Installation comportant au moins un auto-générateur de gaz chauds sous pression et une machine réceptrice de ces gaz. L'invention est relative à une installation comportant au moins un auto-générateur de Cr Z chauds sous pression, notamment un auto-générateur à piston libre, et une ma chine réceptrice de ces gaz.
La température des gaz débités par l'auto-générateur croit avec la pression de débit. D'autre part, si l'on veut obtenir un fonctionnement satisfaisant de la machine réceptrice, la température de -ces gaz, à l'en trée de cette machine, ne doit pas dépasser une certaine valeur maximum, qui, pour le cas où la machine réceptrice serait une tur bine à gaz, par exemple, est actuellement de l'ordre de 50'0 à 600 .
Pourtant, il y a souvent intérêt à faire marcher l'auto-géné- rateur à une pression de débit plus élevée que celle qui correspond à la température maxi mum compatible avec le bon fonctionnement de la machine réceptrice. Le but de l'invention consiste à permettre une telle marche de l'auto-générateur.
A cet effet, l'installation selon l'invention comporte un dispositif, situé entre l'auto- générateur et la machine réceptrice, pour abaisser la température des gaz débités par l'auto-générateur avant leur entrée dans la machine réceptrice, au moins pendant les pé- riod,
es pendant lesquelles la pression de débit de l'auto-générateur est telle que la tempé rature des gaz chauds sortant de l'auto-géné- rateur est supérieure à la température com patible avec le bon fonctionnement de 'la ma chine réceptrice.
Le dessin montre, à titre d'exemples, six formes d'exécution de l'installation selon l'invention et deux diagrammes explicatifs.
Les fig. 1 et 2 montrent chacune un dia gramme relatif au fonctionnement de l'instal lation selon la fig. 3. Les fig. 3 à 8 montrent schématiquement chacune l'une des six formes d'exécution.
L'installation représentée par la fig. 3 comporte un auto-générateur 1 de gaz chauds sous pression alimentant une turbine à gaz 16.
L'auto-;générateur -est à piston libre et comporte (voir fig. 4) un piston comprenant un élément moteur 4 et un élément compres seur 5. L'élément moteur 4 coulisse dans un cylindre moteur 6 muni d'un injecteur de combustible 7 ainsi que d'une ouverture d'admission 8 et d'une ouverture d'échappe ment 9.
L'élément compresseur 5 divise le cylindre dans lequel il coulisse en deux -compartiments 10 et 11, dont celui situé du côté intérieur constitue la partie compresseur et est muni de soupapes d'admission 12 et de refoulement 13, tandis que le compartiment extérieur constitue un matelas pneumatique capable d'emmagasiner, pendant la course vers l'exté rieur du piston libre, l'énergie développée dans le cylindre moteur 6 et de restituer, pendant la course de retour, cette énergie audit piston,
assurant ainsi la compression de l'air se trouvant dans le compartiment 10 et le refoulement de cet air dans le carter 14 entourant le cylindre moteur 6, ainsi que la compression de l'air dans ce dernier cylindre.
Lorsque le piston libre 4, 5 se trouve à son point mort extérieur, l'élément moteur 4 découvre des. ouvertures d'admission et d'échappement 8, 9 du cylindre moteur. L'air comprimé se trouvant dans le carter 14 rentre dans ledit cylindre pour l'alimenter en air comprimé frais et pour le balayer, l'excès d'air comprimé et les gaz de -combustion for mant à la sortie 9 un mélange de gaz -chauds sous pression dont la pression est sensible ment égale à la pression de l'air de balayage. Ce gaz s'échappe d'abord dans un collecteur 15 pour alimenter ensuite la turbine 16.
Le collecteur 15 est relié à la turbine 16 par un conduit principal 17 sur lequel est branché un by-pass 18 dans lequel est inter- calé un réfrigérant 19 refroidi par un cou rant d'eau.
A l'entrée du by-pass est. disposée une vanne 20 commandée par un thermostat 21 qui se trouve sous l'action de la température des gaz à leur entrée dans la turbine 16.
La compréhension du fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus est facilitée par les diagrammes des fig. 1. et 2.
Dans le diagramme de la. fig. 1, les abcisses représentent les pressions de débit p de l'auto-générateur et les ordonnées repré sentent les températures !. La ligne a-b-c indique, pour les différentes pressions de dé bit de l'auto- générateur, les températures correspondantes du gaz chaud à sa .sortie de l'auto-générateur. D'autre part, la tempéra ture to est celle qui doit être considérée comme température limite maximum compatible avec le bon fonctionnement de la turbine 16.
On vois; par la fig. 1 que cette température limite est atteinte pour la pression po de dé bit de l'auto-générateur (par exemple 5 à 6 atmosphères).
Aussi longtemps que la température des gaz débités par Faut to-générateur est infé rieure à une température légèrement infé rieure à la. température fo, le réfrigérant 19 est hors circuit et la totalité -des gaz passe par le conduit 17, la vanne 20 maintenant fermé le conduit 18:
la température croît donc avec la. pression de marche -en suivant la. ligne a-b. Dès que ladite température inférieure ù, t" est atteinte, la vanne 20 com mence à ouvrir le conduit 18 et une quantité de gaz, d'autant plus grande que la tempé rature à l'entrée de la turbine se rapproche <I>de</I> t", passe par le réfrigérant, de sorte que la température, à l'entrée de la. turbine, à partir de la pression p. reste voisine de t, sans dépasser cette température. Cette tem pérature suit donc une: ligne très voisine de la ligne b-d de la fi-. 1 et se rapprochant de cette ligne.
Lorsque la, température à l'entrée de la turbine atteint to, ce qui correspond à la pression de marche maximum, la totalité des gaz passe par le réfrigérant (voir position de l'organe de commande représentéepar la fig. 3).
Le diagramme de la fig. 2 représente, en fonction de la pression de débit p, les varia tions de la puissance N de la turbine. Sans refroidissement, la puissance aurait suivi la ligne droite a', b', c' qui, cependant, prend la forme brisée<I>a", b',</I> d' lorsque<B>la</B> refroidisse ment est réglé de la façon susindiquée.
Il y aura donc une certaine perte si l'éner gie absorbée par le réfrigérant n'est pas récu- p6rée par des moyens, appropriés, mais cette perte, qui correspond à l'aire entre les lignes b', c' et<I>b', d',</I> est bien compeneée par la possi bilité de faire marcher l'installation à des pressions de débit supérieures à po.
Il est d'ailleurs facile de récupérer ladite perte d'énergie en agençant le réfrigérant -de façon telle qu'il constitue un chauffe-eau, une chau- rlière, un surchauffeur de vapeur, etc.
On pourrait aussi, bien entendu, suppri mer le réfrigérant et refroidir tout simple ment une partie au moins des parois du col lecteur 15 et/ou du conduit principal 17, au moyen d'une circulation d'eau ou d'air. On pourrait remplacer le thermostat 21 par une capsule manométrique soumise à la pression des <B>(),</B> Z débités par l'auto-générateur. Cette cap sule serait agencée de façon que la vanne 20 ne commence à ouvrir le conduit 18@ qu'à,
par tir d'une pression légèrement inférieure à po et qu'entre ladite pression inférieure et la pression de marche maximum la température t varie entre une valeur légèrement inférieure à to et to. Dans d'autres cas, on peut main tenir l'effet de refroidissement pour tous les régimes de l'installation, l'effet de ce refroi dissement pouvant, le cas édhéant, être cons tant.
Dans l'installation représentée par la fig. 4, un réfrigérant 21 est intercalé dans le conduit 22 qui seul relie le collecteur 15 dans lequel débite Vauto-générateur 1 à la turbine à gaz qui comporte deux étages<B>16,</B> et 16b. Le fluide de refroidissement des gaz .débitées par l'auto-générateur est constitué par partie au moins des gaz sortant, après une première dé tente, de l'étage supérieur 16a, de ladite tur bine.
La sortie de l'étage supérieur 16a, de la turbine est reliée à l'admission de l'étage inférieur 16b par un conduit direct 213' et par un by-pass 24 dans lequel on intercale l'es pa-ce du réfrigérant :dans lequel circulent les gaz de refroidissement. Par unie vanne 25, on règle la proportion des gaz passant respective ment par le conduit direct 23 et le by-pass 24, et, par conséquent, l'effet de refroidisse ment du réfrigérant 21. Cette vanne 25 pour rait être commandée automatiquement comme dans le cas de l'installation de la fig. 3.
Dans l'installation selon la fig. 5,, on in jecte de l'eau dans le conduit 26 amenant les gaz débités par l'auto-générateur 1 à la tur bine 16 et on règle la quantité de l'eau injec tée en fonction 4e la température des gaz à leur entrée dans ladite turbine. A cet effet, un injecteur 27, alimenté en eau par une pompe 2'8 entraînée par un moteur électrique 2'9, est monté dans -le conduit 26. Le débit de la pompe 28 est réglé au moyen d'une tige de réglage 30 actionnée par un ther mostat 31.
L'eau injectée est évaporée et surchauffée par la chaleur contenue dans les gaz débités par l'auto-générateur et diminue :ainsi la tem p6rature de ces derniers. D'autre part, la va peur d'eau ainsi produite se mélange avec les gaz et se détend, avec ces derniers, dans la turbine 16.
Dans le conduit d'échappement 32 de, la turbine 16 est intercalée une chaudière 33 qui est ainsi chauffée par les gaz d'échappement de cette turbine. La vapeur saturée produite est injectée dans le conduit 26 par un injec teur 34, cette vapeur étant surchauffée par les gaz débités par l'auto-générateur dont la température subit ainsi un abaissement sup plémentaire., tandis que leur volume et leur énergie sont augmentés par le volume et l'énergie de la vapeur ainsi ajoutée.
L'installation de la fig. 6 comporte un compresseur d'air auxiliaire 35 qui est en traîné par la turbine 16. L'air débité par le compresseur auxiliaire est mélangé dans un mélangeur 38, aux gaz moteurs débités par l'auto-générateur 1, avant leur rentrée dans la turbine 16. La température du mélange ainsi obtenu est inférieure à celle des gaz à la sortie de l'auto-générateur et ce mélange contient la totalité des énergies des deux cou rants gazeux mélangés -qui se -détendent si multanément dans 1a turbine.
La pression -de débit du compresseur auxiliaire 35 doit évi demment être égale à. la pression de débit de l'auto-générateur 1.
Dans l'installation de 'la fig. 7, un réfri gérant 39 est intercalé dans le conduit ame nant les gaz débités par l'auto- générateur<B>1</B> du collecteur 15 à la turbine 16. Dans .ce ré- fri,-gérant, les gaz débités par :l'auto-généra- teur sont refroidis par de l'air comprimé fourni par un compresseur 35 entraîné par la turbine 16. L'air réchauffé dans 'le réfri gérant est ensuite introduit par le conduit 40 dans un étage intermédiaire de la turbine 16 où cet air se détend pour produire -du travail.
Sur 1e conduit 40 de l'air comprimé, entre l'échangeur 39 et l'entrée -de cet air dans la turbine 16 est branché un by-pass 41 dans lequel on peut injecter du combustible à l'aide d'un dispositif 42, l'air passant par le by-pass étant mélangé avec le reste de l'air avant l'entrée de l'air dans la turbine 1,6. Le combustible, en brûlant dans l'air comprimé, rehausse encore la température de ce dernier. Une vanne 43 permet -de régler la proportion de l'air passant par la conduite principale 40 et par le by-pass 41.
Dans l'installation représentée par la fia. 8, l'air comprimé provenant du compres seur auxiliaire 35 est mélangé, comme dans l'installation de la fi-,. 6, avec les gaz débi tés par l'auto-générateur dans un mélangeur 38 situé en amont de la turbine 16. Cepen dant, dans cette dernière installation, le com presseur 35 n'est pas entraîné directement par la turbine principale 16, mais par une tur bine auxiliaire 36. Cette turbine est alimentée par des gaz prélevés en aval du mélangeur 38.
Une soupape 37 permet de régler la puis sance de la turbine auxiliaire 36 et, par con séquent, la quantité .de l'air comprimé par le compresseur 35, ainsi que l'effet de refroidis sement obtenu par cet air. Toutes les installations décrites peuvent être établies de façon à avoir une grande puissance massique.
La. machine réceptrice pourrait être une machine à piston au lieu d'être une turbine.