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Installation de turbines à gaz avec turbo-compresseur amenant de l'air frais.
La présente invention est relative à une instal= lation de turbines à gaz à laquelle de l'air frais est continuellement amené à l'aide d'un turbo-compresseur et elle réside dans le fait qu'en amont du turbo-compresseur .est disposée une turbine à appareil directeur réglable, actionnée par l'air frais et dont l'énergie est appliquée à; l'arbre à. effet utile.
.Dans le conduit, allant de la turbine ci' amont' au turbo--compresseur peut. être disposa un échangeur de cha- leur à l'aide duquel de la- chaleur est fournie à l'air frais détendu.. De préférence, 'la. chaleur perdue de l'ins- tallation est fournie à cet éohangeur da chaleur, par exemple sous forme d'un courant réchauffé deau de re- froidissement. Il est recommandable que la quantité d'a- gent de chauffage- travèrsant l'échangeur de chaleur soit réglée 'en fonction de la température que possède l'air à. son. entrée dans le turbo-compresseur, par exemple de telle manière que cette température soit maintenue à une valeur .constante:
..On peut interrompre le débit de l'agent de chauffage, aussit8t que la température que possède l'air à son entrée dans le turbo-compresseur dépasse une valeur
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déterminée. La quantité d'agent réfrigérant passant à travers le réfrigérant peut être réglée de telle sorte que la température dudit agent soit approximativement maintenue constante.
Un exemple de réalisation de l'invention sera dé- crit ci-après avec plus de détail en se référant au. des- sin annexé.
L'agent de travail comprimé par le compresseur à basse pression 1 arrive, en passant par le réfrigérant intermédiaire 2, dans le compresseur à haute pression 3 et, après avoir été comprimé à la pression de travail maximum,' ledit agent est réchauffé dans les tubes de l'échanger de chaleur 4. Dans le conduit de sortie de l'échangeur de cha- leur au point 20, le courant d'agent de travail est divisé. ûhe partie de ce courant passe par le conduit 21 dans le réchauffeur 5 et, dans son passage autour des..tubes échan- geurs de chaleur, ladite partie est portée à la tempéra- ture de fonctionnement maximum.
L'agent de travail comprimé et réchauffé arrive dans la turbine 6, où il se détend, et passe alors dans l'espace entourant les tubes de l'échangeur de chaleur 4, espace dans lequel il cède une partie de sa chaleur res'- tante à l'agent de travail arrivant du'compresseur 5.'Une autre partie de la chaleur restante est cédée par le ré- frigérant 7 à un agent de refroidissement, après quoi l'a- gent de travail est ramené au compresseur à basse pression 1, et le cycle recommence.
Une seconde partie du courant d'agent de travail divisé au point 20 est, retirée du circuit et amenée-, à ti- tre d'air de combustion, au brûleur du réchauffeur à gala 5, par le conduit 22. Les gaz de combustion passent,dans les tubes échangeurs de chaleur et arrivent à la. turbine 6, à leur sortie de laquelle ils peuvent, après détente,,être conduits à d'autres lieux d'utilisation.-non. représentés, par exemple à des échangeurs de chaleur, ou\rejetés à l'air libre-.
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Pour remplacer la quantité d'air retirée du cir-
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'euit- ouvert que constitue 1"installation, une quantité ; dt a3.r prise dans l'atmosphère est continuellement amenée dans ce circuit par le turbo-compresseur 11. Cet air de
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remplacement est introduit dans l'échangeur de chaleur 4 à un endroit dudit échangeur où 1 t agent de. -travail reve- nant de la turbine 6 possède approximativement la même température que ltair de remplacement.
, La turbine 6 actionnée par le courant d'agent de travail du circuit actionne les compresseurs 1,3 et 11, ,alors que la turbine 8, actionnée par la quantité par- tielle prélevée produit lteffet utile fourni à l'extérieur.
Cette, turbine à effet utile entraîne par exemple l'hélice 24 du navire à. l'aide de l'arbre à effet utile 25 et du mé- danisme de transmission 23. On règle L'effet utile à une valeur plus grande ou plus petite en relevant ou abaissant
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,la pression de 1'agent fle travail passant dans le circuit., En amont du turbo-aompresseur il fournissant con-, tinuellement de l'air frais, est disposée une turbine 9
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comportant un appareil directeur réglable 10. L'énergie de o-etta'turbine, placée en amont du turbo --compresseur- est four-, nie 'à.l'arbre à effet utile 25. L'air provenant de 1'atmos- phére arrive, en passant par'ltapparei. directeur 10, aux aubes- de travail de: la¯ roue de turbine.
Chacune des aubes
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de l'appareil directeur 10 est portée par un arbre qui est porpendlaulaire au profil da l'aube. Toutes les aubes peu- vent être réglées en commun sur leur arbre, 'de façon que la.'section, d'écoulement à. travers l'appareil directeur aug-
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,mente ou. diminue et que, en même temps, l'angle d t attaque de l'air soit plus grand.ou.plus petit. Après que l'air a été détendu, dans la turbine a une pression in1:ér1e.ure â - celle de. l'atmosphère, cet air passa par le conduit zig dans le turbo-oompresseurll.
Selon, le,,mesure dans laquelle ltair a été détendu dans ''1er- turbine située- en'amont du turbo-compresseur lu, ae
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dernier comprime cet air à- une pression plus élevée ou plus basse. Ceci a aussi pour effet d'élever ou rabais- ser la press on dans le circuit d'agent de travail et d'augmenter ou de diminuer l'énergie utile. Si l'appareil directeur 10 a été réglé en vue d'obtenir une plus grande section avec un plus grand angle d'attaque, la pression et le travail fourni par l'installation, sont plus élevés que lorsque l'appareil a été réglé pour une section.de passage plus faible et un plus petit angla d'attaque.
Dans le conduit 26 est disposé un échangeur de cha- leur 12 à l'aide duquel de la chaleur est fournie à l'air frais détendu dans la turbine 9. L'agent dé refroidissement réchauffé dans le réfrigérant 7 passe par le système tubu- laire de l'échangeur de chaleur 12 et abandonna une partie da sa chaleur à l'air détendu. Ceci évite le risque de for- mation dtun dép8t de givre sur le compresseur 11. ;L'air frais peut être amené au compresseur à une température à laquelle l'humidité de l'air ne risque plus de se déposer.'sous forme d'aiguilles de glace sur les parois des tubes et sur les au- bes du compresseur.
Dans le conduit d'amenée 27 de l'échangeur de cha- leur 12 est disposé un organe régulateur 14. En outre, un conduit de bypass 28 muni d'un organe régulateur 15 est re- lié au conduit 27. 'Les deux organes- régulateurs 14 et 15 sont commandés par un thermostat 13, sur lequel agit l'air frais réchauffé dans l'échangeur de ohaleur 12. Grâce à ce dis- positif de réglage,' la température de l'air frais est main- tenue à une valeur telle que, non seulement on évite tout dé- p8t de givre, mais que le travail de compression réalisé dans le compresseur 11 ne risque pas d'augmenter 'dans une mesure indésirable.
Si l'énergie fournie par l'ensemble de l'installation est élevée, il ne se produit qu'une faible ou marne aucune' détente de l'air dans la turbine 9, de sorte que la tempéra-
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'ture: 'de l'air resta au-dessus du' point, de congélation,en .
,s.u:P1J'osant. que la température ambiante soit normale.
En-'.pareil cas,-réchauffement de l'air dans, ltéehé,ngeur \ ,d"ol1aleur'nourrait, que',nuire au fonoti#nement géné- ral parce, que l'énergie de'compression, serait augmentée.'
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On.interrompt alors: entièrement le 'courant'dteau passant ' à travers l'échangeur de chaleur 12. On ferme l'organe régulateur 14 tandis qu'on ouvre l'organe, régulateur 15. dû conduit de by-pass.
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Lorsque l'énergie fournie diminue, un accroisse- ment du degré de détente de l'air frais est occasionné par.le,'réglage de Itappprdîl indicateur 10 de la turbine d'amont 9. A mesure' que le,degré de détente augmente, l'air frais est refroidi dans une mesure croissante.
Si.la température de. l'air,se; rapprocher 'du point de con-
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gélation,' le thermostat 13. provoque .1tou-verture de lt,or- gane, régulateur 14, ce qui ,off'ra une plus grande section. de passage au courant dtagent de chauffage.. â. travers le iytèàe, tUbu1aIl1,re1d.e 1"éohangeur de chaleur'13.
, " l , \. J 'f t '. ':... On-peut régler la fonctionnement du thermostat 15,"fâçpn 'que,'lorsque la température de.l'air est su:- p6vieure! à 4 , par exemple 'la. fout,iture de ''chaleur soit 'interrompue,'alors que, si, cette température est inférieur- re. 1 40" da llagent dé eh uf' est. introduit , en quanti- té telle que la température/ne sabaisse que faiblement au-dessous de 4 . Par ce moyen la température, peut être maintenue au voisinage de 4 environ .
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'..i,i Dans le conduit. 9 amenant l'agent de refroidis- sement au réfrigérant 7 est disposé un organe régulateur 16 sur lequel agit un thermostat 30 disposé dans le con- duit 27 . La commande de l'organe régulateur 16 est, telle que la température que possède 1'agent de refroidissement sa,.'sortie du réfrigérant 'soit maintenue approximative- mont constante. Lorsque l'installation est soumise à. une faible- chargé, cet: organe régulateur est fermé dans une
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mesure plus grande, en conformité avec la diminution de la quantité de chaleur retirée du réfrigérant 7, alors que ledit organe s?ouvre dans une mesure plus gran- de en cas de charge plus élevée.
Par ce moyen, on obtient ce résultat que, en-cas de faible charge de l'installa- tion, la différence de température qui existe entre l'a- gent de chauffage et l'air à réchauffer dans l'édhangeur de chaleur 12 suffit pour qu'il soit possible de fournir à l'air la quantité de cnaleur qui lui est particulière- ment nécessaire.
.au conduit 26, allant de la,turbine 9 au turbo- compresseur 11 est relié un conduit d'amenée 31 qui est pourvu d'un organe d'arrêt 17 par lequel, lorsque la char- ge de l'installation est plus élevée, de l'air directement retiré de l'atmosphère peut être introduit par le conduit 26 sans passer par la turbine 9. Par ce moyen, on évite tout étranglement de l'air amené'au turbo-compresseur 11.
L'invention, offre l'avantage que l'équilibre d'é- nergie de l'ensemble des turbines 1,3,6, 11 peut être on- tinuellement assuré indépendamment de la charge de ltins- talltion entière. 'Le supplément d'énergie qui résulte du réglage sans perte du turbo-compresseur 11 à l'aide de la couronne d'aubes réglable 10 de la turbine 9 est direc- tement appliquée à l'arbre à effet utile 25.
La transmission de l'énergie de la turbine 9 à l'arbre à effet utile peut en principe aussi être obtenue d'une manière également satisfaisante par des moyens élec- triques,magnétiques, hydrauliques au similaires. Le chauf'- fage de l'échangeur de chaleur 12 peut aussi être réalisé par les gaz d'échappement de l'installation ou par l'agent de refroidissement d'un autre réfrigérant, par exemple ce- lui du réfrigérant intermédiaire 2. La chaleur provenant des réfrigérants pourrait aussi être transmise à l'échan- geur de chaleur 12 directement, c'est à dire sans utili- ser un véhicule de la chaleur. Dans ce cas, l'éohangeur de chaleur serait directement Inversé par l'agent de tra- vail réchauffé.