Installation à turbine à gaz L'invention a pour objet une installation à turbine à gaz comprenant un dispositif généra teur destiné à alimenter la chambre de com bustion en combustible complètement vaporisé. Dans les installations connues de ce genre, le dispositif générateur fait partie intégrante d'une chambre de combustion que comprend<B>Il</B> ins tallation. Toutefois, cette disposition ne s'est pas toujours montrée satisfaisante.
L'installation selon l'invention est caracté risée en ce que ledit dispositif générateur est autonome et comporte une chambre de chauf fage munie de moyens d'alimentation d'air et de combustible, des moyens d'allumage du mé lange air-combustible,
un espace traversé par le combustible et à travers les parois duquel de la chaleur de combustion du mélange dans la chambre de chauffage est transmise au com bustible pour le préchauffer et des moyens pour amener ledit combustible préchauffé à proximité d'une ouverture de sortie de ladite chambre de chauffage de façon qu'il soit com plètement vaporisé en se mélangeant aux gaz chauds sortant de ladite chambre.
Le dessin représente partiellement, à titre d'exemple, deux formes d'exécution et une va riante de l'installation faisant l'objet de la pré sente invention. La fig. 1 est une élévation en coupe longi tudinale du dispositif générateur d'une pre mière forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'un détail de ce dispositif.
La fig. 3 est une élévation en coupe longi tudinale du dispositif générateur d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 4 est une élévation en coupe longi tudinale d'une partie de la première forme d'exécution comprenant le dispositif généra teur représenté aux fig. 1 et 2 et une chambre de combustion de section annulaire.
La fig. 5 est une élévation, partiellement' en coupe longitudinale, de la seconde forme d'exécution comprenant le dispositif générateur représenté à la fig. 3 et une chambre de com bustion de section annulaire ; et la fig. 6 est une élévation, partiellement en coupe longitudinale, d'une variante de la se conde forme d'exécution comprenant plusieurs chambres de combustion séparées dont une seule est représentée.
Le dispositif générateur représenté aux fig. 1 et 2 comprend un conduit 11 à travers lequel de l'air comprimé est amené dans ce dispositif à partir de la gauche et jusque dans un pas- sage de section annulaire 12. Deux passages transversaux 13 dont un seul est représenté à la fig. 1 sont raccordés au passage 12 et con duisent tangentiellement à partir de ce passage jusque dans une chambre de mélange et de combustion 14.
Du combustible de chauffage est fourni à la chambre 14 à travers un conduit 16 et, après avoir tourbillonné autour de la chambre 14 et s'être mélangé à l'air, ce com bustible sort de cette chambre de son côté amont et à travers une ouverture à bords aigus 17 orientée vers une extrémité fermée 18 d'une chambre de chauffage 19 dans laquelle des moyens d'allumage 20, pouvant comprendre un pulvérisateur auxiliaire de combustible sont disposés.
La chaleur de combustion chauffe la cham bre 14, si bien que, une fois que la combustion a été mise en route, elle provoque l'évaporation du combustible fourni à travers le conduit 16.
Le mélange qui passe à travers la chambre 14 devrait être tel qu'une combustion chimique correcte soit assurée ou, de préférence, il de vrait être légèrement trop riche en combusti ble, de sorte qu'il ne reste pas d'excès d'oxy gène dans la chambre de chauffage 19 après la combustion.
L'extrémité aval de la chambre 19 présente une buse de sortie convergente 21 qui est rac cordée par une ouverture à bords aigus à une chambre 22 présentant elle-même, à un autre endroit, une ouverture de sortie 23 destinée à être raccordée à un conduit non représenté à la fig. 1, mais correspondant au conduit 61 des @fig. 5 et 6 et conduisant à un distributeur de l'appareil de combustion.
Le combustible destiné à alimenter l'appa reil de combustion de l'installation pourvue de ce générateur arrivé à travers un conduit 25 qui débouche dans un espace de section annulaire 26 entourant l'extrémité aval 27 de la chambre de chauffage 19 et formé par une double paroi de cette chambre.
Cet espace sert à réchauf fer le combustible fourni par ledit conduit 25: L'extrémité aval de l'espace 26 présente inté rieurement une rainure 29 et est fermée par un fond pourvu de plusieurs ouvertures comman dées par des soupapes à aiguille 30 et angulai- renient décalées et dont une seule est représen tée à chacune des fig. 1 et 2. Ces soupapes sont pressées vers leurs positions respectives de fermeture par des ressorts de compression 31 qui prennent appui contre des parties fixes 32 servant également à guider lesdites soupa pes.
Celles-ci sont disposées symétriquement tout autour de l'extrémité aval de l'espace an nulaire 26, de façon à pouvoir laisser passer la quantité maximum de combustible pouvant être fournie à travers le conduit 25.
La soupape 30 est représentée à la fig. 2 en position de fermeture. Cependant, on com prendra que cette soupape est susceptible de s'ouvrir sous l'effet de la pression du combus tible régnant à l'intérieur de l'espace annulaire 26, de manière à laisser passer une plus ou moins grande quantité de combustible selon les besoins de l'installation pourvue du générateur. Ce combustible forme un film indiqué par une flèche 34 et se déplaçant le long de la face -interne de la paroi de la buse convergente 21, qui est conformée à cet effet.
Il est partielle ment évaporé par contact direct avec les gaz chauffés qui passent à travers cette buse et le mélange final et l'évaporation totale de ce com bustible sont achevés dans la chambre 22, grâce à la turbulence provoquée par l'ouverture à bords aigus d'entrée dans cette chambre. Grâce au fait que les gaz chauffés sont trop riches en combustible, la partie principale du combusti ble fournie à travers. le conduit 25 et à travers le passage annulaire 26 ne brûle pas.
Les parties correspondantes des dispositifs générateurs respectivement représentés aux fig. 1 et 2 et à la fig. 3 sont désignées par des mêmes signes de référence et le dispositif re présenté à la fig. 3 comprend une chambre de chauffage 19a qui ressemble beaucoup à celle représentée aux fig. 1 et 2.
Le dispositif repré senté à la fig. 3 ne comprend cependant pas d'espace de section annulaire 26 mais, au lieu de celui-ci, une partie convergente 36 de l'ex trémité aval de la chambre de chauffage. Cette partie convergente est raccordée à une partie cylindrique 37, relativement longue.
Dans cette partie 37 est monté un serpentin 38 à travers lequel passe le combustible destiné à l'alimen tation de l'appareil de combustion de l'instal lation pourvue de ce générateur, et qui lui par vient à travers un conduit 25a. Dans ce serpen tin, le combustible est chauffé par les gaz chauffés et il en sort à son extrémité de sortie 40, pour se vaporiser en se mélangeant au gaz chauffé sortant de la chambre de chauffage.
Dans les formes d'exécution représentées aux fig. 4 et 5, l'installation comporte un appa reil de combustion comprenant une enveloppe extérieure 42 et une enveloppe intérieure 43. La chambre de combustion de section annu laire 44 est radialement espacée des parois in térieure et extérieure de l'appareil de combus tion, comme représenté en 45 et 46, pour lais ser passer de l'air de dilution et de refroidisse ment.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, le dispositif générateur représenté en détail aux fig. 1 et 2 est monté à l'intérieur d'enveloppes amont 47 et 48 dont les parties forment des parties de paroi de la chambre de combustion 44 et est supporté par ces envelop pes par des bras 51. La chambre 22 de ce dis positif communique avec un distributeur cons titué par une chambre annulaire 52 limitée par des parois annulaires 53 et disposée à l'extré mité amont de la chambre de combustion 44. Cette chambre annulaire 52 est fermée par un écran 54 présentant plusieurs petites ouvertures indiquées par des flèches 55.
La pression est uniforme dans tout l'espace de la chambre an- nulaire 52.
De l'air secondaire destiné à permettre une combustion complète dans la chambre de com bustion pénètre dans celle-ci à travers des trous 57 ménagés dans la paroi 53 extérieure et à travers d'autres trous 58 ménagés dans la paroi 53 intérieure, comme indiqué par des flèches 59.
La seconde forme d'exécution représentée à la fig. 5 comprend un appareil de combus tion présentant une chambre de combustion de section annulaire comprenant des parois annu laires extérieures 47,<I>47a, 47b,</I> etc., et des parois annulaires intérieures 48, 48a, 48b, etc.
Chacune de ces parois, recouvre l'extrémité aval de la paroi précédente avec un jeu, comme indiqué en 50, de manière à permettre à une certaine quantité d'air de dilution de pénétrer jusqu'à l'intérieur de la chambre de combustion pour refroidir intérieurement les parois annu laires constituant les parois de cette chambre.
Dans cette seconde forme d'exécution, qui comprend le dispositif générateur représente' en détail à la fig. 3, ce dispositif générateur est disposé à l'extérieur de l'appareil de combus tion. L'extrémité amont de la chambre de com bustion présente une chambre annulaire 52a qui constitue un distributeur dans lequel le com bustible vaporisé est amené du dispositif gé nérateur à travers un conduit 61.
Cette cham bre est limitée vers l'aval par un écran 54a qui est muni de plusieurs petites ouvertures indi- quées par des flèches 55. De façon analogue, de l'air secondaire est admis dans la chambre de -combustion à travers des ouvertures 57a ménagées dans la paroi annulaire extérieure 47 et à travers des ouvertures 58a ménagées dans la paroi annulaire intérieure 48 de la chambre de combustion.
La variante représentée à laofig. 6 com prend le dispositif générateur représenté à la fig. 3 et une rangée circulaire d'appareils de combustion 63, dont un seul est représenté. De l'air comprimé pénétrant par l'extrémité amont 64 de chacun de ces appareils de combustion passe vers l'aval en traversant un espace de section annulaire 65 et sert d'air de dilution et aussi à refroidir des, enveloppes 68, 68a, 68b, etc., qui limitent la chambre de combustion.
Ces enveloppes ont leurs extrémités amont respec tives se trouvant chacune à l'extérieur de l'ex trémité aval d'une enveloppe précédente et chevauchant. cette extrémité. Dans cette va riante, de l'air secondaire pénètre axialement dans la chambre de combustion de chaque ap pareil par une ouverture 70 et du combustiblé évaporé est amené par un distributeur 71, à partir du conduit 61.A partir de ce distribu teur, dans lequel la pression est uniforme,
un conduit 72 amène la vapeur de combustible à chacune des chambres de combustion. Dans chacune de ces chambres, cette vapeur est \amenée dans un anneau 73 qui présente des trous de distribution ménagés dans sa paroi aval. L'extrémité amont de la chambre de combustion est munie d'un écran 74 qui pré sente plusieurs ouvertures 75 indiquées par des flèches, pour l'admission d'air secondaire.
Dans certaines installations motrices à tur bine à gaz industrielles, il peut être avantageux d'installer deux dispositifs générateurs de va peur de combustible, un seul de ces dispositifs étant utilisé à la fois, si bien que l'autre peut être enlevé et être nettoyé sans arrêter l'instal lation.
Du fait que cette installation comprend un dispositif générateur de vapeur de combustible autonome, on peut commander l'alimentation de la chambre de combustion en vapeur de combustible de façon simple et efficace et avant que cette vapeur ne débouche dans cette chambre de combustion. De plus, l'utilisation d'un tel générateur de vapeur de combustible autonome facilite la répartition uniforme de la vapeur de combustible dans la chambre de combustion de l'installation.
Gas turbine installation The subject of the invention is a gas turbine installation comprising a generator device intended to supply the combustion chamber with completely vaporized fuel. In known installations of this type, the generator device is an integral part of a combustion chamber that comprises <B> II </B> installation. However, this arrangement has not always proved to be satisfactory.
The installation according to the invention is characterized in that said generator device is autonomous and comprises a heating chamber provided with means for supplying air and fuel, means for igniting the air-fuel mixture,
a space crossed by the fuel and through the walls of which the heat of combustion of the mixture in the heating chamber is transmitted to the fuel to preheat it and means for bringing said preheated fuel near an outlet opening of said heating chamber so that it is completely vaporized by mixing with the hot gases leaving said chamber.
The drawing partially represents, by way of example, two embodiments and a variant of the installation forming the subject of the present invention. Fig. 1 is an elevation in longitudinal section of the generator device of a first embodiment.
Fig. 2 is a sectional view, on a larger scale, of a detail of this device.
Fig. 3 is a longitudinal sectional elevation of the generator device of a second embodiment.
Fig. 4 is a longitudinal sectional elevation of part of the first embodiment comprising the generator device shown in FIGS. 1 and 2 and a combustion chamber of annular section.
Fig. 5 is an elevation, partially in longitudinal section, of the second embodiment comprising the generator device shown in FIG. 3 and a combustion chamber of annular section; and fig. 6 is an elevation, partially in longitudinal section, of a variant of the second embodiment comprising several separate combustion chambers, only one of which is shown.
The generator device shown in FIGS. 1 and 2 comprises a duct 11 through which compressed air is supplied into this device from the left and into a passage of annular section 12. Two transverse passages 13, only one of which is shown in FIG. 1 are connected to passage 12 and lead tangentially from this passage into a mixing and combustion chamber 14.
Heating fuel is supplied to chamber 14 through duct 16 and, after swirling around chamber 14 and mixing with air, this fuel exits this chamber from its upstream side and through a sharp-edged opening 17 oriented towards a closed end 18 of a heating chamber 19 in which ignition means 20, possibly comprising an auxiliary fuel sprayer, are disposed.
The heat of combustion heats chamber 14 so that, once combustion has been started, it causes the fuel supplied through duct 16 to evaporate.
The mixture which passes through chamber 14 should be such that proper chemical combustion is ensured or, preferably, it should be slightly too rich in fuel, so that no excess oxy remains. gene in the heating chamber 19 after combustion.
The downstream end of the chamber 19 has a converging outlet nozzle 21 which is connected by an opening with sharp edges to a chamber 22 itself having, at another location, an outlet opening 23 intended to be connected to a duct not shown in FIG. 1, but corresponding to conduit 61 of @fig. 5 and 6 and leading to a distributor of the combustion apparatus.
The fuel intended to supply the combustion apparatus of the installation provided with this generator arrives through a duct 25 which opens into a space of annular section 26 surrounding the downstream end 27 of the heating chamber 19 and formed by a double wall of this room.
This space is used to reheat the fuel supplied by said duct 25: The downstream end of space 26 internally has a groove 29 and is closed by a bottom provided with several openings controlled by needle valves 30 and angular. deny offset and only one of which is shown in each of fig. 1 and 2. These valves are pressed towards their respective closed positions by compression springs 31 which bear against fixed parts 32 also serving to guide said valves.
These are arranged symmetrically all around the downstream end of the annular space 26, so as to be able to pass the maximum quantity of fuel that can be supplied through the duct 25.
The valve 30 is shown in FIG. 2 in the closed position. However, it will be understood that this valve is capable of opening under the effect of the fuel pressure prevailing inside the annular space 26, so as to allow a greater or less quantity of fuel to pass depending on the needs of the installation provided with the generator. This fuel forms a film indicated by an arrow 34 and moving along the internal face of the wall of the converging nozzle 21, which is shaped for this purpose.
It is partially evaporated by direct contact with the heated gases which pass through this nozzle and the final mixing and total evaporation of this fuel is completed in chamber 22, thanks to the turbulence caused by the sharp-edged opening. entry into this room. Due to the fact that the heated gases are too rich in fuel, the main part of the fuel supplied through. the duct 25 and through the annular passage 26 does not burn.
The corresponding parts of the generating devices respectively shown in FIGS. 1 and 2 and in fig. 3 are designated by the same reference signs and the device shown in FIG. 3 comprises a heating chamber 19a which closely resembles that shown in FIGS. 1 and 2.
The device shown in FIG. 3, however, does not include an annular section space 26 but, instead, a converging portion 36 of the downstream end of the heating chamber. This converging part is connected to a cylindrical part 37, relatively long.
In this part 37 is mounted a coil 38 through which passes the fuel intended for supplying the combustion apparatus of the installation provided with this generator, and which comes to it through a duct 25a. In this serpen tin, the fuel is heated by the heated gases and it comes out at its outlet end 40, to vaporize while mixing with the heated gas leaving the heating chamber.
In the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the installation comprises a combustion appliance comprising an outer casing 42 and an inner casing 43. The annular section combustion chamber 44 is radially spaced from the inner and outer walls of the combustion appliance, as shown at 45 and 46, to allow the passage of dilution and cooling air.
In the embodiment shown in FIG. 4, the generator device shown in detail in FIGS. 1 and 2 is mounted inside upstream envelopes 47 and 48, the parts of which form wall parts of the combustion chamber 44 and is supported by these envelopes by arms 51. The chamber 22 of this positive device communicates with a distributor constituted by an annular chamber 52 limited by annular walls 53 and disposed at the upstream end of the combustion chamber 44. This annular chamber 52 is closed by a screen 54 having several small openings indicated by arrows 55 .
The pressure is uniform throughout the space of the annular chamber 52.
Secondary air intended to allow complete combustion in the combustion chamber enters the latter through holes 57 formed in the outer wall 53 and through other holes 58 formed in the inner wall 53, as indicated. by arrows 59.
The second embodiment shown in FIG. 5 comprises a combustion apparatus having a combustion chamber of annular section comprising outer annular walls 47, <I> 47a, 47b, </I> etc., and inner annular walls 48, 48a, 48b, etc.
Each of these walls covers the downstream end of the preceding wall with a clearance, as indicated at 50, so as to allow a certain quantity of dilution air to penetrate to the interior of the combustion chamber to internally cooling the annular walls constituting the walls of this chamber.
In this second embodiment, which includes the generator device shown in detail in FIG. 3, this generator device is arranged outside the combustion apparatus. The upstream end of the combustion chamber has an annular chamber 52a which constitutes a distributor in which the vaporized fuel is supplied from the generator device through a duct 61.
This chamber is limited downstream by a screen 54a which is provided with several small openings indicated by arrows 55. Similarly, secondary air is admitted into the combustion chamber through openings 57a. formed in the outer annular wall 47 and through openings 58a formed in the inner annular wall 48 of the combustion chamber.
The variant shown in laofig. 6 includes the generator device shown in FIG. 3 and a circular row of combustion devices 63, only one of which is shown. Compressed air entering through the upstream end 64 of each of these combustion devices passes downstream through an annular section space 65 and serves as dilution air and also to cool the envelopes 68, 68a, 68b, etc., which limit the combustion chamber.
These envelopes have their respective upstream ends each lying outside the downstream end of a preceding envelope and overlapping. this end. In this variant, secondary air enters axially into the combustion chamber of each appliance through an opening 70 and evaporated fuel is supplied by a distributor 71, from the duct 61. From this distributor, into which the pressure is uniform,
a conduit 72 delivers the fuel vapor to each of the combustion chambers. In each of these chambers, this vapor is fed into a ring 73 which has distribution holes made in its downstream wall. The upstream end of the combustion chamber is provided with a screen 74 which has several openings 75 indicated by arrows, for the admission of secondary air.
In some industrial gas turbine power plants, it may be advantageous to install two fuel vapor generating devices, only one of these devices being used at a time, so that the other can be removed and cleaned. without stopping the installation.
Due to the fact that this installation comprises an autonomous fuel vapor generator device, it is possible to control the supply of fuel vapor to the combustion chamber in a simple and efficient manner and before this vapor emerges into this combustion chamber. In addition, the use of such an autonomous fuel vapor generator facilitates the uniform distribution of the fuel vapor in the combustion chamber of the installation.