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PERFECTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS DE PRODUCTION D'ENERGIE AU MOYEN DE TURBINES A GAZ
La présente invention concerne des installations de production d'énergie comportant des turbines à gaz; elle est utile, en particulier dans les locomotives et autres véhicules comme les navires, bien que l'invention n'y soit pas nécessairement limitée.
L'invention a pour objet une construction perfectionnée et son aménagement dans une installation de production d'énergie. Elle sera d'ailleurs bien comprise en se référant à la description qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel :
La figure 1 est une élévation, partie en coupe, de l'ensemble de
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l'installation productrice d'énergie ; la figure 2 est une vue de la coupe 2-2 de la figure 1, montrant les positions relatives des tuyères à vapeur et des tuyères à gaz, da le distributeur; la figure 3 est une élevation, vue en bout, de l'installation de la figure 1;
la figure 4 est une vue de la coupe 4-4 de la figure 1, montrant l'aménagement du carter de décharge de la turbine et sa disposition par rapport à la roue de la turbine, à sonnarbre et au carter du réchauffeur.
En se reportant à la figure 1, on voit-une roue 1 de turbine à gaz, portée par un arbre 2, monté à son extrémité externe dans un palier 3, supporté par une paroi terminale 4 du carter. L'extrémité interne de l'arbre 2 est reliée par un accouplement 5 à l'arbre d'un compresseur d'air 6. Celui-ci peut être de tout type approprié, soit à circulation axiale, soit centrifuge à circulation radiale et à plusieurs étages. Il reçoit de l'air à son entrée 7 et le décharge dans une chambre 8, d'où cet air se dirige vers une conduite de décharge 9.
L'arbre du compresseur est supporté par des paliers appropriés 10 et 11. Une série de chambres de combustion 12 est montée sur la 'paroi terminale 4; ces chambres sont de toute construction appropriée.
On a représenté une en coupe dans le coin inférieur droit du dessin.
Comme on le voit, cette chambre comprend des parois espacées, interne et externe 13-14, déterminant entre elles un espace d'admission 15 d'air comprimé, qui est dirigé à l'intérieur de la paroi 13, à travers des ouvertures 16. En 17 on a représenté la tuyère d'alimentation du combustible. Les gaz produits par la combustion du combustible dans l'air, dans la chambre de combustion, sont entrainés à travers des éléments de jonction 75 et des tuyères 18, vers les aubes 19 de la roue de la turbine. Le combustible, alimentant les tuyères 17 de combustible, peut avoir son débit règlé par tout dispositif approprié.
A une certaine distance de la paroi terminale 4, se trouvent des parois de forme appropriée 20, 21, 22, qui déterminent une chambre
15 circulaire sous pression 23, d'où l'air est fourni à l'espace/des @
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diverses chambres de combustion, cet air étant dirigé vers ledit espa- ce par des parois circulaires 24, qui entourent les éléments de jonction 75 des chambres de combustion, à une certaine distance. Le chemin sui- vi par l'air est clairement indiqué par les flèches 25.
Les gaz sortant des aubes 19 de la roue de la turbine se déchar- gent, au-delà des nervures 76 de support du carter, vers une chambre 26, déterminée par une paroi circulaire interne 27, une paroi termina- le 28 et une paroi extérieure 29. Cette dernière se prolonge à la par- tie inférieure de l'installation, ainsi que vers le haut, de chaque coté de l'ensemble, sa coupe ayant la forme générale d'un U, comme on le voit figure 4. Avec cette disposition, la chambre 26 est ouverte à son extrémité supérieure pour l'échappement des gaz vers le haut, com- me on l'expliquera ci-après. Le chemin suivi par les gaz d'échappement est indiqué par les flèches 30.
L'espace compris entre la paroi circu- laire 27 et le palier 10 forme un logement pour ce palier et pour l'accouplement; il constitue également une paroi qui dirige l'air vers l'entrée du compresseur.
Un réchauffeur d'air est monté sur les parois 27 et 4, sous forme d'un échangeur de chaleur, comportant des plaques terminales 31 et 32, reliées par des tubes 33. A son extrémité. gauche (sur le dessin) cet échangeur est relié à la conduite de décharge d'air 9. A son au- tre extrémité, se trouvent des parois 34, qui déterminent un collecteur 35, relié par une ouverture 36 à la chambre circulaire sous pression 23. De cette façon, l'air sortant dû-compresseur 6 traverse les tubes 33 vers le collecteur 35, et de là, par l'ouverture 36, se dirige vers la chambre 23, d'où il passe vers les diverses chambres de combus- tion.
Les gaz déchargés vers la chambre 26, en provenance de la roue de la turbine, traversent les tubes de l'échangeur de chaleur, ser- vant ainsi à réchauffer l'air fourni aux chambres de combustion.
Une chaudière à vapeur, de tout type approprié quelconque, et utilisant la chaleur perdue des gaz, est montée de façon convenable sur les parois de l'échangeur de chaleur. Dans la présente réalisation, elle est constituée par deux collecteurs 37 et 38, reliés par des tubes de'chaudière 39. Ces tubes 39 se trouvent sur le trajet des gaz d'échappement de la roue de la tourbine, de telle sorte qu'après que
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ces gaz ont circulé autour des tubes 33 de l'échangeur de chaleur, ils circulent autour des tubes 39 de la chaudière à vapeur.
En 40 se trouve un réservoir d'eau relié aux collecteurs 37 et 38 par des conduites d'équilibre 41 et 42. En 43 se trouve un tube, muni d'une valve 44, à travers lesquels de l'eau est amenée à la chau- dière. Au sommet du réservoir 40 se trouve un dôme de vapeur 40 , relié par une conduite 40" à un surchauffeur 45, disposé sur le trajet des gaz d'échappement, au-dessus des tubes 39 de la chaudière. Reliée à la sortie du surchauffeur 45, une conduite 46, munie d'une valve de con- trôle 47, communique avec la chambre des tuyères 48, munies de tuyères 49, destinées à décharger de la vapeur sur les aubes 19 de la roue de la turbine.
Comme on le voit figure 2, la chambre des tuyères 48 est disposée entre deux des chambres de combustion et couvre un arc de circonférence relativement petit. Par exemple, elle peut ne comporter que trois ou quatre parois qui déterminent deux ou trois passages formant tuyère.
Les tuyères 18 qui dirigent les gaz de combustion vers la roue de la turbine, occupent tout l'arc réservé aux tuyères, à l'exception de l'arc occupé par les tuyères à vapeur 49. Une conduite 50, munie d'une valve appropriée de contrôle 51, est'--,reliée à la conduite 46. La con- duite 50 peut fournir de la vapeur pour tout usage approprié. Par exem- ple, dans le cas d'une locomotive, elle peut fournir de la vapeur pour chauffer les wagons.
Associée à la chaudière à vapeur, se trouve une chambre de combus- tion auxiliaire, ou de démarrage 52, de construction appropriée et à laquelle du combustible est amené d'une source convenable, à travers une tuyère 53. Un compresseur d'air 54 est monté contre la chambre de combustion 52, et est entrainé par un moteur électrique 55 (figure 3).
L'entrée du compresseur est indiquée en 56 et sa sortie en e7. Il est du type centrifuge. Sa sortie est reliée à un chambre à air 58, déter- minée par des parois appropriées 59, et d'où l'air est envoyé à la chambre de combustion 52, comme indiqué par les flèches 60. La so,rtie de la chambre 52 est indiquée en 61. Elle fournit des gaz à la chaudiè- re à vapeur, pour le chauffer, indépendamment du fonctionnement de la turbine à gaz.
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Les parties latérales 77 des parois 29 sont conformées de manière appropriée, pour se prolonger vers le haut, de chaque c6té de l'échan- geur de chaleur de la chaudière à vapeur et du surchauffeur, de telle sorte qu'en liaison avec les parois terminales 62 et 63, elles consti- tuent une enceinte contenant les tubes de l'échangeur de cbaleur, de la chaudière à vapeur et du surchauffeur, et servant à faire circuler par- mi eux les gaz d'échappement.
La chaudière à vapeur et la chambre de combustion 52 servent à faire démaner la turbine à gaz. Pour le démarrage, le compresseur 54 est entrainé par le moteur 55 afin de fournir de l'air à la chambre de combustion 52 et du combustible lui est amené da la sourcede combus- tible prévue. Par exemple, on peut utiliser dans ce but un groupe moto pompe. Les produits de la combustion dans la chambre 52 sont conduits à la chaudière et servent à y produire de la vapeur. Cette dernière traverse la conduite 46, les tuyères 49, vers la roue de lanturbine, qui se met à fonctionner et qui entraine à son tour le compresseur 6, lequel envoie de l'air dans la chmabre de combustion 12. En même temps, du combustible est amené à cette chambre.
Après que l'allumage s'est produit dans les chambres de combus- tion 12, on peut mettre hors service la chambre auxiliaire de combus- tion 52. A ce point de vue, il est bien entendu que les auxiliaires de l'installation générale, comme la pompe d'alimentation en combustible par exemple (non représentée) peuvent être entrainés par l'arbre 2, l'habitude au. moyen de pignons appropriés.
Lorsque l'installation fonctionne, les gaz d'échappement de la roue de la turbine servent à réchauffer l'air fourni aux chambres de combustion et, ensuite, ils sont utilisés pour produire de la vapeur dans la chaudière. Cette vapeur peut être utilisée pour effectuer du chauffage, ou pour toute autre utilisation. De même, si on le dési- re, elle peut être amenée à la roue de la turbine par les tuyères 19, de sorte que la chaudière à vapeur coopère à l'entrainement de la roue de la turbine, pendant le fonctionnement normal.
On voit ainsi que, par la présente invention, on a réalisé une installation de turbine de faible encombrement, bien adaptée à un mon- tage sur locomotive, et dans laquelle la chaleur des gaz d'échappe- -IL
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-ment de la roue de la turbine est utilisée avec avantage dans l'échan- geur de la chaleur et dans la chaudière à vapeur, qui en récupère la chaleur perdue, et dans laquelle cette chaudière, au moyen d'un foyer auxiliaire de combustion;
fonctionne comme chaudière à vaporisa- tion rapide, pour produire de la vapeur qui fait démaner l'installa-Lion Cette dernière caractéristique est un avantage important de l'inventicn
Bien qu'on n'ait représenté qu'un exemple de réalisation de l'in- vention, il est bien entendu que l'on ne désire pas se limiter à cette forme de réalisation donnée à simple titre d'exemple non limitatif et que, par conséquent, toutes variantes ayant même principe et même ob- jet que la disposition ci-dessus rentreraient comme elle dans le cadre de l'invention.