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Perfectionnements aux locomotives Diesel.
L'utilisation de transmissions pneumatiques pour la commande indirecte des locomotives Diesel a donné lieu à des recherches approfondies relativement aux phénomènes accompa- gnant l'emploi de l'air sous pression comme fluide moteur.
Lorsqu'il s'agit d'obtenir un rendement élevé de ces machines, on se heurte à des difficultés de construction provenant de ce que le poids et l'emplacement disponibles sont limités, et il devient donc nécessaire de trouver une solution nouvelle du problème, afin d'obtenir des machines efficaces en prati- que.
Ces difficultés comprennent essentiellement celles relatives au refroidissement du compresseur et à la températu-
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re de l'air sortant des cylindres du compresseur. Cette tem- pérature, qu'on doit maintenir à un degré relativement fai- ble afin d'éviter des inconvénients dans le graissage des cylindres des compresseurs et moteurs nécessite, surtout dans le cas de fortes pressions, des températures extrêmement fai- bles à la fin de la détente de l'air.
Afin d'obtenir un bon rendement, il est en outre nécessaire d'ajouter les calories récupérées, perdues dans le cycle de la combustion interne.
On peut supprimer le refroidissement externe du compresseur à l'aide d'un refroidissement interne, ou du moins le réduire sensiblement, en injectant de l'eau dans les cylindres du compresseur, par exemple. Ce système pré- sente toutefois beaucoup de désavantages par suite de la com- plication des organes additionnels qu'il nécessite, alors que l'exploitation des chemins de fer exige des dispositifs sim- ples et sûrs.
Un appareil trop délicat ou trop compliqué, comportant par exemple des injecteurs d'eau dans les cylin- dres de compresseur et nécessitant des organes de commande ou des pompes à pression très élevée et à commande précise, ou un dispositif exigeant une manipulation experte et exposé à des dérèglements fréquents, ne peut donc être désirable en pratique pour l'exploitation des locomotives, d'autant plus que l'eau injectée est susceptible de former des incrusta- tions dans l'injecteur, sur les soupapes du compresseur ou dans le cylindre même, et peut en conséquence altérer l'ef- ficacité et le rendement, provoquer une usure rapide de la machine et entraîner de graves inconvénients au cours de l'exploitation.
Afin d'éviter ces inconvénients on utilise aujourd' hui de l'eau distillée, qu'il est difficile de se procurer et qui est indésirable pour les locomotives de chemin de fer;
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en outre, si l'eau distillée est susceptible de supprimer les incrustations, par contre elle n'élimine ni la corrosion ni la possibilité qu'il se produise dans les cylindres des coups de bélier hydraulique, causés par des avaries du dis- positif de commande du pulvérisateur.
Grâce à la présente invention on évite entièrement la nécessité d'injecter de l'eau dans les cylindres du com- presseur, on résoud simultanément les problèmes associés au refroidissement du compresseur et à la formation du mélange destiné à être utilisé dans les cylindres de la locomotive, et on peut récupérer la chaleur perdue du compresseur et du moteur, tous ces effets étant assurés à l'aide de dispositifs robustes et peu encombrants, d'un fonctionnement simple et indéréglable, et sans qu'il soit nécessaire de modifier la construction habituelle des compresseurs.
L'invention consiste essentiellement à utiliser la chaleur acquise par l'air comprimé par suite de son passage à travers les cylindres du compresseur en vue de former le mélange, et à refroidir cet air comprimé par un contact direct avec de l'eau, par exemple en le faisant barboter à travers une masse d'eau maintenue à un niveau constant, ou passer à travers une pluie d'eau, éventuellement avec une quantité déterminée d'eau.
L'eau peut être celle servant au refroidissement des moteurs Diesel, et on peut la surchauffer à l'aide des gaz d'échappement de ceux-ci.
Afin d'obtenir un haut rendement des locomotives de chemins de fer, il est nécessaire d'utiliser de fortes pres- sions et comme il est pratiquement impossible d'assurer la compression de l'air en une seule opération, on peut interca- ler le dispositif suivant l'invention entre les phases inter-
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médiaires de compression sans toutefois modifier la disposi - tion qui comporte un élément à haute précision derrière le cylindre.
Les Figs. 1, 2, 3 et 4 du dessin annexé représentent diverses formes de réalisation de l'invention.
Sur la fig. 1, 1 désigne un réservoir dans lequel on maintient de l'eau à un niveau Constant 2, à l'aide de dispositifs d'alimentation automatique habituels. On prélève par exemple cette eau de la circulation de refroidissement du moteur Diesel, et on l'admet en 7.
Le tube 4 débite l'air sous pression et par consé- quent chauffé, amené du cylindre compresseur, dans l'eau dans laquelle il est immergé cet air devant donc passer à travers la masse d'eau. La partie immergée du tube 4 comporte un grand nombre de petits orifices 5 destinés à subdiviser l'air bouillonnant à travers l'eau. L'air sous pression se refroidit en passant à l'état divisé à travers l'eau, et la chaleur qu'il cède à cette dernière sert à la vaporiser et à en satu- rer l'air comprimé.
Le d8me 3 du réservoir 1 reçoit l'air saturé et re- froidi, qu'on peut immédiatement utiliser de nouveau ou sur- chauffer au préalable, ou qu'on peut aspirer dans le cylindre compresseur suivant.
On évacue le mélange par la tubulure 6. A l'aide de cet appareil on peut combiner le surchauffage avec l'utilisa- tion des gaz chauds du moteur dont il a été question. Dans ce but il y a lieu d'établir le réservoir 1 de manière que sa forme corresponde à celle des chaudières de récupération, et de faire passer également un nombre convenable de tuyaux chauf- fés par l'espace situé au-dessus du niveau 2. Les gaz chauds sont admis dans la chambre 8, passent par les conduits 10, 11,
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et sont évacués dans le compartiment collecteur 9. Les con- duits 10 traversant la masse d'eau assurent la vaporisation directe et facilitent la saturation,ou la formation d'un mé- lange plus riche, tandis que les conduits 11, léchés par le mélange déjà formé, servent à surchauffer ce dernier.
En subdivisant la chambre 8 de manière connue on peut commander les deux courants de gaz, à l'aide d'une sou- pape à clapet, et assurer le surchauffage. Un brûleur 12, dis- posé en parallèle, sert au chauffage initial de la masse et constitue également une source d'énergie auxiliaire dans le cas où une vaporisation plus intense deviendrait nécessaire par suite de températures de gaz trop basses ou de limites de charge minimum pendant le travail.
Suivant la variante représentée sur la fig. 2, on obtient le même effet en invertissant la construction, le contact intime entre l'air et l'eau étant assuré en subdivi- sant celle-ci en une fine pluie, en réduisant ainsi le volume actif d'eau et en supprimant son inertie thermique dont l'ef- fet est favorable ou défavorable, selon le cas. La figure représente à titre d'exemple une forme de réalisation com- portant deux réservoirs en série, mais on peut bien entendu réaliser le dispositif entier sous forme d'un seul réservoir.
Les deux réservoirs 12, 13, sont reliés par des raccords 14 et par un tuyau 15. L'air admis dans le réservoir 12 par la tubulure 16 passe dans le réservoir 13 par les lumières du tuyau 15. L'eau chaude provenant du refroidissement de la locomotive est admise par le conduit 17, et s'échappe à l'état finement divisé par les ouvertures du collecteur 18. La partie de l'eau qui n'est pas vaporisée s'accumule au fond du réser- voir et pénètre par les raccords 14 dans le réservoir infé- rieur 12, d'ou elle est éventuellement évacuée en 20, pour regagner la chambre d'aspiration de la pompe à eau. Cette
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pompe et le robinet 20 sont commandés de manière qu'il n'y ait qu'un léger excédent d'eau.
L'air et l'eau circulent donc en sens inverse l'un de l'autre. Le mélange saturé et refroidi est évacué en 21; A l'aide de ce dispositif, on peut également utiliser les gaz d'échappement en les admettant dans la chambre 22, en les faisant passer par les tubes 23 et en les évacuant par la chambre 24.
Le système tubulaire remplit un triple r5le: celui de vaporiser directement les gouttelettes projetées contre les tubes, de vaporiser indirectement, en chauffant l'air qui à son tour vaporise l'eau, et de surchauffer le mélange.
Pour réaliser ce dernier but on peut utiliser la pluie d'eau afin de chauffer plus ou moins la section des tubes 23, adjacente à l'orifice d'échappement 21 du mélange formé, en actionnant le clapet 25 ou un dispositif analogue.
Ainsi que dans la réalisation précédemment décrite, le brû- leur 26 est susceptible de coopérer au besoin. On peut pré- voir des séparateurs spéciaux afin de retenir l'eau évacuée.
Dans le cas du dispositif représenté sur la fig. 3, on réduit encore la masse d'eau utilisée, qu'on restreint exactement à la quantité qu'il s'agit de vaporiser. On admet l'air sous pression dans le réservoir 27 par la tubulure 28 et on évacue le mélange formé pendant son passage à travers ce réservoir par la tubulure de sortie 29.
On introduit l'eau à vaporiser par plusieurs tuyères convenablement disposées 30, alimentées par des tuyaux 31 en communication avec la pompe d'injection.
Le volume d'eau que débite cette pompe par unité de temps est réglé automatiquement et est, par exemple, subor- donné au nombre de révolutions du compresseur et à son volume
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d'air par unité de temps. Dans le cas où on utilise les gaz d'échappement du moteur,on admet ceux-ci, par exemple, dans la chambre collectrice annulaire 32, on les fait passer par les tubes 33 dont l'effet est analogue à celui des tubes du dispositif de la fig. 2, et on les évacue par la chambre 34.
Le brûleur 35 est destiné à constituer une source de chaleur auxiliaire. On peut assurer le suichauffage du mélange comme dans le cas du dispositif représenté sur la fig. 2, c'est-à- dire en laissant libre une partie des tubes et en ouvrant ou en fermant les tuyères 30 à proximité de la tubulure 29 de sortie du mélange. On peut toutefois substituer au systè- me de surchauffage représenté d'une manière générale sur les figs. 1 et 2, par exemple, des dispositifs analogues tels que ceux de la fig. 4, constituant une variante de la fig. 3 et comportant les mêmes chiffres de référence.
On voit d'après ces formes de réalisation de l'in- vention qu'il a été possible de résoudre les problèmes com- plexes que présentent le refroidissement de l'air sous pres- sion, la formation d'un mélange saturé ou riche en vapeur d'eau, le surchauffage éventuel de ce mélange et l'utilisation de la chaleur perdue, tout en réduisant au minimum le refroi- dissement externe du compresseur. On obtient ce résultat à l'aide d'appareils simples et peu coûteux (ce qui est parti- culièrement important dans le cas de machines destinées à remplacer des locomotives de chemin de fer dont la construc- tion est habituellement simple et robuste), faciles à ins- pecter et à nettoyer et d'un maniement aisé. Il est également à noter que l'alimentation d'eau est constante et ne nécessite aucun appareil de commande délicat ou compliqué.
Non seulement l'incrustation éventuelle des saturateurs n'affecte pas leur fonctionnement, mais elle exerce un effet favorable en consti-
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tuant un revêtement isolant utile. Les incrustations des tu- bes n'ont qu'une action relative, dont on constate aisément l'effet par la réduction subséquente de la transmission de la chaleur, et il est facile de nettoyer ou de réparer ces tu- bes ou même de les remplacer au cours des inspections pério- diques.
L'utilisation de la chaleur perdue est complète, pour le motif que le refroidissement par saturation atteint approximativement 100 C, ou reste inférieur à cette tempéra- ture dans le cas de la première phase des compresseurs multi- ples.
Grâce à la différence de température appréciable en- tre les gaz et l'air, on peut donc récupérer complètement les calories que renferment les gaz chauds.
Il n'est pas nécessaire d'utiliser de l'eau distil- lée et, même dans le cas de la réalisation représentée sur la Fig.3, si des tuyères s'obstruaient ou pourrait facilement les remplacer ou les nettoyer sans interrompre l'exploitation.
Le système conforme à l'invention permet de traiter de la manière décrite, afin de former un mélange de tempéra- ture et de saturation moyennes, la totalité de l'air compri- mé dérivé des cylindres compresseurs, ainsi qu'une partie de cet air destinée à être mélangée, après le traitement, au volume qui n'a pas été traité.
Dans le cas de moteurs munis du refroidissement à eau surchauffée sous pression du type connu, on peut ajouter au mélange là vapeur engendrée et notamment, dans une phase correspondant au compresseur, on peut utiliser le réservoir 1 (Figs. 1, 2, 3) comme collecteur et vaporisateur d'eau en vue de ce refroidissement.
On a compris cette disposition spéciale parmi les applications auxquelles se prêtent les dispositifs décrits,
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car elle constitue un moyen d'augmenter le rendement.
Suivant une autre réalisation de l'invention s'appli- quant au refroidissement normal, qui s'effectue toujours à des températures élevées dans les moteurs Diesel, on supprime les radiateurs et on fait passer l'air comprimé à travers la masse d'eau de la circulation de refroidissement du moteur. Cet air absorbe un certain excédent de vapeur, selon les températures régnant dans le réservoir de saturation.
Bien entendu, on peut modifier de diverses manières, les dispositifs qui ont été décrits sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Perfectionnements aux locomotives Diesel utili- sant pour la transmission de l'énergie un mélange d'air sous pression et de vapeur d'eau, consistant à utiliser la chaleur acquise par l'air sous pression au cours de son passage par les cylindres du compresseur en vue de former le.'mélange des- tiné à actionner les pistons de la locomotive, et à refroidir cet air sous pression au contact direct de l'eau.