<Desc/Clms Page number 1>
MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Monsieur Alexis DOBROVOLSKY Procédé et installation pour la production d'énergie à l'aide de turbines à gaz.
La présente invention a pour objet un procédé et une installation pour la production d'énergie à l'aide de turbines à gaz dans des conditions permettant à celles-ci de travailler avec de l'air atmosphérique comme gaz moteur, ce qui présente comme avantages notamment la suppression de l'encrassement et de la corrosion des aubages et la possibilité d'utiliser un combustible quelconque pour fournir l'énergie motrice.
A cet effet, suivant l'invention, l'air atmosphérique successivement comprimé et chauffé, est utilisé comme gaz moteur et comme comburant d'un combustible de manière à développer par la récupération de l'énergie calorifique créée, non seulement l'énergie nécessaire à la compression initiale de l'air, mais aussi de l'énergie mécanique disponible.
L'invention peut être réalisée de diverses manières, par exemple en comprimant l'air qui est envoyé dans un échan- geur' de chaleur d'où il passe dans une turbine où il se détend avant d'être admis au brûleur où il sert de comburant pour brûler le combustible et alimenter l'échangeur de chaleur.
Suivant un autre mode d'exécution l'air atmosphérique est successivement comprimé, chauffé et partiellement détendu en développant l'énergie nécessaire à sa compression, après quoi l'air partiellement détendu est de nouveau chauffé et détendu, en développant cette fois de l'énergie utilisable, l'air nouvellement détendu étant alors utilisé connue comburant.
L'installation, dans¯ce dernier cas, est également sim ple et comprend un brûleur, deux échangeurs de chaleur, deux turbines et un compresseur actionné par l'une des turbines. Des conduites d'air relient respectivement le compresseur à l'un des échangeurs, celui-ci à l'admission de l'une des turbines, l'échappement de celle-ci au second échangeur, ce dernier à l'admission de la deuxième turbine, enfin l'échappement de celle-ci au brûleur, dont les gaz de combustion traversent les deux échangeurs de chaleur.
Ainsi est établie grâce à lénergie calorifique dégagée dans le brûleur et récupérée dans les échangeurs de chaleur une circulation d'air à circuit ouvert qui alimente les deux turbines dont l'une actionne le compresseur tandis que l'autre développe avec un rendement élevé l'énergie mécanique utilisable à l'extérieur.
<Desc/Clms Page number 2>
Pour bien faire comprendre l'invention on se référera au dessin annexé sur lequel Figs. 1 et 2 représentent schemati@uement, à titre d'exemple, deux installations suivant l'invention et Figs. 3 et 4 sont des diagrammes entropiques représentant respectivement le fonctionnement de ces installations.
Dans l'exemple representé à la Fig. 1 l'air at:nosphéri- que aspiré en 1, est comprimé par le compresseur 2 et envoyé dans l'échangeur de chaleur 3 qui élève sa température. Il passe ensuite dans la turbine 4 où il se détend en actionnant le rotor calé sur l'arbre 5 qui porte également le rotor du compresseur 2.
L'énergie communiquée à l'arbre 5 est supérieure à celle qui est nécessaire'pour la compression, de sorte qu'il reste, en 6 de l'énergie disponible pour toute utilisation désirée.
De la turbine 4, l'air détendu mais encore chaua passe dans la chambre'de combustion 8 où il brûle le combustible amené au brûleur 9 par tout dispositif approprié. Les gaz de combustion parcourent l'échangeur de chaleur 3 où ils abandonnent la majeure partie de leur chaleur à l'air comprimé et s'échappent en 10 à l'état refroidi.
Le fonctionnement dans cette installation peut être représenté par un diagramme entropique tel que a b c d (Fig. 3) où a - b représente la compression dans le compresseur 2, b - c le passage de l'air dans l'échangeur de chaleur 3, c - d la détente dans la turbine 4 et d - a la perte de chaleur subie par les gaz se rendant à l'atmosphère.
Suivant un autre mode d'exécution (Fig. 2) l'échangeur de chaleur est divisé en deux parties 3 et 13. L'air chauffé en 3 actionne une première turbine 12 dont. l'arbre 11 porte le rotor du compresseur 2, mais où l'air n'est détendu que dans la mesure nécessaire pour actionner le compresseur 1. De la turbine 12 l'air partiellement détendu passe dans l'échangeur 13 où il est de nouveau réchauffé avant d'être admis dans la turbine 14 dans laquelle il produit un travail utilisable, qui peut être récuperé par exemple sur l'arbre 15.
Après s'être détendu dans la turbine 14 et y avoir abandonné la plus grande partie de son énergie, l'air passe comme précédemment dans la chambre de combustion 8 où il brûle le combustible amené au -brûleur 9, les gaz chauds produits par la combustion parcourant successivement les echangeurs de chaleur 13 et 3 et s'échappant en 10.
Dans le diagramme entropique a b c d e f (Fig. 4), a - b représente la compression dans le compresseur 2, b - c le passage de l'air dans l'échangeur de chaleur 3, c - d la detente dans la turbine 12, d - e le passage de l'air dans l'échangeur de chaleur 13, e - f la détente dans la turbine 14 et f - a la perte de chaleur subie par les gaz sortant à l'atmosphère.
Le réglage de la puissance se fait en dosant la quantité de combustible admise au brûleur '9. Ainsi, par exemple si, dans le cas de la Fig. 2, on diminue cette quantité de combustible, la température du gaz baisse momentanément, puisque la combustion se fait alors avec un excès d'air. La quantité de chaleur transmise à l'air comprimé dans l'échangeur 3 diminue, ainsi que la vitesse de la turbine 12. Par conséquent le débit du compresseur 1 diminue aussi. L'excès d'air est alors réduit et après une période de transition la température du gaz remonte et il s'établit un noubeau régime, les turbines 12 et 14 travaillant avec de l'air à même température que précédemment, mais à débit réduit.
Abstraction faite des pertes de chaleur qui deviennent proportionnellement plus grandes quand le débit est plus faible, le fonctionnement peut être représenté, quelle que soit la puissance, par un diagramme semblable à celui de la Fig. 2.
@
<Desc/Clms Page number 3>
Il est évident qu'au lieu d'être reliés en série, les échangeurs de chaleur 3 et 13 peuvent être montés en parallèle, qu'on peut utiliser plusieurs turbines et que d'autres modifications de disposition peuvent être apportées aux schémas représentés sans sortir du cadre de l'invention.
Comme avantages du système décrit, on constate la suppression du danger d'encrassement et de corrosion des aubages des rotors et des stators, puisque ceux-ci ne sont jamais traversés par les produits de combustion. La nature du combustible, gazeux, liquide ou pulvérulent est d'ailleurs ici sans importance.
On évite à puissance réduite le fonctionnement avec de trops grands excès d'air susceptibles de provoquer l'extinction du brûleur.
Enfin la circulation de l'air ne se faisant pas en circuit fermé, on évite les inconvénients des installations à circuit fermé où l'on est obligé de prévoir des dispositions spéciales pour combattre et pour compenser les fuites'..du fluide moteur.
REVENDICATIONS ------------------------------
1.- Procédé de production d'énergie à l'aide de turbines à gaz, caractérisé en ce que.de l'air atmosphérique successivement comprimé et chauffé, est utilisé comme gaz moteur et comme comburant de manière à développer par la récupération de l'énergie calorifique créée, non seulement l'énergie nécessaire à la compression initiale de l'air, mais aussi de l'Energie mécanique disponible.