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PROCEDE D'EXPLOITATION ET INSTALLATION POUR TURBINE A GAZ,
Dans les installations composées d'une turbine à gaz et d'un com- presseur oomprimant l'agent de travail à l'avance, la partie turbine de l'installation n'admet qu'une température maxima de 500 à 600' étant don- nés les matériaux de construction actuellement connus et utilisables;
pour obtenir un bon rendement, il est très important de récupérer la chaleur des gaz fatigués quittant la turbine, La récupération de cette chaleur s'effec- tue de préférence dans un échangeur de chaleur, eu les gaz fatigués quittant la turbine transmettent leur chaleur à des gaz à pression supérieure, par exemple à l'agent de travail frais, comprimé déjà par le compresseur faisant partie organique de l'installation, de préférence de telle manière que la température du gaz frais à pression supérieure, quittant l'éohangeur de chaleur, sait aussi proche que possible de la température du gaz fatigué à
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pression inférieure entrant dans l'échangeur de chaleur,
de sorte qu'un tel échangeur de chaleur est ordinairement un accessoire mécessaire de l'instal- lation. Le procès de récupération de chaleur doit s'effectuer, naturellement, avec une perte thermique peu considérable, en n'engendrant que la moindre perte mécanique possible. Cette perte mécanique se manifeste en premier lieu dans la perte de travail qui répond à la chute de pression créée par suite de la friction du flux pendant le passage à travers l'échangeur de chaleur.
Outre cela, la quantité de matières exigée pour la construction de l'échangeur de chaleur doit être bien réduite, afin que celui-ci ne soit ni coûteux, ni lourd, ni trop encombrant.
Dans les turbines à gaz connues jusqu'ici, on a préconisé, d'une part, des dispositifs échangeurs de chaleur qui fonctionnent périodiquement: leur espace de travail rempli de matière accumulant la chaleur est inséré al- ternativement tantôt dans le courant de gaz à réchauffer, tantôt dans celui à refroidir. Ou bien encore, on a préconisé des dispositifs dans lesquels l'un des agents de travail circule dans un système de tuyaux, et l'autre en dehors des tuyaux de ce système, c'est-à-dire dans les tuyaux enveloppant ceux de l'autre système: chacun des agents de travail circule donc dans un espace de travail séparé.
Les dispositifs appartenant au premier groupe de solutions, s'ils doivent être construits avec un encombrement et une quantité de matière réduits, présentent un mauvais rendement; un autre désavantage de ces dispo- sitifs consiste en ce que les organes commutateurs à fonctionnement alternatif qui exigent aussi une commande, sont trop compliqués et trop coûteux, et en ce que, par suite des commutations, les changements de pression créés dans l'espace de travail de l'éohangeur de chaleur entraînent de leur côté égale- ment, un perte de travail additionnelle.
Quant aux dispositifs appartenant au second groupe de solutions, ils exigent une quantité orme de matière par rapport à ceux du premier grou- pe, puisque le coefficient de transmission de chaleur des surfaces de trans- mission est réduit, par suite de la construction de l'échangeur de chaleur, donc, leur encombrement est énorme ; en même temps, leurs coûts de revient sont excessifs et leur rendement est loin d'être satisfaisant.
L'invention se rapporte à une installation de turbine à gaz, munie d'un échangeur de chaleur, et à son exploitation économique, permettant l'éli- mination des désavantages mentionnés en employant un échangeur de chaleur fa- cilement réalisable, relativement bon marché, et construit de faisceaux de
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tôles aisément nettoyables, d'un rendement excellente
Pour mieux comprendre l'invention, la fig.l représente, à titre d'exemple, une vue schématique d'une installation conforme à l'invention, la fig.2 la vue d'une tôle de l'échangeur de chaleur, tandis que la fig.3 re- présente la section de cette tôle et la Fig.4 la vue de la tôle voisine à celle représentée fig.2;
la Fig.5 représente une partie de la section trans- versale et montre les nervures d'un faisceau de tôles; la fig.6 représente une partie de la section transversale d'un faisceau de tôles construit avec un nervurage d'un autre genre, La Fig.7 est une partie de la vue latérale de ce dernier faisceau de tôles. La Fig.B est la vue d'une tôle à nervures d'une autre exécution* La fig.9 représente une autre variante, La Fig.lO est la perspective d'une exécution de faisceau de tôles.
La Fig.ll est la section schématique d'un faisceau de tôles muni de raccordements d'entrée et de sortie et d'un dispositif de nettoyage, tandis que la Fig.12 représente la vue laté- rale de ce même faisceau, La Fige 14 et la fig.15 représentent à titre de va- riantes, les vues de deux faisceaux de tôles* La Fig.13 est la section sché- matique d'un échangeur de chaleur appartenant à titre d'exemple à l'instal- lation suivant l'invention. La Fig.16 est la section schématique d'un échan- geur de chaleur d'une autre exécution; enfin; la Fig.17 montre la section schématique de ce dernier dispositif.
Suivant la disposition représentée sur la Fig.1, c'est dans la boite de compresseur 1 que le compresseur destiné à comprimer l'agent de tra- vail frais entrant pari'orifice d'entrée 2 a été placé* Ce compresseur est entraîné, par l'intermédiaire de l'arbre 3, par la turbine proprement dite, disposée dans la boite de turbine 4. Le gaz quittant le compresseur, comprimé à une pression supérieure, arrive par la conduite 5 dans l'échangeur de cha- leur 6, et, en passant par celui-ci, il absorbe la chaleur des gaz fatigués quittant la turbine et entrant dans l'échangeur de chaleur par le tuyau 7, et, ensuite, il quitte liéchangeur de chaleur par le tuyau 8.
Après celas l'agent de travail arrive, au moins en partie, dans la chambre de combustion 9, où il se réchauffe par suite de la combustions pour arriver ensuite dans la turbine où il se détend tout en accomplissant son travail; après, il quit- te l'espace de travail de la turbine par le tuyau 10* Le tuyau 10 se raccorde à la conduite 7 déjà mentionnée, par laquelle les gaz quittant la turbine arrivent dans l'échangeur de chaleur. Ici, les gaz fatigués passent leur cha- leur à l'agent de travail frais, pour quitter l'échangeur de chaleur par le
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tuyau 11.
L'éghangeur de chaleur employé dans cette installation de turbine à gaz sert, suivant l'invention, au réchauffage des gaz à pression supérieure par les gaz à pression inférieure, Il consiste, de préférence, en un faisceau ou en plusieurs faisceaux composés de tôles ayant dans leur partie efficace la même forme et étant écartées, l'une par rapport à l'autre, de préférence par des nervures denses ou par un autre moyen quelconque, asemblées, serrées, éventuellement soudées ou brasées ensemble par endroits.
Un côté des tôles du faisceau forme la surface latérale de limite de l'espace de passage de l'agent émetteur de chaleur, l'autre côté celle de l'agent absorbeur de cha- leur, tout en séparant d'une façon étanche les espaces entre les tôles par la fermeture partielle (serrage, brasage ou soudage) des bords de tôles dans le sens du flux ; cette façon, en omettant partiellement la fermeture le long des bords de tôles, on arrive à créer respectivement aux endroits d'en trée et de sortie, des orifices destinés à l'admission et la vidange indépen- dants des agents de travail émetteur et absorbeur de chaleur.
Une tôle destinée au faisceau d'un tel échangeur de chaleur est représentée fig.2, selon laquelle, aux extrémités de tôle, les prolongements d'entrée et de sortie 13 et 14, de préférence, ogivaux ou triangulaires se raccordent à la partie médiane prolongée de la tôle 12. Aux côté longitudinaux de la tôle, entre deux tôles voisines, les bandes intercalaires 17 et 18 sont insérées, étant assemblées avec les tôles d'une manière convenable, par exem- ple par soudage.
Ces bandes s'étendent, comme les prolongements des bandes 17 ou bien comme les bandes séparées 18, le long d'un coté des prolongements d'entrée et de sortie 13 et 14; elles ne sont omises qu'aux deux côtés res- tants de ces prolongements, soit de la manière représentée fig.3 par les ban- des 17 et 18 mentionnées, soit comme c'est indiqué fig.4, pour les prolonge- ments d'entrée et de sortie 21 et 22 par les bandes 19-20. On obtient les faisceaux composant l'échangeur de chaleur en superposant alternativement les tôles munies de bandes intercalaires disposées suivant Fig. 2 et 4 et en assemblant les bandes intercalaires et les tôles s'appuyant sur elles d'une manière étanche selon une des méthodes déjà mentionnées.
De cette façon, on obtient, aux côtés des prolongements d'entrée et de sortie, alternativement des orifices d'entrée et de sortie; un groupe de ceux-ci sera ouvert vers . ltun des côtés de ces prolongements (par exemple suivant fig.2) et l'autre groupe vers l'autre côté (par exemple suivant fig.4). Compte tenu de ce que @
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les pressions des agents émetteur et absorbeur de chaleur ne sont pas égales, il faut pourvoir à l'absorption de la surpression, pour éviter que l'écart des tôles voisines ne subisse un changement pendant l'exploitation.
C'est à ce but que servent les nervures 23 représentées Fig.3 qui montre la section de la tôle fig.2; nervures qui peuvent être créées de préférence au moyen d'impres- sion dans la tôle* Dans le cas de l'exécution selon la figure, les nervures des allongements d'entrée et de sortie, destinées à la conduite du même agent de travail, poursuivent essentiellement le même sens} il en résulte que les parties de l'agent entrant aux divers endroits de l'orifice d'entrée parcou- rent, entre les tôles et les nervures de oonduite, des ohemins d'une longueur égale et, par conséquent, ils traverseront 116changeur de chaleur à vitesse égale.
La Fig.5 représente la section A-A du faisceau obtenu par la superpo- sition des tôles; elle montre d'une part les bandes intercalaires 17 à assem- bler avec les tôles par brasage ou soudage, d'autre part, les nervures 23 ef- fectuant ensemble avec les bandes l'appui des tôles, Compte tenu de ce que la transmission de chaleur des tôles dépend en grande mesure de la distance entre les tôles, on devra apporter le plus grand soin à ce que les tôles ne soient pas déformées par la surpression mentionnée, Par conséquent, la dis- tance D des nervures imprimées dans les tôles ne pourra pas dépasser l'épais- seur des tôles, multipliée par 50.
Vu lee tôles suivant fig.2 et 4, l'agent de travail à réchauffer entre dans le faisceau par exemple dans le sens de la flèche 24 et il le quitte dans le sens de la flèche 25, tandis que l'agent de travail émettant la chaleur entre dans le faisceau dans le sens de la flèche 26 et il en sort dans le sens de la flèche 27* Par conséquente la partie pour ainsi dire efficace des tôles de l'échangeur de chaleur travaille en contre- courant, ce qui permet une excellente transmission de chaleur.
Dans le cas de cette disposition, les orifices d'entrée et de sortie du faisceau sont dispo- sés de façon que deux orifices qui ne communiquent pas entre eux n'appartien- nent pas au même agent de travail (par exemple les orifices 13 et 27 ou 13 et 26) Ou se trouvent plus près l'un de l'autre que deux orifices communiquant à travers l'espace de passage entre les tôles (par exemple les orifices 13 et 14).
La fig. 8 représente une exécution des tôles selon laquelle l'un des agents de travail entre dans le faisceau le long des arêtes 28 d'une ma- nière analogue à la solution suivant Fig. 2 et 4 respectivement, pour quitter le faisceau le long des arêtes 29, tandis que l'autre agent de travail entre
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le long des arêtes 30 et sort le long des arêtes 31 ; dans cet exemple cependant les nervures 32 sont interrompues dans le sens longitudinal et, outre cela, eiles forment un angle avec le sens du flux.
Cette disposition a pour but de créer des tourbillons dont les axes correspondront à ceux du flux ; latransmission de chaleur est considérablement augmentée par ces tourbillons , sans augmenter la résistance de passage au-delà de la mesure nécessaire à l'augmentation de la transmission de chaleur.
Outre cela, on peut effectuer l'étayage des tôles du faisceau de plusieurs manières différentes. L'exemple, représenté Fig.6 en section, montre les tôles 33 et 34 superposées directement, tandis que, entre deux paires de tôles formées de cette faqon, se trouve insérée la bande intercalaire 35; les nervures pressées dans la tôle sont exécutées de façon que les tôles 33 et 36 s'appuient l'une contre l'autre à l'aide de leurs nervures pressées l'une au- dessus de l'autre, tandis que la distance nécessaire entre les tôles 33 et 34 n'est maintenue que par les courtes nervures d'appui pressées dans la tôle à certains endroits.
Dans le cas d'une telle disposition, il convient d'employer l'espace entre les tôles 33 et 34 pour l'agent de travail à pression supérieu- re, et l'espace entre les tôles 35 et 36 pour l'agent de travail à pression inférieure. Dans ce cas, les tôles 33 et 36 sont bien étayées contre la pres- sion supérieure par le grand nombre de nervures, tandis que, pour appuyer les foies 33 et 34, il suffit d'employer un nombre réduit de nervures courtes , puisque celles-ci ne sont pas soumises à compression. Au cas de cette disposi- tion, les bandes intercalaires 35 peuvent être exécutées suivant la figure 7 représentant la vue latérale de la Fig. 6, de sorte que, étant interrompues à certains endroits, elles créent les interstices 37, Cela peut se faire, parce que les bandes intercalaires ferment l'espace de l'agent de travail à pression réduite.
La pression de ce dernier est, de préférence, égale à celle du milieu ambiant ; donc, il ne faut pas pourvoir à une étanchéité trop soigneuse. Cette interruption des bandes intercalaires comporte l'avantage de l'élimination ou dé la réduction considérable de la perte causée par la capacité de transmis- sion de chaleur des bandes intercalaires, perte qui se manifeste dans la trans- mission de chaleur se dirigeant de l'extrémité chaude de l'échangeur de chaleur vers l'extrémité froide.
Au cas où les pressions des agents de travail à réchauffer et à refroidir diffèrent, comme cela arrive ordinairement dans les turbines à gaz, il convient de donner aux espaces destinés au passage des deux agents de tra-
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vail, des épaisseurs différentes, c'est-à-dire des dimmensions différentes à la distance entre les tôles voisines* En général, la distance entre les tôles limitant l'espace de passage de l'agent de travail à pression supérieure, sera inférieure à celle entre les tôles limitant la circulation de l'agent à pres- sion réduite,
Les nervures des tôles peuvent être effectuées de plusieurs ma- nières différentes, même dans le sens longitudinal; un exemple a été décrit déjà en connexion avec la fig.8.
Un autre exemple d'exécution est représenté à la fig.9 qui montre les nervures ondulées 38, destinées à augmenter la trans- mission de chaleur comme les nervures représentées fig.8.
La Plg*10 montre en perspective un faisceau de tôles. Dans cette disposition, la fermeture des espaces ne communiquant pas avec 18.orifice d'en- trée, se fait, prés des orifices d'entrée des faisceaux, par l'assemblage di- rect, de préférence par le soudage de tôles voisines 39 et 40.
Lors de l'entrée dans le faisceau, la largeur d'interstice de l'orifice d'entrée se rétrécit successivement par suite de l'éloignement des tôles assemblées* Par conséquent, le courant gazeux ne pourra pas effectuer la contraction, ce qui amoindrit les pertes de courant* Aux pointes 41 des prolongements d'entrée et de sortie du faisceau, les orifices d'extrémité 43 triangulaires, créés entre les tôles as- semblées par paires et les bandes intercalaires 62 devront être faits étanchea (de préférence par soudage),
Les Fig. 11 et 12 représentent un faisceau de lames sans envelop- pe de fermeture extérieure, mais muni de raccordements d'entrée et de sortie, ainsi que d'un dispositif de nettoyage.
Les tôles superposées sont assemblées par les fortes tôles d'extrémité 44 et 45, par les profilés d'étayage ou nervu- res 46, 46', 46" et 47, 47', 47", ainsi que par les vis 48, 48' et 48". Outre cela, les tôles peuvent être soudées l'une à l'autre ou aux bandes intercalai- res. Le raccordement d'échappement 49 est destiné à faire échapper l'un des agents de travail, de préférence celui à pression supérieure, Ce raccordement consiste en une tôle de protection fixée sur le faisceau (par exemple soudée), tandis que l'admission de l'agent se fait au moyen du raccordement d'entrée 50 fixé ou soudé également sur le faisceau* Dans ce cas, l'agent de travail à pression réduite entre dans le faisceau le long des arêtes d'entrée 51, pour le quitter le long des arêtes 52.
Dans l'échangeur de chaleur, il peut se déposer des crasses de suie, de cendre, etc..; il est donc préférable d'en prévoir le nettoyage convenable* @
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Le nettoyage de l'échangeur de chaleur peut s'effectuer de telle sorte que dans les passages de l'échangeur, de préférence à son extrémité froi- de, on dispose des organes d'étranglement ou de fermeture, au moyen'desquels on pourra partiellement ou totalement mettre ces passades hors d'usage, ce qui fait que dans les autres passages la vitesse du gaz au;?mente considérablement A permettra de souffler les crasses des tôles de l'échangeur de chaleur vers l'ex térieur.
Un tel dispositif de nettoyage se voit Fig.11 et 12: dans les oondui- tes de raccordement 53, 53' de l'agent de travail à pression supérieure à ré- chauffer, on a disposé les soupapes d'étranglement 54, 54', fixées sur l'axe
55, Sur l'axe 55 est également claveté le bras 57 muni du galet 56, ce dernier s'appuyant sur la came 59 clavetée sur l'axe 58. Le levier 60, glaveté égale- ment sur l'axe 55, est attaché, au moyen de l'étrier 61, au bras 64 de la sou- pape d'étranglement 63 qui peut tourner autour de l'axe 62. La soupape d'étran- glement 63 est disposée dans la section de sortie de l'agent à refroidir (à pression inférieure) et convient pour l'étrangler.
Si dans la turbine à gaz on emploie un échangeur de chaleur, composé de, au moins, deux faisceaux at- tachés parallèlement, on pourra étrangler certains passages de l'éohangeur (et, au cas de deux faisceaux seulement, parallèlement attachés, les passages de l'un des faisceaux), en déplaçant l'axe 58, c'est-à-dire, en fin de comptes, les organes d'étranglement 54, 54' et 63, ce qui a pour résultat que dans les passages qui ne sont pas étranglés, le flux devenu plus fort pourra souffler les crasses vers l'extérieur.
L'échangeur représenté fig.13 contient trois faisceaux 65,66 et
67 attachés l'un à l'autre parallèlement, L'agent de travail frais à réchauf- fer entre dans l'échangeur par le tuyau 68 et en sort, après s'y être réchauffé par le tuyau 69. L'agent de travail émetteur de chaleur, dont la pression est de préférence égale à celle du milieu ambiant, entre par le tuyau 70 dans l'en- veloppe isolante 71 de l'échangeur et pénètre, à l'intérieur de celle-ci, par les orifices d'entrée 72, dans les faisceaux d'où il sort par les orifices disposés le long des arêtes 73, pour sortir ensuite de l'enveloppe de l'éohan- geur par le tuyau de sortie 74.
Ce dispositif est muni du dispositif de net- toyage représenté @@@ fig. 11 et 12; celui-ci peut être mis en fonctionnement en tounant l'axe 75 correspondant à l'axe 58 de la fig.11. Les cames et les leviers de manoeuvres sont clavetés sur cet axe, de telle façon que l'étran- glement de passage se fasse de préférence en même temps dans deux faisceaux, tandis que dans un faisceau les passages restent libres. Par le déplacement
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successif de l'axe, l'endroit de l'étranglement change de sorte que l'étran- glement des passages s'effectue périodiquement dans un certain ordre déterminé.
Il est opportun de pourvoir aussi à l'alternation périodique et constante des faisceaux à étrangler par le dispositif de nettoyage, ce qui permet d'empêcher l'obturation complète de l'échangeur. Compte tenu de ce que l'éohangeur est soumis ainsi, pendant le service, à des températures différentes, il est néces- saire ,pour éliminer les tensions nuisibles, d'utiliser dans les conduites se raccordant à l'échangeur, au moins à un endroit, un organe de dilatation. Une telle installation de dilatation (un tuyau de raccord à l'instar d'un soufflet) est représenté à la figure 13, où les tuyaux de raccord 76 sont insérés dans la conduite de l'agent à pression supérieure.
Un examen plus approfondi montre qu'un échangeur bien exploité et à pertes réduites ne peut être construit qu'aveo des faisceaux de tôles dans lesquels le parcours du gaz est inférieur à 1,2 m. Par conséquent, dans les cas où il s'agit du réchauffement ou refroidissement d'une grande quantité de gaz, il faut employer beaucoup de faisceauxassemblés en parallèle; aussi faut-il pourvoir à ce que le poids des tuyaux de raccord d'entrée et de sortie, ainsi que celui des autres accessoires similaires,ne soit pas une fraction trop importante du poids total des tôles.
Compte tenu de ceci, il est toujours op- portun d'assembler les tôles, autant que possible, au moins deux à deux, cornu me représenté sur les figures jusqu'ici décrites; on peut utiliser même des tôles assemblées à trois, tandis que, naturellement, en cas de besoin, on pourra utiliser aussi des tôles simples (non assemblées). Des faisceaux com- posés de telles tôles, munis à titre d'exemple de raccordements d'entrée et
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de sortie, sont représentès,fig*14,avec des tôles simples et,figél5,avec des tôles assemblées par trois; de même que pour l'exécution suivant fig. 11-le et 13, ils sont munis de raccordements d'admission et d'échappement simples 77-78 ou assemblés 79-80, mais seulement pour l'agent de travail à pression supérieure.
Pour l'agent* de travail à pression inférieure, on peut omettre les raccordements d'admission et d'échappement, grâce à l'assemblage selon les fig. 16 et 17 qui seront décrites ci-dessous, le poids des garnitures, décrites ci-dessus peut être en effet réduit à la valeur la plus faiblespos- sible, Par contre, il faut faire remarquer qu'au cas où la pression de l'a- gent à pression inférieure diffère de celle du milieu ambiant, on aura natu- rellement besoin de raccordements d'admission et d'échappement aussi pour ce dernier agent, mais suivant l'analogie de la disposition d'assemblage
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que l'on décrira à propos des fleures 16-17, ces raccordements peuvent être simplifiés également dans le cadre d'un éohangeur de chaleur de grand volume avec une économie de poids considérable.
Les figures 16 et 17 représentent, à titre d'exemple, la cons- truction de tels dispositifs échangeurs de chaleur de grand volume. Suivant ces figures, pour simplifier et assembler les raccordements d'admission et d'échappement nécessaires,aussi parfaitement que possible, les faisceaux 81-82 sont disposés, l'un par rapport à l'autre, de façon que, près de la jonction des orifices d'entrée et de sortie 83 et 84 des faisceaux, ce sont leurs par- ties appartennant aux agents de travail à la même pression et à la même tempé- rature qui se joignent, en laissant les canaux 85, 85' et 86,86' respective- ment à axe diagonal aux tôles du faisceau, pour répartir l'un et l'autre des agents de travail.
Ensuite, ces canaux (suivant les agents de travail respec- tifs) se raccordent aux canaux 87, 87' et respectivement 88, 88', effectuant l'admission et l'échappement des agents.
Un avantage des exemples d'exécution ci-dessus décrits, résultant de leur construction, consiste en ce que leurs surfaces de transmission de chaleur travaillent avec un coefficient de transmission de chaleur considérable; S'est pourquoi la capacité thermique d'un échangeur destiné à la transmission d'une certaine quantité de chaleur déterminée est peu considérable.
Cette cir- constance est importante au point de vue du réglage de la turbine à gaz ; en effet, si lors de la charge partielle l'échangeur travaille à une autre tempé- rature que celle à charge pleine, l'état thermique stationnaire se produira dans une installation munie d'un tel échangeur plus vite que dans les échan- geurs d'autres constructions, ce qui représente une circonstances avantageuse pour le rendement de l'installation également.
Compte tenu de ce que la perte de friction mentionnée ci-dessus et résultant du passage du gaz est autant plus grande que la vitesse de pas- sage de l'agent augmente, il convient d'employer une vitesse de passage rédui- te, mais, dans ce cas, un bon coefficient de transmission de chaleur, c'est-à- dire la bonne exploitation des tôles,ne peut être obten u qu'au cas où la distance entre les tôles est réduite, ce qui exige l'emploi d'écarts de tôles très faibles.
Le coefficient de transmission de chaleur entre l'argent en mouvement et les tôles s'élève, au cas du passage purement laminaire, à [gamma] ¯ # où .il est le coefficient de transmission de chaleur de l'agent # en repos, S - la distance entre les tôles. Pour cette raison, la distance
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entre les tôles sera de préférenee inférieure à 2 mm; toutefois, cette distance peut être réduite jusqu'à 1/2 mm. et même au-delà de cette valeur, Pour éviter que les tôles puissent fournir trop de chaleur du côté chaud de l'éechangeur vers le côté froid, il est opportun d'employer des tôles très minces* Pour cette raison, l'épaisseur des tôles sera de préférence inférieure à 1 mm., par exemple 0,3 mm.
Dans le but d'obtenir un rendement aussi bon que possible, il est impor- tant que l'agent de travail à réchauffer puisse quitter l'échangeur approximati- vement à la même température, à laquelle l'agent à refroidir y entre* Pour cela il est nécessaire qu'aux deux côtés d'une tôle quelconque le poids des agents circulant dans les interstices respectifs de l'échangeur soit égal, Cette con- s1 dition peut être satisfaite si le rapport s2 des largeurs des intestices des deux côtés des tôles est maintenu à une valeur constante* Il est également im- portant que cette condition soit remplie non seulement pour les tôles entières, mais aussi pour les bandes des parties actives des tôles, le long du passage, c'est-à-dire que le long de chaque bande des deux côtés de la tôle,
le poids des ggents en mouvement soit égal* Cette condition peut être sûrement remplie si les deux agents sont conduits de la même manière, c'est-à-dire,si le long de n'im- porte quelle ligne de passage des tôles - pour chaque agent séparément - les résistances de flux sont aussi égales.
Pour que l'installation de turbine à gaz puisse fonctionner avec un bon rendement, il est extrêmement important que l'éohangeur décrit soit uti- lisé en observant les conditions d'exploitation correspondantes* Dans le cas du passage laminaire, pour la transmission d'une certaine quantité de chaleur à une certaine différence de température et à une certaine vitesse de passage, il est exigé moins de travail de friction; donc, on pourra calculer avec une moindre perte de travail que dans le cas du passage de caractère turbulent, La condition pour que le passage entre les tôles de l'éohangeur ait un caractère laminaire, est que le nombre dit de Reynolds, caractéristique pour le passage, R=4F. cp soit inférieur à une certaine valeur critique s'élevant approximativement à 2300.
Dans cette équation, F est la section d'une partie du fluide en mouvement, K est la périphérie de cette section (voir Fig.5 la section pointillée) "c" la vitesse moyenne du flux, /0 la densité de l'agent de travail en mouvement et le coef- ficient de viscosité de l'agent. loi il faut souligner expressément que, pour décider si le flux a un caractère laminaire ou non, il est essentiel de savoir si la condition établie plus haut concernant le nombre de Reynolds est satisfaite ou non;
il importe peu que le flux lui-même soit purement laminaire dans toutes
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ses sections et respectivement à n'importe quel endroit de n'importe quelle sec- tion, puisque, compte tenu des valeurs moyennes de la formule, celle-ci peut être satisfaite même si à certains endroits du flux il se produit des turbulen- ces qui dimi=nuent successivement.
Si donc, la condition formulées par l'équation Reynolds est satisfaite par les chiffres déterminés par la formule, l'écoulement aura, même malgré les phénomènes de turbulence, un caractère laminaire; de plus, la oréation de turbulences locales, qui de leur côté ne modifient pas la condi- tion d'écoulement de caractère laminaire, est au point de vue de l'amélioration du coefficient de transmission de chaleur, non seulement admissible, mais direc- tement désirable, ce qui a été démontré ci-dessus par des exemples d'exécution pour le cas de l'emploi de tôles suivant Fig. 8 et 9.
En effet, de telles tur- bulences locales, sans augmenter sensiblement, de leur côté, la résistance de friction de l'écoulement, mêlent la couche de limite de l'agent en mouvement qui est immédiatement voisine des tôles et qui agit d'une part, comme une couche à vitesse d'écoulement réduite, d'autre part comme une couche isolante jusqu'à un certain degré contre la chaleur; donc, de cette façon, elles facilitent et amé- liorent la transmission de la chaleur.
Comme il résulte de la formule de Reynolds la satisfaction de la condition d'écoulement de caractère laminaire dépend, d'une part, de la construction de l'échangeur de chaleur et de son dimensionnement oonvenable, d'autre part, des conditions de service à choisir (par exemple de la valeur de la vitesse de passage moyenne);
donc, à l'aide des échangeurs dé- crits dans le cadre de cette invention et à l'aide du dispositif suivant l'in- vention on peut en tout cas créer et maintenir cet état de service important et avantageux pour le fonctionnement de l'installation de turbine à gaz, tout en utilisant un échangeur de la construction la plus convenable, approprié même au point de vue du fonctionnement de l'installation de turbine à gaz,
A titre d'exemple, dans une installation de turbine à gaz qui travaille à une pression constante et dans laquelle l'agent de travail est com- primé par le compresseur à partir de la pression atmosphérique dusqu'à la pres- sion absolue de 2 atm. et où, en outre, la température régnant à l'entrée dans la'turbine est de 450 C., il faut introduire dans l'agent de travail, au cours de la combustion, une quantité de chaleur de 27,5 cal.;
par contre, l'agent de travail absorbe dans l'échangeur une quantité de chaleur de 64 cal. par kg. en- viron. Donc, la quantité de chaleur totale à introduire est augmentée, par la perte de chaleur de 10% de l'échangeur, de 23,5 %. Par conséquent, le rendement global se réduit de la même valeur.
Dans cette installation, le travail utile correspondant à 1 kg. de gaz passant par la turbine s'élève à 4270 kgm. environ;
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donc, toute perte de pression de 1/100 atm. dans l'échangeur amoindrit le travail utile de 200 Kgm. environ* Le rendement est donc diminué de 4,7% en- viron, Ces chiffres prouvent que l'éohangeur doit fonctionner au-delà de toute pratique usuelle technique, d'une manière excellente, pour éviter que le rende- ment de la turbine à gaz ne soit réduit au point de rendre la réalisation de la turbine à gaz économiquement impossible.
Si l'on tient compte de la condition de service mentionnée ci-dessus, l'installation de turbine à gaz suivant l'in- vention, munie de l'échangeur de chaleur décrit, permet , grâse à sa construc- tion, de remplir cette condition; elle satisfait facilement toutes les exigences qui peuvent être pourtant difficilement remplies et auxquelles une autre instal- lation de turbine à gaz, munie d'un échangeur de chaleur quelconque, bien que approprié à certains autres emplois techniques, ne pourrait pas répondre.
En effet, l'échangeur décrit, non seulement parce qu'il permet un passage laminaire mais aussi grâce à une disposition et à des dimensions convenables, permet de réduire au minimum la résistance de passage des agents de travail, dôme la perte qui en résulte et qui influence le rendement global d'une façon sensible;
cette réduction de la résistance de passage peut se faire sans affecter le coefficient de transmission de chaleur et même en l'améliorant d'une façon considérable,
Pour pouvoir obtenir ces avantagea, par contre, un rôle important revient au point de vue mentionné plus haut, selon lequel dans les espaces de travail de l'échangeur de chaleur les agents de travail doivent être maintenus en mouvement comme il résulte de ce qui précède partout.que aux mêmes condition de travail;/ ci est rendu possible d'une façon très satisfaisante à l'aide de l'échangeur de chaleur composé de faisceaux de tôles de la façon décrite et a un coefficient de transmission athermique élevé.
L'échangeur de chaleur décrit est par conséquent un accessoire important et avan- tageux de l'installation de turbine à gaz et grâce auquel l'économie du service de l'installation entière peut être Influencée d'une façon décisive*
Dans l'échangeur de chaleur, s'il travaille à une haute tempéra- ture, il convient d'employer (au moins dans la proximité de la partie la plus chaude) des tôles construites d'une manière convenable et résistante5 à la cha- leur.
Le compresseur, la turbine à gaz proprement dite, ainsi que les autres accessoires de l'installation entière, seront naturellement construite confor- mément au niveau actuel des sciences techniques; donc pour autant qu'ils soient suivant nos connaissanceshactuelles, construites de manière à donner un bon rendement global, ils peuvent'être réalisés d'une manière quelconque dans le cadre de cette invention; on peut employer plus d'un compresseur ou plus d'une
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turbine qui son%%éventuellement indépendantes l'une de l'autre au point de vue mécanique.