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" Perfectionnements apportés aux installations motriexex avec turbines à gaz. " @ @
La présente invention est relative à des installa- tions motrices avec turbines à gaz pour lesquelles un compres- seur débite un courant de fluide gazeux actif qui traverse un dispositif de chauffage pour être fourni à une turbine dans laquelle ce fluide se détend pour produire du travail utile.
L'invention concerne, plus particulièrement, des installations de ce genre qui fonctionnent avec un cycle ou- vert ou partiellement ouvert et avec une charge variable.
Elle a pour but, surtout, de réaliser un moyen ef- ficades pour réduire les pertes de rendement quand l'installa- tion fonctionne sous d'une charge partielle. Si,. dans une installation de ce genre, le méthode de commande est telle que,
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pour des conditions de fonctionnement sous charge partielle, on réduit la température maximum des gaz et/ou le rapport des pressions total, il se produit en général une diminution du rende ment.
La présente invention est basée sur la constatation du fait que le rendement, en cas de charge partielle, peut être conservé davantage que dans le cas où l'on diminue la température des gaz et/ou le rapport des pressions, si la puis. sance réduite est obtenue par une réduction du débit massif du fluide plutôt que par celle de la température maximum ou du rapport des pressions total au cours du cycle.
En se basant sur cette concept ion, l'invention a pour objet une installation motrice avec turbine à gaz du genre de celles dans lesquelles un compresseur débite un courant ga- zeux actif qui traverse un dispositif de chauffage pour être fourni à une turbine, le cycle de fonctionnement étant au moins partiellement ouvert et qui comprend des moyens propres à permettre au compresseur ou tout au moins à un étage de ce- lui-ci de fonctionner comme un dispositif de compression ou d' aspiration par rapport à la turbine ou au dispositif de chauf- fage.
On obtient ainsi qu'aux conditions normales de char- ge, le cycle agit de la manière usuelle, le compresseur four- nissant de l'air sous pression successivement au dispositif de chauffage et à la turbine, l'échappement de cette dernière se faisant à l'air libre alors que, pour une charge partielle, e compresseur ou tout au moins un étsge de celui-ci, inter- vient dans le cycle en un point situé en aval de la turbine.
Dans le cas limite, toute la compression a lieu en un point tel du cycle, en aval de la turbine, que l'air, prélevé dans l'atmosphère, pénètre dans le dispositif de chauffage
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en substance à la pression atmosphérique et se détend dans la turbine à une pression inférieure à celle de l'atmosphère, pour titre ensuite comprimé à nouveau jusqu'à la pression at- mosphérique avant d'être évacué à l'air libre.
Pour la mise en oeuvre de l'invention, il est né.- cessaire, quand on travaille à des conditions de charge par- tielle, avec le compresseur agissant comme'dispositif d'aspi- ration, que le fluide actif soit refroidi après sa détente dans la turbine et, à cet effet, les gaz d'échappement de la turbine peuvent passer successivement par un échangeur de cha- leur fournissant de la chaleur à l'air admis dans le dispo- sitif de chauffage, un réfrigérant servant à refroidir l'échap- pement de la turbine, de préférence jusqu'à environ la tempé- rature atmosphérique, avant son admission dans le compresseur.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple et schématiquement, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre le cas simple d'une installation non-compoundée comprenant un seul compresseur et une turbine unique, le compresseur étant agencé de manière qu'il puisse fonctionner soit exclusivement comme dispositif de compression ou exclusivement comme dispositif d'aspiration par rapport à la turbine.
La fig.2 montre une variante pour laquelle le com- presseur peut passer de l'état de compression à l'état d'espi- ration pour fonctionner avec une turbine à deux étages, les deux étages du compresseur étant montrés pour la facilité de la représentation comme étant obtenus à l'aide de deux com- presseurs séparés.
La fig.3 montre l'application de l'invention à une installation compound comprenant des compresseurs et des tur- bines à basse et à haute pression qui sont mécaniquement ac- couplés pour former deux ensembles rotatifs séparés dans @
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lesquels le courent passe suivant une séquence appropriée à travers les constituants respectifs, l'agencement étant ana- logue à celui de la fig. 1 en ce sens que les compresseurs sont disposés de manière qu'ils puissent fonctionner soit ex- clusivement comme dispositif de compression, soit exclusivement: comme dispositif d'aspiration par-rapport à la turbine.
La fig. 4 montre, semblablement à la fig. 3, une variante pour laquelle les compresseurs peuvent être mis suc- cessivement en état de compression ou en état d'aspiration par rapport aux turbines.
Pour l'exemple montré sur la fig. 1, l'installation comprend un compresseur 1 fournissant de l'air à une turbine 2 par le côté froid d'un échangeur de chaleur 3, ainsi qu'un ap- pareil de combustion 4. Depuis la turbine le fluide actif tra- verse le côté chaud de 1'échangeur. On a désigné par 5 la char- ge entraînée par la turbine 2.
Lé débit du fluide actif, en aval de l'échangeur de chaleur 3, est réglé à l'aide d'un ro- binet 6 à deux voies afin que le fluide actif puisse être éva- cué à l'atmosphère par le conduit 7 ou puisse être ramené à l'aide d'un réfrigérant 8 et d'un conduit 9 à l'admission 10, la liaison entre le conduit 9 et l'admission 10 étant réglée par un robinet 11 à deux voies dont la manoeuvre permet au compresseur de prélever son alimentation soit hors du conduit 9, soit hors de l'entrée d'air atmosphérique 12.
Entre le compresseur et 'le côté froid de l'échangeur de chaleur est établie une admission d'air atmosphérique commandée par un robinet 13 à deux voies dont la manoeuvre permet d'isoler le compresseur 1 de la turbine et de prélever l'air; servant au cycle, à l'ambiance. 'En plus, le compresseur 1 comprend à son extrémité à haute pression un robinet 14 qui, lorsqu'il est ouvert, permet la décharge du compresseur à l'air libre.
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Quand on travaille avec des charges voisines de la limite supérieure des charges, les robinets sont réglés de manière telle que l'écoulement se fasse depuis l'admission 12. par le robinet 11 et le conduit 10 jusqu'au compresseur 1, en- suite par le robinet 13, dans l'échangeur de chaleur 3, l'ap- pareil de combustion 4 et la turbine 2. Cette dernière débite dans le côté chaud de l'éohangeur de chaleur et le courant passe ensuite par le robinet 6 et s'échappe à l'air libre par le conduit 7.
Quand on travaille avec une charge partielle, les robinets soit réglés de manière que l'air atmosphérique passe par le robinet 13 et l'écoulement se fait ensuite par l'échangeur de chaleur 3, l'appareil de combustion 4, la tur- bine2, l'échangeur de chaleur 3. le robinet 6, le réfrigérant 8, le conduit'9, le robinet 11, le conduit 10, le compresseur 1 et le robinet 14 jusqu'à l'air libre. On voit que dans le pre- mier cas le compresseur débite du fluide actif sous pression à la turbine alors que dans le deuxième cas celle-ci reçoit de l'air provenant de l'ambiance qui est ainsi détendu à une pres- sion inférieure à celle de l'atmosphère dans la turbine pour être refroidi subséquemment dans l'échangeur de chaleur 3'et dans le réfrigérant 8 pour être fourni, à la pression atmosphé- rique, au compresseur 1.
L'écoulement, qui correspond à la première condition, est indiqué sur la fig. 1 par des flèches en traits pleins et celui qui correspond à une charge partiel- le par des flèches en traits interrompus.
Sur la fig. 2 les mêmes organes sont désignés par les mêmes chiffres de référence que sur la fige 1 et l'agen- cement est le même que sur cette dernière figure à l'exception que le compresseur comprend cette fois deux étages la et lb qui, pour la facilité de la représentation, ont été montrés comme étant constitués par deux compresseurs séparés. De plus, on a recours non seulement à une entrée d'air atmosphérique 13
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entre le compresseur et la turbine, mais également à une en- trée d'air atmosphérique supplémentaire 13a établie entre les compresseurs la et 1b, un robinet de décharge réglable 14 étant prévu pour le compresseur la.
Le mode de fonctionnement est, d'une manière générale,analogue à celui décrit à propos de la fig. t. mais il est évident que les étages de compression la et 1b peuvent être successivement transformés de manière à agir en compression ou en aspiration par rapport à la turbine par une manoeuvre convenable des robinets 13a 14a et 13, 14.
Les séquences d'écoulement pour une charge totale, intermé- diaire et partielle, sont indiquées respectivement par des flèches en traits pleins, en traits interrompus et en traits séparés par des points.
Le dispositif montré sur la fige 3 correspond exac- tement à celui de la fig. 1 à l'exception que le groupe com- presseur-turbine est compoundé par l'utilisation d'un groupe à basse pression comprenant un compresseur 1 et une turbine 2 et par un groupe à haute pression constitué par un compres- seur 1c et par une turbine ld. Les compresseurs à basse et à haute pression sont entraînés respectivement par des turbines à basse et haute pression et la séquence d'écoulement depuis le compresseur à basse pression jusqu'au compresseur à haute pression et ensuite dans la turbine à haute pression et la turbine à basse pression se fait dans cet ordre.
Les séquences d'écoulement pour la charge totale ou peur une charge partiel sont également indiquées respectivement par des flèches en traits pleins et en traits interrompus.
La fig. 4 montre le même agencement de compoundage que celui de la fige 3 mais il est modifié de manière que l'on puisse obtenir la transposition successive des compresseurs depuis l'état de compression à l'état d'aspiration par rappel
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aux turbines à l'aide des robinets d'admission 13 et 13a, les séquences d'écoulement pour une charge totale, intermé- diaire et partielle étant indiquées respectivement par des flèches en traits pleins, en traits interrompus et en traits séparés par des points.
L'invention est évidemment également applicable à des cycles plus complexes et les change ment* de fonctionnement peuvent être obtenus automatiquement en fonction des variations de la charge. Un dispositif, établi selon l'invention, pré- sente l'avantage que pour des conditions de cherge partielle la température de la turbine ainsi que le régime de fonction* nement du compresseur peuvent rester inchangés de sorte que ces machines peuvent continuer à fonctionner avec un rendement élevé. Il est à noter que les seuls organes additionnels qui sont nécessaires pour améliorer la souplesse d'une installation, donnée sont constitués par un réfrigérant, quelques robinets ainsi que quelques conduits de raccordement.
REVENDICATIONS
1. Une installation motrice avec turbine à gaz du genre de celles dans lesquelles un compresseur débite un cou- rant gazeux actif qui traverse un dispositif de chauffage pour être fourni à une turbine, le cycle de fonctionnement étant au moins partiellement ouvert et qui comprend des moyens propres à permettre au compresseur ou tout au moins à un étage de ce- lui-ci de fonctionner comme un dispositif de compression ou d'aspiration par rapport à la turbine ou au dispositif de chauffage.
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