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"Procédé et dispositif pour le réglage, pendant le service, des installations de turbines à gaz".
L'invention concerne un procédé et un,dispositif pour le réglage, pendant le service, des installations de turbines à gaz comportant une ou plusieurs turbines de travail à nombre . de tours variable.
On connait des installations de turbines à gaz, dans les- quelles sont prévues une ou plusieurs turbines à gaz, actionnant un ou plusieurs compresseurs pour effectuer la compression de l'agent moteur de l'installation de turbines à gaz, et, en outre, une ou plusieurs turbines à gaz ne fournissant essentiellement que du travail utile (turbine ou turbines de travail), qui sont mécaniquement plus ou moins indépendantes des turbines mention.. nées en premier lieu.
L'invention se rapporte au réglage d'ins- lallations de turbines à gaz de ce genre, et particulièrement au réglage de leurs turbines de travail, dans le cas où, pendant que la quantité de travail débitée par l'installation de turbine à gaz devra, d'ordinaire, rester à un chiffre constant (p.ex. au chiffre de la puissance pleine ou presque pleine), la turbine de travail devra fonctionner à un nombre de tours et avec un moment de rotation très variables.
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La fig. 1 des dessins annexés représente, à titre d'exemple, une forme de réalisation très simple, ne comportant qu'un compresseur, une turbine pour l'actionnement du compresseur, et une turbine de travail, d'une installation de turbine à gaz adaptée à la mise en oeuvre du procédé qui sera décrit dans la suite.
La fig.2, qui a un caractère explicatif, représente les caractéristiques "chute de pression/nombre de tours" des turbines de travail se prêtant à l'application de l'invention dans des conditions différentes d'établissement du projet. La fig.5 représente, sur trois couronnes d'aubes consécutives, la manière dont les aubes sont disposées les unes par rapport aux autres, ainsi que le réglage angulaire des aubes de la couronne d'aubes centrale, par rapport à la direction périphérique, tandis que la fig. 4 représente un profil d'aube de ces couronnes. Chacune des fig.5 et 6 représente une autre variante du dispositif convenant à la mise en oeuvre de l'invention.
Selon la fig.l, la turbine à gaz 2, actionnant le compresseur 1 d'une manière directe au moyen de l'embrayage 3, ou, le cas échéant, d'une manière indirecte, au moyen d'une transmission mécanique non-représentée, est raccordée à la turbine de travail 4, par exemple en série dans la direction du passage de l'agent moteur. Selon cette définition, la turbine de travail sert, dans un degré prépondérant, ou entièrement, à débiter du travail utile, tandis que la turbine 2 n'actionne que le compresseur 1, et tout au plus encore certains engins auxiliaires dont il n'a pas été tenu compte dans cet exemple.
Au moyen de ses couronnes d'aubes stationnaires 5 et mobiles 6, le compresseur aspire l'agent moteur - de l'air frais dans le cas d'un cycle de travail ouvert -. à travers le tuyau d'aspiration 7, et après l'avoir comprimé à la pression plus élevée désirée, il le refoule par le raccord 8 vers la turbine à gaz 2, laquelle, dans cet arrangement représenté à titre d'exemple, accomplit la première phase (la phase à
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pression plus élevée) de la détente.
Pendant ce temps, l'agent moteur comprimé passe, entre le compresseur et la turbine à gaz 2 qui actionne ce dernier, à travers l'espace de travail à haute pression de l'échangeur de chaleur à contre-courant 9, constituant un accessoire utile, mais non indispensable de l'installation, et ensuite à travers la chambre de combustion 10, raccordée au dit espace de travail à haute pression.
Dans cette chambre de combustion, l'agent moteur, déjà réchauffé au moyen de la teneur en chaleur encore récupérable de l'agent moteur complètement détendu et quittant l'installation, est soumis à un échauffement ultérieur par la combustion du combustible qui, par exemple, pourra être liquide ou gazeux, introduit à l'aide du brûleur il, et après avoir absorbé la quantité de chaleur suffisante pour débiter le travail nécessaire, il passe, dans cet état, à travers la tubulure d'entrée 12 de la turbine à gaz 2, dans l'espace de travail de cette turbine, dans lequel, pendant son écoulement à travers les couronnes d'aubes stationnaires 13 et mohiles 14, il ira, en accomplissant une détente partielle, transmettre à l'arbre de la turbine 2 la quantité exacte de travail nécessaire pour actionner le compresseur 1,
ainsi que les engins auxiliaires éventuels mentionnés. L'agent moteur qui, après avoir accompli ce travail, possède encore une capacité de détente ainsi qu'une capacité de travail ultérieures, passe maintenant à travers la tubulure ;de sortie 15 de la turbine 2 et à travers la tubulure d'entrée 17 de la turbine de travail, qui est reliée à ladite tubulure de sortie au moyen du tuyau de connexion 16, à l'espace de travail de la turbine de travail, et après avoir été admis aux aubes stationnaires 18, et,aux aubes mobiles 19, et après avoir débité le travail utile nécessaire, il se détend dans la dite turbine jusqu'à la limite de pression inférieure du cycle de travail.
Enfin, l'agent moteur pratique. ment complètement détendu passe - pour transmettre sa teneur en chaleur encore récupérable à l'agent moteur frais comprimé ..
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à travers la tubulure de sortie 20 de la turbine de travail et à travers le tuyau de connexion 21, à l'espace de travail à basse pression de l'échangeur de chaleur 9, et s'étant refroidi ici, il quitte l'installation à travers le tuyau de sertie 22.
Le dispositif et le processus de travail qui viennent d'être décrits avec référence à la fig.l, sont déjà connus en soi et leur but consiste, aussi selon les propositions faites jusqu'ici , à assurer, en rendant la rotation de la turbine de travail et celle de la turbine actionnant le compresseur indépendantes l'une de l'autre, la possibilité de faire marcher chaque turbine, l'une indépendamment de l'autre, au nombre de tours demandé ou prescrit par les données du service, notamment de faire marcher la turbine de travail à un nombre de tours qui, selon les conditions du mode d'utilisation, variera le cas échéant entre des limites écartées, tandis qu'on fera marcher la turbine actionnant le compresseur, au moins approximativement, au nombre de tours constant pour lequel la turbine et le compresseur ac- tionné par elle,
c'est-à-dire le groupe compresseur-turbine, a été conçu. Avec les procédés employés jusqu'ici, la solution de ce problème par l'emploi de turbines raccordées en série selon la fig.l se heurte à cette difficulté que, dès que le nombre de tours de la turbine de travail varie, la distribution de la chute de pression totale entre la turbine actionnant le compresseur et celle fournissant un débit utile - distribution qui a formé la base sur laquelle le projet a été établi, en tenant compte des conditions de service se présentant le plus souvent, et qui est adaptée pour assurer le rendement le plus favorable réalisable dans ces circonstances, - aura également tendance à varier.
C'est la fig.2, sur laquelle les caractéristiques "chute de pression/nombre de tours" de toute une série de turbines de travail sont représentées, qui servira pour éclaircir ce fait; les diverses caractéristiques de cette figure devront être in.. terprétées de telle manière que, dans le cas de chaque caractéristique, la variation de la chute de pression et du nombre de
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tours par minute se.:.'produit avec une quantité constante d'agent moteur passant à travers l'installation (quantité qui peut,le cas échéant, 8tre cependant différente pour les différentes caractéristiques).
Outre de l'influence d'autres facteurs (par exemple de la quantité d'agent moteur constante passant à travers l'installation), la forme des caractéristiques dépend dans une mesure très sensible de la valeur de l'angle ( du réglage des aubes qui - comme tracé à titre d'exemple sur la fig.3 sur un des profils d'aubes d'une couronne d'aubes sta- tionnaire entre deux couronnes d'aubes tournant avec une vitesse u - est renfermera l'entrée dans la couronne d'aubes sur le côté sous pression du profil d'aubes, par la ligne de base g-g du profil et la direction prériphérique (la ligne de base du pro..
fil peut être définie, selon la fig.4, comme une ligne droite tracée comme tangente au cercle d'arrondissement prévu au côté d'entrée de la section transversale de l'aube et allant à l'extrémité située au côté de sortie de cette section transversale, ligne qui, le cas échéant, pourra, si cette dernière extrémité du profil est arrondie également, être aussi tangente à un cercle d'arrondissement de cette dernière extrémité, et dans le cas où la section transversale de l'aube, vue du coté sous pression des aubes, est concave, cette ligne pourra même - vu que la différence n'est qu'insignifiante - être identifiée à la ligne formant tangente au coté soumis à pression de la section transversale).
Si l'angle , mesuré de cette manière, diminue jusqu'à une certaine valeur-limite; on pourra obtenir une carac- téristique dont la forme correspond, par exemple, à la courbe cide la fig.2, tandis qu'avec l'augmentation graduelle de la grandeur de l'angle x on pourra obtenir successivement les caractéristiques c2, c3, respectivement c4.
L'abscisse des caracté- ristiques est le nombre de tours par minute, tandis que leur ordonnée est la chute de pression se présentant dans la turbines
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Même dans le cas de la caractéristique c3, qui est celle qui varie relativement le moins entre les limites de nombres de tours no - n1, on peut voir qu'avec la variation du nombre de tours la chute de pression change également - dans la plupart des cas dans une mesure considérable -, et notamment la diminution du nombre de tours causera une augmentation ou bien une diminution de la chute de pression, selon la disposition, res- ,pectivement la grandeur de l'angle d'orientation des aubes.
Il est évident que ce changement de pression réagira aussi sur les conditions d'exploitation du groupe compresseur-turbine qui fournit l'agent moteur nécessaire pour la turbine de travail ; si l'on suppose notamment que c'est lorsque l'installation de turbine à gaz fournit un certain débit constant (par exemple un débit égal à la pleine puissance de l'installation) que la turbine de travail devra marcher avec un nombre de tours varia- ble, on pourra, théoriquement, considérer la chute de pression totale des turbines raccordées en série comme donnée pour ce cas (constante), d'où il résulte que, en se basant, par exemple, sur la caractéristique ci ou,22, en conséquence de l'augmentation de la chute de pression de la turbine de travail qui se présentera au cas de la diminution du nombre de tours,
il faudra que la chute de pression de la turbine actionnant le compresseur diminue. Ceci aura cependant pour conséquence que cette dernière turbine, passant à un état de surcharge par rapport à sa condition de fonctionnement précédente, aura la tendance de ralentir, jusqu'à ce qu'il sera possible que, pour un nombre de tours correspondamment moins élevé, et avec un débit d'agent moteur dont la quantité et la pression sont changées, et après que cette turbine aura,de son côté, réagi sur la condition de fonctionnement de la turbine de travail, il se présente un équilibre.
Dans cet état de choses, cependant, dans lequel les conditions de fonctionnement requises pour la turbine de travail se trouvent modifiées également, c'est particulièrement
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le groupe compresseur-turbine qui sortira en dehors de la zone de fonctionnement qui est la plus favorable pour lui, et il est bien naturel, que dans le cas d'un tel fonctionnement à nombre de tours variable, cette circonstance exercera une forte influence défavorable sur la puissance de l'installation de turbine à gaz dans son ensemble.
Selon l'une des propositions connues, qui se rapportent à des turbines raccordées en série et visent l'élimination de ce défaut et, en même temps, tendent à rendre possible une exploitation à nombre de tours réglé (variable) en maintenant, par exemple, un débit constant, la construction d'aubes de la turbine de travail devra être telle que la caractéristique "chute de pression/nombre de tours" de cette turbine ait une forme sem- blable à celle de la courbe c3 de la fig.2.
Dans ce cas, la turbine de travail possédera, par exemple entre les limites de nombres de tours n0 - n1, une chute de pression # pk moyenne constante, et par conséquent - pour une quantité pratiquement constante d'agent moteur passant à travers l'installation - la puissance de la turbine de travail sera également constante, abstraction faite de la variation du rendement, et pour cette raison le moment de rotation de la turbine de travail sera approxima'- tivement en proportion Inverse au nombre de tours variable.
Donc, une installation de turbine à gaz de ce genre - bien que so rendement ne soit pas très avantageux - se prête sans aucune difficulté essentielle aux besoins d'un service, dans lequel - comme par exemple dans l'exploitation des véhicules - il est nécessaire que le nombre de tours et le moment de rotation va. rient entre des limites écartées, en sens opposé ]'un par rapport à l'autre; en morne temps il est évident que dans le cas où la puissance fournie est constante, le groupe compresseur-turbine pourra également fonctionner avec une chute de pression prati- quement constante, donc sous les conditions d'exploitation les plus avantageuses pour lui, et en premier lieu à un nombre de
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tours constant.
Le point de départ d'une autre proposition connue consiste, en plus de la relation selon la fig.2, dans le fait que la turbine actionnant le compresseur et celle fournissant un travail utile, étant donné que leur construction a été réalisée de manières différentes conformément aux rôles différents qu'elles jouent, possèdent des caractéristiques "chute de pression/nombre de tours" différentes l'une de l'autre.
Pour cette raison., lorsque le rapport des chutes de pression des turbines raccordées en série aura tendance à changer, par exemple en conformité de ce qui a été dit plus haut, par suite de la variation du nombre de tours de la turbine de travail, le nombre de tours de la turbine actionnant le compresseur devrait s'ajuster dans le cas où la quantité d'agent moteur passant à travers la turbine de travail et à travers la turbine actionnant le compresseur reste constante - à une nouvelle valeur, ou bien les quantités d'agent moteur passant à travers les deux turbines devraient changer d'une manière correspondante, l'une par rapport à l'autre, changement qui en même temps pourrait aussi servir pour assurer, lui-même, la constance pratique des chutes de pression.
En conformité de cet état des choses, le réglage s'effectue d'une telle manière que le changement relatif des quantités d'agent moteur passant à travers les diverses turbines s'effectue en actionnant une ou plusieurs conduites en dérivation, au moins partielle, d'une des turbines, c'est à dire en conduis sant une certaine quantité d'agent moteur par une voie de détour, par laquelle elle évite une certaine phase de la détente, méthode par laquelle il est également possible de réaliser pratiquement les buts visés par la première proposition mentionnée plus haut.
Dans le cas de l'application de cette dernière proposition, la quantité d'agent moteur conduite par la voie de détour sans utiliser la détente provoque une certaine perte et un certain affaiblissement du rendement, tandis que dans le cas où .-
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la première proposition est mise en oeuvre il sera, par suite de la forme de la caractéristique c3 de la fig.2, impossible d'assurer - particulièrement entre des limites de pression assez écartées - la constance suffisante de la chute de pression,de sorte que la solution la moins désavantageuse consiste encore à mettre en oeuvre les deux propositions conjointement.
Pour éliminer les défautsmentionnés dans ce qui précède, existant encore toujours après la réalisation des propositions connues qui viennent d'être décrites, la turbine de travail de l'installation de turbine à gaz comportant un groupe compresseur-turbine et une turbine de travail mêcaniquement indépendants l'un de l'autre, est munie, selon l'invention, dans un arrange. ment constructif relativement simple, au moins sur certaines couronnes d'aubes stationnaires , d'aubes adaptées à être tour*- nées (orientabldes) qui, d'une manière connue dans d'autres machines semblables aux turbines, sont de préférence logées dans des coussinets contenant du carbone ou du graphite et qui , partiel..
lement dans le sens de ce qui a été dit plus haut et partielle.. ment dans le sens de ce qui sera décrit dans la suite, peuvent être actionnées de manière à permettre à la turbine de travail de laisser passer dans les environs d'un certain débit de travail, indépendamment de son nombre de tours, une quantité d'agent moteur pratiquement constante, et ayant une pression e une tem- pérature pratiquement constantes. Le fait que l'angle d'orient. tation des aubes a une influence sur la chute de pression de la turbine de travail, peut être déduit d'une manière directe de la fig.2, mais, en conformité avec les conclusions qui résultent de cette figure, on peut également se rendre compte de ce fait sur la base d'une simple considération.
Si l'on modifie notamment l'angle d'orientation des aubes stationnaires de la manière qui s'impose du point de vue de l'invention, il est évident que comme on peut le déduire de la fig. 3 - une conséquence de la diminution de l'angle [alpha] sera que l'angle d'attaque formé par
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la direction z du courant d'agent moteur frappant l'aube, avec la surface d'aubes soumise à pression, augmentera , et le changement de direction du courant, changement qui détermine la chute de pression se présentant dans la couronne d'aubes, augmentera également, et par conséquente en pleine conformité avec la conclusion qui peut se déduire de la fig.2 - la chute de pression résultante de la turbine augmentera également.
La forme des caractéristiques c3 et particulièrement c4 de la fig.2 ne sont pas non plus en contradiction avec ceci, puisque dans de tels cas, lorsque la ligne de base du profil d'aube se rapproche de la direction d'entrée!, il ne s'agit que du fait que l'influence des éléments qui causent la dépression des caractéristiques c1 et c2 sur leur partie médiane se fera valoir à un degré plus élevé dans le cas des caractéristiques ± et c4; toutefois, dans ces cas également, la diminution de l'angle donnera lieu à une élévation de la caractéristique.
Le degré de variation de la chute de pression qui peut 8tre réalisé dans la turbine sera naturellement d'autant plus grand que le nombre des couronnes d'aubes stationnaires dans lesquelles on effectuera la variation de l'angle des aubes sera plus élevé (dans le cas limite, ce sera dans toutes les couronnes d'aubes stationnaires que cette variation sera effectuée). De cette manière il devient possible de régler, sans perte de travail additionnelle, la chute de pression de la turbine dans la mesure exigée par l'exploitation.
Le rendement de l'installation de turbine à gaz, dans les cas où le nombre de tours de la turbine de travail diffère du nombre de tours normal, augmentera donc considérablement, et l'installation deviendra excellemment appropriée à l'actionnement de véhicules, puisque - par exemple en cas d'utilisation complète - elle donnera, tout en augmentant le moment de rotation de démarrage dans une mesure très considérable, une caractéristique "moment de rotation/nombre de tours" variant dans un sens Inverse à la variation du nombre de tours.
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Comme il résulte des fig.2 et 3 dt de ce qui a été dit avec référence à ces figures, il faudra, dans le cas où, à un nombre de tours s'écartant du nombre de tours normal, la pression nécessaire pour traiter la quantité d'agent moteur prescrite se trouve augmentée, faire tourner les aubes stationnaires de la turbine de travail, du moins dans certaines coma ronnes d'aubes stationnaires, d'une manière telle que l'angle de réglage de ces aubes, compris entre la ligne de base du profil d'aubes et la direction périphérique à l'entrée dans la couronne d'aubes au coté sous pression du profil, soit également augmenta, puisque ceci rend possible de diminuer la chute de pression de la turbine de travail.
Par contre, il est évident que, dans le cas où la pression devant la turbine de travail, nécessaire pour traiter la quantité d'agent moteur prescrite, se trouverait diminuée au nouveau nombre de tours, il faudra faire tourner les aubes stationnaires orientales de la turbine de travail dans la direction contraire à la direction dont il s'agissait dans le cas précédent. La rotation des aubes sta.. tiojnaires s'effectuera donc dans les deux cas d'une manière telle que l'angle d'orientation des aubes sera changé dans un sens égal au sens de la variation de chute de pression qu'on désire contrebalancer, et ce changement continuera naturellement jusqu'à ce que la pression absorbée par la turbine de travail Boit pratiquement égale.à la pression prescrite.
Grâce à ceci, il sera possible que dans les cas de fonctionnement dans lesw quels la puissance de l'installation de turbine à gaz, ainsi que sa chute de pression totale devront être tenues à des valeurs aussi constantes que possible, le groupe compresseur-turbine, raccordé en série à la turbine de travail, pourra également fonctionner avec une chute de pression pratiquement constante, et ainsi il deviendra possible que le groupe compresseur'-turbine
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fonctionne, indépendamment du nombre de tours de la turbine de travail, à un nombre de tours approximativement constant et sous des conditions d'exploitation identiques, - état de choses qui, selon ce qui a été dit plus haut, représente aussi une des conditions essentielles du meilleur rendement.
Dans un tel cas également, la variation de la chute de pression en fonction du nombre de tours peut donc 8tre rendue indépendante, à un degré arbitraire, - dans le cas idéal, complètement indépendante - du nombre de tours dans une certaine zone étendue de nombres de tours, au moyen de l'orientation graduelle, selon l'invention,, des aubes stationnaires, ce qui signifie que, dans la zone de nombres de tours dont il peut s'agir, la courbe de chute de pression,correspondant au nombre de tours réglé, possède un tronçon qui est pratiquement parallèle à l'axe des abscisses.
Ainsi, si l'on règle,par exemple, une turbine de travail possédant la caractéristique c3' la variation de la chute de pression entre les nombres de tours no et n1 peut rester constante à la valeur # pk de la fig.2, et en effet le réglage pourra m8me s'étendre sans difficulté avec cette valeur constante de chute de pression, et avec une quantité pratiquement constante d'agent moteur passant à travers l'ins- tallation, jusqu'au point p2 de la courbe c2, respectivement jusqu'au point p1 de la courbe c1.
Etant donné que, dans le cas de la diminution du nombre de tours de la turbine de travail de l'installation composée de turbines raccordées en série, l'augmentation de la chute de pression de la turbine de travail réagira, selon ce qui a été dit, sur l'actionnement du compresseur d'une manière telle, qu'elle fera passer la turbine ou les turbines actionnant le compresseur dans la zone de surcharge, il se produira, pour cette raison, une diminution du nombre de tours de cette turbine ou bien d'une de ces turbines.
Cette diminution du nombre de tours peut être
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utilisée de préférence à l'aide de servomoteurs et relais con- venables, pour orienter,d'une manière automatique, les aubes stationnaires de la turbine de travail, par exemple au moyen d'un réglage isodrome, jusqu'à ce que le nouvel état déquilibre soit réalisé.
Par contre, dans le cas de la diminution de la chute de pression restant disponible à la turbine de travail, ce sera une chute de pression plus élevée que nécessaire qui reviendra aux groupes compresseur-turbine, et ainsi le nombre de tours d'au moins d'un de ces groupes se trouvera augmenté, et c'est cette augmentation du nombre de tours qui peut être utimisée pour l'ajustement des aubes stationnairesde la manière indiquée plus haut (par exemple au moyen d'un régulateur cen.. trifuge ou d'un autre élément sensible à la variation du nombre de tours). D'ailleurs, la variation de pression entre les turbines raccordées en série peut elle-même aussi être utilisée, de préférence également par l'intermédiaire d'un servomoteur ou d'un relais, pour accomplir cette tâche.
Ces éléments de réglage automatique peuvent être raccordés, de la manière représentée à titre d'exemple en fig.l aux leviers de réglage 23, montés sur l'engeloppe de la turbine de travail 4, dont les pivots effectuent la :;mise en mouvement du mécanisme de réglage commun de la totalité des aubes de chaque couronne d'aubes, la transmission du mouvement s'effectuant près de la paroi intérieure de l'enveloppe de la turbine. La connexion entre les organes de réglage automatique et les leviers de réglage 23 devra, cependant, être de préférence construite (d'une manière non représentée) de façon . permettre, en plus du réglage automatique, aussi un réglage à main (effectué par le mécanicien), des aubes réglables, un tel réglage étant également effectué avec ou sans l'intervention d'un servomoteur.
L'augmentation de la chute de pression de la turbine de travail se produisant par suite de la diminution de l'angle d'orientation des aubes trouve son expression,. en outre des caractéristiques représentées sur la fig.2, dans une série, dans
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laquelle les caractéristiques sont tracées pour des ahgles décroissants, l'une au-dessus de l'autre,- aussi d'une manière spécifique (c'est-à-dire calculée dans le cas de caractéristiques différentes pour la même différence de nombres de tours) dans la raideur de pente différente des diverses caractéristiques.
Si l'on examine la caractéristique (ayant par exemple la forme c1 ou c2) qui appartient à une turbine de construction normale, le caractère de cette caractéristique, selon lequel elle s'élève avec la diminution du nombre de tours - en supposant un réglage invariable des aubes - peut s'expliquer simplement par le fait qu'en cas de diminution du nombre de tours, la ligne de direction z de la vitesse absolue de l'agent moteur quittant les couronnes d'aubes mobiles frappera, par suite de la diminution de la vitesse périphérique, les aubes stationnaires sous un angle d'atta- que graduellement croissant, et que pour cette raison il est nécessaire, selon la constatation faite ci-dessus , que dans la couronne d'aubes frappée sous un angle d'attaque plus grand, la chute de pression augmente.
Etant donné que par suite de ce fait l'angle d'attaque différera de la valeur à laquelle, dans l'établissement du projet, il a été fixé pour assurer le meilleur rendement, il se produira, à l'endroit de l'entrée dans les couronnes d'aubes, une perte augmentant avec la dimi- nution graduelle du nombre de tours ; cetteperte exercera une influence désavantageuse sur le rendement. Pour modérer ce désavantage, au moins en partie, il est indiqué de construire le profil des aubes d'une manière semblable au profil des ailes des avions, avec un arrondissement convenable du côté de l'entrés, tel que représenté en fig.3, ou (avec un rayon d'arrondissement r) en fig.4.
Si c'est en plusieurs de ces couronnes d'aubes stationnaires (éventuellement dans toutes) que la turbine de travail est munie d'aubes réglables, ce réglage pourra avantageusement
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8tre effectué - le cas échéant non pas à un degré égal dans les diverses couronnes d'aubes, mais d'une manière graduelle de telle manière qu'après le réglage également, la chute de pression par étage reste aussi uniforme que possible, ou reste répartie d'une manière semblable aux conditions qui existaient avant le réglage.
Par contre, si, pour simplifier la construction, ce ne sont pas toutes les aubes, mais seulement les aubes de quelques unes des couronnes d'aubes stationnaires, le cas échéant seulement celles d'une ou deux couronnes d'aubes stationnaires, qu'on rendra réglables, il est avantageux de rendre réglables les aubes des couronnes d'aubes stationnaires de pression plus élevée, puisque dans les étages à pression plus élevée la chute de pression par étage est plus grande, de sorte que sa variation est également plus forte et le réglage dont plus sensible.
Pour cette même raison, et ce également dans le cas où l'on n'emploie que quelques couronnes d'aubes stationnaires munies d'aubes orientales, il est avantageux, en outre, de choisir l'angle d'orientation des aubes de sorte qu'il présente des valeurs différentes dans les divers étages de pression, ou dans certains groupes d'étages de pression, de sorte que la caractéristique "chute de pression/nombre de tours" de la turbine de travail est constituée par la résultante des caractéristiques, difféw rentes entre elles, des divers étages ou groupes d'étages, et en choisissant les angles d'aubes de cette manière, de rendre orientales les aubes des couronnes d'aubes stationnaires possédant des caractéristiques de pente plus raide.
Ceci assure, notamment, qu'avec l'orientation des aubes on pourra, même dans le cas d'un nombre peu élevé de couronnes d'aubes réglables, le cas échéant d'une seule couronne d'aubes réglables, produire un changement de chute de pression relativement élevé, et ainsi le réglage pourra être rendu sensible dans ce cas également. Le fait de choisir les étages réglés de cette manière
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présente une grande efficacité, particulièrement dans le cas où la caractéristique résultante de la turbine de travail présente, entre les limites de nombres de tours de fonctionnement (n0 - ni) une forme plate (par exemple semblable à la caractéristique c2 de la fig.2), facilitant la réalisation d'une chute de pression constante.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention peut, en plus des détails et variantes décrits jusqu'ici, aussi être imaginé, selon des points de vue différents, en de nombreuses autres variantes. Ainsi, par exemple, le logement des aubes orientables et des pivots de leur mécanisme de commande dans des coussinets contenant du carbone ou du graphite, constitue une mesure pratique motivée surtout par la capacité de lubréfaction automatique et de résistance thermique de ces matières; en cas d'emploi d'un lubrifiant et d'un dispositif de lubréfaction convenables, il est naturellement aussi possible d'employer , dans ce but, d'autres systèmes de logement, donc des logements munis d'une lubréfaction proprement dite.
Dans le cas du dispositif selon la fig.l, comportant des turbines raccordées en série, la turbine actionnant le compresseur précède, dans la direction du passage de l'agent moteur, la turbine de travail; l'essentiel de l'invention ne se trouve cependant nullement modifié dans le cas où, contrairement à cet arrangement, c'est la turbine de travail qui précède la turbine actionnant le compresseur, c'est-à-dire si la phase de pression la plus élevée de la détente est effectuée par la turbine de travail et sa phase de pression moins élevée par la turbine actionnant le compresseur.
En outre, l'actionnement du compresseur ainsi qae la production du travail utile peuvent aussi être effectués, non seulement au moyen d'une seule turbine de chacun de ces genres, mais aussi, pour ce qui concerne l'accomplissement de n'importe lequel de ces genres de travail
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Pans le cas de plusieurs turbines actionnant des compresseuas, on pourra, naturellement, conformément; à cette disposition, employer plusieurs comprossions raccordés en série ou en parallèle = l1 uàl par rapport à l'autre, qui pourront aussi, ensemble avec leurs turbines de commanda, être partiellement ou complètement indépendants mécaniquement l'un de l'autre.
En outre, la réalisation de l'invention pourra toutefois également s'effectuer à l'aide d'un dispositif, dans lequel, contrairement à la disposition ..selon la fig.l, la turbine actionnant le compresseur et la turbine de travail marchant d'une manière mécaniquement Indépendante de la turbine actionnant le compresseur, ne sont pas raccordées en série, mais purement en parallèle. Un tel dispositif est représenté d'une manière schématique en fig.5, où le compresseur K est directement actionné par la turbine Tk, tandis que la turbine de travail Ta, marchant indépendamment du groupe mentionné, sert dans ce cas aussi, complètement ou dans une mesure prémondérante, à la fourniture du travail utile.
Il ressort de ce croquis que l'agent moteur frais comprimé et rechauffé s'écoulant du compresseur K à travers l'échangeur de chaleur W et à travers la chambre de combustion attachée à ce dernier, accède par des chemins parallèles, à l'orifice d'entrée des turbines Tk et à celui des turbi-.
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nes Ta, et, après s'être détendu dans ces dernières, et être réuni de nouveau de manière à former un courant gazeux commun, il passe dans l'espace de travail à basse pression de l'échangeur de chaleur W.
Donc, dans le cas de cet arrangement, la turbine à gaz actionnant le compresseur et la turbine à gaz développant le travail utile, travaillent avec des chutes de pression égales entre elles, et le but qu'on veut atteindre est que, dans ce cas également, la variation du nombre de tours de la turbine de travail et son développement de moments de rotation variables, puissent se produire, dans les environs d'un débit constant, avec ur- nombre de tours pratiquement constant du groupe compresseur-turbine. Dans ce cas également, le processus de réglage peut être expliqué sur la base delà caracté.. ristique "chute de pression/nombre de tours" de la turbine de travail.
Supposant que, pour une raison quelconque, par exemple par suite de l'augmentation du moment de charge agissant sur son arbre, la turbine de travail devra marcher à un régime plus lent, sa chute de pression, laquelle est en même temps aussi la chute de pression de la turbine actionnant le compresseur, aura, dans le cas d'une caractéristique ayant la forme c1 ou.22 de la fig.2, tendance à augmenter.
Ce comportement de la turbine de travail se manifestera en premier lieu par le fait que sa résistance à l'écoulement à travers cette turbine augmentera, (puisque par suite de la vitesse périphérique décroissante, c'est sous des ahgles d'attaque croissants que l'agent moteur quittant les couronnes d'aubes rotatives frappe les aubes stationnaires);
par contre, cette augmentation de la résistance aura pour résultat qu'au début du changement de la condition de fonctionnement ce sera une quantité d'agent moteur relativement moindfe qui passera à travers la turbine de travail et une quantité relativement plus élevée qui passera à travers la turbine actionnant le compresseur, Par conséquent, le groupe compresseur-
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turbine commencera à s'accélérer et, avec la pression croissante, il refoulera une quantité d'agent moteur plus élevée à travers l'installation, ce qui causera également une certaine accélération de la turbine de travail, jusqu'à ce que le, nouvel état d'équilibre pourra se produire.
Puisque d'ordinaire, particulièrement dans le cas d'une variation de nombre de tours considérable de la turbine de travail, cela ne pourra se produire qu'avec une variation de nombre de tours et de pression consi- dérable, c'est-à-dire peu désirable , du groupe compresseurturbine, il sera avantageux, pour faciliter que le réglage se produise dans une condition de service plus favorable, de changer dans ce cas également l'angle d'attaque des aubes, c'est-à-dire de régler d'une manière convenable, conformément à l'invention, les aubes stationnaires.
Notamment, si dans le cas de l'exemple supposé on augmente dans une mesure suffisante, l'angle \' de réglage des aubes selon fig.3, ceci permettra de diminuer l'angle d'attaque et en même temps la résistance de passage, de sprte que, malgré le nombre de tours changé, il sera possible qu'une quantité suffisante (dans le cas idéal une quantité inchangée) d'agent moteur puisse passer à travers la turbine de travail.
Puisque de cette manière la quantité d'agent moteur passant à travers la turbine aotionnant le compresseur ne se trouve pas changée essentiellement, l'état d'exploitation de cette turbine ne changera pas non plus, et, marne avec des nombres de tours variables, la turbine de travail pourra traiter une quantité d'agent moteur pratiquement constante, et de pres. sion pratiquement constante, c'est-à-dire qu'elle pourra développer un moment de rotation variant en proportion inverse avec la variation du nombre de tours.
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Donc, dans le cas d'exploitation supposé à titre d'exemple, pour l'installation de turbine à gaz constituée, selon la fig.5, uniquement de turbines raccordées en parallèle, il sera nécessaire, pour contrebalancer, au moins en partie, l'augmentation de la chute de pression utilisée par la turbine de travail à l'occasion du changement de son nombre de tours, d'augmenter l'angle d'orientation des aubes ajustables ; d'autre part, comme cela peut s'établir par une considération simple, semblable à celle indiquée plus haut, il faudra que, dans le cas d'une diminution de la chute de pression de la turbine de travail, l'angle d'orientation des aubes soit également diminué.
Dans les deux cas le réglage pourra donc, ici également, s'effectuer rationnellement de la même manière que dans le cas de l'emploi de l'installation selon la fig.l, composée uniquement de turbines raccordées en série. Si d'autre part, on considère , dans 16 cas de ces deux arrangements, la variation du nombre de tours du groupe compresseur-turbine, on verra que dans le cas du raccordemment en parallèle l'augmentation de la chute de pression de la turbine de travail aura pour effet que le nombre de tours du groupe compresseur-turbine aura également tendance à slaccroitre tandis que dans le cas du raccordement en série, l'augmentation de la chute de pression de la turbine de travail provoquera une diminution du nombre de tours du groupe compresseur-turbine.
Par conséquent, si l'on désire rapporter le sens de la variation de l'angle d'orientation des aubes à la variation du nombre de tours du groupe compresseur-turbine, nombre de tours qui devra autant que possible être tenu constant, on verra que le sens de la variation de l'angle d'orientation des aubes correspond, en cas de raccordement purement parallèle, au sens de la variation du nombre de tours à contrebalancer du groupe compresseur-turbine, tandis qu'en cas de raccordement purement en série, il est opposé au sens de la variation du nombre de tours.
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Rationnellement interprétées, ces constatations sont également valables dans le cas d'un dispositif selon la fig.6, dans lequel, par exemple, les deux groupes compresseur-turbine marchant indépendamment l'un de l'autre et accomplissant les deux phases consécutives de la compression totale, sont prévues de telle manière que les deux turbines Tk1, respectivement Tk2, actionnant les compresseurs K1, K2, la turbine Tk1 est raccordée en parallèle avec la turbine de travail Ta sur la phase de pression,; la moins élevée de la détente, tandis que la turbine Tk2 est raccordée en série avec ce système parallèle, dans la phase de pression la plus élevée de la détente.
Le réglage selon l'invention est, comme il a été mentionné, d'une part automatique, en tant que la turbine de travail contrôlée au moyen des organes de réglage indiqués à titre d'exemple pourra, dans le cas d'une variation du moment de rotation de charge, s'adapter automatiquement aux conditions changées, tout en conservant un débit essentiellement inchangé,-mais d'autre part il peut aussi 8tre rendu dépendant de l'initiative du mécanicien moyennant une action intentionnelle exercée directement ou indirectement, par exemple par le changement de position des organes de réglage, sur les aubes orientables, de sorte que de cette manière le mécanicien est à même de changer la vitesse de rotation en conformité avec les conditions de donc. tionnement existant au moment considéré.
Dans le cas où ce changement s'effectue pour un débit variable (par exemple avec un'moment de rotation de charge constant), la méthode connue en soi, suivant laquelle une certaine quantité d'agent moteur est écartée, en passant en dérivation par rapport aux turbines, du cycle de travail, à travers des conduites de soutirage prévues derrière le compresseur ou entre les étages de pression du compresseur, diminuant ainsi la pression finale du compresseur et la quantité d'agent moteur débitée par ce dernier, convient, grâce à son haut rendement, particulièrement au développement
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de débits partiels.
Dans l'installation représentée à titre d'exemple en fig. 1, le compresseur 1 est muni de conduites de soutirage 24, 24', 24" servant à ce but, dans lesquelles sont insérés les organes d'obturation (soupapes d'étranglement) 25, 25', 25". Lorsqu'on fera fonctionner ces organes de réglage, il sera possible aux aubes orientables de la turbine de travail de s'ajuster automatiquement sous l'action des organes de réglage mentionnés qui les influencent, mais il est naturellement aussi possible de mettre les organes de réglage des conduites de soutirage du compresseur en connexion opératoire avec le dispositif pour le réglage des aubes.
Le réglage des débits partiels pourra d'ailleurs, d'une manière semblable à la méthode de réglage selon l'invention, aussi âtre effectué d'une manière telle que les aubes stationnaires rendues réglables du compresseur ou de la turbine du groupe compresseur-turbine, seront tournées dans une mesure conrespondant à la diminution du débit de travail. Si, dans ce dernier but, c'est sur la turbine actionnant le compresseur qu'on rend les aubes stationnaires réglables, il sera avantageux de loger les pivots des aubes, dans ce cas également, dans des garnitures de coussinets contenant du carbone ou du graphite.