Brevet FR2188056A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne l'installation d'une turbine à gaz destinée, de préférence, à fonctionner comme source de puissance de réserve, équipée de façon à être maintenue prête à être mise en charge et tournant à vitesse réduite. Les turbines à gaz sont souvent utilisées comme sources de puissance de réserve pour les centrales électriques et les réseaux d'électricité, car leur prix d'achat est relativement peu élevé et elles peuvent êtres mises en marche assez rapidement, en comparaison des turbines à vapeur. Cependant, dans de nombreux cas, la source de réserve doit être maintenue à un état dans lequel elle est prête à être mise en charge. Dans ce cas la turbine tourne et elle est chaude mais elle n'est pas chargée. La présente invention concerne cette forme de fonctionnement en réserve. Un mode de fonctionnement de réserve simple consiste à faire tourner la turbine à vide, à vitesse normale, avec une faible charge correspondante de sa chambre de combustion. Cependant ce type de fonctionnement est assez peu économique et, en conséquence, il ne convient que pour des circonstances exceptionnelles, c'est-à-dire lorsque la turbine doit être prête à être mise en pleine charge sans préavis. Un autre mode de fonctionnement de réserve consiste à relier à la turbine un générateur électrique fonctionnant comme moteur synchrone et entraînant la turbine à sa vitesse normale. Le chauffage de la turbine s'effectue alors par frottement à 11 intérieur de celle-ci, c'est-à-dire entre l'air et les aubes de la turbine. Ce mode de fonctionnement est également assez coûteux et il peut nécessiter des dispositifs pour refroidir et pour chauffer à la fois la turbine. L'usure est également azzez importante. Au contraire, suivant la présente invention il est proposé de faire tourner la turbine à vitesse réduite avec l'aide de ce quton appelle un moteur d'entraînement, c'est-àdire un petit moteur qui n1 est conçu que pour surmonter les frottements dans la turbine. Pour chauffer la turbine, on utilise une chambre de combustion auxiliaire, beaucoup plus petite que la chambre de combustion normale qui ne pourrait fonctionner à une charge aussi faible que celle qui est envisagée. Suivant un autre perfectionnement de l'in vention, les dimensions de la chambre de combustion auxiliaire lui permettent de fonctionner à une pression beaucoup plus élevée que celle qui est nécessaire pour le chauffage de la turbine. La pression du gaz est réduite ensuite, pendant qu'il est envoyé à la turbine, à l'aide d'une plaque d'étranglement. La pression du gaz de chauffage de la turbine ne doit être que très légèrement supérieure à la pression atmosphérique, de sorte que le gaz siffle doucement dans la turbine lorsqu'elle tourne lentement. La pression de fonctionnement élevée de la chambre de combustion permet une combustion bien meilleure et plus propre. En même temps, la chambre de combustion peut être beaucoup plus petite.Pour une pression de fonctionnement de 10 à I5 bars, par exemple, le diamètre du tube à flamme ou chambre de combustion peut être inférieur au tiers de celui qui est nécessaire pour la pression atmosphérique. L'air de combustion d'une turbine à gaz provient normalement d'un compresseur. Du fait qu'un tel dispositif absorbe une partie considérable de la puissance de la turbine à gaz lorsqu'elle est à plein charge, il est très avantageux, que lorsqu'elle fonctionne en réserve, qutun réservoir d'air soit rempli pendant que sa charge est faible. Les dimensions du compresseur peuvent, de ce fait, rester faibles et si l'alimentation en air est suffisamment importante, le compresseur peut être isolé à pleine charge, de sorte que la totalité de la puissance de la turbine peut être utilisée pour produire la puissance de sortie. Lorsque la turbine fonctionne en réserve, selon l'invention, le réservoir d'air peut alimenter la chambre de combustion auxiliaire. A titre d'exemple, on a décrit ci-après et représenté au dessin annexé une forme de réalisation d'installation de turbine à gaz de réserve, selon l'invention. La figure unique du dessin représente une turbine à gaz I équipée d'un compresseur 2 et d'un générateur 3. Le compresseur 2 et le générateur sont reliés par un accouplement débrayable 4, tandis que la turbine I et le générateur 3 sont reliés par unejonction 5 à roue libre qui permet au générateur de tourner à sa vitesse de synchronisme, pendant qu'il est entraîné par un réseau d'électricité II, tandis que la turbine tourne à faible vitesse lorsqu'elle fonctionne en réserve. Dans ce but, un moteur 6, dit d'entraînement, est relié à la turbine par une liaison 7, à roue libre, qui permet à la turbine de tourner à une vitesse plus élevée que celle du moteur. Le compresseur 2 est relié par une vanne d'arrêt IO à la chambre de combustion normale 9 et à la chambre de combustion auxiliaire I3 de la turbine. I1 est également relié par une vanne I2 à une réserve 8 d'air de type connu, par exemple une cavité rocheuse. De cette façon, les chambres de combustion 9 et I3 peuvent respectivement, fonctionner à l'aide de l'air provenant de la réserve lorsque la turbine est à sa charge maximale ou lorsqutelle fonctionne en réserve sans qu'il soit nécessaire que le compresseur 2 fonctionne. On dispose ainsi d'une grande liberté de choix du mode de fonctionnement et des dimensions du compresseur.Comme on l'a indiqué précédemment, sans la réserve d'air, le compresseur absorberait une partie considérable de la puissance de la turbine et devrait être de très grande dimension. Le fait de disposer d'une réserve d'air offre, en conséquence, des avantages considérables. Le carburant est amené aux chambres de combustion 9 et I3 par une conduite I4 équipé d'un régulateur et de vannes d'arrêt. Pour chauffer la turbine I, pendant son fonctionnement en réserve, le gaz chaud de la chambre de combustion ne doit s'écouler qu'à une faible pression, par exemple de 1,5 bar par la turbine qui tourne lentement (par exemple à 500 tours par minute). I1 est peu réaliste d'essayer de faire fonctionner la chambre de combustion normale 9 pour une charge aussi faible et en conséquence la chambre de combustion auxiliaire I3 est en parallèle sur la chambre 9. La chambre de combustion auxiliaire peut fonctionner à la basse pression indiquée plus haut, mais si elle est conçue pour une pression plus élevée, par exemple de IO à I5 bars, elle peut être beaucoup plus petite et permettre également une combustion améliorée. Une plaque d'étranglement I5 est disposée à la sortie de la chambre de combustion auxiliaire afin de réduire la pression des gaz de combustion avant leur passage dans la turbine. Lorsque la turbine passe de son fonctionnement en réserve, à faible vitesse, à son fonctionnement normal ou au moins lorsqu'elle doit être tout à fait prête et qu'elle doit tourner à pleine vitesse, la chambre de combustion principale 9 est mise en fonctionnement et la vitesse de la turbine augmente. I1 peut être judicieux de laisser la chambre auxiliaire continuer à fonctionner jusqu'à ce que la chambre 9 soit allumée d'une façon appropriée, afin d'éviter que la turbine ne se refroidisse au cas où la chambre de combustion 9 s'éteint ou ne s'allume pas du tout, auquel cas de l'air froid de la chambre 9 pourrait s'écouler dans la turbine. I1 peut être également avantageux que l'orifice de la plaque d'étranglement I5 soit varia ble, de façon à être en mesure d'accroître la pression de la chambre auxiliaire pendant la période de commutation et jusqu'à ce que la chambre de combustion principale soit allumée. Du fait que les deux chambres de combustion peuvent fonctionner en parallèle, l'enveloppe extérieurede la chambre de combustion auxiliaire doit avoir des dimensions correspondant à la pression de fonctionnement de la chambre de combustion principale, au cas où il se produirait des fuites entre les deux chambres. REVENDICATIONS I. Turbine à gaz équipée de façon à être maintenue en rotation et à fonctionner comme en réserve, caracté en en ce que la turbine (I) est équipée d'un moteur (6) qui la fait tourner à vitesse réduite, d'une chambre de combustion auxiliaire (I3) et d'une chambre de combustion normale (9), la chambre auxiliaire étant de puissance réduite et étant destinée à maintenir la turbine chaude pendant qu'elle est maintenue en réserve. 2. Turbine à gaz suivant la revendication I, caractérisée en ce que le moteur (6) est relié à la turbine (I) par une jonction à roue libre (7) qui permet à la turbine de tourner à une vitesse plus élevée que le moteur. 3. Turbine à gaz suivant la revendication I, destinée à l'entraînement d'un générateur électrique, caractérisée en ce quelle est reliée au générateur (3) par une jonction à roue libre (5). 4. Turbine à gaz suivant la revendication I, caractérisée en ce que la pression de fonctionnement de la chambre de combustion auxiliaire (I3) est supérieure à la pression atmosphérique, une plaaue d'étranglement tI5) étant disposée sur la conduite de gaz entre la chambre de combustion auxiliaire et la turbine (I), afin de réduire la pression du gaz envoyé à la turbine. 5. Turbine à gaz suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'ouverture de passage de la plaque d'étranglement cri5) est réglable. 6. Turbine à gaz suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la pression de fonctionnement de la chambre de combustion auxiliaire (I3) est de IO à I5 bars environ, tandis que la pression du gaz envoyé à la turbine (I) n'est que légèrement supérieure à la pression atmosphérique. 7. Turbine à gaz suivant la revendication I, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une réserce d'air (8) qui alimente la chambre de combustion auxiliaire (I3).