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PERFECTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS DE TURBINES A GAZ.
L'invention concerne des perfectionnements relatifs aux instal- lations de turbines à gaz.
Les installations de turbines à gaz à cycle ouvert comprennent, en plus du dispositif de combustion ou brûleur, de la turbine propre- ment dite et du oompresseur d'air, un préchauffeur d'air. D'ordinai- re, le préchauffeur d'air est un éohangeur ou un réoupérateur de chaleur du genre dans lequel l'air à préchauffer s'écoule par l'un des parcours de fluide de l'appareil,dans son trajet vers le disposi- tif de combustion, et les gaz d'échappement de la combustion prove- nant de la turbine s'y écoulent par un autre parcours de fluide dans leur trajet vers la décharge finale de l'appareil.
Pour obtenir un degré élevé de rendement dans l'6ohangeur-récu- pérateur à taux élevé, préchauffeur d'air de l'installation, les parcours de fluide respectifs de l'éohangeur de chaleur sont formés - de manière telle que l'air et les gaz sont divisés en un certain nom- bre de courants ou filets, petits ou minces, les courants ou filets des différents fluides étant séparés par des organes relativement minces en métal ou alliage bon conducteur de la chaleur. Si le taux de rendement du préchauffeur d'air doit être maintenu,les surfaces de celui-ci qui sont atteintes par les gaz doivent être maintenues exemptes de cendres ou autres dépôts susceptibles de les souiller ou les salir, et qui peuvent être présents dans les gaz venant du brû- leur.
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Afin de maintenir les frais d'exploitation ou de fonctionnement d'installations de turbines à gaz aussi bas que possible, et pour ré- duire les dangers d'incendie, il est désirable d'employer, comme com- bustible pour le brûleur, de l'huile brute ou seulement partielle- ment raffinée. Malgré le maintien d'une température élevée au brû- leur, la combustion parfaite de pareil combustible est rarement, ou de façon certaine.. pas toujours,obtenue, avec le résultat que les gaz de combustion véhiculent fréquemment des matières susceptibles de se déposer sur les aubes de la turbine ainsi que sur les surfaces balayées par les gaz du préchauffeur d'air.
Les gaz peuvent entrainer une certaine quantité de combustible non consumé sous forme de parti- cules de carbone ou de matière bitumineuse, et aussi les cendres et sels incombustibles de l'huile brute qui sont liquides à raison de la température élevée mais qui, les surfaces de la turbine et du pré- chauffeur d'air étant relativement froides, sont susceptibles de se solidifier et, en raison de l'abaissement de la vitesse des gaz, de se déposer sur les dites surfaces.
L'élévation de la température de combustion au brûleur implique que l'on soit sûr- que la température des gaz pénétrant dans la turbine n'est pas exégérée et susceptible de provoquer des températures ex- cessives du métal dans la turbine.
Il a été antérieurement proposé de faire passer les gaz à travers un séparateur dans leur trajet du brûleur à la turbine, à l'effet d'en extraire les poussières. Il a également été proposé d'interposer un dispositif de chauffage d'air à haute température entre le brûleur et la turbine pour modérer la température des gaz, une partie de l'air préchauffé étant fournie au brûleur et le restant étant chauffé davantage dans le dit dispositif de chauffage à température élevée et envoyé dans le premier étage de la turbine, tandis que les gaz sont envoyés dans le second étage de cette turbine.
Un objet de l'invention est de prévoir, dans une installation de turbine à gaz, des moyens perfectionnés propres à éliminer des gaz de combustion, avant qu'ils ne pénètrent dans la turbine, les matières entraînées susceptibles de salir la turbine et le préohauffeur d'air,
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tandis qu'ils permettent en même temps de contrôler ou modérer la température des gaz pénétrant dans la turbine sans réduction de la température de combustion au brûleur, et sans que soit perdue pour le cycle la chaleur qui peut être soustraite des gaz en modérant leur température.
L'invention consiste en une installation de turbine à gaz compre- nant en combinaison avec un échangeur de chaleur à travers l'un des parcours de fluide duquel s'écoulent, dans leur trajet vers la turbi- ne et le préchauffeur d'air, des gaz de combustion provenant du brû- leur ou dispositif de combustion, et à travers l'autre parcours de fluide duquel s'écoule un agent fluide véhicule de chaleur, des moyens contr8lant les conditions d'action du dit agent véhicule de chaleur, c'est à dire, sa température, pression ou vitesse d'écoule- ment, ou deux ou tous ces facteurs, pour rendre la température du mé- tal dudit échangeur de chaleur propre à maintenir constante la tempé- rature des gaz pénétrant dans la turbine,
sans réduction de la tempé- rature de combustion au brûleur et sans que soit perdue pour le cycle de l'installation la chaleur soustraite aux gaz en modérant ou régu- larisant leur température, le dit échangeur de chaleur lui-même étant construit et agencé pour intercepter les cendres et autres matières transportées par les gaz de combustion et empêchant de oe fait ces matières de salir ou d'endommager la turbine et le préchauffeur d'air.
Dans la mise en pratique de l'invention, selon une de ses réalisa tions, on interpose entre le brûleur ou dispositif de combustion, et la turbine d'une installation de turbine à gaz un échangeur de cha- leur, modérateur ou régulateur de la température des gaz, tubulaire, dont les tubes sont disposés de manière que les gaz passent sur eux et qu'ils interceptent les matières transportées par les gaz, suscep- tibles de salir ou d'endommager la turbine, et à travers lesquels tu- bes on fait circuler un agent fluide véhicule de chaleur, des moyens étant prévus pour modifier les conditions d'action du dit agent fluide véhicule de chaleur soit en ce qui concerne sa température, sa pres- sion ou sa vitesse d'écoulement, soit en ce qui concerne deux ou tous ces facteurs,
afin de maintenir constante la température du métal du
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dit échangeur de chaleur et, par suite, des gaz pénétrant dans la turbine.
L'agent fluide véhicule de chaleur, après s'être écoulé à travers l'échangeur de chaleur régulateur,de gaz, peut s'écouler dans l'un des parcours de fluide d'un réchauffeur d'air supplémentaire, à travers l'autre parcours duquel de l'air s'éooule dans son trajet vers le brûleur.
De préférence, l'agent fluide véhicule de chaleur qui circule à travers le dit éohangeur régulateur de chaleur des gaz, et le réchauf- feur d'air supplémentaire s'il est prévu, sera constitué par de l'air sous pression venant du compresseur d'air de l'installation, et peut avantageusement constituer une partie de l'air employé à la combustion du combustible au brûleur.
Dans les dessins annexés: Fig.l montre schématiquement une installation de turbine à gaz conforme à une réalisation de l'invention;
Fig.2 est une illustration analogue à la fig.l, d'une installa- tion selon une autre réalisation de l'invention; et,
Fig.3 est une vue fragmentaire montrant schématiquement une modi- fication ci-après décrite, qui peut être apportée dans les installa- tions illustrées dans les figs 1 et 2.
En se référant aux dessins ; l'installation représentée comprend une turbine à gaz 1, entrainant un compresseur d'air 2 et une dynamo 3, un préchauffeur d'air 4, et un brûleur ou dispositif de combustion 5, 6 désignant la conduite d'alimentation de combustible au brûleur.
De l'air pénètre dans le compresseur 2 par l'entrée 7 et est envoyé par le conduit 8 au préohauffeur d'air 4, d'où il s'écoule par le oon- duit 9 au brûleur 5; des gaz de ce dernier sont fournis à la turbine 1 par l'ajutage ou passage 10. De la turbine les gaz s'écoulent .par l'ajutage ou passage 11 dans le préchauffeur d'air 4, quittant ce der- nier par/l'ajutage ou passage 12.
Conformément à l'invention, on incorpore dans l'installation, dans le passage de gaz 10 menant du brûleur 5 à la turbine 1, un échan geur de chaleur régulateur de gaz et épurateur de gaz combiné 14, et,
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l'on peut également faire comprendre à l'installation un réchauffeur d'air supplémentaire 15, inpreridre l'installation réchauffeur Dans la réalisation de l'invention représentée fig.l, 1'échangeur de chaleur et épurateur de gaz combiné 14 est constitué par un groupe ou faisceau de tubes de petit diamètre, disposé dans le courant de gaz,.
venant du brûleur 5, transversalement à la direction d'écoulement des gaz- Le réchauffeur d'air supplémentaire 16 est également constitué par un faisceau de tubes de petit diamètre, disposé dans le courant d'air s'écoulant du préchauffeur d'air 4, par le conduit 9, au brû- leur 5.
Le dit éohangeur de chaleur 14 et le réchauffeur d'air supplémen- taire 15 sont aménagés dans un circuit fermé, constitué par les pas- sages ou conduits 16, 17, une pompe rotative ou souffleur 18 étant prévu pour faire circuler dans pareil circuit l'air constituant l'a- gent fluide véhicule de chaleur à une vitesse contrôlée. Un conduit
19, commandé par une vanne 20, est prévu pour laisser s'écouler de l'air du compresseur 2 dans le circuit fermé, et un conduit 21 comman- dé par une vanne 22 est prévu pour laisser s'écouler de l'air hors du circuit suivant les nécessités.
A l'aide de la pompe 18 et des dits agencements d'introduction et d'évacuation, l'air qui circule peut âtre maintenu aux pression et température requises pour maintenir une température de métal prédéterminée dans l'échangeur de chaleur régu- lateur et épurateur de gaz combiné 14, en permettant d'établir le faisceau tubulaire de ce dernier à l'aide de tronçons ou longueurs de tubes en acier doux. Là où cela convient le conduit de sortie 21 est aménagé pour se décharger-dans l'entrée du compresseur d'air, en évi- tant de ce fait des pertes de calories dans l'air chaud évacué du circuit.
Si on le désire, des moyens peuvent être incorporés dans l'ins- tallation pour refroidir, lorsque c'est nécessaire, l'air s'écoulant dans le circuit fermé.
Dans une autre réalisation de l'invention, illustrée dans la fig.
2, l'air qui est amené en circulation dans l'échangeur de chaleur régulateur et épurateur de gaz 14 et dans le réchauffeur d'air supplémentaire 15 peut être fourni par une ponction d'air, obtenue à
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l'aide d'un conduit 23 commandé par une vanne 24, dans le courant débité par le compresseur 2, le dit air étant prélevé au conduit 8 en un point situé entre le compresseur et le préchauffeur d'air 4.
Après écoulement dans le dit échangeur de chaleur 14 et le réchauf- feur d'air supplémentaire 16, cet air est introduit dans le brûleur 5 par le conduit 25. Si c'est nécessaire, l'air peut être refroidi avant de pénétrer dans l'échangeur de chaleur 14. L'échangeur de cha- leur régulateur 14, le réchauffeur d'air supplémentaire 15 et le pré- chauffeur d'air 4 sont de préférence construits de manière telle que la chute de pression dans l'air qui s'écoule à travers les deux pre- miers dispositifs n'excède pas celle de l'air s'écoulant à travers le préchauffeur.
Dans certains cas le réchauffeur d'air supplémentaire 15 peut être supprimé, et l'air prélevé par le conduit 23 au conduit prinoi- pal d'air comprimé 8, après écoulement dans l'échangeur de chaleur régulateur 14, peut être débité directement dans le conduit 25 par un conduit 26 représenté en traits interrompus dans la fig.2.
Gomme les dépôts sur les surfaces atteintes par les gaz de l'é- ohangeur de chaleur régulateur et épurateur de gaz combiné peuvent être de nature telle que leur enlèvement exige un traitement à l'aide d'un fluide ou liquide spécial, le faisceau tubulaire ou autre unité d'échange thermique est de préférence aménagé. de façon à pouvoir être facilement retiré.de son logement en sorte de permettre de le traiter dans un bain.
Afin de prévenir l'arrêt de l'installation pour le nettoyage de la dite unité, l'invention prévoit de bifurquer ou dédoubler, comme il est représenté fig.3, tant le passage de gaz 10 allant du brûleur 5 à la turbine 1, que le passage ou conduit 16 ou 23 pour l'agent fluide véhioule de chaleur en circulation, et de prévoir deux unités d'échange thermique formant chacune éohangeur de chaleur régulateur et épurateur de gaz.
Une des dites unités ou faisceau tubulaire 14 est incorporé dans une branche dudit passage de gaz 10 et dans une branche du dit par- cours de fluide 16 ou 23, et l'autre unité 114 est incorporée dans les autres branches des dits passage et parcours, des moyens tels que
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des registres ou vannes, 27, 28 et 29,30, étant prévus pour diriger le courant de gaz et l'agent fluide en circulation dans les branches respectives, appropriées, de manière telle que l'un des échangeurs de chaleur et épurateur de gaz puisse être en fonctionnement et l'autre disponible pour le nettoyage, ou son enlèvement et son nettoyage.
Lorsque l'appareil comprend des moyens pour refroidir l'agent fluide circulant à travers l'éohangeur régulateur de chaleur de gaz, soit en refroidissant - dans le cas de la fig.1 - l'air s'écoulant dans le circuit fermé, ou bien - dans le cas de la fig.2 - l'air four- ni par le conduit 23, le refroidissement peut être contrôlé par des moyens sensibles aux variations dans la température des gaz pénétrant dans la turbine, à l'effet d'obtenir dans l'échangeur de chaleur une température du métal propre à maintenir approximativement constante la température des gaz pénétrant dans la turbine.
REVENDICATIONS.
EMI7.1
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1. Une installation de turbine à gaz, comprenant en combinaison avec un échangeur de chaleur à travers l'un des parcours de fluide duquel s'écoulent des gaz de combustion, dans leur trajet du brûleur ou dispositif de combustion à la turbine et au préchauffeur d'air, et à travers l'autre parcours de fluide duquel s'écoule un agent fluide véhicule de chaleur, des moyens contrôlant les conditions d'action du dit agent véhicule de chaleur - c'est à dire sa température, pres- sion ou vitesse d'écoulement, ou deux ou tous ces facteurs -, pour rendre la température du métal du dit échangeur de chaleur propre à maintenir constante la température des gaz pénétrant dans la turbine,
sans réduction de la température de combustion au brûleur et sans que soit perdue pour le cycle de l'installation la chaleur soustraite aux gaz en modérant leur température, le dit échangeur de chaleur lui-même étant construit et agencé pour intercepter les cendres et autres ma- tières transportées par les gaz de combustion, et empêchant de ce fait ces matières de salir ou d'endommager la turbine et le préchauffeur d'air.
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