Installation de force motrice. L'invention est relative à une installation de force motrice comportant au moins un auto-générateur de gaz chauds sous pression, c'est-à-dire une machine comprenant une partie moteur à combustion interne et une partie compresseur, une partie au moins (le l'air comprimé par cette partie com presseur servant à balayer et à alimenter ladite partie moteur, des ouvertures d'échap pement de laquelle sort un mélange ga zeux formé par les produits de combustion et l'excès dudit air de balayage et d'alimen tation, ce mélange constituant le gaz chaud sous pression; cet auto-générateur pourrait être par exemple un auto-générateur à piston libre.
L'installation selon l'invention est carac térisée par le fait qu'elle comporte en outre un compresseur et une turbine à gaz qui, pour certains régimes au moins, est alimentée au moins en partie par du fluide gazeux débité par ledit compresseur, et par le fait qu'elle est agencée de façon que, pour cer- tains régimes au moins, une partie des ca lories contenues dans les gaz débités par l'auto-générateur soit utilisée pour réchauffer le fluide gazeux fourni par le compresseur à la turbine à gaz.
Les fig. 1 à 13 du dessin montrent cha cune schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'in vention.
L'installation représentée par la fig. 1 comporte un auto-générateur 1 à piston libre et, en outre, une turbine à gaz 2 et un com presseur rotatif 3, ce dernier fournissant de l'air sous pression qui sert à alimenter ladite turbine 2.
L'auto-générateur 1 comporte un piston libre comprenant un élément moteur 4 et un élément compresseur 5. Déilément moteur 4 coulisse dans un cylindre moteur 6 muni d'un injecteur de combustible 7 ainsi que d'une ouverture .d'admission 8 et d'une ou verture d'échappement 9.
L'élément compresseur 5 divise le eylin- dre compresseur en deux compartiments 10 et 11, dont celui situé du côté intérieur cons titue l'espace compresseur et est muni de sou papes d'admission 12 et de refoulement 13, tandis que le compartiment extérieur consti tue un accumulateur pneumatique emmaga sinant, pendant la course vers l'extérieur du piston libre, presque la totalité de l'énergie développée dans le cylindre moteur 6 et resti tuant pendant la course de retour cette éner gie audit piston, assurant ainsi la compres sion de l'air se trouvant dans le eomparti- ment 10 et le refoulement de cet air dans le carter 14 entourant le cylindre moteur 6,
ainsi que la compression de la charge d'air dans ce dernier cylindre.
Lorsque le piston 4, 5 se trouve à son point mort extérieur (fig. 1), l'élément 4 dé couvre les ouvertures d'admission et d'échap pement 8, 9 du cylindre moteur. L'air eom- primé se trouvant dans de carter 14 rentre dans ledit cylindre pour l'alimenter en air comprimé frais et pour le balayer, l'excès d'air comprimé et les gaz de combustion for mant à la sortie 9 un mélange de gaz chaud sous pression dont la pression est sensible ment égale à la pression de l'air de balayage. Ce gaz s'échappe d'abord dans un collecteur 15 pour alimenter ensuite une turbine 16.
Dans une variante, cette turbine pourrait être remplacée par une machine à piston.
La turbine 2 entraîne le compresseur 3 et ces deux machines travaillent, à cycle ouvert, c'est-à-dire que le compresseur 3 aspire l'air de d'atmosphère par le conduit d'aspiration 17, et que cet air s'échappe, après s'être détendu dans la turbine 2 égale ment dans l'atmosphère, par le conduit d'échappement 18.
L'air comprimé fourni par le compres seur 3 à la turbine 2 passe dans un éehan- geur de chaleur 21 monté entre le collecteur 15 et la turbine 16 qui est entraînée par les gaz débités par l'auto-générateur 1. Ces gaz réchauffent, dans ledit échangeur, l'air comprimé par le compress eur 3 avant l'entrée de cet air dans la turbine 2. Sur le collecteur 15 sont montés des in jecteurs de combustible 22 à l'aide desquels on peut brûler une certaine quantité de com bustible supplémentaire dans les gaz débl- tés par l'auto-générateur avant leur entrée dans l'échangeur 21 pour rendre ainsi plus efficace encore le réchauffage de l'air com primé fourni à la turbine 2 par le compres seur 3.
Il est à noter ici que les gaz débités par l'auto-générateur comportent un fort pourcentage d'oxygène, de sorte que la com bustion du combustible dans ces gaz ne pré sente aucune difficulté.
Un conduit de dérivation l3, réglable au moyen d'un papillon 24, sert à prélever en aval de l'échangeur 21 une partie des gaz délaités par cette partie dans la turbine 2, pour assurer le démarrage de la turbine 2 et du compres seur 3 ou pour fournir à ladite turbine un supplément d'énergie d'entraînement.
Dans l'installation représentée par la fig. 1, l'arbre 25 de la turbine 2 qui entraîne le compresseur 3 et l'arbre 26 de la turbine 16 entraînent chacun un générateur électri que 2 7. Bien entendu, on pourrait intercon necter les deux arbres, par exemple au moyen d'un train d'engrenage, pour leur faire en- lraîner à tous les deux une même macehine.
Les chiffres utilisés dans la fig. 1 se re trouvent, au moins en partie, dans les autres figures pour désigner, dans ces dernières, des dispositifs ou éléments analogues à ceux qui ont été désignés par ces chiffres dans la fig. 1.
L'auto-générateur 1 des installations re présentées par les fig. 2 à 13 a une construc tion analogue à la construction de l'auto- uénérateur de la fig. 1, c'est pourquoi les détails de cet auto-générateur, qui se trou- vent in.diqirés dans la, fig. 1, ont. été suppri més dans le. autres figures.
Dans l'irrsta.llation selon la fig. \?, la tur bine ? et le compresseur 3 alimentant cette turbine en air comprimé, travaillent à cycle fermé, c'est-à-dire que l'échappement 18 de la, turbine ? communique avec\l'admission 17 du comprrsseur 3 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 19 servant à réchauffer l'air comprimé fourni à la turbine 2 par le compresseur 3 à l'aide des calories se trou vant encore dans l'air après sa détente dans la turbine 2.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échan geur 21, après avoir passé dans l'échangeur 19, cet échangeur 21 étant traversé par les gaz débités par l'auto-générateur avant l'ar rivée de ceux-ci dans la turbine 16. Avant l'échangeur 21, l'air comprimé traverse un échangeur 21a.
Un conduit, dans lequel est intercalé un dispositif d'injection 28 de combustible sup plémentaire, relie l'échappement 29 de la tur bine 16 à l'échangeur 21a, et entre cette tur bine et le dispositif d'injection 28 est monté un organe de réglage 30 permettant d'envoyer les gaz d'échappement de la turbine 16 soit dans l'échangeur 21a, soit dans l'atmosphère, soit partie dans ledit échangeur et partie dlans l'atmosphère.
Le démarrage du compresseur 3 et de la turbine 2 de l'installation représentée par la fig. 2 a lieu par l'interconnexion électrique des deux générateurs électriques 27 entraînés respectivement par les arbres 25, 26 des deux turbines 3 et 16, cette interconnexion pouvant éventuellement subsister pendant la marche normale de l'installation.
Etant donné que le dispositif d'injection 28 de combustible supplémentaire est situé en aval de la turbine 16, le combustible in jecté par ce dispositif peut consister en poudre de charbon.
Dans l'installation représentée par la fig. 3, l'échappement 18 de la turbine 2 ali mentée en air comprimé par le compresseur 3, est relié à l'admission de ce compresseur 3 par une conduite communiquant avec une conduite 33 par l'intermédiaire de laquelle une soufflante auxiliaire 20 alimente en air comprimé la partie compresseur de l'auto- générateur 1. Un refroidisseur 34 est inter calé dans la conduite 33.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 traverse un premier échan- geur 19 analogue à l'échangeur 19 de l'instal lation de la fig. 2 et ensuite un échangeur 21. Les gaz chauds sous pression débités par l'auto-générateur 1 traversent le collecteur 15 et un dispositif 22 permettant l'injection de combustible supplémentaire pour entrer en suite dans l'échangeur 21 qu'ils quittent pour se détendre dans la turbine 16.
La soufflante auxiliaire 20 est entraînée par une turbine à gaz auxiliaire 31 qui est alimentée par des gaz prélevés entre la sortie de l'échangeur 21 et l'entrée dans la turbine 1.6, la quantité de ces gaz prélevés étant ré 0 01 able par une soupape 32. On voit donc qu'en réglant la vitesse de la turbine auxi liaire 31 au moyen de la soupape 32 on fait varier la pression de refoulement de la souf flante 20 et, par conséquent,
la pression de l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2. La soufflante 20 alimentant la partie com presseur de l'auto-générateur de pression de débit de celui-ci variera donc également, et cela en fonction de la pression de l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2.
Pour faire varier, voire supprimer, pour certains régimes, l'effet de réchauffage de l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2, un conduit de by-pass 35 est disposé de façon à permettre de court-circui ter l'échangeur 21 et le dispositif d'injection 22, un organe de réglage 36 étant agencé de façon telle qu'on puisse faire passer ou bien la totalité des gaz débités par l'auto-généra- teur soit par ce by-pass, soit par l'échangeur 21 et le dispositif 22,
ou bien par desdits gaz par le by-pass et partie par l'échangeur 21 et le dispositif 22.
La turbine 2, le compresseur 3 et la tur bine 16 recevant les gaz débités par l'auto- générateur sont montés sur un seul et même arbre 3@7 entraînant une dynamo 27. Le mon tage des turbines 2 et 16 et du compresseur 3 sur le même arbre résoud automatiquement le problème du démarrage de ce dernier, Dans. les installations représentées par les fig. 1 à 3, la turbine 2 et la turbine 16 four nissent du travail vers l'extérieur de l'instal lation.
Dans l'installation selon la fig. 4, par contre, c'est uniquement la turbine 2, alimen tée en air comprimé par le compresseur 3, qui fournit du travail vers l'extérieur, tandis que la turbine 16, alimentée par les gaz dé bités par l'auto-générateur 1, sert à entraîner le compresseur 3. L'auto-générateur 1 est ali- mnenté en air comprimé par une soufflante auxiliaire 20a, entraînée par une turbine auxi liaire 31 alimentée par des gaz prélevés en amont de la turbine 16 et dont la quantité est réglable à l'aide d'une soupape 32.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échangeur 21 que traversent les gaz débités par l'auto- générateur 1 avant de pénétrer dans la tur bine 16.
Le compresseur 3 étant entraîné par la turbine 16 recevant les gaz débités par l'auto- générateur, le démarrage de la turbine 2 se fait en même temps que celui de la tur bine 16.
Tandis que, dans l'installation selon la fig. 4, le compresseur 3 et la turbine 2 tra vaillent à cycle ouvert, dans l'installation de la fig. 5, ce compresseur 3 et cette turbine 2 travaillent à cycle fermé. En outre, la soufflante 20a, alimentant l'auto-générateur est entraînée immédiatement par la turbine 16 qui, en même temps, entraîne le compres seur 3. La turbine 2 entraîne une génératrice 27 et l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échangeur 19 et ensuite dans l'échangeur 21 traversé par les gaz débités par l'auto-générateur.
Dans l'installation de la fig. 6, la turbine 2 alimentée en air comprimé par le compres seur 3 est la seule qui fournisse du travail vers l'extérieur et entraîne le compresseur 3 ainsi que la génératrice 27. Les gaz débités par l'auto-générateur, qui réchauffent l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 dans l'échangeur 21, ne se détendent que par tiellement dans la turbine 16 et sont ensuit mélangés avec l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 et réchauffé déjà dans l'échangeur 21.
L'adjonction des- dits gaz à cet air comprimé réduit la tempé- rature de cet air qui pourrait, selon ce mode de réalisation, être porté dans l'échangeur à une température supérieure à la limite admis sible pour la turbine. Cette adjonction aug mente également le poids du fluide gazeux qui alimente la turbine 2. L'introduction des gaz d'échappement dans la, turbine 2 peut servir au démarrage de l'ensemble de cette turbine et du compresseur.
La turbine 16 de la fig. 6 ne sert qu'à l'entraînement de la, soufflante 20a qui ali mente en air sous pression la partie compres seur de l'auto-générateur 1.
Dans l'installation représentée par la fig. 7, la, turbine 2, alimentée en air com primé par le compresseur 3, et ce compresseur 3 travaillent à cycle ouvert, et seule la tur bine 16 entraînée par les gaz moteurs débités par l'auto- générateur 1 fournit du travail externe et entraîne une hélice 27a, tandis que la turbine 2 entraîne le compresseur 3.
Le compresseur 3 comporte plusieurs étages et l'air d'alimentation de l'auto-géné rateur est prélevé à un étage intermédiaire de ce compresseur 3 qui, par son étage supé rieur, alimente la turbine 2. Pour régler la puissance de l'ensemble turbine 2, compres seur 3 et, par conséquent, la pression d'ali mentation de l'auto-générateur, on prélève une quantité réglable des gaz débités par l'auto-générateur en amont de la turbine 16 et alimente par ces gaz directement la tur bine 2.
Cette turbine comporte plusieurs étages, les gaz provenant de l'auto-généra- teur alimentent l'étage supérieur de cette turbine, tandis que l'air comprimé fourni par le compresseur 3 et réchauffé dans l'échan geur 21 traversé par les gaz débités par l'auto-générateur est introduit dans un étage intermédiaire de cette turbine.
Les gaz fournis par l'auto-générateur à la. turbine 2 sont prélevés au moyen d'un con duit 38 dans lequel est intercalée une sou pape. de réglage 39. Le démarrage de la tur bine 2 a lien à l'aide du gaz fourni par l'auto-générateur 1 et prélevé par le con cluit 38. Dans l'installation de la fig. 8, c'est également seule la turbine 16 alimentée par les gaz débités par l'auto-générateur qui four nit du travail externe en entraînant une hé lice 27a. La turbine 2, alimentée en air com primé par le compresseur 3, travaille à cycle fermé avec ce compresseur.
L'air fourni par le compresseur 3 traverse un échangeur 19 chauffé par l'échappement de la turbine 2, ensuite un échangeur 21 chauffé par les gaz chauds sous pression débités par l'auto-géné rateur et finalement un échangeur 21a pour parvenir ensuite à la turbine 2. L'auto-géné rateur est alimenté en air comprimé par une soufflante auxiliaire 20b entraînée par la turbine 2 en même temps que le compres seur 3. s Pour régler la puissance fournie par l'ar bre de la turbine 2 au compresseur 3 et à la soufflante 20b, il est monté sur cet arbre une turbine auxiliaire 2a qui reçoit en quantité réglable des gaz débités par l'auto-générateur 1 et prélevés à l'aide du conduit 38 dans le quel est intercalée la soupape de réglage 39.
L'auto-générateur de cette installation pouvant être alimenté en air à très forte pres sion, on a disposé un conduit de dérivation 41, reliant le carter 14 de l'auto-générateur à l'admission de la turbine 16 et permettant de prélever au carter de l'auto-générateur de l'air comprimé dans la partie compresseur de celui-ci et qui ne passe pas par le cylindre moteur de cet auto-générateur. Dans ce con duit de dérivation sont intercalés en série une chambre de combustion 42 avec dispo sitif d'injection de combustible et l'échan geur de chaleur 21a. Au moyen d'un by-pass 43 et d'un organe de réglage 44, on peut do ser convenablement la quantité d'air prélevée passant par la chambre de combustion 42.
La différence des pressions régnant res pectivement dans le carter 14 de l'auto-géné rateur et dans le collecteur 15 des gaz d'échappement assure à l'air traversant le conduit de dérivation 41 une grande vitesse d'où s'ensuit une bonne transmission de cha leur dans l'échangeur 21a. Dans l'installation selon la fig. 9, une turbine 16 alimentée par les gaz débités par l'auto-générateur entraîne une dynamo 27. L'air comprimé fourni par le compresseur 3, entraîné par la turbine 2, à cette turbine est réchauffé dans un échangeur 21a traversé par les gaz après leur détente dans la turbine 16. Une partie des calories contenues dans les gaz débités par l'auto-générateur est ainsi utilisée pour réchauffer cet air comprimé.
Un dispositif d'injection 28 permet d'augmenter la température des gaz détendus dans la tur bine 16 avant leur entrée dans l'échangeur 1a. Le réglage de la puissance d'entraîne- ment de l'arbre de la turbine 2 a lieu à l'aide d'un moteur électrique 40 qui sert en même temps au démarrage de ladite turbine. De l'air prélevé à un étage intermédiaire du com presseur 3 alimente l'auto-générateur.
Dans l'installation selon la fig. 10, la tur bine 2 alimentée en air comprimé par le com presseur 3, ce compresseur, une turbine auxi liaire 2a,, alimentée d'une façon réglable en gaz moteurs débités par l'auto-générateur 1, une soufflante auxiliaire 20b servant à ali menter la partie compresseur de l'auto-géné- rateur 1 et une dynamo 27 sont montés sur un même arbre. Cette installation permet de satisfaire à des besoins très variables de force motrice.
Les gaz débités par l'auto-généra- teur réchauffent, dans l'échangeur 21, l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 et alimentent ensuite une turbine 16 entraînant une seconde dynamo 27.
Quand la puissance demandée à l'instal lation reste inférieure à une certaine limite, la turbine 16 recevant les gaz de l'auto-géné- rateur marche seule, l'auto-générateur n'étant pas alimenté sous pression. Lorsque la puis sance demandée dépasse ladite limite, on met en marche l'ensemble turbine 2, compresseur 3, ce qui assure à la fois la mise en marche de la deuxième dynamo 27 et l'alimentation de l'auto-générateur 1 en air sous pression.
L'injection du combustible supplémentaire au moyen du dispositif 22 n'a lieu que pour les marches à haute puissance pour lesquelles l'ensemble 2, 3 fonctionne. Dans les installations représentées par les fig. 7 et 8, on pourrait d'ailleurs également arrêter complètement le fonctionnement de l'ensemble turbine 2, compresseur 3 et, par conséquent, l'alimentation de l'auto-généra teur 1 en air comprimé lorsque la puissance à fournir par la turbine 16 est relativement petite.
L'installation de la fig. 11 ne comporte qu'une seule turbine 2 alimentée, d'une part, par l'air comprimé par le compresseur 3 et, d'autre part, par les gaz débités par l'auto- générateur 1, cet air et ces gaz étant mélan gés, en amont de ladite turbine, dans un mé langeur 45, ce qui a pour effet d'augmenter la température de l'air fourni par le compres seur 3 et d'abaisser en même temps la tempé rature des gaz débités par l'auto-générateur 1. Entre l'auto-générateur 1 et le mélangeur 45, il est intercalé un collecteur 15 muni d'un injecteur de combustible 22.
Dans l'installation de la fig. 12, il n'existe également qu'une seule turbine 2. Celle-ci est alimentée en partie par les gaz débités par l'auto-générateur après leur passage à travers l'échangeur 21 et en partie par de l'air com primé fourni par le compresseur 3 et chauffé pendant son passage à travers l'échangeur 21. La température dudit air peut encore être rehaussée au moyen d'un by-pass 47, monté sur le conduit 46 reliant l'échangeur 21 à l'admission de la turbine 2 et dans lequel est intercalé un dispositif 48 permettant d'injec ter du combustible, l'air passant par le con duit 46 étant mélangé aux gaz chauds, du by-pass avant l'entrée dans la turbine 2. Lit proportion de l'air passant par le conduit principal 46 et par le by-pass 47 peut être réglée par un organe de commande 49.
Dans l'installation de la fig. 12, on a supposé que la pression de refoulement du compresseur 3 est inférieure à la valeur de la pression de débit de l'auto-générateur 1, c'est pourquoi l'air comprimé par le compres seur 3 est introduit dans un étage intermé diaire de la turbine 2 dont l'étage haute pression est alimenté par les gaz débités par l'auto-générateur 1. Dans l'installation de la fig. 13, enfin, le chauffage de l'air comprimé par le compres seur 3 a lieu, comme dans l'installation de la fig. 11, par mélange de cet air avec les gaz débités par l'auto-générateur 1 dans un mélangeur 45 disposé en aval du collecteur 15 muni du dispositif d'injeetion de eombus- tible 22.
Une partie de ce mélange est en suite conduite vers une machine réceptrice 50, tandis qu'une autre partie, dont l'importance est réglable par un organe dle commande il, est conduite vers la turbine 2.
Lorsque le réchauffage du fluide gazeux fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 a lieu à l'aide d'un échangeur disposé en amont de la turbine 16 recevant les gaz mo teurs débités par l'auto-générateur, ledit ré- chauffage est accompagné par un refroidis sement desdits gaz. Ce refroidissement per met, dans certains cas, de faire marcher l'auto-générateur à une pression de marche supérieure à la pression maximum admissible jusqu'à présent. En effet, la température des gaz moteurs est généralement d'autant plus élevée que la pression de débit de l'auto- générateur est plus forte.
D'autre part, la température avec laquelle le gaz moteur entre dans le récepteur, notamment lorsque celui-ci est une turbine, ne doit pas dé passer une certaine limite qui est ac tuellement, pour les turbines, de l'ordre de 500 à 600 , ce qui correspond à une pression de marche maximum de 5 à 6 atmosphère.
Cependant, par suite du refroidissement des gaz moteurs dans l'échangeur avant leur entrée dans la turbine, la température de ceux-ci en amont dudit échangeur peut être supérieure à. ladite limite, par exemple de 800 à 1000 , ce qui P{-rniet (le faire marcher l'auto-générateur à des pressions plus élevée, par exemple de 8 à 1.0 atmosphères.
Installation of motive power. The invention relates to a motive power installation comprising at least one self-generator of hot gases under pressure, that is to say a machine comprising an internal combustion engine part and a compressor part, at least one part ( the air compressed by this compressor part serving to sweep and supply said motor part, from the exhaust openings from which a gaseous mixture formed by the products of combustion and the excess of said purging air and supply, this mixture constituting the hot gas under pressure; this self-generator could for example be a free-piston self-generator.
The installation according to the invention is characterized by the fact that it also comprises a compressor and a gas turbine which, for certain speeds at least, is supplied at least in part by gaseous fluid delivered by said compressor, and by the fact that it is arranged so that, for certain speeds at least, part of the calories contained in the gases delivered by the auto-generator is used to heat the gaseous fluid supplied by the compressor to the turbine gas.
Figs. 1 to 13 of the drawing show each schematically, by way of example, one embodiment of the installation according to the invention.
The installation shown in FIG. 1 comprises a self-generator 1 with free piston and, in addition, a gas turbine 2 and a rotary compressor 3, the latter supplying pressurized air which is used to supply said turbine 2.
The auto-generator 1 comprises a free piston comprising a motor element 4 and a compressor element 5. Motor unloading 4 slides in a motor cylinder 6 provided with a fuel injector 7 as well as an intake opening 8 and one or more exhaust ports 9.
The compressor element 5 divides the compressor eylinder into two compartments 10 and 11, of which the one located on the interior side constitutes the compressor space and is provided with inlet 12 and discharge valves 13, while the outer compartment constitutes a pneumatic accumulator storing, during the outward stroke of the free piston, almost all of the energy developed in the engine cylinder 6 and restoring this energy to said piston during the return stroke, thus ensuring the compression release of the air in the compartment 10 and the discharge of this air into the crankcase 14 surrounding the engine cylinder 6,
as well as the compression of the air charge in the latter cylinder.
When the piston 4, 5 is at its external dead center (fig. 1), the element 4 uncovers the intake and exhaust openings 8, 9 of the engine cylinder. The compressed air in the casing 14 enters said cylinder to supply it with fresh compressed air and to sweep it away, the excess compressed air and the combustion gases forming at the outlet 9 a mixture of hot gas under pressure, the pressure of which is substantially equal to the pressure of the purging air. This gas first escapes into a collector 15 to then feed a turbine 16.
In a variant, this turbine could be replaced by a piston machine.
The turbine 2 drives the compressor 3 and these two machines work, in an open cycle, that is to say that the compressor 3 sucks air from the atmosphere through the suction line 17, and that this air s' escapes, after having relaxed in the turbine 2 also into the atmosphere, through the exhaust duct 18.
The compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 passes through a heat exchanger 21 mounted between the manifold 15 and the turbine 16 which is driven by the gases delivered by the auto-generator 1. These gases heat up. , in said exchanger, the air compressed by the compressor eur 3 before the entry of this air into the turbine 2. On the manifold 15 are mounted fuel injectors 22 with which a certain quantity of fuel can be burnt. additional fuel in the gases deblated by the auto-generator before entering the exchanger 21 to thus make the heating of the compressed air supplied to the turbine 2 by the compressor 3 even more efficient.
It should be noted here that the gases delivered by the auto-generator contain a high percentage of oxygen, so that the combustion of the fuel in these gases does not present any difficulty.
A bypass duct 13, adjustable by means of a butterfly 24, is used to take downstream of the exchanger 21 a part of the gases removed by this part in the turbine 2, to ensure the starting of the turbine 2 and the compressor. 3 or to supply said turbine with additional drive energy.
In the installation shown in FIG. 1, the shaft 25 of the turbine 2 which drives the compressor 3 and the shaft 26 of the turbine 16 each drive an electric generator 2 7. Of course, the two shafts could be interconnected, for example by means of a gear train, to make them both engage the same macehine.
The figures used in fig. 1 are found, at least in part, in the other figures to denote, in the latter, devices or elements similar to those which have been designated by these numbers in FIG. 1.
The auto-generator 1 of the installations shown in FIGS. 2 to 13 has a construction similar to the construction of the autobuenerator of FIG. 1, this is why the details of this self-generator, which are shown in the, fig. 1, have. been deleted in the. other figures.
In the irrsta.llation according to fig. \ ?, tur bine? and the compressor 3 supplying this turbine with compressed air, work in a closed cycle, that is to say that the exhaust 18 of the turbine? communicates with the inlet 17 of the compressor 3 through the intermediary of a heat exchanger 19 serving to heat the compressed air supplied to the turbine 2 by the compressor 3 with the aid of the calories still residing in the compressor. air after its expansion in the turbine 2.
The compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 is heated in an exchanger 21, after having passed through the exchanger 19, this exchanger 21 being traversed by the gases delivered by the auto-generator before the arrival. of these in the turbine 16. Before the exchanger 21, the compressed air passes through an exchanger 21a.
A duct, in which is interposed an injection device 28 for additional fuel, connects the exhaust 29 of the turbine 16 to the exchanger 21a, and between this turbine and the injection device 28 is mounted a member adjustment 30 enabling the exhaust gases from the turbine 16 to be sent either into the exchanger 21a, or into the atmosphere, or part into said exchanger and part into the atmosphere.
Starting the compressor 3 and the turbine 2 of the installation shown in FIG. 2 takes place by the electrical interconnection of the two electric generators 27 driven respectively by the shafts 25, 26 of the two turbines 3 and 16, this interconnection possibly remaining during the normal operation of the installation.
Given that the additional fuel injection device 28 is located downstream from the turbine 16, the fuel injected by this device can consist of coal powder.
In the installation shown in FIG. 3, the exhaust 18 of the turbine 2 supplied with compressed air by the compressor 3, is connected to the intake of this compressor 3 by a pipe communicating with a pipe 33 through which an auxiliary fan 20 supplies compressed air the compressor part of the self-generator 1. A cooler 34 is inserted in the pipe 33.
The compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 passes through a first exchanger 19 similar to the exchanger 19 of the installation of FIG. 2 and then an exchanger 21. The hot pressurized gases delivered by the auto-generator 1 pass through the manifold 15 and a device 22 allowing the injection of additional fuel to subsequently enter the exchanger 21 which they leave to be relax in the turbine 16.
The auxiliary blower 20 is driven by an auxiliary gas turbine 31 which is fed by gases taken between the outlet of the exchanger 21 and the inlet into the turbine 1.6, the quantity of these gases taken being re 0 01 able by a valve 32. It can therefore be seen that by adjusting the speed of the auxiliary turbine 31 by means of the valve 32, the discharge pressure of the blower 20 is varied and, consequently,
the pressure of the air supplied by the compressor 3 to the turbine 2. The blower 20 supplying the compressor part of the autogenerator of the flow pressure of the latter will therefore also vary, and this as a function of the pressure of the air supplied by compressor 3 to turbine 2.
To vary, or even eliminate, for certain speeds, the heating effect of the compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2, a bypass duct 35 is arranged so as to allow the short-circuiting of the air. 'exchanger 21 and the injection device 22, an adjusting member 36 being arranged in such a way that it is possible to pass either all of the gases delivered by the autogenerator either through this bypass, or by the exchanger 21 and the device 22,
or by said gases via the bypass and part via the exchanger 21 and the device 22.
Turbine 2, compressor 3 and turbine 16 receiving the gases delivered by the autogenerator are mounted on a single shaft 3 @ 7 driving a dynamo 27. Mounting of turbines 2 and 16 and of compressor 3 on the same tree automatically solves the problem of starting the latter, In. the installations represented by FIGS. 1 to 3, the turbine 2 and the turbine 16 furnace work towards the outside of the installation.
In the installation according to fig. 4, on the other hand, it is only the turbine 2, supplied with compressed air by the compressor 3, which provides work to the outside, while the turbine 16, supplied by the gases released by the auto-generator 1, is used to drive the compressor 3. The auto-generator 1 is supplied with compressed air by an auxiliary fan 20a, driven by an auxiliary turbine 31 supplied with gases taken upstream of the turbine 16 and the quantity of which is adjustable using a valve 32.
The compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 is heated in an exchanger 21 through which the gases delivered by the autogenerator 1 pass before entering the turbine 16.
The compressor 3 being driven by the turbine 16 receiving the gases delivered by the autogenerator, the starting of the turbine 2 takes place at the same time as that of the turbine 16.
While, in the installation according to fig. 4, the compressor 3 and the turbine 2 operate in an open cycle, in the installation of FIG. 5, this compressor 3 and this turbine 2 work in a closed cycle. In addition, the blower 20a, supplying the auto-generator is immediately driven by the turbine 16 which, at the same time, drives the compressor 3. The turbine 2 drives a generator 27 and the air supplied by the compressor 3 to the compressor. turbine 2 is heated in an exchanger 19 and then in the exchanger 21 through which the gases delivered by the auto-generator pass.
In the installation of fig. 6, the turbine 2 supplied with compressed air by the compressor 3 is the only one which provides work to the outside and drives the compressor 3 as well as the generator 27. The gases delivered by the auto-generator, which heat the gas. air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 in the exchanger 21, only partially expand in the turbine 16 and are then mixed with the compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 and already heated in the exchanger 21.
The addition of said gases to this compressed air reduces the temperature of this air which could, according to this embodiment, be brought in the exchanger to a temperature above the limit allowed for the turbine. This addition also increases the weight of the gaseous fluid which feeds the turbine 2. The introduction of the exhaust gases into the turbine 2 can be used to start the assembly of this turbine and of the compressor.
The turbine 16 of FIG. 6 is only used to drive the blower 20a which supplies pressurized air to the compressor part of the auto-generator 1.
In the installation shown in FIG. 7, the turbine 2, supplied with air compressed by the compressor 3, and this compressor 3 operate in an open cycle, and only the turbine 16 driven by the engine gases supplied by the autogenerator 1 provides external work and drives a propeller 27a, while turbine 2 drives compressor 3.
The compressor 3 has several stages and the supply air to the auto-generator is taken from an intermediate stage of this compressor 3 which, through its upper stage, supplies the turbine 2. To adjust the power of the compressor. turbine assembly 2, compressor 3 and, consequently, the supply pressure of the autogenerator, an adjustable quantity of the gases delivered by the autogenerator upstream of the turbine 16 is taken and supplied with these gases tur bine directly 2.
This turbine has several stages, the gases coming from the auto-generator supply the upper stage of this turbine, while the compressed air supplied by the compressor 3 and heated in the exchanger 21 through which the gases flowed. by the auto-generator is introduced into an intermediate stage of this turbine.
The gases supplied by the auto-generator to the. turbine 2 are taken by means of a conduit 38 in which a valve is interposed. adjustment 39. The starting of the turbine 2 is linked to the aid of the gas supplied by the autogenerator 1 and taken by the con cluit 38. In the installation of FIG. 8, it is also only the turbine 16 powered by the gases delivered by the auto-generator which provides external work by driving a propeller 27a. Turbine 2, supplied with air compressed by compressor 3, works in a closed cycle with this compressor.
The air supplied by the compressor 3 passes through an exchanger 19 heated by the exhaust of the turbine 2, then an exchanger 21 heated by the hot gases under pressure delivered by the auto-generator and finally an exchanger 21a to then reach the turbine 2. The auto-generator is supplied with compressed air by an auxiliary blower 20b driven by the turbine 2 at the same time as the compressor 3. s To adjust the power supplied by the shaft of the turbine 2 to the compressor 3 and the blower 20b, there is mounted on this shaft an auxiliary turbine 2a which receives an adjustable quantity of gases delivered by the auto-generator 1 and taken by means of the pipe 38 in which the relief valve is inserted. setting 39.
As the auto-generator of this installation can be supplied with air at very high pressure, a bypass duct 41 has been placed, connecting the casing 14 of the auto-generator to the inlet of the turbine 16 and making it possible to take the crankcase of the auto-generator of the compressed air in the compressor part thereof and which does not pass through the engine cylinder of this auto-generator. In this bypass duct are interposed in series a combustion chamber 42 with a fuel injection device and the heat exchanger 21a. By means of a bypass 43 and an adjustment member 44, the quantity of air taken off passing through the combustion chamber 42 can be suitably adjusted.
The difference in the pressures prevailing respectively in the casing 14 of the auto-generator and in the manifold 15 of the exhaust gases ensures that the air passing through the bypass duct 41 has a high speed, which results in good transmission of heat in the exchanger 21a. In the installation according to fig. 9, a turbine 16 fed by the gases delivered by the auto-generator drives a dynamo 27. The compressed air supplied by the compressor 3, driven by the turbine 2, to this turbine is heated in an exchanger 21a through which the gases pass. after their expansion in the turbine 16. A part of the calories contained in the gases delivered by the auto-generator is thus used to heat this compressed air.
An injection device 28 makes it possible to increase the temperature of the gases expanded in the turbine 16 before they enter the exchanger 1a. The drive power of the shaft of the turbine 2 is adjusted by means of an electric motor 40 which serves at the same time to start said turbine. Air taken from an intermediate stage of the compressor 3 supplies the auto-generator.
In the installation according to fig. 10, the turbine 2 supplied with compressed air by the compressor 3, this compressor, an auxiliary turbine 2a ,, supplied in an adjustable manner with engine gases supplied by the auto-generator 1, an auxiliary fan 20b serving to supplying the compressor part of the auto-generator 1 and a dynamo 27 are mounted on the same shaft. This installation makes it possible to satisfy very variable driving force requirements.
The gases delivered by the auto-generator heat, in the exchanger 21, the compressed air supplied by the compressor 3 to the turbine 2 and then supply a turbine 16 driving a second dynamo 27.
When the power required for the installation remains below a certain limit, the turbine 16 receiving the gases from the auto-generator operates alone, the auto-generator not being supplied under pressure. When the requested power exceeds said limit, the turbine 2, compressor 3 assembly is started, which ensures both the starting of the second dynamo 27 and the supply of air to the auto-generator 1. under pressure.
The injection of the additional fuel by means of the device 22 takes place only for the high power steps for which the assembly 2, 3 operates. In the installations represented by FIGS. 7 and 8, one could also completely stop the operation of the turbine assembly 2, compressor 3 and, consequently, the supply of the autogenerator 1 with compressed air when the power to be supplied by the turbine 16 is relatively small.
The installation of fig. 11 comprises only one turbine 2 supplied, on the one hand, by the air compressed by the compressor 3 and, on the other hand, by the gases delivered by the autogenerator 1, this air and these gases being mixed, upstream of said turbine, in a mixer 45, which has the effect of increasing the temperature of the air supplied by the compressor 3 and at the same time lowering the temperature of the gases delivered by the 'auto-generator 1. Between the auto-generator 1 and the mixer 45, there is interposed a manifold 15 provided with a fuel injector 22.
In the installation of fig. 12, there is also only one turbine 2. This is fed in part by the gases delivered by the auto-generator after their passage through the exchanger 21 and in part by compressed air. supplied by the compressor 3 and heated during its passage through the exchanger 21. The temperature of said air can be further increased by means of a bypass 47, mounted on the duct 46 connecting the exchanger 21 to the inlet of the turbine 2 and in which is interposed a device 48 making it possible to inject fuel, the air passing through the duct 46 being mixed with the hot gases, from the bypass before entering the turbine 2. Lit proportion of the air passing through the main duct 46 and through the bypass 47 can be regulated by a control member 49.
In the installation of fig. 12, it has been assumed that the discharge pressure of compressor 3 is lower than the value of the flow pressure of the auto-generator 1, which is why the air compressed by the compressor 3 is introduced into an intermediate stage diary of the turbine 2, the high pressure stage of which is supplied by the gases delivered by the auto-generator 1. In the installation of FIG. 13, finally, the heating of the compressed air by the compressor 3 takes place, as in the installation of FIG. 11, by mixing this air with the gases delivered by the auto-generator 1 in a mixer 45 disposed downstream of the manifold 15 provided with the fuel injection device 22.
Part of this mixture is then led to a receiving machine 50, while another part, the size of which can be adjusted by a control member 11, is led to the turbine 2.
When the heating of the gaseous fluid supplied by the compressor 3 to the turbine 2 takes place by means of an exchanger arranged upstream of the turbine 16 receiving the engine gases delivered by the auto-generator, said reheating is accompanied by cooling of said gases. This cooling makes it possible, in certain cases, to run the autogenerator at an operating pressure higher than the maximum admissible pressure hitherto. In fact, the temperature of the driving gases is generally all the higher the higher the flow pressure of the autogenerator.
On the other hand, the temperature at which the driving gas enters the receiver, in particular when the latter is a turbine, must not exceed a certain limit which is currently, for turbines, of the order of 500 to 600, which corresponds to a maximum operating pressure of 5 to 6 atmospheres.
However, following the cooling of the driving gases in the exchanger before they enter the turbine, the temperature of the latter upstream of said exchanger may be greater than. said limit, for example 800 to 1000, which P {-rniet (make the auto-generator run at higher pressures, for example 8 to 1.0 atmospheres.