Brevet FR2099644A1 — publié le 19720317

1.- 2099644 La présente invention concerne une turbine à gaz combinée applicable à des navires. lies turbines à gaz présentent l'avantage d'être légères et de faibles dimensions pour une puissance de sortie 5 élevée. C'est la raison pour laquelle on utilise très largement les turbines pour 1'entraînement des avions. Cependant, l'utilisation d'une turbine à gaz sur des navires est extrêmement limitée et ne peut s'utiliser sur certains-bâtiments, la raison de cela est qu'il est difficile d'utiliser un combustible de faible 10 qualité,ce qui augmente les frais en combustible. Une autre raison est que le volume d'air aspiré par la turbine à gaz, rapporté à puissance de sortie, est grand, ce qui engendre une grande quantité de gaz d'échappement. Cela nécessite des tubulures ayant une grande section malgré le fait que la turbine à gaz présente 15 des dimensions réduites. Ces divers inconvénients ont gêné l'application des turbines à gaz aux navires0 la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et concerne, à cet effet, une turbine à gaz applicable à la marine, caractérisée en ce qu'-20 elle est constituée de la combinaison d'au moins deux turbines à gaz pour former un cycle composite,de façon que la quantité d'air d'aspiration, par rapport à la puissance fournie, soit réduite, ce qui permet de diminuer les sections des conduites df-aspiration et d'évacuation de gaz. 25 La turbine à gaz, combinée, selon la présente in vention, est constituée de façon qu'un compresseur d'air soit entraîné par une turbine à gaz indépendante qui consomme principalement un combustible de qualité médiocre, tel que de lrhuile lourde Bunker C ou de l'huile lourde marine,et envoie de l'air 30 à haute pression dans le poste de combustion de la turbine de sortie, pour produire un gaz à haute température et à haute pression qui fournit la puissance, de sortie de cette turbine de sortie. La présente invention sera décrite plus en dé-35 tail à l'aide de divers modes de réalisation, représenté schéma-tiquement dans les dessins annexés dans lesquels î - les figures 1a et 1b sont des schémas représentant des turbines à gaz classiques, - la figure 2 est un schéma d'une turbine selon 40 l'invention. 71 27708 2.- 2099644 - la figure 3 est un schéma montrant l'application de la turbine selon l'invention à des navires. - les figures 4 à 8 sont des schémas d'autres modes de réalisation de l'invention, appliqués également à des 5 navires. Selon les dessins, les turbines à gaz classiques A et B représentées aux figures 1a et 1b sont composées pour former l'unité représentée à la figure 2. La turbine à gaz, composée , comprend un côté compresseur C et tin côté sortie D. Le 10 côté compresseur comprend un compresseur , un poste de combustion , une turbine de sortie et un compresseur reliés à l'arbre de sortie de la turbine . L'air soûs pression élevée sortant du compresseur 'est introduit dans le poste de combustion B£ du côté de sortie de la turbine pouf entraîner là turbi-15 ne I2* Dans ce cas, si la puissance de sortie de la turbine est représentée W^., la puissance nécessaire pour .le compresseur par Wc, il faut avoir l'équation suivante s WC2 = Wt1 " Wc1 20 II ressort de Cette relation, par un simple calcul, que la' puis-; sance de sortie HP^ est égale à la somme de la sortie HP^ de la turbine à gaz A et de la sortie HP2 de la turbine à gaz B. Cela signifie que,par rapport à la puissance de sortie, la présente invention ne présente pas d'intérêt particulier. Cependant, l'é-25 conomie des frais de combustible et la réduction de l'encombrement dés conduites d'aspiration et d'évacuation pour la turbine sur le navire sont considérablement améliorées,grâce" à l'invention. Les raisons de ees économies seront décrites :ci-après, La sortie de la turbine à gaz augmente avec la température' du gaz 30 dans le poste de combustion B. Lorsqu'on utilise du Combustible de faible rendement, tel que l'huile' lourde Bunker C ou lfhuile"lourde marine, il se form'e des cendres et les âubés îîe la turbine sont corîro-* dées'aux températures élevées. C'est pourquoi la température du 35 gaz ne soit pas dépasser actuellement 750°C. Dans la turbine à gaz, combinée, selon la présente invention, le débit d'air envoyé au poste de combustion Bj par"lê compresseur C^ est environ 2,3 fois supérieur à celui du poste de combustion B^. Cela signifie que le rapport de combustion de combustible du poste de combus-40 tion B^ est environ dé 70 f» de la consommation totale en fluide 71 27708 3.- 2099644 de cette turbine combinée. La présente invention permet de réaliser une turbine combinée, économique, en utilisant du combustible de faible qualité dans le poste de combustion qui possède la plus grande consommation de combustible, même si le vo-5 lume de combustible par rapport à la puissance de sortie est augmenté par ce que la température du gaz est inférieure à 75Q°C. Lorsqu'on utilise du combustible de meilleure qualité, tel que des huiles légères dans le poste de combustion on obtient une puissance de sortie plus élevée par l'augmentation de la tempéra-10 ture du gaz. En examinant les quantités d'air nécessaires pour obtenir la puissance de sortie HP^, on constate que dans la turbine simple, classique, environ deux tiers de la puissance de sortie de la turbine sert à entraîner le compresseur, et environ 15 un tiers seulement .est disponible. Cette situation subsiste dans la turbine- selon la présente invention. La turbine de l'invention entraîne le compresseur, et il suffit de créer environ un tiers de la puissance de sortie, comparée à une turbine classique ayant la :même puissance de sortie HP^. Cela signifie que la 20 quantité d'air à envoyer au poste de combustion B^ est diminuée d'environ un tiers par rapport à une turbine classique. Ainsi, la section transversale des conduites allant vers le poste de combustion B^ est également réduite. Le calcul très sommaire donné ci-dessus repose 25 sur le fait que les postes de combustion B^ et B^ travaillent à la même température. Cependant, la température du poste de combustion Bg est notablement plus élevée que celle du poste de combustion B^. De ce fait, le rapport du volume d'air nécessaire est légèrement différent de la -valeur donnée ci-dessus. 30 On décrira ci-après un autre mode de réalisation, de l'invention, tel que celui représenté à la figure 3. Dans les dessins, le côté compresseur C représenté à la figure 2 est situé au-dessus du pont et le côté de sortie D logé dans la chambre des machines est relié à l'hélice du navire par la trans-55 mission réductrice RG-. Il est à remarquer que G-T (I) se rapporte à la turbine du côté compresseur. En utilisant ce montage, les tuyauteries de la coque sont suffisantes pour constituer une alimentation d'air au poste de combustion B2 et la quantité d'air est seulement un 40 tiers de la quantité totale comme ci-dessus. En outre, l'air 71 27703 4.» 2099644 allant vers le poste de combustion 3^ a été comprimé par le compresseur C^ et cela constitue une réduction de volume allant jusqu'à un cinquième, au moins, par rapport au volume initial. En conséquence de cela, la surface de la section des conduites 5 donnant la puissance de sortie est réduite de un dizième au moins par rapport aux installations classiques. Le rendement de la turbine peut être augmenté en utilisant divers moyens connus, tels que le préchauffage à l'aide de gaz de sortie, la compression à deux étages, le refroidis-10 sement intermédiaire, les installations de Bleeder etc, comme représentés aux figures 4 à 8. Les références GT (II), HE et IC représentés dans les dessins se rapportent à une turbine ayant un échangeur de chaleur et un refroidisseur intermédiaire. Comme cela ressort clairement de la description 15 donnée ci-dessus, grâce à l'invention, on augmente l'économie de frais de combustible, en utilisant du combustible de qualité médiocre, même en plus grande quantité par rapport à la consommation totale en combustible. On réduit, de façon notable, la section transversale des conduites d'aspiration et d'évacuation df-20 air. En outre, comme la turbine à gaz utilisant le combustible de qualité médiocre est située sur le pont, il est facile de l'entretenir. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à par-25 tir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 27708 5.- 2099644 HE7BJD I 0 A I I ON S 1.- ÎPurbine à gaz, combinée, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine comme compresseur pour entraîner un compresseur et une turbine comme côté de soircie, cette tur-5 bine ayant un poste de combustion alimenté en air par le dit compresseur» 2.- Turbine à gaz combinée, selon la revendication 1 caractérisée en ce que sur le pont du navire se trouvent un compresseur et la turbine du côté compresseur, la turbine du 10 côté de sortie se trouvant dans la chambre des machines.