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"groupe de turbines a gaz "
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On connaît déjà les turbines à gaz dans lesquelles le système d'aabes est divisé en deux ou plusieurs systè-
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mes d'aubes disposés dans le même carter de turbine, et
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montés sur le même arbre. On a égaL-ment déjà proposé d'é chauffer le flaide moteur- se trouvant à haute pression au moyen de combustible arné à l'état liquide, oa sous une aatre forme, et brûlant au sein da fluide motear.
En outté on a déjà proposé aussi de r éc h aa i' fe le fluide moteur,, après quel a parioaru tine partie du système à18u oes,et ceci par admdssion de L;oJ;bl1r:.;tjble et d'air, brûlant dans
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l'espace existant entre les différents systèmes d'aubes,
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ot Guhau'1'a!it 8in8:1 10 fluide mOî0Gi' , avant qu'il. s'ocou-
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le dans les ronronnes d'aabes du système d'aubes suivant immédiatement .
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Dans de telles formes de réalisation, et particuliè- rement dans celles ou le. système d' aube est établi d'a-
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près le principe de l'action, on s'est heurté à diffé-
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rents inconvénients, qui ont rendu impossible l'atilisa-
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tion pratique diane telle turbine. Afin de pouvoir utili- ser le fluide nao t e ar comprimé de la manière la pics con- vdnable, celai-ci était échauffé 2 de très hautes tempé- ratures, compromettant la résistance à la chaleur des systèmes d'aubes de la tarbine.
Le procédé d'ÓchaaffemGl1.t da fluide moteur atilisé alors entraînait à.des tempéra- tares .notablement plus élevées qae belles Çla 'on avait
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calcalées. car le céchaufàge s'effectuait à l'intérieur dü carter de turbine corlman, environnant le S31Stèroe d'au- 'bas, et ceci à proximité directe du système à'aubes im- mécliaterent saivant. La combustion s'effectaait ains i dans un mélange incomplet, de sorte que certaines parties da fluide moteur étaient échauffées à des températures notablement pins élevées que cellesqui avaient été calcu- lées, alors que d'autres parties ne recevaient aae des températures pics basses que celles calculées.
En outre, le réchau.ffement des gaz n'avait pas lien par combustion dans le flaide moteur, mais bien par combustion de la quantité de combustible amenée dans la masse d'air, si bien que l'obtention d'un mélange approprié, en vue d'a- teindre la température désirée du fluide moteur devant parcourir le système d'aubes suivent était rendue diffi- elle.
La présente invention est relative àux groupes de turbines à gaz de ce genre, et prévoit des dispositifs
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grâce auxquels les inconvénients indiqués seront Ócat'tés.
L'objet de l'invention est un groupe de turbine gaz comportant une canalisation de soutirage pour le fluide moteur , reliée à. un appareil d'échauffement appar
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tenant au gr ou7 , destiné au fluide moteur, et placé é à l'extérieur du carter environnant la turbine; cette liai- son étant directe on il1di.'ecte.
D'autres caractéristiques propres à l'invention se- sont exposées plus en détail par la suite .
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L""IIo. tA.-J,-.... " .JI
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On a représenté schénlatiçuement aax dessins, et à titre d'G:xJ3mple, quelques formes de réalisation de l'in- vent3 ori. Dnns cos ,l à.no La Fig. 1 montre un groupe de tarbines à gaz se
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composant de deux systèmes d'aubes.
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La Fiq. 2 est un groupc de turbines à gaz comportant des s compressears en vue de la compression du fluide mo- te ar .
.La :L'i . 3 est ans vaL'1"ntu ele In l'orme de réalisa- tiofi moatréeà la Fig. 2.
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Dans la Fig . l, 1 et 2 désignent les systèmes d'au- bes disposés dans des carters de turbine séparés 3 et 4.
Ces systèmes d'aubes 1 et 2 séparés sont montés sur, le
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même arbre 5 qu'un groupe gé né rate ur électrique 6. Les
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systèmes d'aubes 1 et 2 appartenant au même groape de
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turbine à gaz peuvent égalerznt être considérés comme
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une turbine à haute pression 1, et une tarbine à basse
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pression 2. La turbine à haute pression 1 reçoit son
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fluide moteur par une banalisation d'admission 7. Cette
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canalisation d'admission relie Il intérieur 8 de la tur- bine à an dispositif d'ée;haa::'.femsnt 9 pour le fluide moteur.
Par la canalisation 10. on amène à l'appareil d'lé- chaaffeIrl3nt 9 un fluide moteur, par exemple de l'air, se troavant sous pression, par une canalisation tabulaire 11 on amène égalemant à cet appareil an combustible,par exemple sous forme liquide, ce eombastible brâlant à l'in- tér ieur de l'appareil 9, dans le flax d rair a>né par
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la canalisation 10 .
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Le fluide moteur est ainsi échaaffé jusqutà une
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tempéra tare répondant à la limite de résistance à la
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chaleur da système d'aubes 1, par exemple jusqu'à 5Qo- '7C0 C.
Le réglage de l'éc'haaffer#nt, a lieu par admission
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de combustible dans une telle proportion que l'on par-
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vienne à la t6mpérature.voalae . pour des charges plus faibles, n'exigeant que des températares de départ pics basses, la quantité de combustible introduit sera plas
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réduite, pour répondre , ladite température. L8 eombcs- tion s'effectue ainsi avec un excès d'air important.
Le fluide moteur pénétrant dans la chambre centrale 8 de la turbine 1 reçoit ainsi également de l'air non brûlé,
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indépendamnant des gaz prenant naissance au cours de l ' éa haaffe nznt , Ce fluide moteur s'écoule, en direction radiale, et en subissant une expansion et une choie de
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température, dans le système d'cubes s 1 réalisé comme turbine radiale à simple rotation, et à plein débit.
Par la canalisation 12, le fluide moteur est éloigne et con-
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duit à an appareil de réchauffage 13 dans lcquel il est échauffé à nouveau, par exemple à la même température que celle à laquelle il ava it été échauffé dans l'appareil 9.
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Dans ce cas également, le réehau.:f:fage s'effectue par um combustion interne, s'effectuant dans le fluide moteur, du combustible amené par une canalisation 14.
Attendu que la combustion, dans l'appareil de chaaffage 9, a lien avec un excès d'air important, le fluide moteur contient
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encore, lorsqu'il traverse l'appareil de réchauf-L'age 13, une quantité d'air et d'oxygène suffisante pour entrete-
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nir de telle sorte la combustion que l'on (:btient sens i- blement la même température que dans l'appareil 9 . Le fluide moteur échauffé à nouveau de cette façon, et passe de pais la canalisation 15 partant de l'appareil de ré- chauffage 13 jusque dans la chambre centrale du système
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d'aabes à de la turbine 2, contient ainsi, principale- ment, des gaz de combustion, mais peut toutefois contenir
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également de l'air non br6.1é.
Dans la turbine 2, le fiai- de moteur abandonne à nouveau de l'énergie , produite par expansion et chute de température, et dépendante des con-
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ditions régnant à l'extérieur de la turbine. Le système
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d'aubes 2 est égalenant une turbine à réaction, plein débit, et à écoulement radialda fluide moteur. Celui-ci s'écoale donc en direction des flèches, à travers un système d'aubes radiales,puis ensuite encore à travers un système d'aubes axiales , le que 1 est disposé sar le rotor de turbine portant le système d'aubes radiales tournant ou une pièce reliée à, celai-ci.
Dans le groupe de turbines, à gaz représenté, la
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parti.e turbine se compose donc de deux turb ine s oa systè- mes d'aubes, montés dans des carters de tarbine séparés, l'échaaffement de fluide moteur ayant lieu dans les cana-
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lisations d'admission conduisant aux carters de tarbina séparés. L'air nécessaire à, la production da flaide mo- tour ont, dono wout(! forjan da .dt7.iprbio,pt'ti,WVé d'au autre groupe.
La Fig. 2 montre une forme de réalisation dans la-
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quelle le fluide moteur, ou le gaz nécessaire à. la produc;-- tion de ce fluide moteur, ou l'air, est compressé dans les compresseurs appartenant au groupe. Un tel groape de
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turbines à gaz Peut par suite tre considéré comme se composant de deax parties, liane de ces parties étant prin- t;i})alement destinée produire le gaz compressé,et l'au.- tre partie principalement destinée à la fourniture do puissance effective.
Dans la Fig. 2, 21, 22 et 23 montrent trois compres-
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seurs, connectés en série dans le sens d'ëcoalement de l'air ou du gaz à, compresser. Le gaz oa l'air arrive
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par la canalisation 2'j=, et est conduit par une canalisa- tion 25 de pais le compresse ar 21 jusqu'Du uOffipress611r 22, Pais ensuite, par une canalisation 26, jusqu'au compres- seur 23. Depuis le compresseur 23, l'air définitivement
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comprimé est amené par une canalisation 27 à un r échauf-
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fear 28, dans lequel il sabit un premier éohaaffement, d'une façon que l'on décrira plus complètement dans la suite .
Par une canalisation 29, l'air stéc;oule alors depuis ce réuhaui- fwo 4ôsqa'à un appareil d'échauffement 31 dans lequel stes- ectu.e la combustion interne du combustible amené par la ca- nalisation 32. De la même manière que dans la 'forme de ré ali- sation montrée à la Fig. l, la combustion s'effectue avec un excès d'air important, de sorte que le gaz amène par une canalisation 33 à la turbine 34 contient de l'air mélange aux gaz de combustion. La turbine 34, qui contient ane part da système d'aabes da groupe de tarbines à gaz, logée dans an carter spécial, est montée sur le même arbre qu'un com- presseur à haute pression 23, actionné par celle-ci.
Une ca-
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nalisation 55 conduit le gaz depuis la turbine 5-1 à ane tl1r- bine 36, dont le système d'aubes est loge dans an carter de turbines spécial. Un appareil de rechao.ffage 37 est monté dans la canalisation d'admission 35 de cette turbine 36, ap-
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pareil dans leqael le gaz est à nouveau, éehauilf'é par combas- tion interne da combustible amené par la canalisation 38. Le ±laide de motear est conduit par una caaalisstion 41 depais la turbine 36 6 j as qa ' à une turbine 40. Dans ue cas également, on provoclue an réchauffage au moyen d'an appareil 42 monté dans la canalisation 41.
Le réu haa:t'f'Dge, tant dans cet appa- reil que dans les appareils qui suivront, s'efi'eutae de la manière précédemment indiquée, Le System-- d=aubes de la tar- bine 36 et celai de la turbine 40 sont montés sur le même ar- bre qa'an générateur 39, de sorte que celai-ci est actio.iné par ces deux turbines. L'échappement de la turbina 40 est en communication Par une canalisation 44 avec l'admission d'aile tarbine 43. Dans la canalisation 4 est monté an appareil de réchauffage 45.
Une canalisation 46 conduit le fluide motear depuis la turbine 43 jasqa'à une turbine 47. 48 désigne an appareil destiné au réchaaffage da flaide moteur avant qu'il soit amené au système d'aubes de la turbine 47. La canalisa-
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N.i c, r. et
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tion d'échappement 49 de la turbine 47 se divise en deux cana- lisations 50 et 51, aboutissant à deux turbines 52 et 53 les quelles, ainsi, sont connectées en parallèle dans le sens d'écoulement du fluide moteur. Ce fluide moteur se subit pas de réchauffage avant de pénétrer dans ces deux parties à basse pression du groupe de turbines à gaz. La turbine 52 actionne le compresseur à basse pression 21.
La turbine 53 est montée sur le même arbre que la turbine 47, et qu'un généra- teur 30 actionné par ces deux turbines . Les échappements des turbines 52 et 53 sont reliés par les canalisations 54 et 55 au réchauffeur 28, dans lequel une partie des calories subsistant encore dans le fluide moteur est transmise à l'air comprmmé amené par la canalisation 27. Dans ce cas, le groupe de turbines à gaz se compose de sept systèmes d'au- bes disposés dans des carters de turbine séparés, et pouvant également être considères des turbises indépendantes.
Les canalisations d'admission aboutissant aax carters de tur- bine de ces parties de turbine sont en communication avec des dispositifs d'échauffemetn pour le fluide moteur, à l'excep- tion des canalisations d'admission appartenant aux parties de turbinai à, basse pression. Toutes les turbines, à l'ex- certion des parties de turbine 'CI,, basse pression, peuvent ain- sitravailler avec; an fluide moteus de températuse de départ égale. L'échauffement du fluide moteur, de même aussi que son réchauffage, s'effectuent avec un excès d'air important, de sorte que l'oxygène contenu, dans la quantité d'air amenée au premier appareil d'échauffement est suffisant pour entre- tenir la combustion dans les appareils de réchauffage.
La quantité d'air doit être ainsi calculée, par rapport à la quantité de combustible,que l'oxygène de l'air soit consom- mé, lorsque le fluide moteur a subi son réchauffage dans le dernier appareil de réchauffage 48. Cependant, l'échauffe- ment du fluide moteur dans le dernier appareil de réchauffa- ge s'effectue vraisembalblement a@ec an certain excès d'air.
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Dans cette forrne de réalisation, les turbines 52, 43 et 34, ainsi que les compresseurs 21, 22 et 23, appartiemnent à la partie du groupe de turbines à gaz constituant le groupe compresseur, alors que les turbines 36, 40, 47 et 53 font partie de la portion du groupe livrant de la puissance effec- tive .
Dans la Fig. 3 on a représenté une variante de la :or- me de réalisation montrée à la Fig. 2, dans laquelle la com- bustion dans l'appareil d'échauffement n'a pas lien ave excès d'air, comme précédemment.
Dans la Fig. 3, 61, 62 et 63 montrent trois compresseurs connectés en série. Le fluide moteur se composant de gaz, par exemple d'air, est conduit par la canalisation d'admis- sion 64 au. compresseur à basse pression 61, et depuis ce dernier, par une canalisation 65, jusqu'au compresseur à moyenne pression 62. Une canalisation 66 conduit l'air depuis le compresseur à moyenne pression 62 jusqu'au com- presseur à haute press ion 63. Une canalisation 67 conduit l'air définitivement compressé depuis le cornpre sse ur à haute pression 63 jusqu'à un appare il d'échauffement 64, dans le- quel le fluide moteur est échauffé par combustion interne du combustible amené par la canalisation 65.
La combustion s'effectue sans excès d'air important, et peut provoquer des tempéra tares de fluide moteur plus élevées que celles calou- lées peur la turbine. Toutefois, le fluide moteur est refroi- dit' jusqu'à la température calculée, par admission d'eau au moyen d'une canalisation 66. On obtient ainsi un fluide moteur qui contient à la fois desgaz de combustion et de la vapeur- d'eau., et éventuellement aussi un faible excédant d'air. Le fluide moteur contient ainsi de l'énergie, tant en raison de sa pression et de la température à la quelle il est échauffé qu'en raison de la teneur en calories Obtenue grâce à la uom- position des gaz.
Dans ce cas, la quantité d'eau, amenée con- tient également, en raison de sa pression et de la température
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une quantité d'énergie qui est utilisée dans les turbines.
Une canalisation 67 conduit le fluide moteur ainsi échauffé et préparé jusqu'à une turbine 68. Jette turbine est montée sur le même arbreque le compresseur à haute pression 63 et une autre turbine 69 qui reçoit son fluide moteur par une ca- nalisation 70. Dans cette canalisation 7G est monté un appa- reil de réchauffage 71. Dans cet appareil s'effectue la com- bastion d'un combustible amené par la canalisation 72. Afin que ladite combustion puisse s'effectuer, on amène par une canalisation 73 de l'air frais provenant d'un point du cors- presseur à haute pression 63 revendant aux conditions de pression dans la canalisation 70.
Dans Le cas également, on n'apporte pas une quantité d'air supérieur à celle qui est nécessaire à, la combustion. La combustion dans cet appareil s'effectue sans excès d'air important, de la même façon que dans l'appareil 64:, et dans les autres appareils qu'on aura encore à mentionner dans la suite. Depuis la turbine 69, le fluide moteur est amenéune turbine 74, par une canalisa- tien 6Q. Le réchauffage du fluide moteur s'effectue dans un appareil 75 disposé dans la canalisation 60.Dans ce cas éga- lement, l'air frais nécessaire à la combustion est amené par une canalisation 76. La turbine 74 est montée sur le mê- me arbre qu'une turbine 77 et qu'un générateur 78.
Le généra- teur 78 est ainsi actionné par les turbines 74 et 77. Une ca- nalisation 79 conduit le fluide acteur depuis la turbine 74 jusqu'à la turbine 77.
Dans la canalisation 79 est monté un appareil de réchauf- fage 80 auquel de l'air frais est amené par une canalisation 81. Une canalisation 82 conduit le fluide moteur depuis la turbine 77 jusqu'à, une turbine 83. 84 montre un appareil de réchauffage monté dans la canalisation 82, et destine au fluide moteur amenéà la turbine 83. La combustion dans l'ap- pareil 84 s'effectue avec action d'air frais amené par une canalisation 85. Une autre canalisation 86 conduit le fluide
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moteur depuis la turbine 83 jusqu'à une turbine 87. 88 dési- gne an appareil de réchauffage dispose dans la canalisation 86, en avant de la turbine 87, et destiné au fluide moteur.
La combustion s'effectue à l'aide de l'air frais amené par une canalisation 89. La canalisation d'échappement 90 de la turbine 87 se divise en deux canalisations 91 et 92. Par ces deux dérivations, le fluide moteur est conduit, sans réchauf face aux turbines 93 et 94. La turbine 93 est en communica- tion, sans interposition d'un appareil de réchauffage,avec une turbine 96, par l'intermédiaire d'une canalisation 95.
Les turbines 93 et 96 sont montées sur le même arbre que le compresseur à basse pression 61, lequel est ainsi entraîné par les deux turbines. La turbine 94 et une autre tarbine 98 sont montées sur le maie arbre qu'un générateur 97, lequel est ainsi entraîné également par ces deux turbines. Une cana- lisation 99 conduit le fluide moteur de-pais la turbine 94 jusqu'à la turbine 98. Par fins canalisation 100. le fluide moteur utilisé de cette manière est évacué, par, exemple jus- qu'à un réchauffeur tel que décrit dans la forme de réalisa- tion montrée à la Fig. 2.
T cotes les turbines ci-dessus mentionnées pavent être d'une forme de réalisation quelconque, mais devraient toute- fois être réalisées comme turbines à aubes radiale s, travail- lant d'après le principe :.de la réaction, et à pleine admis- sion. L'une des turbines sera convenablement réalisée comme turbine radiale analogue à celle montrée dans la òrme de réalisation suivant Fig. 1. Dans la forme de réalisation (.;on- forme à la Fig. 3, la tarbine à ga z est divisée en dix sys- tèmes d'aubes , chaque système d'aabes étant logé dans un car- ter de turbine spécial.
La totalité des canalisations d'ad- mission aboutissant à ces carters de turbine, à l'exception de celles aboutissant aux parties à basse pression,sont pour- vues d'appareils d'échauffement pour le fluide moteur. L'é- chauffement du fluide moteur s'effectue sans excès d'air La
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;haleur prenant naissance au cours de la combustion est com- muniquée également à, l'eau amenée à l'air, en même temps qu'à l'air utilisé comme/fluide moteur.
Les différents ap- pareils de réchauffage sont reliéà différentes parties des compresseurs, ou des canalisations placées entre les compresseurs, de sorte que l'on peut amener de l'air frais possédant approximativement la même pression que celle à laquelle s'effectue la combustion dans les apparcils de ré- chauffage':
Le groupe de turbines gaz conforme à la Fig. 3 se compose à nouveau de deux parties de groupe, les turbines
96, 93, 87, 83, 69 et 68 uonstitaant avec les compresseurs
61, 62 et 63 la partie compresseur du groupe de turbines de gaz, et les turbines 74, 77, 94 et 98, éventuellement en combinaison avec les générateurs 78 et 97, forment la partie du groupe de turbines à gaz livrant de la puissance effective.
Les dix parties différentes du. système d'aubes du groupe de tarbines à gaz peuvent être connectées entre elles, partie en série et partie en parallèle, et considé- rées.cornes des turbines séparées. Elles peuvent cependant aussi former des parties de deux ca de plusieurs turbines.
Par exemple, les turbines @@ et 69 peuvent former aile tur- bine à hante pression constituée de deux parties, alors que les turbines 83 et 87 constitueront une seconde turbi- ne à moyenne pression. Les turbines 93 et 96 d'une part, ainsi que les tarbines 94 et 98 d'aatre part, forment deux tarbines à basse pression connectées en parallèle, et se composant de deux parties.
A l'aide des formes de réalisation suivant l'inven- tion, on peut utiliser de manière avantageuse des gaz ou de l'air comprimé, dont on pont disposer, sans que la tempéra- ture de départ des gaz doive atteindee an degré nuisible à la turbine. De même, le réchauffage n'a pas à être effec-
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trzé jasciatà an degré nuisible à la turbine . Les calories amenées au. fluide moteur peuvent ainsi être utilisées sans que le système d'aabes des parties des turbines soit endom- magé.
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Le réchauffage du flaide moteur s'effectae dans des conditions telles. que le gaz s'écoulant vers le système d'atibes se trouve mélangé de telle sorte que la température est constante dans les différentes zones du fluide moteur.
Dans les groupes de turbines à. gaz dans lesquels le gaz ou l'air est comprimé au moyen de compresseurs appartenait au groupe des turbines, il est nécessaire d'utiliser les gaz comprimés de manière avantageuse, atteindu qu'une par- tie si importante de la teneur totale en force vive est employée à la compression des gaz qu'une mise en valeur défectueuse de l'air comprimé exerce une influence considé- rable sur le rendement de l'ensemble du graure.
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Gr300 li l'invention, on dispose dan4 de la possibilité d'utiliser la force vive existant dans le gazou dans l'air, de la manière la plus avantageuse.