<Desc/Clms Page number 1>
TURBINES A GAZ.
La présente invention est relative à une installation de turbines à gaz dans laquelle une partie du fluide moteur, com- primée dans au moins un compresseur et détendue dans au moins une turbine, circule en circuit fermé d'où est prélevée constam- ment une partie du fluide moteur qui est détendue dans au moins deux turbines et dans lequel, en remplacement de la quantité en- levée, du fluide moteur est réintroduit à l'aide d'au moins un compresseur. La présente invention est caractérisée par le fait qu'au moins une turbine actionnant un compresseur est alimentée par la partie du fluide moteur circulant dans le circuit et qu'au moins une autre turbine actionnant également un compresseur et la turbina fournissant la puissance utile sont alimentées par . la partie du fluide moteur retirée du circuit.
Les turbines alimentées par la partie du fluide moteer re- tirée du circuit sont de préférence montées en série. Il est bon. en ce cas, de monter la turbine actionnant un compresseur @
<Desc/Clms Page number 2>
en amont de celle fournissant la puissance utile. Entre la turbine du compresseur et celle de puissance utile, on peut placer un réchauffeur de gaz qui est constitué par exemple par une chambre de combustion dans laquelle brûle du combustible au moyen de l'oxygène contenu dans la partie du fluide moteur qui a été retirée.
On va décrire plus en détail l'invention à l'aide de que- tre exemples de réalisation représentés sur les figures 1 à 4 des dessins, Les installations des figures 2 et 3 sont essentiel- lement les mêmes que celles de la figure 1. L'installation de la figure 2 comporte certains perfectionnements donnant lieu à amélioration en ce qui concerne le rendement, la possibilité de règlage et l'encombrement. L'installation de la figure 3 se différencie de celle de la figure 1 par le fait que sont montées en sens inverse les turbines qui sont alimentées au moyen de la partie du fluide moteur retirée du circuit.
La particularité de l'installation de la figure 4 consiste en ce que la turbine qui est alimentée par la partie du fluide moteur retirée du circuit actionne un compresseur du circuit tandis que le compresseur fournissant lair de remplacement est action- né par une turbine de circuit. Dans toutes les figures, on a utilisé les mêmes références pour les parties s correspondantes.
L'air comprimé par les compresseurs 1 et 2, entre lesquels est intercalé un appareil de réfrigération 3 est amené en par- tie par une conduite 4 à l'échangeur de chaleur 5 et, pour l'au- tre partie, par une conduite 6 à l'échangeur de chaleur 7,Les deux échangeurs de chaleur 5 et 7, montés en parallèle dans le courant d'air, agissent comme réchauffeurs, la division des quantités d'ait pouvant être adaptée aux besoins du fonctionne- ment par des organes de passage montés dans les conduites 4 et 6, Les deux quantités partielles d'air se réunissent à l'état réchauffé dans la conduite 8 pour se rediviser en deux parties, en 9.
L'une des parties va, par la conduite 10, dans la oham- bre entourant les tubes 11 du réchauffeur de gaz 13.L'air com- primé, à l'état chaud, arrive par la conduite 13 dams la tur-
<Desc/Clms Page number 3>
bina 14, ou, en :se détendant et se refroidissant, il aède une partie sensible de son énergie au, rotor. Ltair déten- du va par la conduite 15 dans l'échangeur de chaleur 5 dans lequel il réchauffe-, en passant dans les tubes 16, la quan- tité partielle d'air comprime arrivant par la conduite 4. A la sortie de l'éohangeur de chaleur 5, l'air détendu cède une autre partie de sa chaleur résiduelle dans l'appareil de réfrigération 17. L'air qui est maintenant refroidi va par la conduite 18 au compresseur 1 pour recommencer le cir- cuit.
Du circuit que l'on viemt de décrire, on retire conti nuellement, en 9, une partie de l'air, laquelle va par la conduite 19; à la chambre de combustion 20 du réchauffeur de gàz 12. Elle y est utilisée pour brûler le combustible pulvérisé par le brûleur 21.Le gaz de combustion s'en va alors par les tubes 11 de l'échangeur de chaleur, ce qui chauffe l'air circulant dans le circuit. Après échange d'u- ne partie de sa chaleur, le gaz de combustion va par la con- duite dans la turbine 23 et, après avoir été encore une fois chauffé dans le réchauffeur de gaz 34,dans la turbine 25.
Le réchauffeur de gaz 24 est une chambre de combustion dans laquelle la. combustible arrivant: par le brûleur 26 est brûlé à l'aide de l'oxygène encore contenu, dans le gaa de oombus- tion du réchauffeur de gaa 12.Le gaz détendu dans la turbi- ne 25 va finalement par la conduite 27 dans l'échangeur de chaleur 7 ou, en passant dans ses tubas 28, il cède une par- tie de sa ch aleur résiduelle à la quantité partielle d'air comprimé du circuit arrivant par la conduite 6.
Après avoir quitté l'échangeur de chaleur 7, le gaz de combustion va, par la conduite 29, à d'autres points d'utilisation, non représen- tés, par exemple dans un appareil à utilisation de chaleurs perdues ou il s'en va directement à l'aire libre.
<Desc/Clms Page number 4>
En remplacement de la partie du fluide moteur reti- rée du circuit en 9, de l'air est pris dans l'atmosphère par le compresseer 30 qui le comprime et le regoule par la conduite 31 dans la conduite 32 du circuit réunissant l'é- changeur de chaleur 5 avec l'appareil de réfrigération 17.
Lors d'un fonctionnement en marche normale, l'éir estcompri- mé par le compresseur 30 à environ 3 atmosphères de surpres- sion, pression sous laquelle il passe au compresseur à bas- se pression l.Au sortir du compresseur à haute pression, l'air du circuit est comprimé à une pression finale d'environ 12 atmosphères de surpression. L'air va à cette pression, après avoir été réchauffé dans l'échangeur de chaleur 18, dans la turbine 14 ou il se détend, en fournissant un travail, à la pression primitive d'environ 3 atm., de surpression. Pour modifier la puissance, on modifie le rapport de compression du compresseur 30 par exemple en modifiant la vitesse de ro- tation de la turbine 23. En marche à vide, le compresseur domprime l'air à environ 0,2 atm. de surpression et pour la surcharge maximum à environ 3,5 atm. de surpression.
Les pressions maximum dans le circuit sont alors, à la sortie du compresseur 2, de 3 à 16 atm, de surpression. Le rapport de compression dans le circuit est par suite également modi- fié en modifiant la charge et il est sensiblement plus petit pour une faible charge que pour une charge élevée. En modi- fiant le rapport de compression dans le circuit, on peut aug- menter sensiblement la zone de règlage sans qu'il se produise d'inconvénient au point de vue économique. Si l'on peut re- noncer à des rendements particulièrement élevés, on peut en- core augmenter la puissance de l'installation en augmentant la pression de l'air de remplacement, déjà en charge norma- le, par exemple en la portant à 4 à 5 atm. de surpression.
<Desc/Clms Page number 5>
La pression maximum dans le circuit en charge nor- male est alors portée à plus de 16 atm. de surpression par exemple à 20 atm, de surpression ou même davantage.
La turbine 14 alimentée par l'air du circuit actionne les compresseurs 1 et 2 du circuit, Au groupe de machines constitué par les compresseurs 3 et 2 et la turbine 14 est encore accouplée une machine électrique auxiliaire 33; qui, suivant les besoins, fonotionne comme moteur ou com- me génératrice et qui peut être utilisée pour le démarrage de l'installation et pour compenser un manque ou un excès de puissance sur la turbine 14.La turbine 23 qui est d'a- bord alimentée par le gaz de combustion actionne le com- presseur 30 refoulant l'air de remplacement dans le circuit), Enfin, la turbine 25 fournissant la puissance utile ac- tionne, par l'intermédiaire de la transmission 54, l'hélice 35 qui est une hélice règlable,
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, on utilise deux compresseurs 36 et 37 pour introduire l'air-de remplacement dans le circuit. Dans un appareil de réfrigération 38 situé entre les compresseurs, on retire de l'air partiellement comprimé, au moins une partie de la chaleur de compression. De cette façon, on peut augmen- ter sensiblement le niveau de pression du circuit. La pression de l'air introduit dans le circuit par la con- duite 31 peut être par exemple de 5 atm. de surpression glu plus, tandis que la pression maximum à la sortie du com- presseur 2 du circuit est dtenviron 20 atmo de surpression et plus. La puissance de l'installation peut donc ain- si être modifiée dans une zone étendue.
Il est possible, par exemple, d'obtenir avec de bons rendements une sur- charge qui peut être 8 fois plus grande que la gharge nor- mâle.
<Desc/Clms Page number 6>
Une autre amélioration consiste à amener l'air réchauf- fé dans l'échangeur de chaleur 7, par la conduite 39, en un point de l'échangeur de chaleur 5 ou règne la même températu- re qu'à la sortie de l'échangeur de chaleur 7. De cette façon, il est possible de réchauffer à la même température la partie de l'air du circuit passant par la conduite 4 et celle passant par la conduite 6 et par suite de récupérer le maximum de cha- leur d'échappement. Des installations analogues à la figure 2 conviennent en particulier dans des cas ou de grandes puis- sances doivent être installées dans des emplacements limités et où l'on doit obtenir de bons rendements, par exemple pour actionner des navires, en p,rticulier des havires de guerre.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure S, la turbine 25 fournissant la puissance utile est d'abord a- limentée par l'air de combustion du réchauffeur de gaz 12 et la turbine de compresseur 23 ne ltest qu'ensuite. De cette façon, on peut, dans des cas déterminés, obtenir une simpli- fication du règlage. De même, on peut renoncer à un réchauf- fage intermédiaire des gaz de combustion entre les deux tur- bines.
On peut également, comme dans l'installation représentée sur la figure 4, réunir en un seul groupe le compresseur à basse pression 1 se trouvant dans le circuit, le compresseur 30 refoulant l'air de remplacement, la turbine du circuit 14 et la machine électrique auxiliaire 33. Le compresseur 2 à haute pression du circuit est alors actionné par la turbine 23 qui est alimentée par l'air de combustion du réchauffeur de gaz 20.Grâce à ce montage, on peut obtenir, dans des cas par- ticuliers, une meilleure élasticité du règlage, car on peut, de cette façon, agir plus rapidement sur le fonctionnement du compresseur à haute pression 20 que s'il était actionné par la turbine du circuit.
<Desc/Clms Page number 7>
Lorsque l'on peut renoncer à ajouter une turbine de marche arrière pour les installations motrices marines, pn peut utiliser, en outre d'une hélice réglable, une transmission d'inversion, par exemple une transmission hydraulique ou une transmission à engrenage ou une transmission combinée avec accouplements hydrauliques et transmission à engrenage.