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"PROCEDE DE REGLANE D'INSTALLATIONS A TURBINES A GAZ"
Dans les installations à turbines à gaz avec combustion à pression constante, il est nécessaire, eu égard au rendement, de maintenir la température du gaz moteur, à toutes les charges, aussi haute que le permet la sécurité de travail des aubes. Lors- que la détermination de la température du gaz moteur s'opère par le mélange avec de l'air froid, chaque charge de la turbine exige une quantité d'air déterminée et celle-ci exige, dans le cas de compresseurs centrifuges, la rotation du compresseur à un nombre do tours bien déterminé;, si l'on veut que l'installation fonc- tionne avec un bon rendement.
Pour cette raison, on fait, pour autant que ce soit possible,
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travailler à un nombre de tours variable la turbine à gaz entra!- nant son compresseur, ou bien on exécute avantageusement l'ins- tallation avec plusieurs arbres, en donnant un nombre de tours constant à la turbine fournissant la puissance utile, mais un nombre de tours variable à la ou aux turbines à gaz entraînant le compresseur.
Le réglage s'en trouve en tous cas rendu plus difficile, étant donné que, sans prendre des dispositions spécia- les, il est impossible, lors d'accroissements importants et brus- ques de la charge, d'accélérer la turbine avec son compresseur assez rapidement jusqu'au nombre de tours qui est nécessaire pour que le compresseur fournisse la quantité d'air correspondant à la nouvelle aharge. Il est vrai que le combustible nécessaire pour une augmentation de la puissance pourrait être immédiatement introduit et brûlé sans inconvénients, puisqu'il trouverait plus qu'assez d'oxygène dans l'air froid, mais cette disposition n'est toutefois pas directement admissible, parce qu'il en résulterait des températures beaucoup trop élevées.
Une augmentation de tempé- rature seule, sans augmentation simultanée de la quantité de gaz moteur, ne suffirait d'ailleurs pas pour produire le travail d'accélération nécessaire.. En plus du moyen de refroidissement, il faut donc également prévoir un moyen moteur additionnel immé- diatement disponible.
Suivant l'invention, il est proposé, pour le réglage d'iris- tallations à turbines à gaz comportant un ou plusieurs arbres, dont un au moins tourne à un nombre de tours variant avec la charge, d'ajouter aux gaz moteurs, et ce seulement pendant le réglage, de l'eau ou de la vapeur d'eau, afin d'accélérer l'opé- ration de réglage.
Il a déjà. Pté souvent proposé d'ajouter de l'eau aux gaz moteurs des turbines à gaz, afin de maintenir ces gaz à une basse température ; il est également connu d'opérer le refroidissement
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à l'aide de vapeur ou, avant tout, d'augmenter la puissance des turbines à gaz, par l'addition de vapeur. Cette addition se fai- sait toutefois toujours d'une façon continue, c'est-à-dire pen- dant la marche normale, et se traduisait donc toujours par une diminution du rendement de l'installation, pour autant que la vapeur n'était pas due uniquement à des chaleurs perdues qui ne pouvaient pas être utilisées autrement.
Dans le cas actuel, l'injection d'eau ou l'addition de va- peur ne s'opère que pendant le temps très court qui est nécessaire pour produire l'accroissement du nombre de tours exigé par les augmentations de la charge* Ce temps est tellement court qu'une diminution éventuelle du rendement ne joue aucun rôle. Si la- vapeur est produite par de la chaleur perdue, on évite également dans ce cas toute réduction du rendement.
Dans le cas de turbines à gaz entraînant dea compresseurs de charge pour des machines à combustion à pistons, il a également déjà été proposé d'accélérer l'opération de réglage à l'aide d'air comprimé qui était emmagasiné dans des bouteilles et qu'on diri- gaait sur la roue de turbine, ensemble avec les gaz moteurs ou séparément par des ajutages spéciaux. Ce procédé pouvait bien être envisagé pour les puissances relativement faibles des sus- dits dispositifs de charge, mais est bien trop peu économique, trop encombrant et trop coûteux pour les installations à turbines à gaz, où il s'agit de machines principales.
A titre d'exemple, une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est représentée au dessin schéma- tique annexé. Cet exemple concerne une installation comportant deux turbines à gaz, une chambre de combustion commune et faisant usage de vapeur pour accélérer l'opération de réglage. L'air atmosphérique est aspiré par le compresseur 1, comprimé et amené dans la chambre de combustion 2, dans laquelle le combustible est brûlé.
Après la sortie de la chambre de combustion, le gaz moteur est amené, d'une part, dans la turbine 3 fournissant la
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puissance utile, laquelle turbine entrafne à, un nombre de tours constant la génératrice de courant 4, et, d'autre part, dans la deuxième turbine 5 qui transmet sa puissance au compresseur 1 et tourne à un nombre de tours variable. Pour la mise en marche, le groupe compresseur est entraîne par le moteur de démarrage 6.
Le régulateur de vitesse 7 détermine, par 1'intermédiaire a'une coulisse ou guide curviligne 8, la position de la soupape de combustible 9, qui est actionnée par un piston moteur 10 et son piston distributeur 11. Lorsque, par exemple, le nombre de tours de la génératrice de courant 4 dbainue par suite d'une prise en charge, la soupape de combustible 9 est ouverte davantage, de sorte que la température des gaz moteurs s'élève et que les tur- bines 3 et 5 peuvent développer une puissance plus forte. Le réglage du nombre de tours du groupe compresseur est réalisé par l'intermédiaire d'un deuxième guidage curviligne 12, tandis que la répartition de la transmission de puissance des gaz moteurs aux deux turbines est réglée par l'intermédiaire d'un troisième guidage curviligne 13, d'un piston distributeur 14 et d'un piston moteur 15.
Dans l'exemple illustré, il est prévu deux organes d'étranglement 16 et 17 qui produisent alternativement l'étrangle- ment des gaz devant l'une ou l'autre des turbines. Sous l'effet d'une charge, par exemple, la position du régulateur de vitesse 18 reste d'abord inchangée, tandis que le guidage curviligne 13 est soulevé par la tringlerie, de sorte qu'en premier lieu, la soupape 16 est complètement ouverte (si elle n'était pas déjà ouverte), et que la soupape 17 commence à se fermer. Il en résulte que la puissance de la turbine 5 croîtra jusqu'à ce que le nombre de tours du compresseur ait atteint la valeur requise.
Lorsque celle-ci est atteinte, le régulateur de vitesse 18 ramène de nouveau, par l'intermédiaire du guidage curviligne 13, la répar- tition de la puissance entre les deux turbines à un point tel que le nombre de tours du compresseur ne subit plus d'augmentation ni de diminution.
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Au lieu des organes d'étranglement 16 et 17, on peut égale- ment prévoir des soupapes de mélange, qui ajoutent aux gaz moteurs de l'air froid pris à la tubulure de refoulement du compresseur, ou bien les turbines peuvent être munies d'une distribution d'ad- mission.
Lors d'une brusque et grande diminution de charge, le système de réglage fonctionne directement d'une manière convenable : tout d'abord, la température du gaz moteur subira immédiatement un abaissement important par suite de la réduction du combustible, mais alors la quantité d'air se trouvera réduite par suite de la diminution progressive du nombre de tours du compresseur, de sorte que la température montera de nouveau. Lors d'une forte charge brusque, il se produirait toutefois provisoirement une température élevée intolérable des gaz moteurs. Mais suivant l'invention, un organe régulateur entre en action à ce moment, lequel organe pro- duit une addition d'eau ou de vapeur d'eau aux gaz moteurs. Dans l'exemple illustré, un thermostat 19 agit dès que la température a atteint sa valeur maximum admissible.
Par l'intermédiaire du récepteur 20, ce thermostat produit, par voie électrique ou méca- nique, le mouvement du piston distributeur 21, qui contrôle le piston moteur 22. Celui-ci actionne la soupape 23, par laquelle, conformément à l'invention, de la vapeur est insufflée dans le circuit du gaz moteur.
Comme montré dans l'exemple de réalisation illustré, l'intro- duction de vapeur peut se faire dans la chambre de combustion, mais elle peut également s'opérer dans la canalisation de gaz moteur, ou directement devant la turbine, ou même dans un autre étage de la turbine. L'ajoute de la vapeur produit une augmentation du volume du gaz moteur. Comme le pouvoir d'absorption de la turbine n'est toutefois pas modifié, il devrait se produire un accroissement de pression qui provoquerait une diminution de la masse déplacée par le compresseur dans la zone de pompage. Pour
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éviter cet inconvénient, on prévoit des ouvertures supplémentaires qui sont ouvertes pendant l'opération de réglage.
Ces ouvertures supplémentaires peuvent être formées par des groupes spéciaux de tuyères, ou des aubes directrices ou des aubes mobiles, dont les sections transversales de passage sont augmentées par le déplace- ment angulaire de ces aubes, ou encore des conduites de dérivation par lesquelles on peut sauter quelques étages d'une même turbine ou, dans le cas de plusieurs turbines branchées l'une derrière l'autre, sauter des turbines entières ou bien les brancher en parallèle l'une par rapport à l'autre. On peut aussi prévoir une turbine spéciale qui n'entre en action que pendant l'opération de réglage.
Dans le présent exemple d'exécution, l'augmentation de section transversale est produite par l'introduction du fluide moteur dans un étage supérieur de la turbine entraînant le compresseur.
Le conduit de dérivation 28 est fermé pendant la marche normale,, Lorsque le piston moteur 22 se met en mouvement, il ouvre simul- tanément la soupape d'injection de vapeur 23 et le clapet monté dans le conduit 28.
La vapeur utilisée pour accélérer l'opération de réglage peut, comme signalé ci-dessus, être produite par la chaleur perdue de la turbine à gaz ou bien par des chaudières chauffées spécia- lement, pendant des périodes de travail plus longues. Afin de disposer immédiatement d'une quantité de vapeur suffisamment grande, cette vapeur est toutefois avantagusement accumulée dans un réservoir 24 à différence de niveau muni d'une soupape de retenue 25 et d'un purgeur d'eau de condensation 26.
Dans le cas où les opérations de réglage se répètent en grand nombre en peu de temps, il peut arriver que la production de vapeur ne suffit plus pour maintenir une pression minimum déterminée dans le ré- servoir de vapeuro Dans ce cas critique, l'accélération par l'ad- dition de vapeur peut être momentanément remplacée, ou plutôt
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rendue superflue, par le fait qu'on laisse tourner à pleine vitesse ou à peu près à pleine vitesse, la turbine qui fonctionne à un nombre de tours variable, de façon que le compresseur soit sans retard an état de fournir la quantité Maximum d'air. Ce fonctionnement diminue évidemment le rendement, ce qui est cepen- dant sans importance puisque ce cas exceptionnel ne se présente que rarement et est d'ailleurs de courte durée.
Pour pouvoir réaliser ce fonctionnement critique, on a prévu le dispositif 27, dont le piston moteur 31 influence la position fondamentale de la tringlerie de réglage du régulateur 18, de telle façon que la quantité de gaz moteur nécessaire pour attein- dre la pleine vitesse soit fournie à la turbine (5) considérée, à l'intervention des dispositifs 14,15, 16 et 17.
Pendant la marche normale, il existe dans le réservoir 24 une pression qui exerce sur le piston 31 une force qui dépasse celle du ressort 29, de sorte que la tringlerie de réglage se déplace toujours sans perturbation de la manière déterminée par le guidage curvi- ligne 12. Ce n'est que lorsque la pression de vapeur est tombée au-dessous d'une pression minimum déterminée, par suite de l'épui- sement du réservoir de vapeur, que le ressort 29 parvient à sou- lever la tringlerie du guidage curviligne 12 et à opérer le réglage à un nombre de tours plus élevé.
Au lieu de vapeur, on peut également mélanger de l'eau aux gaz moteurs. Dans ce cas, la quantité de combustible doit être immédiatement augmentée dans une mesure encore plus forte, puis- qu'il faut alors produire non seulement la chaleur de surchauffe pour la vapeur, mais aussi la chaleur de vaporisation pour l'eau injectée. L'air nécessaire à la combustion de ce combustible est de nouveau prélevé sur l'air froid, jusqu'au moment où la soufflerie est en état de fournir seule la quantité de fluide moteur correspondant à la nouvelle charge. Dans ce cas également,
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c'est le thermostat 19 qui provoque la mise en marche de l'in- jection d'eau. Le réservoir 24 est remplace par un récipient d'eau à cloche d'air.
La quantité d'eau nécessaire, qui est relativement faible, peut toutefois être fournie directement par une pompe.
Au lieu du thermostat 19, on peut également employer d'au- tres dispositifs produisant des impulsions. Ainsi, par exemple, des régulateurs de mélange, qui ajustent immédiatement le rapport entre les quantités de combustible et d'air comburant. La quan- tité de combustible peut, dans ce cas, être mesurée par la mesure de la quantité passée ou simplement par la position de la soupape de combustible, ou encore par une grandeur correspondant à cette position (dans l'exemple illustré, le nombre de tours de la tur- bine produisant la puissance utile), tandis que la quantité d'air est déterminée également par la mesure de la quantité passée ou par le nombre de tours du compresseur.
REVENDICATIONS.
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1 - Procédé de réglage d'installations à turbines à gaz, comportant un ou plusieurs arbres, dont un au moins tourne à un nombre de tours variant avec la charge, caractérisé cn ce que, afin d'accélérer l'opération de réglage, de l'eau ou de la vapeur d'eau est ajoutée aux gaz moteurs d'au moins une turbine, pendant la durée de l'opération de réglage seulement.