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BREVET D'INVENTION "INSTALLATION DE TURBINES A GAZ"
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Société dite : SULZER FRERES, SOCIETE 1NONYiV .
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Ooiiv. Int. : priori ce 0.' l.l.''. Ct;".mt,'-aïi.. ds brevet u.' i..v ¯.ti..::;ü n 9w.97 uu-t;Ja eu Saisie le 10 wi 1.
La présente invention se rapporte à une installation de turbines à gaz comprenant au moins une turbine à gaz pour la production de puissance utile, au moins une turbine à gaz pour la commande d'un compresseur, et un dispositif de réglage, qui règle correctement les quantités fractionnaires d'agent moteur pour les turbines. L'invention est caractérisée par une conduite contournant au moins un étage de la turbine du compresseur et renfermant un organe régulateur de débit, lequel est ouvert temporairement par le dispositif de réglage tout au plus en cas d'augmentation de la puissance utile.
De plus, il peut être prévu une machine auxiliaire accouplée avec le groupe compresseur, laquelle peut être mise temporairement en marche additionnellement par le dispositif de réglage, lorsque la charge augmente. Il peut aussi être prévu un organe d'échappement qui, en cas de diminution de la charge, est ouvert temporairement par le dispositif de réglage
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et laisse échapper de l'installation une fraction de l'agent moteur. De préférence, le dispositif de réglage ces fractions influence un organe régulateur qui est disposé dans une conduite contournant au moins un étage de la turbine de puissance utile.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé.
Fig. 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'une installation de turbines à gaz selon l'invention, et servant à la propulsion d'un navire. fig. 2 représente schématiquement le dispositif de réglage employé dans cette installation.
L'installation de turbines à gaz selon la fig. 1 fonctionne au moyen d'un circuit d'un agent moteur gazeux, par exemple d'air, hors duquel uhc fraction en est constamment retirée et dans lequel est introduite constamment, en un autre endroit, une quantité de remplacement -lui prond sa place.
L'agent moteur comprimé par le compresseur à basse pression 1 arrive, en passant par le refroidisseur intermédiaire 2, dans le compresseur à haute pression 3. Apres avoir été amené à la pression maximum du circuit, l'agent moteur s'écoule à travers la conduite 4 dans l'échangeur de chaleur 5, dans lequel il est réchauffé en parcourant les tubes 6. L'agent moteur s'écoule plus loin par la conduite 7 jusqu'à ce que, au point 8, il soit divisé en deux fractions. La majeure partie arrive par la conduite dans le réchauffeur de gaz 10 et est chauffée, en léchant les tubes échangeurs de chaleur 11, à la température maximum du circuit, puis elleest conduite à la turbine 13 par la conduite 12.
L'agent moteur détendu dans la turbine 13 arrive par la conduite 14 dans l'échangeur de chaleur 2. et cède en cet endroit, en léchant les tubes échangeurs de chaleur 6, une
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partie de sa chaleur restante à l'agent moteur qui s'écoule dans les tubes. Par la conduite 15, l'agent moteur passe, avec un contenu thermique moindre, dans le refroidisseur 16, dans lequel une autre partie de sa chaleur restante est transférée à un agent refroidisseur. Finalement, par la conduite 17, l'agent moteur est ramené au compresseur à basse pression 1, dans lequel le circuit recommence.
Au point 8 du circuit décrit de l'agent moteur, une fraction de celui-ci est constamment retirée et est envoyée par la conduite 18 au brûleur 19 du réchauffeur de gaz 10, à titre d'air comburant. Les gaz de la combustion s'échappent de la chambre de combustion 20 dans les tubes échangeurs de chaleur 11, à travers les parois desquels la chaleur est transférée à l'agent moteur du circuit, qui lèche les tubes. Les gaz de la combustion arrivent ensuite par la conduite 21 dans la turbine 22.
En remplacement de la fraction d'agent moteur retirée du circuit au point 8, de l'air de l'extérieur est constamment introduit dans le circuit par le compresseur 23. Cette quantité de remplacement est introduite par la conduite 24 dans l'échangeur de chaleur 2 en un point 25 en lequel l'agent moteur léchant les tubes échangeurs de chaleur.6 a à peu près la même température et la même pression que la quantité de remplacement.
La turbine 13 alimentée par la fraction d'agent moteur qui circule en circuit actionne les compresseurs 1, 3 et 23, tandis que la turbine 22 qui est alimentée par la fraction retirée du circuit actionne, en qualité de turbine de puissance utile, une hélice de navire 27. par l'intermédiaire d'un engrenage 26. L'hélice 27 peut être une hélice réglable, dont les pales peuvent être réglées avec un angle de pas variable selon le,sens de marche ou selon la vitesse de marche.
La turbine 13 et les compresseurs 1,3 et 23 sont en outre accouplés avec une machine auxiliaire électrique 28 qui sert de
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machine de mise en marche et de machine auxiliaire pour la compensation de la puissance excédentaire ou manquante.
Dans le but de régler correctement les fractions d'agent moteur destinées aux turbines 13 et 22, la turbine de puissance utile 22 est munie d'une conduire de dérivation 29 contournant le premier étage, et dans laquelle cat intercalé un organe régulateur de débit 30. Le servo-moteur 31 de cet organe de réglage est influencé par le dispositif de réglage 34 au moyen des conduites à impulsions 2 et 33. La commande du dispositif de réglage 34 s'effectue d'une part par le régula- teur à force centrifuge 35 et d'autre part par la pression de l'agent moteur dans la conduite d'admission 12 de la turbine 13, transmise par la conduite 40. A l'aide du levier 36, on peut régler à la main la valeur assignée à la puissance utile et que les dispositifs de réglage doivent maintenir.
Toute diminution de la section de passage dans la conduite de dérivation 29 diminue la capacité d'absorption de la turbine de puissance utile 22, de sorte que moins d'agent moteur est retiré du circuit et envoyé à la turbine. Simulta- nément toutefois, par suite de ce prélèvement moindre, l'agent moteur s'accumule et en conséquence la pression dans le cir- cuit augmente, de sorte que la puissance utile s'élève en con- séquence. Toute augmentation de la section de passage dans la conduite de dérivation donne à la turbine de puissance utile 22 une plus grande capacité d'absorption et provoque par con- séquent un prélèvement plus grand d'agent moteur dans le cir- cuit, avec chute de pression correspondante. Par suite de la chute de pression il se produit une oiminution de la puissance utile.
En correspondance avec la diminution ou l'augmenta- tion de la fraction d'agent moteur prise par la turbine de puissance utile 22, il se produit une augmentation ou une diminution de la fraction d'agent moteur disponible pour la
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turbine 13 des compresseurs. Par le dispositif de réglage 34, l'agent moteur est divisé de façon telle que pour une charge invariable, un fonctionnement stable de l'installation soit assuré. A l'aide du levier 36, on peut régler la puissance désirée, dans chaque cas, pour la commande de l'hélice, et par suite la vitesse de marche du navire.
La turbine 13 des compresseurs possède une conduite de dérivation 37 qui contourne le premier étage de turbine.
L'organe régulateur de débit 38 monté dans la conduite de dé- rivation peut être ouvert temporairement par le dispositif de réglage 34, afin de faire monter rapidement la puissance de la turbine de puissance utile 22, de sorte que lacapacité d'absorption de la turbine est augmentée. Dans ce but, le dispositif de réglage 34 agit par la conduite à impulsions 32 sur le servo-moteur 39 de l'organe de réglage . Par suite de l'accumulation de l'agent moteur contre la turbine de puis- sance utile, accumulation qui a été causée par le dispositif de réglage 34 pour augmenter la puissance utile, la turbine des compresseurs dispose d'une fraction plus grande d'agent moteur. Pendant que la capacité d'absorption de la turbine des compresseurs est temporairement augmentée, une plus grande puissance est engendrée.
De ce fait, la vitesse angulaire du groupe turbo-compresseur augmenté, et il se produit ainsi une augmentation de la pression dans le circuit. Par suite de l'augmentation de pression dans le circuit, on obtient alors l'augmentation désirée de la puissance utile.
La machine auxiliaire 28 peut également être mise en service temporairement par le dispositif de réglage 34 en cas d'augmentation de la puissance utile. Le dispositif de réglage 34 possède à cet effet un commutateur de réglage non représenté dans la fig. 1, auquel est reliée laanalisa- tion électrique de la machine 28.
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Au compresseur à haute pression 3 est reliée une conduite d'échappement 43 qui abouti!,t à la conduite d'échappe- ment 44 de la turbine de puissance utile 22. Dans cette con- duite est intercalé un organe d'échappement 45 qui est ouvert . temporairement par le dispositif de rég;age 34 au moyen de la conduite à impulsions 46 et du servo-moteur 47 en cas de di- minution de la puissance utile de la turbine 22, et qui laisse s'échapper hors de l'installation une fraction de l'agent mo- teur.
Le dispositif de réglage 34 et les organes de réglage connexes de la fig. 1 sont représentés schématiquement dans la fig. 2.
Le dispositif de réglage est influencé par le régu- lateur à force centrifuge 35 et par les capsules manométriques 50 et 52 reliées à la conduite sous pression 40. K l'aide du levier 36 on peut régler à la main la valeur assignée à la puissance voulue pour la commande de l'hélice du navire.
Plus la pression dans le circuit de l'installation de turbines à gaz est élevée, plus la capsule manométrique 50 se dilate et soulève alors l' articulation 41 du levier . Si la vitesse angulaire de la turbine des compresseurs de l'ins- tallation de turbines à gaz augmente, l'articulation 54 du levier 52 se soulevé.
La position du point d'articulation 53 est ainsi fonction de la valeur de la pression, dans le circuit de l'installation et de la vitesse angulaire de la turbine des compresseurs. ;tant donné qu'à l'état d'équilibre, la pression et la vitesse angulaire sont coordonnées l'une avec l'autre de façon univoque, la position du point ,,'articulation 53 ne dépend en fin de compte que de la vitesse an ulaire de la turbine des compresseurs.
Pendant les variations de la puis- @ sance utile, les valeurs de la' vitesse angulaire et de la pression ne sont plus coordonnées l'une avec l'autre de la
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même manière, car les variations de l'état de pression dans le circuit s'effectuent avec un certain retard par rapport aux variationsde la vitesse angulaire.
Pour augmenter la puissance utile, on déplace le levier 36 dansle sens plus de la flèche 55, de sorte qu'au moyen de la timonerie 56 et de-la came 57 le galet 58 est dé- placé dans le sens plus de la flèche 59 et que le ressort 61 est comprimé. Sur l'articulation 62 du levier 63 agit ainsi une force dirigée vers le bas, qui par l'intermédiaire de la tige 66 pousse vers le bas le piston à déplacement 67. De ce fait, le liquide qui se trouve sous ce piston dans le cylin- dre 68 est déplacé vers la surface supérieure du piston en passant par la conduite d'étranglement 69. Les points d'articu- lation 62 et 64 du levier 63 et la tringlerie y reliée 70 du tiroir de distribution 71 sont déplacés vers le bas.
De ce fait, le chemin devient libre pour le liquide sous pression amené par la conduite 72 et il peut arriver dans la partie inférieure du cylindre 75 par la conduite 73, de sorte que le piston 76 se soulève. Le liquide déplacé sur sa face supérieure arrive alors par la conduite 74 dans la conduite d'échappement 77.
Le soulèvement du pis-ton 76 provoque une augmenta- tion de la traction du ressort 78, de sorte que le tiroir de distribution 79 est également tiré vers le haut. De ce fait, du liquide sous pression passe de la conduite 80 dans la conduite 32, dans laquelle la pression augmente alors. Le tiroir de distribution 79 est alors repoussé vers le bas sous la pression augmentée du liquide, jusqu'à ce que la pression de liquide augmentée qui le charge fasse équilibre à la traction précédemment augmentée du ressort 78, dans une posi- tion dans laquelle l'ouverture de distribution 82 du tiroir se trouve entre les ouvertures de distribution de la conduite d'arrivée 80 et de la conduite de départ 81.
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La pression de commande régnant dans la conduite 32 agit tout d'abord par la conduite 33 sur le plston 83 du servomoteur 31, puis sur le piston 84 du scrvo-motcur 39 etfinalement par la conduite 85 sur le piston 86 du scrvo-moteur 87.
Tout d'abord, par suite de l'augmentation de la pression, de commando, le piston 83 est repoussé vers 10 bas en antagonisme au ressort 88, de sorbe que la section de passade libérée par l'organe 30 est diminuée, le cas échéant jusqu'à obturation complète.
Le ressort 89 qui charge le piston 84 du servomoteur 39 a des dimensions telles que l'organe de passage38 n'est soulevé de son siège que lorsque l'organe de passage 30 arrive exactement dans la position de fermeture. Si l'organe de passage 38 est grand ouvert, et on cas d'une nouvelle augmentation de la pression de commande dans les conduites 32 et 85, le piston 86 est soulevé de telle manière en antagonisme ou ressort 90 que le commutateur 91 commence à frotter sur la résistance de réglage 92. Lorsque le piston 86 monte, un courant d'intensité croissante est envoyé par¯ la canalisation 42 au moteur électrique auxiliaire de l'installation de turbines à gaz.
Sous l'influence des opérations de réglage décrites la vitesse angulaire de la turbine des compresseurs et la pression dans le circuit de l'installation de turbines à gaz augmentent, et par suite également la vitesse angulaire ainsi que la puissance de la turbine de puissance utile. De ce fait, les points d'articulation 41 et 54 du levier 52, ainsi également que les points d'articulation 53 et 65 sont soulevés. Le tiroir de distribution 71 laisse ainsipasser du liquide sous pression par la conduite 74 sur la Cace supérieure du piston 76 de servo-moteur, et diminue, par détente du rescort 78, la pression de commande régnant au-dessus du tiroir de distri-
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bution 79. Le dispositif de réglage ne revient au repos que lorsque la pression et la vitesse angulaire ont atteint la valeur assignée.
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A l'état d'équilibre la position du point d'articu- lation 62 du levier 63 est déterminée par la came 57, car dans la position d'équilibre le ressort 61 doit être détendu. De même, le point d'articulation 64 est maintenu, pendant l'état d'équilibre, dans Imposition dans laquelle le tiroir de commande maintient fermées les deux conduites de commande 73 et 74. Il résulte de la fixation des positions d'équilibre des points d'articulation 62 et 64 du levier 63 une position du point d'articulation 65 qui correspond à la vitesse angu- laire et à la pression du nouvel état d'équilibre. la gamme de réglage de l'organe 30 est déterminée de façon telle que chaque état d'équilibre peut être maintenu uniquement par réglage de cette soupape.
Il en résulte que pendant l'état d'équilibre, il règne constamment dans le sys- teme de conduites 32, 33 85 une pression de commande qui maintient l'organe 38 en position fermée et le commutateur 91 ouvert.
Pour diminuer la puissance utile, on déplace le le- vier 36 dans le sens moins de la flèche 55, de sorte que l'or- gane d'échappement 45 monté dans la conduite 43 est ouvert temporairement.
Cet organe d'échappement est commandé de façon telle par la came 93 et la capsule manométrique 51 qu'il soit ouvert aussitôt que la pression du circuit dans la conduite 40 dépasse une valeur limite située un peu au-dessus de la valeur assignée à la puissance utile, réglée par le levier 36. Si on déplace le levier 36 dans le sens moins de la flèche 55, le galet 4 se déplace dans le sens moins de la flèche 95. De ce fait, le ressort 96 reçoit une tension de
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compression qui pousse le tiroir de distribution 97 vers le bas. De ce fait, une communication s'établit entre le cylindre du servo-moteur 47 et la conduite d'échappement, par l'inter- médiaire de la conduite 46 et de l'ouverture de distrioution 100.
La pression de commande baisse en conséquence, de sorte que le ressort 101 soulevé le piston 102 et que l'organe 45 donne passage à l'écoulement par la conduite 43. Dans ce cas, il s'échappe hors du circuit de l'installation de turbines à gaz, de l'agent moteur qui passe par la conduite d'échappement 43; la pression du circuit baisse, de sorte que la capsule manométrique 51 se contracte. Le ressort 96 se détend et le tiroir de distribution 97 se soulevé.
Il peut alors passer dans le cylindre 47 assez de liquide en provenance de la conduite 98, par l'ouverture de commande 100 etla conduite 46, pour qu'au moyen du piston 102 l'organe 45 soit de nouveau appliqué sur son siège et qu'ainsi l'écoulement soit interrompu. simultanément, lors du déplacement du levier 36 dans le sens moins de la flèche 55, il so produit dans le système de conduites 32,33, 85 une chute de pression supplémen- taire, e sorte que l'organe de réglage 30 libère une section de passade plus grande. De ce fait la puissance utile est diminuée. L'organe de dérivation 38 déjà fermé de la turbine des compresseurs continue à rester fermé et le commutateur 91 déjà ouvert reste en position d'ouverture.
Si, afin d'augmenter la puissance, on déplace le levier 36 dans le sens plus de la flèche 55,la pression de commande dans la conduite 46 augmente, et l'organe d'échappement 45 déjà fermé continue à rester dans la position fermée.
Bien entendu, on emplcie conjointement avec le réglage récrit les autres réglages connus. Par exemple, la quantité de combustible envoyée au réchauffeur d'air doit être
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réglée en correspondance avec la puissance désirée. Pour l'accélération des opérationsde réglage, on pourrait encore prévoir, le cas échéant,.des récipients accumulateurs, connus en eux-mêmes qui, en particulier en cas d'augmentation de la puissance, fourniraient temporairement de l'énergie à l'ins- tallation.
Au lieu d'influencer le dispositif de réglage 34 (fig. 1) en fonction à la fois de la vitesse angulaire de la turbine des compresseurs et de la pression du circuit, on pourrait n'appliquer que l'une ou l'autre de ces deux grandeurs de réglage pour influencer le dispositif de réglage.
La répartition correcte des fractions d'agent moteur entre la turbine de puissance utile et la turbine des compresseurs peut également être obtenue par étranglement du courant d'agent moteur envoyé à l'une ou à l'autre des turbines.
REVENDICATIONS
1) Installation de turbines à gaz comprenant au moins une turbine à gaz pour la production de puissance utile, au moins une turbine à gaz pour la commande d'un compresseur., et un dispositif de réglage qui règle correctement les quantités fractionnaires d'agent moteur pour les turbines, installation caractérisée par une conduite contournant au moins un étage de la turbine du compresseur et renfermant un organe régulateur de débit, lequel est ouvert temporairement par le dispositif de réglage, tout au plus en cas d'augmentation de la puissance utile.
2) Installation de turbines à gaz selon la revendication 1, caractérisée par une machine auxiliaire accouplée avec le groupe compresseur, pouvant être mise temporairement en marche additionnellement par le dispositif de réglage, lorsque la charge augmente.
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