Installation de turbine à gaz. La présente invention se rapporte à une installation de turbine à gaz, dans laquelle les gaz moteurs alimentant la turbine sont produits par la. combustion de charbon pulvé risé. Cette installation pourrait. être conçue pour être montée sur une locomotive et sa turbine pourrait, dans ce cas, entraîner une génératrice de courant électrique.
Cette installation est. caractérisée, suivant l'invention, par un dispositif d'alimentation en charbon broyé, par un premier compres seur d'air alimentant en air un appareil de combustion fournissant les gaz moteurs à la turbine, par un second compresseur d'air fournissant de l'air à une pression phis éle vée que le premier et relié par un conduit à l'appareil de combustion, par un dispositif pour introduire le charbon broyé dans le cou rant d'air traversant ce conduit, et par un dispositif, intercalé dans ce conduit en aval du point d'introduction du charbon broyé, et comprenant une tuyère convergente diver gente traversée par le courant d'air et de charbon, le tout afin.
que le charbon soit amené à l'appareil de combustion sous forme de particules entraînées en suspension et ré- parties dans le courant d'air traversant ce conduit.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation objet de l'invention, et une variante d'un détail.
La fig. 1 est un schéma de cette forme d'exécution. Les fig. 2, 3 et 4 montrent, respectivement en sections verticale et horizontale, et en pers pective avec parties arrachées, l'appareil de combustion de cette forme d'exécution.
La fig. 5 est une coupe axiale des dispo sitifs d'introduction et de mélange du char bon broyé dans un courant d'air sous pres sion amenant. le charbon à l'appareil de com bustion.
La fig. 6 montre une variante du deuxième dispositif de la fig. 5.
Dans l'installation représentée à la fig. 1, du charbon est débité d'une soute 100 à tra vers un broyeur 140, à un réservoir sous pression 200, duquel il est amené par de l'air sous pression à un appareil de combustion 300. Les produits de combustion gazeux pas sent de l'appareil de combustion à une tur bine à gaz 400, les cendres volantes en étant séparées dans un séparateur de cendres 370. Les gaz moteurs se détendent en passant par la turbine, en fournissant du travail, et sont évacués à l'air libre à travers un récupéra teur 700.
La turbine 400 et deux compres seurs 500 et 520 sont montés sur un arbre commun 410 entraînant une génératrice élec trique 600 par un réducteur de vitesse 610. Lorsque l'installation représentée est utilisée dans une locomotive, son fonctionnement est essentiellement commandé de la cabine par un dispositif d'étranglement réglant le débit du charbon pulvérisé à l'appareil de combustion. Grâce aux caractéristiques de fonctionnement de la. turbine à gaz, il est aisé de régler la puissance qu'elle développe, et par conséquent. sa vitesse de rotation, en réglant l'arrivée du combustible.
Le fond de la soute 100 a la. forme d'une auge 130, et des tôles 128 séparent cette auge de l'espace supérieur de la soute.
Le charbon est extrait de l'auge 130 par un transporteur comprenant une vis de trans port 126 montée sur un arbre 132 qui est accou plé à un moteur 134 par un accouplement<B>136.</B> La vis 126 transporte du charbon de la soute 100 au broyeur, qui peut aussi compendre un dispositif pour sécher le charbon, et qui est désigné dans son ensemble par 140. De là, le charbon broyé et sec est transporté par un transporteur pneumatique 142 vers le réser voir sous pression 200. Il pourrait aussi y avoir plusieurs de ces réservoirs sous pres sion disposés en tandem.
L'appareil de combustion 300 est alimenté en combustible par une tubulure 250 amenant le charbon pulvérisé en suspension et réparti dans un courant d'air sous pression à cet appareil. L'air comprimé par le compresseur 500 est amené par le conduit. 514 au récupé rateur 700 dans lequel cet air est réchauffé par les gaz d'échappement de la turbine. De là, cet air chaud sous pression est amené à l'appareil de combustion 300 par une tubulure 350, les gaz moteurs produits passant dans un dispositif séparateur de cendres 370, dont le collecteur de sortie 375 est relié à un con duit 390 (fig. 1) allant à l'admission de la turbine 400.
L'appareil de combustion 300 comprend une chambre principale 312, de forme générale en<B>L,</B> avec une paroi exté rieure 310 constituée par une enveloppe 31-1, en acier au carbone par exemple, une couche calorifuge 316, et une chemise intérieure 318 en acier résistant à la chaleur. Dans la partie verticale cylindrique de la chambre 312 est. montée une chambre de combustion 320, coaxiale à cette partie cylindrique de la chambre 312 et constituée au moyen d'une enveloppe cylindrique 330 en acier résistant à la chaleur, munie d'une bride 332 à son extrémité supérieure. Cette bride est fixée sur la paroi 310 de l'appareil.
Un brûleur 33-1, auquel aboutit le conduit 250, est monté dais la paroi supérieure de la partie verticale de la chambre 312 et est muni d'un allumeur 336. L'air arrivant par la tubulure 350 passe dans deux espaces 352, 354 séparés par la bride 332. L'air de combustion, de l'espace 352, pénètre dans la chambre de combustion 320 selon tme trajectoire en spirale en pas sant entre des déflecteurs 353, alors que l'air de refroidissement et de dilution passe de l'espace annulaire 354 entre des déflecteurs 355 et accède à la partie supérieure de la région 322 de la chambre 312 entourant l'en veloppe 330.
Le charbon pulvérisé, mélangé à de l'air primaire amené en quantité suffi- santé pour la combustion complète du char bon, est brûlé dans la chambre de combustion 320, la flamme suivant la trajectoire dirigée vers le bas représentée, la forme hélicoïdale de cette flamme étant. occasionnée et entre tenue par le courant d'air introduit entre les déflecteurs 353.
Comme on l'a indiqué à la fig. 4, la chambre de eonibustion peut être pourvue d'une arrivée de combustible d'amor- çage désignée par 337. - l'extrémité infé rieure ouverte clé la chambre de combustion 320, les gaz entraînant des cendres volantes et des particules de charbon non brûlé se mé langent dans l'espace 32-1 de la chambre 312 à une enveloppe d'air de refroidissement et de dilution descendante, cet air étant amené en quantité suffisante pour abaisser la tem pérature des gaz à. la température maximum admissible pour la, turbine.
Le mélange de gaz brûlés et. d'air de dilution sort de l'appa reil de combustion par la tubulure 326 et pénètre dans le séparateur de cendres vo lantes 370. Ce séparateur 'j70 consiste en une boîte à parois supérieure et inférieure 371, 372, une paroi terminale fermée 373 et les parois latérales qui délimitent une chambre 37-1 en communication avec la tubulure de sortie 326 de l'appareil de combustion.
Une batterie de petits séparateurs cyclones est disposée dans ladite boîte entre les parois<B>371,</B> 372; elle débite des gaz moteurs purifiés dans un collecteur supérieur 375 et les cendres dans un collecteur de poussière inférieur 376, qui comporte un tube de sortie 377 pour les cendres, muni d'un obturateur 378.
L'appareil de combustion représenté aux fig. 2 à 4 fournit un maximum de gaz mo teurs à la température convenable, pour un espace minimum par rapport au poids de charbon traité. La formation de courants de combustion et de refroidissement hélicoïdaux descendants dans la partie verticale de l'ap pareil permet de donner à ce dernier des di mensions minima tout en offrant la. longueur nécessaire au cheminement des particules de charbon pendant. leur combustion pour qu'elles soient convenablement et complète ment brûlées.
En outre, du tait que l'appareil est maintenu sous pression, la combustion ,les particules de charbon est grandement facili tée et accélérée, ce qui permet également une réduction de l'encombrement. Du gaz chaud ayant traversé le récupérateur 700 est fourni par le conduit 532 à la soute 100 et au broyeur 110 pour sécher le charbon broyé à introduire dans la chambre sous pression 200, et pour le transporter vers cette chambre.
Une petite partie de l'air comprimé, à par exemple -1 ou 5 kg/em2 par le compresseur 500, est prélevée par le conduit 522 et est comprimée à. une pression de 8,5 à 10 kg@/cm2 par le compresseur 520 qui refoule cet air dans le conduit 250. Le charbon broyé est amené du réservoir 200 dans le courant d'air sous pression traversant le conduit 250 par un conduit '53 dans lequel est disposée une vis de transport 255 (fig. 5). L e charbon est introduit dans ce conduit 250 en 230.
Un conduit 52-1 branché sur le conduit 250 pré lève de l'air comprimé destiné à la commande d'appareils auxiliaires. Dans le conduit 250 est intercalé, en aval du point d'introduction du charbon broyé, un dispositif 260 compre nant une tuyère convergente divergente 26-1 traversée par le courant d'air et de charbon broyé et dans laquelle ce courant subit. tune brusque détente. De là, le courant est amené au brûleur 331 de l'appareil de combustion. Uu robinet 262 est monté dans le col de cette tuyère (fig. 5).
Le profil longitudinal de la tuyère 261 est, asymétrique par rapport au col, mais, dans une variante, il pourrait être symétrique, comme le montre la. fig. 6. Lors que le robinet est actionné par le levier 266, le col. est débarrassé de toute obstruction telle que des particules de dimensions excessives ayant échappé au broyage.
On -utilise du cha@ hon broyé dont les grains ont un diamètre de l'ordre de 1,6 mm. La tuyère est dimensionnée et conformée de manière à provoquer une chute de pression de l'ordre de 5,6 kg/cm2, la pression de sortie étant ainsi à peu près celle régnant. dans l'appareil de combustion.
On a trouvé qu'il est possible de pulvé riser du charbon broyé en faisant détendre brusquement, dans une tuyère conv er gen-ce divergente. Lin courant. de charbon broyé et d'air comprimé. Ainsi, par exemple, on a pu constater qu'en admettant à la tuyère îles grains de charbon de 1,6 mm de diamètre, les 65 %o des particules sortant de la tuyère ont un diamètre inférieur à 0,13 mm après une détente de 5 kg/em" environ.
Le dispositif 260 de l'installation décrite permet d'épar gner la différence entre les frais d'établisse ment, de fonetionnement et d'entretien d'un pulvérisateur mécanique à plusieurs organes mobiles et à moteur puissant, et les frais cor respondants du compresseur auxiliaire :
)20 prélevant de l'air à, la sortie du compresseur principal 500 et le portant à une pression île l'ordre de 10 kg/em2. Le dispositif agissant par détente brusque qui vient d'être décrit ne comporte lui-même aucune pièce mobile et sa durée d'usage est, presque illimitée, car elle dépend seulement d'une faible usure par abrasion de la tuyère;
cette usure peut être empêchée ou diminuée par l'utilisation d'une matière à, surface dure telle que le carbure île bore out de tungstène. :Moins de 2 % de la puis- sance à l'arbre de la turbine sont nécessaires pour entraîner le compresseur auxiliaire 520.
Ainsi, la seule dépense d'énergie que demande le dispositif est celle requise pour augmenter la pression de l'air de combustion prélevé, air qui est amené à l'appareil de combustion, s'y joint au reste de l'air et fournit comme celui-ci du travail en passant dans la turbine au cours du cycle.
La commande du levier 266 du robinet 262 a lieu automatiquement à l'aide d'un relais et d'in moteur ou d'un électro-aimant, indiqué dans son ensemble par 270, commandé par la chute de pression dans un tube de Pitot 272 monté dans le conduit 250. Toute obstruction de la tuyère diminue la vitesse d'écoulement de l'air dans ce conduit dans une telle mesure que l.es pressions dans les deux branches du tube de Pitot tendent à s'équilibrer. Des connexions 274, 276, soit élec triques, soit mécaniques, sont prévues pour actionner le relais et, par celui-ci, le moteur ou l'électro-aimant 270, de manière à faire basculer le robinet. Le levier 266 pourrait -u7si être actionné à la main.
La turbine 400 repose sur un bâti qui sup porte également les compresseurs d'air et le groupe générateur.
Le fait que dans l'installation décrite le charbon broyé est transporté au moyen d'air est de grande importance, car il permet d'as surer le séchage du charbon pendant son transfert du broyeur au réservoir sous pres sion. La chaleur de déchet de l'installation dé crite peut être utilisée dans des installations accessoires diverses, par exemple dans des chaudières pour le chauffage du train lors qu'il s'agit d'une installation motrice pour locomotive.