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Il Grofipa de turbines à, gaz On connaît déjà des tarbines à gaz dans lesquelles
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le fluide rnotear se compose d'air comprimé, échatiffë à are certaines température, par exemple gradée à. la combats- tion d'une matière quelconque dans le flux d'aif-, Ce flax d'air éehsnffé abandonne de l'énergie en sécoulant au travers da système d'sabes d'ans tarbine à vapeur, en subissant une expansion et une chate de température, à peu près de la même façon que la vapeur dans les turbines
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à V&p9 U.L' ,
Dans de telles turbines à gaz de combustion, l'air nécessaire est en général compressé à la pression désirée dans an groupe séparé de la tarbine à gaz, se composant
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d'un L1oteo.r à'actionnement d'aütre genre, et dyane pompe à piston, à analogue.
Dans certains cas, la turbine à e:1\l\ do l'nrbrn un J.1(jl:101],) on r'(,1t:ir'Q la pniHBnrtMO fournie actionne directerrsnt ôu indi re ete ioent le dispositif de -pompes en question lequel, dans certaines formes de réa-
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lisation proposées, est réalisa sous forme de compresseur.
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Une. 4 turbine , gaz construite de cette façon, ou un grooe de turbines, ne pouvait jasga'à présent fournir une puissance effective aussi élevée que la force qui était consommée en vue de l'actionnement de ces compresseurs, de sorte qu'on n'était pas enclin b, réaliser de telles installations comme machines industrielles.
Soo.vent,l'en- semble de l'effet produit par la tarbine, et en partica.- lier pour des charges différentes de celles ,pour les- quelles le groupe a été calculé, était complètement ab-xx
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sorbé pour l'aotiornezent du dispositif de compresse ors appa r te ns nt ao. groope.
La présente invention est relative à des groupes
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de ce genre, et a pour bat il prévision de dispositifs grtce auxquels an groupe est créé, travaillant avec un rendement plus élevé, tant à la charge pour laquelle le groupe a été prévu. Cla'éga1Gw:mt aax autres charges.
L'invention réside dans le fait q¯ulon utilise lit groupe de turbines à gaz divisé en deux parties,l'âne des parties du groupe formant un groupe compresseur, et comprenant une on plusieurs turbines à gaz, actionnant un oa plusieurs compresseurs, travaillant de l'air de combustion, un gaz de combustion, ou les deax éléments, cependant que l'autre partie du groupe contient une ou
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'l/lt:lU10LtL't:J 'bllt'1)HIMJ h f:,r.1i1 )!rOÔld.F.JE\l1t afio J1uirJanje offae- tiva, les canalisations d' éc haj?p8 IJ:J3 nt d'un 0 D. plusieurs compresseurs étant e.commtar.ication, directement oa in- directement, avec les canalisations d'admission de l'une ou de plusieurs des turbines à gaz indiquées.
L'invention réside en outre dans le fait que la partie du groupe fournissant de l'air comprirre, et la partie da groupe li- vrant nus puissance effective, sont ainsi connectées l'urne à l'autre que 'itou réalise une répartition correcte des
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effets sur les turbines à gaz actionnant les différentes parties du groupe, notamment à des charges différentes du groupe.
D'autres caractéristiques propres à l'invention se- ront décrites plus en dötails par la saite à l'appui des dessins annexés qù
La fige 1 montre un groupe do turbines à gaz dans lequel les deux parties da groupe contiennent une turbine à, double r otat ion.
La Fig. 2 est une modification du groupe conformer xxxx à la Fig. 1, où le groupe compresseur contient trois compresseurs .
Les Fig. 3 - 8 sont desformes de réalisation dans lesquelles le groupe compresseur contient une turbine à double rotation et une turbine d'un autre genre, et où la partie du groupo livrant de la puissance effective con- tient une tarbine à doable rotation.
Les Fig. 9 à 11 sont des formes de réalisat ion dans lesquelles les parties du groupe contiennent des turbines d'un autre genre que les tartines à double rotation.
La Fig. 12 montre un groupe de turbinessimplifié.,
Les Fig. 13, 14 et 15 montrent des courbes repré- sentant le réglage des turbines l'une par rapport à l'au- tre .
Dans la Fig. l, on a représenté une turbine à dou- ble rotation de type connu. Les arbres de turbines 2 et
3, qui tournent en direction opposée, et portent chacun un ro'tor de tarbine correspondant à la turbine tnéres- sée, entraînent chacun un compresseur, également de type connu. Ces compresseurs sont reliés en série, le com- presseur 4: monté sur l'arbre 2 étant un compresseur à basse pression. et 1e compresseur 5 yn compresseur à haute press ion. L'air à comprimer pénètre par la canali- sation 6, et s'écoule. en suivant la direction donnée
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par les flèches, à travers un certain nombre de couronnes
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d'aubes dans lesquelles l'air prend une vitesse radiale qui est transformée en pression statiqae.
Un dispositif de refroidisssL13nt 7 est disposé vis-à-vis de toutes les couronnes d'aubes, ou seulement d'âne partie de celles-ci; l'air de compression passe au travers de' ces dispositifs ,'de refroidissement. Le dispositif de refroidissernent ]")oc,t se composer d'éléments de tout genre connu. juxtaposés, par exemple de tubes méplats, poarvas de brides, l'air
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s'éooalant a l'extérieur des tubes, et le fluide de re- froidissement, par exemple l'eau. , s'écoulant Èt l'il1té- rieur de coux-ci.
La partie compresseur â hsute pression 5 peut e'tre réalisée de manière analogue à la partie compresseur à basse pression que l'on vient de décrire,
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mais est toutefois calculée pour une pression plus éle- vée, et pour un v0 lu uoe plus faible de l'air comprimé par- tiellement , et conduit depuis la partie basse pression 4.
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jüsqztà la partie haute pression 5 par l'intermédiaire de la canalisation 8. L'air défini,tiver#nt comprimé est enduit de puis la partie 5 de compression a hnuto pres- sion,par l'intermédiaire de la canalisation 9, jtJ..sQ.!1'à la turbine 1, dont le système d'aubes est traversé par cet air, depuis le centre de la turbine 7E? .usqu a la P,t'tia oxterna cTéa2za:la''':.-zzzt 11, poar ensuite (Jtl'e ame- né à an groupe de turbines livrant de la paissm(;e , de- mis la canalisation d'échappement 12.
Dans la canalisa- tion 9 est prévu en 13 un dispositif de !:'Óc.:ha1.J.ff'GHl0nt pour l'air comprimé. Dans la forme de réalisation repré- sentée, ce dispositif de réchauffement se compose d'un tube 15 débouchant dans la partie 13 de la canalisation 9, par exemple en 14, et destiné par exemple à anner
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ün combustible liquide. Pendant la combustion de cette matière dans l'air comprimé, l'air est réchauffé en même
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temps qu'il abandonne au profit du professas de combas- tion la totalité ou une parti de son ozygène .
Dans la
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turbine correspondante 1, qui travaille comme turbine à haute pression oa à température élevée, l'air subit tant une expansion qa'égaleuent une chate de température, en foarni}Js8nt de l'6aergi6. "e!.A., l1Ctuut on ne prélève de la capacité d'action totale du fluide moteur que sealement la quantité d'énergie rendue nécessaire, afin que les compresseurs actionnés dans la partie compresseur de cet-
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te turbine puissent produire saffisamra3nt d'air à la pression désirée, si bien que l'énergie uontenae dans le fluide moteur, en raison de chutesdo pression et de température, est encore suffisamment importante pour pou- voir fournir dans la partie da groape livrant de la puissance effective des quantités d'énergie répondant à, la charge de cette partie.
Le gaz, qui s'écoule ainsi dans la canalisation 12, suivant le sens de la fléchasse trouve donc sous pression en même temps qu'à haute tempé-
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r f.lture, et est oondiait à, la tarbjne 16 laquelle, dans ce cas, fournit du travail effectif sons forme de courant électrique. Le fluide moteur pénètre au centre 17 de la
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turbine 16, et s'écoale de manière connue, en direction radiale, à travers le système d' aubes, pour enfin être éloigné hors des parties externes de la turbine,par la
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canalisation dléehappirent 18. Les calories subsistant en- core éventuellement dans les gaz d'échappement peavent être utilisées de la façon indiquée par la suite , Fendant
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l'écoaleaent des gaz au travers da système d'aubes, les arbres 19 et 20 sont actionnés en directions opposées.
L'arbre'19 porte une machine électrique 21, représentée
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à la Figure, en eoape, alors que l'arbre 30 entraîne une seconde machine électrique 22, dont on ne voit que le carter . Attendu que ces j';J9(;hines éle ctr iques se composent
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convenablement de générateurs à coarant alternatif, tra-
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vaillant rl3cipr 9.a.ement en synchronisme,cet aggrégat foar- nissant de la puissance effective devra posséder une vi- tesse de rotation non susceptible de varieravec toutes les charges.
Du fait que les compresseurs 4 et 5, qui ne doivent pas posséder entre eux la même' vitesse de rota- t ion, mais au contraire 'qui toarnént aax vitesses diffé- rentes exigées par le travail de la compression, sont
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disposés dans une partie de groupe compresseur partiúaliè- re , la vitesse de rotation deB compresseurs mat être . modifiée indépendamment de la vitesse de rotation de la partie du groupe délivrant de la puissance effective,se- Ion la quantité d'air nécessaire poar faire)face à la charge.
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Dans ces forrss de réalisat ion, le groupe de tar-bine3 à gaz est donc constitué de deux turbines à double rota- tion de type connu, les rotors des différentes turbines, si cela est nécessaire, pouvant tourner à, des vitesses différentes.
Dans la Fig. 2, on a montré une installation de tar- bines à gaz comportant égaleront deux turbines à, double
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rotation, l'ans. des turbines à double rotation constituant la partie du groupe délivrant de la puissance effective.
Le compresseur à. basse pression 4 de la partie com-
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-presseur du groupe est épalenant monté sur an arbre 2, Qui constitue U11D partie d'une tarbiue à double rotation 1. l'air à compresser pénètre par la canalisation d'ad- mission 6 et s'écoule approximative Kent de la même manie- re qu t indiqué pour le compresseur 4 à basse pression re - présenté à la Fig. 1.
Au. lien a d'être éloignées au moyen des éléments de refroidis semant décrits plus haut, 'et se c ompo sant de tubes méplats, les calories de la compres-
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sion sont éloignées par de leau conduite à l'intérieur
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da compresseur et qui, par évaporât ion, enlève des calo- ries à l'air, et maintient ainsi cet air à basse tempé-
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rature. L' eau est ans née par la canalisation d'admission 23, et est conduite en un ou plusieurs point dans le com-
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presseur..L'air situê dans la partie baise pression 1: est tondait n la partjo ; du eon>1>re>x,,oar par la oanallaation 8, laquelle est disposée sur l'autre arbre 3 de la tur- bine 1, tournant en direct ion opposée.
Cette partie de compresseur est également réalisée de la manière décrite
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ci-d s s us mais, dans ce cas, ne travaille que comme compresseur à moyenne press ion. L'air comprima dans cette
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partie est conduit, par une canalisation 39, à an compres - seur à haute pression 34:. ue dernier est actienné par une turbine 25 qui, coume on peut- le voir, est fine tar- bine radiale à simple rotation, de type connu. Le fluide moteur de cette turbine est constitué par l'air compressé à haute pression dans le compresseur 24. Cet air est con-
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duit, par ume canalient9on 27, ixqu'ii l'intérieur 28 de la turbine, en passant par des dispositifs d'échaafbe- ment 13 tels que ci-dessus décrits, ou d'un autre genre.
Depuis cet endroit, le gaz,sTécoule en direction radiale au travers du système d'aubes, et est conduit par une ca- nalisation 9 jusquà la chambre centrale 1 de la turbi- ne 1 laquelle, dans ce cas, est constituée par une tu.r- bine à moyenne pression. De la manière c i-dessus indiquée, le gaz s'écoule àd travers la turbine 1, en livrant de l'énergie, pais sest évacaé, par la canalisation 12, qui le conduit dans une turbine 16, laquelle est construite de manière analogue à la précédente, et qui actionne des machines âlectriques 21 et 22, montées sur ces arbres 19
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et 0 . Apres que le gaz a fourni son effet das cette turbine, il est évacué par la canalisation 18.
Dans ce cas, le groupe compresseur se compose ainsi de trois com-
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presseurs et de trois turbines, cequi revient à direque le groupe des turbines à gaz se compose de cinq rotors de turbine pouvant tous, si cela est nécessaire, être actionnés à des vitesses de rotations différentes. Parmi
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ceux-OEi, les compresseurs constituent donc, avec les tur- bines 1 et 25, le groupe compresseur, cependant que la turbine 16 appartient à la pàrtie di groupe livrant de la
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puissance efßect2ve. a partie du groupe citée en der- nier lieu est actionnée à vitesse de rotation constante,
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mê3'me pour des charges qui ne concordent pas avec la puis- sance normale pour laquelle le groupe est calculé.
Les au- tres rotors de tarbine, du fait que, dans ce cas, ils
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sont connectés en série peuvent, comme an l'a déjà ment ion- né, être aa.toIr<9:biila.ement réglés pour les vitesses de rota- tion répondant aux, conditions de compression, et à la quantité d!air ou de gaz correspondant à la charge du groupe, et à la pression du fluide.
Dans la Fig. 3,.on a représenté une forme de réali-
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sation dans laquelle les différentes parties da groupe sont actionnées par des turbines radiales à double rota- tion. La turbine 1 entraîne deux compressants 4 et 5, les- quels constituent la partie basse pression et la part ie haute compression du compresseur. L'air à comprimer pénè- tre par la canalisation 6, et est coudait par la canali-
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sation 8 depuis la partie 4: dü compresseur o.sila '8. la partie 5 de celui-ci, Par la canalisation 9, l'air défi-
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nitivement comprimé est oondait au dehors de la partie 5, et, comme on l'a indiqué plus haut, est échauffé dans le dispositif 13.
Dans ce cas, les turbines sont raccordées
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en paraâlè le , dans le cas de l'écoalement da gaz, grue à quoi il est possible d'amener aux turbines des
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quantités de gaz inégales ou 6gralas, do la même pression et de la même teneur en calo ries . La turbine 1 reçoit
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son fluide moteur par les canalisations 31 et 32. alors que la turbine 16 livrant de la puissance effective reçoit son fluide moteur par les banalisations 33 et 34. Après que le fluide moteur, a fourni de la puissance , il est éloigné hors des turbines 1 et 16, par les canalisations 12 et18.
Dans ce cas également,les turbines et compres- seurs peuvent, de la manière indiquée ci-dessus être réalisés de telle sorte que les différents rotors de tur- bine, et par suite aussi les compresseurs, tournent à des vitesses différentes l'un par rarport à l'antre , et à la vitesse de rotation que posséderont les générateurs électriques actionnés par la turbine 16.
Dans la Fig. 4, on a montré une forme de réalisa- tion dans laquelle les deax parties da groupe comportent une tarbine à double rotation. La tarbine à double rota- tion 6 est du genre ci-dessus décrit, et entraîne deux compresseurs 4 et 5. la turbine 16 est également une tur- bine à double r otat ion, du genredécrit plus haut , et entraîne deux générateurs électriques 21 et 22,
La turbine radiale à simple rotation, décrite à l'appui de la Fig. 2, peut être retrouvée dans cette fi- gare. Elle entraîne an compresseur 24. et appartient aa. groupe compresseur.
L'air à comprimer pénètre, comme ci-dessus, par la canalisation 6', dans le compresseur à basse pression, et est conduit par la canalisation 8 au compresseur à moyenne pression. L'air comprimé est condor par la canalisation 9 jusqu'au compresseur à haute pres- s ion 24, et en sort par la canalisation 27. L'air est echauffé dans la chambre à combustible 13, pais conduit à la turbine à haute pression 25. Les gaz d'échappement de la tarbine à hante pression 25 sont conduits, par la ca- nalisation 39, à la turbine 16, pais de là, par la canali-
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sation 12, à la turbine 6. Dans ce cas, toutes les tur- bines sont donc reliées en série, de même que les com- presseurs.
La turbine 16 livrant de la puissance effec- tive est alors une turbine à moyenne pression.
Dans ce cas égale ment, les turbines sont ainsi re- liées que la vitesse de rotation des différentes parties de compresseur,entre elles, et par rapport au groupe gé- nérateur travaillant à vitesse de rotation constante, est variable, de sorte que la totalité de la paissance contenue dans le fluide moteur, à la sortie du disposi- tif d'échauffement 13 est répartie de telle sorte dans les différentes turbines que la partie de la puissance produite par la totalité desturbines, livrée aux com- presseurs, est en rapport correct aveu, la puissance effec- tive produite dans¯ la turbine destinée à ce but, afin de toujours produire la quantité correcte d'air dans les compresseurs, en vue de s be so ins , à chaque instant,dans la partie du groupe produisant de la puissance efecti- va .
Dans la 3' ig . 5, on a montré une forme de réalisa- tion dans laquelle chaque partie du groupe comporte une 'tarbine à double rotation. Dans ce cas, une turbine à haute pression 25, de manière analogue à celle indique ci-dessus, est accouplée = un compressear à haute pres- sion 24, ho,rs duquel le fluide moteur destiné Ö la tur- bine est prélevé par l' intermédire de la canslisatio 27. 13 montre un dispositif d'échauffement pour l'air.
En vae de cet échauffement de l'air, par exemple grâce à une combustion interne, on peut amener de l'eau dans l'air, par une canalisation 40, grâce à quoi on produit un mélange gazeux, qui fournira des résultats meilleurs, dans certaines formes de réalisation, que l'on décrira par la suite. L'échappament de la tarbine à haute pression
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25 est en communication avec une turbine à moyenne pression 41, par une canalisation 39. Cette turbine à moyenne pres- sion est accouplée à an générateur 21, lequel est encore actionné par l'un des rotors d'une tarbine 16 à double rotation, dont l'autre rotor entraîne un générateur 22. La tarbine à moyenne pression 16 reçoit son fluide moteur de- pais la canalisation 42.
Le fluide-, moteur est conduit à la tarbine à basse pression 1, en quittant la turbine 16. par la canalisation d'échappé liant 43, cette turbine 1 étant accouplée aux compresseurs 4 et 5. Le compresseur 4 est an compresseur à basse pression, et reçoit de l'air par la ca- nalsation d'amende 6. Depuis le compres sseur 4, l'air est conduit par la canalisation 8 jusqu'au compresseur à moyen- ne pression 5. L'air comprimé dans le compresseur à moyenne pression est conduit par la canalisation 9 jusqu'au compres- seur à haute pression 24.
L'air aspiré par le compresseur 4 depuis la canalisa- tion d'admission d'air 6 s'écoule dans l'ensemble du groupe suivant la direction donnée par les flèches, et subit à la fois une expansion en même temps qu'une chute de température jusqu'à ce que, finalement, il soit évacué hors de la turbi- ne à basse pression 1 par la canalisation d'échappement 44.
Conformément à la Fig. 6, la turbins 50 est une turbine à haute pression. Cette tarbine entraïne un générateur 22., lequel est monté sur le même arbre que le rotor de la turbi- ne 16. :La turbine 16 ontraïine en outro lo générateur 21,le- quel est monté sur le méme arbre qu'une tarbine à moyenne autre pression., ou unevpartie 51 de la turbine à hante pression.
La turbine à haute pression 50, qui reçoit de l'air compres- sé et échauffé en 13 par la canalisation 52. fournit da gaz à la turbine 51, par la canalisation 54. Depuis la turbine 51, le gaz provenant de cette tarbine est conduit, par les canalisations 55 et 56, à la turbine 16 en même temps qu'à la turbine 57 . La turbine 16 travaille donc avec la totali-
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té de la pression existant encore, et utilise la chute de température se manifestant dans le gaz, et évacue le gaz atilisé par la canalisation. 18.
La turbine 57, qui entraîne an compresseur à haute pression 24, ne travaille qu'aveu ane partie seulement de. la chute de pression existante,de sorte que le gaz qai est conduit par la canalisation 58 jusqu'à la turbine 1 actionnant an compresseur à basse pression suffit pour actionner le compresseur à basse pres- sion 4 et le compresseur à moyenne pression 5.
L'air à com- presser pénètre par la canalisation 6 jusque dans le com- pressear 4, et est conduit par la canalisation 8 jusqu'au compresseur à moyenne pression 5, pour ensuite être conduit par la canalisation 9 jusqu'au compresseur à haute pression
24, et recevoir en cet endroit la pression exigible poar l'actionnement da groape. Dopais le compresseur à haute pres- sion 24, l'air Définitivement comprimé est conduit par une canalisation 59 jusqu'au dispositif d'écjauffement 13, et de là, comme on vient de le décrire, jusqu'au système de tur- bines.
Dans la Fig. 7, on a représenté deux turbines à double rotation, la turbine 1 appartenant su groupe compresseur, alors que la turbine 16 appartient à la partie du groupe li- 'vrant de la paissance effective. Dans ce cas également,une partie à haute pression 60 appartient à la partie du groupe livrant de la puissance effective, la turbine 60 recevant par la canalisation 61 l'air comprimé qui a étéchauffé en
13. Depuis la turbina , haute pression 60, la canalisation d'échappé mont des gaz se divise en deux parties, soit une canalisation 62.'et une canalisation 63. la canalisation 62 coudait du gaz à la turbine à gaz 16 travaillant comme tur- bine à basse pression.
Le générateur électrique 21 est donc à la fois entraîne par la turbine à haute pression 60 et par an rotor de la tarbine à basse pression 16. L'autre rotor
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de la turbine à basse pression 16 entraîne an générateur
22.L'autre canalisation 63, partant de la turbine à haute pression 60, conduit du gaz depuis ladite turbine 60 jus- qu'à la turbine à moyenne pression 64. Lotte tarbine à moyenne pression 64 est auccaplée au compresseur à haute pression 24, et livre du gaz, par la canalisation 65, à la tarbine à basse pre ssion 1, laquelle est accouplée aa compre s se ur à bas spression 4 etau compresseur à moyen- ne pression 5.
De la même façon que ci-dessus décrit, l'air s'écoa- le également à travers ces éléments de compresseur dans la direction donnée par les flèches. conformément à la Fig. 8, un compressear à haute pression 24 est accouplé à une tarbine à haute pression
70'.
La tarbine à haute pression reçoit de l'air échauffé, soas forme de mélange gazeux, par la canalisation 71, et fournit du gaz tant à la turbina 16 qu' la turbine 1, par la canalisation 72. Dans ce cas, les deux turbines doubla rotation travaillent comme turbinas à basse pres- sion, la turbine 1 étant accouplée au compresseur à moyen- ne pression 4 et au compresseur à basse pression 4, que l'air traverse, de la manière indiquée plus haut, en subis- sant une compression.
Dans toutes ces formales de réalisation, tant le groupe compresseur que la partie du groupe livrant de la puissance effective comprennent une turbine à double ro- tation. Cette turbine à double rotation est de type con- nu en soi, par exemple une turbinesystème Ljungstrôm.
Dans certaines des formes de réalisation représentées, ,1'0.- ne ou les deux parties du groupe comporte une turbine à s implo rotation laquelle, convenablement, peut êtreune turbine radiale. Dans certaines formes de réalisation,cet- te turbins est actionnée par le compresseur à haate pres- sion. Dans d'autres formes de réalisation encore une ou
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plusieurs des turbines à moyenne pression créées de cette manière appartiennent à la partie du groupe livrant de la paissance effective, alors que la turbine à basse pression appartient au groupe compresseur, et est accouplée à des compresseurs pour basse pression, xx compresseurs à basse pression particuliers.
La Fig. 9 montre un groupe ne comportant pas de turbina à double rotation. Uns turbine à haute pression 90 est accouplée à un compresseur à haute pression 91, depuis lequel l'air comprimé passe par une canalisation 92, et est échauffé dans un dispositif montré en 93. L'é- chappement de la turbine à haute pression est raccordé, par une canalisation 94, à l'admission d'une tarbine à moyenne pression 95, laquelle est montée en porte-à-faux sur un arbre appartenant à un générateur électrique 96.
Depuis la turbine à moyenne pression 95, le gaz est c on- duit par la canalisation 97 a une autre turbine à moyenne pression 98, laquelle actionne un compresseur à moyenne pression 110. la canalisation 100 partant de la turbine 98 se divise on doux. canalisations 101 et 102, (lui aboutid- sent aux turbines 103 et 10+,celles-ci étant toutes deux des turbines à basse pression, connectées en parallèle.
Les gaz d'échappement de ces tarbines sont évacués par les canaisations 105 et 106. L'air à compresser pénètre par la canalisation 107, et passe dans le compresse or à basse pression 108, actionné par la turbina 103. Depuis ce compresseur, l'air est conduit par une canalisation 109 jusqu'au compresseur à. moyenne pression 110 actionné par la turbine 98. Depais ce compresseur, l'air est conduit Par une canalisation 111 jusqu'au compresseur à haute pression 91. La turbine 104 est, comme la turbine 95., mon- tée sur l'arbre qai porte égale liant le générateur 96.
Les turbines 90, 98, et 103, en même temps que les compressouns
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91, 110 et 108, appastionnemt ainsi à la partie du groupe qui a été précédemment désignée comme groupe compresseur, alors que les autres pa ties, c'est-à-dire la turbina à haute pression 95 et la turbine basse pression 104, ain- si que le générateur électrique 96 actionné par ces der- nières, appartiennent '2 la partie du groupe livrant de la puissance effective.
Les deax turbines à basse pression sont ainsi conneu- tées en parallèle, l'une des turbines à basse pression étant accouplés au compres seur à basse pression.
Dans la Fige 10 on a représente une forme de réalisa- tion analogue à celle'montrée la Fig. 9 mais dans la- quelle, toute fois, la partie dyu groupe livrant de la puissance effective se compose de quatre turbines et de deux générateurs électriques. Dans ce cas également,la turbine à haute pression 90 est accouplée au compresseur, à haute pression 91. Le gaz amené à la turbine par la ca- nalisation 92 est échauffé en 93. Le gaz se'échappant de la turbine à haute pression 90, est conduit par la canali- sation 94 à une turbine à moyenne pression 95, laquelle est montée sar le même arbre que la machine electrique 96 actionnée par celle-ci.
On prévoit en Il?,$ dans la ca- nalisation 94, un dispositif de réchauffage pour de l'air ou du gaz, si bien que l'on amène à la turbine 95 du gaz à la même température que celui travaillant dans la turb i- ne à haute pression. Natarellement, la pression dans la canalisation d'admission à la tarbine 95 est plus basse que dans la canalisation d'admission à la turbine 90. De- puis la turbine 95, le gaz est conduit par une canalisa- tion 113 à une turbins 104, laquelle est montée sur le même arbre que le générateur 96, lequel est ainsi entraî- né par deux turbines.
Un dispositif de réchauffage 114 est également monté dans la canalisation 113, si bien que
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la turbine 104 travaille à una tempôrature sensiblement égale à celle à laquelle 'travaillent les éléments dont il vient d'être question.
De manière analogue, le gaz s'écoulant par la canali- sation 115, dopais la turbine 104 jusqu'à la turbine 116, est également éubauffé par un dispositif montré en 117.
La turbine 116 est accouplée au compresseur 110 et entraï- ne celui-ci. Par une canalisation 118, le gaz est conduit depuis la tarbine 116 jusqu'à une turbine 119, qui bons- ttus la dernière turbine à moyenne pression du système.
Cette turbine reçoit également. par l'action d'an disposi- tif de réchauffage 120. du gaz à une température sensible- ment égale à celle du gaz travaillant dans les antres tur- bines. La turbine 119 est montée sur le même arbre que le générateur 120a qu'elle entraîne. Depuis la turbine 119 le gaz est conduit par une canalisation 121, et par deux dérivations 122 et 123 jusqu'aux turbines à basse pression 124 et 125.
Ces turbines travaillent ainsi comme turbines à basse pression, en parallèle, et reçoivent un fluide de moteur (lui n'oat pas échauffe aprés qu'il a traversé la turbine précédente. ,Par les canalisaons 126 et 127, le gazs'échappant de cesturbines 124 et 125 est coudait à un régénérateur 128 de tout type connu , où les calories existant encore dans les gaz sont amenées à l'air de com- bastion provenant des compresseurs, et qui devra ensuite actionner les turbines du groupe. Le compresseur à bausse pression 108 entraîné par la turbine 125 reçoit de l'air par la canalisation d'admission 105. L'air est conduit par la canalisation 109 entre le compresseur à basse pression 108 et le compresseur à moyenne pression 110.
La canalisation 111 conduit finalement l'air partiellement comprimé depuis le compresseur à moyenne pression 110 jusqu'au compresseur à haute pression 91, d'ou l'air défi-
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nitivement comprimé passe par une canalisation 129, par laquelle cet air est conduit au régénérateur 128, en vue de son réchauffage . Le régénérateur 128 est en communica- tion par la canalisation 130 avec le dispositif d'échauf- fement 93.
Ce régénérateur- 128 peut être de toute construc, tion appropriée, et existe déjà sous des formes de réali- sation connues, comme les réchauffeurs d'air, pour d'au- tres applic at i ons . Dans eette forme de réalisation de l'invention, tontes les turbis.
à l'exception des tur- bines à basse pression 124, 125, travaillent avec une tem- pérature égale du fluide moteo.r. Dans chaque turbine on met ainsi à contribution une chute de température plus élevée que' dans les formes de réalisation antérieurement décrites, alors qu'en même temps la combustion interne, dans les dispositifs d'échauffement,s'effectme aveu un excès d'air important, On dispose ainsi de la possibilité d'utilisé).' plus avantageuse) haut les énergies contenues dans l'air comprimé, en raison des hautes pressions utili- sées, et par saite d'obtenir une puissance effective plus importante, par rapport à la puissance consommés sous forme de travail de compression.
Dans la Fig. 11, on a représentéun groupe dans le- quel le groupe compresseur se compose de compressuere à double actionnement, La partie du groupe livrant de la Puissance effective comporte deux générateurs, travaillant chacun, de la manière décrite ci-dessas, avec; des turbines MONTéES sur les bouts d'arbre. Le montésseur haute pres sion 135 est accouplé à deux turbines 136 et 99 en porte- à-faux. Dans ce cas, la turbine 136 est uns turbine à haute pression, qui reçoit de l'air provenant du compres- seur à haute pression, par la canalisation 137, cet air ayant été préalablement échauffé dans l'appareil 138.
Dans cet appareil d'échauffement, l'élévation de température est réalisée par une combustion interne S'effectuant dans
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l'air, cependant que de l'eau est' sirro.ltanér..ent introduite dans la masse d'air. La combustion s'effectue ainsi sans excès d'air important, ON mêle de 1 ' e a u pour le motif qu'il est ainsi possible d'apporter aux gaz une plus
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grande chaleur, sans que ces gaz arrivent à une températQ.- re élevée, dommageable pour la tarbine .
La cluantité de chaleur plus élevée est apportée à IT88Q., 189.0.8l1e tra- verse ainsi les différentes turbines sous forme de vapeur à haute pression. ]Depuis la turbine 136, le gaz est conduit par une canalisation 139 jusqu'à la tubine 99, laquelle peut ainsi être considérée comme uen partie de la turbineà haute pression, on comme une turbine tra- vaillant comme turbine à moyenne pression spéciale. Les gaz sont à nouveau échauffés dans le dispositif .140,
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cependant que de l'air de combustion est arené par 1 usa- nalisation 141 depuis le compresseur à haute pression 135.
ConvenalJlen1ent, on conduira par cette canalisation 1,il une quantité d'air approximativemant équivalente à celle qui est nécessaire poar entretenir la c'ombastion. I'échaaf- fement s'effectue également là sans excès d'air important,
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Dopais la turbine 99, le gaz est conduit par une \;011011so- tion 142 à un autre appareil dféchsQ.ffem9nt 143, dans le- quel l'échauffement s f e ffe ù t/l6 de la manière précédemment décrite, et également avec admission d'air par la canali- sation 144, en partant d'un point situé entre le compres-
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se ur c à. moyenne pression 145 et le compresseur à haute pression 135, convenablement an moyen d'une dérivation
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partant de la canalisation 146, laquelle (;
ondQ.i"t l'air depuis le compresseur à moyenne pression 145 jusqu'au compresseur à haute pression 135. Les gaz réchauffés de
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cette .manière sont conduits par la ùa118lé.sâtàdm 147 jus- 9.Q.Tà une turbine 148, laquelle est montée sur le 1,i%ne ar- bre qu'un générateur électrique 149. Le gaz qui a abandon-
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né de 11 énergie dans la turbine 148 est conduit dans la canalisation 150, et réchauffe dans l'appareil 151, poar ensuite être amené à la tarbine 152. Dans l'appareil 151 également, le réchauffage s'effectue par combustion inter- no et amenée d'air frais par la canalisation 153, depuis un point du compresseur à moyenne pressi.on 145 qui répond aux conditions de pression dans l'appareil de réchauffage 151.
La turbine 152 est montéesor lemême arbre que le générateur 149. et entraîne cet arbre, avec; la turbine 148. Par la canalisation 154, on amena du gaz depuis la turbine 152 jusqu'à la turbine 155. Dans ce cas également, le gaz est réchauffé dans l'appareil 156, de l'air étant également amené par une canalisation 157, et ceci depuis an point da compresseur 145 où les conditions de pression coïncident.
La tarbine 155 est montée sar le mêem arbre que le compresseur à moyenne pression 145, et entraîne cet arbre.
Par la canalisation 158, on amène du gaz à la turbine 159, laqaelle est montée sur le même arbre que le compresseur, à moyenne pression 145. Dans ce c as àgalement, le gaz est réchauffé dans l'appareil 160, de l'air ftais étant égale- metn amené par la canalisation 161 en vue d'entretenir la combustion. Cet air sera convenablement pris dans la canalisation 162, qui relie le compresseur à basse pres- sion 163 aa compresseur à moyenne pression 145. et où les conditions de pression coïncident .
Depuis la tarbine 159, les gaz sont conduits par une canalisation 164 jusqu'aux turbines à bassepression qui sont connectées en parallèle l'une par rapport à l'autre, en direction du flux de gaz..Par une canalisation 165,le gaz est conduit, sans réchauffage, à une turbine 166, et de là, par une canalisation 167, jusqu' une turbina 168.
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Ces deux turbines, qui travaillent comme une turbine à basse pression divisée en deux systèmes d'aubes, entraî- ment le compresseur à basse pression 163,'dans lequel pénètre, par une canalisation 169, l'air à. compresser,après quoi il parcourt les différents compresseurs, comme on l'a décrit plus haut,et comme indiqué par les flèches.
Dans une autre dérivation 170 de la canalisation d'é- chappement 164 appartenant à la turbine 159, les gaz sont enduits, sans réchauffage, à une turbine 171, et de 1à à une turbine'173, par l'intermédiaire d'un* canalisation
172. Ces turbines constituent une tarbine à basse pression divisée en deux parties, et sont accouplées à an généra- tear électrique 174, lequel est entraîné par cette tirbo= me à basse pression divisée en deux parties.
Il ressort donc de l'exposé ci-dessus que, dans cette forme de réalisation, l'agent omtue est échauffé avant son entrée dans toates les tarbines, excepté les'L'urbi-,les à basse pression. Dans ce cas, lesdites turbines à basse pression entraînent d'une part an compresseur à basse pression, et d'antre part an générateur électrique, L'é- chauffement desgaz s'effectue en avant des turbines à hante pression, sansexcès d'air, comme on l'a indiqué ,plus haut, mais avec injection d'eau dans l'air et, avant certaines antres turbines, avec addition d'une quantité d'aor approximativement suffisante poar correspondre à la quantité consorrmée par la combustion, aax différents points d'échauffement.
La partie de s gaz de combustion se composant d'air compressé peut être considérée comme la partie la plus coûteuse des gaz de combastion. Dans la forme de réalisa- tion décrite ici, la quantité d'air comprimée peut âtre utilisée de façon plus satisfaisante, serait-ce aux dépens d'un accroissement de la quantité de combustible.
Dans toutes les formes de réalisation ci-dessus dé-
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crites , toutes les canalisations d'admission et d'échap- pement des turbines à gaz appartenant au groupe, sont connectées soit en série, soit en parallèle, en direction du flux de gaz, ou bien connectées également tant de la première façon que la seconde, de sorte que la quantité de gaz nécessaire pour répondre à la charge se répartit dans un tel rapporty dans les différentes turbines, que la partie de la puissance conduite au groupe compresseur assure la production dTair en une quantité telle et à une pression telle que la quantité d'énergie amenée à la par- tie du gtoape livrant do la puissance effective répond à la charge de cette de rnière partie du groupe.
Ainsi, afin de pouvoir produire l'effet maximum, les différents groapes compresseur ne doivent pas produire de l'air com- primé en quantité plus importante et à pression plus éle- vée que cela est nécessaire, afin que la partie du grou- pe livrant de la puissance effective paisse fournir un effet aussi i grand que la charge l'exige. Ces conditions ne sont pas seulement remplies à charge normale du gr oupe , mais également aussi lorsque celui-ci travaille à des charges qui ne concordent pas avec la charge normale.
Afin qu'un groupe de turbines à gaz soit économique, ,mê,me à différentes charges, il faut condaire au groape compres- seur ou à l partie du groupe livrant de la puissance ef- fective une proportion correcte de l'effet total donné par les gaz de combustion. Avec des connexions déterminées des tarbines û dans le groupa compresseur et dans la par- tie du groupe livrant de la puissance effective, on peut réaliser automatiquement une répartition de l'effe't correct ou approximativenent correcte, Toutefois , cette connexion de modifie selon la nature de l'échauffement de l'air de combustion.
La Fig. 12 montre le groupe de turbines le plus sim-
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pie ql.1'on paisse imaginer, en vue d'illustrer les eonsidé- rations servant de base à l'invention, et que l'on a expo- sées ci-dessus. Un compresseur 175 est entraîné par une tarbine 176.
L'air comprimé dans le compresseur y est amene par la canalisation 177, alors que la canalisation 178
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''coudait l'air compressé à, m dispositif dlêc'haufieni,,nt 179 dans lequel réchauffement peut s'effectuer grâce aux dif- férents dispositifs que l'on a décrits plus haut, kar la canalisation 180., le gaz pénètre dans une turbine à haute pression 181, entraînant un générateur 182, puis est con-
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dalt par une canalisat ion 183 'Ci- une turbine à basse pression 176. La turbine 176 et le compresseur 175 appar- tiennent ainsi à un groupe compresseur, alors que, la tur- bine 181 et le générateur 182, constituent la partie du
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groupe livrant de la puissance effective.
L'échaaffement des gaz et de l'air peut avoir lieu au moyen d'un chauffa-
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ge exterieur, ou grâce à une combustion interne. Si l'on admet que ITchal.1f:fement effectué en 179 est réalisé par combustion interne, ceci doit avoir lieu avec un e>B ès dtatc, si l'on n'a pas recours a. dtautres dispositions, car si l'air est échauffé par la combustion de la totalité de l'03<ygàn.n contaun dans 1"s ir, on obtient un mélange gazeux d'une température à ce point élevée que le/dit mélange ne peut être utilisé dans une tirbine sans difficultés cons- tructives .
La température du fluide moteur dans la cana-
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lisation 180. devrait atteindre 500- 70 C. mais, en tout cas, ne dépassera pas la tenrp6ratare pour laquelle les 414nnnts <;ol1otr'L1cti:f:s :roavont 6'tL'() (Stablia, cn tcanrant compte de la résistance des matériaux à, la ehalear.
Le gaz, dans la canalisation disposée à la sortie de
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l'appareil àiéchaufflenent, contient ainsi, pour une tempé- ratare donnée et une pression donnée, une force vive qui doit être répartie entre la partie du groupe livrant de la
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puissance effective et le groupe compresseur, selon une proportion déterminée. ON a montré à la fig. 13 quelle
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devrait être cette proportion, afin d'atteindre le meil- leur rendement pour la turbine à gaz , à différentes pres- est
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sions du fluide moteur . Dama bette figare, la courbe k--vrë- Qy ù>Hé L± 1 présente/nn système de bu coordonnées, les abscisses -2M o%y...
. désign9,nt les 5 pressions, et ordonnées éïggg-t egeige rap- port entre la puissance effective et l'effet de compres- sion. Si par exemple une charrie maximum correspond à une de
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pression de trava ilj/parlexei;,ple a a 15 kgjcm2, on obtient un certain ra-pportentre la puissance effective et l'efiet de compression, égal à 14e/lik = 0.
Si par exemple la pres- sion en b s'abaisse jas'la'à devenir 7,5 kgjcm2 , on obtient une charge plus faible de la turbine livrant de la paissan
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ue effective, à la condition que la section d'écoulement de la turbine ne soit pas modifiée par une admission spé- ciale de surcharge, ou par une admission effectuée par tayères. De la même manière, la pression de la turbine
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de (;ompresGear se trouve réduite,mais non cependant au, même degré que la charge de la turbine livrant de la puis- sance effective. Le rapport entre Ne et Nk s'élève ainsi 2 la valeur d;.
Il ressort de là que la quantité de gaz
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s'écoulant dans les turbines sera approximativenent moitié plus faible que précédemment, cependant qu'en même temps la chute de température sera plus faible, en raison de la pression plus basse. Le degré de rendement thermique de
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l'ensemble de l'installation sera natarelleneàt abaissé, malgré'les valeurs plus fortes de Ne/Nk.
Un tel réglage peut être obtenu automatiquement, lorsque par exemple un groupe compresseur, et plus spécialement sa partie basse pression, est connecté derrière une ou plusieurs turbines dans la partie du groupe livrant de la puissance éffecti- ve, si bien qu'en raison da fait que la chute de tempéra-
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tare dans la dernière turbine est le plus souvent rédui- te, le rapport Ne/Nk est augmenté,Si l'on injecte de l'eau dans le dispositif d'échauffement 179, les mêmes conditions se reproduisent.
Dans la plupart des formes de réalisation, le rapport Ne/Nk devrait être plas élevé qu'indiqué à la fig. 14., Egaleront dans le cas de l'injection d'eau, les com- presseurs devraient par suite, et en particulier ceux qui travaillent à basse pression, être acitonnés par des tur- bines qui reçoivent le gaz de la partie du groupe livrant de la puissance effective.
La Fig. 15 montre le rapport entre Ne et Nk, lorsque le gaz a été à nouveau échauffe entre les différentes turbines c'est-à-dire lorsqu'au dispositif de 'réchaaffa- ge desgaz aura étémonté dans la canalisation 183 de la Fig. 12, entre les tarbines 181 et 176. On peut voir à la Fig. 15 que la courbe qui répond à ces conditions M'élève d'abord, pour aue élévation de pression, puis ne se modi- fie pas notablement. Le rapport antre Ne et Nk est ains., en quelque sorte, constant à haute pression, mais décroît basse pression .
Afin que le rapport entre les effets mentionnés puisse suivre cette courbe, les turbines dei- vent être ainsi connectées dans le groupe que les turbines à basse pression se trouvent connectées en parallèle,au- quel cas les quantités de gaz seront ainsi réparties que l'on obtiendra les effets nécessaires dans les turbines.
Si donc un groupe de turbines à gaz doit être réglé de puis la puissance pour la quelle il a été construit dus- qu'à une paissance plus réduite, le degré d'échauffement des gaz sera réduit en raison de la charge du groupe, si les turbines sont ainsi connectées que le rapport de Ne à Nk coïncide avec les coarbes décrites, la température des -gaz sera pour un instant, plus faible. ;
Le gaz possède ain-
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si, , cet instant, une ten ar en force vive plus faible, en raison de son,échauffement plas faible, et non en rai- son de la rédaction de la pression de l'air et de la quan- tité d'air, fait qui ne se manifeste seulement que dans la divis ion suivante.
1 a turbine livrant de la puissance effective prélève de la teneur en force vive totale des gaz une proportion telle que cete partie du groupe, en conservant sa vitesse de rotation, livre la puissance qui' répond à la charge du groupe, le degré d'échauffement ré- pondant précisément à cette charge, et laisse subsister dans les gaz une quantité d'énergie telle que la vitesse de rotation du groupe compressear s'abaisse, en sorte que l'on obtient de l'air de combustion en quantité telle et à une pression telle que les gaz prennent approximative- ment la température que 'Possède la fluide moteur à charge normale. La teneur en force vive du fluide moteur plus faible est provoquée, dans la dernière division, lorsque le groupe est en état de durée,
du fait que les gaz pren- nent une température plus basse. La teneur en force vive du fluide moteur dépend donc de la quantité du gaz et 0galement de a tomreature à laquelle le gaz est échauf- fé. Par un réglage de la turbine, on peut ainsi élever ou abaisser pour un instant le degré d'échauffement des gaz, si bien que l'on réalise une teneur en calories dans les gaz déterminée, correspondant à. la charge. Le groupe se règle automatiquement de telle sorte que l'on obtient un gaz de la même teneur' en force vive, ce qui est provo- quà par' des quantités plus bibles et une pression plus basse de s ga à la tempéra ture initiale.
Conformément à l'invention, les turbines à gaz action- nant les compresse ars, livrant de la puissance effective, doivent être connectées -en série ou en parallèle, en di- rection du flux de gaz, on connectées selon ces deux mé-
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thodes, si bien que la teneur totale en force vive de la quantité de gaz nécessaire pour répondre à la charge, pour les différentes turbines, sera ainsi répartie que la quantité d'air fournie par les compresseurs, et la pres- sion de celui-ci, répondent à la charge qui varie des turbines livrant de la puissance effective, 3, vitesse de rotation sensiblement constante.
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Dans les formes de réalisation)ei-àessas décrites et pour atteindre uns telle répartition d'effet sur les turbines, on a montré différentes connexions des turbines,
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en ça qui concerne la direction (la flux de [1,'az. Lia oOrn)?rO1- seur à basse pression, dans presque toutes ces formes de réalisation , est actionné par des turbines à basse pres- sion, ou des turbines à moyenne pression, cependant que
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de s turbines à hante pression actionneitt les eompressears à hante pression; Les turbines appar'tel'J8tlt 2. la partie du groupe livrant de la puissance effeutive sont montées comme turbines à moyenne pression, et sont dans certains cas, des turbines à basse pression.
Les possibilités de
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connexion varient dlaprès la nature da mélange gaz8o.x, et dépendant ainsi du fait qtle l'ou adopte l'injection diz eau dans le mélange gazeux, ou la comb#tiol1 avec un exuës d'air. Certaines antres connexions sont convenables avec
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des groaçss dans lesquels le'gaz est réchauffe entrn les différentes turbines. Attendu que, toutefois, la même . connexion permet, dans certains cas, l'utilisation de diff- férents mélanges gazeux, ou de différentes méthodes pour
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leur réchauffage, les formes de réalisation décrites ici sont également susceptibles d'utilisation pour une com- bastion S'effectuant d'après d'antres procédés.
Dans certaines formes de réalisation, les turbines sont don-
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nées comme étant cOnstraites d'après an type déterminé, mais l'invention n'est cependant pas, mtarellement dépen-
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dante de la construction des turbines à util iser. ce en- dant, les turbines à système d'aubes pour écoulement ra- dial du mélange gazeux, soit du type à simple rotation, soit du type à double rotation, sont particulièrement ap- propriées .
Da fait que des essais ont montré qu'il est judicieux de divdser les systèmes d'aubes en plusieurs parties, en particulier dans des cas où l'on utilise comme fluide mo- teur du gaz réchauffé, la partie à haute pression du groupe pourra se composer d'une ou plusieurs turbines con- nectées en série . deci s'applique également aux turbines à basse pression, certaines parties de telles turbines peuvent naturellement être considérées comme turbines à moyenne pression, sans que l'on se soit poar cela écarté du cadre de l'invention.
Dans la totalité des formas de réalisation, le flui- de moteur du groupe de turbines à gaz a été admis comme se composant d'air comprimé dans des compresseurs , cet air étant échauffé par combustion interne, et éventuelle- .ment par addition d'eaa. Cependant, l'invention n'est pas limitée aux groupes de turbines à gaz à fluide moteur cons- titué de cette manière; au contraire, le fluide moteur peut également se composer d'un gaz comprimé combustible, la combustion pouvant s'effectuer par introdaction d'air ou d'un autre gaz dans le flux de gaz comprimé. Dans ce cas également, on peut imaginer une admission d'eau dans le gaz .
On peut également imaginer d'autres formes de réa- lisation dans lesquelles on apportera à l'air, ou à un au- tre gaz, des calories livrées par un dispositif d'échauf- fement extérieur, sans que pour cela l'on s'écarte du cadre de l'invention.
Dans la totalité ,des formes de réalisation ci-dessus décrites, une partie du groupe ne comporte que des com- presseurs, et une autre partie du groupe des machines élec-
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triqaes seulement. On peut toutefois imaginer d'antres formes de réalisation dans lesquelles de la puissance - et plus spécialement de manière intermittente - pourra également être prélevée de la partie du groupe qai entrai- ne les compresseurs, de même qu'on pourra également imagi- ner XX an ou plusieurs compresseurs raccordés à la partie
DU groupe qui livre du travail utile.
Sons la dénomination " gaz" , on doit entendre, dans le cas présent, tant les gaz de hauts-fournsaux qu'égale- ment aussi d'antres gaz combustibles, ou bien encore un mélange de tels gaz, ou finalement, aussi un mélange de gaz et d'air.