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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION "Installation de turbine à combustion, comportant au moins un gazogène suralimenté"
EMI1.1
la Société dite: Société Anonyme B1;0Ttd, 307ERS & Ci6, à 3SI, Suisse.
Faisant, l'objet d'une première demande de brevet déposée en SUISSE: le 24 août 1944.
Des combustibles solides peuvent être utilisés pour l'actionnement de turbines à combustion, lorsqu'on les gazéifie d'abord dans des gazogènes et que l'on brûle ensuite le gaz dans la chambre de combustion de la turbine. Etant donné que la pression dans la chambre de combustion atteint quelques atmosphères, le gaz de combustion doit être porté à cette pression après la gazéification, c'est-à-dire qu'il doit *être comprimé dans une soufflerie. Afin de maintenir la puissance-de compression à une valeur faible, le gaz de combustion, qui possède une température de quelques centaines de degrés Celsius à la sortie du gazogène, est refroidi, ce qui signifie une perte de chaleur substantielle.
Ces conditions défavorables de fonctionnement peuvent être évitées si, au lieu du gaz de combustion, on porte l'air comburant pour le gazogène à la pression appropriée, c'est-à-dire, si le gazogène travaille approximativement à la m'orne pression que la chambre de combustion de la turbine à gaz. Puisqu'une certaine chute de pression est nécessaire dans le gazogène pour vaincre les résistances à 1''écoulement, la pression de l'air comburant qui entre dans le gazogène doit dépasser, de cette chute de prossion, la pression dans la chambre de combustion.
Les installations connues de ce genre produisent la chute de pression en portant tout l'air comprimé à la pression la plus élevée et en abaissant la pression de l'air moteur pour la turbine à gaz, par étranglement, d'une pression correspondant à la chute de pression dans le gazogène. Dans ces installations, la majeure
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partie de l'air comprimé est soumis à un étranglement produisant une chute de pression correspondant à celle dans le gazogène, ce qui donne lieu à une perte appréciable de puissance et de rendement.
L'invention vise à éviter ces pertes en portant, tel que c'était le cas jusqu'à présent, toute la quantité d'air à la pression la plus élevée, en n'étranglant toutefois pas inutilement l'air moteur pour la turbine à gaz, comme il était d'usage, mais en exploitant utilement cette chute de pression. Si l'installation comporte par exemple un réchauffeur d'air, la chute de pression dans celui-ci est rendue aussi grande que celle dans le gazogène.
Si plusieurs souffleries et turbines sont montées en serie, l'air pour les gazogènes est pris aux endroits où la pression dans le circuit d'air dépasse, de la valeur correspondant à la chute de pression dans le gazogène, celle régnant devant la chambre de com- bustion. Cette condition ne suffit cependant pas encore pour obtenir un fonctionnement satisfaisant à toutes les charges.
Comme critère supplémentaire, la pression à l'endroit de prise d'air doit, à des charges différentes de l'installation, tomber et monter dans le même sens que devant la chambre de combustion.
Cela n'est pas toujours vrai en cas de compression et détente en plusieurs étages.
A titre démonstratif, quelques exemples de réalisation de l'invention se trouvent décrits ci-après avec référence aux dessins annexés.
La Fig. 1 montre par exemple une installation de tur@ine à combustion comportant une turbine à combustion a un seul étage, un gazogène à suralimentation et un échangeur de chaleur. Cette installation comprend le compresseur 1, l'échangeur de chaleur 2, la chambre de combustion 3, la turbine à gaz 4, la génératrice 5, le moteur de démarrage 6 et le gazogène 7. Comme combustible on utilise du charbon ou une autre substance gazeifiable. L'air comburant pour le gazogène 7 est prélevé en un point 8 du circuit du fluide moteur où la pression dépasse de la chute de pression dans le gazogène 7, celle existant devant la chambre de combustion.
La pression dans le gazogène croit et décroit alors automatiquement avec la pression dans le système de fluide moteur. Le réglage de la quantité de gaz de combustion s'opère à l'aide de la soupape d'étranglement 9 qui est montée dans la canalisation allant à ou venant du gazogène. Afin d'obtenir un réglage agissant dans le sens correct pour toutes les charges, le point de prise de l'air comburant doit être choisi de telle façon que la chute de pression requise dans le gazogène soit assurée pour toutes les charges, ce qui est obtenu, par la présente disposition. L'organe d'étranglement
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9 règle d'une façon simple la quantité d'air comburant par la répartition de la quantité d'air dans le courant principal et le courant de dérivation.
La grande quantité d'air non nécessaire pour le gazogène, s'écoule par le réchauffeur d'air.
Etant donné que la chue de pression dans le gazogène diffère selon la couche de remplissage et la scorification, la disposition est avantageusement réalisée de telle façon que l'organe d'étranglement n'occupe pas sa position de réglage total sous la charge normale. De ce fait, une augmentation de la chute de pression dans le gazogène peut Être compensée par l'ouverture de la soupape d'étranglement de sorte que la génération de gaz de combustion ne diminue pas.
Le susdit réglage de l'organe d'étranglement présente également l'avantage que, dans des installations-où la charge croît, ou bien décroît avec le nombre de tours, un choc de charge peut être absorbé plus rapidement, puisque l'ouverture de l'organe d'étranglement 9 permet d'augmenter immédiatement la génération de gaz de combustion, et ce notamment avant que le nombre de tours plus élevé ne donne lieu à la fourniture d'une plus grande quantité d"air comburant pour le gazogène.
Il convient égalenent de noter que la disposition selon l'invention présente, vis-à-vis des modes de réglage connus, le grand avantage que l'air comburant pour le gazogène peut être varié de la manière la plus simple entre zero et la valeur maximum, sans que le fonctionnement du compresseur devienne plumauvais.
Le fonctionnement du compresseur n'est pas sensiblement influencé par l'ouverture ou la fermeture de l'organe d'étranglement 9, puisque l'air ne s'écoulant pas vers le gazogène peut s'écouler par le réchauffeur d'air et que la quantité d'air comburant du gazogène est faible par rapport à la quantité totale d'air refoulée.
Comme il a déjà été signalé, la disposition offre Davantage que, lors d'une variation du nombre de tours du groupe turbinesoufflerie et de la variation de'pression qui en résulte dans la chambre de combustion, la pression appropriée s'établit sans aucun réglage dans le gazogène.
Le réglage de puissance s'opère à l'aide d'un régulateur centrifuge 10 ou d'un autre régulateur de puissance qui, d'une manière connue quolconque, règle l'organe d'étranglement 9 de telle façon que la quantité de gaz de combustion correspondant à la puissance soit engendrée. Dans le cas de la Fig. l, l'impulsion de commande est par exemple transmise par de l'huile sous pression du régulateur de puissance 10 à l'organe d'étranglement 9.
Une pompe à huile 11, entraînée par un moteur, fournit l'huile de commande nécessaire à cet effet.
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Dans le cas d'installations de turbines à combustion à étapes multiples, comportant plusieurs chambres de combustion, qui travaillent à des pressions différentes, chaque chambre de combustion reçoit avantageusement son gazogène propre ui travaille approxi- mativement à la même pression que la chambre de combustion. Les divers gazogènes d'une installation fonctionnent donc à des pressions différentes. L'air comburant pour les différents gazogènes est, dans ce cas également, pris aux points du circuit d'agent moteur, auxquels la pression au point de prise et à la chambre de combustion varie, en cas de variation du nombre de tours, de telle façon que la chute de pression nécessaire au gazogène soit maintenue à toutes les charges.
Le réglage s'effectue de nouveau au moyen d'un organe d'étranglement placé dans la conduite de dérivation en amont ou en aval du gazogène.
La Fig.2 montre une telle disposition pour une installation de turbine à combustion à deux étages.
L'air est comprimé dans la soufflerie 1 et est de nouveau refroidi dans le réfrigèrent d'air 12, pour être ensuite comprimé davantage dans la soufflerie 13. Il arrive ensuite dans l'échangeur de chaleur 2et de.la dans la chambre de combustion 3'. Le fluide moteur passe alors à travers la turbine à gaz 14 qui actionne le compresseur 13, et, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission, la génératrice 15. De la turbine à gaz 14, le fluide moteur va à la chambre de combustion 3 et puis à la turbine 4 et s'échappe à l'atmosphère après avoir traversé l'échangeur de chaleur 2. Les moteurs 6 et 6' servent à la mise en marche de l'installation. Le gaz de combustion est fourni par les gazogènes 7, 7'.
Le réglage de puissance s'opère par exemple à l'aide des régulateurs centrifuges 10, 10', qui règlent directement ou indirectement les organes d'étranglement 9, 9'.
Les systèmes de réglage mentionnés ne constituent que des exemples. Pour la commande des organes d'étranglement on peut utiliser n'importe quel réglage de puissance, qu'il s'opère par des régulateurs centrifuges, thermostats, régulateurs de pression ou analogues.
Le gazogène peut également être alimenté en gaz d'echappement de la turbine à gaz, et dans ce cas on obtient par la réduction de l'acide carbonique en oxyde de carbone, un abaissement de la température de combustion dans le gazogène, ce qui est très désirable.
Un soutirage de la turbine à gaz.est nécessaire lorsque, pour une variation de la charge, la pression ne varie, en aucun point du compresseur, dans le même sens que devant la chambre de combustion.
Le point de prise pour l'air comburant peut aussi être choisi de telle façon que, en cas de diminution du nombre de tours du
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groupe compresseur, le rapport entre la chute de pression et la pression absolue dans le gazogène ne reste pas constante mais augmente. De ce fait on obtient, lors d'une charge décroissante, c'est-à-dire dans ce cas lors d'un nombre de tours décroissant, une différence de pression croissant relativement. L'excès de chute de pression peut alors être utilisé, dans le cas d'un brusque choc de charge, pour l'augmentation relative passagère de la quantité de gaz de combustion, ce qui est nécessaire en vue de l'accélération rapide du groupe compresseur.
Dans les installations où,lorsque le gazogène travaille sous la pression maximum, la chute de pression additionnelle ne peut pas être produite par le soutirage approprié au circuit d'agent moteur, il est nécessaire de prévoir un étage supplémentaire de soufflerie pour l'air comburant pour le gazogène. Cela se fait en prévoyant un ou plusieurs étages supplémentaires au compresseur, qui ne coin= priment pratiquement que l'air comburant pour le gazogène. Bien que la capacité de réglage soit plus faible que dans les dispositions mentionnées plus haut, on'peut cependant atteindre une portée de réglage suffisante par une construction appropriée des étages additionnels.
S'il s'agit par exemple d'un compresseur axial, on peut, puisque la génération de pression dans le ventilateur additionnel est faible, obtenir par de petits angles d'aubes une caractéris- tique de soufflerie qui permet un étranglement de l'air comburant du gazogène, depuis la pleine charge jusqu'à la marche à vide.
Tout comme dans les dispositions antérieures, l'air non nécessaire au gazogène est envoyé directement à la chambre de combustion.
REVENDICATIONS.
1 - Installation de turbine à combustion, comportant au moins un gazogène suralimenté, dans laquelle l'air moteur pour la turbine et l'air comburant pour le gazogène sont comprimés ensemble, l'air étant, après la compression, divisé en courants partiels, caractérisée en ce que le courant partiel conduisant à un gazogène part d'un point où la pression dans le circuit d'air dépasse, de la valeur de la chute de pression dans le gazogène, la pression existant devant la chambre de combustion d'une turbine associée avec le gazogène, tandis qu'un autre courant partiel s'écoule vers la chambre de combustion, en employant utilement cette chute de pression.