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,'Dans les installations de turbines à gaz qui marchent aux combustibles gazeux, 'le gaz de combustion est généralement comprimé dans un compresseur accouplé, directement ou par l'inter- médiaire d'un mécanisme réducteur;,à la turbine du compresseur.
Lorsque la turbine marche en charge partielle, le gaz de combustion ¯non utilisé pour la turbine repasse du côté pression au côté aspiration du compresseur de gaz de combustion, par une conduite et une soupape de renvoi, après avoir été refroidi la températu- re d'aspiration dans un refroidisseur. En plus des inconvénients qu'entraîne le montage supnlémentaire du refroidisseur et le fait de devoir disposer d'agents de refroidissement, il se produit
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forcément une diminution de la puissance, due aux pertes par étran- glement et au débit modifié du gaz moteur dans la turbine.
Il faut encore ajouter qu'en périodes de pénurie de gaz de combustion, lorsqu'il faut brûler un combustible auxiliaire liouide ou solide dans la chambre de combustion, la puissance nominale complète ne peut être atteinte étHnt donné le débit réduit du gaz.
Pour suonrimer ces inconvénients, on a déjà proposa d'uti- liser. dans une turbine de détente, le gaz de crmbustion non utilisé par la turbine principale, avant son renvoi du côté aspiration du2compresseur. Toutefois cette turbine supplémentaire entraîne également de plus grands frais pour le dispositif de réglage, et la pleine puissance nominale ne peut être atteinte fille. si le gaz de combustion utilisé comme agent moteur est chauffé supplémentai- rement, ce qui nécessite également un refroidisseur de retour plus grand et une chambre de combustion supplémentaire.
La présente invention permet d'éviter les inconvénients des procédés connus de réglage d'installations de turbines action- nées au combustible galeux, et comportant au moins un compresseur de gaz de combustion et un compresseur d'air, en mélangeant de l'air au gaz de combustion s'il y a pénurie de ce dernier, et en comprimant ce mélange gaz de combustion-air à la pression du pro- cessus au moment considéré. Dès lors, le dispositif pour l'exécu- tion de ce procédé est caractérisé en ce qu'une vanne mélangeuse de gaz de combustion et d'air est montée en amont du compresseur de gaz de gueulard et commandée en dépendance de la pression préalable du gaz de combustion. La compression de mélanges gaz de combustion- air est connue en soi.
Toutefois, dans les procédés connus, les proportions de gaz de combustion et d'air sont soit;maintenues constantes, soit dépendantes de :La puissance.
. Le procédé suivant laprésente-invention permet de simplifier sensiblement le réglage dans les installatins de turbinesà gaz du type précité, en raison (le le suppression de machines auxiliaires et des dispositifs de régalge correspondants.
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Dans le cas de gaz de combustion à faible pouvoir calorique, par exemple les gaz de gueulard oui ont une forte teneur en constutuants inertes, il ne faut plus prévoir des mesures de sécurité coûteuses pour éviter un allumage prématuré, ces gaz ayant généralement une haute température d'allumage et une faible vitesse de combustion.
Des essais ont montré que lors de l'allumage de mélanges de gaz de gueulard et d'air, il se produit seulement une légère détonation qui peut être rendue inoffensive par des moyens de sécurité simples, (par exemple des fusibles, des dispositifs de sécurité à éclatement), qui réagissent à une certaine valeur de travail (par exemple température, pression etc. ). La soupape mélangeuse dans laquelle le combustible et le carburant sont mélangés après avoir été portés à une même pression, est également de construction simple, étant donné qu'elle se trouve dans la conduite d'aspiration du compres- seur de gaz de combustion, de sorte qu'il ne peut se produire de pertes par fuites.
Des allumages prématurés peuvent même être évités lorsqu'on emploie des mélanges de gaz de combustion et d'air 's'allumant plus aisément, si les éléments dont le compresseur est équipé (par exemple joints à labyrinthe, joints à fentes, aubes de marche et de guidage, etc. ), montés avec peu d.e jeu, sont faits en une matière dont le point de fusion se situe de préférence en dessous de la température inférieure d'allumage du mélange à comprimer, ou si les éléments délimitant l'entrefer sont pourvus d'une couche d'une matière ayant une faible résistance à l'usure.
On peut en outre prévoir des dispositifs permettant d'introduire comme gaz d'arrêt, un gaz inerte dans les entrefers, par exemple, des joints labyrinthe.
Les retours de flammes du brûleur peuvent être évités en ayant une vitesse suffisamment élevée dans l'embouchure du brûleur. Il peut également être avantageux de monter la. chambre de combustion le plus près possible du compresseur de gaz de com- bustion et de maintenir ln vitesse de passage telle qu'elle soit
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plus "-rande fue la vitesse de combustion, 'cr mi st particulière- ment fifié a réaliser aYe d'es (le gueulard. De plus, on peut encore monter entre le compresseur de gaz de combustion et la
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chambre de combustion, un échangeur thermique parcouru par les gaz brûlés de la turbine.
Le procédé suivant l'invention et un dispositif pour son exécution'seront'décrits plus en détail ci-après, avec référen- ce au dessin annexé, montrant, à titre d'exemple, une forme de réalisation'de l'invention.'Ce dessin montre une installation de
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turbines'H gaz'a deux arbres, travaillant avec du gaz de gueulard comportant un appareil consommateur de puissance 1, la turbine de puissance utile 2 qui l'entraîne et, séparée mécaniquement de cette dernière, la turbine des compresseurs 5 entraînant le compresseur d'air'3'et le'compresseur de gaz de combustion 4.
Le compresseur 3 aspire l'air atmosphérique par la conduite d'aspiration 6 et le
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refoule par la conduite 7, dans laauelle est intercalé 1-éch,,lngeur thermioue 8 parcouru nar les gaz brûlés de la turbine, dans leem- brancheuent d'air,orimaire, à vanne de réglage 10, et dans 1-'ei-ibran- chement d'air secondaire et de mélange 11, vers la chambre de com- bustion' 12.
Le gaz de pueulard arrive par la conduite 13, à vanne
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principale 13a, et la vanne d'étranglement 14 1-',qnl'-n'e i la pression de l'air de réglage aspiré par la conduite 15. Par la vanne de mélange 16, qui dans ce cas est représentée de la manière la plus simple sous,forme de vanne à tiroir rotatif, et par la conduite d'aspiration 17, le gaz de gueulard arrive dans le compresseur de gaz de combustion 4, nuis il est envoyé sous pression par la
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conciiitp de pression 18, h vanne de forrrtoturp rapide Il?, car.^ la chanbrp' df combustion 12. z: 1 conduitp 18 est raccordée 1 vanne c''ehnnnemcnl; ?0 nui, tout comme la vnni-ip fprmF-turp raoidp 19, Pst prévue pour le cas d'avariic.
L<='p denx vannes 19 et 20 se ferment sous l'action d'un fusible, non représenté, monté la sortie du compresseur.
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Les gaz moteurs engendrés dans la chambre de combustion 12, vont par la conduite 21 à la turbine de compresseur 5, qui est reliée oar la conduite de surplus 22 à la turbine de puissance utilE 2, après qui ils sont évancués'à l'air libre par la conduite d'éva- cuation de gaz 23 anrés avoir cédé leur chaleur sensible à l'air comprimé dans l'échangeur thermiaue 8. Sur la conduite des gaz moteurs 21 sont branchées la vanne à ouverture rapide 24 et la vanne d'échappement réglable 25, et sur la conduite de surplus 22, la van- ne d'échappement 26 pour le déclenchement hdyraulique de la turbi- ne de puissance utile 2.
En cas de pénurie de gaz de combustion, la chambre de com- bustion 12 reçoit du combustible liquide du réservoir 27 qui est raccordé au brûleur 31 de cette chambre par la conduite 28, la pompe à combustible 29 et la vanne de réglage 30. La commande des différentes vannes sera décrite ci-après lors de la description de différentes conditions de travail.
1) Processus de démarrage.
La vanne à gaz principale 13a est fermée et la. vanne de mélange 16 est réglée pour l'aspiration complète d'air. La vanne à fermeture rapide 19 et la vanne 26 pour le déclenchement de la turbine de puissance utile 2 sont complètement ouvertes, et les vannes d'échappement 20,25 et la vanne à ouverture rapide 24 sont fermées. Le moteur de démarrage, non représenté, est mis en circuit et les compresseurs sont mis en rotation jusqu'à ce que l'installation ait été aérée. Après que la flamme d'allumage a jailli du combustible liquide (huile diesel, huile de goudron de houille), est injecté dans une mesure croissante jusqu'à ce oue les compresseurs aient atteint la vitesse de marche vide.
Quand on tourne davantage le contacteur du moteur de démarage, la vanne d'échappement 26 se ferme lentement, la turbine de puissance utile commence à tourner et est lentement amenéeà la vitesse voulue, ou puissance nominale, le combustible continuant à arriver.
Jusou'à peu auparavant, la vanne de mélange 16 était en- core en position d'aspiration complète. On ouvre alors la vanne
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à gaz principale 13a; la vanne de mélange 16 commandée en dépendan- ce de la puissance utile et de la pré-pression du gaz combustible, se règle en fonction de l'état atteint, c'est-à-dire nue l'arrivée d'air de mélange est réduite et le régulateur d'arrivée de combus- tible liquide ferme la vanne'30.
En principe, le démarrage serait également possible rien qu'avec du gaz de gueulard. Toutefois le démarrage à l'huile est plus avantageux étant donna au'il peut se faire indépendamment de la pré-pression du gaz de gueulard, de sorte qu'il ne peut se produire de difficultés dues à des chutes de la pré-pression du gaz de gueulard.
II. Fonctionnement à pleine charge avec variations de le pré-pression du gaz de gueulard (fonctionnement instable).
Lors du fonctionnement à pleine charge, toute la quantité d'air primaire passe par la-vanne de réglage d'air primaire 10.
Le passage du fonctionnement uniquement au gaz de gueulard,. à celui uniquement à. l'huile, s'effectue sous l'effet de la pré-pression .du gaz de gueulard sur le vanne de mélange 16, c'est-à-dire que, à chaque pré-pression du gaz de gueulard correspond un mélagne déter- miné gaz-air. Le manque de chaleur, pour la pleine.charge, est compensé par la. combustion de combustible liquide grâce à la vanne à combustible 30 réglée automatiquement.
III.Fonctionnement à charge partielle au gaz de gueulard seul.
Lorsque la charge diminue, la vanne de mélange 16 se règle pour un mélange plus pauvre, c'est-à-dire un mélange compor- tant une plus grande quantité d'air. Dans la gamme inférieure de la charge partielle, il pourrait se produire que la température d'al- lumage du gaz de gueulard "dialué", soit trop élevée et que la flamme s'éteigne. Suivant l'invention, on évite ces inconvénients en réglant, dans la gamme inférieure de la charge partielle, la van- ne de mélange 16 pour une Quantité de gaz de combustion supérieure à celle nécessaire au fonctionnement à.
charge partielle, et en prévoyant que la Quantité de gaz moteur non utilisée, déterminée
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empiriquement pour plus de facilité, soit évacuée par la vanne
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d3écliappenierit réglable 25, Le réglage de cette vanne 25 se fait donc en dessous de la limite de la.charge pnrtielle, en dépendance .de la- puissance. Commr,- 'an'.pratiquées on ne traTiaio-le .presque jamais avec de si faibles 'P1Ü'ssffiICiesJ cette ,f,ai,ble! ,cOins'Omma:ti:on 'sup'pl'8-men- taire'.dé gaz d'e gùeularcr' nJ'eI1tr'e pour ainsi) diceaést fenl7atne- de, compte: 'Va vanne d'échppement réglable -25 peut"aussi être combinée éventuellement avec la, vanne à ouverture rapide 24.
IV. Fonctionnement à charge partielle, à l'huile seule.
La vanne de mélange 16 est réglée pour la pleine aspira-
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tion d'air.. Le réglage de' la'puissance se faft, unitquement'!19a:r -la: modification de la 'Quantité 'd'air primaire' (vanne: 1Q -et, là modifi- cation de la quantité de combustible licu3:de (va.r.e =3'0) . " 1 V.Fonctionnement charge 'partielle, au gaz et à l'huile ensemble.
La vanne de mélange 16, en dépendance de la pré-pression du gaz de combustion, et la vanne de combustible 30, ainsi que la vanner d'air primaire 10, sont commandées en dépendance de la puis- sance utile. Pour .de très faibles puissances, la vanne d'échappe- ment réglo '¯225 peut alors'de nouveau entrer'en jeu,,.si la quantité d'air utilisée devenait trop grande. :
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VI. Chute brutale de la charge, ..< '!- '', '' !
La turbine de puissance utile.devrait alors, comme on le sait, continuer à tourner à sa vitesse nominale, pour que si la charge réapparatt, la turbine puisse immédiatement donner la puis- sance nécessaire.
Ce réglage est un problème particulièrement difficile à résoudre pour les installations à deux arbres., étant donné que la turbine de puissance utile peut facilement at-teindre une vitesse excessive. D'autre part, il est important que.la . flamme ne s'éteigne pas dans la chambre de combustion. Suivant l'invention ce cas peut également être résolu en faisant en sorte que, lorsque la vanne à ouverture rapide 24.et/ou la vanne d'échap- pement 25 s'ouvrentla vanne de mélange 16 et la vanne de réglage d'air primaire 10 soient réglées avec retard pour.le nouvel-état de charge. La production de gaz moteur ne suit dene que lentement
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la chute de lacharge, et la flamme ne neut s'éteindre.
VIII Fermeture rapide.
Ce cas peut par exemple se pordutire lorsoue pour une rai- son quelconque, la flamme s'éteitn. Un moyen rle contrôle de la flamme dans la chambre de combustion fait alors déclencher la vanne à ouverture rapide 19 et ouvrir la vanne d'échappement 20.
La vanne de mélange 16 est ensuite réglée pour la pleine aspiration d'air.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de réglage d'installations de turbines.à gaz utilisant du combustible gazeux, particulièrement du gaz de geu- lard, le gaz de combustion étant, pour l'aspiration, mélangé à de l'air de combustion et ce mélange étant comprimé à la pression de travail désirée, caractérisé en ce que le mélange de gaz de com- bustion et d'air est réglé en dépendance de la pré-pression du gaz de gueulard de façon que lorsque l'alimentation de gaz de combustion diminue, l'excès d'air devient plus grand, et la chaleur qui manque pour assurer la puissance momentanée, est produite de manière connue par combustion d'un supplément de combustible Introduit directement dans la chambre de combustion.