Brevet FR2132457A1 — publié le 19721117

î 2132457 La présente invention se rapporte à une installation de turbine à gaz avec un réservoir-accumulateur d'air souterrain à la manière d'un réservoir-caverne dans un gisement de sel ou analogue, réservoir à partir duquel l'air 5 de combustion accumulé pendant les périodes de faible consommation d'électricité est envoyé à la chambre de combustion d'une turbine à gaz pendant les périodes de forte consommation d'électricité. Dans de telles installations, l'air accumulé est exposé à des changements d'état variables, en fonction du 10 degré de remplissage du réservoir» Ces changements d'état se • déroulent de façon presque adiabatique lors du remplissage et du prélèvement d'air0 De telles cavités souterraines, telles qu'elles sont créées par exemple notamment par dissolution, 15 dans des gisements de sel, présentent par ailleurs à leur fond une accumulation de saumure saturée, de nombreuses impuretés contenant en partie de l'acide silicique et de débris de roches insolubles. Pendant les fréquents changements d'état de l'air, qui se déroulent relativement vite, le degré d'humidité de 20 l'air varie également. A la suite de ces changements de pression, de température et d'humidité variant en permanence, il faut envisager que des particules de sel de la caverne soient maintenues en l'état de suspension dans l'air accumulé et se trouvent ainsi entraînées hors de la caverne en cas de prélè-25 vement rapide de l'air. Si ces particules de poussières formées essentiellement de chlorure de sodium ou de chlorure de potassium, parviennent dans la chambre de combustion de la turbine à gaz, elles y fondent et précipitent ensuite sur les aubes plus froides de la turbine. Le dépôt qui se forme ainsi 30 sur les aubes peut conduire non seulement à un rétrécissement des canaux de gaz dans l'aubage et donc à une augmentation de la .charge de poussée du palier de butée, mais également à des diminutions de la puissance» Par ailleurs, les dépôts de sel compromettent également la solidité de l'aubage tournant, par 35 corrosion intercristalline. Pour cette raison, il est nécessaire de débarrasser l'air de combustion, avant son entrée dans la chambre de combustion, aussi complètement que possible des poussières de sel, par l'utilisation de filtres ou de séparateurs de pous-40 sières appropriés. Ces dispositifs, qui doivent être dimension- 72 11936 2 2132457 nés pour le plein débit drair et pour la plus haute pression d'air de service, sont très onéreux. La présente invention vise à réduire les dépenses techniques pour les dispositifs de séparations de poussières de sel ou d'autres impuretés, 5 lesquels dispositifs sont indispensables, et de mettre en oeuvre des moyens nouveaux "qui permettent cette réduction sans que l'installation de turbine à gaz ne soit pour autant exposée aux dangers mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, on obtient ce résultat, 10 dans le cas d'une installation du type décrit précédemment,par le fait qu'avant son entrée dans la chambre de combustion,1'air de combustion accumulé sous haute pression subit une détente partielle dans une turbine à détente à air chaud, après réchauffage préalable à l'aide des gaz d'échappement de la turbine à 15 gaz, la température de l'air étant maintenue en dessous de la température de fusion des particules de sel ou d'autres impuretés contenues dans l'air de combustion. Par conséquent, on accumule l'air de combustion sous une pression élevée. Lors de son prélèvement du ré-20 servoir, on chauffe l'air exclusivement dans des échangeurs de chaleur à surface, par les gaz d'échappement de la turbine à gaz, et on l'envoie ensuite, en passant par un tamis grossier, à la turbine à détente à air chaud. La température de l'air peut être choisie à environ 550°C et se trouve ainsi loin en dessous 25 de la température de fusion des sels. La turbine à détente est avantageusement montée sur le même arbre et à l'intérieur de la même enveloppe extérieure que la turbine à gaz associée, mais de manière à être traversée dans un sens d'écoulement opposé à celui de la turbi-30 ne à gaz. A l'extrémité de sortie de la turbine à détente, des chicanes disposées radialement peuvent imprimer à l'écoulement d'air, grâce à son énergie de sortie, sans impulsion un mouvement rotatoire, l'air étant dévié d'un angle de 180° pour s'écouler en direction de la turbine à gaz en passant autour du 35 corps de la turbine à détente. Au cours de ce trajet, l'air exécute un mouvement de rotation, la progression de l'écoulement d'air suivant un mouvement en hélice étant arrêtée par une cloison annulaire. A cet endroit, les particules à séparer peuvent être extraite* du flux d'air» L'air épuré passe ensuite, 40 par un tube en forme de diffuseur, qui entoure l'arbre commun 72 11936 3 2132457 des turbines, de la zone du coeur de 1'écoulement d'air rota-toire dans la préchambre de combustion» En se référant au dessin annexé, on va décrire plus en détail l'objet de l'invention* Les figures repré-5 sentent un exemple de réalisation de l'installation, à savoir les parties essentielles pour l'invention, d'Une manière fortement simplifiée et partiellement schématique» L'air de combustion accumulé sous haute pression dans un réservoir-accumulateur souterrain arrive par 10 la canalisation 1 dans le sens de la flèche 2 et est réchauffé dans un échangeur de chaleur 3 par les gaz d'échappement de la turbine à gaz. Par la canalisation 4, l'air chaud parvient à xin tamis à air 5 et dé là à une turbine à détente à air chaud 6. Cette turbine se trouve, avec la turbine à gaz 7>sur 15 lui môme arbre 8 qui est accouplé à l'arbre 9 d'un alternateur 12. La turbine à détente 6 est traversée en direction axiale dans le sens de la flèche 10. L'air sortant à l'état partiellement détendu de la turbine 6 parvient dans la 20 zone de chicanes 14 disposées sur la paroi frontale 13 de l'enveloppe extérieure 15 commune aux deux turbines. La figure 2, qui est une coupe suivant A-A de la figure 1, permet de reconnaître plus en détail l'agencement de ces chicanes» Les chicanes 14 impriment au flux d'air dé-25 vié, grSce à la vitesse de sortie de cet air, pratiquement sans impulsion un mouvement rotatoire supplémentaire lorsque l'air s'écoule dans l'espace annulaire 29 entre l'enveloppe extérieure 15 et la turbine à détente 6 dans le sens de la flèche 16. 30 L'écoulement d'air qui se propage ainsi en hélice est limité par une cloison annulaire 17» L'ensemble ou la majeure partie de l'air de combustion est envoyé à partir de la zone du coeur de l'écoulement d'air rotatoire, par un diffuseur 18 se trouvant dans la cloison 17 et entourant l'ar-35 bre 8 des turbines, dans la préchambre de combustion 19. La zone marginale extérieure de l'écoulement d'air se déplace ainsi axialement en direction de la cloison 17, s'accumule devant cette cloison et se trouve ici dévié "vers l'intérieur. Le tourbillon ainsi formé tourne si-40 multanément dans le sens de rotation de l'écoulement d'air 72 11936 4 2132457 principal, lequel est déterminé par les chicanes 14. Ainsi,des particules de sel et d'autres impuretés contenues dans l'air sont projetées dans la zone marginale de l'écoulement d'air et sont entraînées en direction de la cloison 17. 5 Dans la partie inférieure de la cloison 17» des tôles directrices appropriées 20 assurent une déviation d'un flux d'air partiel chargé d'impuretés dans une chambre collectrice 21. Les particules de sel et d'autres corps étrangers s'accumulent dans cette chambre. 10 Pour obtenir un écoulement défini, le flux d'air partiel passant par la chambre collectrice 21 peut être ramené dans le flux principal, en un endroit approprié, en passant par un filtre à air 22 suivi d'une canalisation 23. Ainsi, la canalisation 23 peut déboucher, par exemple, dans la zone du 15 col du diffuseur 18. Il est évidemment possible également d'envoyer le flux d'air partiel dans la cheminée des gaz d'échappement de la turbine à gaz, afin de disposer d'une différence de pression plus importante pour l'extraction des impuretés. L'air de combustion parvient ensuite de la 20 préchambre de combustion 19 par le passage 24 dans la chambre de combustion 25 dans laquelle le combustible 26 est introduit d'une manière représentée schématiquement, conjointement avec l'air de combustion. La chambre de combustion 25 est suivie de la turbine à gaz 7 dont le canal de gaz d'échappement 27 25 renferme l'échangeur de chaleur 3 décrit précédemment. Les gaz d'échappement quittent l'installation à une température réduite dans le sens de la flèche 28. 72 11936 5 2132457 BE7END10AII0KS lo Installation de turbine à gaz avec tin réservoir-accumulateur d'air souterrain, à la manière d'un réservoir-caverne dans un gisement de sel ou analogue, réservoir 5 à partir duquel l'air de combustion accumulé pendant les périodes de faible consommation d'électricité est envoyé à la chambre de combustion d'une turbine à gaz pendant les périodes de forte consommation d'électricité, caractérisée par le fait que l'air de combustion accumulé sous haute pression subit une 10 détente partielle avant -son entrée .dans la chambre de combustion, dans une turbine à détente à air chaud * après réchauffage préalable par les gaz d'échappement de la turbine à gaz, la température de l'air étant maintenue en dessous de la température de fusion des particules de sel contenues dans 1'air. 15 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la turbine à détente à air chaud est montée dans la même enveloppe extérieure et en particulier sur le même arbre que la turbine à gaz, en étant cependant traversée dans un sens d'écoulement opposé à celui de 20 la turbine à gaz» 3« Installation suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que des chicanes disposées radialement sont prévues au voisinage de l'extrémité de sortie de la turbine de détente à air chaud, pour imprimer à l'écoule- 25 ment d'air, grâce à l'énergie de sortie de ce dernier, essentiellement sans impulsion un mouvement rotatoire. 4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que le trajet de l'écoulement rotatoire de l'air est limité, en direction de la préchambre de 30 combustion de la turbine à gaz, par une cloison annulaire. 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que l'ouverture de la cloison est pourvue d'un tube en forme de diffuseur, qui entoure l'arbre commun des turbines et par lequel l'air de combustion est en- 35 voyé de la zone du coeur d'écoulement d'air rotatoire dans la préchambre de combustiono 6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée par le fait qu'un flux d'air partiel dérivé, chargé d'impuretés, est également entraîné en rotation par le 40 mouvement rotatoire imprimé par les chicanes, dans l'espace 72 11936 6 2132457 annulaire délimité par le diffuseur, la cloison et l'enveloppe extérieure. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée par le fait qu'un écoulement rotatoire tel est 5 produit et entretenu, que les particules de sel et d1autres corps étrangers se trouvent projetés, après la sortie de la turbine à détente à air chaud, dans la zone marginale de l'écoulement d'air et soient entraînés en direction de la cloison. 10 8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée par le fait que des tôles directrices sont prévues au voisinage de la cloison pour diriger le flux d'air partiel dans me chambre collectrice se trouvant à l'extérieur de l'enveloppe des turbines, chambre dans laquelle s'accumu- 15 lent les impuretés. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que le flux d'air partiel rejoint le flux principal en aval de la chambre collectrice, à un emplacement de pression réduite, de préférence dans la zone du 20 diffuseur de la cloison, ou débouche dans la cheminée des gaz d'échappement de la turbine à gaz.