CH97143A - Method for the production of motive power by means of a combustion turbine. - Google Patents

Method for the production of motive power by means of a combustion turbine.

Info

Publication number
CH97143A
CH97143A CH97143DA CH97143A CH 97143 A CH97143 A CH 97143A CH 97143D A CH97143D A CH 97143DA CH 97143 A CH97143 A CH 97143A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
gases
ejector
channels
turbine
combustion
Prior art date
Application number
Other languages
French (fr)
Inventor
Dufour Leon
Original Assignee
Dufour Leon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dufour Leon filed Critical Dufour Leon
Publication of CH97143A publication Critical patent/CH97143A/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/006Open cycle gas-turbine in which the working fluid is expanded to a pressure below the atmospheric pressure and then compressed to atmospheric pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/60Fluid transfer
    • F05D2260/601Fluid transfer using an ejector or a jet pump

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  

  Procédé pour la production de force motrice au moyen d'une turbine à combustion.    L'objet de l'invention est un procédé pour  la production de force motrice au moyen  d'une turbine à combustion.  



  L'on comprend sous le nom général de  turbines à combustion toutes les machines  productrices de force motrice clans lesquelles  on utilise au moyen d'une turbine     l'expan.-          Sion    des gaz produits par la combustion d'un  combustible quelconque, soit à gaz, huile,  goudron, pétrole, essence, charbon en poudre,  matière explosive, etc. L'on sait que les tur  bines à combustion, appelées aussi turbines  à gaz, se divisent en deux classes principales:  Les turbines à pression constante et les  turbines à explosions.  



  La présente invention s'applique égale  ment bien à ces deux classes de turbines.  Selon le procédé faisant l'objet de l'inven  tion, on fait détendre les gaz, dans une tur  bine à combustion, après leur combustion,  jusqu'à une pression beaucoup plus basse que  la pression atmosphérique, on n'utilise qu'une  partie de la grande vitesse acquise par leur  expansion ainsi poussée jusqu'à une très basse  pression, de façon à leur laisser, à leur sortie  de la roue ou de la, dernière roue mobile de    la turbine, une grande vitesse absolue de sor  tie, enfin on utilise cette vitesse restante des  gaz pour leur propre compression jusqu'à la  pression atmosphérique, en les faisant entrer  à leur sortie de la roue mobile de la turbine  dans un canal formant éjecteur, où la vitesse  des gaz se transforme en pression,

   cette der  nière compression des gaz ayant lieu à la plus  basse température possible.  



  La figure unique du dessin annexé re  présente en vue de côté, à titre d'exemple et  de façon purement schématique, une roue  d'une turbine servant à la mise en     #rrvre    du  procédé:  Cette roue est enfermée clans une bâche  m., étanche par rapport à l'atmosphère en  vironnante.     1i    b sont les aubes de cette roue  et c est son axe de rotation. d est une chambre  .de combustion ou d'explosion dans laquelle  de l'air comprimé -pénètre par le tuyau     h,    et  du combustible, du pétrole par exemple;

   par  le tuyau     g.    Ce pétrole est allumé par un sys  tème quelconque, non     repnsenté    sur la fi  gure, et brûle en une flamme     f.        t    est     -une     tuyère d'expansion par où sortent les gaz  brûlés. e est     un.    canal formant     éjecteur,        placAl         en face de l'endroit où les gaz sortent de la  roue. Ce canal-éjecteur débouche en n dans  l'atmosphère environnante. Enfin i est un  tuyau d'amenée d'eau de refroidissement dans  le canal-éjecteur.  



  Le fonctionnement de la turbine s'ex  plique de lui-même:  Les gaz, après leur combustion ou leur  explosion dans la chambre d, se détendent  dans la tuyère     t    jusqu'à une pression très  basse, de beaucoup inférieure à la pression  atmosphérique. Ils sont alors animés d'une  très grande vitesse. En traversant les aubes  b clé la roue a, les gaz abandonnent une partie  de cette vitesse à la roue, sous forme clé tra  vail utile; mais comme la vitesse périphérique  de la roue n'est qu'une petite fraction de la,  vitesse absolue des gaz, par exemple 0, 15 à  0, 220, ces gaz conservent une grande vitesse  absolue de sortie.

   Doués de, cette grande vi  tesse clé sortie, les gaz entrent dans le     canal-          éjecteur    e; ils y sont refroidi par l'eau de  refroidissement amenée par le tuyau i, et ils  transforment leur vitesse en pression,     clé     façon à ce qu'ils sortent en n à la pression  atmosphérique. Ils sont alors évacués par des       tuyauteries    appropriées qui ne sont pas indi  quées sur la figure. Dans la bâche m. règne  naturellement la mène basse pression atteinte  par les gaz à la fin de leur expansion dans  la tuyère t.

   Car dès le début clé la marche de  la turbine, l'air contenu dans la bâche est  entraîné par les gaz sortant par le     canal-          éjecteur    e An moment clé la mise en marche  de la turbine, il pourra cependant être néces  saire de créer un certain vide clans la bâche  m; on créera ce vide au moyen d'un éjecteur  spécial ou d'une pompe auxiliaire, qui ne sont       pas    indiqués sur la figure, et qui seront mis  ensuite hors d'action dès que le régime nor  mal clé marche clé la turbine se sera établi.  



  Les avantages du présent procédé sont  multiples:  D'abord l'expansion des gaz jusqu'à une  très basse pression amène ces gaz à une tem  pérature relativement basse. Par exemple, si  l'on brûle à pression constante du pétrole avec  1,75 fois le volume d'air théoriquement né-    cessaire à la combustion, sous une pression clé  10 kg par centimètre carré, et si l'on pousse  l'expansion des gaz après la combustion  jusqu'à 0,1 kg par centimètre carré, ces gaz  qui ont brûlé à une température clé 1700 de  grés absolus descendront à une température  de moins de 600 .degrés absolus, soit environ  <B>300</B> degrés centigrades, à la. fin clé leur ex  pansion adiabatique.

   L'on n'aura ainsi pas  besoin de refroidir artificiellement ni les gaz,  ni les aubes de la turbine, et l'on réalisera. un  bon rendement thermique par suite de la  grande     chûte    de température ainsi obtenue  sans refroidissement artificiel.  



  Puis le rendement de la turbine     elle-même     sera amélioré, puisque la roue de turbine aura  à absorber une     partie    seulement de l'énorme  vitesse acquise par les gaz pendant leur ex  pansion. Dans l'exemple précédent, si l'on  admet une perte par frottement de 10 pour  cent de     l'énergie    .dans la, tuyère d'expansion.  les gaz auront une vitesse de environ 1540     m     par seconde     à,    la, sortie de la tuyère. Dans une  turbine ordinaire, il faudrait une roue genre       Curtis    avec. deux ou trois étages (le vitesse  pour absorber une telle vitesse, 'et l'on sait  que ce genre de roues n'a pas un très bon  rendement.

   Tandis qu'en appliquant le pré  sent procédé, il suffit d'une roue simple avec  une vitesse périphérique de 280 m par se  conde, en     admettant    une perte de 10 pour cent  de la vitesse relative entre l'entrée et la sortie  des aubes, pour que la vitesse absolue de  sortie atteigne environ 885     mètres    par  .seconde. Or c'est l'ordre de grandeur que  cette vitesse absolue de sortie devra avoir       pour        que        les        gaz        puissent        se        comprimer     de 0,1 kg par     cen\irnètre    carré jusqu'à.  



  la pression atmosphérique     dans        l'éjecteur,    en  admettant qu'ils     perdent    inutilement la. moi  tié de leur énergie pendant cette compression.  autrement dit en admettant que le rendement  de l'éjecteur soit seulement de 0,50.    Un troisième avantage de l'invention est  -que la roue tourne dans un milieu où la pres  sion est maintenue très basse, soit 0,1 kg par  centimètre carré dans l'exemple précité, et      que par conséquent les pertes par frottement  du disque de la roue et par     ventilation    sont  fortement diminuées. De là une nouvelle amé  lioration du rendement de la turbine.  



  Pour que l'éjection des gaz dans l'éjecteur,  c'est-à-dire la transformation de leur propre  vitesse en pression se fasse avec le moins de  travail possible, il faut que leur température  soit maintenue aussi basse que possible. Pour  cela, on pourra refroidir les parois de     l'éjec-          teur    au moyen d'une circulation d'eau. L'on  obtiendra un effet plus énergique en injec  tant de l'eau de refroidissement dans les gaz  à leur entrée dans le oanal-éjecteur. En in  jectant suffisamment d'eau froide, on pourra  obtenir que les gaz sortant de la roue des  cendent à une température voisine de la tem  pérature de l'eau, et que tout le travail de  compression des gaz jusqu'à la pression at  mosphérique se fasse à cette basse tempéra  ture.

   Pour que l'eau injectée puisse remonter  de la basse pression qui règne à l'entrée de  l'éjecteur jusqu'à la pression atmosphérique  à la sortie de l'éjecteur, il faudra donner à  cette eau une vitesse suffisante en l'injectant  après l'avoir mise sous pression, et en 1a diri  geant vers la sortie de l'éjecteur. L'eau se com  portera alors comme clans une trompe (appa  reil destiné à faire le vide au moyen d'un  courant d'eau) et transformera sa vitesse en  pression, dans l'éjecteur, tout comme les gaz  eux mêmes. Le calcul montre qu'il faudra  une puissance très faible, relativement à la  puissance de la turbine, pour mettre ainsi  l'eau de refroidissement sous une pression  préalable suffisante.

   D'ailleurs les gaz, ayant  une très grande vitesse dans l'éjecteur, ten  dront là entraîner les     gouttelettes    d'eau par  frottement, et leur communiqueront ainsi  une certaine vitesse, qui sera probablement à  elle seule suffisante pour que l'eau injectée  puisse remonter de la basse pression qui  règne à l'entrée de l'éjecteur jusqu'à la pres  sion atmosphérique. En supposant ce cas  réalisé, l'on aura avantage à injecter l'eau       obliquement    ou perpendiculairement par rap  port à la direction des gaz, parce qu'alors les  gaz avec leur très grande vitesse, diviseront    l'eau en gouttelettes     extrêmement    petites, ce  qui facilitera le refroidissement uniforme  des gaz.  



  L'on pourra, dans une turbine de puis  sance donnée, faire brûler le combustible dans  une série de chambres de combustion ou d'ex  plosion distinctes, placées en cercle contre la  face antérieure de la turbine (supposée une  turbine axiale). A chaque chambre corres  pondra une ou plusieurs tuyères d'injection,  ou plusieurs canaux directeurs amenant les  gaz sur la ou les roues de la turbine:

   Les gaz  sortant de la roue -ou de la .dernière roue de  la turbine, avec une vitesse     .restante    suffisam  ment grande,     entreront    dans une série de  canaux formant éjecteurs, qui seront placés  et dimensionnés de façon     ù    recevoir directe  ment les ;gaz et le mieux possible, c'est-à-dire  avec le moins de remous     possible.    A chaque  chambre de combustion ou d'explosion pourra.

    correspondre un seul     canal-éjecteur,    ou bien  l'on pourra disposer plusieurs     canaux-éjec-          teurs    pour chaque chambre .de combustion ou  d'explosion, ou bien nu contraire un seul       canal-éjecteur    pour plusieurs chambres de  combustion ou d'explosion.

   En augmentant- le  nombre des chambres -de combustion ou   d'ex  plosion l'on arrivera à une -limite, où les  tuyères d'injection des gaz se toucheront tou  tes, et formeront une véritable     courtine    direc  trice fixe, tandis qu'à la     sortie    les     canaux"     d'éjection se toucheront également tous, et  formeront à leur tour une sorte de     couronne-          éjectrice    fixe.

   S'il s'agit d'une turbine axiale,  ces canaux-ejecteurs seront gauches par     rap-     port à l'axe de la turbine, comme il est in  diqué sur la     fig.    1, car ils .devront avoir la  direction de la vitesse absolue de sortie des  gaz, laquelle sera en général gauche par rap  port à l'axe de la turbine. A     !cette    limite, la  roue de la turbine sera traversée par les gaz  sur toute sa circonférence, et la turbine sera  dite     "à    injection totale", ce qui améliorera  encore son rendement.

   L'on pourra     atteindre     cette limite favorable     :déjà    pour :des     unifés    de  puissance     relativement    faible, parce que le  volume spécifique :des- gaz brûlés sera très  grand, à cause de la basse pression à laquelle      ils     traversent    la roue, ce qui représente     un     nouvel avantage de l'invention.  



  Dans les canaux-éjecteurs, les gaz brûlés  encore chauds se trouveront en contact avec  l'eau de refroidissement; et il pourra se for  mer par ce contact des acides, par exemple, de  l'acide sulfurique, qui     attaquent    les métaux  usuels tels que la fonte de fer. Pour obvier  à cet inconvenient, il suffira de \revêtir l'in  térieur des canaux-éjecteurs ou de former les  parois de ces canaux avec une matière ou un  métal résistant à l'action de ces acides, par  exemple avec du plomb ou un alliage de  plomb. Comme ces canaux sont fixes, ne su  bissent aucun effort mécanique sauf le frotte  ment des gaz, et ont seulement à résister à la  pression atmosphérique extérieure, un tel  revêtement est aisé et ne présente pas d'in  convénient.  



  Pour faire varier la puissance d'une tur  bine servant à la suite en     oeuvre    du procédé,  il suffit de faire varier la quantité de com  bustible brûlé par unité de temps, sans faire  varier en même temps la quantité d'air en  voyée dans la chambre de combustion d'ex  plosion. Car si la quantité de combustible  brûlé diminue pour une même quantité d'air,  la température de combustion diminuera, et  la vitesse des gaz à la fin     de    leur expansion  dans la tuyère diminuera également. Par  contre, la vitesse de la roue devant rester  constante, il s'ensuit que la vitesse absolue de  sortie des gaz de la roue diminuera aussi.

   De  sorte que la pression augmentera dans la,  bâche de la turbine, puisque la vitesse des  gaz à. l'entrée de l'éjecteur ayant diminué,  cette vitesse ne pourra plus créer une diffé  rence de pression aussi considérable entre  l'entrée et la sortie de l'éjecteur. Mais cette  augmentation dé la pression dans la bâche ne  produira pas une     augmentation        dangereuse     (le température pour les gaz à la sortie de la  tuyère, puisque à l'entrée de la tuyère ré  gnera une température moins élevée     elle-          aussi    La température des gaz clans la roue,  et par conséquent la température de la roue  elle-même ne variera que peu Le rendement  de la turbine baissera naturellement avec sa    puissance,

   puisque la puissance absorbée par  le compresseur d'air restera la même.  



  L'on pourra aussi     faira    varier la puis  sance de la turbine en mettant hors d'action  les chambres de combustion ou d'explosion  l'une après l'autre. Dans ce cas, il faudra fer  mer en même temps et au fur et à mesure les  canaux-éjecteurs correspondant aux chambres  de combustion ou d'explosion mises hors d'ac  tion, afin que l'air à la pression atmosphé  rique ne rentre pas dans la bâche par ces  canaux-éjecteurs dans lesquels ne passent  plus les gaz.  



  Enfin l'on pourra combiner ces deux sys  tèmes l'un avec l'autre de diverses manières.  Une combinaison avantageuse sera de dimi  nuer la puissance de la turbine en mettant les  chambres de combustion ou d'explosion suc  cessivement hors d'action, et en diminuant la  quantité de combustible brûlé par unité de  temps dans l'intervalle entre la mise hors  d'action successive de deux chambres. Au  moment où une chambre sera mise hors d'ac  tion et le canal-éjecteur correspondant fermé,  on ramènera la     quantité    de     combustible    brûlé  par unité de temps à sa valeur normale. De       cette    manière, l'on pourra obtenir toute la.  gamme des puissances en     conservant    le meil  leur rendement possible.  



  Il sera du reste utile, d'une manière     gé-          néale,    de prévoir une fermeture automatique  à la sortie de chaque     canal-éjecteur    pour sé  parer chaque éjecteur de     l'atmosphère,    toutes  les fois que la chambre de combustion - ou  d'explosion correspondante cessera, pour une  raison quelconque, d'envoyer à l'éjecteur des  gaz ayant une vitesse suffisante pour vaincre  la     contre-pression.    atmosphérique.  



  Si l'on     cal\ëule    le rendement thermique de  1a turbine citée plus- haut à titre d'exemple,       c'est'à-clire    d'une turbine à, pression constante  brûlant     clu    pétrole avec 1,75 fois le poids d'air  théoriquement ' nécessaire à la combustion,       souk    une pression de 10     lçg    par centimètre  carré, et où les" gaz brûlés se détendent" d'a  près la présenté invention jusqu'à une pres  sion de -0,1 kg par centimètre carré "dans la  tuyère d'expansion, traversent la roue mo-      trice, puis se recompriment à la pression at  mosphérique au moyen de leur vitesse res  tante à la sortie de la roue,

   l'on trouve un  rendement effectif total rapporté à la chaleur  (le combustion du pétrole d'environ 0,20. Ce  rendement est calculé en admettant pour la  turbine, tuyère et roue, un rendement de 0,70  avec une vitesse périphérique de la roue de  280 m par seconde, pour le compresseur d'air  actionné par la turbine un rendement     isother-          mique    clé 0,65 et pour l'éjecteur un rendement  de 0,50, et en admettant que l'éjection, soit  la compression des gaz brûlés jusqu'à la pres  sion atmosphérique, s'effectue à la tempéra  ture d'environ 30 degrés centigrades. Les  chiffres ci-dessus admis pour les rendements  de chaque partie ne sont pas des maxima.  Pour l'éjecteur notamment, il est probable  qu'on arrivera facilement à dépasser le ren  dement admis ici, soit 0,50.

   Or 10 pour cent  de gagnés sur le rendement de l'éjecteur cor  respondraient à un gain de plus de 2,5 pour  cent sur le rendement total, les autres rende  menu restant les mêmes. Ceci montre que  l'invention revendiquée est susceptible de  provoquer de grands progrès dans le dévelop  pement des turbines à combustion.



  Method for the production of motive power by means of a combustion turbine. The object of the invention is a method for the production of motive power by means of a combustion turbine.



  The general name of combustion turbines is understood to include all the machines producing motive power in which the expansion is used by means of a turbine. - Sion of the gases produced by the combustion of any fuel, either gas , oil, tar, petroleum, gasoline, coal powder, explosive material, etc. We know that combustion turbines, also called gas turbines, are divided into two main classes: constant pressure turbines and explosion turbines.



  The present invention also applies well to these two classes of turbines. According to the method forming the subject of the invention, the gases are expanded in a combustion turbine, after their combustion, to a pressure much lower than atmospheric pressure, only one part of the high speed acquired by their expansion thus pushed down to a very low pressure, so as to leave them, when they exit the wheel or the last moving wheel of the turbine, a high absolute exit speed, finally, this remaining speed of the gases is used for their own compression up to atmospheric pressure, by making them enter at their exit from the moving wheel of the turbine in a channel forming an ejector, where the speed of the gases is transformed into pressure,

   this last compression of the gases taking place at the lowest possible temperature.



  The single figure of the appended drawing shows a side view, by way of example and purely schematically, a wheel of a turbine used for the implementation of the method: This wheel is enclosed in a tarpaulin m., tight with respect to the surrounding atmosphere. 1i b are the vanes of this wheel and c is its axis of rotation. d is a combustion or explosion chamber into which compressed air enters through the pipe h, and fuel, oil for example;

   through the pipe g. This oil is ignited by any system, not shown in the figure, and burns in a flame f. t is an expansion nozzle through which the burnt gases exit. e is one. channel forming ejector, placed in front of the place where the gases leave the wheel. This ejector channel ends in the surrounding atmosphere. Finally i is a pipe for supplying cooling water to the ejector channel.



  The operation of the turbine is self-explanatory: The gases, after their combustion or their explosion in chamber d, expand in the nozzle t to a very low pressure, much lower than atmospheric pressure. They are then animated at a very high speed. When passing through the blades b key the wheel a, the gases give up part of this speed to the wheel, in the form of a useful key; but since the peripheral speed of the wheel is only a small fraction of the absolute speed of the gases, for example 0.15 to 0.220, these gases retain a high absolute speed of exit.

   Endowed with this high key speed, the gases enter the ejector channel; they are cooled there by the cooling water supplied by the pipe i, and they transform their speed into pressure, key so that they exit in n at atmospheric pressure. They are then evacuated by appropriate pipes which are not shown in the figure. In the tarpaulin m. naturally prevails the low pressure lead reached by the gases at the end of their expansion in the nozzle t.

   Because from the key start of the operation of the turbine, the air contained in the cover is entrained by the gases leaving the ejector channel and At the key moment when the turbine is started up, it may however be necessary to create a certain void in the tarpaulin m; this vacuum will be created by means of a special ejector or an auxiliary pump, which are not indicated in the figure, and which will then be put out of action as soon as the normal key speed is running with the turbine established .



  The advantages of the present process are multiple: First, the expansion of the gases to a very low pressure brings these gases to a relatively low temperature. For example, if we burn oil at constant pressure with 1.75 times the volume of air theoretically necessary for combustion, under a key pressure of 10 kg per square centimeter, and if we push the expansion gases after combustion up to 0.1 kg per square centimeter, those gases which have burned at a key temperature of 1700 absolute grits will drop to a temperature of less than 600 absolute degrees, or about <B> 300 </ B > degrees centigrade, at the. key end of their adiabatic expansion.

   There will thus be no need to artificially cool the gases or the blades of the turbine, and it will be achieved. good thermal efficiency as a result of the large drop in temperature thus obtained without artificial cooling.



  Then the efficiency of the turbine itself will be improved, since the turbine wheel will have to absorb only part of the enormous speed acquired by the gases during their expansion. In the previous example, assuming a friction loss of 10 percent of the energy in the expansion nozzle. the gases will have a velocity of about 1540 m per second at the outlet of the nozzle. In an ordinary turbine, you would need a Curtis-like wheel with it. two or three stages (the speed to absorb such a speed, 'and we know that this kind of wheels does not have a very good performance.

   While applying the present process, a single impeller with a peripheral speed of 280 m per second is sufficient, assuming a loss of 10 percent of the relative speed between the inlet and outlet of the blades, so that the absolute output speed reaches approximately 885 meters per second. Now this is the order of magnitude that this absolute output speed must have so that the gases can be compressed from 0.1 kg per square centimeter to.



  atmospheric pressure in the ejector, assuming that they unnecessarily lose the. I cut off their energy during this compression. in other words, assuming that the ejector efficiency is only 0.50. A third advantage of the invention is that the wheel rotates in an environment where the pressure is kept very low, i.e. 0.1 kg per square centimeter in the above example, and that consequently the friction losses of the disc of the wheel and ventilation are greatly reduced. Hence a further improvement in the efficiency of the turbine.



  So that the ejection of the gases in the ejector, that is to say the transformation of their own speed into pressure, is done with the least possible work, their temperature must be kept as low as possible. For this, the walls of the ejector can be cooled by circulating water. A more energetic effect will be obtained by injecting cooling water into the gases as they enter the oanal-ejector. By injecting enough cold water, it will be possible to obtain that the gases leaving the ash wheel at a temperature close to the temperature of water, and that all the work of compressing the gases to atmospheric pressure be done at this low temperature.

   So that the injected water can rise from the low pressure which prevails at the inlet of the ejector to atmospheric pressure at the outlet of the ejector, it will be necessary to give this water a sufficient speed by injecting it afterwards. pressurizing it, and directing it towards the ejector outlet. The water will then behave like a tube (apparatus intended to create a vacuum by means of a stream of water) and will transform its speed into pressure, in the ejector, just like the gases themselves. The calculation shows that it will take a very low power, relative to the power of the turbine, to thus put the cooling water under sufficient prior pressure.

   Besides, the gases, having a very high speed in the ejector, will there drag the water droplets by friction, and will thus impart to them a certain speed, which will probably be sufficient by itself for the injected water to be able to rise from the low pressure prevailing at the inlet of the ejector to atmospheric pressure. Assuming this case is realized, it will be advantageous to inject the water obliquely or perpendicularly with respect to the direction of the gases, because then the gases with their very high speed, will divide the water into extremely small droplets, this which will facilitate uniform cooling of the gases.



  It is possible, in a turbine of given power, to burn the fuel in a series of separate combustion or explosion chambers, placed in a circle against the front face of the turbine (assumed to be an axial turbine). To each chamber will correspond one or more injection nozzles, or more directing channels bringing the gases to the wheel or wheels of the turbine:

   The gases leaving the impeller or the last impeller of the turbine, with a sufficiently high remaining speed, will enter a series of channels forming ejectors, which will be placed and dimensioned so as to receive the gases and as best as possible, that is to say with the least possible stir. At each combustion or explosion chamber may.

    correspond a single ejector channel, or it is possible to have several ejector channels for each combustion or explosion chamber, or on the contrary a single ejector channel for several combustion or explosion chambers.

   By increasing the number of combustion or explosion chambers we will arrive at a limit, where the gas injection nozzles will all touch each other, and will form a veritable fixed directing curtain, while at at the exit the ejection channels will also all touch each other, and will in turn form a sort of fixed ejector ring.

   If it is an axial turbine, these ejector channels will be left with respect to the axis of the turbine, as indicated in fig. 1, because they. Must have the direction of the absolute speed of the gas outlet, which will generally be left with respect to the axis of the turbine. At this limit, the impeller of the turbine will be traversed by gases over its entire circumference, and the turbine will be said to be "with total injection", which will further improve its efficiency.

   This favorable limit can be reached: already for: uniforms of relatively low power, because the specific volume: of the burnt gases will be very large, because of the low pressure at which they pass through the wheel, which represents a new advantage of the invention.



  In the ejector channels, the still hot burnt gases will come into contact with the cooling water; and it may be formed by this contact of acids, for example, sulfuric acid, which attack common metals such as cast iron. To overcome this drawback, it will suffice to coat the inside of the ejector channels or to form the walls of these channels with a material or a metal resistant to the action of these acids, for example with lead or an alloy. lead. As these channels are fixed, do not undergo any mechanical force except the friction of the gases, and only have to withstand the external atmospheric pressure, such a coating is easy and does not present any inconvenience.



  To vary the power of a turbine used to carry out the process further, it suffices to vary the quantity of fuel burnt per unit of time, without at the same time varying the quantity of air sent into the chamber. explosion combustion chamber. Because if the quantity of fuel burnt decreases for the same quantity of air, the combustion temperature will decrease, and the speed of the gases at the end of their expansion in the nozzle will also decrease. On the other hand, the speed of the wheel having to remain constant, it follows that the absolute speed of exit of the gases of the wheel will also decrease.

   So that the pressure will increase in the, turbine cover, since the speed of the gases at. the inlet of the ejector having decreased, this speed will no longer be able to create such a considerable pressure difference between the inlet and the outlet of the ejector. But this increase in the pressure in the tank will not produce a dangerous increase (the temperature for the gases at the outlet of the nozzle, since at the inlet of the nozzle will also reign a lower temperature. the impeller, and consequently the temperature of the impeller itself will vary little.The efficiency of the turbine will naturally decrease with its power,

   since the power absorbed by the air compressor will remain the same.



  The power of the turbine can also be varied by disabling the combustion or explosion chambers one after the other. In this case, the ejector channels corresponding to the combustion or explosion chambers put out of action must be closed at the same time and gradually, so that air at atmospheric pressure does not enter in the tarpaulin by these ejector channels through which the gases no longer pass.



  Finally, these two systems can be combined with each other in various ways. An advantageous combination will be to decrease the power of the turbine by putting the combustion or explosion chambers successively out of action, and by reducing the quantity of fuel burnt per unit of time in the interval between shutdown. successive action of two chambers. When a chamber is deactivated and the corresponding ejector channel closed, the quantity of fuel burnt per unit of time will be brought back to its normal value. In this way, we can get all the. range of powers while maintaining the best possible efficiency.



  In general, it will be useful, moreover, to provide automatic closing at the outlet of each ejector channel to separate each ejector from the atmosphere, whenever the combustion - or explosion chamber corresponding will, for whatever reason, stop sending gases to the ejector at a speed sufficient to overcome the back pressure. atmospheric.



  If one calculates the thermal efficiency of the turbine cited above by way of example, that is to say a constant pressure turbine burning oil with 1.75 times the weight of oil. air theoretically 'necessary for combustion, under a pressure of 10 kg per square centimeter, and where the "burnt gases are expanded" according to the present invention to a pressure of -0.1 kg per square centimeter " in the expansion nozzle, pass through the drive wheel, then recompress to atmospheric pressure by means of their speed remaining at the outlet of the wheel,

   there is a total effective efficiency in relation to heat (the combustion of oil of about 0.20. This efficiency is calculated by assuming for the turbine, nozzle and impeller, an efficiency of 0.70 with a peripheral speed of the wheel of 280 m per second, for the air compressor driven by the turbine a key isothermal efficiency 0.65 and for the ejector an efficiency of 0.50, and assuming that the ejection, or the compression of the gases burnt up to atmospheric pressure, is carried out at a temperature of about 30 degrees centigrade. The above figures accepted for the efficiency of each part are not maximum. For the ejector in particular, it is probable that we will easily be able to exceed the yield admitted here, ie 0.50.

   However, 10 percent of gained on the efficiency of the ejector would correspond to a gain of more than 2.5 percent on the total yield, the others making menu remaining the same. This shows that the claimed invention is capable of bringing about great progress in the development of combustion turbines.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé pour la production de force mo trice au moyen d'une turbine à combustion, consistant à faire détendre les gaz, après leur combustion, jusqu'à une pression beaucoup plus basse que la pression atmosphérique, puis à n'utiliser qu'une partie clé la grande vitesse acquise par les gaz dans leur expan sion ainsi poussée jusqu'à une très basse pres sion, de façon à laisser aux gaz à leur sortie du rotor de la turbine, une grande vitesse absolue de sortie; CLAIM Process for the production of motive force by means of a combustion turbine, consisting in expanding the gases, after their combustion, to a pressure much lower than atmospheric pressure, then in using only one key part the high speed acquired by the gases in their expansion thus pushed to a very low pressure, so as to leave the gases at their exit from the turbine rotor, a high absolute exit speed; enfin à utiliser cette vi tesse restante des gaz pour leur propre com pression jusqu'à la pression atmosphérique, en les faisant entrer à leur sortie de la roue de la turbine dans un canal formant éjecteur, où la vitesse des gaz se transformera en pres sion, cette dernière compression des gaz ayant lieu à la plus basse température possible. SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé selon la revendication, caractérisé par le refroidissement des gaz dans les ca- naux-éjecteurs au moyen d'une injection d'eau de refroidissement à l'entrée desdits canaux, cette eau étant injectée dans la direction de la sortie du canal-éjecteur et avec une vitesse suffisante, obtenue par sa mise sous pression préalable, pour pou voir sortir de l'éjecteur en remontant à la pression atmosphérique. finally to use this remaining speed of the gases for their own com pressure up to atmospheric pressure, by making them enter at their exit from the turbine wheel into a channel forming an ejector, where the speed of the gases will be transformed into pressure , this last compression of the gases taking place at the lowest possible temperature. SUB-CLAIMS 1 Method according to claim, characterized by cooling the gases in the ejector channels by means of an injection of cooling water at the inlet of said channels, this water being injected in the direction of the outlet. of the ejector channel and with sufficient speed, obtained by its prior pressurization, to be able to exit from the ejector by returning to atmospheric pressure. 2 Procédé selon la revendication, caractérisé par le refroidissement des gaz dans les ca- naux-éjecteurs au moyen .d'une injection d'eau de refroidissement à l'entrée ,desdits canaux, cette eau étant injectée oblique- ment ou perpendiculairement par rapport à la direction des gaz, et la vitesse de ces derniers étant suffisante pour entraîner l'eau à travers l'éjecteur et pour la ramener à la pression atmosphérique, en même temps que les gaz remontent aux-mêmes à cette pression. 2 Method according to claim, characterized by cooling the gases in the ejector channels by means of an injection of cooling water at the inlet of said channels, this water being injected obliquely or perpendicularly to the inlet. to the direction of the gases, and the speed of the latter being sufficient to carry the water through the ejector and to bring it back to atmospheric pressure, at the same time as the gases rise to themselves at this pressure. â Procédé selon la revendication, -caractérisé par la disposition sur une turbine de puis sance .donnée, d'un nombre de chambres de combustion -ou -d'explosion suffisant pour que les tuyères d'expansion ou canaux di recteurs amenant les gaz détendus à la roue ou aux roues de la turbine soient contigus et forment une couronne continuelle tuyères ou de canaux directeurs, les canaux-éjec- teurs formant à leur tour de l'autre côté .de la roue ou des roues une couronne con tinue de canaux-éjecteurs. 4 Procédé selon la revendication, â Method according to claim, -characterized by the arrangement on a power turbine .Data, of a number of combustion chambers -or -explosion sufficient so that the expansion nozzles or directing channels bringing the expanded gases to the impeller or impellers of the turbine are contiguous and form a continuous ring of nozzles or guiding channels, the ejector-channels in turn forming on the other side of the wheel or wheels a continuous ring of channels -ejectors. 4 Method according to claim, caractérisé par le revêtement clé l'intérieur des canaux éjecteurs au moyen d'une matière qui ne soit pas attaiquée par les acides qui peu vent se former ensuite du contact des gaz clé combustion avec l'eau- -clé refroidisse ment. 5 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on constitué les parois des canaux éjecteurs par une matière qui ne soit pas attaquée par les acides qui peuvent se for mer ensuite du contact des gaz de combus tion avec l'eau de refroidissement. characterized by the key coating on the inside of the ejector channels by means of a material which is not attacked by the acids which can then form from the contact of the combustion key gases with the cooling key water. 5 A method according to claim, characterized in that the walls of the ejector channels are constituted by a material which is not attacked by acids which may then form from contact of the combustion gases with the cooling water. 6 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour faire varier la puissance de la turbine pendant la marche, on aug mente ou diminue la quantité de combus tible brûlé dans la turbine par unité de temps sans faire varier en même temps la quantité d'air. 7 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour faire varier la puissance de la turbine pendant la marche, on met en action o<B>u</B> hors d'action, les chambres de combustion ou d'explosion l'une après l'autre tout en ouvrant ou en fermant en même temps et au fur et à mesure les ca- naux-éjecteurs correspondants, 6 Method according to claim, characterized in that, in order to vary the power of the turbine during operation, the quantity of fuel burnt in the turbine is increased or decreased per unit of time without simultaneously varying the quantity of 'air. 7 A method according to claim, characterized in that, to vary the power of the turbine during operation, is put into action o <B> u </B> out of action, the combustion or explosion chambers l 'one after the other while opening or closing at the same time and progressively the corresponding ejector channels, de manière que le canal-éjecteur où les canaux-éjec- teurs correspondant à une chambre de com bustion soit ou soient toujours fermées quand cette chambre est hors d'action, et vice-versa. 8 Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que, pour faire varier la puissance de la turbine pendant la marche, .d'une part, on diminue ou on augmente la quan tité de combustible brûlé dans la turbine par unité de temps, sans faire varier en même temps la quantité d'air, d'autre part, on met hors d'action ou on remet en action les chambres de combustion ou d'explosion l'une après l'autre, tout en fermant ou !en ouvrant en même temps et au fur et à. mesure les canaux - éjecteurs correspon dants, so that the ejector channel or the ejector channels corresponding to a combustion chamber is or are always closed when this chamber is out of action, and vice versa. 8 A method according to claim, characterized in that, in order to vary the power of the turbine during operation, .on the one hand, the quantity of fuel burned in the turbine per unit of time is reduced or increased, without making at the same time vary the quantity of air, on the other hand, the combustion or explosion chambers are deactivated or reactivated one after the other, while closing or! same time and as and when. measures the corresponding channels - ejectors, de manière que le canal-éjecteur ou les canaux-éjecteurs correspondants à une chambre de combustion ou d'explosions soit ou soient toujours fermés quand cette chambre est hors d'action, et vice-versa. so that the ejector channel or the ejector channels corresponding to a combustion or explosions chamber is or are always closed when this chamber is disabled, and vice versa.
CH97143D 1921-04-19 1921-04-19 Method for the production of motive power by means of a combustion turbine. CH97143A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH97143T 1921-04-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH97143A true CH97143A (en) 1922-12-16

Family

ID=4354849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH97143D CH97143A (en) 1921-04-19 1921-04-19 Method for the production of motive power by means of a combustion turbine.

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH97143A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3050934A (en) * 1959-07-02 1962-08-28 Gray Marine Motor Company Water cooled exhaust elbow
FR2747731A1 (en) * 1996-04-23 1997-10-24 Martinez Michele Operating turbine e.g. liquid or gas turbine at varying speeds and powers for driving tool or electricity production

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3050934A (en) * 1959-07-02 1962-08-28 Gray Marine Motor Company Water cooled exhaust elbow
FR2747731A1 (en) * 1996-04-23 1997-10-24 Martinez Michele Operating turbine e.g. liquid or gas turbine at varying speeds and powers for driving tool or electricity production
WO1997040258A1 (en) * 1996-04-23 1997-10-30 Martinez Michele Process for the rotational driving of a turbine by means of an ejector device
US6146088A (en) * 1996-04-23 2000-11-14 Martinez; Michele Process for the rotational driving of a turbine by means of an ejector device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2525062B1 (en) Turbomachine with detonation chamber and aircraft provided with such a turbomachine
EP0038232A2 (en) Method and system of power generation by an internal-combustion engine
FR2899936A1 (en) METHOD FOR SELECTIVE AIR HEATING AT THE INPUT OF COMPRESSOR ASSOCIATED WITH GAS TURBINE AND SYSTEM FOR GENERATING ELECTRICITY.
EP3259462B1 (en) System for recovering exhaust gas energy
FR2859500A1 (en) METHOD FOR ASSEMBLING A TURBINE ENGINE PREVENTING ICE ACCUMULATION IN THE ENGINE AND SYSTEM FOR PROTECTING AGAINST FREEZING
FR2558893A1 (en) METHOD FOR PRODUCING ENERGY USING A GAS TURBINE
FR2969693A1 (en) GAS AND VAPOR TURBINES WITH COMBINED CYCLE
CH97143A (en) Method for the production of motive power by means of a combustion turbine.
EP3724459B1 (en) Electrically powered turbopump assembly for a closed circuit, particularly of the rankine cycle type, comprising integrated cooling
FR2615903A1 (en) Aerobic heat engine, particularly for the propulsion of hypersonic aircraft
FR3070725B1 (en) KINETIC TURBOPOMPE WITH A DEVICE FOR VARIATION OF SPEED FOR A CLOSED CIRCUIT, IN PARTICULAR A RANKINE CYCLE TYPE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE
WO2022189712A1 (en) Tri-generation turbomachine device and vehicle comprising such a device
FR3007790A1 (en) AIRCRAFT TURBOPROPOWER UNIT COMPRISING A CIRCUIT FOR RECOVERING AND CONVERTING THERMAL ENERGY
CH312372A (en) Gas turbine installation.
BE465635A (en)
FR2928414A1 (en) DEVICE FOR GENERATING ENERGY FROM BIOMASS
CH98411A (en) Process for cooling the wheels and vanes of a combustion turbine, and combustion turbine performing this process.
CH237471A (en) Installation comprising a steam generator heated by hot gas under pressure.
BE470495A (en)
BE357436A (en)
BE516488A (en)
BE487485A (en)
FR3036736A1 (en) AIRCRAFT TURBOMACHINE
BE490103A (en)
BE355120A (en)