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" Installation de turbine a gaz"
La présente invention se rapporte à une installa- tion de turbine à gaz d'un genre dans lequel un milieu gazeux est oomprimé dans un ou plusieurs compresseurs en absorbant du travail, puis est chauffé et se détend dans une ou plu- sieurs turbines en cédant du travail. Le ou les compresseurs sont habituellement du type rotatif et si on emploie plusieurs
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compresseurs, on peut prévoir un refroidisseur intermédiaire entre deux compresseurs successifs. Si la détente est divisée en plusieurs étages un réchauffage dudit milieu peut être ef- feotué entre lesdits étages.
Le but de l'invention est de disposer une installa- tion de turbine à gaz du genre considéré de manière à obtenir une amélioration considérable du rendement thermique, ce qui est obtenu conformément à l'invention, par la réduction du travail de compression réalisé suivant un mode particulièrement efficace. Comme on sait, une partie essentielle du travail réa- lisé dans la détente est utilisée dans les installations de tur- bines à gaz pour comprimer le fluide de travail, soit en général environ la moitié dudit travail ou plus encore dans certains cas. Par suite, il est plus important dans les installations de turbines à gaz, que dans tous autres moteurs, de réduire beau- coup le travail de compression.
Le travail de compression utilisé pour la compression du milieu gazeux, à la température de t1 C, depuis une pression de P1 atmosphères absolues jusqu'à une pression p2 atmosphères absolues pour une certaine quantité en poids, par exemple 1 Kg., dépend comme l'on sait, de la manière suivant laquelle est ef- fectuée la compression et de la température initiale t1 c. comme le travail de compression décroît en même temps que la tempéra- ture tq. Il sera par suite possible de réduire le travail de compression utilisé pour la compression dudit milieu entre la première et la deuxième desdites pressions, en effectuant un refroidissement préalable du milieu à comprimer, et ce fait est aussi connu en soi.
On sait en outre qu'il est possible de réduire le tra- vail de compression en prenant soin que pendant la compression proprement dite @ la chaleur de compression engendrée ou une partie de celle-ci soit éliminée, soit par refroidissement di- rect de l'enveloppe, du rotor et des aubes du compresseur ou par
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l'injection d'eau dans le fluide de travail, l'eau fixant par son évaporation la chaleur de compression produite.
Toutefois, lors du refroidissement par injection d'eau, il est nécessaire que l'eau soit à l'état finement divisé et ne contienne pas de sels dissous, sinon ceux-ci se déposeront sur les aubes au moment de la vaporisation de l'eau ; en ré- sulterait une corrosion graduelle des aubes et la diminution pro- gressive du rendement du compresseur. Il est donc nécessaire que l'eau dont on fait usage soit d'une grande pureté, et dans les appareils connus jusqu'ici on a employé de l'eau distillée ce qui est néanmoins une grosse complicat ion.
Ainsi qu'on l'a déjà dit,- contrairement au cas des moteurs à piston- il peut être avantageux, dans les installations de turbines à gaz, de diviser la compression en plusieurs étages, et par suite on obtient l'avantage de pouvoir avoir un refroidis- sement intermédiaire entre deux étages successifs. Comme fluide de refroidissement, on a utilisé jusqu'ici l'air ou l'eau et il s'ensuit que les refroidisseurs intermédiaires doivent être rela- tivement importants pour obtenir des effets sensibles.
Dans les réalisations connues jusqu'ici, on a employé de même seulement l'eau ou l'air en vue du refroidissement de l'enveloppe, du rotor et des aubes du compresseur, et les résultats qu'on a pu obtenir par refroidissement du compresseur proprement dit avec ces agents refroidisseurs n'ont été que maigres par suite de la faible sur- face dont on dispose et de la différence de température peu im- portante qu'on a pu réaliser.
En ce qui concerne le refroidissement à l'aide d'in- jection d'eau, la méthode oonnue jusqu'ici pour la production de l'eau distillée nécessaire consistait en ce que les gaz d'éohap pement provenant de la turbine devaient circuler, éventuellement après passage au travers d'un appareil éohangeur thermique, à travers un appareil à distillation, où la chaleur présente dans le gaz était utilisée pour la vaporisation de l'eau qui, après
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condensation ultérieure, était amenée au compresseur au moyen de dispositifs convenables.
Mais le calcul a permis de se rendre compte qu'une forte proportion de l'eau nécessaire pour provoquer par injec- tion une réduction effective du travail de compression quand on utilise l'air atmosphérique comme fluide de travail, existe com- me vapeur d'eau dans le volume d'air d'entrée, tout au moins pen- dant une très grande partie de l'année et constamment en cer- tains lieux.
Le but de la présente invention est de mettre ce fait à profit pour arriver à une réduction effective du travail de compression par suite de la présence de vapeur d'eau, de sorte qu'on évite la nécessité d'utiliser une installation de distil- lation produisant la quantité d'eau nécessaire.
Conformément à ce qui vient d'être dit, l'invention se rapporte à des installations de turbines à gaz dans lesquelles le fluide de travail, formé de préférence en totalité ou en par- tie par de l'air atmosphérique, contient une certaine quantité d'eau et le trait caractéristique de l'invention réside en ce qu l'installation comprend un transformateur de chaleur travail- lant comme machine réfrigérante, lequel transformateur emploie l'énergie thermique contenue dans le fluide de travail détendu ou une partie de ladite énergie en vue de la production d'un effet de refroidissement aux fins de condensation avant compres- sion de la vapeur existant dans le fluide de travail, le conden- sat étant ultérieurement employé pour être admis dans le ou les compresseurs, où il se vaporise à nouveau par suite de la chaleur de compression développée.
Grâce au mode de construction envisagé, on peut reti- rer des avantages primordiaux par rapport aux méthodes connues jusqu'ici avec injection d'eau. D'une part le fluide de refroi- dissementest refroidi jusqu'à quelques degrés centigrades, ce qui représente en soi une réduction de travail de compression.
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.Puis on arrive à un autre résultat ayant une importance parti- culièrement grande, à savoir que le fluide aspiré est pratique- ment sec avant la compression. Ceci entraine en fait que la quantité d'eau qui peut être vaporisée pendant la compression sera plus grande que si le fluide contenait de l'eau avant la compression. En outre un avantage particulier dérive de ce qu'une partie de la capacité de refroidissement du transformateur de chaleur peut être utilisée pour le refroidissement de l'envelop- pe et des parties tournantes ( aubes et rotor) du compresseur même.
De cette manière on obtient un effet considérablement meil- leur que par refroidissement à l'eau ou à l'air parce que par l'intermédiaire du transformateur de chaleur la température du fluide de refroidissement peut être maintenue considérablement plus basse qu'il n'est possible en utilisant de l'eau souterraine ou de l'air atmosphérique comme moyen de refroidissement. Enfin il peut être avantageux dans certains cas que le refroidissement intermédiaire, au lieu d'être réalisé par de l'eau puisse être obtenu par la vaporisation directe d'un agent réfrigérateur dans des serpentins tubulaires disposés à cet effet et balayés par le fluide comprimé allant d'un compresseur au suivant.
L'invention est illustrée par le dessin ci-annexé, montrant schématiquement une réalisation d'une installation de turbine à gaz conforme à l'invention.
1 est le point où l'air ou tout autre fluide de travail convenable est aspiré dans le compresseur. 2 est un serpentin de refroidissement dans lequel passe l'air aspiré, servant à condenser la vapeur contenue dans l'air. 3 désigne un compresseur rotatif, dans lequel est aspiré l'air refroidi et sec, tandis qu'en même temps le condensât est amené dans le compresseur, soit au moyen de dispositifs d'injection spéciaux ou grâce au fait que les petites particules d'eau formées par la condensation subsistent dans l'air admis. 4 se réfère à un appareil éohangeur de chaleur au travers duquel l'air comprimé dans le compresseur
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3 circule jusqu'à une chambre de combustion 5.
Le fluide com- primé et chauffé par la combustion se détend ensuite au travers d'une turbine 6 qui fournit ainsi l'effet utile.eff en CV, constitué par la différence entre le travail réel de détente et le travail nécessaire pour la compression.
Après la détente, les gaz de combustion s'écoulent au travers de l'appareil 4 échangeur de chaleur, où ils cèdent une partie de leur chaleur et par suite pré-chauffent l'air ve- nant du compresseur 3 avant que ledit air ne s'écoule dans la chambre de combustion 5.
Après avoir passé au travers de l'appareil 4 échan- geur de chaleur, les produits de combustion de la turbine pren- nent une température comprise généralement entre 2500 et 300 C et une partie de la quantité de chaleur restant ainsi dans les produits de combustion est utilisée pour faire fonctionner une installation de refroidissement par absorption qui comprend une chaudière 7, un condensateur 9, un collecteur 10, un absorbeur 18, un appareil 21 échangeur de chaleur et des éléments de re- froidissement 13 et 14.
La chaleur existant dans les produits de la combus- tion est utilisée dans la chaudière 7 au moyen d'un élément chauf- fant 25 pour le chauffage du contenu de la chaudière, après quoi les produits de combustion peuvent s'échapper à l'air libre,
Le fluide refroidisseur est vaporisé dans la chaudière 7, puis celle-ci passe au condenseur 9 par une conduite 8, ce condenseur étant à refroidissement à air ou à eau, A partir du condenseur 9, le fluide de refroidissement condensé dans ce der- nier appareil s'en va au collecteur 10 et ensuite, par des vannes à étranglement 11 et.12, respectivement aux éléments refroidis- seurs 13 et 14,
où il se vaporise à nouveau en y exerçant son action refroidissante à savoir respectivement en refroidissant l'air d'admission dans le serpentin refroidisseur 2 et en refroi- dissant l'enveloppe et les aubes du compresseur. Les éléments de refroidissement 13 et 14 sont conneotés à une conduite 17
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respectivement à travers des vannes 15 et 16, permettant de mettre hors circuit un des éléments de refroidissement 13 et 14 ou de régler la proportion entre les alimentations du fluide de refroi- dissement aux deux éléments de refroidissement. Le fluide de re- froidissement vaporisé est aspiré au travers de la conduite 17 où dans l'absorbeur 16,il est absorbé à nouveau.
A partir de la chaudière 7, la quantité de liquide qui a cédé son contenu de fluide refroidisseur grâce au chauffage par la chaleur provenant de l'élément chauffant 25, passe par une conduite 22 dans l'ap- pareil 21 échangeur de chaleur, puis à partir de cet anpareil par l'intermédiaire d'une vanne d'étranglement 23 dans l'absorbeur 18, où elle est refroidie par passage sur un serpentin de refroi- dissement 24 pouvant être refroidi par l'eau ou par air. Une fois que le liquide refroidi dans l'absorbeur 18 a absorbé le fluide refroidisseur venant par la conduite 17, la solution saturée quit- te l'absorbeur par une conduite 19 et est ensuite ramenée, au moyen d'une pompe 20, au travers de l'appareil 21 échangeur de chaleur, à la chaudière 7.
Dans certains cas, il peut être avantageux de travail- ler avec une installation d'absorption à étages multiples ou éventuellement avec une installation à résorption au lieu de l'installation à absorption à un seul étage, donnée à titre d'exemple non limitatif.
De plus la compression peut être divisée avantageuse- ment en deux ou plusieurs étages avec des refroidisseurs inter- médiaires insérés, dans lesquels le refroidissement peut égale- ment s'effectuer avantageusement au moyen d'un fluide refroidis- seur provenant de l'installation de refroidissement. De même la détente peut être divisée, d'une manière connue en elle-même, en deux ou plusieurs étages avec réchauffage intermédiaire.
11 apparaît, d'après ce qui précède, qu'il est impor- tant pour l'invention que l'installation de turbine à gaz soit combinée avec un transformateur de chaleur travaillant comme une machine réfrigérante. Sous le nom de transformateur il faut
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entendre une installation, un appareil ou une maohine qui peut absorber, en lui fournissant une certaine quantité de chaleur à une température convenable, par exemple entre 80 et 300 C, une quantité de chaleur à une température inférieure à celle de la quantité de chaleur fournie et qui peut ainsi exercer un effet de refroidissement sur le fluide ou sur les parties ou organes à partir desquels s'effectue l'absorption de la chaleur.