<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne un procédé de régla- ge d'une installation de turbine à gaz tournant à vitesse constante et comportant une chaudière à chaleur perdue montée à la sortie de la turbine.
De telles installations sont àvantageuses par exemple dans les cas où d'une part, on dispose d'une sour- ce de chalur perdue, par suite du fonctionnement d'une installation de turbine à gaz alors que la récupération de cette chaleur constitue un bénéfice d'exploitation, et où d'autre part, pour des raisons de fabrication, on a'besoin d'une certaine quantité de vapeur dont la pro- duction nécessiterait une installation spéciale de chau- dière.
<Desc/Clms Page number 2>
On peut combiner avantageusement, au point de vue économique, la récupération de la chaleur perdue et la production de la vapeur, à l'aide d'une installation de turbine à gaz avec chaudière à chaleur perdue.
Mais l'exploitation d'une telle installation de turbine à gaz avec chaudière à chaleur perdue entraîne des difficultés dès que l'une ou loutre des deux parties de cette installation, ou les deux, subissent une varia- tion de charge. Il peut arriver par exemple qu'une telle variation de charge réduise la quantité disponible de chaleur perdue, alors que la quantité de vapeur dont on a besoin reste constante. Mais il peut également arriver que les périodes de consommation minimum de vapeur coin- cident avec les périodes de charge maximum de l'installa- tion de turbine à gaz. Dans la pratique, on rencontre très fréquemment un état de fonctionnement dans lequel la tur- bine fonctionne à une puissance très réduite, alors que les besoins de vapeur sont à peu près constants à la chau- dière à chaleur perdue.
Le maintien d'un fonctionnement économique dans ce cas de charge de l'installation, qui est'normalement particulièrement désavantageux, ainsi que dans d'autres cas de charge défavorables et analogues, constitue un problème technique difficile, si l'on consi- dère le fonctionnement au point de vue de l'ensemble de l'installation.
On a déjà proposé d'installer un foyer supplémen- taire spécial dans la chaudière à chaleur perdue.
Mais ce foyer supplémentaire rend l'installation plus onéreuse. De plus, avec le mécanisme de réglage qu'il nécessite, il la complique considérablement. Enfin, les canalisations et organes d'isolement qui sont nécessaires sont exposés à une charge thermique exceptionnellement élevée, ce qui constitue encore une difficulté.
On a essayé de résoudre le problème par une déri-
<Desc/Clms Page number 3>
vation contournant la turbine, mais on perd ainsi l'éner- . gie de pression contenue dans le fluide moteur, abstrac- tion faite des difficultés déjà mentionnées qui résultent de la présence de soupapes de dérivation dans un courant de gaz chaud.
La proposition consistant à dériver une partie du fluide moteur à partir d'un des premiers étages de la tur- bine vers la chaudière à chaleur perdue, constitue égale- ment un compromis non satisfaisant. Il faut prévoir ici encore des pertes thermo-dynamiques considérables, et les difficultés concernant les soupapes sont à peine inférieu- res à celles qui résultent d'une dérivation en amont de la turbine.
La présente invention évite les difficultés qu'on vient de décrire.
Cette invention consiste à faire échapper une par- tie du fluide de travail hors de la partie basse pression -du compresseur pour établir un fonctionnement de la tur- bine à charge réduite, et à réduire dans ce cas le débit ..de combustible assez fortement pour éviter de dépasser à l'intérieur de la turbine une certaine limite supérieure et admissible de la température.
Lorsque la diminution de charge de l'installation de turbine à gaz est relativement faible, on peut ainsi maintenir constante la température du fluide de travail à l'entrée dans la turbine, ce qui est relativement simple
Dans un autre cas de charge, il peut être suffisant de maintenir constante la température des gaz d'échappé-:' ment de la turbine.
Dans le cas d'une forte diminution de la charge, on a constaté au contraire qu'il convient de maintenir d'abord la température du fluide de travail constante à l'entrée dans la turbine au début de la diminution de char- ge, jusqu'à ce que la température des gaz d'échappement'
<Desc/Clms Page number 4>
se rapproche d'une limite supérieure, puis de maintenir . la température des gaz d'échappement constante pendant la suite de la diminution de la charge.
Le cas échéant, il est avantageux parfois de régler ' la température des gaz d'échappement en fonction de la charge.
Dans une installation de turbine à gaz, la présente invention consiste en un dispositif de réglage qui com- prend une canalisation de prélèvement partant de la partie basse pression du compresseur et munie d'un organe d'iso- lement, au moins un organe permettant de régler le débit de combustible envoyé au foyer, et au moins un émetteur d'impulsions influencé par la température du fluide de travail dans la zone de la turbine, cet émetteur étant relié fonctionnellement avec l'organe de réglage du débit de combustible, réduisant ce débit lorsqu'une certaine limite supérieure et admissible de température est dépas- sée, et inversement accroissant ce débit lorsqu'on tombe en-dessous d'une certaine limite inférieure de tempéra- ture.
Dans un mode de réalisation avantageux de la pré- sente invention, la turbine à gaz comporte un premier émetteur d'impulsions qui est actionné par la température du fluide de travail à l'entrée dans la turbine et qui est relié fonctionnellement avec un premier organe réglant le débit de combustible, ainsi qu'un deuxième émetteur d'impulsions actionné par la température du fluide de travail à la sortie de la turbine, relié fonctionnelle-, ment avec un deuxième organe réglant le débit de combus- tible, et situé en aval du premier organe de réglage dans le sens de la circulation du combustible.
Le premier et le deuxième émetteurs d'impulsions peuvent également être reliés fonctionnellement avec un seul organe de réglage du débit de combustible. Dans ce
<Desc/Clms Page number 5>
cas, une impulsion de fermeture émise par l'un des émet- teurs d'impulsions lorsqu'on atteint une limite supérieure et admissible de température, a un effet prédominant sur une impulsion d'ouverture provenant de l'autre émetteur d'impulsions.
Grâce à ce dispositif, tant que la température d'échappement de la turbine est inférieure à une certaine limite critique, le débit de combustible est réglé d'après la température à l'admission, tandis que, lorsque la tem- pérature des gaz d'échappement se rapproche d'une certaine limite critique par suite d'une détente moins poussée du fluide de.travail résultant elle-même d'une diminution de la charge, l'organe commandé par l'émetteur d'impulsions situé à l'échappement fonctionne alors, et réduit le dé- bit de combustible d'une façon correspondant à la tempéra- ture d'échappement, de façon telle qu'une impulsion oppo- sée éventuelle provenant du premier émetteur d'impulsions ne puisse pas être exécutée,
et inversement qu'une impul- sion d'étranglement provenant du premier émetteur d'impul- sions enlève tout effet à une impulsion opposée provenant du deuxième.
Les avantages de la présente invention comparati- vement aux propositions déjà connues, pour résoudre le problème posé ici, consistent dans le fait qu'on obtient le meilleur rendement thermodynamique possible de l'ins- tallation.
Le rendement à charge partielle de la turbine reste bon parce que la turbine fonctionne- à la température maxi- mum admissible, avec une quantité de fluide de travail réduite.
L'échappement d'une certaine quantité de fluide de travail hors d'un étage de prélèvement à basse pression du compresseur assure également un rendement relativement avantageux à charge partielle de cette machine, parce que
<Desc/Clms Page number 6>
la perte d'énergie lors du prélèvement, par exemple entre. le premier et deuxième étage, est faible, tandis que d'au- tre part, on évite de se rapprocher de la limite dite "de pompage" ce qui serait particulièrement dangereux dans le premier étage.
D'autre part, on conserve une chute de température suffisante pour la chaudière à chaleur perdue, ce qui est important, et cette chute de température peut même être encore augmentée, ce qui permet de maintenir la pression de vapeur.
Les pertes de cheminée diminuent en même temps que le débit de fluide de travail (si l'on admet à peu près les mêmes températures des gaz à la sortie de la chaudière à chaleur perdue dans la cheminée), ce qui améliole le ren, dément global de l'installation.
Enfin, les organes de réglage nécessaires se trou- vent dans la partie "froide", ce qui permet sans-difficulté d'obtenir un fonctionnement sûr de ces organes.
On décrira maintenant la présente invention à l'ai ' de d'un exemple de réalisation et du dessin ci-joint.
On voit sur ce dessin le compresseur 1 qui est monté sur le même arbre 3 que la turbine 2'., et qui est entraîné par cette turbine de même que la génératrice électrique 4.
Par la tubulure d'aspiration 16, le compresseur 1 aspire l'air qu'il envoie dans le foyer 6 par la tubulure de refoulement 5. Dans ce foyer, l'air et le combustible provenant de la canalisation 7 forment un mélange qui brûlé pour donner. un gaz chaud qui s'écoule dans la tubulure d'admission 8 de la turbine, pour quitter la turbine 2. par l'échappement 9 après avoir été détendu, et parcourir en- suite la chaudière à chaleur perdue 10.
Le compresseur 1 possède un prélèvement basse pres,-
<Desc/Clms Page number 7>
sion 11 muni d'un organe de fermeture 12.
Un émetteur d'impulsions 13 qui fonctionne d'après la température est monté à l'entrée 8 de la turbine, et un autre émetteur d'impulsions 13' est monté à la sortie
9 ; ces deux émetteurs sont reliés fonctionnellement avec les organes de réglage du combustible, 14 et 14', de l'ad mission de combustible 7.
L'installation décrite et le mécanisme de réglage de la présente invention fonctionnent de la façon suivan- te.
On supposera'que l'installation fonctionne au point de régime normal, c'est-à-dire avec une puissance de 100%. L'appareil utilisateur 4 de l'énergie de la tur- bine à gaz 2 produit de l'électricité, alors que la chau- dière à chaleur perdue 10 reçoit une quantité de chaleur qui est déterminée et à peu près constante, La vapeur pro duite dans la chaudière est évacuée par la canalisation de vapeur 15.
Si Ion veut dans ces conditions ramener la charge ..de la turbine 2 à 80% par exemple (par exemple par suite d'une diminution de la demande de puissance de la généra- trice électrique 4), on ouvre l'organe de fermeture 12 de la canalisation de prélèvement 11 du compresseur 1, et on laisse une partie du fluide de travail s'échapper dans l'atmosphère.
La diminution du débit de fluide de travail provo- que un excédent relatif de combustible, ce qui provoque à son tour une augmentation de la température à l'admis-, sion 8. Si l'on atteint ainsi une certaine température maximum admissible prescrite par avance, l'émetteur d'im- pulsions 13 qui fonctionne d'après la température réduit le débit de combustible en fonctionnant en liaison avec la soupape de réglage du combustible 14. Il en résulte que l'on évite de dépasser la limite admissible de tempé-
<Desc/Clms Page number 8>
rature, même si la charge continue à diminuer.
Quand la réduction de charge suivant ce procédé est importante, il y a également échauffement à la sortie 9 de. la turbine, et cet échauffement s'arrêt;également par sui- te de l'action combinée de l'émetteur d'impulsions 13' et de la soupape de réglage dé combustible 14', cet arrêt se produisant également à une température limite détermi- née d'avance.
Si les deux soupapes 14 et 14' sont montées en sé- rie, le débit d'admission de combustible est déterminé par la soupape dont l'ouverture est alors la plus faible. Si les deux émetteurs d'impulsions sont reliés à une seule et même soupape, le fonctionnement doit être tel qu'une impulsion d'étranglement ait la prédominance sur une im- pulsion d'ouverture.