Installation de turbomachines La présente invention se rapporte à une installation de turbomachines comprenant un groupe présentant une enveloppe dans laquelle est logé un ensemble d'au moins deux turbomachines dont les rotors accouplés ont même axe, le stator de chacune de ces machines présentant des surfaces périphériques de révolution en contact avec une surface de révolution correspondante de l'enveloppe.
Dans les groupes de turbomachines connus de ce genre, l'enveloppe est séparée suivant un plan axial. Ceci s'est traduit par l'utilisation d'un grand nombre de boulons servant à fixer ensemble les moitiés de l'enve loppe et par la difficulté d'assurer l'étanchéité. De plus, une telle construction demande beaucoup plus de temps lorsqu'il est nécessaire d'ouvrir et fermer l'enveloppe. En outre, en pratique, cette construction nécessite que tous les conduits et les liaisons des instruments soient réalisés sur la moitié inférieure de l'enveloppe et lors qu'il faut prévoir des passages d'admission et d'échap pement entourant les rotors des machines, ils doivent être réalisés sur la moitié supérieure de l'enveloppe.
Ces exigences accroissent la complication de la construction et les difficultés d'étanchéité de l'enveloppe. Ce pro blème d'étanchéité est considérablement accru si le mi lieu de travail est un gaz tel que l'hydrogène ou l'hélium par exemple.
La présente invention a pour but de remédier à ces désavantages, et à cet effet l'installation selon l'inven tion est caractérisée en ce que lesdites surfaces de révo lution des stators et de l'enveloppe diminuent de diamè tre en partant d'une extrémité ouverte de l'enveloppe, de manière que l'ensemble formé par les turbomachines puisse être introduit axialement en bloc dans l'enveloppe par cette extrémité ouverte et vice versa, l'enveloppe étant fermée de manière étanche au gaz à cette extré mité par un élément formant couvercle. Une forme d'exécution d'une installation selon l'in vention est représentée, à titre d'exemple, dans le dessin annexé dans lequel: la<B>hg.</B> 1 est une vue en coupe axiale du groupe de turbomachines de cette forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 sont des vues agrandies de parties de la fig. 1 représentant des détails.
La fig. 4 est un schéma de cette forme d'exécution de l'installation.
Le groupe représenté aux fig. 1 à 3 comprend une enveloppe fixe 11 en une seule pièce fermée à une ex trémité par un couvercle amovible 12. L'enveloppe et le couvercle sont réunis par des brides annulaires 13, 14. Le groupe comprend un moteur hydraulique de mise en marche 16 comportant un embrayage à roue libre 17, un ensemble comprenant un compresseur 18 et une tur bine chaude 19, disposés dans l'enveloppe fixe 11 et une turbine froide 20 disposée dans le couvercle mobile de l'enveloppe. Le compresseur et les turbines sont tous des machines à étages multiples.
Le gaz destiné à être comprimé est fourni à l'enve loppe 11 par des orifices d'admission 21A, 21B ménagés dans la coquille cylindrique extérieure 22 de l'enveloppe 11. Les axes de ces ouvertures sont tangents à la coquille extérieure 22. Les orifices d'aspiration 21 du compres seur communiquent avec un collecteur d'aspiration annulaire 23 formé dans l'enveloppe. Ce collecteur dimi nue radialement vers l'intérieur de l'enveloppe où il tra verse la coquille intérieure 24 de l'enveloppe à travers un passage annulaire incurvé 25 qui fournit le gaz aux aubes du compresseur. Le gaz comprimé sort du com presseur vers la gauche à travers un passage d'échap pement de section annulaire cylindrique 27.
La turbine chaude reçoit du gaz chaud à haute pression par une ouverture d'admission 29 formée dans la coquille exté rieure 22, un collecteur 30 et un passage annulaire in- curvé 31. Le gaz sort par un passage incurvé 32, un collecteur d'échappement 33 et l'ouverture 34 de la coquille extérieure. Le couvercle 12 qui loge la turbine froide 20 comporte un orifice d'admission 36 qui com munique avec un collecteur annulaire 37 qui a à peu près la même configuration que les autres. Ce collec teur est relié par un passage annulaire courbe 38 aux aubes de la turbine froide. Des aubes, le gaz quitte le couvercle sur la droite par un passage de décharge axial de section annulaire 40.
Le compresseur 18 et la turbine 19 forment un en semble qu'on peut déplacer axialement en bloc pour le faire entrer ou sortir de l'enveloppe 11, le couvercle 12 étant enlevé. La turbine 19 et le compresseur 18 sont maintenus dans l'enveloppe fixe 11 par une bride du stator 43 de la turbine 19, fixée à l'enveloppe 11 par des boulons 42. Le couvercle 12 présente une bride 14 par laquelle il est fixé de manière étanche à une bride 13 de l'enveloppe 11. Le couvercle 12 peut être enlevé de la turbine froide du fait que la surface périphérique du stator de la turbine 20 est conique et en contact avec la surface conique d'un alésage du couvercle.
Le cou vercle 12 présente une ouverture 44 à travers laquelle s'étend un conduit 46 formant la paroi extérieure d'un passage de décharge de section annulaire 40 de la tur bine froide 20. Au voisinage de cette ouverture de droite du couvercle se trouve un joint étanche de compression 47 qui est serré contre l'intérieur de la joue d'extrémité 48 du couvercle par une bride 49 portée par le conduit 46. Le joint de compression 47 permet un certain dépla cement longitudinal relatif des stators et des rotors par rapport aux enveloppes.
Les joints qui empêchent ou qui réduisent les fuites longitudinales de gaz sont constitués par des bagues logées dans des gorges annulaires ménagées dans les sur faces périphériques des stators en contact avec les sur faces coniques 61, 62 des alésages de l'enveloppe et 63 de l'alésage conique du couvercle 12. Les fig. 2 et 3 re présentent deux de ces bagues d'étanchéité. La bague du joint 71 de la fig. 2 comprend un anneau 53 logé dans une gorge 51 du stator 43 de la turbine chaude. Cette gorge annulaire est recouverte par la surface de l'alésage conique d'une coquille intérieure 24 de l'enve loppe 11 dans lequel est engagé le stator.
L'anneau fendu 53 coopère avec un anneau fendu 54 de section en équerre, et un anneau élastique 55 est disposé au fond de la gorge 51 afin d'exercer une pression contre l'aile de l'anneau 54 pour le pousser, ainsi que l'anneau 53, contre la surface voisine de l'enveloppe. Cet anneau élastique présente une forme ondulée à sa périphérie. Les anneaux peuvent être formés de segments afin de faciliter leur introduction dans la gorge, et de façon que la bague puisse se dilater et se contracter sous l'influence de l'anneau élastique et des variations de température des divers éléments.
La bague 59 du joint 67 représentée sur la fig. 3 est torique et elle est logée dans une gorge 57 du stator 58 du compresseur. Elle est en une composition analogue au caoutchouc. Elle est ronde lorsqu'elle n'est pas sous tension. Les joints 66, 67 et 68 du compresseur 18, 73 et 74 de la turbine froide 20 sont formés par des bagues comme celle de la fig. 3, tandis que les joints 69, 70, 71 et 72 de la turbine chaude sont formés par des bagues telles que celle représentée à la fig. 2.
Le joint 66 à l'extrémité de gauche du compresseur assure l'étanchéité par rapport à l'atmosphère. Les joints 67, 68 sont disposés de chaque côté de la fente annu laire 25 d'admission du gaz. Les joints 69, 70 se trouvent de part et d'autre de la fente d'échappement de la tur bine 19 et les joints 71, 72 de part et d'autre de la fente d'admission. Les joints 73, 74 se trouvent de chaque côté de la fente 38 d'admission de la turbine 20.
Une fois les boulons de fixation de la bride 14 et les boulons 42 enlevés, on peut retirer le couvercle 12 et ensuite déplacer tous les stators et leurs rotors en bloc axialement pour retirer la turbine 19 et le compresseur 18 de l'enveloppe fixe 11. Le stator 43 de la turbine chaude porte sur son extrémité de gauche une bride 76 qui est boulonnée sur l'extrémité de droite du stator 58 du compresseur, et les stators de la turbine chaude et de la turbine froide sont boulonnés ensemble sur leurs brides contiguës 77, 78.
Le compresseur comprend cinq rangées d'aubes mo biles 84 et six rangées d'aubes fixes 85, tandis que la turbine 19 présente deux rangées d'aubes mobiles 86 et trois rangées d'aubes fixes 87. La turbine 20 présente une seule rangée d'aubes mobiles 88 et deux rangées d'aubes fixes 89. Le rotor du compresseur est porté par des pa liers 91 et 92 disposés au voisinage de chaque extrémité de son arbre 93. Le rotor de la turbine chaude est porté par des paliers 94 et 95 disposés aux extrémités de son arbre 96. La turbine froide comprend un seul palier 97 voisin de l'extrémité de gauche de son arbre 98.
L'arbre 93 du compresseur est relié à l'arbre 96 de la turbine chaude par un accouplement à manchon cannelé 101 et l'arbre 98 de la turbine froide est relié à l'arbre de la turbine chaude par un accouplement à long manchon cannelé 102. Ce dernier manchon a une grande longueur et les deux turbines sont espacées relativement à une assez grande distance l'une de l'autre afin de réduire la transmission de chaleur de l'une à l'autre.
L'espace 103 qui se trouve entre leurs paliers d'ex trémité voisins 92, 93 sert d'espace collecteur d'huile. L'huile provenant de cet espace 103 peut être vidangée par une ouverture 104 formée dans le fond de l'espace 103 et aller dans un carter 106 formé dans l'enveloppe. De la même façon, de l'huile provenant des paliers voi sins 95, 97 des turbines chaude et froide est recueillie dans l'espace 107 qui entoure le manchon cannelé 102. Ce dernier espace peut être vidangé par une ouverture 108 dans l'espace<B>109</B> formé par les éléments voisins de l'enveloppe 11 et du couvercle 12. Les espaces entre les extrémités des rotors et des stators peuvent être rendus aussi faibles que possible, et divers types de joints peu vent être prévus entre les ,parties fixes et mobiles, comme le long des aubes, pour réduire les fuites de gaz.
Les extrémités extérieures des arbres se trouvent dans la chambre borgne 111 et dans la chambre borgne<B>110</B> à l'extrémité gauche de l'arbre 93 du compresseur, qui sert à loger le moteur de mise en route 16 et l'embrayage 17. Ainsi, cette chambre est borgne à l'égard de l'arbre du fait que l'extrémité de celui-ci ne s'étend pas à l'ex térieur de la chambre dans l'atmosphère. De même, l'ex trémité droite de l'arbre de la turbine froide se termine dans une chambre borgne 111.
Avec la construction fermée de l'enveloppe, il n'y a pas de joint rotatif d'ar bre à travers les éléments extérieurs de l'enveloppe ou des stators, et du fait que les extrémités des arbres entre les turbomachines sont enfermées dans les stators et dans les enveloppes, des fuites de gaz ne pourraient se produire qu'entre une machine et une autre dans l'en veloppe. Cependant, grâce à la construction décrite, ce problème est de nature mineure. La petitesse de cette fuite entre machines apparaîtra à l'examen du schéma de la fig. 4. La fig. 4 représente le schéma de la forme d'exécution présentant le groupe représenté sur la fig. 1.
Cette forme d'exécution utilise l'hélium comme gaz de travail et met en oeuvre des cycles moteur et de réfrigé ration fermés. L'installation comprend un conduit d'ad mission inférieur 21A et un conduit d'admission supé rieur 21B du compresseur, un conduit d'échappement 27 du compresseur, des conduits d'admission 29 et d'échap pement 34 de la turbine chaude et des conduits d'admis sion 36 et d'échappement 46 de la turbine froide.
Toutes les pressions sont données en kg/cm- absolus et les températures en degrés K. En supposant que l'ins tallation a été en fonctionnement pendant une durée suf fisante pour atteindre des conditions de fonctionnement stables, l'hélium pénètre dans le compresseur 18 par les conduits d'aspiration 21A, 21B à une pression de 12,7 kg/cm2 et à une température de 290 K. L'hélium est évacué du côté haute pression du compresseur à 18,8 kg/em2 et 3430K par le conduit de refoulement 27. L'écoulement est divisé en un courant moteur qui passe par une dérivation 121 et un courant de réfrigération qui passe par une autre dérivation 122.
Le côté haute pression du courant d'énergie, ou courant chaud, tra verse d'abord un côté d'un régénérateur 123 où il est chauffé jusqu'à une température de 830K. A partir du régénérateur le côté à haute pression passe à travers un serpentin échangeur de chaleur 124 d'une chambre de combustion 126 qui sert à chauffer le gaz jusqu'à 922K. Le courant de gaz est conduit par l'admission 29 dans la turbine chaude 19 qu'il entraîne, laquelle turbine fournit par l'accouplement <B>101</B> la majeure partie de l'énergie nécessaire au compresseur 18.
Le gaz se détend et se refroidit dans la turbine, la pression du gaz y tombant de 18 kg/cm à 13,3 kg/cm- et la température du gaz tombant à 830 K à l'échappement 34, le gaz passant ensuite par l'autre côté, c'est-à-dire le côté basse pres sion du régénérateur chaud 123, où il est refroidi tout en réchauffant le courant de gaz du côté supérieur en passant à contre-courant de celui-ci. Finalement, le gaz traverse un prérefroidisseur 127 d'où il est renvoyé au compresseur 18 par l'aspiration 21A. Le prérefroidisseur peut être refroidi à l'air ou à l'eau et il sert de source froide pour le cycle moteur.
Les lignes représentant le conduit du côté supérieur sont plus épaisses que les lignes qui représentent le côté inférieur.
Le courant froid, ou courant de réfrigération, qui parcourt le cycle de réfrigération 122 traverse d'abord un refroidisseur 128, où il est refroidi jusqu'à 294 K avec une légère chute de pression d'environ 0,35 kg/cm2. Le courant passe alors par un régénérateur 129 où il est refroidi jusqu'à<B>780</B> K. Le gaz qui sort du régénéra teur à une pression de 18 kg/cm2 pénètre dans l'admis sion 36 afin d'entraîner la turbine de détente 20 où le gaz se détend jusqu'à 13,3 kg/cm@, sa température tom bant à 710 K. La turbine froide 20 sert à fournir par l'accouplement 102 le reste de l'énergie servant à entraî ner le compresseur 18.
Le courant d'hélium à basse pression refroidi recueille alors de la chaleur en traver sant le serpentin 131 d'un échangeur de chaleur. Du serpentin 131, l'hélium à basse pression revient au régé nérateur froid 129 où il sert à refroidir l'hélium du côté haute pression. L'hélium achève alors son cycle de réfri gération en revenant au compresseur par son aspiration 21B à la température ambiante et à la pression d'aspira tion du compresseur, qui est de 12,7 kg/cm-. La subs- tance qui cède de la chaleur au serpentin 131 traverse un serpentin 132.
L'installation est mise en route en fournissant d'abord de l'eau ou de l'air de refroidissement à la source froide 127 et ensuite en faisant tourner le compresseur 18 et les turbines 19, 20 au moyen du moteur 16 afin de com mencer à faire circuler l'hélium dans la boucle 121 du cycle moteur. Une fois que les machines ont pris leur vitesse, de la chaleur est fournie au gaz par le serpentin 124, de sorte que la turbine chaude 19 entraîne le com presseur. Ensuite, on peut cesser d'alimenter le moteur de mise en route 16, qui se sépare par sa roue libre des turbomachines. Une fois que la turbine chaude a pris la charge du compresseur, on peut laisser le gaz circuler dans la boucle de réfrigération 122 et à travers la tur bine froide 20.
Un fluide de refroidissement est alors fourni à l'échangeur 128 et ensuite, de la substance à refroidir au serpentin réfrigéré<B>132.</B> Cette substance peut ^tre de l'air dont l'oxygène et l'azote se liquéfient à la température donnée plus haut de 711, K à la pression atmosphérique.
Les ouvertures d'admission voisines des turbines chaude et froide sont à la même pression de 18 kg/cm2 et l'aspiration du compresseur à 12,7 kg/cm2 est voisine de l'échappement à 13,3 kg/cm22 de la turbine chaude. Les admissions des turbines sont à la même pression du fait que les deux turbines reçoivent le gaz d'une source de pression commune, et par rapport à cette source la chute de pression est la même dans chacune des boucles. Les orifices de gaz voisins intérieurs des machines sont à la même pression ou sensiblement la même pression, ce qui réduit ou supprime les fuites de gaz entre les ma chines.
Il est très important d'empêcher des fuites depuis la turbine froide car ce sont les fuites les plus coûteuses, car pour 10 unités de chaleur qui entrent dans le dispo sitif de chauffage 124 de la turbine chaude 19, il n'en entre qu'une seule dans le serpentin de réfrigération<B>131,</B> approximativement.
Installation of turbomachines The present invention relates to a turbomachine installation comprising a group having a casing in which is housed a set of at least two turbomachines whose coupled rotors have the same axis, the stator of each of these machines having peripheral surfaces. of revolution in contact with a corresponding surface of revolution of the envelope.
In known groups of turbomachines of this type, the casing is separated along an axial plane. This has resulted in the use of a large number of bolts to secure the casing halves together and in the difficulty of sealing. In addition, such a construction requires much more time when it is necessary to open and close the envelope. In addition, in practice, this construction requires that all the conduits and the connections of the instruments are made on the lower half of the casing and when it is necessary to provide intake and exhaust passages surrounding the rotors of the machines. , they must be made on the upper half of the envelope.
These requirements increase the complexity of the construction and the difficulties in sealing the envelope. This sealing problem is considerably increased if the workplace is a gas such as hydrogen or helium for example.
The object of the present invention is to remedy these disadvantages, and to this end the installation according to the invention is characterized in that said surfaces of revolution of the stators and of the casing decrease in diameter starting from a open end of the casing, so that the assembly formed by the turbomachines can be introduced axially as a block into the casing via this open end and vice versa, the casing being closed in a gas-tight manner at this end by a cover member. One embodiment of an installation according to the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing in which: <B> hg. </B> 1 is an axial sectional view of the group of turbomachines of this embodiment.
Figs. 2 and 3 are enlarged views of parts of FIG. 1 representative details.
Fig. 4 is a diagram of this embodiment of the installation.
The group shown in Figs. 1 to 3 comprises a fixed casing 11 in a single piece closed at one end by a removable cover 12. The casing and the cover are joined by annular flanges 13, 14. The unit comprises a hydraulic starting motor 16 comprising a freewheel clutch 17, an assembly comprising a compressor 18 and a hot turbine 19, arranged in the fixed casing 11 and a cold turbine 20 arranged in the movable cover of the casing. The compressor and turbines are all multistage machines.
The gas intended to be compressed is supplied to the casing 11 via inlet orifices 21A, 21B formed in the outer cylindrical shell 22 of the casing 11. The axes of these openings are tangent to the outer shell 22. The Suction ports 21 of the compressor communicate with an annular suction manifold 23 formed in the casing. This manifold dimi naked radially towards the interior of the casing where it passes through the inner shell 24 of the casing through a curved annular passage 25 which supplies gas to the blades of the compressor. The compressed gas leaves the compressor to the left through an exhaust passage of cylindrical annular section 27.
The hot turbine receives hot gas at high pressure through an inlet opening 29 formed in the outer shell 22, a manifold 30 and a curved annular passage 31. The gas exits through a curved passage 32, a manifold. exhaust 33 and the opening 34 of the outer shell. The cover 12 which houses the cold turbine 20 has an inlet port 36 which communicates with an annular manifold 37 which has roughly the same configuration as the others. This collector is connected by a curved annular passage 38 to the blades of the cold turbine. From the vanes, the gas leaves the cover on the right through an axial discharge passage of annular section 40.
The compressor 18 and the turbine 19 form a unit that can be moved axially as a block to bring it in or out of the casing 11, the cover 12 being removed. The turbine 19 and the compressor 18 are held in the fixed casing 11 by a flange of the stator 43 of the turbine 19, fixed to the casing 11 by bolts 42. The cover 12 has a flange 14 by which it is fixedly fixed. sealed to a flange 13 of the casing 11. The cover 12 can be removed from the cold turbine because the peripheral surface of the stator of the turbine 20 is tapered and in contact with the tapered surface of a bore in the cover.
The cover 12 has an opening 44 through which extends a duct 46 forming the outer wall of a discharge passage of annular section 40 of the cold turbine 20. In the vicinity of this right opening of the cover is a tight compression seal 47 which is clamped against the inside of the end cheek 48 of the cover by a flange 49 carried by the conduit 46. The compression seal 47 allows a certain relative longitudinal displacement of the stators and the rotors with respect to to envelopes.
The seals which prevent or reduce longitudinal gas leaks are formed by rings housed in annular grooves formed in the peripheral surfaces of the stators in contact with the conical surfaces 61, 62 of the bores of the casing and 63 of the the conical bore of the cover 12. Figs. 2 and 3 show two of these sealing rings. The ring of the seal 71 in fig. 2 comprises a ring 53 housed in a groove 51 of the stator 43 of the hot turbine. This annular groove is covered by the surface of the conical bore of an inner shell 24 of the casing 11 in which the stator is engaged.
The split ring 53 cooperates with a split ring 54 of angled section, and an elastic ring 55 is disposed at the bottom of the groove 51 in order to exert pressure against the wing of the ring 54 to push it, as well as the ring 53, against the neighboring surface of the envelope. This elastic ring has a wavy shape at its periphery. The rings can be formed into segments in order to facilitate their introduction into the groove, and so that the ring can expand and contract under the influence of the elastic ring and of the variations in temperature of the various elements.
The ring 59 of the seal 67 shown in FIG. 3 is toroidal and it is housed in a groove 57 of the stator 58 of the compressor. It is in a composition similar to rubber. It is round when it is not under tension. The seals 66, 67 and 68 of the compressor 18, 73 and 74 of the cold turbine 20 are formed by rings like that of FIG. 3, while the seals 69, 70, 71 and 72 of the hot turbine are formed by rings such as that shown in FIG. 2.
The seal 66 at the left end of the compressor seals against the atmosphere. Seals 67, 68 are disposed on either side of the annular gas inlet slot 25. The seals 69, 70 are located on either side of the exhaust slot of the turbine 19 and the seals 71, 72 on either side of the intake slot. The seals 73, 74 are located on each side of the inlet slot 38 of the turbine 20.
With the flange mounting bolts 14 and bolts 42 removed, cover 12 can be removed and then all stators and their rotors as a block axially moved to remove turbine 19 and compressor 18 from stationary shell 11. The stator 43 of the hot turbine has on its left end a flange 76 which is bolted to the right end of the stator 58 of the compressor, and the stators of the hot turbine and of the cold turbine are bolted together on their contiguous flanges 77, 78.
The compressor comprises five rows of movable vanes 84 and six rows of fixed vanes 85, while the turbine 19 has two rows of movable vanes 86 and three rows of fixed vanes 87. The turbine 20 has a single row of fixed vanes. 'moving vanes 88 and two rows of fixed vanes 89. The rotor of the compressor is carried by bearings 91 and 92 arranged in the vicinity of each end of its shaft 93. The rotor of the hot turbine is carried by bearings 94 and 95 arranged at the ends of its shaft 96. The cold turbine comprises a single bearing 97 adjacent to the left end of its shaft 98.
Compressor shaft 93 is connected to hot turbine shaft 96 by a splined sleeve coupling 101 and cold turbine shaft 98 is connected to hot turbine shaft by a long splined sleeve coupling 102. The latter sleeve has a great length and the two turbines are spaced relatively far enough from each other in order to reduce the transmission of heat from one to the other.
The space 103 which is between their neighboring end bearings 92, 93 serves as an oil collecting space. The oil coming from this space 103 can be drained through an opening 104 formed in the bottom of the space 103 and go into a sump 106 formed in the casing. Likewise, oil from the adjacent bearings 95, 97 of the hot and cold turbines is collected in the space 107 which surrounds the splined sleeve 102. This latter space can be drained through an opening 108 in the space. <B> 109 </B> formed by neighboring elements of the casing 11 and of the cover 12. The spaces between the ends of the rotors and the stators can be made as small as possible, and various types of seals can be provided between the fixed and moving parts, such as along the blades, to reduce gas leaks.
The outer ends of the shafts are in the blind chamber 111 and in the blind chamber <B> 110 </B> at the left end of the compressor shaft 93, which serves to house the starter motor 16 and the clutch 17. Thus, this chamber is blind with respect to the shaft because the end of the latter does not extend outside the chamber into the atmosphere. Likewise, the right end of the shaft of the cold turbine ends in a blind chamber 111.
With the closed construction of the casing, there is no rotating shaft seal through the outer elements of the casing or stators, and due to the fact that the ends of the shafts between the turbomachines are enclosed in the stators and in the casings, gas leaks could only occur between one machine and another in the casing. However, thanks to the construction described, this problem is of a minor nature. The smallness of this leak between machines will appear on examination of the diagram in fig. 4. FIG. 4 shows the diagram of the embodiment showing the group shown in FIG. 1.
This embodiment uses helium as the working gas and implements closed engine and refrigeration cycles. The installation comprises a lower intake duct 21A and an upper intake duct 21B of the compressor, an exhaust duct 27 of the compressor, intake 29 and exhaust 34 of the hot turbine and intake 36 and exhaust 46 ducts of the cold turbine.
All pressures are given in kg / cm- absolute and temperatures in degrees K. Assuming that the plant has been in operation for a sufficient time to reach stable operating conditions, helium enters the compressor 18 through the suction ducts 21A, 21B at a pressure of 12.7 kg / cm2 and at a temperature of 290 K. The helium is discharged from the high pressure side of the compressor at 18.8 kg / em2 and 3430K through the duct flow 27. The flow is divided into a motor current which passes through a bypass 121 and a refrigeration flow which passes through another bypass 122.
The high pressure side of the power stream, or hot stream, first passes through one side of a regenerator 123 where it is heated to a temperature of 830K. From the regenerator the high pressure side passes through a heat exchanger coil 124 to a combustion chamber 126 which serves to heat the gas up to 922K. The gas stream is conducted by the inlet 29 in the hot turbine 19 which it drives, which turbine provides through the coupling <B> 101 </B> the major part of the energy necessary for the compressor 18.
The gas expands and cools in the turbine, the gas pressure dropping there from 18 kg / cm to 13.3 kg / cm- and the gas temperature dropping to 830 K at the exhaust 34, the gas then passing through the other side, that is, the low pressure side of the hot regenerator 123, where it is cooled while heating the gas stream on the upper side by passing against it. Finally, the gas passes through a precooler 127 from where it is returned to the compressor 18 through the suction 21A. The precooler can be air or water cooled and serves as a cold source for the engine cycle.
The lines representing the duct on the upper side are thicker than the lines representing the lower side.
The cold stream, or refrigeration stream, which runs through the refrigeration cycle 122 first passes through a chiller 128, where it is cooled to 294 K with a slight pressure drop of about 0.35 kg / cm2. The current then passes through a regenerator 129 where it is cooled to <B> 780 </B> K. The gas which leaves the regenerator at a pressure of 18 kg / cm2 enters the inlet 36 in order to drive the expansion turbine 20 where the gas expands to 13.3 kg / cm @, its temperature falling to 710 K. The cold turbine 20 is used to supply through the coupling 102 the rest of the energy used for drive the compressor 18.
The cooled low pressure helium stream then collects heat as it passes through coil 131 of a heat exchanger. From coil 131, the low pressure helium returns to cold regenerator 129 where it is used to cool the helium on the high pressure side. The helium then completes its refrigeration cycle by returning to the compressor via its suction 21B at ambient temperature and at the suction pressure of the compressor, which is 12.7 kg / cm-. The substance which gives heat to coil 131 passes through coil 132.
The installation is started up by first supplying water or cooling air to the cold source 127 and then by rotating the compressor 18 and the turbines 19, 20 by means of the motor 16 in order to com start to circulate the helium in the loop 121 of the engine cycle. Once the machines have picked up speed, heat is supplied to the gas by the coil 124, so that the hot turbine 19 drives the compressor. Then, it is possible to stop feeding the starting motor 16, which separates by its freewheel from the turbomachines. Once the hot turbine has taken over the compressor load, the gas can be allowed to circulate in the refrigeration loop 122 and through the cold turbine 20.
A cooling fluid is then supplied to the exchanger 128 and then, the substance to be cooled to the refrigerated coil <B> 132. </B> This substance can be air from which oxygen and nitrogen are collected. liquefy at the temperature given above 711, K at atmospheric pressure.
The adjacent inlet openings of the hot and cold turbines are at the same pressure of 18 kg / cm2 and the suction of the compressor at 12.7 kg / cm2 is close to the exhaust at 13.3 kg / cm22 of the turbine hot. The turbines inlets are at the same pressure because the two turbines receive gas from a common pressure source, and with respect to this source the pressure drop is the same in each of the loops. Neighboring gas ports inside the machines are at the same or substantially the same pressure, reducing or eliminating gas leaks between machines.
It is very important to prevent leaks from the cold turbine since these are the most expensive leaks, because for every 10 heat units that enter the heater 124 of the hot turbine 19, only one enters. only one in the refrigeration coil <B> 131, </B> approximately.