Brevet FR2337814A1 — publié le 19770805

La présente invention concerné un procédé et un dispositif assurant le refroidissement de moteurs à combustion interne et de machines de travail entra@nées par ceux-ci Pendant la martbe tontinue d'installations à turbine @ gaz ou bien de turbine à gaz et de moteur à explosion entrainant des machines de travail, on doit assurer le refroidissement aussi bien des pièces individuelles que du fluide d'entratnement stecoulant à l'intérieur de l'installation. La cha- leur à evacuer par le refroidissement provient en partie de pièces mobiles soumises a un frottement, et en partie des processus thermodynamiques. On @@ décrire dans la suite des applications dans lesquelles on assure le refroidissement d'un compresseur d'air entraîné par une turbine a gaz, mais il va de soi qu'on peut également envisager des applications faisant intervenir d'autres groupes de machines Dans le cas de l'installation visée dans l'exemple considéré, on doit refroidir l'huile de lubrification s'écoulant dans les paliers de la machine de manière à éviter un échauffe ment excessif.En outre, pour augmenter le rendement du compresseur, on doit refroidir le fluide de travail entre les différents étages du com presseur, et dans certains cas, il est également nécessaire de refroidir le fluide sortant du compresseur sous une pression élevez D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention appa rattront a la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mans non limitatif @a Figure 1 représente schématiquement l'installation de refroidissement d'un compresseur entratné par une turbine à gaz. la Figure 2 représente schématiquement une tour de refraidissement; et la Figure 3 représente un autre exemple de réalisation d'une tour de refroidissement. Sur la Figure 1, on a représenté un compresseur entrai né par une turbine à gaz et comportant un système de refroidHssement. L'air 17 pénétrant dans le compresseur d'air à basse pression 1 passe dans un dispositif intermediaire de refroidissement 6 avant de pénétrer dans le compresseur d'air à haute pression 2 pour parvenir ensuite, par l'intermédiaire d'un récupérateur 5, dans la chambre de combustion 4. La chambre de combustion reçoit également le carburant qui est brûlé avec l'air. Le gaz à haute pression et à haute temperature 3 produit de cette manière entraine la turbine, puis il traverse le récupérateur 5 pour sortir ensuite sous la forme dun-yaz d'échappement 18. Le fluide est comprimé par l'étage à basse pression 10 et par l'étage à haute pression 11 du compresseur relié à l'arbre de la turbine à gaz. Le fluide sort de l'étage à basse pression pour pénétrer dans le refroidisseur intermédiaire 13 avant de parvenir dans l'étage à haute pression, et finalement dans le refroidisseur final 14. Les paliers 19 de la turbine à gaz sont lubrifiés par l'huile de lubrifi cation qui est cependant échauffée dans les paliers. La pompe à huile 8 refoule l'huile dans le refroidisseur 7 puis dans les paliers. Les paliers du compresseur sont également lubrifies par l'huile de lubrification qui s'écoule dans le circuit d'huile passant par les paliers de la pompe à huile 16 et le refroidisseur d'huile 12. En référence à la Figure 1, on voit par conséquent que, dans l'installation décrite, il est nécessaire de prévoir deux refroidisseurs d'huile 7, 15, un refroidisseur d'air 6, et deux refroidisseurs 13, 14 servant a refroidir le fluide de travail. On obtient un cas similaire quand le compresseur n'est pas entraîné par une turbine à gaz mais, par exemple, par un moteur diesel, à la difference cependant que, dans ce cas, an doit également refroidir les cylindres du moteurs diesel. Pour pouvoir résoudre ce problème de refroidissement, on peut utiliser des refroidisseurs et un fluide de refroidissement constitué par de l'eau ou de l'air atmosphérique. L'eau est entrainee au travers de ces refroidisseurs à l'aide de pompes correspondantes, tandis que l'air de refroidissement est entraîné à l'aide de ventilateurs. On sait également résoudre le problème de refroidissement précite a l'aide d'une tour de refroidissement à tirage naturel qui est pourvue d'un échangeur de chaleur 22 et d'une cheminée 23, et dans laquelle le fluide de travail 24, passant dans ltechangeur de chaleur, transmet sa chaleur à l'air atmosphérique 25 traversant l'échangeur de chaleur et s'écoulant au travers de la cheminée. Dans la tour de refroidissement le tirage est établi par échauffement de l'air stécoulant dans l'échangeur de chaleur. La tour de refroidissement à tirage naturel, qui est pourvue d'un échangeur de chaleur du type superficiel, convient également pour le refroidissement de turbines à gaz et d'installations à compresseurs, entrainées par des turbines à gaz, à savoir de tellesorte que les échangeurs de chaleur 6, 7, 13, 14, 15 (cf. Figure 1) soient disposés directement dans la tour de refroidissement, ou bien de manière que l'échangeur de chaleur soit refroidi par un fluide transmettant la chaleur (eau ou liquide résistant au gel), qui est lui-meme soumis a nouveau à un refroidissement dans la tour. On peut adopter les deux systèmes car, en ce qui concerne une tour de refroidissement, le fluide qui passe dans son echangeur de chaleur est simplement appelé le fluide à refroidir. quelle que soit sa nature. L'invention concerne par conséquent un mode d'augmentation du tirage dans une tour de refroidissement qui comporte un échangeur de chaleur, cette tour de refroidissement étant associée à des installations à turbine à gaz, à des moteurs à combustion interne, ainsi qu'à des machines de travail en tramées par ceux-ci. Pendant la marche des machines de travail, il se produit toujours une quantite importante de chaleur - qui est grande par comparaison à la chaleur à evacuer par le refroidissement - et qui est évacuée dans l'atmosphère par les fumées ou les gaz d'échappement.En consequence, dans la tour de refroidissement à tirage naturel, on peut augmenter sensiblement le tirage produit par échauffement de l'air sous l'effet de la chaleur cédée, à savoir de maniere que l'air sortant du refroidisseur soit encore échauffé par addition de la grande quantité de chaleur contenue dans les gaz d'échappement sortant avec un débit élevé et une haute température, ce qui produit d'augmenter le tirage dans la tour. On a représenté un exemple de réalisation correspondant sur la Figure 3. L'echangeur de chaleur 26 est installé à la partie inférieure de la tour de refroidissement. L'air passe dans l'échangeur de chaleur ou le fluide de travail à refroidir 31 est effectivement refroidi, alors que l'air s'échauffe. Le gaz d'échappement 30 sortant de la turbine à gaz parvient par l'interme- diaire d'un canal dans l'installation 29 assurant la répartition du gaz d'échappement de manière qu'il se mélange à l'air de refroidissement échauffé et qu'il soit dechargé en méme temps que l'air dans la cheminée 27. L'installation 29 assurant la répartition du gaz d'échappement se compose d'un certain nombre de canaux verticaux placés en arrière de l'échangeur de chaleur. Dans les surfaces latérales des canaux sont ménagées des ouvertures par lesquelles passe le gaz d'echappement. Le gaz d'échappement est alors mélange à l'air s'écoulant entre les canaux. Grâce à cette installation, on augmente le tirage de la tour de telle sorte que le gaz d'échappement passe à une température supérieure à celle de l'air de refroidissement, ce qui diminue son poids spécifique. En conséquence, l'action de la cheminée qui produit le tirage est améliorée. il est important que le gaz d'échappement soit mélange intensivement à l'air dans la partie inférieure de la tour de refroidissement. Dans ce but, on utilise 1 'ins- tallation de répartition de gaz d'échappement qui repartit le gaz d'echappement dans le courant d'air relativement uniforme sortant de l'échangeur de chaleur. La vitesse du gaz d'echappement sortant de l'installation de repartition est faible et, ainsi, on ne peut pas utiliser l'effet d'éjecteur qui est exploité dans des locomotives en vue d'augmenter le tirage. On a représente un-autre exemple de réalisation de l'invention sur la Figure 4. Dans la partie supérieure du carter 32 - ou sont disposés aussi bien la turbine à gaz que le moteur a explosion, ou bien le moteur à combustion interne et la machine de travail - il est prevu la tour de refroidissement. Au-dessus de'l'orifice 33 d'entrée d'air de refroidissement, il est prévu dans un plan horizontal l'échangeur de chaleur 34. immédiatement au-dessus de cet echangeur, il est prévu l'installation de répartition 35 qui répartit le gaz d'échappement 38 arrivant par le canal 37 dans toute la section droite de la tour. L'installation de répartition se compose d'un ensemble de canaux qui sont situés dans un plan horizontal à la façon de rayons de roue, le gaz d'echappement sortant par les orifices lateraux. il se mélange ensuite avec l'air s'écoulant entre les canaux. Dans la cheminee 39 s'écoule un mélange de gaz d'echappement et d'air de refroidissement. Le canal de gaz d'échappement peut avantageusement etre complété par un organe déflecteur 41. Dans une des positions limites de cet organe deflecteur, le gaz d'échappement s'écoule vers la tour de refroidissement alors que, dans l'autre position, il parvient normalement dans la cheminee 42 et, dans la position intercalaire, le gaz d'echappement s'écoule en partie vers la tour de refroidissement, et en partie vers la cheminee. En conséquence, on peut améliorer le tirage, c'est-à-dire la puissance de refroidissement de la tour. La regulation peut également etre effectuée quand le tirage dans la cheminée de gaz d'échappement est superieur au tirage de la cheminee de passage du mélange de gaz d'échappement et d'air.Cette condition est toujours assurée en pratique. On peut également réaliser autrement le regulation de la quantité de gaz d'échappement passant dans la tour de refroidissement. il est essentiel que, par modification de la quantite de gaz d'échappement, on puisse faire varier la puissance de refroidissement de la tour. L'efficacite de l'installation est augmentée quand le canal d'échappement est court et, pour cette raison, il est avantageux de placer la tour de refroidissement au voisinage du carter. On a condensé dans la suite les avantages de l'installation décrite cidessus: - les dimensions de la tour de refroidissement (c'est-à-dire aussi bien celles de la surface de transmission de chaleur que celles de la cheminée) peuvent être réduites par rapport aux installations connues, - les gaz d'échappement sont dilues et epurés de sorte que la pollution de l'environnement est diminuée; - la régulation de la puissance de refroidissement est simple. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de realisation decrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour evacuer la chaleur produite par des moteurs à combustion interne ou bien par des machines de travail entrainees par ceux-ci dans l'atmosphere environnante à l'aide d'une installation à tour de refroidissement a tirage naturel, caracterise en ce qu'on echauffe additionnellement l'air s'écoulant à l'intérieur de la tour de refroidissement et chauffé par la chaleur cédée, en le mélangeant avec les gaz d'échappement sortant à haute température de la machine de travail, ce qui augmente le tirage dans la tour. 2.- Dispositif à tour de refroidissement pour la mise en pratique du procédé selon la revendication 1, en vue de regler la quantite de gaz d'échappement passant dans la tour de refroidissement, caractérisé en ce qu'on modifie, par modification de la quantité de gaz d'echappement passant dans la tour de refroidissement, la puissance de refroidissement de la tour. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caracterise en ce qu'il est prévu dans la tour de refroidissement un dispositif de répartition de gaz d'échappement qui se compose d'un échangeur de chaleur pour le fluide de travail à refroidir et pour l'air ainsi que de plusieurs canaux de répartition, le gaz d'échappement sortant par les orifices des canaux etant mélangé au courant d'air uniforme sortant de l'échangeur de chaleur directement après cet échangeur et dans toute sa section droite.