevée sur le refoulement de la soufflante.
Lorsque la vitesse tend à augmenter, ce papillon s'ouvre, ce qui diminue le débit de gaz passant dans la turbine et par conséquent la puissance de celle-ci, la vitesse est donc automatiquement
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limitée. Dans l'exemple de la figure cette dérivation d'air est utilisée pour refroidir le disque de turbine à gaz.
Cet air se partage entre les deux tubulures 30 et 31 qui vien- nent aboutir dans les deux chambres 32 et 33 de la turbine à gaz (voir fige 2)en communication avec l'échappement. Il vient alors refroidir les deux faoes du disque 34 en circulant dans les espa- ces 35 et 36 ménagés entre le mobile et le stator de la turbine.
Cette arrivée d'air froid est d'autant plus importante que la vi- tesse, et, par conséquent, la charge de la chaudière, sont plus élevées, ce qui est particulièrement opportun puisque c'est alors que les gaz sont le plus chaude,
Résumé -----------
1 ) Un dispositif de réglage de la combustion dans un foyer suroomprimé alimenté en air de oombustion par une soufflante mue par une turbine à gaz de oombustion, caractérisé par une dériva- tion d'air réunissant le refoulement de la soufflante à l'admis- sion de la turbine à gaz et comportant un papillon ou vanne.de réglage.
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