Brevet FR2474648A1 — publié le 19810731

L'invention est relative à la production de vapeur suivant un procedé a la fois de rendement elevé et exempt de pollution , au moyen d'un génerateur perfectionne. L'invention a donc pour objet un genérateur de vapeur, notamment pour moteurs à vapeur, constitue par une chambre de combustion munie d'au moins un bruleur d'un mélange combusti ble-comburant, et, par un échangeur de chaleur permettant l'échange de chaleur entre le mélange brûle et un fluide caloriporteur non combustible destine a constituer la vapeur. La chambre de combustion comprend une paroi principale et d'une part, le ou lesdits brûleurs de mélange combusti- ble-comburant, d'autre part, au moins un injecteur pulvérisateur dudit fluide caloriporteur, cependant que la température résultant de la combustion est au moins égale à la tempe rature de vaporisation de ce fluide caloriporteur. Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, souvent adoptées - une paroi secondaire munie d'évents s'entend longitudinalement a l'intérieur de la chambre en étant, au moins par endroits, écartée de la paroi principale de manière à ménager entre les parois principale et secondaire au moins un espace, cependant que le ou les brûleurs pénètrent dans la chambre de combustion d'un cté de la paroi secondaire, le ou les injecteurs pénétrant dans ladite chambre de combustion du côté de cette paroi secondaire opposé au ou aux brûleurs, dans le ou lesdits espaces - la paroi secondaire constitue, h l'intérieur de la chambre, une sorte de manchon ajouré, à l'intérieur duquel débouchent le ou les brûleurs, et, à l'extérieur duquel, entre lui-neme et la paroi principale, débouchent le ou les injecteurs - le manchon presente une section transversale en forme d'étoile h plusieurs branches, chaque injecteur débouchant entre deux branches ; - la chambre de combustion présente une forme allongée, et est limitée à l'une de ses extrémités par une culasse, -support du ou desdits brûleurs et injecteurs - la chambre de combustion est prolongée, à son autre extrémité, par une tuyere convergente - divergente. Ltinvention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaltront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. I1 est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'd titre indicatif et non limitatif. I1 sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est la coupe d'une turbine alimentée par plusieurs générateurs de vapeur conformes à l'invention - la figure 2 est une vue perspective d'une partie d'un des générateurs de vapeur, dont est équipée la turbine de la figure 1 - la figure 3 est une vue de la culasse du générateur de vapeur de la figure 2, vue de l'intérieur de ce généra- teur suivant flèche F de la figure 4 ; - la figure 4 est une coupe axiale du générateur de vapeur de la figure 3, suivant IV-IV de cette figure - les figures 5 et 6 sont des coupes des raccords d'admission d'eau et d'air ; - la figure 7 est une coupe axiale verticale, suivant VII-VII de la figure 8, de la tuyère que comporte le générateur de vapeur des figures 2 à 4 ;; - la figure 8 est une vue suivant fleche G de la figure 7 3 et, - la figure 9 est une coupe suivant IX-IX de la figure 7. L'ensemble représenté sur la figure 1 comporte - un stator 1 de turbine, réalisé en deux parties (demi-carter inférieur et demi-carter supérieur), - un arbre 2 de turbine, qui est monté à rotation dans le statorl, - un rotor de turbine 3, qui supporte trois aubages mobiles -4, eux-mêmes disposés en regard de deux aubages 5 fixés sur le statorl, - un conduit 6, d'échappement vers un condenseur, du mélange qui a travaillé dans les aubages, - plusieurs chambres de combustion 7, dont deux sont représentees, qui alimentent en mélange moteur les aubages de la turbine, et qui sont fixées sur le stator 1, - plusieurs tuyères 8 convergentes - divergentes, une par chambre de combustion, interposée entre ladite chambre correspondante et les aubages. Chaque chambre de combustion 7 comprend elle-meme : - une paroi cylindrique allongée 9, délimitée intérieurement par une face 10, dite paroi principale, - une culasse 11, qui est fixée, ainsi que la paroi principale 9, sur le stator par des goujons 12 visses-sur le stator, et qui est disposée a une extrémité de la paroi principale 9 et en réalise l'obturation, - un manchon 13, dont, dans l'exemple représenté, la section droite est conformée en une étoile régulière à cinq branches, qui comporte -des pattes de fixation 14 situées dans le plan de l'une de ses sections transversales extrêmes et permettant la fixation dudit manchon sur la culasse 11 au moyen de vis 15, dont l'axe 16 est confondu avec l'axe de la paroi principale 9, dont les arêtes 17 des branches de l'étoile sont proches de la face interne 10 de la paroi principale 9 et sont munies de trous découpés 18 réalisant la communication entre les espaces 19 compris entre la face externe 20E du manchon 13 et la face interne 10 de la paroi principale, et, l'espace 21 délimité par la face interne 20I dudit manchon, et qui, enfin, constitue, pour la chambre de com- bustion, une paroi secondaire, et, - un fond 13a du manchon 13, qui en constitue l'extré- mité voisine de la culasse 11, et permet l'obtention de l'étanchéité entre le manchon et la culasse 11, avec interposition d'un joint. Une culasse 11 est munie - d'un brûleur 22, injecteur d'un mélange dosé d'air et de combustible (gaz, ou, alcool pulvérisé ou analogue, par exemple), disposé au centre de la culasse, coaxialement l'axe 16, et débouchant dans l'espace 21, - d'une bougie d'allumage 23, permettant l'inflammation par commande électrique, du mélange air-combustible, disposée côté du brûleur 22, et débouchant également dans l'espace 21, - quatre injecteurs 24 d'un mélange d'air et d'eau pulvérisée qui débouchent chacun dans l'un des cinq espaces 19 exté- rieurs au manchon 13 et alimentent la chambre de combustion en régime établi, et, - un injecteur 25 d'un mélange air-eau pulvérisée, qui débouche dans le cinquième des cinq espaces 39 et qui réalise l'alimentation en régime de ralenti. Les arrivées d'eau et d'air dans la culasse, destinées alimenter les divers injecteurs de mélange air-eau pulvérisée sont réalisées par des dispositifs 28 et 29, tels que ceux représentes sur les figures 5 et 6, qui débouchent dans des conduits 26 et 27 de la culasse 11, eux-memes en communication avec les injecteurs 24 et 25, respectivement. Un dispositif d'arrivée d'eau 28 comprend un corps 30, qui est muni d'un filetage 31 de fixation sur la culasse 11, d'un raccord d'admission de l'eau 32 et d'un raccord de sortie de l'eau 33, de deux gicleurs successifs 34, 35, le premier connecté au raccord de sortie 33, d'une vis de réglage des ajutages 36 et d'un capuchon 37 de cette vis. Ce dispositif est fixé sur la culasse par vissage du filetage 31 dans un taraudage 38 de cette culasse qui débouche dans le conduit 26. Un dispositif d'arrivée d'air 29 comprend un corps 39 vissé par son filetage 40 dans un taraudage 41 de la culasse et muni d'un raccord 42 d'arrivée d'air et d'un orifice 43 de sortie d'air dans le conduit 27. L'extrémité du manchon 13 opposée celle fixée sur la culasse 11 débouche dans le col évase 44 de la partie convergente de la tuyere 8. Le col évasé 45 de la partie divergente de la tuyère 8 debouche, quant à lui, en regard des premiers aubages mobiles 4. La forme de la tuyère est plus particulierement définie par les figures 7 à 9. La disposition conforme à l'invention présente certains avantages qui vont maintenant être vus. Chaque chambre de combustion permet d'abord, dans l'espace 21 intérieur au manchon 13, la combustion d'un combustible d'alimentation, tel qu'un gaz ou de l'alcool pulvérisé. Cette combustion est telle que la température atteinte est au moins égale, mais généralement supérieure à la température de vaporisation de l'eau. Ainsi, l'eau pulverisée introduite par les injecteurs 24 et 25 est-elle instantanément vaporisée et transformée en une vapeur utilisable. Les chambres de combustion comprenant a la fois des bruleurs a combustible et des injecteurs d'eau pulvérisée constituent donc de veritables génerateurs de vapeur. A noter que les produits de la combustion, situés initialement à l'intérieur du manchon 13, et qui contiennent une quantité de chaleur importante, ne sont pas rejetes dans un conduit d'échappement de fumée, comme dans les dispositifs classiquels, mais sont, au contraire, remélangés à la vapeur produite pour former le mélange utilisable, et, dans l'exemple représenté, utilise pour alimenter les aubages 4 et 5 de la turbine. De cette manière, on supprime une grande partie des pertes thermiques des dispositifs connus antérieurement. La combustion est, par ailleurs, réalisée dans de bonnes conditions, le brûleur 22 et la bougie 23 étant protégés des projections d'eau par la présence du manchon 13 dont seule la partie la plus éloignée desdits bruleur et bougie est munie des trous 18. Par ailleurs, l'existence de ces memes trous 18 rend possible un echange efficace de chaleur entre les produits de la combustion et les particules d'eau pulverisee,.et par conséquent, permet une vaporisation parfaite desdites particules. Enfin, la présence des tuyères convergentes -divergentes 8 permet une utilisation de rendement élevé du mélange d'alimentation des aubages. Les dispositions préconisées se distinguent de leurs homologues antérieures à la fois par leur compacité, et par leur aptitude permettre d'importantes dconomies d'énergie. L'invention n'est pas limitée a la réalisation décrite, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui etre apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATION s I - Générateur de vapeur, notaunent pour moteurs à vapeur, constitue par une chambre de combustion munie d'au moins un brûleur d'un mélange combustible-comburant, et, par un échangeur de chaleur permettant l'échange de chaleur entre le mélange brûlé et un fluide caloriporteur non combustible destiné a constituer la vapeur, caractérisé en ce que la chambre de combustion comporte une paroi principale et, d'une part, le ou lesdits brûleurs de mélange comr bustible-comburant, d'autre part, au moins un injecteur pulverisateur dudit fluide caloriporteur, cependant que la température résultant de la combustion est au moins égale a la température de vaporisation de ce fluide caloriporteur. 2 - Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une paroi secondaire munie d'évents s'etend longitudinalement a l'intérieur de la chambre en étant, au moins par endroits, ecartée de la paroi principale de manière a ménager entre les parois principale et secondaire au moins un. espace, et en ce que le ou les bruleurs pénètrent dans la chambre de combustion d'un caté de la paroi secondaire, le ou les injecteurs pénétrant dans ladite chambre de combustion du côté de cette paroi secondaire opposé au ou aux bruleurs, dans le ou lesdits espaces. 3 - Générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi secondaire constitue, à l'intérieur de la chambre, une sorte de manchon ajouré, à l'intérieur duquel débouchent le ou les brûleurs, et, à l'extérieur duquel, entre Ini-meme et la paroi principale, débouchent le ou les injecteurs. 4 - Générateur de vapeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon présente une section transversale en forme d'étoile a plusieurs branches, chaque injecteur débouchant entre deux branches. 5 - Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications I 4, caractérisé en ce que la chambre de com- bustion présente une forme allongée, et est limitée 9 l'une de ses extrémités par une culasse, -support du ou desdits brûleurs et injecteurs-. 6 - Générateur de vapeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de combustion est prolongée, a son autre extrémité, par une tuyere convergente - divergente.