Brevet FR2098267A1 — publié le 19720310

2458Î 1 2098267 La présente invention concerne un dispositif de réglage de la charge pour une installation de turbine à gaz présentant, placés l'un après l'autre sur un circuit de l'agent moteur, un compresseur, tin réchauffeur et me turbine. 5 A pleine charge, les installations de turbines à gaz de ce gen re fonctionnent avec un rendement déterminé. Le problème se pose alors d'atteindre d'aussi près que possible ce rendement, même à charge partielle. Dans les installations en circuit ouvert de type connu, on règle la puissance en réglant la température à l'entrée 10 de la turbine. Dans les installations en circuit fermé de modèle connu, on effectue le réglage des quantités de remplissage ou du niveau de pression. Pour réduire rapidement la charge, il est en outre connu de prévoir dans les installations de turbines à gaz une conduite de reflux, par laquelle l'agent moteur, comprimé dans le 15 compresseur, peut être ramené à l'entrée de ce dernier. Tandis que le réglage de la température pour les turbines à gaz à deux arbres ou plus donne, avec un récupérateur,d'assez bons rendements à charge partielle et que le réglage du niveau de pression permet d'obtenir un rendement pratiquement constant pour cha-20 que puissance, le réglage par conduite de reflux donne à charge partielle des rendements plus mauvais. Parmi les méthodes de réglage donnant un meilleur rendement à charge partielle, le réglage de la température présente cet inconvénient que lors des changements de la charge il se produit des 25 allongements différents des pièces de machines, ce qui agit,défavorablement comme un réchauffeur, en particulier pour des piles atomiques. Le réglage du niveau de pression permet bien de maintenir constante la température dans le circuit, mais il exige par contre de grosses dépenses pour un accumulateur d'agent moteur et 30 un compresseur de transfert. L'invention se pose le problème d'éviter les inconvénients exposés des installations connues et d'obtenir, par des moyens sensiblement plus simples, un bon rendement dans la zone des charges partielles. Selon l'invention, on résoud ce problème en prévoyant 35 i^ne conduite de dérivation, pourvue d'un organe de réglage du débit, qui diverge du circuit de l'écoulement de l'agent moteur en partant d'un point situé, dans le sens de cet écoulement, après un groupe d'étages du compresseur et avant le réchauffeur, pour déboucher en un point se trouvant entre deux groupes d'étages de la 71 24581 2 2098267 turbine» On réalise un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, qui assure de bons rendements à des charges réduites de jusqu'à 50$, en faisant bifurquer la. conduite de dérivation en 5 un jjoint du. circuit de l'agent moteur situé entre le compresseur et le réchauffeur» On atteint en pratique de très bons rendements à tous les paliers de charge partielle en prévoyant deux conduites de dérivation, pourvues d'un organe de réglage du débit et qui divergent 10 du circuit de l'agent moteur, la première à partir d'un point situé entre le compresseur et le réchauffeur, la seconde à partir d'un, point se trouvant entre deux groupes d'étages du compresseur» Sous cette forme, particulièrement intéressante de l'invention,il est prévu un dispositif de commande, qui, dans la zone supérieure 15 des charges, effectue le réglage par l'organe de réglage du débit de la première conduite de dérivation, tandis que dans la zone inférieure des charges, en évitant la. limite de pompage, il l'effectue par l'organe de réglage du débit de la seconde conduite de dérivationo 20 lorsque, avantageusement pour l'application de l'invention à des installations de turbines à gaz en circuit fermé, la partie du circuit allant de la sortie de la turbine à l'entrée du compresseur est si grande que la quantité d'agent moteur se trouvant sous la pression la plus basse est supérieure à la quantité sous la pres-25 sion plus haute, on peut atteindre pratiquement, dans la zone des charges partielles, une aussi bonne courbe de rendement pour ces installations en circuit fermé que pour des installations en circuit ouvert» Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits 30 plus en détail ci-après en référence au dessin joint dont les Fig» 1 à 4 représentent chacune un schéma de quatre installations différentes de turbine à gaz. Les mêmes repères désignent les pièces correspondantes des installâtions0 35 L'installation de turbine à gaz représentée à la Figol com porte un compresseur 1, un réchauffeur 2 et une turbine 3» qui / 12-1 est partagée en deux groupes d'étages 3 et 3 • Le groupe 3 la turbine 3 entraîne le compresseur 1, le groupe 3 une génératrice 4. La référence 5 désigne un circuit d'écoulement de l'agent SAD ORIGINAL 71 2458i 3 2098267 moteur de l'Installation. Cet agent, arrivant sur le groupe 3 de la turbiae 3, cède de la chaleur dans un récupérateur 6 à l'agent moteur sortant du compresseur 1. Un refroidisseur 7 est placé dans le circuit avant le compresseur 1. Une conduite de 5 reflux 9, pourvue d'une soupape 8, revient d'un point situé entre deux groupes d'étages du compresseur 1 à l'entrée de Qe compresseur. Selon l'invention, l'installation présente une conduite de dérivation 11 pourvue d'un organe de réglage du débit 10 et qui 10 diverge du circuit d'écoulement 5 en un point 12, situé dans le sens de cet écoulement après un groupe d'étages du compresseur 1 et avant le réchauffeur 2 pour déboucher dans le circuit 5 en un 1 2 point se trouvant entre les deux groupes d'étages 3 et 3 de la turbine 3~« 15 Si l'installation doit travailler à charge partielle, l'organe de réglage du débit 10 est actionné. Tandis que cet organe 10 est complètement fermé à pleine charge, il est tout à fait ouvert à demi-charge et laisse passer 10$ environ de la quantité d'agent moteur dans la conduite de dérivation au réchauffeur 2 et par la •1 20 conduite de dérivation 11 au groupe d'étages 3 de la turbine 3« De cette manière, on peut conserver pratiquement le bon rendement atteint à pleine charge jusqu'à ce qu'on soit descendu à la demi- charge. Pour abaisser rapidement la charge, on se sert de la conduite de reflux 9» connue, laquelle est pourvue de la soupape 8, 25 en mime temps que la conduite de dérivation 18, pareillement connue, 2 pour le groupe d'étages 3 de la turbine 3. Le maintien du bon rendement sous charge partielle résulte des trois motifs suivants. La conduite de dérivation 10, 11, règle la quantité d'agent moteur passant par le réchauffeur 2 et le groupe 30 d'étages 3 de la turbine 3 en fonction de la puissance demandée. La vitesse du compresseur 1 baisse, ce qui réduit la pression à l'entrée de la turbine 3 et l'expansion qui s'y produit. Tandis que la partie du débit dont la température s'élève dans le réchauffeur 2 diminue à peu près dans le même rapport que la pression à 35 l'entrée de la turbine 3, la partie du débit amenée par la condui-te de dérivation 11 dans le groupe d'étages 3 de la turbine 3 est récupérée. Tandis qu'il s'agit, dans l'installation représentée dans la Pig. 1 d'une installation de turbine en circuit fermé, l'installa- 1 71 24581 4 2092267 tion de la Pig.2 concerne une turbine à gaz ouverte. L'installation suivant la Pig.2 se distingue encore de celle de la Pig.1 1 2 en ce que le compresseur 1 et les deux groupes d'étages 3 et 3 de la turbine 3 sont sur un arbre commun. Cet arbre commun entraî-5 ne une hélice 14. L'arbre commun aux deux groupes d'étages 3^ et p 3 de la turbine 3 est possible ici du fait que la vitesse de l'hélice 14 diminue avec la charge,, Des conditions analogues peuvent se présenter aussi pour des pompes ou des compresseurs actionnés par une turbine à gaz. 10 La forme de réalisation d'une installation de turbine à gaz représentée dans la Pig.3 convient particulièrement aux installations qui doivent encore fonctionner avec un très bon rendement dans une zone située au-dessous de la demi-charge. Deux conduites de dérivation avec organe de réglage du débit sont prévues, à sa- 15 voir, une conduite de dérivation 11^ pourvue d'un organe de réglage \ 2 du débit 10 et une conduite de dérivation 11 pourvue d'un organe / 2 1 de réglage du débit 10 . La première conduite 11 diverge du circuit 5 (comme dans les exemples de réalisation suivant les Pig. 1 et 2) en un point 12 situé entre le compresseur 1 et le réchauf- ' 2 20 feur 2, en l'occurence le récupérateur 6. La seconde conduite 11 diverge du circuit 5 en un point 15 se trouvant entre deux groupes 1 2 d'étages 1 et 1 du compresseur 1. Les deux conduites de dérivation 11^ et 11^ débouchent ensuite de nouveau dans le circuit 5, \ 2 chacune en un point 13 ou 13 situé entre deux groupes d'étages 25 de la turbine 3. Le point 13^ se trouve entre les deux groupes 12 2 P d'étages 3 et 3 » et le point 13 entre deux étages du groupe 3 . Un dispositif de commande 16 est en outre prévu pour assurer le réglage, dans la zone supérieure de charge (100$ à 50$), par 4 l'intermédiaire de l'organe de réglage du débit 10 de la première 30 conduite de dérivation 11^, tandis que dans la zone inférieure de charge (50$ et moins) l'organe de réglage du débit 10 de la seconde conduite de dérivation effectue le réglage en évitant le pompage du compresseur 1„ De cette façon, le rendement favorable désiré peut être conservé jusqu'à la charge la plus basse» 35 De plus, dans l'installation de turbine à gaz en circuit fermé, qui est représentée à la Pig„3j la partie du circuit 5 allant de la sortie de la turbine 3 à l'entrée du compresseur 1 est si grande^ que la quantité d'agent moteur sous la plus faible pression est supérieure à la quantité se trouvant sous la pression la plus forte. Pour que la différence entre ces quantités soit la plus grande BAD ORIGINAL 71 24581 5 2398267 possible, la partie du circuit 5 allant de la sortie de la turbiae 3 à l'entrée du compresseur 1 présente un réservoir 17 contenant de l'agent moteur. la forme de réalisation représentée à la Pig. 4 montre une 5 solution, grâce à laquelle on parvient à une construction des plus simples malgré uae zone étendue des changements de charge, la conduite de dérivation 11^,pourvue de l'organe de réglage du débit 2 10 , diverge du circuit 5 en un point 15 situé entre deux groupes d'étages du compresseur 1. Gomme dans les formes de réalisation 10 suivant les Pig. 1 à 3, cette conduite de dérivation débouche à nouveau dans le circuit 5 en un point 13, qui se trouve entre les 1 2 groupes d'étages 3 et 3 de la turbine 3. Une proportion de 20$ 2 environ d'agent moteur passe dans la conduite de dérivation 11 en p contournant le second groupe d'étages 1 du compresseur 1, le ré- 1 15 chauffeur 2 et le premier groupe d'étages 3 de la turbine 3. 71 24581 6 2098267 REVENDICATIONS 1 ./ - Dispositif de réglage de la charge pour i;ne installation de turbine à gaz présentant, placés l'un après l'autre sur un circuit de l'agent moteur, un compresseur, un réchauffeur et une turbine, caractérisé en ce qu'il est prévu une conduite 5 de dérivation, munie d'un organe de réglage du débit, diver geant du circuit suivi par l'agent moteur en un point situé, dans le sens de l'écoulement, après un groupe d'étages du compresseur et avant le réchauffeur et qui débouche dans le circuit en un point situé entre deux groupes d'étages de la 10 turbine» 2»/ - Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1a. conduite de dérivation diverge du circuit suivi par l'agent moteur en un point situé entre le compresseur et le réchauffeur 15 3o/ - Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que la conduite de dérivation diverge du circuit en un point situé entre deux groupes d*étages du compresseur» 4./ - Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 20 -1, caractérisé en ce qu'il est prévu deux conduites de dérivation pourvues d'un organe de réglage du débit,dont la première diverge du circuit suivi par l'agent moteur en un point situé entre le compresseur et le réchauffeur et la seconde en un point se trouvant entre deux groupes d'étages du corn-25 presseur. 5./ - Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 4, caractérisé par un dispositif de commande, qui effectue le réglage, dans la zone supérieure des charges, au moyen de la soupape de réglage du débit de la. première conduite de 30 dérivation, et dans la zone inférieure des charges, en évi tant le pompage du compresseur, au moyen de la soupape de réglage du débit de la seconde conduite de dérivation» 6»/ - Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 1, pour une installation de turbine à gaz en circuit fermé, 35 caractérisé en ce que la partie du circuit suivi par l'agent moteur allant de la sortie de la turbine à l'entrée du compresseur de l'installation est prévue assez grande pour que la quantité d'agent moteur se trouvant sous la pression la BAD ORIGINAL 71 24581 7 2098267 plus basse soit supérieure à la quantité se trouvant sous la pression la plus forte. ./- Dispositif de réglage de la charge suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la partie du circuit allant de la sortie de la turbine à l'entrée du compresseur présente un réservoir contenant de l'agent moteur.