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Turbine à gaz et installation de production de vapeur .
@ L'invention concerne une turbine à gaz alimentée par les gaz de combustion d'huile lourde , charbon pulvérisé etc...; elle vise particulièrement à ce titre une méthode et des dispositions pour refroidir efficacement les organes de la turbine .
Suivant l'invention , le refroidissement est obtenu par de la vapeur saturée ou voisine de son point de saturation.
De plus à l'effet de s'opposer au mélange à travers les joints, de la vapeur de refroidissement et des gaz chauds venant du brûleur , la turbine suivant l'invention est du type "action" c'est-à-dire à pression constante .
L'invention concerne également une installation pour la production de vapeur surchauffée servant à alimenter des machines réceptrices . Suivant l'invention l'énergie produite par la turbine sert à comprimer la vapeur ayant servi au refroidissement et à la refouler dans un surchauffeur alimenté par les gaz chauds sortant de la turbine ; une chaudière à basse pression chauffée par les gaz sortant du surchauffeur , reçoit les vapeurs d'échappement des machines à vapeur réceptrices et fournit la vapeur saturée nécessaire au refroi-
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dissement de la turbine à gaz .
De cette façon on utilise au mieux l'énergie mécanique et thermique des gaz sortant des brûleurs ; de plus grâce à la circulation de la vapeur en circuit fermé , on récupère la chaleur nécessaire à transformer l'eau en vapeur (chaleur latente de vaporisation).
L'invention s'étend en outre au mode de circulation de la vapeur de refroidissement dans la turbine à gaz ainsi qu'aux organes (enveloppes etc...) permettant les échanges thermiques assurant le refroidissement .
La turbine suivant l'invention peut être considérée comme une machine actionnée par les gaz de combustion d'huile lourde , pétrole , charbon pulvérisé etc... qui sert à transformer de la vapeur basse pression en vapeur surchauffée à haute pression .
L'ensemble groupe-turbine-compresseur-surchauffeur remplit les fonctions d'une chaudière à vapeur habituelle avec cependant divers avantages notamment l'amélioration du rendement .
Les dessins annexés indiquent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention .
Celle-ci s'étend aux diverses particularités originales que comporte la disposition représentée .
La fig.l est une vue en coupe longitudinale d'une turbine à gaz suivant l'invention .
Les fig.2 et 3 sont des vues en coupe transversale suivant les aubages fixes et les aubages mobiles .
La fig.4 est une vue relative à la tuyère d'injection.
La fig.5 est une coupe à travers cette tuyère .
Les fig.6 et 7 sont des coupes longitudinale et transversale dans l'un des brûleurs .
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La fig.8 est une vue schématique d'une locomotive équipée d'une installation suivant l'invention .
La turbine se compose d'un rotor et d'un stator . Le rotor est constitué par un arbre creux 2 en trois pièces , Le bout d'arbre 2a (voir fig.l) est percé de trous 2b mettant l'extérieur du rotor en communication avec l'intérieur . La partie 2c fait office de tuyauterie , le bout d'arbre 2d porte des renflements circulaires 3 dans lesquels viennent se fixer les bouts des aubages (ou ailettes) mobiles 4 creux .
Entre deux renflements un espace est ménagé pour loger les demi-lunes 5 du stator avec les quelles communiquent les ailettes ou aubages fixes 20 également creux (voir fig.2 et 3).
Les bouts extérieurs des aubes mobiles 4 sont encastrés dans un cercle en acier 4a , muni extérieurement de disques 4b qui, avec le même dispositif adapté au stator ,forme joint en labyrinthe , entre les circulations de gaz et de vapeur .
Le stator en deux pièces principales ,comporte des brûleurs 6 à l'huile lourde , ou au charbon pulvérisé , disposés parallèlement à l'axe longitudinal ; ces brûleurs sont constitués par une pièce principale 6a portant de minces ouvertures 6b tangentielles à la paroi circulaire extérieure 6, recevant l'air comprimé par une tubulure 6c , un injecteur de combustible 6d débouche dans la pièce 6 (fig. 6 et 7).
Une tuyère 7 fait suite au brûleur et est constituée par un cylindre en deux pièces 7a , muni d'ailettes longitu- dinales extérieures , et d'une gaine intérieure 7b en silice fondue ou matière réfractaire (fig.4 et 5) ; uncylindre 7c concentrique au premier porte deux ouvertures à chaque bout , diamétralement opposées 7e-7d (fig.l). Les brûleurs sont renfermés dans une enveloppe 8 en deux pièces , qui porte d'un
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côté , un joint en labyrinthe 8a sur l'arbre du rotor , et les brûleurs , et est fixée de l'autre côté au stator 9 proprement dit .
Le stator 9 proprement dit , ou corps de turbine , est en deux pièces , il porte du côté opposé aux brûleurs un joint 9a en labyrinthe pour le passage du rotor puis à la partie inférieure , une tubulure 10 pour l'échappement des gaz brûlés .
En face de chaque disque d'aubages mobiles du rotor, le stator porte un conduit circulaire 11 qui par des ouvertures 12a percées dans la cloison 12 de séparation , est mis en communication avec un segment (tel que 13) sur deux du conduit circulaire voisin (fig.2) . Ce dernier reçoit une série d'aubages fixes creux 20 ; l'extrémité intérieure de ces aubages est encastrée dans un caisson 5 en demi-lune qui met en conmunication deux segments suivants d'un même conduit circulaire . Le second segment de conduit est relié à un collecteur de vapeur 14 par des tuyaux extérieurs 14a.
L'huile lourde sous pression est injectée dans le tourillon d'air comprimé produit dans la pièce 6a des brûleurs ; le gaz produit par la combustion de l'huile, s'échappe par la tuyère 7 en se détendant , à cause de l'augmen- tation de la section ; par la détente , ils prennent une grande vitesse ; on utilise la puissance vive produite dans les aubages mobiles 4 de la turbine . Les aubages fixes 20 servent à diriger le jet ds gaz chaud , de l'aubage mobile qu'il vient de quitter sur le suivant .
Les gaz déjà refroidis , quittent la turbine par la tubulure 10 (fig.8) et se rendent à un surchauffeur
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tubulaire de vapeur 15, où ils se refroidissent encore puis traversent une chaudière tubulaire à vapeur à basse pression 16 dimensionnée pour ne laisser aux gaz que la température nécessaire à un bon tirage à la cheminée .
Un compresseur de vapeur 17 actionné par la turbine à gaz aspire la vapeur saturée de la chaudière en lui faisant traverser la turbine de la façon suivante : entrée par l'ouverture 7e du cylindre 7c, elle suit le cylindre 7a muni d'ailettes et le refroidit , puis sort du cylindre 7c par l'ouverture 7d et pénètre par les ouvertures 2b dans l'arbre du rotor . La vapeur suit le tuyau 2c, arrive dans le bout d'arbre 2d, revient en arrdere, et s'échappe du rotor au travers des aubages creux mobiles 4 ; la vapeur passe du conduit circulaire 11 dans la moitié des segments 13 du conduit voisin ; elle traverse les aubages creux fixes 20 correspondants , suit le caisson 5 en demi-lune , traverse les aubages creux fixes 20 en communication avec la seconde moitié de segments de conduits circulaires , puis de ceux-ci se rend au collecteur de vapeur 14 du compresseur .
La dernière série d'aubages mobiles creux abandonne sa vapeur à un conduit circulaire distribuant celle-ci à une enveloppe 18 entourant la tubulure d'échappement des gaz , pour la refroidir ; cette vapeur rejoint également le collecteur de vapeur du compresseur .
Le compresseur 17 (fig. 8) aspiraht la vapeur du collecteur à basse pression , et surchauffée par son passage dans la turbine à gaz , refoule la vapeur et en la comprimant sans apport extérieur de chaleur , la restitue à haute pression , mais saturée à la nouvelle pression.
La vapeur haute pression saturée , se rend alors au
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surchauffeur 15 où elle se surchauffe à haute température, et s'y emmagasine , l'énergie contenue dans cette vapeur peut être alors utilisée dans une machine à vapeur ordi- naire à pistons ou à turbine . L'échappement de cette dernière machine , constitué par de la vapeur saturée ou humide à basse pression se rend ensuite à la chaudière de récupération 16 après passage dans un déshuileur .
En réalité la vapeur parcourt uncircuit fermé et la chaudière ne sert qu'à faire l'appoint nécessaire , à compenser les pertes inévitables de vapeur basse pression dans la turbine .
Ce système offre l'avantage d'éviter la grosse perte de chaleur (chaleur latente de vaporisation) des systèmes ordinaires et le rendement d'ensemble peut être considérablement augmenté .
Il permet aussi de travailler à des pressions moyennes et la consommation d'eau est réduite fortement; chaque cas particulier d'utilisation , offre d'ailleurs ses avantages particuliers .
Dans le cas d'application aux locomotives avec brû- leurs au charbon pulvérisé , les avantages sont : diminu- tion du volume d'eau transporté et du combustible d'où possibilité de suppression du tender , possibilité d'envi- sager de très grandes puissances en employant des cbassis existants , travail du chauffeur simplifié , entretien diminué etc...
Dans le cas d'application aux automobiles avec brû- leurs à l'huile lourde les avantages sont : la vapeur H.P. produite peut être utilisée dans une machine à piston , ou une turbine , actionnant soit l'essieu arrière , soit
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l'essieu avant ; avantages dûs à l'emploi d'huile lourde au lieu d'essence au point de vue de consommation ; avantages de la machine à vapeur au point de vue souplesse (permettant de simplifier la boite de vitesse ou même de la supprimer) et au point de vue des chocs transmis au châssis , facilité de conduite etc...
Dans le cas d'application aux centrales électriques avec brûleurs marchant au charbon pulvérisé , celles-ci seraient équipées de groupes turbine à gaz - compresseur - surchauffeur - chaudière suivant l'invention , alimentant une turbine à vapeur ,actionnant un alternateur , au moyen d'un collecteur reliant les surchauffeurs ; la vapeur s'échappant de la turbine à vapeur , retourne aux différentes chaudières , par un collecteur . Les avantages résultent de la suppression du condenseur du réfrigérant et des pompes de circulation de l'eau et le rendement.d'ensemble est considérablement amélioré .
REVENDICATIONS.
1. Turbine à gaz alimentée par les gaz de combustion d'huile lourde , charbon pulvérisé ou autre combustible fluide comportant des ailettes creuses parcourues par un fluide réfrigérant caractérisée en ce que les ailettes creuses et éventuellement l'arbre creux du rotor de la turbine , sont parcourus par de la vapeur d'eau saturée ou voisine de son point de saturation .