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PRODUCTION D'AIR COMPRIME.
La présente invention est relative à une installation de production d'air comprimé - en particulier pour hauts-fourneaux - avec au moins une installation de turbine à gaz et au moins un compresseur d'air d'utilisation, actionné par une installation de turbine à gazo L'invention consiste en ce qu'un compresseur au moins d'une installation de turbine à gaz donne une pression de refoulement plus élevée qu'au moins un compresseur d'air d'utilisation, que le parcours du fluide moteur,dans cette installation de turbine à gaz est relié, en un point situé dans le sens de l'écoulement, en val du compresseur, à la conduite de refoulement du compresseur d'air d'utilisation par un raccordement contenant un organe de réglage et que l'installation actionnant ledit compresseur de turbine à gaz est accouplée à une machine auxiliaire reliée à un réseau électrique.
Il peut être prévu, en outre, une turbine auxiliaire dans laquelle le fluide moteur venant de l'installation de turbine à gaz, à amener à la conduite de refoulement du compresseur d'air d'utilisation, est détendu à la pression d'air d'utilisation. Le raccordement peut être branché en un point du parcours du fluide moteur de l'installation de turbine à gaz qui, en regardant dans le sens de l'écoulement, est situé en aval du récupérateur ou même de l'appareil de chauffage du gaz. L'installation action nant le compresseur de turbine à gaz peut en outre actionner un compresseur de gaz combustible qui fournit le gaz combustible à l'installation de turbine à gaz entrainant le compresseur d'air d'utilisation.
Dans une forme de réalisation simplifiée, le compresseur et la turbine de l'installation de turbine à gaz peuvent être accouplés mécaniquement, de même que le compresseur d'air d'utilisation et la machine auxiliaire électrique. Dans une installation de ce genre, la turbine auxiliaire peut être aussi accouplée aux machines accouplées mécaniquement,.
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On a représenté schématiquement trois exemples de réalisation de l'invention sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un ensemble de cinq installations de turbine à gaz dont chacune est fermée sur elle-même, et dont quatre actionnent chacune un compresseur d'air d'utilisation et la cinquième un compresseur de gaz combustible..
Les figures 2 et 3 représentent chacune une installation simplifiée de machines, dans chacune desquelles toutes les machines sont accouplées mécaniquement les unes aux autres.
L'ensemble de production d'air d'utilisation selon la figure 1 comporte cinq installations de turbines à gaz A à E. Les installations A à D actionnent chacune un compresseur d'air d'utilisation 1, cet air allant par une conduite 2 à un haut-fourneau, non représenté. L'installation E actionne un compresseur de gaz combustible 3 qui envoie à l'état comprimépar le système de conduites 4, aux cinq installations de turbines à gaz, le gaz combustible nécessaire au. fonctionnement. Les différentes installations de turbines à gaz comportent, de façon connue, un compresseur 5 qui envoie de l'air comprimé à la chambre de combustion 6. La combustion dans cet air com- primé du gaz combustible amené à la chambre de combustion donne un fluide moteur fortement chauffé qui va dans les turbines à gaz 7.
Après avoir fourni du travail dans la turbine, le gaz moteur peut encore servir, dans un récupérateur non représenté, à réchauffer l'air comprimé par le compresseur 5.
L'installation E est en outre accouplée à une machine électrique 8, branchée sur un réseau 19.
Les compresseurs 5 des cinq installations' de turbines à gaz A à E donnent une pression de refoulement plus élevée que les compresseurs d'air d'utilisation 1 des installations A à D. Les compresseurs d'air d'utilisation 1 et les compresseurs 5 des turbines à gaz des installations C et D sont contenus dans un seul carter duquel l'air d'utilisation est pris dans un étage intermédiaire. Le parcours du fluide moteur dans l'installa- tion de turbine à gaz E, constitué par les conduites 9 et 10, est relié, au. point 11, à chacune des conduites 2 de refoulement d'air d'utilisation des installations A à D, par un système de raccordement 12 comportant un organe de réglage 13.
Dans lamesure de la puissance demandée, le compresseur 3 four nit le gaz combustiblenécessaire à chacune des installations A à E. Le gaz combustible en excès revient dans la conduite 17 d'amenée de gaz combustible par une conduite 15 , contenant un organe de réglage 14,et par un refroidisseur 16. On peut régler suivant les besoins les quantités de gaz combustibles amenées aux différentes installations,au moyen des organes de réglage 18.
En fonctionnement normal pendant lequel la quantité d'air normale arrive à tous les hauts-fourneaux par les conduites 2, les organes de réglage 13 du système de raccordement 12 sont fermés. La machine électrique auxiliaire 8 fournit une certaine quantité d'énergie au réseau 19. Avec ce fonctionnement, toutes les machines travaillent au mieux. Ceci assure le maximum d'économie. La seule source de perte, mais absolument sans importance, n'est constituée que par le passage détourné du combustible par la conduite de réglage 15 .
Si, passagèrement, par exemple en cas d'accrochage de la charge d'un haut-fourneau, il faut une plus grande quantité d'air à plus forte pression, par exemple au point d'utilisation de l'installation B, on ouvre l'organe de réglage 13B. De la conduite 9 de l'installation E, il arrive alors, par le raccordement 12, dans la conduite 2 de B, de l'air supplémentaire jusqu'à ce que le haut-fourneau de l'installation B soit soufflé en fonctionnement normal. Pendant qu'est ainsi fourni de l'air en supplément, la puissance fournie par la machine électrique auxiliaire 8 au. réseau 19 est ré-
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duite. En cas d'accrochage de plusieurs hauts-fourneaux,la fourniture de puissance peut même être inversée, la machine 8 travaillant alors en mo- teur alimenté par le réseau 19.
Les différentes installations A à D peu- vent fonctionner à des vitesses de rotation différentes les unes des au- tres, variant suivant les conditions de fonctionnement. Il en résulte une très grande souplesse dans le réglage de toute l'installation. En outre, cette installation peut fonctionner avec le minimum de gaz combustible parce que la réserve de puissance à tenir disponible pour le réglage peut être réduite.
Les installations des figs. 2 et 3 servent chacune à l'alimen- tation d'un seul haut-fourneau non représenté sur le dessin. Les éléments correspondant à ceux de la figure 1 portent les marnes références. Le com presseur d'air d'utilisation 1 envoie au haut-fourneau., par la conduite 2 , de l'air aspiré à l'air libre et comprimé. Le compresseur 3 de gaz de gueu- lard comprime du gaz de gueulard aspiré par la conduite 17 et l'envoie, par la conduite 4, dans la chambre de combustion 7. Le compresseur d'air 5 comprime de l'air pris à l'extérieur et le refoule à l'état comprimé, par le récupérateur 20 et la conduite 21, également dans la chambre de combustion 6. Le gaz moteur, produit dans la chambre de combustion et fortement chauffé, va à la turbine à gaz 7 et, après avoir fourni du travail, il passe par le récupérateur 2 pour s'échapper à l'air libre.
Au moyen de l'organe de réglage 18, on peut régler la quantité de gaz combustible amenée à la chambre de combustion. Le gaz combustible refoulé en excès passe par la conduite 15 munie d'un organe de réglage 14 et par le réfrigérateur 16.pour revenir dans la conduite d'aspiration 17.
Dans l'installation de la figo 2 , sur le parcours du fluide moteur de l'installation de turbine à gaz, en un point 11 situé en aval du compresseur 5, est branché un raccordement 12 contenant un organe de réglage 13, qui débouche dans la conduite de refoulement 2 du compresseur 1 d'air d'utilisation. En fonctionnement normal, cet organe de réglage 13 est fermé et on ne l'ouvre que lorsqu'il faut plus d'air au point d'utilisation.
Dans le cas d'accrochage d'un haut-fourneau, l'arrivée d'une plus grande quantité d'air produit, avant ce haut-fourneau, une augmentation de pression servant à fairepasser le vent à travers le haut-fourneau. La plus grande puissance à fournir ainsi pour la compression peut être dégagée grâce à ce que la machine électrique auxiliaire 8 fournit moins de puissance au réseau 190
Pour augmenter les possibilités de réglage, il peut être prévu, dans la conduite d'aspiration du compresseur d'air d'utilisation, un organe de réglage 22 au. moyen duquel la quantité d'air aspirée par le compresseur peut être limitée suivant les besoins.
Dans l'installation de la fig.3, le parcours du fluide moteur de l'installation de turbine à gaz est relié, en un point 23,par un raccordement 12, à la conduite de refoulement 2 du compresseur d'air d'utilisation 1. Le point 23 est pratiquement disposé en aval du récupérateur, considéré dans le sens de l'écoulement du fluide moteur. En ce point, l'air est déjà réchauffé au moins à la température maximum. Comme d'habitude, on règle la quantité d'air qui passe au moyen d'un organe de réglage 13. Pour utiliser la chute de pression entre la pression de refoulement du compresseur 5 de la turbine à gaz et celle du compresseur d'air d'utilisation 1, on se sert d'une turbine auxiliaire 24 dont la puissance peut être appliquée sur l'arbre commun.
Pour réduire la quantité d'air envoyée au point d'utilisation par la conduite 2, on utilise une conduite d'évacuation 25 dont on peut régler la section de passage selon les besoins, au moyen de l'organe 26. Il est encore possible de réduire la quantité d'air envoyée au point d'utilisation au moyen de la liaison, représentée en pointillé, entre le raccordement 12 et le compresseur 5. Par cette liaison, une fraction, réglée par un or-
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gane de passage, de l'air fourni par le compresseur 1 peut être amenée à un étage intermédiaire du compresseur 5 de la turbine à gaz.
Il serait encore possible de relier la conduite 27,allant de la chambre de combustion 6 à la turbine à gaz 7, à la conduite de refoulement 2 du compresseur d'air d'utilisation 1, par la conduite 28 représentée en pointillé. L'organe de réglage 29 sert à régler la quantité de gaz qui passe, Dans la turbine 30, on pourrait récupérer le maximum de puissan.ce. Le gaz moteur produit dans la chambre 6 contient encore une si grande proportion d'oxygène que l'on peut l'ajouter à la quantité d'air allant au haut-fourneau, sans inconvénient sénsible. La turbine auxiliaire 30 peut également être accouplée à la ligne d'arbres communes.
Evidemment, les installations de turbines à gaz peuvent fonctionner avec d'autres combustibles que ceux gazeux, par exemple avec des huiles combustibles ou du charbon pulvérulent. Le genre des installations de turbines à gaz est sans influence sur l'invention. On pourrait aussi utiliser des installations avec circuit fermé ou partiellement fermé. Les différentes machines peuvent être accouplées directement ou par l'intermédiaire d'engrenages. On pourrait encore, dans certains cas, établir selon l'invention d'autres appareils consommant de l'air, par exemple des dispositifs industriels à combustion ou appareils analogues. La machine électrique auxiliaire peut essentiellement fonctionner comme génératrice ou comme moteur.
Dans beaucoup de cas, elle fonctionnera de façon continue comme génératrice de courant fournissant plus ou moins de puissance au réseau suivant les conditions de fonctionnement. Dans d'autres conditions, la machine électrique peut, pen dant le temps de fonctionnement normal, fournir, comme génératrice de courant, une faible puissance au réseau, tandis qu'à d'autres moments elle prend au réseau de la puissance qui est transmise à l'installation de turbines à gaz sous forme d'énergie mécanique. Finalement, on peut encore concevoir que la machine électrique auxiliaire fonctionne uniquement comme moteur en prenant constammant de l'énergie au réseau. Si la machine auxiliaire électrique est branchée sur un réseau de courant alternatif, toute l'installation doit rester en marche à vitesse constante.
En utilisant un réseau à courant continu ou des moteurs à vitesse réglable avec un réseau à courant alternatif, on peut aussi régler la vitesse de rotation de l'installation de turbines à. gaz de manière correspondante.