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Perfectionnements aux installations de force motrice au gaz et l'huile.
Demande de brevet anglais en sa faveur et en faveur de Mr. R.
W. Bailey du 22 Juin 1926.
La présente invention concerne les installations de forcie motrice au gaz ou à l'huile comprenant un élément dans lequel le combustible est brûlé et qui peut, ou non, produire un tra- vail extérieur, et un élément moteur proprement dit dans le- quel les produits de combustion sont utilisés pour effectuer un travail extérieur et, bien qu'elle ne soit pas limitée sous ce rapport, l'invention est particulièrement applicable à l'ins- tallation de force motrice au gaz ou à l'huile qui est décri- te dans le brevet n .321.206 du 23 octobre 1924.
Le but de la présente invention est de maintenir les dif- férentes parties de l'installation qui sont susceptibles de
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s'échauffer sous l'action du fluide moteur à température éle- vée, à une température à laquelle elles peuvent résister aux efforts mécaniques qui leur sont appliqués, sans risque d'ac- cidents ou de détériorations excessives. L'invention envisage en même temps la conservation de la chaleur du fluide moteur sous la forme la plus efficace pour le développement de la force motrice par ce fluide dans l'élément moteur..
Pour la réalisation des principes de la présente inven- tion, le fluide moteur à température et à pression élevées est maintenu entre des parois à l'extérieur desquelles on fait circuler de l'air comprimé à une pression sensiblement iden- tique mais à une température sensiblement plus basse, cet air comprimé étant employé dans la suite pour faire fonctionner un moteur. De cette manière, les parois qui sont directement exposées à la température élevée du fluide moteur sont sou- mises à un effort très minime, la différence de pression en- tre le fluide moteur et l'atmosphère extérieure étant suppor- tée finalement par les parois qui séparent l'air comprimé de l'atmosphère extérieure et qui, étant maintenues à une tempé- rature modérée, sont parfaitement en état de supporter cette différence de pression.
Le fluide moteur peut par conséquent être maintenu aussi chaud que c'est pratiquement possible tan- dis que la chaleur inévitablement transmise de ce fluide à l'air comprimé n'est pas perdue, mais est utilisée en grande partie pour produire un travail dans un moteur.
La présente invention fournit donc une installation de force motrice du genre indiqué, dans laquelle les pièces à proximité desquelles le fluide moteur à haute température s'écoule pour passer des cylindres de combustion au moteur sont refroidies, ou mises à l'abri de l'échauffement direct
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par le fluide moteur, au moyen d'air comprimé qui, après avoir circulé d'abord entre ces pièces et le fluide moteur, est mélangé à ce dernier.
L'air employé pour le refroidisse- ment est de préférence comprimé dans des compresseurs action- nés par l'élément de l'installation où a lieu la combustion ou faisant partie de celui-ci, et il est avantageusement four- ni à plusieurs parties différentes de cet élément, des dispo- sitifs régulateurs étant prévus pour régler l'arrivée de l'air aux différentes pièces. si on le désire, la totalité ou une partie de l'air com- primé employé pour le refroidissement ou la protection des pièces peut être au préalable utilisée pour absorber de la chaleur de l'élément moteur ou pour refroidir le cylindre de combustion, et peut être ensuite mélangée au fluide moteur.
suivant la disposition préférée, une cloison ou plaque est placée entre le fluide moteur et la paroi d'une chambre contenant le fluide moteur, l'air comprimé s'écoulant entre cette paroi et la cloison avant de se mélanger au fluide mo- teur. Un manchon peut ainsi être placé dans la chambre de la soupape d'échappement, à une certaine distance de la paroi de cette chambre et autour de la tige de soupape, de l'air com- primé étant envoyé entre la paroi de la chambre de soupape et le manchon et passant à l'intérieur de ce dernier et autour de la tige de soupape pour se mélanger au fluide moteur éva- cué à travers ce manchon.
Dans cette construction, une extré- mité du manchon se trouve de préférence à proximité du siège de la soupape qui est refroidi par l'air comprimé passant de l'extérieur à l'intérieur du manchon, et des dispositions sont prises pour faire passer de l'air comprimé dans des rainures ou des canaux ménagés dans la tige ou dans le guide de la
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soupape, ou à la fois dans ces deux pièces.
De refroidisse- ment du siège de la soupape peut être facilité en munissant ce siège de plusieurs ailettes placées sur le trajet de l'air de refroidissement. suivant une autre caractéristique de l'invention, les conduits par lesquels le fluide moteur est transporté sont à doubles parois, le fluide moteur circulant dans le passage intérieur tandis que de l'air comprimé s'écoule entre la pa- roi intérieure et la paroi extérieure avant de se mélanger au fluide moteur.
Du fait que, grâce à la présente invention, sensiblement tous les efforts d'extension peuvent être supprimés dans les parois intérieures enfermant le fluide moteur, qui sont donc ainsi protégées contre les détériorations extérieures par la paroi extérieure, ces parois intérieures peuvent être faites en matériaux réfractaires ou en couches superposées de métal et de matières calorifuges jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée.
L'invention est représentée sur les dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 est une coupe verticale de la chambre d'une soupape d'échappement suivant la présente invention, la fig. 2 est une coupe transversale correspondant à la ligne II-II de la fig. 1 mais indiquant trois rainures formées dans la tige de soupape au lieu d'une seule rainure comme sur la fig. 1 ; la fig. 3 est une coupe longitudinale dans un conduit a flui- de moteur suivant la présente invention et les figs. 4 et 5 montrent des modifications qui peuvent être apportées à la chambre de soupape d'échappement représentée sur la fig. 1.
La chambre de soupape d'échappement représentée sur la fig. 1 des dessins comprend un logement 1 ayant plus ou moins
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la forme usuelle, destiné à être monté de façon appropriée sur l'enveloppe du cylindre de combustion 2, et comportant un guide 3 pour la tige 4 de la soupape d'échappement propre- ment dite 5 et une partie latérale munie d'une bride 6 pour la fixation commode du conduit par lequel les gaz d'échappe- ment sont évacués. A l'intérieur du logement 1, à une certai- ne distance des parois de celui-ci et autour de la tige de soupape 4 se trouve un manchon 7 maintenu en position par son contact avec le guide 3 et avec la partie 8 du logement qui fournit le siège 9 de la soupape.
Le manchon 7 possède un prolongement 10 relié par une extrémité à la partie munie d'une bride 6 et par l'autre extrémité au manchon 7 d'une ma- nière appropriée quelconque. On emploie de préférence un joint coulissant entre le manchon 7 et son prolongement 10 de façon que la dilatation ou la extraction due aux variations de température puisse s'effectuer librement.
Le logement 1 présente un nombre approprié quelconque de lumières d'admission 11 par lesquelles de l'air comprimé peur être envoyé dans l'espace compris entre le logement 1 et le manchon 7, 10, des ..ouvertures 12 étant ménagées près du siège 8 de la soupape pour permettre le passage de cet air à l'intérieur du manchon, si on le désire, d'autres ouvertures 13 peuvent être ménagées dans le guide 3 en communication avec une ou plusieurs rainures 14 pratiquées dans la tige 4 et des ouvertures 15 pouvent également être formées dans le corps du guide 3, toutes ces ouvertures étant représentées sur la fig.l.
Au lieu de prévoir des rainures 14 dans la tige de soupape, ou bien en outre de ces rainures 14, des rainures semblables peuvent être formées dans l'alésage du guide 3, ce qui assure dans tous les cas une communication entre l'extérieur et l'in- térieur du manchon 7.
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On voit immédiatement que si de l'air comprimé a une pres- sion légèrement supérieure à la pression du fluide moteur éva- cué par la lumière d'échappement lorsque la soupape 5 est ou- verte, et à une température sensiblement plus basse que celle de ce fluide moteur, est envoyé par une ou plusieurs des ou- vertues d'admission 11, cet air circule autour de l'extérieur du manchon 7, 10 et passe ensuite par les ouvertures 12, 15, 13 et par les rainures 14, comme c'est indiqué par des flèches sur la fig. 1, pour se mélanger au fluide moteur passant dans le manchon.
Les figs. 4 et 5 montrent des variantes permettant d'amé- liorer encore le refroidissement de la soupape d'échappement
5 et de son siège 8, sur la fig. 4, le siège 8 est muni..de plu- sieurs fentes 16 dans lesquels l'air passe à son entrée dans le manchon 7. Ces fentes 16 servent à maintenir le mancon 7 en position et ont en outre une forme telle qu'elles dirigent les courants d'air comprimé sur la soupape 5. Sur la fig. 5, l'ex- trémité du manchon 7 est conformée de façon à diriger l'air comprimé sur la soupape 5 et sur les parois de son siège 8, des ailettes 17 prévues entre ce siège et le manchon 7 ser- vant à maintenir ce dernier en position et à faciliter la transmission de la chaleur à l'air comprimé.
Comme la pression exercée sur les côtés opposés du man- chon 7, 10 est sensiblement la même, ce manchon n'est soumis à aucun effort d'extension appréciable, de sorte qu'il veut être construit uniquement comme un écran réfractaire destiné retenir la chaleur du fluide moteur et peut être avantageu- sement fait en matière réfractaire, ce qui serait impossible s'il devait également résister à la pleine pression d'éclate- ment du fluide moteur, ou bien il peut être formé d'une ou de plusieurs couches de métal enduites ou revêtues d'une
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matière réfractaire ou calorifuge.
En outre, les parois exté- rieures du logement, qui sont appelées à résister à la diffé- rence de pression entre l'air comprimé à l'intérieur du loge- ment et l'atmosphère à l'extérieur de celui-ci, sont mainte- nues a une température relativement basse par l'air comprimé qui les baigne, et il en est de même du guide 3 de la soupape de la tige 4, du plateau de soupape 5 et du siège 8. En même temps, la température du fluide moteur est aussi peu réduite que c'est pratiquement possible ou commode, et la chaleur transmise à l'air comprimé est non pas perdue, mais récupérée et peut être employée a un travail utile dans le moteur.
Les mêmes principes qui sont appliqués comme décrit ci- dessus à la chambre de la soupape d'échappement peuvent être appliqués de façon analogue à d'autres parties de l'installa- tion qui seraient soumises à la température et à la pression élevées du fluide moteur si on n'avait pas prévu de semblables dispositions de protection.
Par exemple les cylindres de com- bustion eux-mêmes peuvent être pourvus de chemises dans les- quelles on envoie de l'air fortement comprimé comme on l'a mentionné ci-dessus dans le but indiqué, mais il n'est toute- fois pas toujours nécessaire d'envoyer cet air dans le fluide moteur évacué des cylindres de combustion du moment qu'il est éventuellement employé pour le fonctionnement d'un moteur. un autre exemple est fourni par l'application de mesures sembla- bles à un conduit dans lequel le fluide moteur circule en cassant du cylindre de combustion au moteur, comme c'est re- présenté à la fig. 3. Ce conduit est formé de tronçons à dou- ble paroi.
Il faut entendre par là que chaque trongon du con- duit comprend une paroi extérieure 20 destinée à supporter la pression intérieure du fluide et une cloison intérieure 21
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qui sert essentiellement de cloison calorifuge. un certain nombre de tronçons peuvent être assemblés comme c'est repré- senté, la paroi ou cloison intérieure 21 étant fixée par une bride 22 à une extrémité pour former un joint étanche au gaz avec les brides d'extrémité des parois extérieures 20, et étant libre de glisser longitudinalement à son autre extrémi- té pour permettre la dilatation ou la contraction due aux va- riations de température.
De l'air comprimé est envoyé par des orifices d'admission 23 ménagés dans la paroi extérieure 20 et après avoir traversé l'espace entre la parois et la cloi- son, cest air passe par des ouvertures 24 ou 25 de la cloison intérieure et se mélange au fluide moteur qui passe dans le conduit. si on le désire, la paroi extérieure 20 peut être munie d'un calorifuge pour réduire au minimum les pertes de chaleur à travers cette paroi.
Il va de soi que l'air de refroidissement qui est envoyé dans les différents tronçons du conduit ou dans d'autres par- ties différentes de l'élément de l'installation où a lieu la combustion (expression comprenant, dans la présente spécifi- cation, les connexions entre le cylindre de combustion et le moteur) peut être emprunté à la même source ou à des sour- ces différentes, peut être réglé suivant les besoins par des soupapes régulatrices appropriées ou des organes équivalents et peut avoir la même température ou des températures diffé- rentes au moment ou. il atteint les différentes pièces à re- froidir.
Par exemple, si on le désire, l'air comprimé peut être employé pour extraire de la chaleur des pièces d'échap- pement ou d'autres pièces du moteur ou des chemises du cylin- dre de l'élément de combustion, avant d'être employé de la manière décrite ci-dessus.
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Pour comprimer l'air à utiliser pour la réalisation de la présente invention, on emploie de préférence un compresseur actionné par l'élément où a lieu la combustion, car cette com- pression constitue une phase de la préparation du fluide moteur pour le moteur. Ce compresseur peut également fournir l'air pour le balayage dans le cylindre de combustion lorsque c'est désirable.
La présente invention peut évidemment être appliquée d'un grand nombre de manières variées aux différentes parties de l'installation lorsque son emploi est avantageux. Dans les cas où il se produit des pressions ou des températures extrê- mement élevées, il peut être préférable d'employer une série de chemises concentriques autour des parois enfermant le flui- de moteur, de l'air à des pressions et à des températures suc- cessivement réduites étant envoyé dans les différentes chemi- ses séparant le fluide moteur de l'atmosphère extérieure.
Il peut aussi être désirable, dans certains cas, d'em- ployer des systèmes de refroidissement à vapeur ou à eau en outre des mesures indiquées ci-dessus, ce qui ne présente aucune difficulté si l'on considère l'emploi bien connu de ces systèmes dans les moteurs thermiques en général et en par- ticulier dans le genre d'installation dont il est ici ques- tion,par exemple de la manière décrite dans le brevet men- tionné ci-dessus.
Bien que dans toute la présente spécification, on ait mentionné "de l'air comprimé pour refroidir et protéger les pièces de l'influence du fluide moteur à température et à pression élevée, il va de soi que d'autres gaz ou mélanges gazeux comprimés peuvent être employés à la place de l'air, ou bien en outre de l'air, et que différentes autres modifica- tions peuvent être apportées sans qu'on s'écarte de la portée des revendications annexées.