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z"PROCEDE DE REGLAGE D'INSTALLATIONS DE PRODUCTION DE GAZ CHAUDS SOUS PRESSION, A L'AIDE D'UNE TURBINE A GAZ"
Malgré le rendement encore modeste qu'elle a aujourd'hui, la turbine à gaz à combustion continue convient pour actionner des compresseurs servant à fournir de l'air comprimé à haute température, tel qu'on l'utilise dans les industries chimiques ou métallurgiques, parce que, avec la turbine à gaz, cette commande devient très simple. On peut en effet utiliser- comme agent moteru delaturbine à. gaz les gaz mêmes qui servent à chauffer l'air comprimée pour autant que l'on travaille avec. des appareils à chauffer le vent dont le côté
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gaz de chauffe est aussi sous pression, donc suralimenté.
La chambre de combustion est alors commune au réchauffeur d'air et à la turbine. L'installation devient encore plus simple et plus économique si l'on réunit aussi en un même appareil la soufflante (compresseur d'air utile) et le compresseur qui fournit l'air comburant servant à préparer le gaz de chauffe et le gaz moteur. Il devient alors possible d'utiliser des procédés de réglage qui se distinguent également par leur simplicité, et qui constituent l'objet de la présente invention.
Le présent procédé de réglage consiste à régler la température, la pression et le débit d'air utile en faisant actionner par un thermostat une soupape au moyen de laquelle le rapport des quantités d'air qui passent respectivement dans la chambre de combustion et directement à la turbine à gaz par une conduite de by-pass se trouve modifié, ensuite de quoi la variation de la vitesse et de la puissance qui en résulte pour la turbine à. gaz entraîne une modification de la fourniture d'air, laquelle modification agit à son tour sur le combustible par l'intermédiaire d'un indicateur de débit.
Le réglage de turbines à gaz indépendantes par thermostat, dans lequel ce thermostat peut être monté par exemple dans la conduite d'échappement du gaz et agit directement sur l'admission du combustible, est connu. Il a également été proposé, dans des turbines à gaz indépendantes ou des turbines qui actionnent le groupe de suralimentation de générateurs de vapeur à foyer sous pression ou dispositifs analogues, de régler la température de combustion ou celle du gaz moteur en amenant directement à la turbine à gaz de l'air froid dont la quantité est déterminée par un thermostat. Dans tous les cas, la température qui met en action le thermostat
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est celle du flux du gaz moteur qui entre dans la turbine ou qui en sort.
Dans le cas présent, par contre, il ne s'agit pas d'une turbine à gaz seule, mais d'une installation des- tinée à produire le plus généralement de l'air comprimé qui doit être fourni en quantité déterminée et à une température également déterminée et où l'on utilise les mânes dispositifs de chauffage pour chauffer les gaz moteurs de la. turbine à gaz et l'air utile. Conformément à la position du problème., qui est de fournir de l'air utile en quantité déterminée, et à une température déterminée, les impulsions de réglage partent de dispositifs de mesure qui sont montés au point où l'air utile est délivré.
La Fig. l du dessin annexé représente schématiquement, et à titre d'exemple, une installation avec les détails nécessaires pour mettre en oeuvre le procédé de réglage suivant l'invention. 1 désigne la turbine à gaz proprement dite, 2 le compresseur commun pour la fourniture du vent (air utile-) et de l'air comburant, 3 est un exhausteur si l'on se sert, comme combustible, de gaz, par exemple de gaz de haut-fourneau..
4 est la chambre de combustion commune pour la chauffage du vent.et du gaz moteur, laquelle est aussi, le plus souvent, 'réunie avec les surfaces chauffantes 5 de l'étage supérieur de l'appareil chauffe-vent.
L'air comprimé produit dans le compresseur 2 est tout d'abord conduit à travers un réchauffeur 6 chauffé par les gaz d'échappement de la turbine à gaz 1, après quoi le flux d'air se divise en plusieurs parties. Une partie passe par la conduite 7 comme air utile dans l'appareil chauffevent ; une deuxième partie sert d'air comburant et va par le brûleur 8 dans la chambre de combustion, puis de là après avoir cédé une partie de sa chaleur, comme gaz moteur à la
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turbine à gaz; une troisième partie est conduite directement à la turbine à gazpar une conduite de by-pass 9. Cette conduite 9 est pourvue d'aune soupape de réglage 10 dont la position est sous l'influence d'un thermostat 11 intercalé à l'endroit où l'air chaud sort du chauffe-vent.
En général, la température du vent chaud, et à plus forte raison la température de sortie des gaz de chauffe provenant du chauffevent sera plus élevée que celle que l'on peut tolérer pour les gaz moteurs à l'admission de la turbine à gaz. C'est pourquoi une certaine quantité d'air passera, toujours par la conduite de by-pass, comme air de refroidissement, à la turbine à gaz. Si la température du vent chaud diffère de la valeur désirée, par exemple si elle est trop faible, le thermostat 11 ouvre la soupape 10, de sorte qu'il passe alors moins d'air par la chambre de combustion et le chauffe-vent, tandis qu'il en passe davantage par la conduite de by-pass.
La température du vent augmente, puisque celle des gaz de chauffe a monté, mais que la quantité d'air à chauffer a diminué. Cette diminution de la quantité de vent fait que l'indicateur de débit 12 accuse un manque et fait augmenter l'admission du combustible en 13. De ce fait, il arrive plus de combustible dans la chambre de combustion, la température des gaz moteurs s'élève, et entraîne un relèvement de la puissance et de la vitesse de rotation de la turbine à gaz. Le compresseur fournira plus d'air jusqu'à ce que l'indicateur de débit 12 indique à nouveau le débit correct. En même temps, le thermostat 11 ramène la soupape de réglage 10 de la conduite de by-pass dans sa position initiale.
Lorsque le débit n'a pas la valeur désirée, le processus de réglage se déroule d'une manière analogue. S'il y a excès de débit d'air l'admission du combustible se trouve
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réduite, par exemple par l'indicateur de débit 12. Toutes les températures s'abaissent. Par suite, diminuent également la puissance développée par la turbine à. gaz et la fourniture d'air. En même temps, la température de l'air est contrôlée par le thermostat 11, et l'écart qu'elle accuse par rapport à. la valeur désirée est compensé par la soupape de réglage 10 avec de l'air du by-pass.
Pour le réglage du combustible, on a diverses possibilités. On peut, par exemple dans le cas du chauffage au gaz, régler au moyen d'une soupape de laminage 13 l'exhausteur 3 actionné par la turbine à gaz, mais on peut aussi ajuster le débit de gaz à la valeur voulue, au moyen d'une soupape de décharge. On peut encore faire entraîner l'exhausteur aussi par un moteur distinct (16, Fig. 2) et régler ca dernier.
On peut également permuter la liaison entre l'émet- teur d'impulsions et les dispositifs de réglage ; ainsi qu'on peut faire régler le débit de combustible par le ther" mostat 11, et la quantité d'air passant par le by-pass, par l'indicateur de débit 12;l'ordre de succession des opérations de réglage se trouve ainsi changé, mais le résultat reste le morne.
Dans certaines installations, on demande non pas le réglage du débit d'air chaud, mais celui de la pression. Dans ce cas, on remplace l'indicateur de débit 12 par un indicateur de pression qui agit soit sur le débit de combustible, soit sur la quantité d'air passant par le by-pass.
Pour éviter la perte par étranglement dans la soupape de décharge, on peut, lorsque les résistances à l'écoulement dans la chambre de combustion et l'échangeur de chaleur sont relativement importantes, prélever l'air pour la conduite de by-pass à un étage de pression moins élevé du compresseur (conduites 17 et 17 ) On pourrait aussi faire servir la chute
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de réglage à produire un travail utile, par exemple dans une turbine spéciale d'amont ou dans une roue montée en amont dans la turbine principale. Le réglage du débit s'effectue alors de préférence en faisant varier le nombre de tuyères en service.
La Fig. 2 montre schématiquement le cas d'une turbine d'amont 14 accouplée à la turbine principale 1. Les tuyères 15 sont ouvertes successivement par le thermostat 11.
Pour la commande de la pompe à combustible ou de l'exhausteur 3, on utilise un moteur 16 dont la vitesse est réglée par exem ple par l'indicateur de débit 12.
Il peut être également avantageux de maintenir la pression du gaz moteur de la turbine à gaz, c'est-à-dire celle de l'air comburant et celle de l'air de mélange, ou bien seulement celle de l'air comburant, plus élevée que la pression de l'air utile. Dans ce cas, on prend l'air utile par soutirage à un étage intermédiaire du compresseur, ou bien on achève de comprimer soit l'air comburant et l'air de mélange, soit l'air comburant seul, dans un étage supplémentaire du compresseur ou dans un compresseur spécial. Lorsque les pressions des différentes sortes d'air sont différentes, on peut utiliser un réchauffeur d'air commun, si les chambres qu'il comporte du côté air sont compartimentées en conséquence, comme le montre la. Fig. 1 en 18, 18'.