<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE TRAVAIL POUR TURBINES A GAZ ET TURBINE A GAZ POUR LA REALISATION
DE CE PROCEDE.-
On connaît l'emploi d'échangeurs de chaleur dans les turbines à gaz, en particulier dans celles qui fonotionnent à pression constante, en vue d'augmenter leur rendement, ces échangeurs de chaleur permettant d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement de la turbine pour réchauffer l'air comprimé dans une mesure aussi élevée que possible. De cette façon, grâce à l'emploi d'échan- geurs de chaleur appropriés, on peut élever le rendement de la turbine à gaz de 30 à 45 pour 100.
Or, l'éohangeur de chaleur, nécessaire à cet effet, est un dispositif très lourd, de sorte que dans les cas où la turbine à gaz doit être légère, donc, en premier lieu dans le cas d'emploi pour véhicules, avions, les échangeurs de chaleur ne peuvent pas être utilisés, tout au moins pas ceux qui permettraient de récupérer, d'une manière économique, la chaleur perdue,
<Desc/Clms Page number 2>
La méthode faisant l'objet de l'invention permet d'obtenir, même sans l'emploi étendu d'éehangeurs de chaleur et avec un poids propre réduit, un rendement global tellement élevé (25 à 45 pour 100) que l'emploi de la turbine à gaz devient économique même pour les buta mentionnés ci-dessus.
Dans de tels cas, en dehors du rendement favorable, le poids propre réduit du dispositif est également une condition importante. Il est donc essentiel qu'on puisse atteindre une grande puissance avec des dimensions aussi réduites que possible, condition à laquelle la méthode d'opération et la turbine à gaz, faisant l'objet de l'in- vention, satisfont également.
De façon générale, on a connu jusqu'ici le procédé utilisé dans les turbines à gaz fonctionnant à pression constante; ces turbines se caracté- risent par le fait que, dans une chambre de combustion se trouvant à l'amont de la partie turbine de la turbine à gaz, le combustible est brûlé dans l'air préa- lablement comprimé à pression constante; ensuite, les gaz résultant de la combus tion dans la turbine, subissent une détente, ce qui fournit du travail utile.
Comme nous le verrons aussi plus loin, ce procédé, d'une part, ne fournit pas un rendement très élevé et, d'autre part, il donne une puissance spécifique, (rapportée au kilogramme d'air traversant la turbine), sensiblement inférieure à celle qu'on obtient au moyen du procédé qui fait l'objet de l'invention. Par conséquent, pour obtenir une puissance donnée, il faut que la quantité de gaz qui traverse la turbine par unité de temps soit supérieure à celle qui traverse la turbine fonctionnant conformément à l'invention. Dans le premier cas, les dimensions du compresseur et de la turbine seront donc sensiblement supérieures, ce qui naturellement entraîne aussi un poids propre supérieur.
La turbine à gaz fonctionnant suivant l'invention, consiste en un compresseur, une turbine et en une chambre de combustion disposée après le compresseur. Dans la partie compresseur de la turbine, on comprime l'air à une certaine pression dont la valeur est choisie convenablement. Ensuite on opère la combustion dans l'air comprimé à pression constante, c'est-à-dire on intro- duit de la chaleur dans l'air; cette admission de chaleur est suivie, pendant la détente, d'une admission ultérieure de chaleur dans une partie de la turbine, de préférence,de manière que cette première partie de la détente soit pratique- ment isothermique, tandis que la détente qui suit cette première,soit plus pro- che de la détente adiabatique que de l'isothermique;
de préférence, celle-ci s'opère entièrement sans admission de chaleur. Grâce au choix approprié des
<Desc/Clms Page number 3>
pressions, c'est-à-dire des chutes de pression dans les étages de détente indivi- duels, on peut obtenir le rendemant favorable mentionné plus haut et une puissance spécifique relativement élevée, sans devoir porter la température maximum existant dans la turbine, au-delà de la limite encore admissible pour les matériaux de cons- truction, (c'est-à-dire au-delà d'environ 600 à 700 C.).
Dans les turbines à gaz, le travail nécessaire pour la compression de l'air est relativement très élevé par rapport au travail qu'on peut obtenir dans la partie turbine ; par exem- ple, il faut employer,environ 2/3 à 4/5 du travail total de la turbine à la com- mande du compresseur et ce n'est que le reste qui apparaît comme travail utile.
Par suite de cette circonstance, il est essentiel d'utiliser une turbine d'un bon rendement mécanique et en particulier, un compresseur d'un bon rendement qui, de plus, doivent présenter un encombrement réduit. On obtient des conditions de cons- truction très favorables si, dans la turbine à gaz sonforme à l'invention, on uti- lise un oompresseur à passage axial et une turbine à passage axial.
Au lieu du compresseur et de la turbine axiaux, on peut cependant utiliser aussi d'autres machines fonctionnant avec un bon rendement, par exemple celles à passage radial*
Dans les dessins annexés, donnés en vue de faciliter la compré- hension de l'invention, la figure 1 représente le graphique pression-volume;
La figure 2 est le graphique des rendements thermiques et des puissances spécifiques qu'on peut obtenir en fonction du rapport de compression et de la valeur relative de la détente adiabatique, à une température maximum de 600 C., le rendement du compresseur étant de 0.85 et celui de la turbine de 0.9.
Les figutes 3 et 4 représentent respectivement les mêmes graphi- ques pour les températures maxima de 600 et 700 C., le rendement du compresseur étant de 0. 9 et celui de la turbine de 0. 95 pour les deux graphiques.
Les figures 5 et 6 sont les coupes longitudinales de deux exem- ples de réalisation de la turbine à gaz,fonctionnant conformément à l'invention.
La figure 7 est la coupe longitudinale d'un exemple de réalisa- tion d'un pulvérisateur à utiliser pour le réglage convenable de la turbine à gaz.
Les figures 8 et 9 montrent les coupes longitudinales schématiques d'une turbine à gaz conforme à l'invention et suivie d'une turbine à basse pres- sion particulière.
Dans le graphique de la figure 1, les pressions engendrées en fonctionnement sont renrésentées par les ordonnées et les volumes spécifiques du gaz par les abscisses, po, vo et To représentent respectivement la pression, le volume spécifique et la température absolue initiaux du gaz aspiré par le com-
<Desc/Clms Page number 4>
-presseur; p1, v1 et T1 sont les caractéristiques de l'état du gaz quittant le compresseur, p1, v2 et T2 sont les caractéristiques de l'état du gaz entrant dans la turbine après l'admission de chaleur préalable, tandis que p2, v'2, T2 et p3, v3, T3 sont respectivement les caractéristiques de l'état final de la détente à température constante et de la sortie de la turbine après la détente adiabatique.
De façon générale, p3 est égale à po, toutefois, si avant le compresseur il y a de l'étranglement, po est inférieure à p3.
Suivant l'invention, l'air aspiré est comprimé à la pression p1 de manière adiabatique ; par suite de l'admission de chaleur, c'est-à-dire de la combustion opérée à la pression p1, la température de l'agent de travail s'élève de T1 à T2, cette dernière étant la température maximum du cycle de travail. Après cela, l'agent de travail entre dans la turbine et il se détend à la pression p2 de manière isothermique ou approximativement isothermique avec admission de chaleur ultérieure, c'est-à-dire, soit en continuant la combustion, soit avec une admis- sion et une combustion ultérieures de combustible. A cette dernière pression l'admission de chaleur est supprimée et la détente ultérieure jusqu'à la sortée de la turbine continue de manière pratiquement adiabatique.
Les avantages de cette méthode vis-à-vis de celles qui sont con- nues jusqu'ici, sont représentés sur les figures 2,3 et 4, chacune comportant deux familles de courbes. Dans ces figures, les ordonnées représentent le rapport de compression p1/po, et les abscisses le rapport de la ohute de pression corres- pondant à la détente adiabatique (p2-po) à la chute de pression totale (p1-po).
Donc, les abscisses sont les valeurs relatives de la détente adiabatique p2-po/ p1-po. Ainsi, sur les courbes des deux familles de courbes, les ordonnées corres- pondant à une abscisse nulle, représentent les valeurs correspondant à la détente isothermique, tandis que les ordonnées relatives à la valeur 1 de l'abscisse re- présentent les valeurs correspondant à la détente sans partie isothermique, donc, entièrement adiabatique.
Les courbes de l'une des deux familles de courbes du graphique, celles en traite pleins, relient les points correspondant à un tende- ment thermique égal, tandis que les courbes en traits interrompus de l'autre fa- mille de courbes relient les points correspondant à certaines valeurs constantes du travail utile exprimé en calories rapportées au kilogramme de l'air aspiré (puissance spécifique), Si les données de départ diffèrent des valeurs adoptées pour la température et le rendement (voir les figures 3 et 4),les courbes présentât une forme légèrement différente, quoique d'allure semblable.
De ces graphiques il résulte que dans le cas d'un rapport de
<Desc/Clms Page number 5>
'compression favorable (sur la figure 2, environ entre p1/po=5 et p1/po=11).
'même avec un fonctionnement à détente purement adiabatique, on peut obtenir un rendement thermique un peu plus favorable que 25 pour 100. Toutefois, la puis- sance spécifique varie seulement entre les valeurs d'environ 24 à 17 cal/kg.
.,,.Par contre, si après une détente donnée, ayant lieu à température constante, on supprime l'admission de chaleur et on continue la détente de manière adiabati- que, c'est-à-dire en raccourcissant la longueur de la détente adiabatique par rapport au procédé connu, on obtient un rendement thermique et une puissance spécifique sensiblement supérieurs. Ainsi, par exemple, si le rapport de com- pression est de p1/po=15 et la longueur relative de l'expansion adiabatique est est de 0.17, le rendement thermique/n-30,5 pour 100 et la puissance spécifique est de 40 cal/kg. Ces chiffres sont sensiblement plus favorables que ceux qu'on peut obtenir au moyen du procédé connu, à détente entièrement adiabatique.
En réduisant encore la longueur relative de la détente adiabatique, avec un rapport ,de compression, p1/po, constant, le rendement diminue, toutefois, et la puissan- ce spécifique augmente encore. Comme l'augmentation de la puissance spécifique entraîne la réduction du poids propre de l'équipement, il est favorable, à ce point de vue, de choisir une détente adiabatique relativement courte. La lon- gueur minimum admissible de la détente adiabatique est déterminée par la condi- tion que la combustion soit entièrement terminée avant la sortie de la turbine, car la partie du combustible qui est brûlée après la sortie de la turbine, re- présente une perte. Ainsi il est utile d'employer une détente adiabatique d'une longueur relative d'au moins p2-po/p1-po=0,05.
L'augmentation de la longueur de la détente adiabatique, avec un rapport de compression constant au-delà d'une certaine limite, entraîne déjà une diminution du rendement et de la puissance spécifique; toutefois, la puissance spécifique diminue plus rapidement que le rendement. Pour un rapport de compression supérieur, la longueur relative de la détente adiabatique ne peut pas être aussi grande que dans le cas d'un rapport de compression Inférieur, car dans ce cas la puissance spécifique diminue plus rapidement avec l'augmentation de la valeur p2-po/p1-po. Pour cette raison, il n'est pas favorable de choisir la valeur relative de la détente adiabatique de .,,manière qu'elle soit supérieure à une certaine valeur, fonction du rapport de pression.
En diminuant le rapport de compression au-dessous d'une certaine limite (environ p1/po=4), le rendement diminue rapidement; or, la puissance spé- cifique diminue également. Pour cette raison, bien que le rapport de pression
<Desc/Clms Page number 6>
inférieur fournisse un dispositif plus simple, il n'est pas intéressant d'aller au-dessous de la limite mentionnée. Mais l'augmentation du rapport de compres- sion n'est recommandée que jusqu'à une certaine limite. Un rapport de compres- sion élevé rend le dispositif trop compliqué; il augmente le nombre des étages nécessaires, tandis que, au-delà d'une certaine limite, les mêmes chiffres re- latifs au rendement et à la puissance spécifique peuvent être obtenus avec un rapport de compression inférieur aussi.
Donc, si ce n'est pas justifié par d'autres points de vue, il n'est pas intéressant d'aller trop loin avec le rap- port de compression. Pour les conditions représentées sur la figure 4, bien qu'ici il s'agisse de valeurs numériques différentes, les considérations ci- dessus sont également valables.
Ici, dans le cas de la détente purement adiaba- tique, la puissance spécifique maximum, qu'on peut atteindre avec un rendement d'environ 40 pour 100, est d'environ 36 cal/kg., tandis qu'avec les valeurs p1/po=25 et p2-po/p1-po=0.17, le rendement est de 44 pour 100 et la puissance ,spécifique est d'environ 70 cal/kg.. Le rendement maximum (environ 45 à 50 %) se présente environ pour les valeurs de p1/po=45 et p2-po/p1-po=0,3; la puis- sance spécifique étant d'environ 46 cal/kg.. Au-dessous de p1/po=4, pour les données sur lesquelles la figure 4 est basée, le rendement, de même que la puis- sance spécifique, est défavorable.
La figure 3 montre des conditions qui se trouvent entre celles des figures 2 et 4.
Dans ces deux derniers cas aussi, avec un rapport de compression réduit, la détente adiabatique peut être plus longue et elle diminue avec l'aug- mentation du rapport de compression, car le rendement, de même que la puissance ..spécifique diminuent sensiblement. Ainsi, par exemple, sur la base des trois graphiques, il est préférable de choisir la valeur relative de la détente adia- batique, c.à.d. la valeur p2-po/p1-po, de manière qu'elle soit inférieure à celle qui résulte de la rotation - . La courbe limite a-b correspon-
88 dant à cette relation est représentée, à titre d'exemple, à la figure 4.
Le procédé conforme à l'invention est basé sur la constatation du fait que la méthode exposée ci-dessus présente des avantages. D'après ce qui est exposé plus haut, en appliquant l'invention, on introduit de la chaleur à pression constante dans l'agent de travail préalablement comprimé, avant l'en- trée dans la turbine ; ensuite, après l'entrée dans la turbine, l'admission de chaleur est oontinuée de manière que la détente se fasse à température constante ou approximativement constante; enfin, cette détente à température constante
<Desc/Clms Page number 7>
est suivie d'une4étente ultérieure sans admission de chaleur.
Les courbes de la figure 4 mettent également en évidence que pour une détente adiabatique d'environ 4/10, le rendement est approximativement indépendant de la longueur de la détente adiabatique et de celle isothermique.
Pour cette raison, lors du réglage de la puissance de la turbine à gazé, il est avantageux de procéder de manière à régler la quantité de chaleur introduite et, de cette façon, la puissance de la turbine à gaz tout en variant la longueur de la partie adiabatique et en maintenant la température maximum à une valeur ap- proximativement constante. Toutefois, on peut adopter une autre solution et pro- céder de telle manière que lors du réglage, on règle la température maximum, donc, la quantité de chaleur spécifique introduite à pression constante.
Si on veut obvier à ce que, lors de la diminution de la puissance, la température soit trop réduite, on peut procéder de manière qu'en réduisant la chaleur intro- duite on diminue la quantité d'air fournie par le compresseur, ce qu'on peut réaliser au moyen d'un simple organe d'étranglement inséré avant le compresseur.
La figure 5 représente un exemple d'exécution de la'turbine à ,gaz destinée à la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention. Dans le bâti de la turbine et du compresseur se trouver le rotor 3 du compresseur portant les aubes mobiles 2. Dans cette réalisation, le rotor 3, de même que le rotor 5 de la turbine portant les aubes mobiles, sont calés sur l'arbre 6 de la turbine, supporté dans les paliers 25,26. Entre les groupes d'aubes mobiles du compresseur se trouvent les groupes d'aubes fixes 7, tandis que les aubes fixes 8 sont placées entre les aubes mobiles de la turbine. Derrière le compresseur se trouve l'espace de combustion 9, dans lequel débouchent les brûleurs ou pul- vérisateurs d'admission de chaleur 10, 10'.
De plus, entre les étages d'aubes de la turbine sont placés les brûleurs ou pulvérisateurs d'admission de chaleur 11, 12. Dans l'exemple de réalisation décrit, l'espace de combustion 9 est constitué par l'espace inté- rieur de la chambre de combustion 13. Ici la dambre de combustion est un corps de rotation coaxial avec l'axe de la turbine, construit en acier résistant à la chaleur et dont les parois (exception faite de quelques points d'appui) ne s'ap- puient pas entièrement contre les parois du bâti de la turbine à gaz: entre elles il reste l'interstice pour le caniveau 14. L'espace intérieur de la chambre de combustion possède des orifices communiquant avec l'espace 15 conduisant du compresseur à la turbine, et il est muni d'organes directeurs 16 placés en face du courant de gaz venant du compresseur.
Ces organes directeurs sont répartis
<Desc/Clms Page number 8>
sur toute la périphérie ou, le cas échéant, Ils sont prévus, de préférence, seu- lement à certaines parties de la périphérie sous la forme d'une denture; éven- tuellement ils peuvent être entièrement omis.
Les organes d'admission de combustible 10, 10', 11, 12, etc.. sont alimentés par la pompe 22. Si l'on désire que l'alimentation ne soit pas intermittente entre la pompe et les organes d'admission de combustible on peut insérer les pots compensateurs 23. la liaison entre la pompe et les organes d'admission de combustible est réalisée par le conduites 24. Sur le dessin, le nombre et la disposition des brûleurs ou pulvérisateurs d'admission de chaleur sont représentés schématiquement; ils peuvent avoir n'importe quelle forme con- venable. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : Lors de la rotation de l'arbre 6, le compresseur aspire l'air dans le sens de la flèche 17 à travers les orifices d'admission 18, l'air étant comprimé pendant son parcours à travers les aubes.
Les organes d'admission de chaleur 10, 10' amènent dans l'espace de combustion 9 soit les gaz de combustion chaude, soit le combustible directement; dans le cas d'un combustible liquide, celui-ci est pulvérisé, tandis que dans le cas d'un combustible solide, celui-ci est amené dans l'espace 9 non par pulvéri- sation mais par un autre moyen; enfin, dans le cas d'un combustible gazeux, ce- lui-ci est amené en passant simplement par ces organes, éventuellement déjà préalablement mélangé avec l'air. Pendant la combustion, par suite de l'admission de chaleur, la température de l'air comprimé augmente à pression constante, en- suite se fait l'entrée dans la partie turbine. Dans les étages de la turbine le gaz se détend successivement et il la quitte dans le sens de la flèehe 19 à tra- vers les orifices de sortie 20.
Voici le but et le fonctionnement de la chambre de combustion 13, représentée sur la figure 5 l'air sortant du compresseur se trouve en mouve- ment rapide; pour cette raison, si on ne dispose pas d'un espace de combustion d'une dimensions suffisante entre le compresseur et la turbine, le temps ne suf- firait pas pour que le combustible puisse être brûlé dans la mesure désirée.
Or, il faut avoir soin de veiller à la combustion rapide du combustible d'autant plus que la température de l'air sortant du compresseur n'est pas toujours élevée; dans le cas d'un rapport de compresseur de p1/po=10, si l'air aspiré a une tem- pérature de 0 C., la température après compression est d'environ 300 0., à la- quelle,par exemple dans le cas de la combustion de gaz-oil, l'allumage du com- bustible exige déjà une durée considérable, L'orifice de la chambre 9, communi- quant avec l'espace 15, subit un frottement par suite du courant d'air; pour une
<Desc/Clms Page number 9>
construction sans organes directeurs, le courant d'air met le gaz contenu dans la chambre de combustion en rotation.
Il se produit donc un mouvement de circu- lation par frottement ou par transmission d'impulsion convective; de la même façon, la convection et le mélange dûs aux tourbillons assurent l'amenée d'une certaine quantité d'air frais dans la chambre. On obtient le même résultat grâce à l'emploi des organes directeurs 16 qui, par endroits, dirigent une partie du courant d'air dans la chambre de combustion où l'air frais entrant maintient un mouvement de circulation intense, Eventuellement, on peut encore atteindre le même résultat en allongeant un peu la paroi côté turbine du corps 13 de la cham- bre vers l'arbre de rotation par rapport à la paroi opposée(aôté compresseur),en vue de diriger les gaz et d'obtenir le choc favorisant le tourbillonnement.
Grâ- ce au choix approprié de la dimension de l'orifice de communication, ou à l'exé- cution convenable'des organes directeurs, on peut régler la partie de l'air four- ni par le compresseur qui doit entrer dans la chambre de combustion. Les organes 10,10', exécutés de façon qu'ils puissent assurer le mélange approprié du combus- tible, amènent celui-ci dans la chambre de combustion.
Dans le cas d'un oombusti- ble liquide, ces organes sont des pulvérisateurs, la combustion ayant lieu dans la chambre de combustion dans la mesure nécessaire, d'après ce qui vient d'être exposé plus haut, Comme la combustion n'a lieu que dans une partie de la quantité totale de l'air entrant dans la chambre de combustion, la température sera sensi- blement supérieure à la température moyenne de l'entrée dans la turbine et ainsi on peut assurer l'allumage spontané et l'allure convenable de la combustion avant l'entrée dans la turbine. Par exemple, si la température du gaz sortant du com- presseur est de 300 C. et celle du gaz entrant dans la turbine est de 600 C. en moyenne, l'augmentation de température, pour une combustion à pression constante est de 300 C. pous la quantité totale de gaz.
Or, si on laisse entrer'seulement 1/3 de l'air frais sortant du compresseur dans la chambre de combustion dans cet- te partie de l'air, l'augmentation de température sera de 3 x 300 = 900 C. et la température régnant dans la chambre de combustion sera de 1200 C.; à cette tempé- rature, l'allumage et la combustion ont déjà lieu très rapidement.
Afin que les parois de la chambre de combustion ne s'échauffent pas d'une manière excessive, ou pour qu'elles ne chauffent pas excessivement la paroi du bâti, on laissera de préférence passer une partie de l'air sortant du compresseur par les interstices ou coniveaux 14 prévus entre la chambre et le bâti, 8'air est dirigé dans cet interstice par l'organe directeur 21 qui pénètre dans le courant d'air dans la mesure désirée et dirige un courant d'une intensité
<Desc/Clms Page number 10>
convenable vers l'interstice.
Toutefois, on peut aussi isoler la paroi de l'es- pace de combustion par tout autre moyen, par exemple au moyen de matières iso- lantes, et contre la radiation de chaleur, par exemple par une cloison divisée par plusieurs entrefers, interposée entre la chambre de combustion et l'organe à protéger contre la radiation de chaleur.
De la chambre de combustion sort une quantité de gaz chaud, cor- respondant à la quantité d'air entrant ; le gaz chaud se mélange encore avant l'entrée dans la turbine avec les autres parties du courant d'air, afin que les aubes de la turbine ne soient pas soumises à un échauffement local excessif. Il est utile de prévoir un bon mélange des gaz chauds sortant de la chambre, avec les autres parties de l'air, tout en laissant libre un espace de mélange appro- prié; éventuellement on peut faire usage d'une chambre mélangeuse spéciale.
Il en résulte que, d'une part, en vue d'obtenir l'allumage et la combustion sûrs et, d'autre part, pour réduire convenablement la température initiale de l'entrée dans la turbine, il est essentiel que le courant--d'air passant du compresseur dans la chambre de combustion, soit partagé en deux par- ties: la combustion s'effectue d'abord dans l'une, tandis que l'autre partie, pour la raison déjà exposée, sert comme addition pour le mélange après la com- bustion,
Les dispositifs d'admission de chaleur 11 et 12 peuvent naturel- lement être disposés non seulement dans les deuxième et troisième étages mais en des endroits et en nombre quelconques. Ils ont pour but l'introduction de chaleur ultérieure en vue de réaliser la détente isothermique ou approximative- ment isothermique.
Toutefois, on n'a pas toujours besoin de ces pulvérisateurs.
On peut aussi réaliser la détente isothermique de manière que le combustible soit amené seulement dans l'espace de combustion 9 1 Ne combustible liquide est introduit dans l'air de combustion comprimé dans une répartition telle (c.à.d. qu'on construit l'espace de combustion 9 de manière telle) que la combustion ne soit pas terminée avant l'entrée dans la turbine, mais qu'elle se poursuive dans la turbine tout en réalisant ainsi la détente isothermique ou approximati- vement isothermique. En vue de réaliser la combustion isothermique, le mode d'admission du combustible est d'une grande importance.
La fraction du combus- tible qui sera brûlée encore avant l'entrée dans la turbine et celle qui sera brûlée dans la turbine même, peuvent être réglées par la qualité du mélange et, dans le cas de combustible liquide, par la mesure de la pulvérisation, de même que par l'endroit de la chambre de combustion où l'on introduit le combustible
<Desc/Clms Page number 11>
dans l'air et, de plus, par l'exécution et le dimensionnement de l'espace de combustion. Tout effet qui ralentit la combustion, allongera la section à dé- tente isothermique, Ainsi il est utile de choisir les pulvérisateurs (entre autres les pulvérisateurs alimentant la chambre de combustion) de manière telle et de les alimenter de façon telle que la finesse de leur pulvérisation soit différente.
Le combustible finement pulvérisé sera brûlé plus rapidement que celui pulvérisé d'une manière grossière et, suivant la finesse de la pulvérisa- tion, la combustion sera prolongée dans la turbine dans une mesure plus ou moins élevée. Pour un certain degré de pulvérisation, on peut aussi influencer l'allure de la combustion par la construction de la chambre de combustion 9 ou par la quantité d'air frais qui y est amenée.
Au cours du réglage de la turbine à gaz, on fait varier aussi la longueur de la section isothermique, parmi les facteurs précités il est utile défaire varier au moins un. C'est à cet effet que le détail de construction représenté sur la figure 7 est destiné, cette figure montrant un pulvérisateur.
Dans le corps 33 du pulvérisateur est logée la soupape 34 qui guisse tout en étant étanche et qui, suivant sa position, règle avec son extrémité conique 35 la section libre se trouvant dans l'orifice conique 36. Le combustible entre dans le corps du pulvérisateur à travers les forages 37 et 38 et delà dans l'espace d'accumulation 39. Dans cet espace, la pressiozi du combustible est tel- le qu'elle soulève la soupape 34 par suite de sa pression agissant sur la sur- face inférieure contre le ressort 40. La tension initiale du ressort 40 peut être ajustée par le déplacement angulaire du bres 42 en ajustant longitudinale- ment le support de ressort fileté 41.
Comme la mesure de la pulvérisation du combustible dépend de la pression de pulvérisation, grâce au déplacement angu- laire du bras 42, on peut régler la mesure de la pulvérisation.
Si l'on introduit le combustible dans la chambre de combustion au moyen de plusieurs pulvérisateurs, pour une diminution de la puissance, le réglage peut être opéré, de préférence, de manière à diminuer d'abord l'alimen- tation des pulvérisateurs fonctionnant avec pulvérisation plus grossière. Si, en dehors des pulvérisateurs ou brûleurs d'admission de chaleur alimentant la chambre de combustion, on introduit le combustible aussi au moyen de brûleurs ou pulvérisateurs disposés entre les étages de la turbine, pour une diminution de la puissance, ce sont d'abord les derniers dont l'alimentation sera diminuée,
Lors du réglage de la turbine à gaz, au cas où le courant d'air aspiré est étranglé, les organes d'étranglement seront disposés dans l'orifice
<Desc/Clms Page number 12>
18 ou encore avant celui-ci.
Le compresseur à passage axial et la turbine à passage axial se prêtent par excellence à la réalisation du procédé faisant l'objet de l'inven- tion, étant donné qu'ils permettent le passage d'une très grande quantité d'air, tandis que les dimensions des machines sont réduites, ce qui signifie en même temps un poids propre réduit. La construction peut être réalisée de telle ma- nière que,par suite des transformations d'énergie dans les aubes, ce ne sont que les composantes périphériques de la vitesse du gaz qui subissent des va- riations essentielles ; donc, la composante axiale ne varie pas par suite des transformations d'énergie. Un tel dispositif permet d'obtenir des vitesses de passage très élevées sans que les pertes qui en résultent, soient trop impor- tantes.
Un tel compresseur et une telle turbine sont caractérisés par ce que le diamètre moyen d'une ligne d'aubes fixe disposée entre deux lignes d'aubes mo- biles voisines, est exactement ou approximativement égal à la valeur moyenne du diamètre du cercle moyen des aubes mobiles. De plus, ces dispositifs sont ca- ractérisés par ce que les lignes d'aubes individuelles se trouvent l'une auprès de l'autre sans qu'il y ait une cloison entre elles.
Si, au lieu du compresseur d'une telle construction, on emploie le compresseur centrifuge usuel avec diffuseur disposé en dehors de la roue du compresseur et avec caniveaux de retour consécutifs, par suite de la variation permanente dédia direction du courant, d'une part, on ne pourrait admettre qu' une vitesse de passage sensiblement inférieure et, d'autrepart,par suite des diffuseurs disposés en dehors de la roue mobile, il faudrait prévoir un bâti d'un diamètre beaucoup plus élevé.
Les diamètres mimimum sont obtenus, de toute façon, dans le cas du compresseur et de la turbine fonctionnant suivant le prin- cipe exposé,
Dans le compresseur, en vue d'obtenir un rendement et un débit favorables, il est utile d'éliminer la couche limite fatiguée, freinée par sui- te du frottement et de l'augmentation de pression, de la surface du bâti et du rotor, afin que cette couche ne puisse pas empêcher l'augmentation de pression prévue.
C'est à cet effet qu'est destiné le dispositif d'ailleurs connu, repré- senté à titre d'exemple sur la figure 5 : dans un certain étage du compresseur, la couche limite fatiguée retourne à un endroit où règne unepression inférieu- re, à travers les orifices 28,28' prévus auprès des parois 27,271,en passant par les caniveaux 29,29' et par les orifices 30,30', où en entrant, elle dispose de la teneur d'énergie normale par rapport aux conditions qui y règnent, de sorte
<Desc/Clms Page number 13>
qu'elle n'empêche pas l'augmentation de la pression.
Vu que le rendement de la'turbine est d'autant plus élevé que la température à laquelle elle fonctionne est plus haute et ses dimensions sont d'autant plus réduites que sa vitesse périphérique est plus grande, la sollioi- tation mécanique de la matière du rotor est très importante. Pour cette raison il est utile de refroidir le rotor à l'intérieur, ce qui peut être facilement réalisé en laissant entrer un courant d'air dans le rotor. C'est à cet effet que servent, d'une part, les orifices 31,31' des organes reliant les rotors à l'arbre et, d'autre part, 32,32t des supports de palier du bâti. Si les rotors sont exé- cutés avec des disques ou ils oonstituent une combinaison de systèmes à disques et à tambour, en vue du passage de l'air, il faut prévoir des orifices dans les disques également.
De plus, il est aussi possible de refroidir le rotor de la tur- bine au moyen de l'air comprimé sortant du compresseur ou avec une partie de celui-ci qui, dans ce cas, participe au cycle de travail après avoir traversé l'intérieur du rotor de la turbine. De même, le bâti extérieur de la turbine peut être refroidie au moyen de l'air comprimé,
Cette dernière solution du refroidissement du rotor de la turbine est représentée sur la figure 6, où la cambre de combustion 63 se trouve entre le rotor 61 du compresseur calé sur l'arbre 60 et le rotor à disque 62,62t de la turbine, également caté sur l'arbre 60 ; toutefois, dans l'exécution présente la chambre de combustion n'est pas placée étroitement entre les rotors, mais elle laisse de la place aux orifices de guidage d'air 65 et 66.
Sur les disques du ro- tor de la turbine, au voisinage de l'arbre se trouvent les orifices 67,67',etc. au-delà desquels, sur un diamètre supérieur se trouvent les nervures 68,68',etc.
Ces nervures annulaires des disques voisins ne se touchent pas du tout ou seule- ment par endroits, de sorte qu'il y reste une section de passage pour l'air.
Au-delà des nervures annulaires, sur un diamètre encore plus grand, des orifises de passage ultérieurs 69,69',etc. sont prévus sur les disques, Du côté compres- seur de la chambre de combustion 63, en face du courant d'air sortant du compres- seur se trouve l'arête directrice 70 qui pénètre dans le courant d'air précité et peut diviser le courant d'air sortant du compresseur en deux parties. La chambre de combustion est fixée dans le bâti extérieur 71 au moyen des organes directeurs 72, qui (comme exposé ci-dessus à propos de la figure 5i se trouvent à certains endroits de la périphérie de la chambre de combustion et qui sont destinés à ri- riger l'air dans la chambre de combustion.
Au côté turbine du corps de la cham-
<Desc/Clms Page number 14>
-bre, la nervure annulaire 73 se rapproche du premier disque du rotor de la tur- bine, de sorte qu'entre ces deux organes il ne reste qu'un petit interstice. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : Le courant d'air sortant du com- presseur se bute, suivant les flèches Indiquées, à l'arête directrice 70 et il se meut partiellement vers la chambre de combustion et partiellement à côté de la chambre de combustion, à travers le caniveau 65 radialement vers l'intérieur.
Cet- te partie du courant d'air est le courant de refroidissement qui entre à travers les orifices 67,67', etc. des disques axialement dans le rotor de la turbine et se déplace à travers les interstices en orifices prévus entre les nervures annu- laires 68,68' des disques, vers l'extérieur le long des disques de la turbine tout en refroidissant leur surface extérieure d'une manière efficace. Le courant d'air retourne dans l'espace qui subsiste entre le rotor de la turbine et la chambre de combustion, à travers les orifices de retour 69,69' et ensuite, tout en se mélangeant avec les autres parties de l'agent de travail, il'entre dans la turbine à travers le caniveau 66.
Le olume spécifique du gaz traversant la turbine est le plus élevé à l'entrée dans le compresseur et dans la partie basse-pression de la tur- bine. Afin que, (surtout à ce dernier endroit), la dimension radiale des aubes ne soit pas trop grande, il est utile de construire la turbine de manière que sa partie basse pression ait un diamètre supérieur. Dans ce cas, pour que sa vitesse périphérique ne soit pas trop élevée, de préférence, on choisira son nombre de tours à une valeur inférieure. Une telle solution est représentée à la figure 8.
Ici on voit que le rotor 44 du groupe turbine-compresseur est logé dans le bâti 43, le rotor 44 étant supporté en 47,47' par l'arbre 46 du rotor 45 de la turbi- ne à basse pression. Le rotor 45 astionne directement le système d'utilisation d'énergie (par exemple l'aéllec d'avion 57).L'arbre 46 est supporté dans le bâti 43 au moyen des paliers 48,48'. L'air entre à travers l'orifice d'entrée 49 du compresseur et il parvient dans la turbine à basse pression 45 d'un diamètre supérieur, après avoir traversé le compresseur et la turbine à haute pression 50.
Le système d'engrenages 51 établit une liaison mécanique entre les retors 44 et 45.
A la tigure 9, le rotor 52 à basse pression du compresseur est aussi d'un diamètre supérieur à celui du rotor à haute pression 53 et il est calé sur un arbre 56 commun avec le rotor à basse pression 54 de la turbine et avec le système d'utilisation 57 (par exemple l'hélice). Ici la liaison mécanique du grou pe turbine-compresseur 53 est constituée par l'engrenage 55.
<Desc/Clms Page number 15>
Il est utile de choisir les dimensions du groupe turbine-compres- seur 44 ou 53, c'est-à-dire la répartition de la puissance sur les parties à hau- te et à basse pression de manière que la puissance utile résultant de la partie contenant la turbine à haute pression (turbine et compresseur) soit nulle, de sorte que le travail de la turbine à haute pression suffise justement pour cou- vrir la puissance absorbée par le compresseur. Dans ce cas, il est utile de prélever la puissance utile sur l'arbre 46 ou 56, de sorte que la puissance à transmettre par l'engrenage 55 ou 51 est aussi égale à zéro ou à une valeur trés réduite. Dans le cas d'une telle répartition des machines, la liaison méca- nique entre le groupe turbine-compresseur et les machines à basse pression paut être entièrement omise, donc, le premier groupe tourne librement.
Les solutions décrites et représentées sur les dessins ne sont d'ailleurs à considérer que comme des exemples d'exécution et elles sont suscep- tibles d'être utilisées dans de multiples variantes qui n'ont pas été décrites en détail pour éviter d'allonger inutilement l'exposé.