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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION "Procédé de réglage d'une turbine à gaz actionnée par les gaz d'échappement d'une machine à combustion" la Société dite : SociétéAnonyme BROWN, BOVERI & Cie, à BADEN, Suisse.
Faisant l'objet d'une première demande de brevet déposée en SUISSE: le 2 septembre 1943.
Il est connu de monter, en aval d'une machine à combustion, un turbo-compresseur de suralimentation constitué d'une turbine à gaz et d'une soufflante centrifuge ou axiale, et d'actionner ainsi la turbine par les gaz d'échappement de la machine à combustion, tandis que la soufflante commandée par la turbine fournit l'air pour le balayage et la suralimentation de la machine à combustion.
Dans le cas d'une machine à combustion à quatre temps, la puissance motrice des gaz d'échappement suffit en général pour toute la gamme de charges, lorsqu'elle suffit à pleine charge.
Il n'en est pas ainsi pour les machines à deux temps, où il arrive souvent que, sous une charge partielle déterminée, les gaz d'échappement ne suffisent plus pour entraîner le groupe de suralimentation, de sorte que la soufflante actionnée par les gaz d'échappement, par l'intermédiaire de la turbine, ne fournit plus assez d'air pour le balayage et la suralimentation du moteur, celui-ci fournissant alors encore moins de gaz d'échappement, et ainsi de suite, jusqu'à l'interruption du fonctionnement.
Pour cette raison, il a déjà été proposé, dans le cas des machines à combustion à deux temps, de répartir le débit d'air sur
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deux soufflantes, dont l'une seulement est entraînée par les gaz d'échappement de la machine à.ombustion, tandis que l'autre est commandée par la machine même* ou bien par un moteur électrique qui reçoit son courant de la génératrice de la machine à combustion ou d'un réseau.
Une autre proposition consiste à donner une puissance additionnelle aux gaz d'échappement actionnant la turbine à gaz, soit en brûlant du combustible dans ces gaz contenant encore un important excès d'air, soit en dérivant de l'air frais de la soufflante et en amenant sa température au-dessus de celle des gaz d'échappement en brûlant du combustible dans cet air, pour l'ajouter alors aux gaz d'échappement, en amont de la turbine.
L'invention s'apparente à cette deuxième proposition, mais au lieu de brûler une quantité additionnelle de combustible en dehors du moteur en vue d'augmenter la puissance de la turbine à gaz d'échappement, cette quantité additionnelle de combustible est, selon l'invention, introduite dans la machine à combustion même. Jetant donné toutefois que la puissance du moteur deviendrait de ce fait plus élevée que la puissance utile fournie à l'extérieur et exigée momentanément par la machine entraînée, cette puissance doit, par une mesure supplémentaire, être réduite de telle façon qu'elle s'adapte à celle qui est désirée.
Ce résultat peut être obtenu par une augmentation de la contrepression du moteur. Elle se produit déjà, dans une faible mesure, du fait que l'augmentation du volume des gaz d'échappement, par suite de la combustion de combustible additionnel, produit une augmentation de la pression en amont de la turbine, qui reagit sur le moteur. L'expérience a toutefois prouvé que dans beaucoup de cas cela ne suffit pas.
On pourrait insérer un organe d'étranglement entre le moteur et la turbine, et régler ainsi la contre-pression dans une mesure correspondante. Il est vrai que cela provoquerait la réduction nécessaire de la puissance du moteur, mais donnerait cependant lieu à une perte non négligeable. Selon l'invention, la variation de la distribution de la pression est réalisée sans cette perte, grâce au fait que la surface d'admission des tuyères de la turbine à gaz est automatiquement variée d'une manière correspondante. A cet effet on peut, de la manière connue en soi, obturer ou découvrir une ou en même temps plusieurs tuyères au moyen de soupapes, ou bien produire une variation continue de la section de passage en fermant et découvrant partiellement la bague des tuyères.
Par opposition à ce qui se présente dans les turbines à vapeur, la variation de la surface d'admission des tuyères doit s'opérer de telle façon que
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cette surface soit réduite en vue de l'augmentation de la puissance de la turbine et qu'elle soit augmentée lors d'une réduction de la puissance de la turbine. Le dimensionnement de la surface des tuyères de la turbine à gaz en vue d'obtenir un débit déterminé de la soufflante est évidemment connu. Dans le cas d'un dimensionnement erroné, on a également déjà obturé des tuyères par soudure, après coup, en vue d'augmenter la puissance, mais ce qui est nouveau, c'est la variation temporaire systématique de la surface d'admission des tuyères dans des buts de réglage, conformément à l'invention, en combinaison avec la combustion additionnelle de combustible dans le moteur.
Réglage. Lorsque la puissance de la machine à combustion diminue, la pression en amont de la turbine à gaz décroit continuellamento Malgré cela, la réalisation des opérations décrites cidessus, dans le but d'augmenter la puissance de la turbine à gaz, ne peut pas bien être rendue dépendante de cette pression, puisquècelleci est à son tour fortement influencée par le réglage, dès que celuici vient d'entrer en action. Pour cette raison, le déclenchement de l'opération de réglage sera de préférence rendu dépendant de la puissance de la machine à combustion ou d'un élément approprié de sa tringlerie de réglage, ou bien de la puissance de la machine commandée par le moteur, par exemple, dans le cas de la commande d'une génératrice,,de la puissance électrique de celle-ci.
Dans ce dernier cas, on peut utilement effectuer électriquement la transmission de l'impulsion. On peut aussi inverser, avec avantage, l'ordre de succession des opérations, qui était admis jusqu'à présent, en produisant d'abord la variation-de la répartition de la chute de pression, en fonction de la puissance, tandis que le réglage du combustible est réalisé par le moteur.
Dans le cas de la suralimentation de moteurs à deux temps, le processus de réglage s'effectua alors comme suit :
Lorsqu'on descend au-dessous d'une charge partielle déterminée, la surface d'admission de la turbine à gaz est diminuée sous l'influence de la puissance de la machine à combustion ou de la machine commandée par celle-ci. De ce'fait, les gaz en amont de la turbine sont portés à une pression'plus élevée. Cette pression est augmentée . à un point tel que la masse de gaz venant de la machine à combustion peut s'écouler par la surface réduite des tuyères. Cette augmentation de la contrepression détermine une réduction de la puissance de la machine à combustion, puisque sa participation à la chute totale est diminuée.
Le régulateur de la machine à combustion
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augmentera alors automatiquement ramenée de combustible jusqu'à ce que la machine fournisse de nouveau la puissance aesirée. Dans cette opération de réglage) la machine à combustion subit donc une diminution de la chute de pression, laquelle est de nouveau compensée par une augmentation de la consommation de combustible.
De plus, une augmentation de la quantité de gaz d'échappement se produit comme phénomène secondaire. La turbine à gaz reçoit simultanément cette plus grande quantité de gaz d'échappement et une plus grande partie de la chute de pression des deux machines, avec le résultat qu'elle cède une plus grande puissance à la soufflante. Celle-ci amène à la machine à combustion une plus grande quantité d'air à pression plus élevée, de sorte que le balayage et la suralimentation de cette machine sont améliorés.
Dans le cas de la suralimentation d'un moteur à deux temps par un turbo-compresseur de suralimentation à gaz d'échappement, ce réglage ne doit pas entrer en jeu sur toute la gamme de puissances de la machine à combustion, car il suffit que la combustion du combustible additionnel commence au-dessous d'une charge partielle déterminée.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé de réglage d'une turbine à gaz actionnée par les gaz d'échappement d'une machine à combustion, caractérisé en ce qu'une quantité de combustible est brûlée dans la machine à combustion en plus de celle qui est nécessaire pour engendrer la puissance utile, et en ce que, par une variation appropriée de la répartition de la chute de pression totale du moteur et de la turbine à gaz, on réalise que la puissance supplémentaire ainsi obtenue soit reportée à la turbine à gaz.