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BREVET ' D'INVENTION Installation de propulsion combinée pour navires.
La présente invention concerne une installation de propulsion combinée pour navires, constituée par un ou plusieurs moteurs à combustion interne et une ou plusieurs turbines à vapeur qui agissent en commun sur l'arbre de l'hélice.
Pour la propulsion de navires, on utilise habituelle- ment des moteurs à combustion interne, des turbines à vapeur ou à gaz ou des combinaisons de ces machines.
Le moteur à combustion interne constitue la machine motrice qui permet l'apport de chaleur à des températures élevées, en raison du mode de travail par pulsation, et
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qui présente, lors de l'utilisation de la suralimentation de la turbine par les gaz d'échappement, le rendement ma- ximal de toutes les machines motrices thermiques. La turbine à gaz d'échappement qui entraîne le groupe de charge transforme alors d'environ 20 à 50 % du gradient de tempéra- turc pouvant encore être utilise suivant l'état actuel de la technique;, pour un rendement de la turbine d'environ 0,6 à 0, 7, tandis que les 80 à 50 % restants ne sont qu'in- suffisamment exploitas.
Dans le cas de son utilisation pour la propulsion de navire, l'inconvénient réside dans le fait que pour des navires notamment des cargo,-, l'installation de propulsion ne fonctionne qu'avec environ 77 %;de la puissance continue possible (en fonction, par exemple, de l'état de charge du navire) pendant la plus grande partie du. temps, à la vitesse de route normale., de sorte que le moteur fonctionne le plus souvent en régime de charge partielle. Les éléments consti- tuant le moteur sont alors exposes à une plus grande usure que pour le régime de charge nominale, par suite du plus grand encrassement et de la plus grande corrosion. La qualité de la chaleur des gaz d'échappement est en même temps réduite;, de sorte que son exploitation économique de- vient problématique.
Une exploitation totale de la réserve de puissance daf moteur à le, vitesse de route, par exemple pour la. production d'énergie pour les besoins du borda n'est pas possible.
Les installations de propulsion de navires comportant des turbines à vapeur n'atteignent pas le rendement des installations équipées de moteurs à combusion internes, car la combustion continue dans le générateur de vapeur nécessite des températures relativement basses de l'apportde ehaleur.
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Toutefois, la turbine à vapeur possède une caractéris- tique de charge partielle favorable et une caractéristique de surcharge plus avantageuse que le moteur à combustion interne. Les avantages d'une installation de turbine à vapeur résident également dans le fait que le processus de combustion continu peut être mieux dominé et que l'énergie thermique peut être exploitée, tant du coté des gaz de fumée que du côté de la vapeur, jusqu'à des températures relativement basses.
On connaît également des installations de propulsion de navires qui sont constituées par des turbines à vapeur et des moteurs à combustion interne ou des turbines 5 gaz 'qui agissent en commun sur l'arbre de l'hélice.
La répartition de la puissance entre les machines de propulsion individuelles est alors telle que la turbine à vapeur fournit la majeure partie de l'énergie de propulsion et est donc déterminante pour le rendement de toute l'ins- tallation. Conformément aux différents régimes de vitesses du navire, le moteur à combustion interne travaille donc ' principalement dans le domaine des charges partielles, de sorte que les inconvénients déjà mentionnés (grande usure des parties du moteur, mauvaise qualité des gaz d'échappe- ment) subsistement.
Le but de l'invention est d'améliorer la rentabilité des installations de propulsion de navires connues.
L'invention a pour objectif de créer une installation de propulsion pour navire, dans laquelle un rendement total élevé est obtenu par la combinaison avantageuse du moteur 3 combustion interne et de la turbine à vapeur.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait qu'un moteur à combustion interne et une turbins
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à vapeur agissent en commun, d'une façon connue, sur l'arbre de l'hélice et, selon l'invention, la majeure partie de l'énergie de propulsion est fournie par le moteur à combus- tion intene.
On choisit alors la puissance du moteur de manière que ce dernier fnnctionne pour les régimes de vitesses les plus importantsdu navire légèrement en dessous de la charge nominale, c'est-à-dire dans la Gamme de travail qui est pour lui la plusfavorable.
Du point de vue de la puissance, la turbine à vapeur est conçue de façon qu'elle travaille à la vitesse de route nor- mâle dans la gamme de charge partielle, une partie de la puissance produite par la turbine étant transmise à l'arbre de l'hélice et la partie restante étant utilisée pour l'en- traînement d'une ou plusieurs génératrices, en. vue de produire l'énergie électrique pour les besoins du bord.
Les génératrices Diesel séparées nécessairesjusqu'à présent peuvent donc être supprimées, sauf une génératrice Diesel de réserve.
Si la puissance de propulsion totale est nécessaire pour la marche à grande vitesse ou lorsque le navire est to- talement charge, la turbine à vapeur travaille au régime de surcharge. Dans ce cas, la génératrice est séparée de la turbine à vapeur et l'alimentation d'énergie pour le service de bord est assurée par la génératrice Diesel de réserve.
Grace à cette combinaison d'un moteur à combustion interne et d'une turbine à vapeur et grâce à la répartition de puissance qui est ainsi effectuée, le rendement avantageux de la machine motrice à combustion interne est déterminant du rendement total de l'installation de propulsion.
Du fait que pour la plupart des régimes de vitesses du navire la turbine à vapeur est utilisée également pour
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produire l'énergie électrique pour les besolns du bord et qu'elle travaille en régime de surcharge lorsque la puissance de propulsion totale est nécessaire, la génératrice Diesel de réserve assurant alors l'alimentation d'énergie électrique, la réserve de puissance qui existe à la vitesse de route est réduite par rapport aux installations de propulsion connues.
Le moteur à combustion interne travaille le plus souvent à la charge nominale ou à proximité de cette charge, de sorte que la qualité des gaz d'échappement du moteur est toujours excellente et qu'une exploitation économique de la chaleur des gaz d'échappement est possible. La température des gaz d'échappement riches en oxygène peut être être accrue par la combustion d'huile de chauffe supplémentaire ou par l'arrêt d'anivée d'air frais.
Le rendement total de. l'installation de propulsion con- forme à l'invention est donc considérablement supérieur à celui des installations connues.
Suivant un développement de l'invention, l'énergie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne n'est pas utilisée, comme cela est généralement courant, pour l'entraî- nement d'un groupe de charge au moyen de la turbine à gaz d'échappement, mais directement dans le générateur de vapeur pour la turbine à vapeur. Les groupes de charge pour le moteur à combustion interne sont entraînés par la turbine à vapeur ou, lorsque celle-ci est en panne, par le moteur à combustion interne lui-même.
On obtient de cette façon une exploitation favorable, du point de vue thermodynamique, de toute l'énergie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, ce qui produit une plus grande augmentation du rendement de l'installation.
De même, l'entraînement des groupes de charge par la turbine à vapeur, qui présente, par rapport à la turbine à
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gaz d'échappement, un rendement plus élevé, et.la meilleure utilisation de la turbine à vapeur qui en résulte se traduisent de façon positive.
L'installation de propulsion conforme à l'invention peut aussi être réalisée avec plusieurs moteurs à combustion in- tenr et plusieurs turbines à vapeur.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non imitatif, à la figure unique du dessin a.nnexé.
L'installation de propulsion représentée schématiquement se compose d'un moteur à combustion interne 1 et d'une turbine à vapeur 2 comportant un étage de haute pression 2a et un étage de basse pression 2b, qui agit, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 4, sur l'arbre d'hélice.
La vapeur de haute pression et la vapeur de basse pres- sion sont produites dans la chaudière à vapeur 3. L'étage de haute pression 2a de la turbine à vapeur 2 est alimenté avec de la vapeur de haute pression surchauffée et l'étage de basse pression 2b est alimente avec la vapeur sortant de l'étage de haute pression 2a et avec de la vapeur de basse pression sortant de la chaudière à vapeur 3.
La vapeur qui s'échappe de l'étage de basse pression 2b arrive dans le condenseur 6, duquel l'eau de condensation est transportée au moyen d'une pompe vers le réchauffeur 7 7 chauffé par l'eau de refroidissement du moteur et, de là, vers le dégezeur 8 qui ost alimenté avec la vapeur de basse pres- sion sortant de la chaudière 3.
Les pompes d'alimentation de la. chaudière transportent l'eau d'alimentation dégazée à la pression correspondante de la vapeur de haute pression ou de la vapeur de basse pression vers la chaudière à vapeur 3.
Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1
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sont utilisés exclusivement pour produire la vapeur dans la chaudière à vapeur 3.
On a couplé avec la turbine à vapeur 2 une génératrice 5 avec laquelle est produite l'énergie électrique nécessaire pour les besoins du bord.
D'autres appareils consommateurs de chaleur 9 nécessaires à bord sont également alimentés par la vapeur de basse pression provenant de la chaudière à vapeur 3.
De;3 dispositifs nécessaires pour la commande, le réglage et le couplage de l'admission de gaz d'échappement et d'air frais, l'admission d'huile de chauffe, le réglage de la pres- sion de vapeur, de la température et du débit, ainsi que le réglage du moteur et de l'ensemble des machines n'ont pas été représentés au dessin, car ils sont généralement connus.
La puissance de commande maximale de l'installation doit, par exemple, atteindre 20.000 ch.
Conformément à l'invention, la charge nominale du moteur à combustion interne 1 est choisie à 13.300 ch et celle de la turbine à vapeur 2 est choisie à 4.600 eh, la puissance néces- saire pour la production d'énergie de bord étant estimée à 1. 100 oh.
Pour la vitesse de route normale, il faut environ 77 % de la puissance maximale de propulsion, c'est-à-dire environ 15.00 ch. Le moteur à combustion interne 1 fournit à ce régime de vitesses 12.600 ch, ce qui correspond à environ 95 % de sa puissance nominale. les
La turbine à vapeur 2 fournit/2.800 ch restants pour l'entraînement de l'arbre de l'hélice, ainsi que les 1.100 ch pour l'entraînement de la génératrice 5 servant à produire l'énergie de bord. Elle est donc exploitée à environ 83 %'
Du fait que le groupe de charge nécessaire pour charger le moteur à combustion interne 1 est également entraîné par
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la turbine à vapeur 2 (de façon non représentée au dessin), ce rendement est encore accru.
Lorsque la propulsion du navire nécessite la puissance totale de 20.000 ch, ce qui est relativement rare, le moteur à combustion interne 1 fonctionne avec une surcharge d'environ 5 % et la turbine à vapeur 2 avec surcharge d'environ 30 %.
Le moteur à combustion interne 1 fournit alors environ 14.000 ch et la turbine à vapeur 2 environ 6.000 ch. La génératrice 5 est alors Emparée de la turbine à vapeur 2 et l'alimentation du réseau de bord est effectuée par la génératrice Diesel de réserve.
Le moteur à combustion interne 1 fournit donc, à la vites- se de route, environ 82 % et, à pleine vitesse, environ 70 de la puissance de propulsion, de sorte qu'il travaille tou- jours près de sa charge nominale et que l'énergie thermique des gaz d'échappement est constamment élevée.
On obtient ainsi une grande rentabilité de l'installation de propulsion qui peut être portée à une valeur optimale par le réglage de la charge des machines individuelles.
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E L V : hJ D C C A T 2 C N S
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