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et INSTALLATION A TURBINES A GAZ"
Le rendement de la compression de l'air présente une impor- tance capitale pour la réalisation de la turbine à gaz. A cet effet, on utilise avantageusement des turbo-compresseurs, spécia- lement ceux du type axial, puisque ce genre de machines atteint un rendement particulièrement élevé.
Il est également connu de comprimer l'air dans un appareil appelé échangeur de pression à roue cellulaire, qui combine la compression de l'air et la détente des gaz de combustion. Les cellules de l'échangeur de pression introduisent par éclusage, dans une chambre à pression plus élevée, l'air devant être comprimé et évacuent par éclusage, à un autre endroit, le gaz de travail devant être détendu.
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L'installation à turbines à gaz suivant l'invention consiste en une combinaison de turbo-machines avec au moins un échangeur de pression à roue cellulaire, servant d'étage supérieur. L'avan- tage de cette combinaison réside dans le fait qu'à l'aide de l'échangeur de pression à roue cellulaire, on obtient d'une manière plus économique des pressions plus élevées de compression, que dans le cas où la compression totale s'opère uniquement au moyen de turbo-,soufflantes. Les échangeurs de pression à roue cellulaire présentent notamment l'avantage qu'ils combinent la compression et la détente dans une seule machine, qu'ils sont plus simples, au point de vue mécanique, que les turbe=compresseurs, qu'ils tolèrent,
en outre des températures beaucoup plus élevées que des turbines à gaz ordinaires et permettent également de déplacer, avec un bon rendement, des volumes relativement faibles, de sorte qu'ils conviennent bien comme étage à haute pression.
Les dessins annexés montrent quelques exemples de réalisation d'installations selon l'invention.
La Fig. 1 représente schématiquement, principalement en coupe longitudinale, une installation à turbines à gaz, dans laquelle 1 désigne un compresseur préliminaire, établi sous la forme d'une soufflante axiale à étagea multiples, et 2 le rotor de ce compres- saur. 3 désigne les premières rangées d'aubes. L'air entre en 4 et arrive en 5 dans l'échangeur de pression 6 à roue cellulaire, qui sera, dans la suite, appelé simplement échangeur de pression.
La Fig. 2 montre une vue en coupe transversale de celui-ci. L'échan- geur de pression est constitué par le boîtier 7 et une roue cellu- laire 8. Cette roue peut être entrainée par l'arbre 9, mais peut aussi être maintenue en rotation par le courant d'air ou de gaz même. L'air entrant en 5 est saisi par les cellules et est refoulé à la face opposée du beìtier, où il quitta le boîtier en 10.
Une partie de l'air comprimé est maintenant prélevée dans des buts d'utilisation et est amenée, en 11, par exemple à la turbine
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20 dans le but de produire du travail, tandis que la partie restante est refoulée par le ventilateur 12 dans la chambre de combustion 13, en partie pour fournir, comme air comburant, l'oxygène nécessaire au combustible entrant en 14, et en partie pour s'éceuler, comme air de refroidissement, autour de la cham- bre de combustion proprement dite et se mélanger seulement aux gaz de combustion, à l'extrémité de la chambre de combustion.
Le courant ainsi produit entre en 15 dans l'échangeur de pression 6, subit une détente préliminaire dana celui-ci, le quitte en 16, subit une détente subséquente dans la turbine 18, et s'écoule ensuite en 19, soiour s'échapper à l'air libre, soit pour âtre utilisé encore dans un échangeur thermique.
La turbine 20 est pourvue d'une prise 21, qui est reliée au canal 16 de sortie des gaz de l'échangeur de pression.6. Dans le but de réaliser une distribution correcte de l'énergie, de l'air peut s'écouler de la turbine d'utilisation 20 vers le groupe compresseur, ou bien du gaz peut s'écouler en sens contraire, tel qu'indiqué par la flèche double.
La Fig. 3 montre une autre application utile de l'invention.
L'installation comporte de nouveau un turbo-compresseur 1, un échangeur de pression 6, une chambre de combustion 13 et une tur- bine 18. Au lieu de prélever de l'air utile en 11, comme dans le cas de la Fig. 1, on soutire du gaz de combustion en 28 et on l'amène à un étage préliminaire 22 de la turbine 18. Dans l'es- pace 23, le gaz soutiré en 28 se mélange à la fraction qui s'écoule à travers l'échangeur de pression et coopère avec elle dans l'étage inféri eur. Ia puissance utile de l'installation est obtenue à l'arbre 24.
Par un prélèvement d'air en 25, la température des gaz sou- tirés en 28 peut être réduite à une valeur admisaible pour la turbine. La température peut, par exemple, être réglée à l'aide d'un clapet 26. Les gaz arrivant en 16 peuvent être plus chauds
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que ceux qui s'écoulent de la partie à haute pression 22, de sorte que les gaz de l'étage préliminaire subissent un chauffage inter- médiaire .
La fraction qui s'écoule à travers la partie a haute pression de la turbine peut être réglée par des organes 27 : clapet d'étran- glement, soupapes à tuyères, aubes directrices, pivotantes ou analogues. la partie à haute pression de la turbine peut comporter un ou plusieurs étages. Elle peut être logée dans le boîtier principal ou dans un bottier séparé.
On peut aussi laisser subsister la prise d'air utile 11 de la Fig. 1. en plus de la prise 28 ou 25 de la Fig. 3. Dans ce cas, la puissance utile n'est pas obtenue exclusivement à l'arbre 24, mais partiellement ou totalement sous la forme d'air utile, en 11, ou sous la. forme de travail de la machine entraînée par cet air utile. Les prises 21, 28 et 25 peuvent alors servir à l'équili- brage de la puissance et au réglage de la turbine 18 et de la soufflante 1.
Dans le cas de la Fig. 4, la soufflante 1, l'échangeur de pression 6 et la turbine 18 sont montés sur le même arbre. La Fig. 5 montre une vue en coupe suivant la ligne A-A de Fig. 4.
L'air passe par trois canaux 5 du compresseur préliminaire 1 dans la roue de l'échangeur de pression 6. A la différence de l'exem- ple précédent, une cellule de l'échangeur de pression parcourt, pendant une révolution, trois fois le circuit de compression et de détente. L'air pénètre dans la chambre de combustion 13 et les gaz, ou une partie de ceux-ci, retournent à l'échangeur de pression 6 en passant par trois canaux 15. La subdivision de la périphérie de l'échangeur de pression en plusieurs cycles de travail présente Davantage que les efforts radiaux agissant sur le rotor sont équilibrés.
La Fig. 6 montre une installation motrice suivant l'inven- tion pour une locomotive. L'air subit une compression prélimi- naire dans la soufflante 1, est refroidi dans un réfrigérant
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intermédiaire 30, subit une compression subséquente dans l'échan- geur de pression 6 et est chauffé dans le réchauffeur à gaz perdus 31. L'air peut être chauffé davantage, en 32, par les gaz sortant de l' échangeur de pression, de nouveau grâce au fait que l'échangeur de pression tolère des températurea élevées des gaz.
Une partie des gaz ou de l'air est prélevée en 28 ou en 25 et est amenée aux cylindres de travail 33 de la locomotive. La quantité soutirée peut, par exemple, âtre réglée par un dispositif de réglage du remplissage des cylindres de travail. Ces derniers peuvent entraîner les roues motrices 35 au moyen d'un embiellage 34.
L'invention peut être réalisée de nombreuses autres manières.
Aux avantages mentionnés dans le préambule de la description, s'ajoutent encore les suivants :
Une caractéristique de l'échangeur de pression consiste en ce que l'air relativement froid et le gaz chaud sont respective- ment comprimé et détendu dans le mime rotor. Ce rotor prend donc une température moyenne entre celles des deux fluides. Il en résulte que l'échangeur de pression possède la propriété extrême- ment importante de pouvoir travailler avec des gaz très chauds.
De ce fait, on peut éviter un chauffage intermédiaire des gaz, à leur entrée dans l'étage inférieure
Une autre caractéristique de l'échangeur de pression consiste en ce qu'une certaine quantité de chaleur est transmise des gaz chauds à l'air plus froid, tandis que ce flux de chaleur est pra- tiquement supprimé lors de la compresaion et de la détente dans des machines séparées, tel que dans l'étage inférieur.
Un chauffage de l'air dans l'étage inférieur est toutefois sensiblement plus nuisible que dans l'espace supérieur, parce qu'il augmente le travail de toute la compression subséquente, ou bien il exige l'élimination de cette chaleur dans un réfrigé- rant intermédiaire. Par contre, la chaleur absorbée dans l'étage
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supérieur reste acquise au circuit.
A première vue, l'émission de chaleur par les gaz dans l'échangeur de pression semble être un désavantage, puisqu'elle diminue la capacité de travail de la turbine branchée en aval.
Les propriétés particulières de l'échangeur de pression permettent toutefois d'augmenter la température des gaz entrant dans l'échan- geur de pression dans une mesure telle que, malgré la chaleur transmise à l'air, ces gaz possèdent encore parfaitement la tempé- rature désirée pour la turbine, lorsqu'ils entrent dans l'étage inférieur. Le susdit désavantage est ainsi supprimé.
REVENDICATIONS.
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1 - Installation à turbines à gaz, avec compression d'air en plusieurs étages, caractérisée par la combinaison de turbo** machines avec au moins un échangeur de pression à rosé cellulaire, servant d'étage supérieur.