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PROCEDE POUR LE REGLAGE DE TURBINES A GAZ ET INSTALLATION POUR LA REALISATION
DE CE PROCEDE. -
Il existe des installations de turbines à gaz où l'agent de tra- vail, après compression et Introduction de chaleur préalables, se détend dans la partie turbine de l'installation en vue de fournir du travail; en outre, la chaleur du gaz détendu sortant de la turbine est transmise à l'agent de travail frais, comprimé à une pression supérieure, dans un échangeur de chaleur prévu à cet effet.
Lorsque l'installation doit fonctionner avec une charge fractionnelle à une vitesse donnée par d'autres considérations (celle-ci n'étant donc pas ré- duite pour le réglage de la puissance), il y a lieu de réduire, par rapport à l'état oorrespondant à la charge normale, au moins une des trois quantités, notam- ment,le poids de l'agent de travail passant par la turbine, le rapport de la pression d'amenée et celle d'échappement de la turbine, enfin la température absolue moyenne, régnant dans la turbine, En conséquence, suivant les systèmes
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proposés jusqu'ici, on peut agir, tant sur la quantité du gaz en passage que sur le rapport de pression disponible pour la turbine, par un étranglement prévu avant le compresseur, de même que (en particulier dans le cas de compresseurs à passage axial)
par le déplacement angulaire des aubes fixes du compresseur; de plus, on peut réduire la température régnant dans la turbine, en réduisant la quantité du combustible introduit dans l'agent de travail, sans réduire la quan- tité de l'agent de travail en passage. Tous ces procédés présentent cependant des inconvénients car par exemple, le premier et le troisième procédés donnent un mauvais rendement dans le cas de charges fractionnelles en produisant, d'une part une perte d'étranglement dans la quantité totale d'août de travail passant par la turbine et, d'autre part, une diminution de la température de la quantité totale d'agent de travail. Dans le second procédé, le déplacement angulaire des aubes présente une complication de construction, bien que cela soit très favo- rable au point de vue du rendement.
Le procédé de réglage suivant l'invention présente, d'une part, une solution plus simple au point de vue de la construction que le déplacement des aubes et, d'autre part, au point de Vue du rendement, il permet d'obtenir des valeurs qui se trouvent entre celles de ce dernier procédé et celles rela- tives aux deux autres procédés mentionnés.
Dans le procédé et l'installation suivant l'invention, au cours du réglage, une fraction de l'agent de travail est soustraite au cycle de tra- vail avant d'entrer dans la turbine et, le cas échéant, encore avant le passage total par le compresseur, sans fournir du travail; de cette façon le poids de l'agent de travail entrant dans la turbine et passant entièrement par celle-ci, donc aussi le travail fourni par la turbine diminuent.
Or, le procédé de réglage ne s'étend que sur cette fraction prélevée de l'agent de travail, donc les per- tes (par exemple par étranglement) se manifestant dans cette fraction prélevée seront également sensiblement inférieures à celles qui se seraient présentées si la quantité totale d'agent de travail avait été dirigée par les procédés provo- quant les pertes,
La figure 1 représente la disposition schématique d'une installa- tion se prêtant à l'exécution du procédé. La figure 2 est la coupe schématique d'un compresseur prévu pour l'installation destinée à la réalisation du procédé, tandis que la figure 3 est un détail de la coupe d'un compresseur muni de plu- sieurs prises et qui se prête à la réalisation du procédé.
A la figure 1, une extrémité de l'arbre 2 de la turbine 1 est
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couplée à l'arbre 4 du compresseur 3, tandis que l'autre extrémité de l'arbre 2 fournit le travail utile. Au compresseur 3 se raccordent, d'une part, la conduite d'amenée 5, et, d'autre part, la conduite de sortie 6 reliée à la tubulure d'a- menée à haute pression 8 de l'échangeur de chaleur 7 représenté à titre d'exemple Le foyer 10 est inséré après la tubulure de sortie à haute pression 9 de l'échan- geur de chaleur 7. Le foyer comporte le brûleur 11 et il est relié à la tubulure d'amenée 12 de la turbine, tandis que la tubulure d'échappement 13 de celle-ci est reliée à la tubulure d'amenée à basse pression 14 de l'éohangeur de chaleur 7.
La tubulure de sortie à basse pression 15 de l'échangeur de chaleur se rac- corde à la conduite d'échappement 16 des gaz fatigués, La conduite de sortie 6 du compresseur et la conduite 16 des gaz fatigués sont reliées par la conduite de contournement 17 comportant la soupape d'étranglement 18. Ce dispositif fonc- tionne de la manière suivante :
Le compresseur 3 aspire l'agent de travail frais par la conduite d'amenée 5 et après l'avoir comprimé à une pression supérieure, il le refoule par la conduite de sortie 6 dans l'échangeur de chaleur 7.
L'agent de travail comprimé traverse l'échangeur de chaleur 7 et s'y réchauffe par la chaleur des gaz d'échappement de la turbine; ensuite il parvient par la tubulure de sortie 9, au moins partiellement, dans le foyer 10, où du fait de la chaleur du combustible introduit par le brûleur ou pulvérisateur 11, sa température augmente encore plus L'agent de travail entre par la tubulure d'amenée 12 de la turbine dans celle-ci et y fournit du travail en se détendant pour la quitter par la conduite d'échap- pement 13. D'ici l'agent de travail parvient par la tubulure d'amenée 14 de l'échangeur de chaleur dans celui-ci; il le traverse et communique sa chaleur à l'agent de travail frais comprimé. Enfin l'agent de travail sort de l'échangeur de chaleur par la tubulure de sortie à basse pression 15 et quitte l'installa- tion par la conduite 16.
Dans le cas de pleine charge, la soupape de réglage ou d'étranglement 18, montée dans la conduite de prélèvement ou de contournement 17 est entièrement fermée mais à charge fractionnelle, la soupape 18 est ouverte, c'est-à-dire que la section libre de la conduite de prélèvement est modifiée en raison de la charge. Ainsi une fraction de l'agent de travail comprimé, fourni par le compresseur, quitte l'installation directement, sans passer par la turbi- ne.
L'organe de réglage 18 produit bien une perte d'étranglement, toutefois cel- le-ci ne s'étend que sur la fraction de l'agent de travail qu'il faut extraire du cycle de travail justement par le réglage. Dune*, par ce procédé de réglage, une partie du gaz amené au compresseur est écartée lors de la charge fraction-
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-nelle, avant son entrée dans la turbine, de sorte que la quantité de gaz passant par la turbine est inférieure à celle passant par le compresseur. La circonstance que la quantité de gaz passant par la turbine pendant l'unité de temps diminue, entraîne que la chute de pression se manifestant dans la turbine sera également inférieure, ce qui diminue encore plus la puissance fournie par la turbine, et en conséquence rend le réglage encore plus efficace.
En même temps, la perte due au réglage diminue également, car avec la diminution de la chute de pression de la turbine, la pression initiale de la détente, donc la pression finale de la compression diminue également et l'agent de travail prélevé par le réglage subit une perte par étranglement inférieure.
Sans compliquer sensiblement l'installation nécessaire pour la réalisation du procédé, le rendement peut être amélioré en préletant la quantité superflue de l'agent de travail non après le compresseur, mais déjà entre les étages du compresseur. La figure 2 montre une telle solution du compresseur. Le rotor 21 portant les aubes mobiles 22, se trouve sur l'arbre 20 du compresseur, supporté dans le bâti le* Les aubes fixes 23 sont fixées dans le bâti 19 et la conduite de prélèvement 24, dans laquelle se trouve l'organe de réglage ou d'étranglement 25, est branchée entre deux étages du compresseur sur l'espace annulaire 26 prévu dans le bâti.
Ce dispositif fonctionne de manière que le compresseur qui joue le rôle du compresseur 3 de la figure 1, aspire l'agent de travail par la tubulure d'amenée 27 et le refoule par la tubulure de refoulement 28 ; si la soupape d'étranglement 25 est partiellement ouverte, une partie de l'agent de travail échappe par la conduite de prélèvement 24, de sorte que la quantité de gaz passant par la turbine 1 est inférieure à celle amenée au com- presseur. Dans cette disposition, la pression du gaz extrait par prélèvement est inférieure à la pression totale produite par le compresseur et ainsi les pertes de travail dues au prélèvement sont inférieures à celles de la disposi- tion précédente.
Le fonctionnement de cette disposition est rendu encore plus favorable par la circonstance que dans le cas du prélèvement au compresseur, la vitesse de passage dans les étages précédant le prélèvement est supérieure à cette des étages se trouvant après la conduite de prélèvement. Comme la pres- sion produite dans un étage du compresseur est sensiblement inférieure, si la vitesse de passage y est supérieure, le prélèvement diminue l'efficacité des étages précédant la conduite de prélèvement par rapport aux étages situés après le prélèvement, donc la pression régnant à l'endroit du prélèvement diminué du fait de celui-ci.
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La solution représentée à la figure 3 est encore plus favorable car ici, dans le compresseur, l'agent de travail peut être extrait non à un 'seul, mais à plusieurs endroits. A la figure 3, les aubes fixes 30 fixées dans le bâti 29 du compresseur se trouvent entre les aubes mobiles 22 montées sur le rotor 21.
Les chambres 31, 31', 31", 31"' se raccordent à l'espace de travail du compres- seur auprès du pied des aubes fixes, ces chambres étant reliées respectivement aux'conduites de prélèvement 32, 32', 32", 32"'. Dans l'exécution représentée à titre d'exemple, les conduites de prélèvement débouchent dans les rainures annulaires 34 prévues sur la surface intérieure du cylindre 33. Dans le cylindre 33 se trouve le tiroir circulaire 35 qu'on peut déplacer dans le sens de l'axe du cylindre 33. Ce dispositif fonctionne de manière qu'en cas de charge, en dé- plaçant le tiroir 35 on est en mesure de varier la section de sortie des rainures annulaires 34 se raccordant aux conduites de prélèvement individuelles* c'est-à- dire les fermer ou les ouvrir entièrement.
Grâce à cette solution, on peut pré- lever l'agent de travail à extraire, d'un espace de pression très réduite, de sorte qu'au cours du réglage il n'y a presque aucune perte de travail. Dans cette solution les conduites de prélèvement peuvent être disposées de manière que la partie du compresseur ayant des prises ne produise aucune pression et que ce ne soit que la partie du compresseur dont les conduites de prélèvement sont fermées, c'est-à-dire fortement étranglées ou qui n'ônt aucune conduite de pré- lèvement qui comprime. On peut cependant réaliser le prélèvement en plusieurs endroits du compresseur par l'application réitée du dispositif de prélèvement représenté sa? la figure 2 et suivant des solutions très diverses.
En vue d'obtenir un bon rendement, il est utile de régler aussi la quantité de combustible utilisé pour le fonctionnement de la turbine, simul- tanément avec le prélèvement, au o@urs du réglage, de manière que la température moyenne régnant dans la turbine ne varie pas ou ne varie que dans une mesure ré- duite. A ceci correspond.le procédé, si la quantité de chaleur introduite dans l'agent de travail est réglée de manière que sa température à l'entrée de la turbine, reste approximativement constante pour les charges fractionnelles et à pleine charge.
Si l'on veut maintenir la température de l'échangeur de chaleur à une valeur constante (par exemple pour qu'il reste toujours en régime station- naire) il est utile de régler la chaleur introduite dans l'agent de travail de manière que la température de celui-ci, à la sortie de la turbine, reste approxi- mativement constante pour une charge fractionnelle et à pleine charge,
Le procédé de réglage et l'installation exposés conviennent non
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seulement aux réalisations décrites en détail à titre d'exemple mais aussi pour des solutions s'écartant de celles décrites.
Ainsi par exemple l'échangeur de chaleur 7 peut être d'un système quelconque ; on peut aussi utiliser un récupéra- teur ou il peut être tout-à-fait omis, On peut utiliser des combustibles très divers, combustibles gazeux, liquides ou solides et le foyer peut aussi être dis- posé, d'une manière connue d'ailleurs, en aval de la turbine. Le procédé peut être appliqué à des compresseurs ou turbines de réalisation quelconque; il peut également être appliqué si plusieurs turbines et compresseurs sont utilisés, le cas échéant, de manière que les compresseurs ne soient commandés que par une partie des turbines et que la charge utile soit portée par des turbines indépen- dantes de celles-là au point de vue mécanique et couplées en parallèle ou en sé- rie avec les turbines précédentes.
Dans la disposition suivant la figure 1 on peut disposer la conduite de contournement 17 et l'organe de réglage 18 après la tubulure de sor- tie à haute pression 9 de l'échangeur de chaleur 7, de façon qu'elle crée une liaison entre la tubulure d'amenée 12 et celle d'échappement 13 de la turbine.
Ainsi lors de l'ouverture de l'organe de réglage 18, l'agent de travail prélevé contourne la turbine. On peut appliquer la solution représentée à la fleure 3 à la turbine aussi, si simultanément une certaine fraction de l'agent de travail est extraite du compresseur par une ou plusieurs conduites de contrournement, c'est-à-dire qu'une fraction de l'agent de travail est dirigée de manière qu'elle contourne partiellement le compresseur de même que la turbine.
Dans ce cas,le e rotor 21 et le stator 29 sont respectivement le rotor et le stator de la turbine; le cylindre 33 est raccordé à la conduite d'échappement de la turbine (tubulure 13), de sorte que grâce aux prises 32, 32', 32", 32"' la turbine est aussi par- tiellement éliminée du cycle de travail, c'est-à-dire que dans le cas d'une charge fractionnelle il passe moins d'agent de travail (éventuellement d'une façon graduelle) par une partie de la turbine qu'il n'en entre dans le compres- seur.insi la chute de pression, se présentant dans la turbine, diminue dans le cas de charge fractionnelle aussi du fait que le courant d'agent de travail est dirigé partiellement en contournant la turbine.
En raison de l'invention, le guidage d'une fraction de l'agent de travail sur un chemin contournant la turbine a au moins partiellement deux effets au point de vue du réglage. D'une part, il diminue le travail fourni par la turbine, car la quantité d'agent de travail passant par la turbine est infé- rieure et, d'autre part, il agit sur la chute de pression se présentant dans la
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turbine par l'intermédiaire de la caractéristique de la turbine dans un tel sens qu'elle sera d'autant plus petite que la quantité d'agent de travail guidée en contournement sera plus grande. La diminution de la chute de pression dans la turbine réduit aussi la puissance.
Plus la diminution de la chute de pression dans la turbine est prononcée, moins d'agent de travail devra être guidé en contournement en vue de l'ajustage d'une charge fractionnelle donnée, ce qui est favorable au point de vue du rendement de la turbine à gaz. Comme la chute de pression ayant lieu dans la turbine est identique à l'augmentation de pression produite par le compresseur, dans le cas de charge fractionnelle, la caracteris- tique du compresseur a aussi une forte action sur le rendement de la turbine à gaz. Notamment, si l'augmentation de pression produite par un étage du compres- seur diminue, le volume de l'agent de travail, passant pendant l'unité de temps, augmente. Donc il est utile d'employer des compresseurs et des turbines qui possèdent, au moins au voisinage de la charge normale, une caractéristique pres- sion-volume raide.
Ici, si la pression avant le compresseur, a'est-à-dire en aval de la turbine, est po et la pression après le compresseur, c'est-à-dire en amont de la turbine, est @1, de plus, si le volume de gaz entrant dans le compresseur, c'est-à-dire s'échappant de la turbine pendant l'unité de temps en régime normal est Vn, la diminution de la oontrettpression du compresseur par rapport à la pression d'amenée : au voisinage du régime normal est supé- rieure à l'augmentation du volume de gaz aspiré par unité de temps par rapport au volume de gaz refoulé en régime normal : -de .
De même, dans les turbines à caractéristique raide, la diminution de la pression par rapport à la contre- pression #p au voisinage du régime normal est supérieure à la diminution #o du volume de gaz sortant de la turbine par rapport au volume de gaz s'échappant de la turbine en régime normal , o#v où #p et #v s'entrendent en vn po vn valeurs absolues pur la turbine et pour le compresseur,
L'utilisation de telles turbines et de tels compresseurs dans le cadre de l'invention fournit, en raison de ce qui précède, des rendements à charge f ractionnelles plus favorables que l'emploi de machines à caractéristique plate.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour le réglage d'un groupe de machines comportant un compresseur, une turbine à gaz et, éventuellement, un échangeur de chaleur, caractérisé en ce que , en vue de produire une charge fractionnelle, une frac-
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tion réglable de l'agent de travail entrant dans le compresseur est extrait du cycle de travail, avant l'amenée dans la turbine, sans avoir fourni du travail.
2. Procédé suivant 1., caractérisé en ce qu'une partie de l'agent de travail amené au compresseur est extrait du cycle de travail àau moins un endroit de prélèvement du compresseur.
3. Procédé suivant 1, ou 2., caractérisé en ce qu'une fraction de l'agent de travail amené à la turbine est extraite de la turbine à au moins un endroit de prélèvement, sans fournir du travail ultérieur.
4. Procédé suivant 1., 2, ou 3., caractérisé en ce que lors de la variation de la puissance de la turbine à gaz, la quantité de chaleur introduite dans l'agent de travail comprimé par le compresseur est réglée de manière que la température de l'agent de travail amené à la turbine reste pratiquement cons- tante entre certaines limites de charge, à pleine charge et à charge fraction- nelle.
5. Procédé suivant 1., 2. ou 3., caractérisé en ce que lors de la variation de la puissance de la turbine à gaz, la quantité de chaleur introduite dans l'agent de travail comprimé par le compresseur est réglée de manière que la température de l'agent de travail quittant la turbine, reste pratiquement constante entre certaines limites de charge, à pleine charge et à charge frac- tionnelle.
6. Installation pour la réalisation du procédé suivant 1., carac- térisée par un branchement reliant le courant d'agent de travail entre l'entrée du compresseur et celle de la turbine à l'espace se trouvant à la pression infé- rieure du cycle de travail, et dans lequel se trouve un organe de réglage sus- ceptible de faire varier la section jusqu'à la fermeture totale.
7. Installation pour la réalisation du procédé suivant 2.,(c'est-à dire rinstallation suivant 6. ) caractérisée en ce qu'en vue du prélèvement d'une fraction de l'agent de travail du cycle de travail entre les étages du compresseur, il y a au moins une conduite de prélèvement communiquant avec l'es- pace de travail du compresseur, dans laquelle se trouve un organe de réglage susceptible de faire varier la section jusqu'à la fermeture totale.,
8. Installation suivant 6., caractérisée par une conduite de con-
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-tournement entre les conduites d'entrée et de sortie de la turbine, dans laquelle se trouve un organe de réglage susceptible de faire varier la section.
9. Installation suivant qne quelconque des revendications 6. à 8., pour la réalisation du procédé suivant 3., caractérisée en ce que, entre les étages de la turbine, en communication avec l'espace de travail de celle-ci, il y a au moins une conduite de contournement, communiquant avec l'espace se trou- vant à la pression inférieure du cycle de travail, dans laquelle se trouve un organe de réglage susceptible de faire varier la sestion.
10. Installation suivant une quelconque des revendications 6. à 9., caractérisée par un compresseur ayant une caractéristique pression-volume raide, lit Installations suivant une quelconque des revendications 6. à la*, caractérisées par une turbine à gaz ayant une caractéristique pression-volume raide.
9 feuillets.
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PROCESS FOR THE ADJUSTMENT OF GAS TURBINES AND INSTALLATION FOR THE REALIZATION
OF THIS PROCESS. -
There are gas turbine installations where the working medium, after compression and introduction of heat beforehand, expands in the turbine part of the installation in order to provide work; furthermore, the heat of the expanded gas exiting the turbine is transmitted to the fresh working medium, compressed to a higher pressure, in a heat exchanger provided for this purpose.
When the installation has to operate with a fractional load at a speed given by other considerations (this speed therefore not being reduced for the regulation of the power), it is necessary to reduce, compared to the 'state corresponding to the normal load, at least one of the three quantities, in particular, the weight of the working agent passing through the turbine, the ratio of the inlet pressure and the outlet pressure of the turbine, finally the mean absolute temperature, prevailing in the turbine, Consequently, depending on the systems
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proposed so far, it is possible to act, both on the quantity of gas passing through and on the pressure ratio available for the turbine, by a throttle provided before the compressor, as well as (in particular in the case of compressors with axial passage )
by the angular displacement of the fixed blades of the compressor; in addition, the temperature in the turbine can be reduced by reducing the amount of fuel introduced into the working agent, without reducing the amount of working agent in transit. However, all these methods have drawbacks because, for example, the first and the third methods give a poor efficiency in the case of fractional loads by producing, on the one hand, a loss of constriction in the total August quantity of work passing through. the turbine and, on the other hand, a decrease in the temperature of the total amount of working agent. In the second method, the angular displacement of the blades presents a construction complication, although this is very favorable from the point of view of efficiency.
The adjustment method according to the invention presents, on the one hand, a solution which is simpler from the point of view of construction than the displacement of the blades and, on the other hand, from the point of view of efficiency, it makes it possible to obtain values which lie between those of the latter process and those relating to the two other processes mentioned.
In the method and installation according to the invention, during the adjustment, a fraction of the working agent is subtracted from the working cycle before entering the turbine and, where appropriate, again before the passage. total by the compressor, without providing work; in this way the weight of the working agent entering the turbine and passing entirely through it, therefore also the work provided by the turbine is reduced.
However, the adjustment process only extends over this fraction taken from the working agent, so the losses (for example by constriction) occurring in this fraction taken will also be appreciably lower than those which would have occurred if the total amount of work agent had been controlled by the loss-causing processes,
FIG. 1 represents the schematic arrangement of an installation suitable for carrying out the process. FIG. 2 is a schematic sectional view of a compressor provided for the installation intended for carrying out the process, while FIG. 3 is a detail of the section of a compressor provided with several taps and which is suitable for use. carrying out the process.
In figure 1, one end of the shaft 2 of the turbine 1 is
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coupled to the shaft 4 of the compressor 3, while the other end of the shaft 2 provides the useful work. The compressor 3 is connected, on the one hand, the supply pipe 5, and, on the other hand, the outlet pipe 6 connected to the high pressure pipe 8 of the heat exchanger 7 shown by way of example The hearth 10 is inserted after the high pressure outlet pipe 9 of the heat exchanger 7. The hearth comprises the burner 11 and it is connected to the inlet pipe 12 of the turbine , while the exhaust pipe 13 thereof is connected to the low pressure supply pipe 14 of the heat exchanger 7.
The low pressure outlet pipe 15 of the heat exchanger connects to the exhaust pipe 16 for the exhausted gases, The output pipe 6 of the compressor and the pipe 16 for the exhausted gases are connected by the bypass pipe. 17 comprising the throttle valve 18. This device works as follows:
The compressor 3 sucks in the fresh working medium through the supply line 5 and after having compressed it to a higher pressure, it delivers it through the outlet line 6 into the heat exchanger 7.
The compressed working medium passes through the heat exchanger 7 and is heated there by the heat of the exhaust gases from the turbine; then it reaches through the outlet pipe 9, at least partially, into the furnace 10, where due to the heat of the fuel introduced by the burner or sprayer 11, its temperature increases even more The working agent enters through the pipe d 12 of the turbine therein and provides work therein by relaxing to leave it through the exhaust pipe 13. From here the work agent enters through the inlet pipe 14 of the turbine. heat exchanger therein; it passes through it and communicates its heat to the fresh compressed working agent. Finally, the working agent exits the heat exchanger through the low pressure outlet pipe 15 and leaves the installation through line 16.
In the case of full load, the regulating or throttling valve 18, mounted in the sampling or bypass line 17 is fully closed but at fractional load, the valve 18 is open, that is to say that the free section of the sampling line is changed due to the load. Thus a fraction of the compressed working medium, supplied by the compressor, leaves the installation directly, without going through the turbine.
The regulating member 18 does produce a loss of throttling, however this only extends over the fraction of the working agent which must be extracted from the working cycle precisely by the regulation. Dune *, by this adjustment process, part of the gas supplied to the compressor is removed during the fractional charge.
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-nal, before it enters the turbine, so that the quantity of gas passing through the turbine is less than that passing through the compressor. The circumstance that the amount of gas passing through the turbine during the unit of time decreases, results in that the pressure drop manifesting in the turbine will also be less, which further decreases the power supplied by the turbine, and as a result makes even more efficient adjustment.
At the same time, the loss due to the adjustment also decreases, because with the decrease in the pressure drop of the turbine, the initial pressure of the expansion, therefore the final pressure of the compression also decreases and the working agent taken by the tuning experiences a lower choke loss.
Without appreciably complicating the installation necessary for carrying out the process, the efficiency can be improved by preletting the superfluous quantity of the working agent not after the compressor, but already between the stages of the compressor. Figure 2 shows such a solution of the compressor. The rotor 21 carrying the movable vanes 22, is located on the shaft 20 of the compressor, supported in the frame * The fixed vanes 23 are fixed in the frame 19 and the sampling pipe 24, in which is the adjustment or throttle 25, is connected between two stages of the compressor on the annular space 26 provided in the frame.
This device operates in such a way that the compressor which plays the role of the compressor 3 of FIG. 1, sucks the working agent through the supply pipe 27 and discharges it through the discharge pipe 28; if the throttle valve 25 is partially open, part of the working medium escapes through the sampling line 24, so that the quantity of gas passing through the turbine 1 is less than that supplied to the compressor. In this arrangement, the pressure of the gas extracted by sampling is lower than the total pressure produced by the compressor and thus the work losses due to the sampling are lower than those of the previous arrangement.
The operation of this arrangement is made even more favorable by the circumstance that, in the case of sampling at the compressor, the speed of passage through the stages preceding the sampling is greater than that of the stages located after the sampling pipe. As the pressure produced in one stage of the compressor is appreciably lower, if the passage speed is greater therein, the bleed off reduces the efficiency of the stages preceding the bleed line compared to the stages located after the bleed, therefore the prevailing pressure at the location of the debit reduced because of it.
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The solution shown in Fig. 3 is even more favorable because here, in the compressor, the working agent can be extracted not from just one, but from several places. In FIG. 3, the fixed vanes 30 fixed in the frame 29 of the compressor are located between the mobile vanes 22 mounted on the rotor 21.
The chambers 31, 31 ', 31 ", 31"' are connected to the working space of the compressor near the root of the fixed vanes, these chambers being respectively connected to the sampling pipes 32, 32 ', 32 ", 32 "'. In the embodiment shown by way of example, the sampling pipes open into the annular grooves 34 provided on the inner surface of the cylinder 33. In the cylinder 33 is located the circular slide 35 which can be moved in the direction of l The axis of the cylinder 33. This device operates in such a way that, under load, by moving the spool 35 it is possible to vary the outlet section of the annular grooves 34 connecting to the individual sampling pipes. that is, close them or open them entirely.
Thanks to this solution, the working agent to be extracted can be withdrawn from a space of very reduced pressure, so that during the adjustment there is almost no loss of work. In this solution the sampling lines can be arranged so that the part of the compressor having the taps does not produce any pressure and that it is only the part of the compressor whose sample lines are closed, that is to say strongly constricted or which does not have any sample line that compresses. However, the sampling can be carried out in several places of the compressor by the repeated application of the sampling device shown as? FIG. 2 and according to very diverse solutions.
In order to obtain a good yield, it is useful to also regulate the quantity of fuel used for the operation of the turbine, simultaneously with the withdrawal, during the regulation, so that the average temperature prevailing in the turbine does not vary or varies only to a small extent. To this corresponds the process, if the quantity of heat introduced into the working medium is regulated so that its temperature at the inlet of the turbine, remains approximately constant for fractional loads and at full load.
If you want to keep the temperature of the heat exchanger at a constant value (for example so that it always remains in stationary mode) it is useful to regulate the heat introduced into the working medium so that the temperature of the latter, at the outlet of the turbine, remains approximately constant for a fractional load and at full load,
The set-up method and installation shown are not suitable
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only for the embodiments described in detail by way of example but also for solutions deviating from those described.
Thus, for example, the heat exchanger 7 can be of any system; a recuperator can also be used or it can be omitted altogether. A wide variety of fuels, gaseous, liquid or solid fuels can be used and the hearth can also be arranged, in a known manner. elsewhere, downstream of the turbine. The method can be applied to compressors or turbines of any embodiment; it can also be applied if several turbines and compressors are used, where applicable, so that the compressors are only controlled by a part of the turbines and the payload is carried by independent turbines of those at the point mechanical view and coupled in parallel or in series with the previous turbines.
In the arrangement according to FIG. 1, the bypass pipe 17 and the adjustment member 18 can be arranged after the high pressure outlet pipe 9 of the heat exchanger 7, so that it creates a connection between the inlet pipe 12 and the exhaust pipe 13 of the turbine.
Thus when opening the adjustment member 18, the working agent collected bypasses the turbine. The solution shown in Figure 3 can also be applied to the turbine, if at the same time a certain fraction of the working medium is extracted from the compressor through one or more bypass lines, i.e. a fraction of the working agent is directed so that it partially bypasses the compressor as well as the turbine.
In this case, the th rotor 21 and the stator 29 are respectively the rotor and the stator of the turbine; the cylinder 33 is connected to the exhaust pipe of the turbine (pipe 13), so that thanks to the connections 32, 32 ', 32 ", 32"' the turbine is also partially eliminated from the working cycle, c that is, in the case of a fractional charge, less working agent (possibly gradually) passes through part of the turbine than it enters the compressor. Thus the pressure drop, occurring in the turbine, decreases in the case of fractional loading also because the working agent stream is partially directed bypassing the turbine.
By virtue of the invention, guiding a fraction of the working medium on a path bypassing the turbine has at least partially two effects from a control point of view. On the one hand, it decreases the work done by the turbine, because the quantity of working agent passing through the turbine is lower and, on the other hand, it acts on the pressure drop occurring in the turbine.
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turbine through the characteristic of the turbine in such a sense that it will be all the smaller as the quantity of working agent guided bypassing will be greater. Decreasing the pressure drop across the turbine also reduces power.
The greater the decrease in pressure drop across the turbine, the less work agent will have to be guided in bypass to adjust a given fractional load, which is favorable from the point of view of the efficiency of the turbine. gas turbine. Since the pressure drop occurring in the turbine is identical to the pressure increase produced by the compressor, in the case of fractional loading, the character of the compressor also has a strong effect on the efficiency of the gas turbine. In particular, if the increase in pressure produced by a stage of the compressor decreases, the volume of the working agent passing during the unit of time increases. Hence it is useful to employ compressors and turbines which possess, at least in the vicinity of normal load, a steep pressure-volume characteristic.
Here, if the pressure before the compressor, i.e. downstream of the turbine, is po and the pressure after the compressor, i.e. upstream of the turbine, is @ 1, further , if the volume of gas entering the compressor, that is to say escaping from the turbine during the unit of time in normal operation is Vn, the decrease in the pressure of the compressor with respect to the pressure of supply: in the vicinity of normal operation is greater than the increase in the volume of gas drawn in per unit of time in relation to the volume of gas delivered under normal operation: -de.
Likewise, in turbines with a steep characteristic, the decrease in pressure relative to the backpressure #p in the vicinity of normal speed is greater than the decrease #o in the volume of gas leaving the turbine relative to the volume of gas escaping from the turbine in normal operation, o # v where #p and #v agree in vn po vn absolute values for the turbine and for the compressor,
The use of such turbines and such compressors within the framework of the invention provides, because of the above, more favorable yields at fractional load than the use of machines with flat characteristics.
CLAIMS
1. Method for the adjustment of a group of machines comprising a compressor, a gas turbine and, optionally, a heat exchanger, characterized in that, in order to produce a fractional charge, a fraction
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The adjustable amount of the working agent entering the compressor is extracted from the working cycle, before the feed into the turbine, without having provided any work.
2. Method according to 1., characterized in that a part of the working medium supplied to the compressor is extracted from the working cycle at at least one sampling point of the compressor.
3. Method according to 1, or 2., characterized in that a fraction of the working agent supplied to the turbine is extracted from the turbine at at least one sampling point, without providing subsequent work.
4. Method according to 1., 2, or 3., characterized in that during the variation of the power of the gas turbine, the quantity of heat introduced into the working medium compressed by the compressor is adjusted so that the temperature of the working medium supplied to the turbine remains practically constant between certain load limits, at full load and at fractional load.
5. Method according to 1., 2. or 3., characterized in that during the variation of the power of the gas turbine, the quantity of heat introduced into the working medium compressed by the compressor is adjusted so that the temperature of the working medium leaving the turbine remains practically constant between certain load limits, at full load and at fractional load.
6. Installation for carrying out the following process 1., characterized by a connection connecting the current of working agent between the inlet of the compressor and that of the turbine to the space located at the lower pressure of the turbine. working cycle, and in which there is an adjustment member capable of varying the section until it is completely closed.
7. Installation for carrying out the process according to 2., (That is to say the installation according to 6.) characterized in that with a view to removing a fraction of the working agent of the working cycle between the stages of the compressor, there is at least one sampling line communicating with the working space of the compressor, in which there is an adjusting member capable of varying the section until it is completely closed.,
8. Installation according to 6., characterized by a con-
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-turning between the inlet and outlet pipes of the turbine, in which there is an adjustment member capable of varying the section.
9. Installation according to any one of claims 6. to 8., for carrying out the method according to 3., characterized in that, between the stages of the turbine, in communication with the working space thereof, there is has at least one bypass pipe, communicating with the space located at the lower pressure of the working cycle, in which there is an adjustment member capable of varying the sestion.
10. Installation according to any one of claims 6 to 9., characterized by a compressor having a steep pressure-volume characteristic, bed Installations according to any one of claims 6 to 1, characterized by a gas turbine having a pressure characteristic. stiff volume.
9 sheets.