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"Moteur-turbine à explosion du type dit à pistons rotatifs"
La présente invention a pour objet la réalisation d'une turbine à explosion du type dit "à pistons rotatifs" utili- sant exclusivement comme le moteur à cylindre-piston l'éner- gie de détente d'un mélange détonnant, dont la compression a été préalablement effectuée, et l'explosion produite partie en chambre séparée, partie dans le corps même du rotor de la turbine.
A cette fin la turbine se caractérise essentiellement par un rotor-moteur massif présentant un certain nombre de cavités circulaires ou chambres de détente séparées par des @ parties pleines dites cloisons ; ces évidements circu- laires s'engagent à contact doux les secteurs pleins d'un
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rotor-obturateur, qui a leur tour forment cloison fixe à l'ar- rière des chambres de détente empêchant ainsi les gaz-de se détendre dans la chambre totale. Le volume de détente est uniquement obtenu par le déplacement de la cloison mobile sous l'effet de la pression des gaz sur la face postérieure de celle-ci.
La description ci-dessous est faite en référence aux dessins ci-joints qui représentent (fig.l) une coupe de face ou radiale d'un élément-moteur, le moteur complet étant constitué par la juxtaposition sur le même arbre mo- teur d'un nombre impaire de ces éléments.
Fig. 2 une coupe axiale d'un élément-stator.
Le rotor (1) est un disque plein comportant 3 évide- ments circulaires appelés chambres de détente (2) enlevés sur toute l'épaisseur du disque. Elles sont séparées par une partie pleine appelée cloison (3) dont le profil se rapproche de celui d'une denture.
Ce profil est déterminé par l'unique condition de réa- liser un contact d'obturation avec les bossages correspon- dants des secteurs pleins de l'obturateur (4), aucun effort ne leur devant être transmis. Chacune des cloisons porte deux ou plusieurs segments latéraux (5) ainsi que des seg- ments sur la portion de paroi cylindrique, qui réalisent par' force centrifuge une obturation suffisante.
Afin d'éviter l'usure de frottement du rotor contre la paroi intérieure du stator (6) par suite de la dilatation (en effet le stator est plus efficacement refroidi par l'en- veloppe d'eau),il pourra exister à froid un jeu minime, l'ob- turation étant assurée de façon satisfaisante par les segments (5) comme indiqué ci-dessus.
Le fond cylindrique des chambres de détente est constitué par un segment mobile (8) occupant toute l'épaisseur dû rotor ; ce segment, aux extrémités taillées en biseau, porte un talon (9) s'engageant dans un mortaise correspondante prévue dans
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la masse du rotor et y maintenu avec un jeu d'une fraction de millimètre par une clavette axiale (10). S'écartant du centre par force centrifuge, le segment est refoulé par le roulement de l'obturateur; comme d'autre part la vitesse circonféren- tielle de l'obturateur est supérieure à celle du segment, ce- lui-ci sera poussé dans le sens de son mouvement, de façon à s'appliquer contre la paroi antérieure de la glissière qui lui sert de logement. L'obturation de la chambre d'explosion sera ainsi parfaitement assurée.
L'obturateur (4) est un disque de mêmes dimensions (dia- mètre et épaisseur) que le rotor-moteur ; comporte 3 lar- ges parties pleines, appelées secteurs d'obturation (11) cal- culée pour s'engager à contact doux dans les évidements du ro- tor constitués par les chambres de détente. Le profil du bos- sage de ces secteurs sera établi pour répondre à la même et unique condition de contact d'obturation énoncée plus haut pour les cloisons du rotor. Cette condition encore régit le profil des trois évidements (12) de l'obturateur, dans les- quels s'engagent les cloisons du rotor.
Afin d'obtenir des dilatations égales en tout point le stator du rotor et de l'obturateur sera coulé d'une seule pièce, de même d'ailleurs que la chambre d'explosion (3) et le stator du distributeur de mélange explosif (14). Cet en- semble est entouré d'une enveloppe extérieure (15) contenant l'eau de refroidissement. Le refroidissement peut se faire par thermo-siphon, l'entrée générale d'eau se faisant en (16).
Par différence de densité un double courant s'établit, l'eau froide monte en majeure partie par le compartiment 16' vers le canal triangulaire (7) compris entre la chambre d'explo- sion (13) et le stator de l'obturateur, refroidissant ainsi efficacement les parties les plus exposées à l'échauffement.
L'eau réchauffée monte vers le'compartiment- 16" par des canaux de mommunication pratiqués. dans la masse du stator
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entre ce canal triangulaire (7) et celui-ci (représentés en traits pointillés sur la fig.l) et s'évacue par l'orifice (17) vers le radiateur. Quant à l'eau contenue en 16 " ', autour du stator du distributeur, elle ne se renouvellera que lente- ment avec celle venant du canal triangulaire (7), conservant ainsi autour du distributeur une température moyenne constante.
Le distributeur de mélange détonnant est du type rotatif; il est constitué par un cylindre tournant à même vitesse angu- laire que le rotor-moteur à l'intérieur de la paroi correspon- dante du stator. Il comporte par élément de rotor trois fenê- tres, dont la largeur sera calculée pour découvrir pendant un temps très court l'ouverture d'accès à la chambre d'explosion pratiquée dans le stator (ce temps est limité par la course du rotor et l'instant d'allumage comme expliqué plus loin). Ce distributeur tourne d'autre part à l'extérieur d'un cylindre central fixe dont l'ouverture d'alimentation correspond avec l'ouverture d'accès du stator. Ce dispositif de double cylin- dre assure une obturation parfaite, et soustrait le cylindre mobile à la pression intérieure des gaz.
Les calories absor- bées par les parois de la chambre d'explosion se répartissant sur le pourtour du stator par conductibilité, répartition d'ail leurs régularisée par la température moyenne constante de l'en- veloppe d'eau 16 " ', aucune dilatation irrégulière n'est à craindre qui puisse occasionner un grippage du cylindre dis- tributeur. Afin d'éviter une usure locale du cylindre rotatif, provenant éventuellement de dépôt de carbone, il pourra être animé, outre son mouvement de rotation, d'un mouvement alter- natif longitudinal de faible amplitude. A cet effet le cylin- dre rotatif peut être muni à son extrémité d'une gorge obli- que dans laquelle pénètre un tenon fixe solidaire du stator.
Entre chaque fenêtre alimentant une chambre d'explosion, pourra être fixée par un dispositif quelconque à l'intérieur du cylindre central fixe, une toile métallique, destinée à em- pêcher qu'un retour éventuel de flamme ne se propage à travers le distributeur jusqu'au compresseur.
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Ce compresseur qui sera d'un modèle quelconque, de pré- férence rotatif, sera monté en bout d'arbre, et devra débiter un volume de mélange gazeux variable suivant la vitesse de rotation (variation obtenue par étranglement plus ou moins grand de l'orifice d'entrée), de façon à réaliser,dans le distributeur une pression suffisante pour que, pendant la courte durée d'ouverture, la double chambre d'explosion puisse être remplie de mélange détonnant à un taux de compression déterminé.
L'obturation du distributeur devra être totale lorsque l'arête de la cloison du rotor (3) aura découvert partielle- ment l'orifice de détente de la chambre d'explosion, auquel moment la bougie (18), allumera le mélange. La chambre d'ex- plosion totale se compose donc de la chambre d'explosion proprement dite (13) et-1.de l'espace de la chambre de détente compris à l'instant de l'allumage entre la cloison 3 et l'obtu- rateur(20) espace qui a eu le temps de se remplir de mélange détonnant.
Le volume de ces deux espaces sera calculé pour que les gaz provenant de la combustion puissent atteindre un degré de détente suffisant, avant que la cloison suivante du rotor ne vienne obturer la chambre d'explosion proprement dite et aient pu être évacués par l'orifice d'échappement (19), pré- caution indispensable pour éviter l'auto-allumage par les gaz résiduels des gaz frais rentrant immédiatement dans la chambre d'explosion.
L'action de détente des gaz brûlés sur les parois latéra- les fixes est annulée ; en est de même de l'action sur les surfaces cylindriques de l'obturateur, et du fond des chambres de détente, action dont la résultante dirigée vers les cen- tres de rotation est annulée par la,rigidité des axes. Seule l'action sur la surface postérieure de la cloison, dite sur- face active, crée le couple moteur entraînant l'arbre moteur.
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Il résulte des considérations ci-dessus que le volume de mélange détonnant à admettre par explosion'est forcément limi- té (environ 70 cm3 au taux de compression moyen pour un roter de 18 cm. de diamètre, 6 cm d'épaisseur et 4 cm. de profon- deur à la chambre de détente).
Afin d'obtenir un couple constant représente, par une courbe se rapprochant sensiblement de la droite, il y aura avantage de multiplier les éléments décrits ci-dessus en les juxtaposant sur le même arbre moteur chaque élément ayant de préférence son élément de stator sépare (fig. 2). Ceux-ci sont assemblés après rectification en interposant des seg- ments circulaires (21) destinés à assurer l'obturation et un bon centrage des divers éléments, et finalement fixés en bloc par des tiges d'assemblage à écrou.
Le nombre de chambres de détente par élément de rotor est donné à titre d'exemple, et peut être réduit à deux, ou par contre porté à quatre, suivant les diamètres adoptés et les quantités de mélange détonnant que l'on désire admettre par explosion.
L'obturateur et le cylindre distributeur seraient modi- fiés en conséquence.
Un système d'engrenages placés en bout d'arbre transmet le mouvement circulaire d'égale vitesse angulaire à l'axe de l'obturateur et au distributeur.