<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE DEMARRAGE ET L'EXPLOITATION A CHARGE PARTIELLE
DE COMPRESSEURS ROTATIFS ET TURBINES.
Les compresseurs rotatifs et turbines, dans lesquels l'agent de travail subit une certaine variation du volume, sont construits d'habitude de faqon qu'ils fonctionnent correctement et à un bon rendement à cette même variation de volume, c'est-à-dire à des valeurs déterminées de la vitesse de passage variant en raison de la variation du volume. Donc, dans les conditions d'exploitation, où (par exemple lors du démarrage ou lors du fonctionnement à vitesse réduite ou à charge réduite) les variations de volume et de vitesse correspondant à l'exploitation normale ne se présentent pas dans l'agent de travail, le rendement de ces dispositifs diminue.
Ce phénomène peut avoir des conséquences très désagréables dans certains cas, par exemple, lorsqu'on veut mettre en marche une installation de turbine à gaz, consistant en un compres- seur et une turbine, prévus pour une pression de oompression importante. Le
<Desc/Clms Page number 2>
démarrage de telles machines se fait de faqon que le groupe est mis en rotation par une source d'énergie extérieure jusqu'à ce qu'il atteigne une vitesse, à partir de laquelle il est déjà capable de s'accélérer du fait de sa propre puissance, Toutefois, si lors du démarrage le rendement du compresseur et de la turbine est réduit, d'une part, la demande de puissance u moteur de lancement au;
mente grandement et, d'autre part, l'état, où le groupe est déjà capable de s'accélérer par sa propre force, se présentera à une vitesse beaucoup supérieu- re.
Le procédé et l'installation suivant l'invention éliminent cet inconvénient de façon que lors du lancement ou de l'exploitation à charge partielle (vitesse réduite) de compresseurs rotatifs, turbines ou de groupes de ces machines, une partie correspondante de l'agent de travail est dirigée par des conduites d'extraction et de contournement de façon que le poids de l'agent de travail passant par les étapes à haute pression de la turbine par l'unité de temps soit inférieur à celui de l'agent de travail passant par les étapes à basse pression et ?race à la variation des vitesses de passade qui en résulte, on rapproche les vitesses de passage se présentant réellement dans les étages de pression le plus possible des valeurs de vitesse,
qui.d'âpres la construction de la machine ou du groupes de machines, permettent d'obtenir le meilleur rendement.
La figure 1 montre une forme d'exécution de l'installation susceptible de réaliser le procédé, à titre d'exemple, en coupe longitudinale.
La figure 2 montre la vue latérale d'un autre exemple d'exécution, tandis que la figure 3 représente l'élévation et la coupe longitudinale partielle d'une autre variante d'exécution munie d'échaneur de chaleur.
Suivant la figure 1, dans le bâti 1 du compresseur est logé le rbtor 4 du compresseur, mis en rotation par l'arbre 3 reposant dans les paliers 2, 2'. Les lignes d'aubes mobiles 5, montées dans le rotor 4, sont placées entre les lignes d'aubes fixes 6. Au bâti se raccordent aux extrémités du rotor, d'une part, la tubulure d'amenée 7 et, d'autre part, la tubulure de sortie 8. L'arbre 3 du compresseur est relié à l'arbre 9 de la turbine, portant le rotor 11 dans le bâti 10 de la turbine. Le rotor de la turbine est muni de l'aubage mobile 12, tandis que les aubes fixes 13 sont montées dans le bâti 10 de la turbine. L'arbre 9 de la turbine repose dans les paliers 14, 14'.
La tubulure d'amenée 15 de la turbine est reliée à la tubulure de sortie 8 du compresseur par la chambre de combustion 17 alimentée par le brûleur 16. A
<Desc/Clms Page number 3>
l'extrémité du rotor de la turbine, opposée à l'amenée, la tubulure d'échappement 18 est raccordée au bâti de la turbine, Sur la chambre de travail du compresseur sont branchées respectivement les conduites d'extraction et de contour nement 19,20 qui communiquent avec la chambre de travail du compresseur par les orifices 21 et 22, Ces conduites de contournement communiquent par les orifices 24 et 25 avec la chambre de travail de la turbine également. Ces conduites sont munies des organes d'arrêt et d'étranglement 26 et 27, prévus pour la fermeture de leur section totale ou seulement pour l'étranglement des conduites.
De plus, la conduite de contourenement 20 est reliée à la chambre de combustion auxiliaire 29, alimentée par le brûleur'28.
Ce dispositif fonctionne. de la manière suivante :
Si les rotors sont en rotation, le compresseur aspire l'agent de travail (air) par la tubulure d'amenée 7 et le refoule à l'état comprimé par la tubulure de sortie 8 dans la chambre de combustion 17, où l'air se réchauffe du fait de la combustion du combustible introduit par le brûleur 16. D'ici l'agent de travail arrive par la tubulure d'amenée 15, dans la chambre de travail de la turbine, dans laquelle il se détend à une certaine pression inférieure et quitte la turbine par la tubulure d'échappement 18. Le travail produit par le dispositif peut être capté soit sur l'arbre 3, soit sur celui 9.
Dans le cas, où les organes d'arrêt 26 et 27 ferment les conduites de contournement 19 et 20, il n'y a aucun courant dans celles-ci; de façon générale, c'est le régime correspondant à la charge normale, Dans le cas cependant, où le dispositif est exploité à une vitesse sensiblement inférieure à la vitesse normale ou à charge réduite, -vu que la pression pouvant être obtenue dans le compresseur diminue sensiblement lors de la diminution de la vitesse- les vitesses de passage qui se présenteront dans le compresseur, différeront des valeurs de vitesse correspondant au régime normal à bon rendement et notamment-vu que le taux de compression est maintenant inférieur- de façon générale,
au côté à haute pression du compresseur les vitesses seront trop élevées et au coté à basse pression du compresseur elles seront trop réduites par rapport aux valeurs auxquelles, à la vitesse réduite donnée, le compresseur pourrait fonctionner à un bon rendement. Un phénomène similaire se présente dans la turbine, car à vitesse réduite la chute de pression qui s'y manifeste, est inférieure à la valeur de régime normal. Pour cette raison, de façon générale, dans la partie à haute pression de la turbine se présenteront également des vitesses excessives et dans la partie à basse pression des vitesses trop réduites, de
<Desc/Clms Page number 4>
sorte que le rendement de la turbine diminue, Si, dans un tel cas, on ouvre les organes d'arrêt 26 et 27 placés dans les conduites de contournement 19, 20, une certaine quantité d'agent de travail y passera.
Ce passade modifie la répartition de vitesses mentionnée plus haut dans un sens favorable; notamment, dans les étapes à haute pression la vitesse de passade diminuera, car une par- tie de l'agent de travail est dirigée par les conduites d'extraction et de con- tournement de faqon qu'elle ne passe pas du tout par les étapes à haute pres- sion. Dans cet exemple d'exécution, deux conduites de contournement, indépen- dantes l'une de l'autre, sont représentées. Ceci a pour but de porter la répar- tition des vitesses dans les machines rotatives le plus près de la répartition idéale.
Naturellement, on peut utiliser un nombre supérieur de conduites d'ex- et de points d'extraction traction/indépendants; toutefois, on peut aussi prévoir un seul endroit d'ex- traction au compresseur et amener l'agent de travail extrait du compresseur dans la turbine à un seul endroit seulement.-
Vu que dans le cas où les conduites d'extraction fonctionnent, ce n'est qu'une partie de l'agent de travail qui passe par la chambre de com- bastion 17, il peut arriver que dans cette chambre on ne peut pas introduire la quantité de chaleur nécessaire pour le démarrage ou pour le maintien du régime prescrit sans surchauffer l'agent de travail.
Cet inconvénient est éliminé par la chambre de combustion auxiliaire 29, dont le brûleur 28 est susceptible d'introduire une quantité de chaleur ultérieure, de manière qu'il permet de réchauffer aussi une partie de l'agent de travail extrait.
Si l'endroit d'extraction au compresseur, de même que l'endroit de raccordement de la conduite de contournement à la turbine sont choisis de façon que lors du rérime nrmal, en ces endroits, les pressions soient égales, on peut maintenir les organes d'arrêt qui y sont prévus ouverts lors du régime normal également, sans qu'il y ait un courant dans la conduite de contournement Alors, à. vitesse réduite ou à charge fractionnelle, lorsque la quantité de chaleur introduite est inférieure à la quantité correspondant à la valeur de charge normale, le courant s'amorce par les conduites de contournement dans le sens désiré automatiquement donc, les organes d'arrêt et leur commande ne sont pas nécessaires.
Dans la disposition représentée sur la fleure 2, la conduite d'extraction 31 du compresseur 30 ne se raccorde pas directement à la conduite de contournement 33 de la turbine 32, mais la conduite d'extraction 31 ainsi que celle de contournement 33 se raccordent à la chambre à haute pression 34,
<Desc/Clms Page number 5>
C'est dans cette même chambre que débouche la tubulure de sortie 35 du com- presseur 30, de même que la tubulure d'amenée 36 de la turbine 32, Dans les conduites 31 et 33 sont montées respectivement les organes de réglage37 et
38, susceptibles de fermer aussi.la section totale de la conduite.
En régime normal, ce dispositif fonctionne, de façon générale, de manière que les organes
37 et 38 sont fermés, toutefois, lors du démarrage ou de l'exploitation à vi- tesse réduite, le cas échéant, à charge partielle, les organes d'arrêt 37 et
38 sont ouveBts, tout en conduisant une partie de l'agent de travail de façon qu'elle contourne respectivement les étages à haute pression du compresseur et de la turbine.
Dans la disposition suivant la figure 3, la conduite d'extraction
40 du compresseur 39 se bifurque sur les conduites 41 et 42. La conduite 41 se raccorde à la chambre de compresseur 43 du compresseur, tandis que la conduite 42 débouche dans la conduite 44 de pression inférieure ; l'exemple repré- senté la conduite 44 est en même temps la conduite d'échappement .de la turbine.
La conduite de contournement 46, se raccordant aux étages intermédiaires de la turbine 45, possède également deux branches 47,49. La branche 47 se raccorde à la chambre à haute pression 56, communiquant également avec la tubulure d'amenée 48 de la turbine, tandis que la branche 49 communique avec 'la conduite à basse pression 50 constituant l'extension de la tubulure d'échappement de la turbine* Dans cette disposition l'échangeur de chaleur 51, connu en soi, est inséré entre la conduite à haute pression 43 du compresseur et la conduite d'amenée 48 de la turbine, pour réchauffer l'agent de travail frais comprimé par le compresseur tout en utilisant l'agent quittant la turbine, Les organes de réglage 52,54 et 55 susceptibles d'opérer aussi la fermeture totale, sont prévus pour l'étranglement et la fermeture des conduites 41,42, 47 et 49.
Ces dispositifs fonctionnent de manière qu'en régime normal les organes de réglage sont généralement fermés, de sorte que l'agent de travail ne passe ni par la conduite d'extraction 40, ni par celle de contournement 46. A vitesse réduite ou lors du démarrage on ouvre, de préférence, les organes de réglage 52, 54 pour obtenir que l'installation fonctionne suivant le mode d'exploitation du dispositif de la figure 2, de sorte'qu'une partie de l'agent de travail contourne les étages à haute pression du compresseur et de la tur- 'bine. Si l'on veut exploiter l'installation à pleine vitesse mais à charge partielle on ferme, de préférence, l'organe de réglage 52 et ouvre l'organe de réglage 53.
Dans ce cas, une partie de l'agent de travail passe par la
<Desc/Clms Page number 6>
conduite 42 directement dans la conduite 44 sans passer par la partie à haute pression du compresseur. Si, en même temps, on ferme l'organe de réglage 54 et ouvre l'organe de réglage 55, c'est une pression légèrement inférieure qui se présentera au raccordement de la conduite de contournement 46 à la turbine en raison des résistances de courant des tronçons de tuyaux respectifs branchés en parallèle 46,49 et 50 par ranport à, la pression dans la tubulure d'échappement de la turbine, de sorte que la dernière partie de la turbine entre la conduite de contournement et la tubulure de sortie fonctionne comme compres- seur à ce petit écart de pression et une partie de l'agent de travail, après avoir passé par la turbine,
retourne de la conduite 50 dans les étages à basse ,pression de la turbine, par la conduite de contournement 49 et 46. Ainsi en obtient que par les étages à haute pression de la turbine un moindre poids d'agent de travail passera par l'unité de temps que par les étages à basse pression et le rapport des vitesses de passage dans ces étages change en conséquence, de sorte que lors de charges partielles on peut améliorer le rendement de la turbine.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé, de préférence, dans tous les cas, où dans les machines rotatives le taux de variation du volume et, en particulier, dans les turbines, celui de l'augmentation du volume subit un changement par rapport aux valeurs normales. Naturellement, l'invention peut être utilisée non seulement dans les variantes correspondant aux exécutions représentées à titre d'exemple, mais aussi dans les variantes qui en diffèrent, de même que dans les cas, où le compresseur ou la turbine fonctionne, au lieu du passage axial représenté à titre d'exemple, suivant un tout autre système différent. Similairement, les organes d'introduction de combustible et du foyer, de même que l'échangeur de chaleur, etc.. peuvent être de système quelconque.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.