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Machine motrice tournante ou machine à compression; procédé et agencement pour son fonctionnement comme moteur à explosion.
La présente invention se rapporte a un moteur tournant dont le rotor est muni de canaux pour le passage du fluide moteur ou d'aubes, et consiste en ce que les lignes de courant principal des canaux ou des chambres qui se trouvent entre les aubes sont des courbes dans l'espace, La forme des parois des canaux ou des aubes, est,en pratique, très peu différente de celle-là, de sorte que cette caractéristique de la ligne de courant principal,.dans ce qu'elle a d'essentielles! valable aussi pour les lignes de courant sur les parois des canaux.
Avec cette forme de canaux, il est possible de donner à ceux-ci une grande longueur, avec un agencement compact sur la roue motrice, et d'utiliser largement,.en outre de l'énergie cinétique du fluide moteur, son énergie potentielleo
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Les machines de ce. genre conviennent spécialement pour fonctionner comme moteurs à explosion avec dtautres fluides aussi ( gaz comprimé, matières explosibles fluides et solides, vapeurs,liquides). Elles réunissent les avantages du moteur tournant direct avec rendement relativement ..grand et pdids très faible,de sorte qu'elles ne servant pas seulement comme. moteurs fixe et moteurs d'automobiles .mais particulièrement comme moteurs d'avions, pour actionner aussi les torpilles aériennes et les projectiles.
Un exemple d'application de l'invention est représenté sur les dessins ci-annexés qui indiquent: fig.l et 2,un moteur tournante en coupe longitudinale et en coupe transversale; fig.3 et 4,une section du canal et une section de palette; fig.5 à 8, des formes de canaux; fig.9 et 10,deux rotors de formes.-différentes, en coupe; fig.ll et 12,un rotor étoilé,vu en coupe transversale et par bout; fig.13 et 14,des sections de rotor avec leurs appareils. directeurs; fig.15, un rotor avec refroidisseur, en coupe transversale; fig.l6,un coupe transversale de deux rotors dans la commande a chaîne; fig.17 à 19,des rotors en coupe transversale ; fig.20, la forme de la paroi intérieure d'un canal; fig.21 at 22,deux rotors pour roues tangentes;
fig.23 à 25un rotor vu par côté, avec. deux formes d'exé- cution de l'agencement des canaux dans le développement du pourtour de la roue; fig.26 et 2?,deux rotors en coupa transversale; figo28,la combinaison des deux systèmes de canaux.
Suivant les figures 1 et 2, il y ,dans une boite cylin- drique 1, des roues motrices 2, 3, 4 qui sont fixées sur un même arbre moteur 5. L'étanchéité des roues motrices en forme de disque? peut ,suivant la manière usuelle, être réalisée sur la
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surface de pourtour (roue 2) ou sur les surfaces latérales par des nervures 6 de l'enveloppe de la boite,comme cela est indi- qué pour la roue 4.Ce dernier mode de joint à l'avantage de diminuer l'usure et de réduire les frottements.Naturellement, la machine peut avoir plus de trois ou moins de trois roues motrices; elle peut même,au besoin.nten avoir qu'une.
Les roues motrices contiennent des canaux 7 qui conduisent d'une surface latérale à l'autre et sont rangés en cercle autour de l'axe de la roue.Les canaux peuvent,éventuellement,être éta- blis de facon que les tangentes de la ligne de courant principal de chaque canal se trouvent dans une même surface réglée,de sorte que les tangentes aux points,correspondant entr'eux,des lignes de courant principal de tous les canaux puissent se trouver éga- lement chacune dans une surface réglée.Par surface réglée,il faut entendre le lieu géométrique de toutes les droites qui cou- pent trois courbes données dans l'aspace.Les axes centraux des canaux forment un groupe de courbes dont les tangentes sont si- tuées dans la surface d'un hyperbololde ou d'une surface ana- logue.
Ces formes de canaux donnent la possibilité de conformer les conditions de courant 1 la nature du fluide employé. Comma celui-ci arrive par pulsations successives au canal,et que l' explosion a lieu juste avant l'entrée dans le canal,il se pro- duit,un effet de pulsation, puis,par expansion du gaz,un effet de réaction,Il dépend principalement de la nature de fluide moteur,si.les canaux sont formés de manière telle que la courant dans le canal soit entretenu par la force centrifuge, ou que cette force réagisse centre ce courante ou que l'un de ces effets ait lieu dans la première partie du canal, et que l'autre ait lieu dans la seconde partie,,
afin d'augmenter seulement par re- foulement l'effet de réaction et de chasser alors rapidement du canal le fluide moteur.Pour tous ces modes de fonctionnement,la présente invention permet d'employer des canaux appropriés.
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On obtient une espèce particulière de canaux ou de chambres de travail,en formant avec les lignes de courant principal,des li- gnes géodétiques sur des surfaces réglées ou sur des surfaces de second degré,ou des projections de ces lignes sur leurs plans tan- gemts.Cette forme des canaux donne, pour des conditions données d'entrée et de sortie du courant,,le minimum de longueur, donc le minimum de résistance par frottement,en sorte qu'on a toujours la faculté de choisir l'angle d'entrée ou de sortie de courant le mieux approprié pour le but envisagé et la courbure continue du canal,
Le cylindre 1 est muni d'une chambre à explosion 8 avec orifi- ces 9,10 pour l'allumage et pour l'introduction du fluide moteur.
Les couronnes de canaux des roues motrices peuvent,dans le sens de la direction du courant du fluide moteur,avoir un diamètre croîs+ sant à mesure de l'abaissement de la tension, de sorte que toutes les roues agissent sur l'arbre avec le même moment tournant.Il est possible aussi de maintenir les couronnes de canaux au même diamè- tre,d'augmenter toutefois la section totale des canaux du second étage et des suivants, en augmentant le nombre des canaux ou leur section.Les gaz dégagés dans la chambre 8 exercent,à la traversée des canaux.une pression sur leur paroi,dont la direction,dans tous les canaux, croise l'axe dans le même sens,de sorte que la roue se met à tourner.
Comme fluide moteur.on peut employer.,non seulement l'essence ou l'huile brute,mais aussi le nitrite d'ammonium, le chlorate, la naphtaline, le picrate, etc. La machine peut aussi éventuellement travailler sans appareil directeur.La fluide moteur agit,de la cham-
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bre d'explosionexgênéral sur tous les canaux en même temps, car il pénètre en même temps dans tous et agit à partir du centre vers toutes les directions.
Les roues directeurs peuvent ne pas exister,parce que le propor- tionnement a lieu par réglage des explosions ou de leur nombre par unité de temps.
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La section des canaux est calculée de facon que,par rapport au sens de rotation du rotor,elle présente plus de parties super- ficielles concaves que de convexes,afin que le rendement du fluide moteur soit le plus élevé possible.Quelques-unes des formes les plus favorables à donner à la section transversale sont représentées sur la figure 3, dans laquelle le sens de la rotation est indiqué par une flèche.pour que, quand on emploi des roues a aubes, on ait aussi des chambres de travail de formation semblable, les aubes sont courbées dans le. sens transversal .aux lignes de courant, comme on le voit sur la figure 4.
Pour agrandir la surface de travail,,on peut aussi,sur les canaux 7, brancher des canaux latéraux.
Suivant les figures 5 à 8,chaque canal ? fait plus d'un tour autour de l'axe de rotation et se développe suivant une hélice à diamètre constant ou variable. Le pas de l'hélice peut même être nul, de manière qu'en changeant le diamètre d'enroulement,l'hélice devienne une-spiral 0.
Dans cette forme des canaux le trajet ondulatoire que le fluide parcourir dans les turbines connues à plusieurs étages,à travers les roues directrice et les roues motrices,s'effectue dans un canal unique,de sorte que le rotor comportant de tels canaux, remplisse aussi le râle de la roua directrice,,puisque chaque élé- ment du canal forme le canal directeur pour l'élément suivant.
Les canaux peuvent être formés de façon que leur section trans- versale soit partout la même ou qu'elle aille en augmentant ou en diminuant dans le sens du courant. Il peut y avoir aussi inté- rêt à ce que les sections diminuent ou augmentent de l'intérieur du canal vers les deux bouts.
La figura 9 représentent une roue motrice présentant une cavité 17 dans son axe central,pour servir de chambre d'aspiration ou d'explosion. La roue motrice est faite en deux parties 18, 19 avec rainures qui en s'appliquant l'une,contre l'autre forment les canaux 7.Ces canaux sont disposés en forme étoilée d'une méduse, @u en forme d'une cloche.
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On arrive ainsi à pouvoir donner aux canaux la forme qu'on veut, de manière que ces canaux soient toujours appropriés aux .'conditions de service-'ou aux fluides employés; en particulieron peut faire des canaux courbes de grande longueur et groupés en grand nombre sous une forme compacte,Les formes cloche ont pour limite la forme conique et la forme cylindrique*
Suivant la figure 10,la roue motrice 20 est relicée constam- ment à l'arbre 5 avec lequel elle constitue une seule et même pièce, la chambre d'aspiration ou d'explosion 21 étant formée par un. agrandissement de la cavité de l'arbre.
Suivant les figures 11 et 12,la roue motrice n'est pas un disque plein;elle est formée par des tubes 11 disposés en étoile et façonnés, par ailleurs, comme les canaux 7. Ces tuyaux tiennent au corps creux 12 adapté à l'arbre et servant de chambre d'explosion. Le corps creux et l'arbre ne constituent qu'une seule pièce, de sorte que l'explosion a lieu a l'intérieur.,de l'arbre,Sous cette formelle dispositif n'a pas bé- soin de logement; toutefois, il est bon qu'il y en ait =,,parce qu'il facilite le refroidissement.
La partie 13 par. laquelle l'arbre se raccorde au corps creux 12, est tubulaire et tourne autour d'un pivot creux 14 enfoncé dans cette partie 13 et contenant la tuyère 15 et la soupape de retenue 160
La machine peut aussi être munie dtappareils directeurs.Suivant la figure 13, ce qui sert d'appareil directeur est un corps creux annulaire 22 qui,par plusieurs conduits 2.3!se relie à la chambre d'aspiration et d'explosion 24 et se termina par des tuyères 25 qui amènent le fluide moteur aux canaux 7*La bague peut être divi- sée par des parois radiales.
Sur -la figure 14.,le corps creux 24 servant de chambre d'as- piration ou d'explosion est à l'intérieur du rotor 20 et accouplé avec lui. Ses tuyères 25 arrivant dans les orifices d'entrée des ca- naux 7.Le tuyau d'admission 26 du corps creux 24 est relié à la conduite fixe 27 du fluide mateur¯ au. moyen d'un. joint qui permet un mouvement de rotation.La chambre d'explosion peut aussi se trouver
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a l'extérieur du logement et communiquer avec une chambre d'accès 'au rotor,plus petite que la chambre d'explosion.
La figure 15 représente l'agencement pour refroidir le rotor.
Celui-ci comporte des canaux de réfrigeration 28,29 qui sont paral- lèles aux canaux 7 et disposés sur les deux côtés de chacun de ceux- ci.Ils débouchent dans des canaux annulaires 30, 31, 32, 33 dont les deux premiers sont reliés par des canaux radiaux 34,35 à la ca- vité de l'arbre 5 et à une boite collectrice 36,de sorte que le cir- cuit du fluide réfrigérant peut être établi dans les sens de la flèche ou dans le sens opposé.Les canaux réfrigérants peuvent aussi affec- ter la forme d'une hélice-deux de ces canaux ont des diamètres de spire différents,entre lesquels se trouvent les canaux de tra- vail.
La machine peut comporter plusieurs rotors disposés en chai- ne, de manière que le fluide moteur produise son effet successive- ment dans chacun d'eux.
Sur la figure 16, il y a deux rotors concentriques 3738 en- tre lesquels se trouve la chambre de transfert 39.
Il est possible aussi d'accoupler ensembre deux ou plusieurs rotors mûs indépendamment les uns des autres,Cela offre l'avanta- ge de permettre d'amener la fluide moteur aux canaux de travail des divers rotors alternativement.ce qui diminue la vitesse de mouvement des organes de mesurage.Les deux genres de montage peuvent aussi être combinés.
Dans les machines décrites jusqu'ici les gaz venus d'une cavité formée, dans l'axe de rotation passent par les canaux aboutissant au- dehors,de sorte que le courant est,éventuellement,entretenu par la force centrifuge.Dans l'exemple de la figure 17,la courant a un trajet en sens contraire.Les gaz arrivant de la chambre d'aspira- tion- ou d'explosion 8 entrent par les extrémités extérieures des canaux 41 formés dans le rotor 40.Ces canaux débouchent dans un collecteur commun 42 d'ou se fait l'évacuation.Dans ce cas.,il con-
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vientle plus souvent,que les canaux aient une section allant a n s'élargissant afin.
de diminuer l'accumulation des gaz dans les canaux.Sur la figure 18, on voit une machine analogue avec chambre d'explosion 24 et distributeur annulaire 22 à l'extérieur de l' enveloppe de la machine:
Les roues à aubes connues jusqu'ici qui tournent dans une boite fixe ont leur rendement diminué par des pertes par éjection. Ces per- tes n'existent pas avec des rotors a canaux,toutefois,il y a des surfaces tournantes gui font obsta@le au fluide moteurce sont les parties de la paroi intérieure des canaux qui se trouvent vis-à-vis de la partie soumise à l'action du fluide.On a obtenu des résultats favorables, comme rendement.,par la combinaison des deux systèmes.
Suivant la figure 19,les canaux 43 présentent, à l'entrée,une fente 44 et tourhent avec cette partie dans une boite fixe 45.
Les figures 21 et 22 représentent des moteurs tournants qui, contrairement à ceux décrits jusqu'ici.ne sont pas des turbines axiales,mais des roues radiales ou tangentes. Suivant la figure 21, les canaux 4? du rotor 48 sont disposés de manière que leurs extrémités,côté entrée et côté sortie,se trouvent sur la surfa- ce de pourtour de la roue,Celle--ci est enfermée hermétiquement dans un logement 49 avec conduit d'entrée 50 et conduit de sortie 51.Il peut y avoir aussi plusieurs passages d'admission et d'é- vacuation pour le fluide.Il convient que les canaux soient for- més de façon que la tangents., son extrémité entrée 52,au pourtour de la roue,
soit plus abrupte que celle de l'extrémité sortie* 53* Ces canaux se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe de ro- tation; ils peuvent toutefois aussi, comme l'indique la figure 22, être en ,de sorte que les extrémités 52 ( entrée) et 53 (sor tie) soient dans des plans différents. La rotor 48 peut aussi être, non pas cylindrique, mais, par exemple, conique, les extrémités des canaus,côté entrée ou côté sortie, pouvant être situés sur le grand diamètre du rotor.
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Sur la figure 23, au pourtour de la roue 54 qui tourne égale- ment dans un logement 49 avec passages d'entrée et de sortie,on voit des canaux 55 disposés les une derrière les autres.Ces ca- naux peuvent être situés dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (figure 24); chaque canal forme la buse du suivant, jusqu'à ce que le fluide arrive à la sortie;mais ils peuvent aussi croiser ltaxe de rotation (figure 25).
La figure 26 représente schématiquement une partie de la machi- ne dont les passages pour le fluide moteur suivant la figure 5 sont en forme d'hélice.Toutefois,.ils sont formés,non par des canaux fermés de toute part,mais par des nervures 56 qui sont recouvertes par la paroi 57 du logement fixe.
Quand les canaux formés suivant des courbes dans l'espace ont une grande longuenr,la fabrication peut présenter des -difficultés., en particulier parce que dans la plupart des cas,la paroi des ca-- naux doit être polie mécaniquement. Pour faciliter le travail,le rotor,suivant la figure 27,est fait en plusieurs parties 57 à 60 ; chaque partie constitue une portion courte du canal qu'on peut fa- cilement travailler.Mis à la suiteles uns des autres,ces canaux parfaitement finis ont une assez grande longueur et ne nécessitent pas de roues directrices fixes.
La figure 28 représente la combinaison de deux systèmes de canaux,dont l'un comprend des canaux 62 allant d'une cavité (chambre d'explosion) 61 à l'extérieur,et dont l'autre présente des canaux 64 débouchant en sens contraire dans un collecteur 63 et se raccordant aux premiers par des conduits 65.Cette disposition convient, en particulier.pour des fluides moteurs se condensant rapidement).par exemple le mercur.Elle empêche,en outre,les gaz de se dégager librement dans l'atmosphère et évite les empois- sonnements et les pertes en matières de consommation.
Dans les moteurs à explosion connus,notamment dans les ma- chines à piston,tous les mouvements nécessaires pour utiliser le fluide employé,s'effectuent pendant un tour,que l'appareil fonc-
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tionne a deux, à trois ou à quatre temps.Les turbines à explosion fonctionnent suivant le même principe quand leur construction n'est pas analogue a celle des turbines à vapeur et à e au, le gaz produit dans una chambre d'explosion étant amené aux roues sans interruption. Il est évident que ce mode de fonctionnement exclue la possibilité d'une rotation à grande vitesse,car,d'une part,les divers mouvements dans chaque période ne peuvent pas être écourtés a volonté et,d'autre part,les effets d'inertie des organes fonctionnant a grande vitesse constituent un obstacle.
Dans le dispositif de l'invention, ces inconvénients n'existent pas:les explosions se produisent dans des temps plus longs que la durcée d'un tour du rotor, et en pratique elles ont lieu plu- s&eurs fois pendant la durcéed'un tour.
Si une explosion est capable de faira tourner un rotor et, par suite,de produire un travail.le travail d'une explosion peut suffire à fournir un grand nombre de tours.Cependant,comma la vitesse angulaire de la roue tend constamment a diminuer à cause des résistances,le fonctionnement finit par s'arrêter après un certain nombre de tours.Mais si l'inertie du rotor-soit que l'on ait choisi un moment d'inertie assez élevé, soit que l'on emploie un volant régulateur- est assez grande pour que les explo- sions qui se succèdent suffisent a entretenir le mouvement de rota- tion du rotor,il peut arriver que ce rotor, dans un espace de temps d'une durée quelconque,
marche à une vitesse angulaire prati- quement à -peu près constante.Evidemment cette vitesse de rotation n'est pas, théoriquement, absolument uniforme,mais elle comporte des périodes avec diagrammes de vitesse sensiblement égaux, et ce mouvement,surtout aux grandes vitesses,ne s'écartera guère, en moyenne, d'une rotation uniforme.
Si l'explosion produit par exemple 10,000 tours dans la première minute, et si au bout d'un certain temps la vitesse du rotor tombe à 5000 tours, après quoi l'explosion suivante commu - nique à la roue une nouvelle énergie, le rotor arrive à faire en
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moyenne 6.000 à 70000 tours.de sorte que les oscillations sont relativement petites.Dans ces conditions une série d'explosions produites à d'assez grands intervalles de temps produisent sur le rotor une action à peu près uniforme,et le nombre des explosions est sensiblement plus petit que le nombre de tours,si,par exemple
100 à chaque explosion correspondent en moyenne/tours par seconde, ce nombre étant supposé représenter la vitesse moyenne du diagram- me,il arrivera que,
pour la même charge de la machine,les 60 ex- plosions qui peuvent avoir lieu en une minute.produiront 6.000 tours.
Avec une machine établie soit comme turbine! aubes ou à canaux soit sous une autre forme, l'emploi du nouveau procédé a pour avan- tage que malgré la vitesse de rotation élevée,les périodes dans lesquelles s'effectue l'ensemble des opérations ou mouvements né- cessaires pour utiliser le fluide employé durent assez longtemps pour permettre l'accomplissement régulier de ces opérations:re-
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froidissement,,compression.arrivée d'air.,expulsion des gaz brû- lés et allumage.
Autre avantage:les organes de commande et les organes régula- teurs n'ont évidemment pas une rotation (vitesse de mouvement) rapide, et malgré le nombra très élevé de tours du rotor,ils n'atteignent même pas les vitesses de mouvement qui peuvent être pratiquées au- jourd'hui sans danger avec les machines à soupapes et à ,tiroirs.
Il convient aussi qu'entre l'explosion d'une période et l'as- piration de la période suivante, de l'air de purge soit aspiré,ce qui permet l'emploi du procédé décrit,de sorte que: l'emploi d'eau de réfrigération peut être évité dans beaucoup de cas,ou qu'une 'réfrigération moins intense peut suffire.
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