<Desc/Clms Page number 1>
MOTEUR A EAU PAR UTILISATION SIMULTANEE DE LA FORCE VIVE ET DE L'ELASTICTIE D'UNE COLONNE LIQUIDE.-
La présente invention se rapporte à l'utilisation simulta- née: 1/ de la force vive d'une colonne liquide en mouvement, " arrêtée brusquement, 2/ d'une partie de l'élasticité du liqui de composant cette colonne, qui se comprime automatiquement au moment de l'arrêt bruaque, en conséquence de la destruction de la vitesse acquise.-
Pour atteindre cé résultat, l'invention consiste d'abord dans l'introduction dans une machine du type du bélier hydrau- lique, dit de Montgolfier, d'un dispositif d'arrêt particulier (équivalent à une fermeture presque instantanée de robinet ou de soupape)
de la colonne lancée à la vitesse correspondant à la hauteur de chute.-
Elle consiste de plus à emmagasiner automatiquement, au moy- en de ce dispositif, la force vive de la colonne lancée.- Cet emmagasinage se fera de préférence, sous forme de compression de liquide, séparé de celui de la colonne, oontenu dans un ré- servoir métallique parois épaisses (faisant office d'accumu- lateur hydraulique} dans lequel ledit dispositif est logé.-
Elle consiste encore à utiliser, comme dans le bélier hy- draulique ordinaire, le coup de bélier dû à l'arrêt brutal de la
<Desc/Clms Page number 2>
colonne;
mais oe, non seulement, pour obtenir l'élévation d'un*
EMI2.1
certaine quantité deau à une hauteur supérieure au niveau de chute, mais encore pour mettre en compression d'une des manières décrites ci-après, du liquide séparé de la colonne, oontenu dans un ou plusieurs accumulateurs hydrauliques distincts de celui men -tionné dans le paragraphe précédent, situés près de l'extrémité aval de la machine.-
L'invention comporte, de plus, le procédé et les moyens pour lancer la colonne périodiquement dans le tuyau de batterie à la
EMI2.2
vitesse \/2gh, sans intervention d'une soupape d'écoulement ou de choc telle qu'elle se renoontre dans le bélier hydraulique ordi- naire.-
L'invention restitue par les procèdes et moyens., employée habituellement,
sous torme de décharge cinétique derrière un ou- til ou un piston actionnant un volant ou un quelconque transfor- mateur d'énergie, l'énergie potentielle contenue dans les accu-
EMI2.3
mulateurs hydrauliques sus-indiqués sous forme de compression ou de diminution de volume de leur contenu liquide, obtenue par les deux manières mentionnées plus haut, a'eet-â-dire par utilisation duzmv2 de la oolonne lancée et arrêtée brusquement, et par utili- sation simultanée de l'effet de ohoo dû au ooup de bélier résul-
EMI2.4
tant de cet arrlt rapide.- On salit que si dans un tuyau dans lequel se meut une colonne liquide, un obturateur est formé rapidement, la destruc- tion rapide de la vitesse acquise qui est causée par oette fer- meture a pour effet de oomprimer automatiquement les couches d' eau de la colonne;
cette compression trouve naturellement son
EMI2.5
maximum à l'obturateur même, et ea valeur se calcule à cet endroit d'après la formule T2/28 c p/2Bw ("p" étant la pression; "E" étant le coefficient d'élasticité du liquide; et "w" sa densité).
On sait aussi que cette compression, si ellefait pas éclater la conduite, a tendance à se libérer soit par réflexion vers l'a- mont dans la colonne arrêtée, soit par échappement par un endroit de plus faible résistance que la paroi de la conduite, soupape de
EMI2.6
refoulement, par exemple, s'il en existe sur la contuite...
<Desc/Clms Page number 3>
On sait que la vitesse de réflexion ou de propagation de la vague pressionnelle, dans une conduite indéformable, est Vp= Eg/w (env. 1480 m.sec.); et, par ailleurs . il est connu que l'on peut considérer comme équivalant à la fermeture instan- tanée d'un obturateur, tout temps de fermeture qui ne dépasse pas 2L/Vp (L étant la longueur de la conduite).
Figure 1 donne la coupe de la partie aval, logée dans un massif solide, du moteur à eau ici décrit.- 1 est le tuyau de batterie (de 40 m. de long, par ex.).- 2 est un bouchon massif ou non, muni d'une garniture étanche présentant le moins de frottement possible; il est remonté périodiquement par le moteur 28 (Fig.4) au moyen du câble 13 à une certaine dis- tance de l'extrémité aval (5 m, par ex.); la face aval de 2 peut être ...garnie d'une matière élastique.- 3 est un piston différez- tiel, massif ou non, dont le pourtout logé en 4 est muni d'une garniture étanche;
3 reçoit le choc de 2 et de la colonne lan- cés qui pousse 2 devant elle, et il plonge dans un petit accumu- lateur hydraulique 4.- 6 est un ressort qui doit aider à ramener 3 dans la position dessinée en Fig.
1.- A 1'endroit 7 se trouvent une ou plusieurs soupapes (dutype de la Fige 2), ou clapets, se levant de bas en haut ou du dedans en dehors, et conduisant par les tuyaux 9 à un second accumulateur non dessiné, de capacité très supérieure à 4.- En 6 se trouvent une ou plusieurs soupa- pes ou clapets s'ouvrant du dehors en dedans, par lesquels se re- fait le plein de 4 par admission d'eau provenant du bac 8.- 10 est une tige fixée sur 3 qui actionne un contact électrique 11, quand 3 a atteint sa course calculée.- Dans le piston 3 se trouve une canalisation 15, de petit diamètre, qui débouche par la paroi de l'accumulateur 4 et qui est obstruée en cet endroit par une soupape 16, non dessinée, s'ouvrant de bas en haut,
et qui est étanche à l'air; par cette canalisation est chassée 1' qut eau de fuite se logerait entre 2 et 3 ou entre le piston 3 et les parole de l'accumulateur 4.- 12 sont des soupapes, du type de la Fig.2 p.ex., dont la face inférieure est de concavité don- née par le diamètreintérieur du tuyau de batterie 1;
elles
<Desc/Clms Page number 4>
s'ouvrent de bas en haut, ou du dedans en dehors, et communiquent par des Canalisations avec 1 ou plusieurs accumulateurs hydrauli- ques. -
Figure 4 montre le mécanisme prévu pour lanoer périodi- quement la colonne sans l'intervention de la soupape d'écoulement ou de choc du bélier hydraulique ordinaire,- 27 est un moteur élec- trique, dont le roue dentée 24 aotionne une roue 23 qui manoeuvre le robinet 22, à deux voles à angle droit et quart de tour, qui est solidement fixé au tuyau de batterie 1.- 28 est un moteur électrique qui remonte 2 juaqu'au oontaot 31.-
Le fonctionnement de la machine est le suivant:
Supposons un tuyau de batterie de 40 m. de long, dont l'es@@émi- té amont, alimentée par un réservoir, est à une hauteur de 10 m. au-dessus de l'extrémité aval, et qu'entre le point le plus bas de 2 (Fig.l) et son point le plua haut (Fig.4) il y ait une d@is- tanoe de 5 m.- Le passage central du robinet 22, correspondant à la section du tuyau 1, est ouvert, et 2 se trouve à son point le plus haut.- On libère un quelconque système d'échappement (non dessiné) se trouvant en 26;
sous son propre poids et celui de la colonne, 2 descend entraînant le tambour 14 par le oable 13.- Le mv2 de la colonne et du bouchon (v étant 2gh sono di- minution des divers frottements) se jette sur 3, en totalité on en partie, selon la résistance des ressorts et le mode de con- struotion des soupapes 12.- La oourse de 3 aura été calculée en tenant compte des facteurs suivantes diminution de volume ou com- pression à obtenir du contenu de l'accumulateur 4 et celui plus grandauquel il est relié, sous l'effet du mv2 de la colonne, et en raison du rapport de la grande surface de 3 @ la petite, -en ayant particulièrement en vue de rester, dans le temps, dans les limites de la valeur"Temps de fermeture"- 2L/Vp, pré-rappeléa Le 1/2 mv2 de la colonne, donc, en se Jetant sur 3,
par l'inter- médiqiore de 2, se transforme en compression du liquide contenu dans le petit accumulateur 4 et le grand accumulateur auquel il est relié par les tuyaux 9 et les soupapes 7.- A la fin de la course de 3, 7 retombent sur leur aiége.- 2, qui a naturellement suivi 3 dans sa course a dévoilé 12, 12', 12'' etc.
<Desc/Clms Page number 5>
Du. fait de l'arrêt, sur une faible distance, ecuivalant à l'arrêt brusque de la colonne, c'est-à-dire dans les limites de la valeur T : 2L/Vp, et malgré que 1/2 mv2 de la colonne ait été reçu par le piston mobile 3 et non par un obturateur fixe à fer- meture graduelle circulaire ou linéaire (modalité de construction qui laisse intactes les conditions de l'arrêt total de la colonne dans le temps), il y a télescopage violent des oouohes liquides de la colonne à partir de 2.- Il y a donc aussi production de surpression locale, ou coup de bélier,
qui s'échappera par les soupapes 12 (dont le nombre dépend des caractéristiques de la machinai dans les accumulateurs séparés ou unique auxquelles el- les sont reliées par des canalisations.- Quand 3 arrive au bout de la course calculée, la tige 10 touohe le contact 11 qui actionne le moteur 27 qui fait faire un quart de tour au robinet 22, obturant donc le tuyau de batterie vers l'amont, et mettent la partie aval en communication avec 1' extérieur par la voie 21.- Ce quart de tour accompli, un autre contact électrique, 29, errata 27, et met en marche le moteur 28 qui par le tambour 14, remonte 2 (de sa position en Fig.l à celle en Fig.
4) qui chasse devant lui par la voie 21 le liquide qui l'a suivi dans sa descente.- Arrivé au haut de sa montée, 2 touche un système de contact 31 qui provoque l'arrêt du moteur 28 et la mise en marche du. moteur 27 pour faire accomplir au ro- binet 22 le quart de tour qui doit fermer la voie 21 et ouvrir le canal central de 22 qui est à la section de 1.- Ceci fait, le contact 30 arrête 27 et fait déclancher l'échappement 26.- 2 des cend, comme précédemment décrit, et le cycle recommence.-
25 sont des brides raccord permettant de tronçonner le tuyau de batterie afin de pouvoir retirer 2 sans devoir démon- ter la partie aval de la maohine.-
Si la machine est calculée pour fonctionner sous un 1/2 @ mv2 de h égal à 10 m.
et donc aussi sous un coup de bélier résul- tant de h de 10 m. dans les conditions d'arrêt brusque de la co- lonne prédécrites, il est clair que pour récupérer la perlée due vitesse due au frottement du liquide contre les parois, et pour
<Desc/Clms Page number 6>
lancer la oolonne à la vitesse d'env. 14 m = 2gx10m dans un mini- mum de temps, il faudra augmenter par un quelconque moyen la pres sion équivalant à h de 10 m.- Cette augmentation de pression peut être obtenue, par exemple, par l'action d'un piston-pousseur sur la surface amont, ou par la décharge dans la colonne d'un accumu- lateur convenablement chargé,
au moment même de la mise en mouve- ment de la oolonne c.à.d. au déclenchement de l'échappement 26.- Des dispositifs convenables seront alors à ménager à la sur ace amont pour garder dans le tuyau de batterie 1 la surpression ain- si établie, pendant le lape de temps nécessaire pour obtenir v ; 2gh.- Mais le moyen le plus simple de s'assurer la marge nécessaire parait être d'augmenter la hauteur de chute;
ainsi, pour obtenir les rendements en mv2 et coup de bélier correspon- dant à h de 10 m., et si l'on a trouvé que les frottement* réu- nis, la perte de vitesse éventuelle due à un étranglement dans le robinet 22, et autres causes de déchet possible, sont de l'or- dre de X%. on portera la hauteur de chute à 10 m plus X%.- Il faut d'ailleurs observer que pendant la descente de la colonne dans la maohine décrite, la pression atmosphérique ne peut agir que de haut en bas, c'est-à-dire sur la surface omont du liquide, attendu qu'aucune possibilité ne doit exister d'entré d'sir dans 1, entre le piston différentiel 3 et le bouchon 2 remonte;
la surpression naturelle que la pression atmosphérique assure,pro- curera, dans la majorité des cas, une marge plus que suffisante pour équilibrer les causes de diminution de vi tesse qui viennent d'être indiquées. -
Il est évident que toutes les parties et organes de la machine doivent être calculée pour résister sans déformation aux pressions-vitesse maxima qui peuvent se produire à l'aval, ainsi qu'à tous effets de résonance qu'elles sont susceptibles de pro- voquer dans la conduite.-
Fig. 3 représente un piston différentiel 19, rond ou elliptique, surchargé ou non par des ressorts, pouvant remplacer la soupape de refoulement 12;
sous l'impulsion du coup de bélier, il chasse une partie de l'eau de 20, par une canalisation 17 à
<Desc/Clms Page number 7>
soupape du type de la Fig.2. dans un accumulateur; le liquide pour faire le plein de 20 quand 19 retombe sur son siège arrive d'un bac par le tuyau 18 muni d'une soupape agissant de haut en bas.- Fig.5 représente une vue de haut de l'extrémité aval de la machine et d'un dispositif deaocumulateurs.- Fig.
6 est un schéma de disposition de batterie de machines et d'accumulateurs qui déchargent à tour de rôle, par l'ouverture de robinets 33, partie ou totalité de leur compression ou excès de volume dans le canon #2 d'un piston moteur qui actionne à régime constant un quelconque transformateur d'énergie.- Avec des canalisations bien étudiées, le rendement utile de cette décharge peut dépas- ser 90%.- Mais au rendement utile de cette déohaxge ne répond pas un travail égal pour la mise en compression des divers ac- comulateurs;
car du fait que l'on utilise le 1/2 mv2 simultané- ment avec une partie de l'effet de la détente de surpression de la dolonne, due à son arrêt brusque, ou à une partie de l'effet utile de son coup de bélier, et tenant compte d'autre part de ce que dans la machine décrite, la pression atmosphérique intervient pour donner à la oolonne une survitesse égale à h de 10 m., alors qu'elle n'est à vaincre que pendant la longueux de la remontée du bouchon 2, il ressort du calcul des diverses parties du tra- vail à dépenser et à recevoir que le rendement global de la ma- chine sera, diaprés les notions en cours, anormalement élevé.-
Il va sans dire que dans la machine décrite, d'autres liquides que l'eau peuvent âtre employés,
et que le robinet 22 peut être remplacé par un clapet à fermeture commandée ou tout autre dispositif similaire; de même que les autres détails de construction donnés à titre d'exemple peuvent être modifiés sans nuire à la valeur de la combinaison des principes physiques dé- crits.
-
Figure 7 donne une variants de l'invention.- Deux ou plusieurs tuyaux 34 qui descendent d'un réservoir amont 35 dé- bouchent dans un réservoir intermédiaire 36, plein de liquide, qui est relié par un tube 37, de même section qu'un des tuyaux 34 au récepteur aval de la chute.- Sur chacun des tuyaux 34 se
<Desc/Clms Page number 8>
se trouve un tube de refoulement 38 et un robinet 39.- Les deux robinets sont manoeuvres simultanément, mais construits de ma- nière qu'à tout moment de leur manoeuvre la somme des sections de leurs canaux oentraux qui font face aux' tuyaux 34 soit égale à une seule section 34, donc aussi à la section du tube unique 37 qui descend du réservoir intermédiaire.- Quand un des robi- nets est entièrement ouvert,
l'autre est fermé.- Les robinet* sont actionna rapidement par un méteur intermittent (pour que la oolonne ait le temps de se lancer.- A chaque fermeture d'un robinet 39 dans la fraction de temps donnée par la formule 2L/Vp, il y aura production de coup de bélier dans le tuyau sur lequel ce robinet est fixé, et élévation d'une certaine quantité d'eau par le tuyau de refoulement 38 vers le réservoir 40 situé au-dessus du réservoir amont; ceci, quoique le débit de ohute sur le récepteur aval restera constant.-
EMI8.1
JtmvEW'T)IOATIONS
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.