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INSTALLATION DE TURBINE., A GAZ.
@ Le brevet principal n 503. 120 du 9 mai 1951 a pour objet une ins- tallation de turbine à gaz à cycle fermé, dans laquelle l'échangeur de chaleur ordinaire du type à récupération est supprimé et qui par suite permet d'évi- ter les difficultés auxquelles donnent lieu des échangeurs de chaleur, en particulier lorsqu'il s'agit de brûler des combustibles de qualité inférieu- re, Le brevet précité donne la description.d'une installation de turbine à gaz à cycle fermé, dans laquelle le fluide moteur du cycle s'échauffe en passant dans un récipient dans lequel circule une charge d'éléments réfrac- taires qui ont été chauffés dans un autre récipient par les produits chauds de la combustion.
Ces éléments réfractaires sont désignés dans le brevet principal sous le nom de "cailloux" et ce terme a la même signification dans la présente addition .
L'invention qui constitue un perfectionnement ou une variante du brevet principal, a pour objet de permettre d'obtenir les avantages de l'é- changeur de chaleur à circulation de cailloux dans une installation de tur- bine à cycle ouvert. En conséquence l'invention consiste dans une instal- lation de turbine à gaz qui comporte un récipient de chauffage contenant une charge d'éléments réfractaires de dimensions et de forme choisies de fagon à leur permettre de circuler et aux gaz de traverser la charge, un réci- pient d'échange de chaleur contenant aussi une charge decces éléments réfrac- taires et communiquant par une conduite de section réduite avec le récipient de chauffage, un dispositif faisant circuler d'une manière-continue les éléments réfractaires dans le récipient d'échange de chaleur,
la conduite de section réduite et le récipient de chauffage, un compresseur communiquant par son orifice d'admission avec l'atmosphère et par son orifice de sortie avec le récipient d'échange de chaleur et une turbine communiquant par son orifice d'admission.avec le récipient d'échange de:chaleur et par son orifice d'échappement avec une chambre ou espace de combustion alimenté en combusti- ble, en faisant passer les'gaz chauds produits par la combustion dans cette
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chambre ou espace à travers les éléments réfractaires dans le récipient de chauffage.
En choisissant d'une manière appropriée la.longueur des trajets suivis par les gaz passant dans le récipient de chauffage et dans le récipient d'échange de chaleur., il est possible d'abaisser la température des-gaz sor- tant du récipient de chauffage à une valeur inférieure à celle des gaz d'échappement de la turbine. Il est possible par ce moyen de réaliser des rendements du sycle comparables à ceux d'un cycle ouvert de turbine à gaz ordinaire, du type dans lequel l'air sortant du compresseur subit un préchauf- fage avant d'entrer dans la chambre de combustion par échange de chaleur à récupération avec les gaz d'échappement de la turbine.
D'autre part, l'in- vention convient d'elle-même à un dispositif dans lequel le combustible brû- lé dans les gaz d'échappement de la turbine est en excès de sorte que le gaz sortant du récipient de chauffage contenant les cailloux est à une tem- pérature assez élevée pour commander par exemple une seconde turbine.
On peut aussi réchauffer le gaz sortant du récipient de chauffaga en y brû- lant un supplément de combustible et le gaz provenant de cette seconde com- bustion peut servir à actionner par exemple, une seconde turbine.,, Il est facile de voir que lorsque le gaz -sortant du'récipient de chauffage sert à actionner une seconde turbine par la combustion d'un excès de combustible dans le gaz d'échappement de la première turbine, avant qu'il entre dans le récipient de chauffage ou une fois qu'il en est sorti, la puissance de l'installation augmente aux dépens de son rendement.
Mais on peut atténuer la perte de rendement en soustrayant de la chaleur au gaz d'échappement de la seconde turbine par un échangeur de chaleur d'une, forme appropriée.-
A l'encontre de l'installation à cycle fermé du brevet principal, l'installation de la présente addition fonctionne normalement à une diffé- rence de pression relativement faible entre le récipient de chauffage et le récmpient d'échange de chaleur, par exemple de.quatre atmosphères ou même moins lorsqu'il existe un second étage de turbine. Le problème de la fuite d'air' du récipient d'échange de chaleur dans le récipient de chauffage est ainsi moins difficile à résoudre.
Il est néanmoins nécessaire de se prémunir contre cette fuite et on peut avoir recours à cet effet à l'action exercée . par la réduction de section de la conduite entre les deux-récipients,ou à celle de-soupapes disposées dans cette conduite ou aux deux.
Une forme de réalisation choisie de préférence de l'invention est représentée à titre d'exemple sur le dessin ci-joint 'qui représente en élé- vation avec coupe partielle le dispositif de chauffage'de l'air et sous forme schématique une ipstallation de turbine à gaz combinée avec lùi.
Sur le dessin, 1 désigne le récipient de chauffage et 2 le récipient d'échange de chaleur. Les deux récipients sont à peu près complètement rem- plis de petits éléments réfractaires, dits cailloux, en une matière suscep- tible de résister aux températures élevées qui prennent naissance et à l'attaque chimique par les produits chauds de la combustion.- La chaleur spé- cifique de cette matière doit aussi être aussi grande que possible pour .faire diminuer'les dimensions du dispositif. Une matière qui-convient à cet effet consiste par exémple en carbure de silicium ou alumine fondue.
Les récipients 1', et 2 communiquent par une conduite de. section .réduite 3 qui comporte un dispositif à soupapes qui se compose dans la forme de réalisation représentée d'une série de trois soupapes à plateau 4a, 4b, et 4c fonctionnant dans des chapelles 5a, 5b.et 5c:
Le fond du récipient 2 comporte une tubulure de sortie des cailloux qui communique avec une con- duite verticale 7 par l'intermédiaire d'une série de trois soupapes à pla- teau, 8a, 8b et 8c semblables aux soupapes 4a, 4b et 4c. ' L'une-ou,l'autre ou les deux séries de soupapes peuvent être refroidies par une .circulation d'eau telle que 6..La conduite 7 contient.un dispositif, tel qu'un élévateur a godets, faisant monter les cailloux.. La conduite 7 débouche à la partie supérieure au ,sommet du récipient 1 par un 'tuyau qui pénètre au milieu du récipient de façon à répartir les cailloux uniformément et former aussi une large zone de dégagement des gaz passant à travers les cailloux.
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Le disposdtif décrit ci-dessus fait circuler les cailloux d'une manière continue dans les deux récipients. Ils tombent par leur propre poids de-la partie supérieure du récipient 1 dans la partie inférieure du récipient 2 en passant par la conduite de section réduite 3 et.les chape -' les de soupapes 5a, 5b et 5c, puis remontent par la.conduite 7 à la partie.' supérieure du récipient 1. Les soupapes 4a, 4b et 4c sont actionnées succes- sivement par des arbres à cames ou organes analogues non représentés, de fa- çon à ouvrir les soupapes 4a et 4c pendant que la soupape 4b est ferméeet @ inversement.
Les cailloux peuvent aussi descendre à une vitesse réglée par le cycle de fonctionnement.des soupapes, mais la seule quantité d'air qui peut sortir du récipient est celle qui passe du récipient 2'dans la 'chapelle de soupape 5c, de cette chapelle dans la chapelle 5b et ainsi de suite, lors- que les soupapes entre les chapelles correspondantes sont ouvertes. On peut donc réduire les fuites en augmentant le nombre d'étages de soupapes. Les soupapes 8a, 8b et 8c fonctionnent de la même manière que les soupapes 4a, 4b et 4c.
L'installation de turbine à gaz comporte une turbine 14 et un compresseur 15 actionné par la turbine. L'air atmosphérique pénètre dans le compresseur 15 par un tuyau 16 et l'air sortant du compresseur passe dans la tubulure d'entrée 20 du récipient d'échange de chaleur 2. Après avoir circulé à travers les cailloux de ce récipient, qui se chauffent de la manière décrite plus loin, l'airsort du récipient par la tubulure de sortie 21 et arrive dans la tubulure d'admission de la turbine, dans.la- quelle il produit un travail utile sur l'arbre 17 et d'où. il sort par le tuyau d'échappement 11 et arrive dans la tubulure d'entrée d'une chambre de combustion 9.
Celle-ci peut être d'une forme de construction courante et,- est alimentée en combustible par un tuyau 10. Le gaz chaud sortant de la chambre de combustion 9 arrive dans le récipient de chauffage 1 par la- tubulure d'admission 12. Puis il circule à travers les cailloux de ce réci- pient, leur cède sa chaleur et sort dans l'atmosphère par une tubulure 13.
Les cailloux chauffés passent dans le récipient d'échange de chaleur'2 et - y chauffent l'air moteur qui se dirige dans la turbine.
L'installation peut servir avantageusement à brûler des combus- tibles de qualité inférieure, par exemple des combustibles résiduels de pétrole. Ces combustibles ont l'inconvénient lorsqu'on les brûle dans une installation de turbine à gaz à cycle ouvert connu, de former dès produits de combustion qui contiennent de la cendre et du combustible incomplète- ment brûlé, qui sont visqueux à la température à laquelle les produits entrent dans la turbine et se déposent sur ses aubes, en les endommageant ou en en mo- difiant le contour. Dans le cas de l'installation suivant l'invention la cendre se dépose également sur les cailloux du récipient mais elle ne gé- ne pas la circulation des produits de la combustion.
Lorsque les cailloux passent dans le récipient 2, la cendre y adhère encore pour la plus grande partie, quoique lorsque les cailloux se refroidissent et la cendre devient plus dure, celle-ci puisse s'éliminer partiellement sous forme pulvérulente par abrasion. On peut faire sortir cette cendre pulvérulente de l'installa- tion au moyen dune soupape rotative représentée schématiquement et désignée par 22..
On peut faire sortir une certaine quantité de cailloux par inter- mittence ou d'une manière continue par la soupape 22 pour nettoyer l'instal- lation lorsqu'elle est encore en marche. On peut récupérer dans la cendre évacuée des éléments de valeur, par exemple des composés de vanadium. Les cailloux nettoyés ou neufs peuvent être introduits dans l'installation en un point quelconque approprié suivant les besoins, par exemple en un point désigné schématiquement par la flèche 23.
Au lieu de faire sortir le gaz d'échappement dans l'atmosphère par la tubulure 13, on peut l'utiliser pour actionner une seconde'turbine.
A cet effet on brûle un excès de combustible dans la chambre de combustion 9 ou dans une seconde chambre de combustion disposée entre la tubulure de sortie 13 et la seconde turbine.