<Desc/Clms Page number 1>
MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET d' INTENTION PROCEDE d'EXPLOITATION POUR TURBINES A GAZ ET TURBINE A GAZ POUR LA. REALISA- -TION DE CE PROCEDE%.-
D'après les propositions connues, relatives aux turbines à gaz, le combustible est brûlé dans l'agent de travail de la turbine à gaz avant de traverser la turbine, donc, avant la détente de l'agent de travail, afin que la chaleur développée lors de la combustion puisse être transformée en travail tout en l'utilisant le plus possible.
Ce procédé présente de nombreux inconvénients qui sont éliminés par le procédé d'exploitation faisant objet de l'in vention et par la turbine à gaz respective, de manière qu'au moins une partie du combustible à brûler dans l'agent de travail de la turbine à gaz, est brû- lée dans l'agent de travail de celle-ci après avoir passé la turbine. Ce procédé peut être utilisé pour des turbines munies d'échangeurs de chaleur qui
<Desc/Clms Page number 2>
réchauffent l'aTent de travail préalablement comprimé avant son entrée dans la turbine d'une manière aussi efficace que possible, tout en utilisant la chaleur de l'agent de travail quittant la turbine.
Si dans le cas de turbines munies de tels échangeurs de chaleur on brûle le combustible-au moins partiellement- dans l'agent de travail, après avoir traversé la turbine mais avant l'échangeur de chaleur, bien que la chaleur produite lors de la combustion ne chauffe plus que les gaz d'échappement quittant la turbine, l'échangeur de chaleur, travaillant de préférence à courant opposé, permet de transmettre cette chaleur à l'agent de travail d'une pression supérieure, entrant dans la turbine, notamment, au point de vue théorique, en raison de la nouvelle disposition, sans pertes particulières, vu que grâce à l'exécution et le dimensionnement appropriés de l'échangeur de chaleur, on peut assurer la transmission pratiquement complète de la quantité de chaleur additionnelle introduite dans le procédé de travail en aval de la turbine,
mais en amont de l'échangeur de chaleur, à l'agent de travail frais. Donc, cette chaleur n'est pas perdue, mais elle peut effectuer du travail, sans que des produits de combustion devraient forcément traverser la turbine. Ce procédé, edest- à dire la turbine à gaz travaillant d'après ce procédé, présente des avantages considérables par rapport aux procédés connus jusqu'ici, en tant qu'il permet aussi l'utilisation de combustibles, dont les gaz de combustion, cendres, etc.. exerceraient une influence défavorable sur les organes de la turbine.
De plus, ce procédé permet que la combustion ait lieu dans l'agent de travail quittant la turbine, donc, d'une pression inférieure -dont la pression est normalement égale à celle de l'atmosphère- au moyen de foyers simples qui rendent possible de brûler même des combustibles de qualité inférieure bon marché, houille, etc.. dans des conditions favorables.
Un avantage ultérieur de ce procédé consiste en ce que dans des cas, lorsque pour obtenir un meilleur rendement, une puissance supérieure , ou pour d'autres raisons, on veut réaliser dans la turbine, autant que possible, une détente isothermique ou une détente, pendant laquelle l'introduction de la chaleur dans l'agent de travail continue dans la turbine, on peut permettre, sans pertes considérables, de brûler le combustible partiellement après le passage par la turbine, ce qui favorise considérablement la réalisation de la détente idéale isothermique.
Enfin ce procédé permet de réaliser aisément la détente précitée, accompagnée de l'introduction de chaleur, même dans le cas de combustibles qui directement ne sont pas appropriés à la réalisation d'une telle combustion, ou dont les gaz de combustion, en raison de leur effet nuisible, ne se prêtent par à traverser la turbine, notamment, de manière qu'un tel combusti-
<Desc/Clms Page number 3>
-ble est brûlé partiellement après le passage de l'agent de travail dans la turbine et pendant cette combustion on transforme une partie du combustible, soit par distillation, soit par transformations chimiques, gazéification, cracking, etc.,de sorte que le produit obtenu puisse être brûlé sans aucune difficulté ou inconvénient soit en amont de la turbine, soit après avoir traversé la turbine partiellement ou entièrement, ou bien entre les étages de celle-ci.
Sur les dessins annexés, la figure 1 représente la turbine destinée à la réalisation du procédé d'exploitation, à titre d'exemple, c'est-à-dire la disposition schématique de l'installation, avec le foyer disposé en aval de la turbine et avec l'échangeur de chaleur de fonctionnement continu. Chacune des figures 5 et 6 en montre une variante. Les figures 2a et 2b sont les plans schématiques d'un autre exemple de réalisation dans le cas de l'emploi de combustibles solides et de la combustion partielle opérée en aval de la turbine. La figure 3 est le plan schématique d'un exemple de réalisation ultérieur, également dans le cas de l'emploi de combustibles solides, où le combustible s'est brûlé en amant de la turbine de manière que les composantes gazéfiables, etc.. de celui-ci sont partiellement brûlées en aval de la turbine.
Enfin les figures 4a et 4b représentent la coupe transversale schématique d'un tel exemple d'exécution ,où nous avons prévu un échangeur de chaleur d'un fonctionnement non continu.
Sur la Fig.l le rotor 2 du compresseur 1 supposé à titre d'exemple comme de passage axial, est entraîné par le rotor 5 de la turbine 4, également représentée comme de passage axial, au moyen de l'accouplement 3, l'autre bout d'arbre de la turbine se raccordant au consommateur d'énergie, au moyen de l'accouplement 6. L'agent de travail-de préférence l'air- entre dans le compresseur à travers l'orifice d'amenée 7 et il le quitte à travers l'orifice de sortie 8.
Entre cet orifice de sortie et l'orifieed'amenée 9 de la turbine 4 se trouve l'échangeur de chaleur 10 qui, dans le cas de cet exemple d'exécution, est de fonctionnement continu et d'un système à courant opposé, A l'orifice de sortie 11 de ladturbine se raccorde, d'une part, la conduite de contournement 13, réglable au moyen du clapet d'étranglement 12, et la conduite 15, réglable au moyen d'un clapet d'étranglement 14. La conduite 15 possède encore le branchement 17 réglable par le clapet d'@étranglement 16, ce branchement débouchant dans la chambre 19 du foyer 18 Be prêtant, à titre d'exemple, à la combustion de combustibles solides.
La conduite 15 se raccorde au foyer 18, notamment, dans l'exemple représenté, sous la grille 20 de celui-ci. Derrière le foyer, la conduite de contournement 13 et la conduite 21 des gaz de combustion du foyer, après s'être rejoints, se raccor- dent à l'échangeur de.chaleur 10.
<Desc/Clms Page number 4>
Le gaz entre dans l'échangeur de chaleur à travers le caniveau d'amenée 22 de celui-ci et il le quitte à travere le caniveau 23, dans lequel est installé le ventilateur 25 commandé par le moteur électrique 24. Dans le puits 27 du foyer 18 se trouve le combustible solide, amené au moyen de la soupape de dosage 28 et par la porte 29.
Cette installation fonctionne de la manière suivante :
L'agent de travail entre dans le compresseur 1, entraîné par la turbine, à travers l'orifice d'entrée 7 du compresseur et il le quitte à une pression supérieure à celle d'amenée, par exemple à une pressioe 1,5 à 8 fois la pression d'amenée, à travers le caniveau de sortie 8. Ensuite, l'agent de travail traverse l'échangeur de chaleur 10 à courant opposé, dans lequel il est réchauffé à préjudice de la chaleur des gaz d'échappement quittant respectivement la turbine et le¯foyer, par exemple à une température de 450 à 9000 C., puis, il entre dans la turbine 4 à travers l'orifice d'entrée 9. Ici, lors de la détente, sa pression baisse presque jusqu'à la pression d'amenée du compresseur, tout en développant du travail.
Le gaz quittant la turbine par l'orifice de sortie 11 arrive, respectivement à travers la conduite 15 et la conduite de contournement 13, d'une part, dans le foyer 18,et, d'autre part, directement dans le caniveau 21 conduisant à l'échangeur de chaleur. Le gaz entrant dans le foyer provoque la combustion, il se réchauffe et-en tant que c'est nécessaire- la combustion continue dans la chambre 19, tout en utilisant l'air secondaire de mélange, arrivant à travers la conduite 17.
Les produits de combustion de température élevée, en quittant la chambre 19, se mélangent aven l'agent de travail fourni par la conduite de contourenement 13, en vue d'ajuster la température du courant de gaz chauffant l'échangeur de chaleur, suivant la nécessité, et ils arrivent dans l'échangeur de chaleur 10 à travers le caniveau 21, l'échangeur de chaleur étant traversé en courant opposé par rapport au sens de passage de l'agent à haute pression entrant dans la turbine, tandis que les produits de combustion communiquent leur chaleur à ce dernier d'une manière aussi parfaite que possible. Le ventilateur 25 établit une certaine dépression dans la conduite 21, c'est-à-dire dans le foyer 18 , de sorte que lors de la manoeuvre du foyer, la fuite des gaz chauds n'est pas à craindre, donc, le maniement du foyer ne présente aucun danger.
Les ouganes de réglage 12, 14, 16 ,par exemple des clapets d'étranglement, sont prévus pour le réglage des quantités d'air nécessaires pour satisfaire aux tâches particulières.
Cet exemple d'exécution permet de réaliser la variante du procédé
<Desc/Clms Page number 5>
d'exploitation suivant l'invention où la totalité du combustible est brûlée en aval de la turbine. A cette exécution, en aval de la turbine et en amont de l'échangeur de chaleur, un tel foyer ou chambre de combustion est inséré dans le courant de l'agent de travail, par lequel passe au moins une partie de l'agent de travail et en vue de régler l'agent de travail traversant la chambre de combustion les organes de réglage, clapets, vannes, etc.. précités sont insérés dans le cou- rant de l'agent de travail.
Au lieu du moteur électrique, le ventilateur 25 peut être commandé par tout autre moyen, par exemple, soit directement par l'arbre de la turbine, soit par une turbine particulière),
A la disposition représentée sur les figures 2a et 2b, ce n'est pas seulement en aval de la turbine, mais aussi dans la turbine, avant la détente et pendant celle-ci que la combustion a lieu. A cette solution, à la conduite de décharge 54 du compresseur 53 commandé par la turbine 52 se raccorde l'échangeur de chaleur 55 à courant opposé. Après avoir passé par l'échangeur de chaleur, le gaz comprimé entre dans la turbine à travers la conduite 56.
De la turbine, le gaz sort par la conduite 57 et il arrive, à travers la conduite 59, dans le foyer 60, ce dernier se prêtant, dans le cas de l'exemple d'exécution représenté, à la combustion de combustibles solides, de manière que le combustible est partiellement brûlé et partiellement gazéifié ou distillé, etc et, en même temps, il se prête au prélèvement du combustible ainsi obtenu du foyer* Dans l'exemple représenté, l'air entrant dans le foyer 60 à travers les orifices 61 se déplace partiellement vers le haut, tandis qu'une partie du combustible y est brûlée avec l'oxygène de l'air* Les gaz entrant dans l'espace 63 à partir du puits 62 du foyer, sont entièrement brûlés avec l'air secondaire arrivant par la conduite 64 et ils entrent dans l'échangeur de chaleur 55 à travers la conduite 65, ensuite,
après avoir passé par l'échangeur de chaleur, ils%réchappent à travers la conduite de sortie 66 de celui-ci* En envisageant la partie de l'agent de travail présentant le circuit exposé, le fonctionnement correspond au prince de fonctionnement de la Fig.l* L'autre partie de l'agent de travail est cependant traité dans cet exemple d'exécution de manière que, grâce à ce traitement, on puisse obtenir un combustible secondaire qu'on peut ramener dans la turbine et y brûler* Cette seconde partie de l'agent de travail, saturé avec l'air frais entrant par les orifices 61, se déplace dans le foyer vers le bas tout en gazéifiant une partie du combustioble. Les gaz combustibles ou les vapeurs des matières combustibles, ainsi produits soient par le caniveau 67 se trouvant au-dessous de la grille.
Le filtre
<Desc/Clms Page number 6>
ou épurateur 102 (Fig.2) est destiné à éliminer-les impuretés contenues dans le gaz. D'ici le gaz parvient, à travers les conduites 103 et 104 dans les échan- geurs de chaleur à courant opposé 68 et 105, prévus pour cette branche du courant et dans l'échangeur de chaleur 68 il communique sa chaleur au gaz comprimé quittant le compresseur. La conduite 106, branchée sur la conduite de refoulement 54 du compresseur, se raccorde à la conduite d'entrée 107 de l'échaneur de chaleur 105, tandis que la conduite 108 de l'échangeur de chaleur reconduit l'air arrivant à travers la conduite 107, réchauffé par le gaz, par le raccordement à la conduite 56, dans le courant dirigé vers la turbine.
Si l'organe de réglage 110, se trouvant dans la conduite 103, est entièrement fermé, le gaz arrivant par la conduite 67 traverse l'échangeur de chaleur 105 en sa totalité et in y est refroidi presque à la température finale du compresseur, ensuite par la conduite 119 Il arrive à cette température dans l'échangeur de chaleur 68, branché en série avec l'échangeur de chaleur 105 dans le sens du courant de gaz.
Dans l'échangeur de chaleur 68 et dans l'installation d'épuration et de refroidissement 111, branchée en aval de celui-ci, il est refroidit encore, et en tant que c'est nécessaire, il est aussi purifié.L'Installation de refroidissement 111 est alimentée en eau de refrdidissement à travers la conduite 112 et l'eau la quitte par la conduite 113, Après avoir passé l'installation de refroidissement, le gaz arrive, à travers la conduite 114, dans le compresseur 70, commandé par le moteur électrique 71 ou par tout autre moyen, le cas échéant, directement par la turbine. Dans le compresseur la pression du gaz s'élève au moins à la valeur qui règne au point du procédé du travail, c'est-à-dire de la turbine 52, où on a l'intention d'introduire le gaz.
Le gaz quittant le compresseur 70 se réchauffe en traversant l'échangeur de chaleur 68 à courant opposé et ensuite il arrive, à travers les branchements 73, 73' de la conduite 72, dans les chambres de combustion disposées respectivement en amont de la turbine et entre les étages de celle-ci. A l'exemple d'exécution représenté, en amont de la turbine et en aval d'une partie de celle-ci se trouvent les chambres de combustion 48,49, dans lesquelles débouchent en plusieurs endroits, les brûleurs d'amenée de combustible 50 et 51. Les chambres de combustion sont exécutées de manière qu'une partie de l'agent de travail de la turbine y entre et le combustible introduit y est brûlé.
La combustion peut se propager même dans la turbine et il est aussi possible que la combustion ne soit entièrement terminée q@@après avoir traversé la turbine, ce qui permet d'établir dans la turbine une détente reliée à l'introduction de chaleur. Les clapets de réglage 110 et 116 sont destinés pu réglage de la partie du gaz quittant le foyer par la
<Desc/Clms Page number 7>
conduite 67 et traversant l'échangeur de chaleur 105, tandis que le clapet de réglage 109 est prévu pour régler la quantité d'air comprimé, traversant l'échan- geur de chaleur 105.
Une partie du gaz entre, àhtravers le tuyau 59 branché sur le tuyau 57 et ensuite à travers la conduite 74 se raccordant au tuyau 59, dans la chemise 75 du foyer 60, en vue de réduire les pertes de chaleur dans le foyer, ensuite, après avoir traversé la chemise, il rejoint le courant du caniveau 65, à travers le tuyau 76, se raccordant à la chemise. Au tuyau 57 se raccorde la conduite de contournement 77, dans laquelle, au moyen des organes de réglage, vannes ou clapets, etc.. 78,79, disposés dans la voie de l'agent de travail de la turbine, la quantité de l'agent de travail, amenée au foyer, peut être réglée suivant la charge de la machine, etc.. Le clapet de réglage 80 est prévu pour régler la quantité de l'air de mélange secondaire et le clapet 81 pour régler la quantité de gaz traversant la chemise du foyer.
Le combustible est amené dans l'espace du foyer à travers la porte 82, le puits de remplissage 84 et la soupape 83. Le maniement du foyer est grandement facilité par le fait qu'il n'y a pas de surpression, étant donné que le ventilateur 86, commandé par le moteur électrique 85 ou par tout autre moyen, y exerce un effet aspirant:
Afin d'empêcher l'échauffement excessif du gaz traversant le foyer 60, de préférence, on introduit dans le foyer aussi de l'eau ou de la vapeur d'eau A cet effet, on a prévu le serpent tubulaire 117, qui, à cet exemple d'exécution, est disposé dans la conduite du gaz d'échappement; toutefois, il peut être disposé à n'importe quel endroit.
Ce serpent de chauffage qui peut être exécuté aussi comme une simple cuve de chauffage, de manière que son espace de vapeur se raccorde à la conduite, est traversé par 1$eau qui s'y vaporise et en arrivant par la conduite 118, se mélange avec l'air arrivant au foyer. Ainsi de la vapeur d'eau est amenée au foyer et cette vapeur, en se dissociant dans la chambre de combustion, réduit la température qui y règne.
Une partie du gaz produit peut être brûlée dans l'espace 63, en amont de l'échangeur de chaleur 55 et l'autre partie qui part à travers le tuyau 67, est brûlée de la manière décrite en ce qui précède*
L'installation décrite peut être exploitée aussi de manière que pour la conduite d'amenée 107 de l'échangeur de chaleur 105, absorbant la chaleur du gaz combustible, quittant le foyer, l'air comprimé n'est pas prélevé du branchement 106, mais la conduite 107 est raccordée à la conduite 120, tout en fermant le branchement 106. Dans ce cas, c'est déjà l'air ayant passé l'échangeur de chaleur 55, donc, fortement réchauffé, qui entrera dans l'échangeur de chaleur 105
<Desc/Clms Page number 8>
à travers la conduite 120, de sorte que la température du gaz comprimé, entrant dans l'échangeur de chaleur 68 et sortant de celui-ci, sera supérieure.
Ce proc6- dé peut être favorable au point de vue de la combustion du gaz et à cet effet, la quantité d'air comprimé traversant l'échangeur de chaleur 105 peut être ajustée au moyen de l'organe de réglage 124. On peut cependant régler la température du gaz combustible sortant de l'échangeur de chaleur 68 à travers le tuyau 72 en ajustant les clapets de réglage 110 ou 116. L'installation décrite peut être aussi exécutée et exploitée de manière qu'on ferme le caniveau 65 entièrement au moyen du clapet d'étranglement 115 ou par tout autre moyen, de sorte qu'on ne prélève du foyer 60 que de la matière, du gaz combustible, de sorte que celui-ci fonctionnera comme un gazogène.
Dans ce cas, l'allure du procédé de travail est telle que la combustion se propage de la turbine, à travers les caniveaux 57,77, partiellement encore dans l'échangeur de chaleur aussi et se termine dansce dernier.
Dans ce dernier cas, il est particulièrement avantageux d'introduire de la vapeur d'eau dans la zone de combustion de la manière et dans le but connus dans le domaile des gazogènes. Ceci sera encore plus justifié pour le dispositif décrit, car l'air frais qui y entre, se trouve également à une température élevée d'environ 350 à 500 C. et ainsi il est encore plus nécessaire d'empêcher le sur- échauffement du foyer. En tant que des gaz combustibles quittant le foyer 60 à travers la conduite 67, du liquide ou de la matière combustible se condenseraient au cours du refroidissement du gaz dans les échangeurs de chaleur 105 et 68, la décharge de ces matières peut être opérée à travers le tuyau 121 ou 122 au moyen de la pompe 123 de système quelconque.
Le combustible ainsi obtenu peut être introduit dans les chambres de combustion 48 et 49 précitées et y brûler au moyen de dispositifs appropriés.
L'exemple d'exécution décrit est destiné à la réalisation d'une telle alternative du procédé d'exploitation faisant l'objet de l'invention, dans laquelle on brûle une partie du combustible dans un foyer parcouru par au moins une partie de l'agent de travail et disposé en aval de la turbine, on en produit des gaz combustibles, c'est-à-dire une matière combustible par gazéification , distillation, cracking, etc.. on l'amène en amont de la turbine ou après les étages de la turbine, le cas échéant, dans des chambres de combustion particulières, eù la combustion a lieu. En ramenant ainsi les combustibles obtenus dans le foyer par distillation, gazéification, etc , dans la turbine on peut y réaliser une détente reliée avec l'introduction de chaleur.
Au point de vue de la détente dans la turbine attachée à l'intro-
<Desc/Clms Page number 9>
-duction de chaleur, -ce qui est favorable pour plusieurs raisons- grâce à l'exécution des chambres de combustion, c'est-à-dire au mode d'introduction du combustible, on peut en effet obtenir que la combustion du combustible continue pendait le passage à travers la turbine.
Or, vu que le passage dans la turbine n'exige 'qu'une très courte durée, environ 1/100 seconde, il serait très difficile de régler la combustion dans la turbine de manière qu'elle soit déjà terminée lors de la sortie de la turbine, Le procédé constituant l'objet de l'invention, suivant lequel la combustion peut continuer même après le passage dans la turbiney facilite considérablement la réalisation de la détente reliée à l'introduction de chaleur*
En déviant de l'exécution décrite du foyer 60, on peut encore utiliser des installations de combustion, de distillation ou de gazéification, d'exécution différente qu'on doit choisir en tenant compte du combustible et d'autres exigences.
Vu que les organes d'amenée de combustible 50, 51, se rac- cordant à des endroits de la turbine, ayant des pressions différentes, au lieu du compresseur 70 et de l'échangeur de chaleur 68, on peut en utiliser plusieurs suivant les pressions différentes, dans ce cas ces appareils fonctionnent en parallèle.
A l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, une partie du gaz comprimé sortant du compresseur 88, entraîné par la turbine 87, à travers la conduite 89 et traversant l'échangeur de chaleur 90, entre dans le foyer 94 en une quantité déterminée par les organes de réglage 91, 92, à travers la con- duite 93 une partie du combustible étant brûlé dans le foyer 94, tandis que l'au- tre partie y est gazéifiée, distillée, etc..La gaz amené au foyer, d'une part, partiellement réchauffé par suite de la combustion, arrive à la tubulure d'ame- née 96 de la turbine à travers la conduite 95 et l'épurateur 125, et d'autre part il est amené avec les produits combustibles, obtenus du combustible primaire à travers la conduite 97, l'épurateur 126 et ensuite à travers la conduite 98 aux brûleurs 99,99. Le gaz détendu,
quittant la turbine arrive à l'orifice d'amenée de l'échangeur de chaleur 90 à travers le caniveau 100, ensuite il quitte l'é- changeur de chaleur à travers le caniveau de sortie 101. A cette variante dtexé- cution, il est également utile d'introduire de la vapeur d'eau dans le foyer..
C'est à cet effet que le réservoir d'eau 127 est disposé autour de la conduite
93, étant .alimenté à travers le tuyau 128. De l'espace de vapeur de ce réservoir. la vapeur produite entre dans la chambre de combustion du foyer à travers le tuyau 129.
<Desc/Clms Page number 10>
A cette exécution il est également possible d'exécuter le foyer de manière qu'il fonctionne seulement comme gazogène, tout en brûlant le gaz produit dans la turbine ou partiellement après la turbine en vue d'obtenir la détente reliée à l'introduction de chaleur. Dans ce cas, en amont de la turbine on utilise un foyer traversé par l'agent de travail, dans lequel le combustible est partiellement brûlé et partiellement soumis à la gazéification, etc.. et le gaz combustible produit, c'est-à-dire la matière combustible, est brûlé au moins partiellement soit en amont de la turbine, soit durant le passage partiel des étages de la turbine, ou bien après ce passage, tandis qu'une autre partie du gaz ou du combustible n'est entièrement brûlée qu'après avoir passé la turbine, finalement en amont de l'échangeur de chaleur.
Cette disposition a pour but que dans le cas d'un tel combustible, dont la combustion directe dans la turbine ne permet pas de réaliser dans la turbine la détente reliée à l'introduction de chaleur, grâce au combustible gazeux obtenu par la voie de gazéification,de la distillation, etc.., une telle détente puisse être réalisée, en particulier, de manière que la combustion puisse être continuée même en aval de la turbine.
A l'exemple d'exécution représenté sur les figures 4a et 4b, entre la turbine 30 et le compresseur 31 commandé par la turbine, c'est-à-dire entre la tubulure de sortie 32 du compresseur et la tubulure d'amenée 33 de la turbine, se trouve inséré l'échangeur de chaleur régénérateur 34, également à courant opposé et fonctionnant d'une manière intermittente. A l'exemple d'exécu- tion représenté, cet échangeur de chaleur comporte trois unités (35, 35t et 35") dont chacune est munie, au côté froid, des organes d'amenée commandés 36, 36', 36 et des organes de sortie commandés 37, 37', 37". Au côté chaud du régénérateur, il y a également des organes d'amenée et de sortie commandés, notamment, les organes d'amenée 39, 39', 39" et les organes de sortie 38, 38t et 38".
A l'exé- cution représentée à titre d'exemple, ces organes (soupapes) sont commandés par les cames disposées sur les arbres à came 41, 41'. Les arbres à cames sont en- trainés par le moteur électrique 42, d'une part, directement et, d'autre part, par l'intermédiaire de la transmission 43.
A l'intérieur de chacune des unités de l'échangeur de chaleur, de préférence parallèlement avec la direction du courant, se trouvent des tôles métalliques, dont la distance'mutuelle est aussi petite que possible (0.1 à 5 mm. de préférence., inférieure à 2 mm.) en vue d'augmenter la transmission de chaleur.
Perpendiculairement à la direction du courant, les unités de l'échangeur de cha- leur sont divisées en des faisceaux de tôles au moyen d'entrefers, afin d'empê-
<Desc/Clms Page number 11>
-cher la conduction de chaleur à partir de l'une des extrémités (extrémité chau- de) à l'autre extrémité (extrémité froide) du régénérateur dans la mesure du pos- sible. Au lieu de tôles métalliques, on peut cependant utiliser comme matière accumulatrice de chaleur, des tamis métalliques où une autre fourrure de grande surface, métallique ou en d'autre matière, par exemple en gravier, comportant des chambres d'air. L'agent de travail frais comprimé est amené au régénarateur par le caniveau d'amenée 32', communiquant avec l'antichambre des soupapes d'ad- mission 36, 36', 36".
Au côté chaud du régénérateur, le gaz sort par le caniveau
44 communiquant avec l'antichambre des soupapes d'échappement 38, 38', 38". A la tubulure d'échappement 45'de la turbine se raccorde le caniveau 46, par lequel le gaz chaud, quittant la turbine, arrive dans l'antichambre des poupapes d'ad- mission 39, 39', 39ë du régénérateur. Le gaz d'échappement refroidi quitte le ré- générateur à travers les unités 35, 35', 35" de l'échangeur de chaleur et le ca- niveau 47 communiquant avec l'antichambre des soupapes d'échappement 37, 37',37".
A l'exécution représentée à titre d'exemple, en amont des étages de la turbine ou entre les étages de celle-ci, se trouvent les chambres de combustion 131,132 dans lesquelles débouchent en plusieurs endroits les brûleurs, pulvérisateurs, etc.. d'amenée de combustible 73 et 73'.
Ce dispositif fonctionne de la manière suivante :
Le compresseur aspire le gaz-par exemple l'air- à travers sa tubulure d'amenée 52 et le refoule après compression, à travers la tubulure 32 et le caniveau 32' dans la section de l'échangeur de chaleur, fonctionnant périodi- quement, dont la soupape d'admission 36 se trouve justement ouverte. Entretemps la soupape d'échappement 38 de cette même unité de l'échangeur de chaleur est également ouverte, de sorte que le gaz traverse l'unité de l'échangeur de chaleur dans le sens de la flèche I et entre dans la turbine à travers la tubulure d'ame- née 33. En traversant le régénérateur, le gaz comprimé se réchauffe.
Le gaz quit- tant la turbine entre dans la chambre de travail du régénérateur à travers le caniveau 46 et la soupape d'amenée 39 se trouvant justement ouverte, et il le quitte à travers la soupape d'échappement 37 se trouvent simultanément ouverte et par le caniveau de sortie 47. Alors le gaz traverse l'échangeur de chaleur dans le sens de la flèche II, tout en se refroidissant.
Au moyen de soupapes commandées, les unités de l'échangeur de chaleur sont commutées périodiquement, de sorte que le passage ait lieu alternativement soit dans le sens de la flèche
I, soit dans celui de la flèche Il* Ainsi tandis que dans une partie des unités le passage s'opère dans le sens de la flèche I, dans l'autre groupe d'unités le
<Desc/Clms Page number 12>
passage a lieu dans le sens de la flèche Il*
Grâce à l'exécution appropriée de l'échangeur de chaleur, il est possible de réchauffer le gaz comprimé amené à la turbine, presque à la température du gaz détendu quittant la turbine, en utilisant la chaleur de ce dernier* Le gaz comprimé amené à la turbine par la tubulure d'amenée 33, passant à travers la turbine, développe du travail, tout en se détendant.
En utilisant la chambre de combustion 131, c'est-à-dire les pulvérisateurs ou brûleurs 73, il est possible d'introduire du combustible dans le gaz, avant son entrée dans la turbine, c'est-à-dire avant la détente, ou bien dans le cas de l'ajustement approprié de la combustion, pendant la détente. L'introduction du combustible ultérieure, c'est-à-dire de la chaleur ultérieure après le passage partiel à travers la turbine, peut se faire au moyen des pulvérisateurs ou brûleurs 73t disposés dans la chambre de combustion 132. De toute façon,cependant, l'ajustement de la combustion est tel que lors de la sortie de la turbine, elle n'est pas encore terminée, mais elle se propage dans l'antichambre des soupapes 39.
Naturellement il n'y a aucun inconvénient à ce que les échangeurs de chaleur de fonctionnement périodique ,utilisés dans ce dernier exemple, soient aussi adoptés dans les dispositions suivant les exemples précédents.
Dans les dispositifs décrits, il est essentiel que l'échangeur de chaleur, dont le fonctionnement est, soit intermittent, soit continu, fonctionne avec des pertes réduites, car ce n'est que dans ce cas qu'on peut transmettre la chaleur introduire en aval de la turbine dans l'agent de travail frais d'une pression supérieure, sans perte de rendement appréciable.
A cet effet, l'échangeur de chaleur à courant opposé, de fonctionnement continu, décrit dans les exemples précédents, se prête par excellence, si la distance mutuelle des tôles séparant les chambres de travail des agents transmetteur et récepteur de chaleur est petite (inférieure à 5mm.). En tant qu'on utilise suivant ce dernier exemple, d'une part, pour la raison mentionnée et, d'autre part, pour que les pertes dites de charge, se présentant lors de la commutation des unités de l'échangeur de chaleur, puissent être réduites, il est également essentiel que la distance mutuelle des tôles soit très petite, comme mentionné, inférieure à 5 mm. En vue de réduire la quantité de chaleur passant du côté chaud de l'échangeur de chaleur au côté froid,
il est utile de munir un tel échangeur de châles d'au moins cinq entrefers perpendiculairement au sens du courant.
Les dispositions décrites peuvent être aussi utilisées en des combinaisons arbitraires et en des alternatives déviant des exécutions décrites
<Desc/Clms Page number 13>
en détail seulement à titre d'exemple. Ainsi, par exemple, il est possible d'alimenter les foyers en combustibles solides (en morceaux ou en poussière) de même qu'en combustibles liquides ou gazeux, c'est-à-dire de les exécuter de manière qu'ils se prêtent à des tels combustibles. De même, il est possible de produire le combustible obtenu du combustible primaire (combustible secondaire), à brûler en amont de la turbine ou dans la turbine, en faisant emploi des procédés les plus divers, c'est-à-dire adopter les foyers appropriés à cet effet.
Il est aussi possible (d'une manière similaire aux échangeurs de chaleur représenté sur la figure 2b) de prévoir dans le circuit de gaz principal plusieurs échangeurs de chaleur, branchés en parallèle ou en série, ceux-ci le cas échéant, n'étant pas traversés par la totalité de la quantité de gaz ou d'air. Cette dernière disposition peut être avantageuse, par exemple, lors de la transmission de la chaleur des gaz de température élevée, obtenus dans le foyer, à l'agent de travail frais comprimé, avant de mélanger le'gaz de température élevée avec du gaz de température inférieure.
Les figures 5 et 6 montrent respectivement un tel couplage en parallèle et en série de deux échangeurs de chaleur situés dans le circuit de gaz principal en des dispositions représentées à titre d'exemple, ces figures étant dérivées de la fig.l, donc, leurs organes communs sont repérés par les mêmes références que ceux de cette dernière figure. Suivant la figure 5, tant le gaz à réchauffer quittant le compresseur 1, que le gaz détendu à refroidir, quittant la turbine 4, sont conduits à travers les échangeurs de chaleur 10 et 10', leurs quantités étant divisées.
Notamment, à travers l'échangeur de chaleur, le gaz est conduit au moyen des conduites ayant la disposition connue de la figure 1 et à travers l'échangeur de chaleur 10' au moyen des tuyauteries 8' et 9' branchées respectivement sur la tubulure de refoulement 8 du compresseur et sur celle d'amenée 9 de la turbine. Le gaz détendu, quàttant l'échangeur de chaleur 10, après avoir transmis sa teneur en chaleur, échappe directement à l'extérieur à travers l'orifice 23, tandis que l'échangeur de chaleur 10' est relié avec le gazogène 18 similairement à'la disposition de l'échangeur de chaleur 10 de la figure 1, en ce qui concerne le chemin du courant du gaz détendue donc, dans son orifice de sortie 23t est monté le ventilateur aspirateur 25.
Contrairement à cette disposition des régénérateurs en parallèles, dans la disposition série de la figure 6, une partie de la quantité de gaz comprimé traversant le régénérateur 10 est conduite aussi à travers le régénérateur 10", ensuite en s'unissant avec la quantité de gaz traversant uniquement le régénérateur 10, il est amené à l'orifice d'amenée de la turbine, tandis q'une partie de la Quantité de gaz quittant la turbine 4 passe directement seulement par le régénérateur 10. L'autre partie, après avoir passé partiellement par le gazogène 18, suivant la disposition
<Desc/Clms Page number 14>
de la figure 1, traverse d'abord le régénérateur 10" et ensuite-en rejoignant la quantité de gaz détendu, traversant feulement le régénérateur 10- ce dernier régénérateur encore.
Le ventilateur 25, provoquant la dépression nécessaire pour la production du gaz, est monté, dans ce cas également, dans la conduite de sortie de l'échangeur de chaleur 10" en relation directe avec le gazogène 18.
Grâce à un tel groupement des régénérateurs, on peut assurer que parmi eux ce ne soit qu'un seul, notamment, celui qui est en relation directe avec le gazogène 18 (le régénérateur 10' ou 10") qui est soumis dans une mesure appréciable à l'effet de suie des produits de combustion, en conséquence duquel, pour ce dernier régénérateur il faut prévoir la possibilité de nettoyage approprié( le régénérateur 10 suivant la figure 5 n'est pas du tout soumis aux produits de combustion). Dans la disposition de la figure 6, le régénérateur 10 est de basse température , tandis que le régénérateur 10" est de haute température ; par suite de la disposition représentée, la quantité de gaz qui passe par ce dernier est inférieure à celle qui passe par le régénérateur 10 et la chute de température y est également infénieure.
Par contre, dans la disposition de la figure 5, la valeur relative des quantités de gaz traversant les régénérateurs 10 et 10' dépend de l'ajustement de la section libre des clapets de passage insérés dans les tuyaureries de gaz et les minima des températures des deux régénérateurs sont identiques, tandis que le maximum de la température dans le régénérateur 10 est inférieur à celui du régénérateur 10'.
Il va sans dire qu'en dehors de ces exemples, on peut aussi adopter des régénérateurs d'un nombre supérieur à deux, et, de façon générale, des régénérateurs en une autre combinaison.
Naturellement, on peut aussi utiliser des régénérateurs de tout autre système, déviant des dispositifsdécrits. Aussi peut-on appliques un compresseur ou une turbine dont l'éxécution ou le système dévie respectivement de ceux du compresseur ou de la turbine représentés sur les figures. Ainsi, par exemple, on peut utiliser une turbine ou un compresseur de passage radial. En raison de son rendement élevé, l'emploi du compresseur connu en soi-même, dans lequel l'effet de froctement sur les surfaces des parois du stator et du rotor guidant le courant est éliminé en ramenant la couche limite fatiguée, collée à la surface, à des zones d'une pression inférieure, présente un avantage particulier.
Un tel compresseur est représenté sur la figure 1, où dans le stator 2 la couche limite fatiguée est ramenée à travers les caniveaux 133, 134 en amont d'un étage d'une pression inférieure, où, en rentrant dans l'espace de travail, par suite de la chute de pression disponible, elle
<Desc/Clms Page number 15>
acquiert de nouveau la vitesse convenable, Dans le rotor, le renouvellement de la couche limite au moyen de caniveaux de retour similaires représentés sur la figure, s'effectue de la même manière.
De préférence, on peut aussi adopter le refroidissement du compresseur (par exemple, par indection d'eau), de même que le réglage du débit d'air du compresseur (lors du réglage de la puissance) par étranglement ou par d'autres moyens , par exemple par le déplacement angulaires des aubes,
Revendications :
1.
Procédé d'exploitation pour installations mécaniques comprenant un compresseur, une turbine à gaz et un échangeur de chaleur (ou échangeurs de chaleur) inséré entre les deux machines précitées, caractérisé par ce que l'introduction de la quantité de chaleur, nécessaire pour entretenir l'exploitation, dans l'agent de travail est opérée entièrement ou partiellement par la combustion, ayant lieu dans l'agent de travail après l'échappement de la turbine et par la transmission de la quantité de chaleur ainsi obtenue, dans l'échangeur à l'agent de travail frais préalablement comprimé dans le compresseur.
2. Procédé d'exploitation suivant 1.,caractérisé par ce que la combustion du combustible est opérée partiellement pendant la détente ayant lieu dans la turbine, c'est-à-dire après que l'agent de travail ait parcouru certains étages de détente de la turbine, pendant la détente.
3. Procédé d'exploitation suivant 1., ou 2., caractérisé par ce que la combustion-du combustible a lieu partiellement avant l'introduction de l'agent de travail frais dans la turbine,
4. Procédé d'exploitation suivant 2. ou 3., caractérisé par ce que l'introduction du combustible dans l'agent de travail en vue de sa combustion a lieu en amont de la turbine, c'est-à-dire entre les étages de détente de la turbine de préférence dans une chambre de combustion (ou des chambres de combustion) prévue exprès dans ce but.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.