<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGLAGE D'UNE INSTALLATION DE TURBINES A GAZ.
L'invention concerne un procédé de réglage d'une installation de turbines à gaz qui comporte au moins une turbine fournissant du travail utile et commandant une machine d'utilisation et au moins une turbine à gaz mécani- quement indépendante de la première et commandant un compresseur; l'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.
Suivant un procédé connu, le réglage des installations de turbines à gaz s'effectue non seulement en réglant la quantité de chaleur apportée au fluide moteur qui circule dans l'installation., mais encore en agissant sur 1 état de pression de l'installation. Mais ce procédé présente de graves incon- vénients qui se manifestent particulièrement dans les installations qui servent à commander des génératrices de courant à fréquence réglée pour réseaux de dis- tribution à courant alternatif. La courbe de charge des grands réseaux de dis- tribution à courant alternatif qui sont actuellement les plus courants et ser- vent à alimenter un grand nombre de groupes de consommateurs indépendants l'un de l'autres comporte des oscillations dont les unes montent rapidement et re- descendent et les autres montent lentement et durent assez longtemps.
Malgré cela, la fréquence fournie par les génératrices de courant doit être maintenue à une valeur exactement réglées La commande des génératrices doit donc remplir des conditions rigoureuses au point de vue de la constance du mouvement de ro- tation.
Le volume total du fluide moteur contenu dans les installations mo- dernes de turbines à gaz est très considérable en raison du grand nombre de canalisations et des grandes dimensions des échangeurs de chaleur qui sont né- cessaires pour obtenir un rendement thermique élevé. Le réglage qui serait lié à des variations rapides et continuelles de l'état de pression et aurait pour but de compenser les fluctuations de charge qui ne durent que peu de temps, donnerait lieu à des pertes considérables car il en résulterait une variation continuelle de la quantité d'énergie contenue dans l'installation D'ailleurs, l'état de pression ne peut varier que lentement en raison du grand volume du fluide moteur.
Il est donc nécessaire de compenser les fluctuations rapides temporaires de la charge de la machine d'utilisation par des variations de la
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
\1.1' - ntité de chaleur apportée au fluide moteur avant son entrée dans les fiirbi- -"5 de commande. Mais ce mode de réglage peut avoir l'inconvénient de faire va- (\-'1' la température du fluide moteur. Lorsque la température du fluide moteur u,lEie pendant assez longtemps, le rendement thermique de l'installation dévier j. vivais, tandis que la résistance à la chaleur du métal des aubes impose des limites étroites à une élévation de la température.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on agit di- rectement sur la quantité de chaleur transmise à un dispositif de chauffage mon-
EMI2.2
té en amont d'une des turbines, et avec retard, sur l'état de pression dans 1' installation, en fonction d'un facteur du régime de marche de la machine d'uti- lisation. Il résulte de ce retard que le dispositif de réglage de l'état de pres- sion ne fonctionne que sous l'action d'une variation de charge relativement len- te, par exemple d'une vitesse de variation au moins trois fois plus faible,
de sorte qu'une variation de charge de durée prolongée est compensée définitivement par la variation de l'état de pression dans l'installation et qu'une variation de température éventuelle du fluide moteur est compensée par la diminution ou l'augmentation du volume du fluide moteur en circulation.
Le dispositif de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé par un dispositif d'apport de chaleur, qui cède de la chaleur au fluide moteur avant son entrée dans une des turbines, par un dispositif de ré- glage de l'état de pression, qui agit sur l'état de pression de l'installation de turbines à gaz, puis par un émetteur d' impulsions qui subit l' action d'un facteur du régime de marche de la machine d'utilisation et qui, par des dispo- sitifs de transmission d'impulsions, transmet des impulsions au dispositif d' apport de chaleur et au dispositif de réglage de l'état de pression, et enfin par un dispositif à retard, qui est intercalé dans la transmission des impulsions entre l'émetteur des impulsions et le dispositif de réglage de l'état de pres- sion.
Le dispositif d'apport de chaleur, construit sous forme de chambre de combustion, et dans lequel circule le fluide moteur, peut comporter un. dis- positif qui agit en outre sur le dispositif d' apport de chaleur en fonction de la pression du fluide moteur dans la région de la chambre de combustion. Le tuyau d'admission d'un dispositif d'apport de chaleur peut comporter un organe de réduction de section sur lequel agit le dispositif de réglage de l'état de pression. Le dispositif de réglage de l'état de pression des installations de turbines à gaz dans lesquelles une des turbines au moins comporte une conduite de dérivation,au moins pour le premier étage, peut agir sur un organe régula- teur de débit disposé dans la conduite de dérivation.
Le dispositif à retard peut comporter un organe de réduction de section monté dans la conduite de transmission des impulsions, ou une caisse à vent reliée à la conduite de transmission des impulsions.
Le procédé suivant l'invention est décrit ci-après, à titre d'exem- ple avec les dessins ci-joints à l'appui, sur lesquels
EMI2.3
les figs. 1 et 2 représentent chacune un exemple de réalisation d' un dispositif convenant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
L'air aspiré par un compresseur 1. par un tuyau ,2, puis comprimé, arrive par un tuyau 2 dans l'espace qui entoure le faisceau tubulaire /;. d'un échangeur de chaleur 26 Une partie de l'air préchauffé est amenéà une tempé- rature encore plus élevée dans un échangeur de chaleur 6 monté en parallèle avec l'échangeur de chaleur 1, puis se réunit dans un tuyau :
1 avec la portion de l'air qui sort directement de l'échangeur de chaleur 5 Une partie de l'air ainsi préchauffé, passe par un tuyau.8 et arrive dans l'espace qui entoure le faisceau tubulaire .2 d'un réchauffeur de gaz 10 et l'autre partie de l'air ar-
EMI2.4
rive par un tuyau Il dans la chambre de combustion 12 du réchauffeur de gaz l0e La portion de l'air sortant du tuyau et chauffé dans le faisceau tubulai- re , arrive par un tuyau 1 dans une turbine 1 puis après s'être détendu, arrive par un tuyau 15 dans le faisceau tubulaire 1 de l'échangeur de chaleur dans lequel une partie de la chaleur que contient encore l'air détendu est
EMI2.5
cédée à l'air sortant du compresseur 1 par le tuyau J.
Puis l'air détendu arri-
<Desc/Clms Page number 3>
ve par un tuyau 16 dans un refroidiseur 17, puis à l'état refroidi, revient par le tuyau 2 dans le compresseur 1 et parcourt de nouveau le circuit précitée
Une partie de l'air prélevée par le tuyau 11 dans le circuit dé- crit ci-dessus,
sert à la combustion du combustible arrivant par un tuyau 18 et pulvérisé par une tuyère 19 Le débit du combustible est réglé par un orga- ne régulateur de débit 21 actionné par un servo-moteur 20 et monté dans la conduite de combustible 18 Le mélange chaud d'air et de gaz de combustion passe dans le faisceau tubulaire .2 du réchauffeur de gaz 10 et y cède une par- tie de sa chaleur à l'air qui y arrive par le tuyau .8 du faisceau tubulaire en sortant des échangeurs de chaleur ¯4 et 6 Puis ce mélange passe dans une turbine de charge 22 et, après détente à 'une pression intermédiaire,
arrive par un tuyau 2 dans un réchauffeur de gaz intermédiaire 24 dans lequel une autre portion de l'oxygène encore contenu dans le gaz de la combustion sert à la com- bustion du combustible arrivant par une conduite 25 et pulvérisé par une tuyère 26, la quantité de ce combustible pouvant être réglée par un organe régulateur de débit 27 monté dans la conduite 25 Le mélange,, de nouveau réchauffé arrive
EMI3.1
par une conduite g2 dans une turbine O fournissant du travail utile, dans la- quelle en fournissant du travail utile à une machine d'utilisation 31 qui, dans l'exemple choisi est une génératrice de courant triphasé, il se détend à la pression atmosphérique.
EMI3.2
Les gaz d'échappement arrivent par un ùuyau,2 dans le faisceau tu- bulaire 33 de l'échangeur de chaleur 6, dans lequel une portion résiduelle de chaleur qu'ils contiennent sert à préchauffer l'air qui sort du compresseur 1
EMI3.3
du circuit, et sortent finalement de l8installation par une tubulure o L'air prélevé dans le circuit par le tuyau 11 est remplacé' par de
EMI3.4
l'air aspiré dans l'atmosphère par un compresseur de charge .22. actionné par la turbine de charge 22 et introduit dans le circuit à l'état comprimé par un tuyau 36
La quantité du fluide moteur qui passe dans la turbine 30 fournis-
EMI3.5
sant du t:
mll3.il utile, est réglée,, d'une part, au moyen d'une conduite de déri- vation autour du premier étage, qui comporte un organe régulateur de débit 8 et d'autre part, par un organe de réduction de section ..2,2, monté dans le tuyau 2o Le servo-moteur Ml de l'organe régulateur de débit 8 ainsi que le servo-moteur 41 de l'organe de réduction de section 39 peuvent être actionnés tous les deux au moyen d'un dispositif de réglage 1 par l'intermédiaire d'un
EMI3.6
tuyau de transmission des impulsions 2;, par lequel on peut faire passer un fluide sous pression, par exemple de l'huile sous pression.
Ce.dispositif de réglage est monté dans les enveloppes respectives et et est soumis à 11 action de la pression du fluide moteur dans le tuyau d'échappement du compres- seur de charge l2 transmise' par un tuyau Mo Les constantes des ressorts de rappel respectifs et / +6 sont choisies de façon que lorsque la pression du fluide hydraulique augmente progressivement dans le tuyau de transmission des impulsions fz2:., le servo-moteur 11 ouvre en grand l'organe de réduction de sec- tion 39 avant que l'organe régulateur de débit .38, actionné par le servo-mo- teur !Il, fasse augmenter la section de passage.
Une augmentation de la section
EMI3.7
de passage du tuyau U provoquée par l'organe de réduction de section 12, ou dans la conduite de dérivation Il par l'organe régulateur de débit 3 fait di- minuer la pression en aval de la turbine de charge 22 et par suite fait augmen- ter la chute thermique correspondant au fonctionnement de cette turbine,, Il en
EMI3.8
résulte que la vitesse de rotation du compresseur de chsxge 12 accouplé avec la turbine 22 augmente et par suite que la pression de refoulement engendrée par cette turbine augmente.
Inversement,, une diminution de la section de passage fait diminuer cette pression de refoulements
Un moteur de démarrage 133 accouplé avec le compresseur 1 du circuit sert à faire démarrer l'installationo
Pour régler la quantité du fluide moteur qui passe par la turbine de commande 14 du compresseur du circuit, cette turbine comporte également un tuyau de dérivation autour de son premier étage, ce tuyau comportant un or-
EMI3.9
gane régulateur de débit 48 Le servo-moteur g de l'organe régulateur de débit
<Desc/Clms Page number 4>
est actionné au moyen du dispositif de réglage II (qui est également monté dans
EMI4.1
l'enveloppe respective 3 ou ) par l'intermédiaire d'un tuyau de transmis- sion des impulsions 50 dans lequel on fait passer, comme précédemment, un flui- de hydraulique,
par exemple de l'huile sous pression. Le dispositif de réglage II est soumis à l'action d'un émetteur d'impulsions III.
L'arrivée du combustible dans la tuyère 26 du réchauffeur de gaz 24 est réglée par le mouvement d'un levier 51 qui est monté à rotation sur le poussoir de la soupape de l'organe de réglage 27 L'extrémité de gauche du le-
EMI4.2
vier 51 est accouplée avec le piston 121 du servo-moteur z, dont la surface supérieure subit l'action de la pression du fluide moteur dans le tuyau d'admis- sion de la turbine de charge ¯52 transmise par un tuyau 2l. Sa surface inférieu- re subit l'action du fluide sous pression réglé par l'émetteur d'impulsions III et arrivant par un tuyauâà dans le servo-moteur. Un ressort 55 fait revenir le piston à l'état d'équilibre vers sa position intermédiaire.
L'extrémité de droite du levier 21 est accouplée avec le piston 122 du servo-moteur 56.. dont la surface inférieure subit l'action de la pression du fluide moteur dans le réchauffeur de gaz intermédiaire 24 transmise par un tuyau .58, à l'encontre de l'action d'un ressort 57
L'arrivée du combustible dans le réchauffeur de gaz 10 peut être réglée au moyen de l'organe de réglage 21 commandé par le servo-moteur 20 et dont la surface supérieure du piston subit l'action de la pression du fluide
EMI4.3
moteur du circuit dans le tuyau d'admission 12. de la turbine du circuit 12...
transmise par un tuyau 96
L'émetteur d'impulsions III comporte un régulateur à force centri- fuge 60 accouplé avec l'arbre de la machine d'utilisation 31 et dont le manchon 61 est accouplé par l'intermédiaire d'un ressort 62 avec un tiroir de distribu-
EMI4.4
tion 63. au-dessous duquel s'établit d'une manière connue une pression du flui- de hydraulique, par exemple de l'huile sous pression, qui arrive dans le tiroir par un tuyau 64 et en sort par un tuyau µµ, cette pression correspondant à la tension du ressort 62 et par suite à la vitesse de rotation de la machine d'u- tilisation 31
Chaque diminution de la vitesse de rotation de la machine d'utili-
EMI4.5
sation 31 due â une variation de charge,
a pour effet de faire varier la pres- sion du fluide hydraulique au-dessous du tiroir de distribution 63 cette pres- sion étant transmise par le tuyau 54 à la surface inférieure du piston du ser- vo-moteur 52 Celui-ci agit sur l'organe'de réglage 27, de façon à provoquer par une diminution de la vitesse de rotation du groupe fournissant du travail utile,due à une augmentation de la charge, une augmentation de l'arrivée du combustible et, par une augmentation de la vitesse de rotation due à une dimi- nution de la charge, une diminution de la quantité de combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz intermédiaire 24
Toutes les variations de charge de la turbine fournissant du tra- vail utile, sont donc directement compensées par une variation correspondante de la température du fluide moteur passant dans cette turbine,
une impulsion de charge venant à se produire étant absorbée par une élévation de la tempéra- ture et une diminution de charge ayant pour effet d'abaisser la température.
Mais il ne serait pas admissible de maintenir longtemps cette tem- pérature à la valeur ainsi réglée, car une température très supérieure à la va- leur assignée ferait subir des efforts thermiques excessifs au métal des aubes et une température sensiblement inférieure à cette valeur ferait diminuer le rendement de l'ensemble de l'installation. Par suite, il est avantageux de com- penser les variations de charge persistantes en agissant sur l'état de pression de l'installation.
A cet effet, la pression du fluide hydraulique réglée par le tiroir de distribution 63 en fonction de la vitesse de rotation de la machine d'utili- sation est transmise en outre, par l'intermédiaire de l'organe de réduction de section 66 et du tuyau 67 à la surface supérieure du piston 68 du servo-moteur 69. L'organe de réduction de section 66 sert à retarder la transmission de 1 impulsion de l'organe émetteur d'impulsions III au dispositif de réglage II, de
<Desc/Clms Page number 5>
façon que le mouvement du piston 66 ne puisse tre que très progressif et que ce dispositif de réglage ne fonctionne que sous l'action d'une modification de charge persistante.
Suivant la valeur ou la pression réglée par le tiroir
EMI5.1
de distribution ±.19 le piston 6 provoque le mouvement d'une came 71 accouplée avec lui par l'intermédiaire d'une tige 70 Cette came détermine la position d'un poussoir à galet 72 poussé contre elle et portant à son extrémité infé- rieure un ressort 73 qui, de son côté, est accouplé avec un tiroir de distribu-
EMI5.2
tion 7 Suivant la position de la came 'i18 le ressort subit une compression plus ou moins forte et, par suite, le tiroir de distribution 74 établit., dans le cylindre du servo-moteur 75 qui communique avec lui par un tuyau, une pres- sion, correspondant à la tension du ressort 73 du fluide hydraulique, par exem- ple de l'huile sous pression,
qui arrive dans le tiroir de distribution par un
EMI5.3
tuyau 76 et en sort par un tuyau 77m Le piston 78 du servo -moteur 22 subit sur sa surface inférieure la pression du fluide moteur dans le tuyau d'admission de la turbine de charge 22 qui lui est transmise par un tuyau 79 à l' état d équilibre, ce piston est maintenu dans sa position intermédiaire sous Inaction
EMI5.4
de deux ressorts de rappel zut? et 8L De plus, il communique avec le reste du dispositif de réglage II qui comporte un tiroir 82 et un servo-moteur 83 et qui, pour éviter un réglage surabondant et par suite des oscillations pendulai- res correspondantes, comporte un dispositif de rappel élastique, Le piston 83 provoque,
pendant le mouvement de réglage par l'intermédiaire d'un cylindre a-
EMI5.5
mortisseur .,ê,4 qui lui est accouplé d'une manière rigide, et d'un piston 12, le mouvement d'un levier 86 dont l'axe d'oscillation est porté par une tige 87 accouplée avec le piston du servo-moteur .7., Un ressort 88 fait revenir le ti- roir 82, qui est également articulé avec le levier 86, par une tige 89 vers sa position intermédiaire dans laquelle le fluide hydraulique arrivant par un tuyau 90 ne peut arriver dans le cylindre ni au-dessus, ni au-dessous du piston
EMI5.6
83.
Le ressort 88, par sa tension, pousse le piston 8 par rapport au cylindre d'amortissement j3 en faisant sortir le liquide du cylindre d'un côté du piston par l'intermédiaire d'un organe de réduction de section 2l et le faisant ar- river dans le cylindre de l'autre côté du piston.
Ce dispositif de réglage avec rappel élastique ne peut venir au repos que dans sa position neutre. Tel est le cas lorsque l'état de pression dans l'installation prend une valeur telle que la pression du fluide moteur dans le tuyau d'admission de la turbine 22, agissant sur la surface inférieure du piston, a la même valeur que la pression du fluide hydraulique réglée par l'é- metteur d'impulsions dans la partie du cylindre si.tuée au-dessus du piston 78
EMI5.7
La tige fixée du côté droit du pi ston 83 porte un ressort 2 qui est accouplé avec un autre tiroir de distribution 9 à.
Suivant la valeur de leffort exercé par le piston 83 sur le ressort, la pression du fluide hydraulique, qui arrive dans le tiroir de distribution par un tuyau ±é et en sort par un tuyau 22" prend dune manière connue une valeur correspondante à la tension du ressort et se transmet à la surface inférieure du piston du servo-moteur à9 par la con- duite de transmission des impulsions 50 La forme de la came 71 est choisie de façon à provoquer, par un mouvement de haut en bas de la tige 70 résultant d' une augmentation de la pression du fluide hydraulique dans la partie du cylindre
EMI5.8
située au-dessus du piston 68,
un mouvement du poussoir à galet '28 de nature à faire augmenter la pression du fluide hydraulique au-dessous du tiroir de distribution 7 et par suite aussi au-dessus du tiroir de distribution 2J dans la conduite de transmission des impulsions 50 Il résulte ainsi de l'action exercée sur l'organe régulateur de débit 48 par l'émetteur d'impulsions III par l'intermédiaire de l'organe à retard 67 du dispositif de réglage II et de la conduite de transmission des impulsions 50 qu'une diminution de la vitesse de rotation de la machine d'utilisation, due à une impulsion de charge incidente, a pour effet d'augmenter progressivement la section de passage dans la conduite de dérivation de la turbine du circuit et par suite une accélération du compresseur 1 accouplé avec elle.
Par contre, une augmentation de la vitesse de rotation du compresseur du circuit fait augmenter progressivement la pression dans l'ensemble de l'installation et par suite la puissance utile disponible.
Inversement, une diminution de la vitesse de rotation de la machine d'utilisa- tion 31 fait diminuer la pression dans la conduite de transmission des impulsions
EMI5.9
,08 l'organe régulateur de débit fait diminuer la section de passage dans
<Desc/Clms Page number 6>
la conduite de dérivation de la turbine de charge 14 dont la vitesse de rota- tion et par suite aussi celle du compresseur de charge accouplé avec elle, di- minuent, ce qui a pour effet de faire diminuer la pression du fluide moteur dans l'ensemble de l'installationo
La pression ainsi réglée agit, d'une part., par un tuyau.2± sur le piston du servo-moteur 20 de façon à faire augmenter ou diminuer par ce piston, par l'intermédiaire de l'organe de réglage 21 actionné par lui,
la quantité de combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz 10, dans la mesure où la pression dans le circuit augmente ou diminue. D'autre part, la pression du circuit est également transmise par les tuyaux 79 au-dessous des pistons
EMI6.1
des servo-moteurs respectifs j2 et 12. Ces pistons reviennent dans leur posi- tion intermédiaire dans la mesure où la pression augmente ou diminue.
EMI6.2
La partie inférieure du cylindre du servo-moteur .2.9 du dispositif de réglage II communique par un tuyau de communication avec la partie corres- pondante du cylindre du servo-moteur 75 du dispositif de réglage I.
Son piston 98 subit donc également la pression du fluide moteur dans le tuyau d'admission de la turbine de charge 22, transmise par le tuyau 79 D'autre part,. le piston 98 communique avec l'autre partie du dispositif de réglage I qui comporte un tiroir 99 et un piston de servo-moteur 100 et est également équipé avec un dispositif de rappel élastique. Le piston 100 provoque, pendant le mouvement de réglage., par l'intermédiaire d'un cylindre amortisseur 101 qui est accouplé avec lui d'une manière rigide, le mouvement d'un levier 102 à une extrémité
EMI6.3
duquel agit l'effort du piston 98 transmis par une tige 103.
L'autre extrémité du levier 102 comporte un ressort 104 qui a pour effet de faire revenir le le- vier 102 dans sa position intermédiaire et par suite de faire venir le tiroir
EMI6.4
99. accouplé avec le levier 102 par une tige 10 dans une position dans laquel- le le fluide hydraulique arrivant par le tuyau 90 ne peut arriver dans le cy- lindre ni au-dessous, ni au-dessus du piston 1000 Le ressort 104, par sa tension, pousse le piston 106 par rapport au cylindre amortisseur 101. en faisant sortir le liquide de la partie du cylindre d'un côté du piston 106 et le faisant arri- ver par l'intermédiaire d'un organe de réduction de section 107 dans la portion du cylindre opposéeLe mouvement du piston 100 fait varier la tension d'un ressort 109 qui est accouplé avec lui par l'intermédiaire d'une tige 108,
de
EMI6.5
façon à faire également varier la position d'un tiroir de distribution 110. Il s'établit ainsi, au-dessous de ce tiroir de distribution, une pression corres- pondant à la tension du ressort 109du fluide hydraulique qui arrive dans le tiroir par le tuyau 94 et en sort par le tuyau 22., cette pression étant trans- mise par la conduite de transmission des impulsions 42 aux servo-moteurs des
EMI6.6
organes de réglage et g, dont les ressorts de rappel sont choisis de façon à ne provoquer, lors d'une augmentation progressive de la pression dans la
EMI6.7
conduite de transmission des impulsions 1 t2, une augmentation de la section de passage de la conduite de dérivation .37 de la turbine 30 fournissant du travail utile,
que lorsque l'organe de réduction de section 39 est venu dans la position correspondant au passage sans obstacle du fluide moteur par le tuyau 23. Le mou- vement vers la gauche du piston 98 agit sur la portion qui vient d'être décri- te du dispositif de réglage I, de façon à faire augmenter la pression dans la conduite de transmission des impulsions 42 réglée par ce dispositif par ' 1-linter- médiaire d'un tiroir de distribution 110 et, inversementà faire diminuer cet- te pression par le mouvement vers la droite du piston.
Il en résulte que., lors- que la pression du fluide moteur augmente dans le tuyau d'admission de la tur-
EMI6.8
bine de charge 22, les organes de réglage .39 et 38 commencent à s'ouvrir succes- sivement et font ainsi diminuer la pression du fluide moteur en aval de la tur- bine de charge et par suite, augmenter la chute thermique correspondant au fonctionnement de cette turbine. Le mouvement de la turbine 22 et du compresseur de charge accouplé avec elle s'accélère et par suite la pression de charge engendrée par le compresseur augmente.
Inversement, une diminution de la pression dans le tuyau d'admission de la turbine de charge 22 agit par l'intermédiaire du dispositif de réglage
EMI6.9
1 et des organes de réglage 12 et 38 réglés par ce dispositif, sur la pression du fluide moteur en aval de la turbine 22de façon à faire diminuer la chute thermique par suite de la diminution de la chute de pression. Il en résulte
<Desc/Clms Page number 7>
que la vitesse de rotation du compresseur de charge 35. accouplé avec cette turbine diminue et par suite que sa pression de refoulement diminue,
A l'état d'équilibre, les deux ressorts de rappel 111 et 112 font revenir le piston 98 dans sa position intermédiaire.
Mais la pression de refoulement du compresseur de charge ainsi ré- glée par le dispositif de réglage 1 se transmet par le tuyau 44 à la surface supérieure du piston 113 du servo-moteur 114 du dispositif de réglage 1 et peut provoquer le mouvement du piston à l'encontre de la poussée du ressort 115 Une came 117, accouplée avec le piston 113 par une tige 116 détermine la position d'un poussoir à galet 118 poussé contre elle.
Ce poussoir porte à son extrémité inférieure un ressort 119 qui de son côté est accouplé avec un tiroir de distribution 120 Suivant la position de la came 117 le ressort Il subit une compression plus ou moins forte et le tiroir de distribution 120 établit dans la portion du cylindre située au-dessus du piston du servo-moteur 98 une pression correspondant à la tension du ressort 119 du fluide hydraulique, qui arrive dans le tiroir de distribution par le tuyau 76 et en sort par le tuyau 77, La surface de commande de la came 117 peut avoir une forme en biseau ' ou pour faire correspondre dans de meilleures conditions l'opération de régla- ge à la caractéristique de fonctionnement de l'installation, une forme courbe.
Cette pression a pour effet de faire revenir le piston 98 du servo-moteur 97 dans sa position intermédiaire, qu'il avait quittée sous l'effet de la variation de pression dans le tuyau d'admission de la turbine de charge 22 transmise par le tuyau 79
Les deux dispositifs de réglage 1 et II équipés chacun avec un dispositif de rappel élastique ne viennent en position de repos que lorsque les pistons 78 et 98 des servo-moteurs se trouvent dans leur position médiane.
Tel est le cas lorsque la variation de la vitesse de rotation de la machine d' utilisation 31 résultant d'une variation-de charge, a été compensée par une variation progressive correspondante de l'état de pression de l'ensemble de 1 installation par l'action des dispositifs de réglage précités.
Toutes les variations de pression du fluide moteur dans le réchauf- feur de gaz intermédiaire 24 sont transmises par le tuyau 58 également à la surface supérieure du piston du servo-moteur 56 Ce piston commande l'arrivée du combustible correspondant à l'état d'équilibre, en fonction de la pression dans-le réchauffeur de gaz intermédiaire 24 au moyen de l'organe de réglage 27 Pendant que la puissance passe d'une valeur faible à une valeur plus forte, par exemple au cours de la compensation d'une impulsion de charge, la pression réglée par l'émetteur d'impulsion III du fluide hydraulique arrivant par le tuyau 33 sur le piston 121 du servo-moteur 57 augmente.
11 en résulte que ce piston monte et fait augmenter immédiatement la quantité de combustible arri- vant au moyen de l'organe de réglage 27 de la conduite de combustible 25 qu' il commande par l'intermédiaire du levier 51 Mais en même temps, la pression du fluide moteur sur laquelle agissent les organes de réglage 48 39 et 38 augmente progressivement dans l'ensemble de l'installation et, par sùite la pression du fluide croissante dans le tuyau d'admission de la turbine 22, transmise par le tuyau 53 sur la surface supérieure du piston 121 du servo- moteur, fait diminuer la quantité de combustible qui avait augmenté antérieu- remento Mais entretemps, la pression du fluide moteur a fini aussi par augmen- ter dans le réchauffeur de'gaz intermédiaire,
et se transmet de son côté sur la surface inférieure du piston 122 du servo-moteur par le tuyau 58 ce qui a pour effet de faire de nouveau augmenter la quantité de combustible. L'arrivée du combustible dans le réchauffeur de gaz intermédiaire est donc réglée par deux mouvements de réglage qui se superposent et sont décalés dans le temps.
La variation de la pression en aval de la turbine de charge 22 est également réglée par la superposition de deux mouvements de réglage. D'une part, l'ouverture des organes de réglage 39 et 38 provoquée par la réception d'une impulsion de charge fait diminuer cette pression, mais d'autre part., la pression augmente d'une manière continue dans l'ensemble de l'installation sous l'action des mouvements de réglage précités, ce qui a aussi pour effet de faire augmenter la pression du fluide moteur en aval de la turbine de chargea Cette
<Desc/Clms Page number 8>
augmentation de pression est supérieure à la diminution de pression antérieu- re. Cependant le rapport des pressions de la turbine de charge augmente puis- que la pression dans le tuyau d'admission a également augmenté d'une quantité correspondante.
Une augmentation brusque de la quantité de combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz intermédiaire 24 au moment de la réception d'une impulsion de charge n'est évidemment acceptable qu'entre certaines limites pour éviter des efforts thermiques excessifs imposés au métal des aubes. Lors- que des impulsions de charge particulièrement fortes doivent être absorbées, on augmente de préférence directement la quantité d'énergie contenue dans 1' installation au moyen d'un dispositif auxiliaire.
Celui-ci consiste en un ré- servoir d'air de réserve 123 au moyen duquel on peut introduire de l'air com- primé dans l'installation par l'intermédiaire d'une soupape 124. Cette soupa- pe 124 peut être actionnée par un servo-moteur 125 dont le piston 126 subit sur sa surface inférieure l'action du fluide hydraulique qui y arrive par les tuyaux 127 et 127a.
Si sous l'effet d'une diminution brusque de la vitesse de rotation la pression du fluide hydraulique réglée par l'organe émetteur d'impulsions III au moyen du tiroir de distribution 63 augmente dans les tuyaux 54 et 127 le piston 121 du servo-moteur 55 commence par monter jusqu'au contact avec sa bu- tée. Si la quantité de chaleur apportée en plus ne suffit pas à absorber 1' impulsion de charge et si par suite la pression au-dessous du tiroir de dis- tribution 63 continue à augmenter, elle a pour effet de pousser le piston 126 du servo-moteur vers la droite à l'encontre de la poussée du ressort 128 et par suite d'ouvrir la soupape 124 en faisant ainsi arriver dans l'installation de l'air comprimé, qui provoque une augmentation rapide de l'état de pression.
Inversement, on doit également faire en sorte évidemment qu'une diminution très brusque de la charge ne provoque pas une augmentation nuisible de la vitesse de rotation de la machine d'utilisation 31 Par suite, on raccor- de au même tuyau 127 deux autres servo-moteurs 129 et 230, qui commandent res- pectivement une soupape d'échappement 131 et un organe de fermeture 132 Si la pression dans le tuyau 127 diminue sous l'effet d'une diminution brusque de la vitesse de rotation du groupe à puissance utile, la soupape d'échappement 131 s'ouvre, tandis que l'organe de fermeture 132 se ferme en même temps, en fai- sant diminuer la quantité de fluide moteur arrivant dans la turbine à puissan- ce utile 39 ou en interrompant son arrivée.
On réalise ainsi un dispositif de réglage, qui en même temps qu'il est très économique, réagit rapidement avec certitude, étant donné que les fai bles fluctuations rapides et momentanées, de la puissance sont compensées par une variation à peu près exempte d'inertie de la quantité de chaleur transmise au fluide moteur,tandis que l'état de pression de 1-'installation ne varie que lentement et ne se conforme aux variations de la charge dans le temps que dans leurs grandes lignes. On peut ainsi éviter les pertes provoquées par une variation rapide de l'état de pression de l'installation par une variation per- manente de la quantité d'énergie contenue dans l'installation.
Le procédé suivant l'invention s'applique aussi avec avantage à une installation à circuit ouvert, fige 2. L'air aspiré par un compresseur 140 dans l'atmosphère arrive à l'état comprimé par un tuyau 141 dans un échan- geur de chaleur 142 puis passe par une tubulure 143 dans la chambre de combus- tion d'un réchauffeur de gaz 144 dans lequel une partie de l'oxygène contenu dans l'air comprimé sert à brûler le combustible qui arrive dans le réchauffeur par un tuyau 145 et y est pulvérisé par une tuyère 146 Une partie du fluide moteur chauffé à haute température dans le réchauffeur 144 arrive par un tuyau 147 dans la turbine fournissant du travail utile 148 dans laquelle une portion se détend à la pression atmosphérique en fournissant du travail utile à la ma- chine d'utilisation 149 accouplée avec la turbine 148 et qui dans l'exemple
choisi est une génératrice de courant triphasé.
Une seconde portion du fluide moteur passe par un tuyau 150 dans une turbine 151, dans laquelle il se détend également à la pression atmosphéri- que en fournissant de la puissance de commande à un compresseur accouplé avec
<Desc/Clms Page number 9>
cette turbine. Les portions du fluide moteur qui se détendent dans les deux turbines se réunissent dans un tuyau 152 et passent ensemble dans l'échangeur de chaleur 142 dans lequel une partie de la chaleur qu'elles contiennent en-
EMI9.1
core leur est soustraite pour chauffer Pair comprimé qui arrive dans l'éehan- geur de chaleur par le tuyau 141 avant qu'elles sortent de 1?installation par une tubulure 153
L'organe de réglage 178 monté dans la conduite de combustible 145 sert à régler la quanité de combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz
EMI9.2
,
L et peut être actionné par un servo-noteur fiò Le piston 155 de ce servo- moteur est. soumis sur sa surface supérieure à l'action d'un fluide hydraulique., ¯ par exemple de l'huile sous pression, qui arrive par un tuyau 156 et dont la
EMI9.3
pression peut être réglée par un émetteur deimpuslîons IVo
Le moteur de démarrage accouplé avec le compresseur 140 est cons- truit sous forme de machine à courant continu. La position de ses balais peut
EMI9.4
être réglée par une tige au moyen dun servo-moteur ill de façon à faire passer, par le mouvement ascendant du piston 160 dans la direction de 18-11 va 11+11, la machine à courant continu de la marche en génératrice à la marche en moteur.
Le courant arrive et part par des conducteurs 161, qui sont connectés aux bornes d'une autre machine à courant continu 162 accouplée avec la machi-
EMI9.5
ne d'utilisation J,!2o Dans ces conditions, on réalise un échange de puissance mutuel entre-le groupe à puissance utile et le groupe du compresseur, étant don- né que suivant la position des balais de la machine à courant continu 157 cet- te machine fonctionnant en moteur transmet un supplément de puissance utile, engendrée par le groupe à puissance utile, au groupe du compresseur et, inverse- ment, en fonctionnant en génératrice prélève de la puissance au groupe du com- presseur au profit du groupe à puissance utile.
Le servo-moteur 159 qui sert à régler la position des balais, su- bit également l'influence de la pression réglée par l'émetteur d'impulsions IV du fluide hydraulique arrivant sur la surface supérieure du piston 160 par
EMI9.6
le tuyau 163. Ce tuyau 163 comporte un organe de réduction de section et, en aval de cet organe, se raccorde au tuyau 1 d'une caisse a vent 165 qui, avec lui, a pour effet de retarder la transmission des impulsions de l'émet- teur d'impulsions IV au servo-moteur 159
Le courant triphasé engendré par la machine d'utilisation 149 est transmis par des conducteurs 166 au réseau d'utilisation 1670
La chute de tension provoquée par une résistance électrique 168 dans un des trois conducteurs de phase en fonction du courant engendré par la génératrice à courant triphasé 149 sert à agir sur l'émetteur d'impulsion IV.
La résistance 168 est court-circuitée par une bobine 169 de sorte que le cou- rant passant dans cette bobine engendre un champ magnétique renforcé par un noyau en fer doux 170 et provoquant le mouvement d'une tige en fer doux 172
EMI9.7
mobile dans une enveloppe, à rencontre de la tension d'un ressort 17 j les mouvements de la tige 172-sont transmis par un autre ressort 174 à un tiroir de distribution 175 au-dessous duquel s'établit, d'une manière connue, une pression correspondant à la tension du ressort 174 da fluide hydraulique, par exemple d'huile sous pression arrivant dans le tiroir 175 par un tuyau 176 et en sortant par un tuyau 177.
Toute augmentation de l'intensité du courant passant par les con- ducteurs 166 sous l'effet d'une impulsion de charge incidente, fait donc va- rier la pression du fluide hydraulique au-dessous du tiroir de distribution
EMI9.8
175, cette variation de pression étant transmise par le-tuyau l6 à la surface supérieure du piston 122 du servo-moteur 5. Ce piston agit sur l'organe de réglage 178, de façon à provoquer, par une augmentation de la charge du groupe
EMI9.9
à puissance utile, une augmentation immédiate de learrivée du combustible et, par une diminution de la charge, une diminution instantanée de la quantité de
EMI9.10
combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz 1 M.
Toute variation de charge du groupe à puissance utile est ainsi compensée par une variation correspon- dante de la température du fluide moteur passant dans la turbine à puissance
EMI9.11
utile lli et dans la turbine de commande du compresseur, étant donné que une impulsion incidente de charge est absorbée par une élévation de température résultant d'une augmentation de la quantité de chaleur apportée, et qu'une di-
<Desc/Clms Page number 10>
minution de la charge a pour effet d'abaisser la température du fait de la di- minution de la quantité de chaleur apportée,,
Mais, comme précédemment,
il ne serait pas admissible de maintenir cette température du fluide moteur longtemps à la valeur ainsi réglée jusqu'à ce que la charge ait éventuellement repris une valeur correspondant à la va- leur assignée de la température d'admission du fluide moteur dans ces deux turbines, car une température très supérieure et persistant pendant longtemps ferait subir des efforts thermiques excessifs au métal des aubes et une tem- pérature sensiblement inférieure à la valeur assignée ferait diminuer le ren- dement de l'installation. Par suite,comme précédemment, il est avantageux de compenser les variations de charge d'une durée prolongée en agissant sur 1' état de pression de l'installation et de faire diminuer la température du flui- de moteur qui s'était élevée antérieurement,
en augmentant ou en diminuant le volume du fluide moteur circulant dans l'installation. A cet effet, la pression du fluide hydraulique, réglée par le tiroir de distribution 175 en fonction de la charge de la génératrice 149 est transmise par le tuyau 163 par l'in- termédiaire du dispositif à retard qui consiste en l'organe de réduction de section 164 et la. caisseà vent 165à la surface supérieure du piston 160 du servo-moteur 159.
Le dispositif à retard sert comme précédemment à retarder la transmission de l'impulsion de l'émetteur d'impulsions IV au dispositif de ré- glage de la position des balais de la machine à courant continu 157 qui sert à échanger la puissance entre le groupe à puissance utile et le groupe du com- presseur, de sorte que le mouvement de ce dispositif de réglage ne peut s'ef- fectuer que très progressivemento
Si, à l'arrivée d'une impulsion de charge, la pression du fluide hydraulique réglée par l'émetteur d'impulsions IV diminue dans le tuyau 163 le piston 160 du servo-moteur 159 monte progressivement et provoque le mouve- ment des balais de la machine à courant continu dans la direction la faisant passer à la marche en génératrice.
Le groupe du compresseur reçoit ainsi un supplément de puissance de commande engendré par le groupe à puissance utile. ii en résulte que la vitesse de rotation du compresseur 140 augmente progres- sivement en faisant augmenter ainsi la pression du fluide moteur dans l'ensem- ble de l'installation en compensant en même temps, par l'augmentation progres- sive du volume du fluide moteur en circulation, au moyen de la variation de 1' état de pression dans l'installation, l'élévation de température provoqué par l'augmentation de la quantité de combustible arrivant dans le réchauffeur de gaz 144 Inversement, une diminution de la charge du groupe à puissance utile fait diminuer la vitesse de rotation du groupe du compresseur et par suite la pression du fluide moteur, en faisant diminuer en même temps progressivement le volume du fluide moteur en circulation,
au moyen de la variation de l'état de pression dans l'installation, de sorte qu'il est possible de faire augmen- ter la température du fluide moteur qui s'était abaissée antérieuremento En choisissant d'une manière appropriée la caractéristique du compresseur, il est possible d'agir en supplément sur la température du fluide moteur en fonction du volume du fluide moteur en circulation, de façon à faire prendre toujours à la température du fluide moteur avant son entrée dans la turbine, même en cas de charge partielle, la valeur assignée qui convient le mieux à un rendement satisfaisant.
On peut donc obtenir ainsi également dans cet exemple de réalisation un réglage par lequel les faibles variations de charge rapides et momentanées sont compensées par une variation, à peu près exempte d'inertie, de la quantité de chaleur apportée au fluide moteur, tandis que l'état de pression de l'instal- lation ne varie que lentement et ne se conforme aux variations de la charge dans le temps que dans leurs grandes lignes. On peut ainsi éviter également les per- tes provoquées par une variation de l'état de pression de l'installation en cas de fluctuations rapides et momentanées de la charge, par une variation permanen- te de la quantité d'énergie contenue dans l'installationo
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représen- tés sur les figs. 1 et 2.
Au contraire, il est possible pour un spécialiste d' appliquer sans difficulté le procédé de réglage décrit ci-dessus et le disposi- tif servant à le mettre en oeuvre à une installation de turbines à gaz qui com-
<Desc/Clms Page number 11>