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"GROUPE ELECTROGENE AVEC MOTEUR A COMBUSTION INTERNE"
Le moteur à piston est, comme on le sait, mieux approprié que la turbine à l'utilisation des gaz aux hautes pressions et aux températures élevées. Mais pour actionner une génératrice électrique, c'est au contraire la turbine qui convient le mieux, surtout pour les grandes puissances.
Aussi a-t-il déjà été proposé, pour des groupes électrogènes avec moteur à combustion interne, de choisir corme moteur princi- pal une turbine (turbine à gaz) et de produire les gaz moteurs pour cette turoine dans un moteur à piston, en utilisant ce dernier non seulement pour effectuer la compression du mélange détonant, mais aussi comme chambre de combustion et pour la détente des gaz chauds jusqu'à une press ion appropriée à leur
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utilisation ultérieure dans la turbine à gaz. Or cette combinaison d'un Moteur à piston avec une turbine offre le grave inconvénient de ne faire gagner que peu de chose au point de vue économique et même rien du tout sur leprix de revient, l'encombrement, la simplicité, etc ..
Les dimensions d'un moteur à piston sont en effet basées non pas sur la puissance, mais uniquement sur les pressions maximum pouvant se présenter et les volumes du mélange combustible à aspirer. Si par exemple, tout en conservant le même volume d'aspiration pour le moteur à piston, on réduit dans une large proportion l'effort mécanique à fournir à l'extérieur par le moteur à piston en augmentant la compression à l'échappement pour augmenter la puissance développée par la turbine à gaz, les dimensions du motour à piston ne varient pour ainsi dire pas .
Pour que le moteur à piston puisse alors jouer avantageusement le rôle de machine auxiliaire en servant uniquement à la production du gaz moteur, tandis que tout le travail utile sera fourni par une turbine à gaz, il faut d'abord trouver le moyen d'établir ce moteur à piston à un prix réduit, à faible encombrement, d'une construction simple, et marchant économiquement.
Le moteur à piston libre constitue un pas vers la, solution du problème. Par suite .le l'absence de tiges de piston et .autres, de manivelles, de paliers, etc.. ce moteur est au point le vue constructif plus simple et plus économique que la machine à pistons ordinaire, mais par contre les dimen- sions de ces cylindres restent encore considérables, surtout lorsque la durée de la course des pistons et les vitesses de ceux-ci doivent être limitées à cause de l'absence d'organes de distribution et des irrégularités de marche prévues, mais les moteurs à pistons libres des types connus jusqu'alors n'ont d'ailleurs pas pa être utilisés dans le but exposé,
déjà parce que leur marche n'est pas suffisamment uniforme ni assez sure.
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Ces inconvénients seront supprimés par la présente'in- vention. Elle a pour objet un groupe électrogène avec moteur
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a combustion interne, dans lequel les gaz moteurs pour la turbine à gaz, charges de fournir le travail utile, sont produits dans un moteur , piston, LLais dans lequel ce (lermier est un rnoteur à piston libre, composé d'un moteur â combustion interne e;t u' ;an compresseur, et qui reçoit avec une certaine co'mpres" sion préalable l'air nécessaire à sa propre marche. Ce moteur piston libre doit en outre être muni d'un dispositif suscep-
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tible d'assurer et de r0c)er J<t marche de Manière qu'elle soit uniforme.
La compression préalable a pour but non seulement de
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réduire la cylindrée du compresseur et du moteur it combustion interne, mais en OJtt"e ..le fournir, ainsi que cela sera expliqué plus loin, un moyen pour adapter la pression des gaz d'échappement et leurs températures aux besoins de la turbine à Sf1.Z. Le dispositif .le réglage impose aux pistons libres, mécaniquement et Je la manière la plus simple, leur régime à marche au point ..le vue tant ,le la course que du nombre de coup s.
Au dessin annexé est représentée schématiquement une installation disposée en conformité de l'invention.
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1 Jéq i(;;n8 la machine a pistons libres, 2 la turbine à gaz qui actionne la génératrice électrique principale 3. La machines 8, pistons libres se compose du moteur ii combustion interne, dont les pistons 4 et 5 sont (l'une seule pièce avec les pistons correspondants 6 et 7 du compresseur d'air. Le ré- CI-la, -.le la course et au nombre de coups est assuré au moyen
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d'un dispositif constitué par une came 6 dont le pa¯oi'ia exté- rieur a une forme telle qu'en tournant à une vitesse uniforme elle permet aux pistons, en marche normale, d'exécuter librement le mouvement que leur impriment les efforts qui agissent sur aux. Les pistons travaillent par conséquent en course libre.
Le dispositif de ré-glage est entretenu en rotation uniforme par un moteur spécial ou par le moment de giration
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d'un volant monté sur un a.rbre. Il ne transmet généralement pas ue travail a l'extérieur et se*y1i.qLJ.ewent à soutenir le
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mouvement des pistons au cas où il menacerait de perdre sa, cadence par suite de circonstances anormales quelconques.
Ce dispositif pourrait, il est vrai, être aussi utilisé à fournir un travail extérieur de faible importance, par exemple à commander des machines auxiliaires. L'air fourni par la soufflante :
le surcompression 9 pénètre, dans 1'exemple décrit, dans le compresseur à piston, y est porte à une pression plus élevée et sert ensuite d'air comburant et d'air de balayage pour le moteur à combustion interne à deux termps. L'air ayant servi au balayage se mélange avec les gaz d'échappement encore très chauds et à haute pression, pour être refoulé ensemble avec eux au réservoir 10 et de là à la turbine à gaz 2.
La surcompression, les hautes pressions initiales et d'échappe- ment du Moteur à pistons, ainsi que les grandes vitesses dos pistons et le nombre élevé de leurs coups, rendus impossibles par le dispositifde réglage, permettent de donner au moteur à pistons libres des dimensions très réduites, (le tellesorte que ce dernier devient 'propre à être utilisé cornue machine auxiliaire et arrive,
y compris la turbine à Gaz et tous les accessoires réunis, à coûter moins cher et à prendre moins d'encombrement que le moteur à piston ordinaire (moteur Diesel par exemple) à lui seul.
La puissance fournie par le moteur à pistons libres étant prise directement sur la tige de piston, ce moteur permet d'employer sur@ les pistons des prêchions bien plus grandes que dans le moteur à piston ordinaire trans- mettant son énergie par l'intermédiaire de tiges et de bielles de telle sorte que le rondement de l'installation'peut être augmenté.
Liais pour le fonctionnement d'une installa/bien construite en conformité ,.le l'invention il y a encore une condition es- sentielle a remplir. Avec les métaux getelleemnt utilisés dans la construction, pour pouvoir maintenir une turbine à gaz en bon état de marche, il faut que les gaz moteurs ne
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dépassent pas une teuipérature waxinurn déterminée.
La ter:l;:7"a'l,a re initiale des gaz moteurs doit être d'autant plus basse que
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leur détente dans la première série de tuyères de la turbine
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à baz eat plus faible. 0'r pour es oonsidérationa c.'Econo,oie
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on tiendra les chutes ,le pression peu élevées. Afin d'abaisser
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la température des gaz à la mesure cOll1pati.ble avec la conservation des aubes, il Faut ou bien que la 1;lachi.l1e a3i,.n;r.tE-o par le violeur lut pistons libres travaille avec des :éJE'l1- . e() très pauvres en calorie, ou bien, si 1 1 uotour a C 0: i!J tl; t'l 0 t1 interne travaille avec les v,li,":;;.'e3 usuels, que l'on abaisse, au lüoyeL1 d'air plus ; >?a i d , 1 ao üW.lJt;t'Jt,:if 0 dos F3,Z :.'8C'rlitlJ;7E-',ulE'fli chauds du < 1 t Moteur. (;0 :i'C.l-Îoi.u.i:L)eu1el1t peut s'effectuer par addition d'air dans une chambre in.
(.1élangs placée en CLul0nt de la turbine a gaz, Liais il pourra aussi se faire COI;1,16 dans J'exemple du dessin, cl surtout avec Jeu iaoteura a cle1.J.c tcmpa,
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en utilisant une quantité abondante .;'air de balayage. L'air
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nécessaire à cet effet est fourni par le coMpresseur a piston c, la C01Ü1 J,Dr...le auquel est consacrée la totalité ou tout au Moins à principale partie du travail fourni par le moteur a C0:1^ bujtion interne.
La soufflante de s;1rcol;1.)14eUt)i.on )o:;lJ' la compression préalable ).e l'air carburant et l'air de balayage sera généralement un OO"'.i?s"6S.;;ieo.J' centrifuge. Ce compresseur qui, dans 1 ' e xemple décrit, eet actionné par la turbine à àjaz , peut aussi être entraîné -t,=,r u.n fuoteur de cOIlj(!ande spécial. On peut aussi ;;Jl'élevet une partie des gaz d'échappement du moteur 8. pistons liores pour actionner une turbine à az spéciale pour la soufflante (le W 11'COYi1'A?X'f;Sâ'1.021.
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De,3 études et des dessins approfondis ont montré en outre
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.,a' il existe des relations importantes entre la co.:,1)'Y'e:-HÍii.on préalable dans la soufflante de ::;u''COl:1]?'Y'SGS ion et la cm.1pj'ûSB sion can,3 le cOlirG)('eS;;e1..1.r c., piatons, d'une part, et l'état de
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température et le pression voulu (les gaz Moteurs de la turbine à gaz. Du fait que la puissance développée par le moteur à com bustion interne dépend de celle du compresseur à pistons, il résulte que pour un rapport de compression déterminé dans le compresseur à pistons, il existe aussi un certain rapport ontre la quantité de gaz d'échappement et la quantité d'air à comprimer.
Pour que l'agent voleur, qui se compose 'le gaz d'é- chappement et d'air de mélange ait une tempéreture déterminée, il est avant tout indispenable que le rapport de compression du compresseur à pistons soit choisi correctement. Il a été constaté notamment que pour abaisser à 500-550 centigrades la température du gaz moteur, ce qui peut être considéré actuellement comme température maximum offrant toute sécurité pour la marche de la turbine à gaz,e -rapport :le compression du compresseur à pistons doit être dans les environs de 4-5.
Pour la pression des gaz moteurs avant l'admission à la turbi- ne à gaz, c'est au contraire la compression dans la soufflante de surcompression qui est déterminante.
Le rapport de compression de cette dernière doitêtre égal au quotient du rapport de détente dans la turbine à gaz par le rapport de compression au compresseur à pistons. Par exemple si la compression des gaz moteurs avant l'entrée dans la turbine à gazdoit être de 12 atmosphères absolues, et si pour des considérations de température le rapport (le compress sion au compresseur du moteur à pistons libres peut être 5, la soufflante de surcompression qui est actionnée par un moteur spécial ou par la turbine à gaz, doit donner, sans tenir compte des pertes, un rapport ;
le compression de 2-4. L' appl ication du compresseur préalable, ou la répartition de la compression e.itre le compresseur préalable et le compresseur à pis bons joue par conséquent un rôle essentiel dans la pratique de la conduite de l'installation a moteurs à combustion interne qui fait l'objet de la présente invention.
La contrepression du moteur à combustion interne, le de-
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;;ré final te la compression de l'air et la pression avant la turbine a -az ont jénéralement la même valeur. Les légères différences de pression pouvant exister sont uniquement causées par les résistances au passage dans les tuyauteries et des pertes par laminage. La pression finale de la détente des
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az au cylindre au moteur w comoustion interne est par contre généralement de beaucoup supérieure à la contreprGsrdol1 ii l'extérieur des cylindres.
La valeur élevée de cette pression est due au fait que la détente doit être interrompue relatai- vemetn tôt puisque, pour des raisons de construction, les contenus des cylindres au début de la compression et au début de l'échappement dont normalement égaux et dépendent du volume de la charge. L'échappement prématuré fait perdreune partie
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.de l'énergie utiJ isaale, laquelle en se transformant en cha- leur, élève inutilement la température des gaz d'échappement.
Cet inconvénient peut être évité si l'on fait en sorte que le contenu au cylindre puisse être plus grand au commencement de l'échappement qu'au début @s la compression.
Cette condition peut être réalisée dans les moteurs soupapes par exemple en 'maintenant les soupapes d'admission
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encore ouvertes pendant q"r>1 qU0 temps au commencement de la C:.OUY'.s'87. de l O <.B> -e i i 1 o ;> , que les t1loteurs h \lÍ.sJüri- bution par lumières, on ajoutera une soupape commandée qui laisse, au retou.r lu piston, une partie de la charge retourner au réservoir d'air de balayage ou d'air de surcompression, ou en tout autre endroit approprié quelconque.
Les moteur à com-
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bastion interne lut forte surcompression, dans lesquels la surcompression et la cOl1t:re:)'{'eds ion sont déterminées par la 'pi#s ion avant l'admission a la turbine à gaz, revivent des cylin- dres de dimensions tellement réduites que 1'agrandissement des cylindres impliqué par la procuration le la détente ne présente aucun inconvénient.
D'autre part, l'augmentation que l'on peut réaliser dans la puissance lu moteur à combustion
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interne, l'accrois cernent du volume.d'air débité par le com-
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presseur , et l'abaissement de la température des gaz moteurs par suite de la prolongation (le la, détente, et ,le l'augmentation de la quantité d'air ,le mélange, constituent des avantages importants.
D'ane manière générale, on ne se contentera par pour toute 'une installation d'une seule machine pistons libres pour la production ,.la fluide moteur de la turbine à gaz, 'Nais on y emploiera concuremment plusieurs unités. Le mouvement des pistons de ces unités seront alors décales entre eux dans le temps au moyen du dispositif de réglage de tellefaçon que l'aspira- tion de l'air et la fourniture des Gaz moteurs s'effectuent de manière aussi uniforme que possible.