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La présente invention concerne un procédé de compres- sion d'un gaz ou d'un mélange gazeux en plusieurs étages et plus spécialement un procédé d'obtention d'air comprimé à haute pres- sion en partant de ce gaz à basse pression, par exemple, à par- tir d'air atmosphérique, ce procédé étant applicable en particu- lier à des installations de force motrice comportant au moins un compresseur et un moteur à turbine à gaz.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susdit.
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On connaît des installations de force motrice compor- tant un moteur à turbine à gaz et dans lesquelles l'air combu- rant nécessaire à la combustion des gaz dont la détente produit du travail mécanique dans la turbine, est généralement refoulé, sous une pression relativement grande, dans une chambre de com- bustion, au moyen d'un compresseur d'alimentation entraîné par la turbine à gaz. Etant donné que cet air doit être aspiré dans l'atmosphère, il faut généralement le comprimer en plusieurs phases ou étages avant d'obtenir la haute pression finale, de sorte que le compresseur est assez volumineux et que son rende- ment est médiocre, du moins en ce qui concerne les étages à basse pression.
Conformément à l'invention, on évite de faire tra- vailler le compresseur entre la pression atmosphérique et la haute pression à laquelle l'air.doit être introduit dans la chambre de combustion. Dans ce but, l'organe mobile du compres- seur aspire l'air d'un réservoir à moyenne pression et le re- foule dans un réservoir à haute pression, dont l'air est en par- tie utilisé, de préférence, après l'augmentation de son énergie par chauffage, pour refouler l'air atmosphérique dans le réser- voir à moyenne pression au moyen d'un électeur ou dispositif similaire.
Dans le cas où l'invention est appliquée à un moteur à turbine à gaz, cette dernière peut être alimentée par l'air du réservoir à haute pression,et il peut être avantageux d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement de cette turbine pour chauffer l'air à haute pression avant sa détente dans l'éjecteur. ainsi que l'air dirigé vers la chambre à combustion de la turbine et augmenter ainsi l'énergie interne de cet air.
Pour la mise en marche de l'installation, on disposera soit d'une réserve d'air comprimé pouvant alimenter le réservoir
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à moyenne pression, soit d'un compresseur auxiliaire de faible importance chargé du même rôle.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure'unique représente, d'une manière schémati- que, une installation de force motrice conforme à l'invention et comprenant essentiellement: un compresseur 0 dont l'arbre de com- mande A est relié par un réducteur de vitesse D à l'arbre d'une turbine à gaz M entraînant, en plus du compresseur C, une machine réceptrice quelconque N, un réservoir à haute pression R,une conduite de prélèvement e traversant un réohauffeur-sécheur S, un éjecteur d'air E dont la chambre de mélange se raccorde par un diffuseur à une oonduite de refoulement d communiquant avec le réservoir à moyenne pression R.
Une conduite g, contrôlée au moyen d'une vanne 'de réglage non figuée, fait communiquer le ré- servoir à moyenne pression R avec la soupape d'aspiration, a du compresseur, tandis qu'une conduite h établit la communication entre la soupape de refoulment du.compresseur et.le réservoir à haute pression R1,. '
La turbine à gaz'M est alimentée.en combustible au moyen de la chambre de combustion F à laquelle l'air comburant sous pression peut être fourni par le réservoir R. Les gaz d'é- chappement de la turbine sont conduits par une tuyauterie b dans l'enveloppe d'un réchauffeur L et, de là, dans le réchauffeur- sécheur S. Une valve V sert au réglage.
Un réchauffage trop pous- sé de l'air en circulation dans la oonduite e qui peut avoir un tracé en serpentin, pourrait,en diminuant la densité du fluide, perturber l'ensemble du fonctionnement. S'il y a lieu., on pourra
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d'ailleurs disposer un réfrigérant entre l'éjecteur et le réser- voir à moyenne pression.
L'éjecteur E, d'un type connu, comporte une tuyère d'injection T convergente (cas dans lequel la vitesse d'écoule- ment de l'air est inférieure à la vitesse du son), dans laquelle l'air provenant du réchauffeur-sècheur S subit une détente adiaba- tique jusqu'au dessous de la pression atmosphérique, et une cham- bre de mélange B avec ouverture d'aspiration annulaire B.
Un diffuseur H, de section légèrement croissante dans le sens de l'écoulement, afin de favoriser la transformation par- tielle de l'énergie cinétique de l'air en pression, fait suite à la chambre de mélange B et se continue par une conduite de re- foulement d, Connaissant les pressions de l'air en amont de la tuyère dtinjection T, dans le col de la tuyère et dans la con- duite de refoulement d pour refouler dans le réservoir à moyenne pression, on sait déterminer par approximations successives le débit d'air aspiré en B, le volume spécifique et la vitesse du mélange dans la section minimum du diffuseur H.
Des essais ont démontré que l'on obtient des résul- tats particulièrement intéressants lorsque le rapport des pres- sions en amont de la tuyère d'injection T et à la sortie du diffuseur H, côté réservoir à moyenne pressio. R, est égal à 4 par exemple. Si donc le compresseur C comprime l'air à 20 kg/cm2 dans le réservoir R1,l'éjecteur TBH refoulera de l'air à 5 kg/cm2 . dans le réservoir àmoyenne pression R.
Ces chiffres peuvent évidemment varier dans une certaine mesure suivant les besoins de l'installation et notamment en fonction de la haute pression dans le réservoir R1, et de la Puissance développée par la turbine à gaz qui comportera, de pré- . férence une chambre de combustion à pression constante, la variation de puissance étant alors déterminée par la variation de
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débit des gaz de combustion.
Dans certains cas, il pourra être avantageux de pré- @ lever du réservoir à moyenne pression R, et non pas du :réservoir
R1, l'air comburant nécessaire au fonctionnement de la chambre de combustion F.
Il va de soi que l'on peut apporter encore d'autres modifications à l'installation qui vient d'être décrite, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de compression d'un gaz ou d'un mélange gazeux en plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il consiste à faire tra- vailler un compresseur à gaz entre une capacité à moyenne pres- sion et une capacité à haute pression et à utiliser de l'air de cette capacité, avantageusement après augmentation de son éner- gie interne par chauffage, pour aspirer de l'air à basse pression et le refouler dans la capacité à moyenne pression, au moyen d'un éjecteur ou dispositif similaire.
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The present invention relates to a process for compressing a gas or a gaseous mixture in several stages and more especially to a process for obtaining high pressure compressed air starting from this low pressure gas, by for example, from atmospheric air, this method being applicable in particular to motive power installations comprising at least one compressor and one gas turbine engine.
The invention also relates to a device for implementing the above method.
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Motive power installations are known comprising a gas turbine engine and in which the combustion air necessary for the combustion of the gases, the expansion of which produces mechanical work in the turbine, is generally discharged, under a relatively pressure. large, in a combustion chamber, by means of a feed compressor driven by the gas turbine. Since this air has to be drawn into the atmosphere, it usually has to be compressed in several phases or stages before obtaining the final high pressure, so that the compressor is quite large and its efficiency is poor, therefore. less with regard to low pressure stages.
According to the invention, it is avoided to make the compressor work between atmospheric pressure and the high pressure at which the air must be introduced into the combustion chamber. For this purpose, the movable member of the compressor sucks air from a medium-pressure reservoir and returns it to a high-pressure reservoir, the air of which is partly used, preferably after increasing its energy by heating, to force atmospheric air into the medium pressure tank by means of an elector or similar device.
In the case where the invention is applied to a gas turbine engine, the latter can be supplied by air from the high pressure tank, and it can be advantageous to use the heat of the exhaust gases of this turbine. to heat the air at high pressure before its expansion in the ejector. as well as the air directed towards the combustion chamber of the turbine and thus increase the internal energy of this air.
To start up the installation, either a reserve of compressed air is available which can supply the tank
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at medium pressure, or a small auxiliary compressor in charge of the same role.
The description which will follow, with reference to the appended drawing given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text being, of course, part of it. said invention.
The single figure shows, in a schematic manner, a motive power installation according to the invention and essentially comprising: a compressor 0 whose control shaft A is connected by a speed reducer D to I. 'shaft of a gas turbine M driving, in addition to the compressor C, any receiving machine N, a high pressure tank R, a sample line e passing through a reheater-dryer S, an air ejector E whose mixing chamber is connected by a diffuser to a delivery pipe d communicating with the medium pressure tank R.
A line g, controlled by means of an open regulating valve, communicates the medium pressure tank R with the suction valve, a of the compressor, while a line h establishes communication between the valve. of.the.compressor and.the high-pressure tank R1 ,. '
The gas turbine 'M is supplied with fuel by means of the combustion chamber F to which the pressurized combustion air can be supplied by the tank R. The exhaust gases from the turbine are conducted by a piping b in the casing of a heater L and, from there, in the heater-dryer S. A valve V is used for adjustment.
Excessive reheating of the air circulating in the duct, which may have a serpentine layout, could, by reducing the density of the fluid, disrupt overall operation. If necessary, we can
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moreover, place a coolant between the ejector and the medium pressure tank.
The ejector E, of a known type, comprises a converging injection nozzle T (case in which the air flow speed is lower than the speed of sound), in which the air coming from the heater-dryer S undergoes adiabatic expansion to below atmospheric pressure, and a mixing chamber B with annular suction opening B.
A diffuser H, of section slightly increasing in the direction of the flow, in order to promote the partial transformation of the kinetic energy of the air into pressure, follows the mixing chamber B and is continued by a pipe Knowing the air pressures upstream of the injection nozzle T, in the neck of the nozzle and in the delivery pipe d to deliver into the medium pressure tank, it is possible to determine by approximation successive the air flow sucked in B, the specific volume and the speed of the mixture in the minimum section of the diffuser H.
Tests have shown that particularly interesting results are obtained when the pressure ratio upstream of the injection nozzle T and at the outlet of the diffuser H, reservoir side at medium pressure. R, is equal to 4 for example. If therefore the compressor C compresses the air to 20 kg / cm2 in the tank R1, the ejector TBH will deliver air at 5 kg / cm2. in the medium pressure tank R.
These figures can obviously vary to a certain extent according to the needs of the installation and in particular according to the high pressure in the tank R1, and the power developed by the gas turbine which will include, pre-. fence a combustion chamber at constant pressure, the variation in power then being determined by the variation in
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flue gas flow.
In certain cases, it may be advantageous to take samples from the medium pressure reservoir R, and not from the: reservoir
R1, the combustion air necessary for the operation of the combustion chamber F.
It goes without saying that other modifications can be made to the installation which has just been described, without departing, for this, from the scope of the invention.
CLAIMS
1.- Method of compressing a gas or a gas mixture in several stages, characterized in that it consists in making a gas compressor work between a medium pressure capacity and a high pressure capacity and using air of this capacity, advantageously after increasing its internal energy by heating, to suck air at low pressure and deliver it to the medium pressure capacity, by means of an ejector or device similar.