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INSTAIIA71grN DE 'TURBTNES A GAZ.
L9invention concerne une installation de turbines à gaz qui com- porte au moins une turbine à puissance utile qui commande une machine de travailsau moins une secondeturbine mécaniquement indépendante de la tur- bine à puissance utile, qui commande un compresseur monté en amont des deux turbines et enfin au moins un réchauffeur de gaz qui sert à chauffer le fluide moteur déjà comprime.
Un inconvénient général des installations de cette nature consis-
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te dans Pinsuffisanee de la quantité dair fournie par le groupe compres- seur lorsque les conditions de marche sont déf'a'Vorables,9 par exemple une tem- pérature élevée de l'air atmosphérique, une température élevée de l'eau de refroidissement.9 1,9encrassement de la machine, etc.. En effet si par exem- ple la température de Pair atmosphérique s'élève, le travail de compression qui est nécessaire pour comprimer une certaine quantité d'air à la pression fina- le voulue augmente.
Si on ne prend pas des mesures à cet égard, la puissan- ce de l'installation risque de diminuer notablement.En général on ne peut
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plus élever davantage la température d9entrée de la turbine commandant le compresseur et par suite la puissance -utile disponible.!/ en considération de la sécurité de marehe de 19installationo Par suite du fait de 1?augmentation de la puissance absorbée par le compresseur, la vitesse de rotation du grou-
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pe compresseur diminue,, d9o.
résulte outre une diminution du débit de refou- lement du compresseur par unité de temps, une diminution de la pression de refou-
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lement.de ce groupe.Ces deux conséquences font diminuer dans une large mesure la p,..ssa.ri ut disnâ.ble de' 9installa.tâon9 car d'une part la puissance rapportée à une certaine quantité d9a diminue, et d'autre part la quantité d9aix trai- tée par unité de temps elle-même diminue.
Il en est de marne lorsque dans le ca.s par exemple de la compression à étages imiltiples du fluide moteur refrôidi'd ns ais refroidisséurs interiédiaires, 1atémpatiaxre ro" c 1'eau de refroidissement dont on d2pc8e monte à une valeur excessive, ou lorsque la quantité de fluide moteur refoulé par le compresseur diminue du fait de 19 enu assemen- de la machine.
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h9â.nverticn permet de remédier à cet inconvénient dans une large mesure. Elle est caractérisée par une turbine auxiliaire accouplée avec 1'
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arbre deune des deux turbines, et dans laquelle en peut faire arriver au moins temporairement une fraction réglable du fluide moteur comprimé dans le compresseur et n'ayant pas encore été chauffé.
Dans ces conditions une faible fraction de la puissance utile est fournie au moins temporairement par la turbine auxiliaire qui est alimentée par un compresseur avec le
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fluide moteur n9ayant pas encore été chauffé, par exemple de 1?airo Si les conditions défavorables précitées!) telles que la température élevée de 1' air atmosphérique, la température excessive de Peau. de refroidissement ou 1-'encrassement de la machine s'établissent,
on interrompt en partie ou en totalité l'arrivée du fluide moteur dans la turbine auxiliaire. La quantité correspondante de fluide moteur est ainsi forcée avec la quantité principale
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de ce fluide de passer dans l'installationo Il en résulte que la perte de puissance qui se produisait antérieurement se compense pour la plus grande partie, du fait que la quantité dair qui ne passe pxus dans la turbine au- xiliaire permet de faire brûler dans le rée-hauffeur de gaz qui fait suite au compresseur une quantité de combustible supplémentaire sans élévation nuisi- ble de température.
La turbine auxiliaire peut être accouplée avec la turbine à puis- . sance utile ou avec une turbine de commande du compresseur.
De préférence la turbine auxiliaire est alimentée avec de l'air aspiré dans 1?atmosphère et comprimé dans au moins un compresseur.
Dans une installation de turbines à gaz dans laquelle une fraction du fluide moteur comprimé dans un compresseur au moins et se détendant dans une turbine au moins$ parcourt un circuit fermés duquel on prélève en perma- nence une fraction du fluide moteur se détendant dans deux turbines au moins;
, et dans lequel on réintroduit une fraction de fluide moteur par un compresseur au moins pour compenser la fraction prélevée., une turbine au moins du circuit actionnant un compresseur étant alimentée par une fraction du fluide moteur circulant dans le circuits et une autre turbine, au moins actionnant également un compresseur, et la turbine à puissance utile étant alimentées par une fraction du fluide moteur circulant dans le circuitil convient d'alimenter la turbine auxiliaire par une fraction du fluide moteur prélevée dans le cir- cuit en un point situé en amont d'un réchauffeur de gaz en série avec la tur- bine du circuiten faisant revenir cette fraction une fois détendue dans le circuit en un point situé en aval de la turbine du circuit.
De préférence la fraction du fluide moteur comprimé dans le com- presseur., fraction qui alimente la turbine auxiliaire et n'a pas encore été chauffée., se règle automatiquement en fonction de la pression de refoule- ment de ce compresseur au moyen d'un dispositif régulateur
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De plus,, on peut au moyen d'un thermostat disposé dans la conduit- te de sortie du fluide moteur et monté dans le réchauffeur de gaz, régler à une valeur fixe réglable la. quantité de combustible arrivant dans le ré-
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chauffeur de gaz à !9aide d'un organe régulateur en liaison avec lui par une conduite de transmission d9impulsions, en vue de maintenir constante la tem- pérature du fluide moteur sortant du réchauffeur de gaz.
Enfin la fraction du fluide moteur arrivant dans la turbine auxiliai-
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re et déjà comprimée dans un compresseur peut être prélevée à l'état préchauf- fé dans le circuit du fluide moteur en aval d-9un échangeur de chaleur faisant suite, au compresseur.
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Invention est décrite en détail ci-après au moyen de trois exem- ples de réalisation représentés sur les figsols> 2 et 3 des dessins ci-joints.
La fig. 1 représente une installation de turbines à circuit par- tiel du fluide moteur la fig. 2 représente un dispositif régulateur faisant partie de cette, installation;,
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la .f.go 3 représente une installation à circuit ouvert du fluide moteur.
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Lair comprime dans un compresseur 1et subissant un refroidisse-
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ment intermédiaire d*z15 un refroidisseur 2 arrive par un tuyau 3 dans un é- changeur de chaleur 40 Vair ainsi préchauffe passe par un tuyau 5 dans 1-9es- pace qui entoure les tubes 6 d9u.n. réchauffeur de gaz 7. L'air chauffé et con- primé arrive par un tuyau 8 dans une turbine 9 dans laquelle en se détendant et en se refroidissant il cède une notable portion de son énergie au rotor
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de la turbine. 1/a.i? détendu passe par un tuyau 10 dans 19 échangeur de chaleur 4, dans lequel en passant dans les tubes Il il préchauffe la fraction d'air comprimé arrivant par le tuyau 3.
Une autre fraction de la chaleur résiduelle.
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de '!--'air détendu est soustraite dans '1Y1 -re:f"roidis:ell1" 12 a cet ....-1.1" sortant de Pécha.n.geur de chaleur 4,, a ainsi refroidi revient par un tuyau 13 dans le compresseur 19 d'où il parcourt sou ....,i:C'\..,ul.t de nouveau.
Des fractions d.9air sont prélevées en permanence aux points 14 et 15 du circuit décrit ci-dessus. La fraction prélevée au point 14 passe par un tuyau 16 dans 1espace entourant les tubes 17 dun échangeur de chaleur 18 et se réunit au point 19 avec la fraction prélevée au point 15 dans le circuit
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par le tuya.u. 160 o Ura organe de réduction de section 20 dont la position peut être adaptée aux conditions de marche, et qui est monté dans le tuyau 16 sert à régler les proportions des deux fractions prélevéeso Les deux fractions prélevées dans le circuit arrivent ensemble par un tuyau 21 dans la chambre de combustion 22 du réchauffeur de gaz 7, dans lequel le brûleur 23 est ali- menté par du charbon pulvérisé. Les gaz de la combustion passent ensuite dans
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les tubes de leéchangeuz de chaleur 6. en y chauffant Pair du circuit.
Après avoir cédé une partie de leur chaleur, les gaz de la combustion passant par un tuyau 24 dans une turbine 25, pour arriver ensuite par un tuyau 26 dans un réchauffeur de gaz 27 et s'y chauffer de nouveau. Ce réchauffeur est éga- lement construit sous forme de chambre de combustion dans laquelle le combus-
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tible arrivant par un brûleur 28 brûle en présence de 15o-xygène que contien- nent encore les gaz de la combustion. Les gaz de la combustion ainsi réchauf- fés arrivent par un tuyau 29 dans une turbine 30 et une fois détendus passent par un tuyau 31 dans 19'échangeur de chaleur 18, dans lequel en passant dans ses tubes 17 ilscèdent une partie de leur chaleur résiduelle à Pair compri-
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mé prélevé dans le circuit et arrivant par- le tuyau 16.
En sortant de 19é= changeur de chaleur 18 les gaz de la combustion passent par un tuyau 32 dans
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d9autres appareils d'utilisation non représentés, par exemple un appareil de récupération des chaleurs perdues, ou s9échappent directement dans l'atmos- .C'.slP Four remplacer la fraction de fluide moteur prélevée dans le air- cuit aux points 14 et 15? un compresseur 33 aspire de Pair dans Patmosphf.-- :002 ::
Le comprime avec refroidissement intermédiaire dans un refroidisseur 34 et le fait arriver par un tuyau 35 dans l'espaue qui réunit 12éehangeur de chaleur 4 ei ie reiroidisseur .L2a La turbine 9 alimentée par .19a.s du circuit actionne le compres- seur 1 du circuit, et à ce groupe de machines est encore accouplée une machi- ne électrique a'LodLliaire 366, qui suivant les besoins, peut fonctionner en mo- teur ou en génératrice et servir à faire démarrer l'installation, ainsi qu'à compenser les manques ou excès de puissance de la turbine 90 La turbine 25
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alimentée d2abord par les gaz de la combustion actionne le compresseur 33 qui introduit Pair de remplacement dans le circuit.
Enfin la turbine à puis-
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sance utile 30 actionne par exemple l'hélice 38 à pas variable du navire par l'intermédiaire d9une transmission 37.
Une turbine auxiliaire 39 est accouplée avec l'arbre de la turbi- ne à puissance utile 30 et peut être alimentée par une fraction réglable,. ar-
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rivant par un tuyau L09 du fluide moteur du circuit arrivant par le tuyau 5 L9air une fois détendu à une pression intermédiaire, en fournissant également de la puissance à 1?héiice 38 du navire accouplée par la transmission 37 avec la turbine à puissance utile revient dans le circuit décrit ci-dessus par un tuyau i, et se réunit avec ::;'9air du tuyau de sortie du compresseur 33. Un or- gane régulateur de débit 42 monté dans le tuyau 40 sert à régler la quantité d'air arrivent. dans la turbine auxiliaire 39.
Le piston du servomoteur 43
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de cet organe régulateur subit Inaction dun fluide hydraulique sous pries- sion arrivant par un tuyau de transmission dimpulsions 45 et dont la près- sion est réglée par un dispositif régulateur monté dans un coffret de ré- glage 46. Ce dispositif régulateur est commandé en fonction de la pression de refoulement du compresseur 33 transmise par un tuyau. 47.Le levier 48 peut être réglé selon la valeur assignée de la pression de refoulement que doit maintenir.le compresseur 33.
La quantité de charbon pulvérisé par le brûleur 23 du réchauffeu.r
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de gaz 7 peut être réglée au m-ven de la soupape à moteur 49. Un thermostat 50 monté dans le tuyau de- sortie '- du fluide moteur du circuit du réchauf- fleur de gaz 7 communique avec La woupape à moteur 49 par un tuyau de trans- mission d:1impulsions 51 et règle 1arrivée du combustible dans le réchauffeur de gaz 7 de façon à maintenir la température du fluide moteur du circuit sor- tant du réchauffeur de gaz à une valeur constante réglable.
Le dispositif régulateur monté dans le coffret de réglage 46, fig.
2.: est commandé par une boite manométrique 32 se raccordant au tuyau sous pression 47. Cette boîte est réunie a son extrémité inférieure à un tiroir de commande 53. Suivant 1?effort exercé sur le tiroir de commande 53 par 1' action du ressort de la boîte manométrique 52, il s'établit dune manière connue au dessous du tiroir de commande une pression d'un fluide sous pres-
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slon3 par exemple de 1'.huile, qui arrive par un ,uye.1= 65 ou sort par un tuy- au 66, cette pression étant directement proportionnelle à la pression de re- foulement dans le tuyau de sortie du compresseur 33o La pression au-dessous du tiroir de commande 53 agit directement par un tuyau.
54 sur la surface in- férieure d'un piston 56 disposé dans un cylindre 55 et maintenu dans sa posi- tion intermédiaire sous Inaction de ressorts de rappel 57 et 58.
En manoeuvrant un levier 48 entre les positions de fin de course "moins" et "plus" on fait passer une tige 59 comportant une came 60 de la po- sition correspondant à la valeur assignée maximum de la pression de refoule- ment du compresseur 33 dans la position correspondant à la valeur assignée . minimum de cette pressiono La came 60 détermine les positions d'un poussoir à galet 61 poussé contre elle.
Le poussoir 61 porte à son extrémité inférieu- re un ressort 62 qui de son côté est accouplé avec un tiroir de commande 630 Suivant la position de la came 60 le ressort 62 subit une compression plus ou moins forte et établit par le piston de commande 63 dans un tuyau 64 une pression du fluide hydraulique arrivant dans le tiroir de commande par le tuyau 65 et en sortant par le tuyau 66. qui correspond à la tension du res-
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sorte La pression dans le tuyau 64 a1J."c1P8sous du tiroir de commande 63 se transmet à la surface supérieure d- piston 6. Ce piston est accouplé par une tige 67 avec le reste du dispositif Y'Sg'...I..La#U!" qui comporte un tiroir 68 et un servomoteur 69.p et qui pour éviter un suryéglage et les mouvements pendu- ?aires qui en résultent est équipé avec un dispositif de rappel élastique.
Fendant, le réglage le piston d servomoteur 9 pousse aussi par l'intermé- diaire d'un amortisseur hydraulique 70 qui y est attaché et de son piston 71 une extrémité d'un levier 72 dont l'autre extrémité est accouplée par la ti- ge 67 avec le piston 54. Un ressort 73 tend à faire revenir le tiroir 68 qui
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est éga1-em.nt accouplé par une tige 76 avec le levier 72 dans sa position in- termédiaire;. dans laquelle le fluide sous pression arrivant par un tuyau 74
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ne peut arriver dans le cylindre ni dan. l'Aspaco6 situé au-dessous ni dans l'espace situé au-dessus dll piston 69 En -1-'me temps le ressort 73 pousse le piston 71 de l'amortisseur hydraulique é0 en refoulant le liquide du cy- lLl1dre dean côté du piston à 13autre =6t,é de ce piston;
, en le faisant passer par un organe de réduction de section 750 Ce dispositif régulateur avec z-apr pel élastique ne peut simmobiliser qu'en position neutre. Tel est le cas lors- que la pression du fluide sous pression a la même valeur au-dessus et au-des- sous du piston 56.
Cependant la pression au-dessus du piston 56 est déterminée par la position de la came 60 accouplée avec le levier 48 par la tige 59.Le dispositif régulateur décrit ci-dessus agit donc sur le tiroir de commande 77 accouplé avec le piston 69 du servomoteur par le ressort 76', jusqu'à ce que la pression correspondant à la tension du ressort 76' du fluide sous pression
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arrivant dans le tiroir par le tuyau 78 et en sortant par le tuyau 79,
dans le tuyau de transmission des impulsions 45 ait fait venir 1?organe régu-
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lateul" de débit 42 au moyen du servomoteur 43 dans une position dans laquel- le la pression au-dessous du piston 56 et par suite la pression de refoule- ment du compresseur 33 est redevenue exactement égale à la valeur assignée initiale.
Par exemple si la température de l'air atmosphérique aspiré par le compresseur 33 augmente dans ces conditions excessives, la diminution de puissance qui résulte de la réduction de vitesse de rotation du compres- seur dont il a été question se compense par la diminution de la fraction de fluide moteur déjà comprimé arrivant dans la turbine auxiliaire, jusqu'à ce que la température atmosphérique ait diminué et pris une valeur correspon-
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dant aux: conditions de marche normale de leinstallation.
Le dispositif régulateur peut être réglé de façon qu'en marche
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normale correspondant à celle pour laquelle 19installation a été calculée, 1--'organe régulateur de débit 4.2 soit ouvert en grand en permanence et ne se ferme en partie ou en 'totalité que dans les conditions de marche défavorables
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préitée3 afin qu= l-?installation puisse fournir la puissance demandée sans 11;?11 soi!: nécessaire d!>élE'ver la température du fluide moteur dans des -ion- disions Inacceptables. D.9autre part il est possible aussi de régler en per- 1Jl8.nence Il.-organe régulateur de débit /2, celui-ci pouvant alors occuper une position intermédiaire déterminée dans les conditions de marches normales.
Vair aspiré dans 19atmosphre par un compresseur 90 figo 3, ar- rive à 1-'*état comprimé par un tuyau 91 dans 15'espace entourant les tubes 93 d'un échangeur de chaleur 92, puis passe à 1-'état de préchauffage par un tuyau 94 dans la chambre de combustion d'un réchauffeur- de gaz 95, dans lequel une
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partie de l'o=zygène contenu dans l'air sert à brûler le combustible arrivant dans le T'échauffeur de gaz par un tuyau 96 et pulvérisé par une tuyère 970 Le mélange chaud d'air et des gaz de la combustion sortant du réchauffeur de gaz 95 passe en partie par un.
tuyau 98 dans une turbine à puissance utile 99, dans laquelle en se détendant il fournit du travail à une génératrice à cou- rant triphasé 100 accouplée avec la turbine à puissance utile. D'autre part une fraction des gaz de la combustion arrive dans une turbine 101 qui comman-
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de le :'JompreSS6ur 90 qui y est accouplé.
Après détente à la pression atmosphé rique les fractions du fluide moteur sortant des turbines par les tuyaux res- pectifs102 et 103 se réunissent et passent ensemble dans les tubes 93 de 1' échangeur de chaleur 92, dans lequel une fraction résiduel-le de leur chaleur leur est soustraite avant qu'elles sortent de l'installation et sert à pré-
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chauffer Pair comprimé sortant de 1 échangeur de chaleur par le tuyau 9.0
Enfin une machine électrique auxiliaire 110 est accouplée avec 1' arbre commun du groupe compresseur et sert comme précédemment suivant les
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bêsoins de moteur de démarrage de l'irstallatiori et à compenser un manque de puissance éventuel Gu de génératrice absorbant un excès de puissance.
Suivant 19invention on monte sur 1-'arbre COIDJUl1n de la turbine à puissance utile 99 et de la génératrice à-courant triphasé 100 une turbine
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auxiliaire 104.9 dauas laquelle on peut faire arriver au moins temporairement par un. tuyau 105 une fraction de Pair comprimé dans le compresseur 90 et réchauffé dans 19éehangeur de chaleur 92, et qui est prélevée dans le tuyau 94 au peint 106. Un organe régulateur de débit 107 manoeuvré à la main per- met de régler la quantité d'air arrivant dans la turbine auxiliaire. Cet air une fois détendu à la pression atmosphérique.9 dans la turbine auxiliai- re, en fournissant une puissance utile à la génératrice à courant triphasé
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100 s.9échappe de 1'installation par un tuyau 108.
Par exemple, si la puissance disponible fournie par l'installa- tion diminue du fait que la vitesse de rotation du compresseur diminue sous l'effet d'une forte élévation de la température de l'air atmosphérique ou de
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l'enérassement des éléments de l'installation ans lesquels circulent les gaz ou l'air;,, on peut diminuer ou interrompre l'arrivée d'air dans la turbi- ne auxiliaire 104 en fermant l'organe régulateur de débit 107.
Cette frac- tion d'air est ainsi obligée de continuer son chemin par le tuyau 94 dans le
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réohauffeur de gaz 95 dans lequel elle permet de faire brûler un supplément de
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combustible, sans élévation correspondante de la température du fluide mateura L'arrivée du combustible est commandée par une soupape 109 montée dans le tuyau 96 et qui peut être manoeuvrée à la main ou automatiquement au moyen d'un dispositif régulateur non représenté en vue de maintenir cons- tante la température de sortie des gaz de la combustion sortant du réchauf- feur de gaz.
Les dispositifs décrits, ci-dessus permettent de compenser dans la plus large mesure la perte de puissance antérieure par une augmentation de la puissance fournie par la turbine 101 de commande du compresseur, ainsi que de la turbine à puissance utile 99.
La turbine auxiliaire peut encore être disposée d'une autre maniè- re suivant l'invention, et ne l'accouplant pas avec l'arbre de la turbine à puissance utileg comme dans les exemples de réalisation des figso 1 et 3, mais en l'accouplant avec l'arbre d'une des turbines de commande de compres- seur, ainsi que l'indique le tracé en pointillé de la fig. 3.
Dans ce cas., la turbine auxiliaire 110 est alimentée par un tuyau 111 et par l'intermé- diaire d'un organe régulateur de débit 112 avec de l'air, comme précédemment déjà comprimé et préchauffés prélevé dans le tuyau 94,,Si les conditions de marche défavorables précitées s'établissent., on peut, comme dans les deux exemples de réalisation'décrits ci-dessus,
fermer en partie ou en totalité l'organe régulateur 112 pour compenser la perte de puissance qui en résulte et forcer ainsi la fraction d'air passant jusque alors dans la turbine auxi- liaire à passer en partie ou en totalité dans le réchauffeur de gaz 95 dans lequel elle permet de faire brûler un supplément de combustible sans élévation correspondante de la température.des gaz de la combustion.
L'installation suivant l'invention comporte de préférence un dis- positif supplémentaire non représenté qui., lorsque la température de l'air atmosphérique ou de l'eau de refroidissement devient particulièrement basse, empêche une augmentation excessive de la puissance utile disponible et par suite les divers groupes de machines de brûler en faisant baisser la tempé- rature du fluide moteur par une diminution correspondante du débit de com- bustible, au lieu d'augmenter le débit d'air comprimé arrivant dans laturbi- ne auxiliaire.
Cette solution est avantageuse au point.de vue de la durée utile des éléments de l'installation soumis à des efforts thermiques consi- dérables. .-
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représen- tés sur les figso 1 à 3 en particulier les dispositifs régulateurs décrits peuvent comporter d'autres organes actionnés. mécaniquement, hydrauliquement électriquement ou pneumatiquement. De même, il est possible pour le spécialis- te d'appliquer sans difficulté, d'après ce qui précède, l'invention à une installation de turbines à gaz fonctionnant à cycle fermé.