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" Perfectionnements au réglage des générateurs de fluide comprimé, à pistons libres, alimentant sous pressions variables des machines réceptrices telles que turbines."
L'invention est relative aux dispositions de réglagé des générateurs de.fluide comprimé., à pistons libres, alimentant sous des pressions variables de marche des machines réceptrices telles que des turbines.
Les générateurs du genre susindiqué comportent un mo- teur à balayage à pression d'alimentation variable et dans le- quel on envoie de préférence, pour effectuer le balayage, la to- talité ou une partie du fluide comprimé. L'excès des gaz de ba- layage, qui ne fait dans ce cas que passer dans le moteur, for- me avec les ga'z d'échappement un mélange à température peu éle- vée et qui peut être utilisé avantageusement pour actionner au moins une machine réceptrice, telle qu'une turbine.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces dispositifs
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de régulation tels qu'ils permettent de réaliser une alimenta- tion correcte des machines réceptrices sous des charges varia- bles et suivant les caractéristiques connues desdites machines réceptrices, caractéristiques qui déterminent les variations corrélatives de pression et de débit.
Elle consiste, principalement -- et en même temps qu'à faire comporter aux dispositifs régulateurs du genre en question une commande automatique soumise aux variations de pression qui se produisent en amont de la machine réceptrice alimentée par au moins un générateur du genre considéré, pour fournir à ladite machine réceptrice une quantité de fluide com- primé correspondant à la charge de cette dernière --, à agencer de manière telle ladite commande qu'elle assure automatiquement le réglage du débit des générateurs en fonction de la pression de marche existant au refoulement de ces derniers et ce, non seulement entre les débits limites qui correspondent aux cour- ses extrêmes des équipages mobiles du ou des générateurs,mais également pour la valeur minimum possible de la course desdits équipages mobiles.
Elle consiste, mise à part cette disposition principa- le, en certaines autres dispositions, qui s'utilisent de pré- férence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment: en une deuxième disposition, consistant à faire agir en conjugaison sur l'organe de d.-sage du combustible, admis dans le moteur des générateurs du genre considéré, d'une part, un régulateur soumis à la pression d'amont de le machine réceptri- ce et, d'autre part, un régulateur de vitesse entraîné per la- dite machine,
les liaisons établies entre ledit organe de dosa- ge et les deux régulateurs pouvant ou bien être impératives l'une et l'autre ou bien être agencées de manière qu'au moins une desdites liaisons laisse subsister une zone libre à l'ac- tion du régulateur correspondant à l'autre liaison de manière
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à corriger l'action de ce dernier régulateur seulement au delà des limites desdites zones;
en une troisième disposition consistant à agencer de ma- nière telle les dispositifs de régulation du genre en ques- tion que les variations de pression régnant en amont de la ma- chine réceptrice agissent non seulement sur l'organe de dosage du combustible injecté dans le moteur du générateur du genre considéré, mais également et en même temps sur des moyens pro- pres à modifier le point d'injection et/ou la disposition de l'injection par rapport à la chambre de combustion; et en une quatrième disposition, consistant à combiner sur un même organe de décharge, en amont du récepteur, une com- mande à main utilisée par exemple lors du démarrage, et une commande automatique de sécurité.
L'invention vise plus particulièrement certains mo- des d'application ainsi que certains modes ae réalisation des- dites dispositions ; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les dispositifs régulateurs du genre en question, comportant application des- dites dispositions, les éléments et outils spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les générateurs à pistons libres et à pression variable et les installations comportant de sem- blables générateurs et des machines réceptrices, ces généra- teurs ou installations étant munis de semblables dispositifs régulateurs.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1, de ces dessins, montre en coupe longitudi- nale, une installation comprenant un générateur à pistons li- bres et à pression variable ainsi qu'une machine réceptrice, la dite installation étant munie d'un dispositif régulateur établi conformément un premier moae de réalisation de l'invention.
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Les fig. 2 et 3 montrent respectivement deux diagram- fies facilitant la compréhension de l'invention.
Le fig. 4 montre, semblablement à la fig. 1, une par- tie n'une installation analogue mais pour laquelle le disposi- tif régulateur est établi conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La fig. 5 montre, semblablement à la fig. 1, une par- tie d'une installation analogue mais pour laquelle le disposi- tif régulateur est établi conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention.
La fig. 6 montre, semblablement à la fig. 1, une installation analogue mais pour laquelle le dispositif régula- teur est établi conformément à un quatrième moae de réalisation de l'invention.
La fig. 7 montre un diagramme facilitant la cornpré- hension du fonctionnement de ce dernier mode de réalisation.
La fig. 8 montre, en perspective, un dispositif régu- lateur établi selon une variante de célui montré sur la fig. 6.
La fig. 9, enfin, montre, semblablement à la fig. 1,
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une installation analogue mais Pour-l,'quélle-Ile.-dispOsi-6i-f ré- gulateur est établi selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses moaes d'application ainsi que ceux des modes de réali- sation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, disposant d'un générateur à pis- tons libres débitant un fluide comprimé à pression variable pour alimenter une machine réceptrice, telle qu'une turbine, et se proposant de faire comporter à cette installation un dispo- sitif régulateur, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue.
En ce qui concerne le générateur à pistons libres et à pression variable-- plus spécialement un auto-compresseur d'air --, on lui fait comporter un moteur à deux temps et à
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2 balayage, muni par exemple de deux pistons 11 et 1 , fonction- nant à simple effet et se déplaçant en sens inverse dans un cy-
1 lindre moteur 2. On relie lesditspistons moteurs 1et 1 res- pectivement à d eux pistons compresseurs 31 et 32 travaillant respectivement dans des cylindres compresseurs distincts 41 et 4 débitant dans un réservoir d'air comprimé 5.
On relie ledit réservoir 5 non pas directement au récepteur 6, par exemple une turbine, mais aux orifices de ba- layage et d'admission d'air du générateur 2 par un conduit 7 de manière que la totalité de l'air comprimé passe par le généra- teur pour effectuer le balayage, une partie de cet air étant seulement utilisée pour la combustion et l'excès d'air ayant effectué le balayage étant envoyé au récepteur 6 en même temps que les gaz brûlés.
Cette disposition connue a été indiquée sous une for- me très simple mais il est bien entendu qu'elle peut être modi- fiée et complétée de différentes manières sans sortir des limi- tes de la présente invention.
En ce qui concerne l'alimentation du générateur en combustible, on admettra dans ce qui suit que le combustible est liquide et qu'il est injecté dans le cylindre 2 par une pompe 9, actionnée par un mécanisme à came 10 ou autre comman- dé par un équipage mobile du générateur lui-même, ladite pompe 9 débitant le combustible dans un conduit 11 relié à l'organe ou aux organes d'injection 12 du moteur.
On fait comporter à la pompe 9 un organe 14 pour le dosage de la quantité de combustible débité et fournit au moteur, cet organe 14 pouvant être constitué, comme à l'ordinaire, par un tiroir coulissant.
Dans le conduit 8, établi entre le générateur 2 et le rédepteur 6 dans lequel règne donc la pression d'amont du récepteur, on loge un organe mobile ou déformable, par exemple un piston 13 avec ressort de rappel, une capsule manométrique
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ou analogue, qu'on relie à une pièce profilée, articulée à un pivot fixe 151, telle qu'une came oscillante 15, agissant sur l'organe de dosage 14. Et on donne au profil de la came une forme telle que, par son action sur l'organe 14, les variations de débit de combustible, corrélatives aux variations de pres- sion, soient les mêmes pour le générateur 2 et le rédepteur 6.
Ce réglage automatique du débit du combustible en fonction de la pression régnant en amont du récepteur et par conséquent en fonction de la charge de celui-ci, n'est toute- fois pas suffisant pour obtenir un fonctionnement rationnel et régulier de l'installation.
On sait, en effet, qu'à toutes les pressions de fonc- tionnement du générateur, un certain minimum de débit d'air est indispensable pour assurer le balayage du moteur et, en outre, que la machine n'est susceptible de fonctionner qu'entre deux courses limites dont l'une minimum 1m est déterminée par l'ou- verture minimum dee orifices de distribution du cylindre moteur
M
2 et l'autre maximum 1 est déterminée par des conditions de sécurité.
Sur le. fig. 2 on a montré un diagramme pression-cour- se se référant à la partie compresseur du générateur et sur le- quel on a indiqué à titre d'exemple les valeurs de ses courses limites lm et 1M ainsi que certaines courbes de fonctionnement caractéristiques AB2,D1C1 et D2C2 de cette partie compresseur.
Le d-bit d'air, admis cornue étant indispensable pour assurer le balayage du moteur, est supposé être représenté par B1C1,
B2C2,etc. Entre les pressions p0 et p1 les équipages mobiles ou pistons du genérature doivent se déplacer au moins de la quantité 1m et le débit B3C3 diminue au fur et à mesure que la pression augmente. Pour la pression p1 le débit B1C1 corres- pond au débit minimum nécessité par le balayage du cylindre moteur. Pour les pressions supérieures à p1,le débit minimum tel que B2C2 doit toujours être maintenu pour assurer le ba- layage du moteur et à cet effet la course Ac2 devient supérieu- @
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re à la course minimum 1m.
Sur le diagramme pression-quantité, montre sur la fig. 3, on a montré la courbe représentative 1m de la varia- tion de la quantité du fluide débité par le générateur 2 en fonction de la pression pour le débit minimum du combustible injecté pour chaque valeur de la pression.
La quantité maximum de combustible injecté à chaque pression, c'est-à-dire la quantité correspondant à la course
M maximum 1 est indiquée par la courbe représentative 1 de la variation quantitative du fluide sous pression débité par le générateur 2.
Entre ces deux courbes, il suffit d'injecter, pour chaque pression, la quantité convenable de combustible pour que le débit du générateur soit exactement égal au débit ab- sorbé par le récepteur à cette même pression (la courbe carac- téristique du récepteur étant désignée par II sur la f ig. 3).
On constate qu'on ne peut adapter le débit du géné- rateur à la demande du récepteur qu'entre les points N et M de la courbe II suivant lesquels la courbe caractéristique II du récepteur coupe les courbes caractéristiques extrêmes du géné rateur correspondant aux courses minimum et maximum.
Conformément à l'invention on utilise le même organe 13, sollicité par les variations de pression en amont du récep- teur 6, pour adapter les débits du générateur et du récepteur aussi bien pour les charges comprises entre les points 14 et N qu'aux plus faibles charges MS corres.ondant à des débits du récepteur inférieurs aux débits limites des générateurs déter- minés par la courbe lm de la fig. 3.
A cet effet on peut permettre au générateur de pro- duire, aux faibles pressions, une quantité de fluide telle que Rr, qui correspond à son fonctionnement avec une injection mi- nimum de combustible, et laisser échapper le supplément RS qui fie peut être absorbé par le rédepteur. Dans ce cas on dose
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exactement la quantité supplémentaire, telle que BS, par l'ou- verture variable d'une soupape 16 (fig. 1) établie dans le conduit 8 en amont du récepteur 6. On dispose cette soupape 16, rappelée par son ressort 161, par exemple en regard de la tige 17 du piston 13 de manière que ladite soupape puisse être ou- verte par la butée de ladite tige 17.
Et on agence l'ensemble du dispositif de manière que l'ouverture de la soupape 16 com- mence pour une pression m correspondant au point M du diagramme de la fig. 3.
On peut également régler automatiquement, par l'in- termédiaire d'un organe de distribution, commandé par la pres- sion, la quantité d'air comprimé débité aux faibles pressions pour que le générateur 2 fournisse, pour sa course géométrique minimum 1m (fig. 2), une quantité d'air strictement suffisante pour le balayage (courbe A1S Bl de la fig. 3).
Il suffit à cet effet de limiter par exemple la cour- se d'admission ou la course de. compression des compresseurs.
Cette limitation de la production d'air comprimé peut être ob- tenue, comme montré sur la fig. 4, en faisant agir la tige 17 du piston 13, par exemple par l'intermédiaire d'un palonnier 18, sur un tiroir 20 qui, en découvrant au moins un orifice 21 ménagé dans la paroi de chacun des cylindres compresseurs 41 et
2 4 , permet de retarder plus ou moins le débat de la course ce compression pour deser ainsi la quantité d'air comprimé par les dits compresseurs.
Dans le cas, déjà envisagé pour le mode de réalisa- tion selon la fig. 1, où on laisse échapper une partie des gaz produits par le générateur au-dessous d'une certaine pression de fonctionnement du récepteur, on peut avantageusement séparer l'excès d'air de balayage des gaz chauds et n'envoyer audit récepteur que lesdits gaz chauds, afin de soustraire ledit gé- nérateur aux variations trop importantes de température.
A cet effet et confie montré sur la fig. 5, on peut
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dériver l'excès d'air de balayage par un circuit tel que 19-22 dans lequel on intercale un distributeur automatique, par exem- ple un tiroir coulissant 23, qui étant soumis à la pression ré- gnant dans le conduit 19 peut en même temps jouer le rôle du piston 13 de la fig. 1 pour agir, par sa tige 17, sur la came
15 pour le dosage du combustible injecté. Suivant la position occupée par le distributeur 23 sous l'effet de la pression ré- gnant dans le réservoir 5 et dans le conduit 19, on peut diri- ger le supplément d'air de balayage ou bien par le conduit cen- tral 25, l'orifice 24, la gorge 26 et le conduit 22 vers le ré- cepteur 6 sans passer par le moteur 2, ou bien par le conduit central 25 et l'orifice calibré 27 vers l'air libre.
Dès que la pression est devenue suffisante dans le réservoir 5, le distri- buteur 23 obture complètement le conduit 22 et l'orifice cali- bré 27 et la totalité de l'air comprimé traverse le moteur.
Dans le cas où le rédepteur 6 est soumis à des varia- tions de change importantes, la régulation par la seule varia- tion de la pression peut être trop lente en raison de la masse tampon du fluide comprimé emmagasiné dans le réservoir de ba- layage 5 du générateur et dans les conduits tels que 8 et 19 les reliant au récepteur 6. Comme on peut généralement tolérer une certaine variation momentanée du régime du récepteur au mo- ment de la variation de la charge, on peut aussi faire interve- nir, pour la régulation du débit du générateur, un régulateur de vitesse qu'on fait comporter à la machine réceptrice 6 et combiner, selon l'invention, l'action de celui-ci avec celle du régulateur à pression 13 du genre de ceux décrits plus haut.
Par exemple et comme montré sur la fig. 6 on peut atteler, directement ou mieux par l'intermédiaire d'un relais, le régulateur de vitesse ou le régulateur centrifuge 28 du ré- cepteur 6 à la came 15 qui commande l'organe de dosage 14 de la pompe d'injection 9. On soumet simultanément cet organe à l'ac- tion du régulateur de pression, tel que le piston 13,
dont le
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cylindre est branché par exemple à un conduit 29 établi entre le générateur 2 et le récepteur 6.On peut par exemple faire agir le régulateur de vitesse par une articulation ou un pivot sur la came 15 et le régulateur de pression par une autre ar- ticulation ou un pivot sur ladite cerne. Chacune de ces arti- culations constitue un pivot autour duquel la came 15 peut se déplacer angulairement quand elle est sollicitée par l'action du régulateur correspondant à l'autre pivot.
Pour l'exemple montré sur la fig. 6 on entra±ne le régulateur centrifuge 28 par l'arbre 30 du récepteur ou de la turbine 6 et on fait agir ce régulateur sur le distributeur 31 d'un relais hydraulique comprenant un piston 32, attelé par 'La tige 33 à la came 15. Pendant le fonctionnement permanent du récepteur 6, le piston 31 est soumis, sur ces deux faces, à des pressions égales, par l'intervention d'un petit orifice calibré 34 traversant le piston 32. Lors d'un changement de régime, amenant une accélération du récepteur, le régulateur centrifuge 28 provoque le déplacement du distributeur 31, par exemple vers la droite de la fig. 6, ce qui met le tube 35, relié à une sour ce de fluide sous pression, en communication avec un conduit 361 aboutissant au cylindre du piston 32 du relais.
Le fluide re- foule respectivement le piston'32 vers la gauche de la fig.6, ce qui provoque la déplacement angulaire de la came 15 dans un sens pour Lequel l'organe de dosage 14 diminue la quantité de combustible injecté dans le générateur.
Le régulateur de pression (piston 13) peut intervenir ensuite ou simultanément pour renforcer ou diminuer l'action du régulateur de vitesse sur le débit du combustible injecté, en provoquant le déplacement angulaire de la came 15 dans l'un ou l'autre sens.
Dans le cas d'un ralentissement du récepteur 6, le régulateur centrifuge 28 se déplace vers la gauche de la fig.6 ce qui permet au fluide sous pression,agissant par le tube 36 , Il de refouler rapidement le piston 32 du relais vers la droite de
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la fig. 6. Il en résulte un déplacement angulaire de la came 15 dans un sens pour lequel, par son action sur l'organe de dosa- ge 14, on augmente le débit du combustible injecté dans le ré- cepteur. Le régulateur de pression 13 intervient ensuite pour renforcer ou diminuer l'action rapide du régulateur de vitesse
28.
Sur le diagramme pression-quantité de fluide débité, montré sur la fig. 7, on a désigné par 1m et 1M les courbes correspondant respectivement aux injections minimum et maximum pour le combustible et par II la courbe caractéristique du fonctionnement du récepteur 6. On a désigné par P1 un point de la courbe II qui correspond au régime permanent pour une cer- taine charge du récepteur 6.
Lorsque la charge diminue, par exemple, ce qui pro- voque une accélération du régulateurcentrifiuge 28, on obtient comme expliqué ci-dessus une diminution P1 P2 du débit du génécomme expliqué ci-dessus une diminution P1 P du débit du géné- rateur, ce qui correspond à une diminution P2P3 de la pression. dans le conduit de refoulement 8 du générateur en amont du ré- cepteur 6. Le régulateur à pression 13 intervient en même temps ou ensuite pour diminuer également le débit du généra- teur, par exemple de la quantité P3P4.
Le récepteur 6, qui avait commencé a s'emballer, bais, se par conséquent de régime et, au fur et à mesure que son ré- gime de vitesse se rapproche du régime normal, le piston 32 re- prend sa position d'équilibre, en provoquant un basculement en sens inverse de la came 15 autour de son pivot 30. On obtient ' ainsi un accroissement progressif de la pression depuis le point 4 6
P jusqu-au point P en même temps que le débit du générateur augmente de quantités telles que a b. Le nouvel équilibre sera atteint au point P qui se trouve à l'intersection de la cour- be II et de la courbe P4P6. Le même processus se produirait, mais en sens inverse, dans le cas d'une augmentation de charge provoquant un ralentissement temporaire du récepteur.
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Lorsque la charge du récepteur est susceptible de va- rier instantanément et d'une quantité importante, par exemple de la charge maximum à la marche à vide et vice-versa, il y a intérêt, plus spécialement quand il s'agit de turbines, à ef- fectuer une régulation rapide du générateur afin d'éviter un trop grand emballement et un trop grand ralentissement du ré- cepteur 6. Une variation limitée de la vitesse de régime étant généralement admise, on peut effectuer la régulation du géné- rateur entre les deux limites qui correspondent à chaque pres- sion de refoulement par le régulateur de vitesse du récepteur et faire varier automatiquement ces limites en fonction de la- dite pression cvariable de refoulement.
Par exemple et comme montré sur la fig. 8, on peut commander l'organe de dosage 14 de la pompe d'injection 9 par le régulateur 28 du récepteur, par exemple par l'intermédiaire d'un relais pneumatique 37 avec son distributeur 31, montrés schématiquement sur la fig. 8, et limiter les déplacements de l'organe 14, pour chaque pression de marche, aux o.eux valeurs extrêmes qui correspondent au débit limite du générateur à cet- te pression, par exemple en limitant le déplacement angulaire du levier de commande 38, établi entre le relais pneumatique 37 et l'organe de dosage 14, par au moins une butée, dont la posi- tion peut être modifiée par le régulateur-pression 13, consti- tué par exemple sous forme d'une capsule manométrique.
A cet effet on peut faire comporter audit levier 38 un ergot 39 qu'on engage dans une ouverture 40 ménagée dans une pièce oscillante 41 commandée par le régulateur à. pression 3.
Cn domine aux bords de l'ouverture 40, susceptibles de venit en contact avec l'ergot 39, un profil approprié. On pourrait remplacer l'ouverture 40 de la pièce oscillante 41 par une sorte de fourcnette entre les brandies de laquelle se- rait engage l'ergot 39.
@ Dans ce cas on obtient, pour de faibles variations de
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charge, une variation sous la commande du régulateur de vitesse
22 seulement, de la quantité de combustible injecté dans le générateur. La variation de pression peut alors s'établir len- tement sans influencer la régulation pour la raison que la piè- ce oscillante 41 ne peut venir en contact avec l'ergot 39 que pour des déplacements importants de l'organe de dosage 14.
Lors d'une,variation de charge importante, le régula- teur de vitesse 28 provoque d'abord le déplacement de l'organe de dosage 14 jusqu'à la limite déterminée par la butée de l'er- got contre l'un ou l'autre des bords de l'ouverture 40 de la pièce 41. Cette dernière se déplace ensuite en fonction de la pression régnant dans le conduit 8 dans lequel débite le géné- rateur et au fur et à mesure que cette pression varie on ob- tient une position d'équilibre corresponoant au nouveau régime de charge.
En même temps que le réglage de la quantité de com- bustible injecté on peut également, conformément à l'invention, régler automatiquement et simultanément le point d'injection et la position des buses d'injection dans la chambre de combustion
On peut, par exemple et comme montrésur la fig. 9, établir entre le poussoir 42 de la pompe d'injection 9 et la came de commande 10 de ladite pompe, un levier intermédiaire 43 dont la position peut varier en fonction de la pression de re- foulement du générateur qui agit sur le piston 13, en reliant la tige 17 dudit piston par un basculeur 45 audit levier 43.
La même tige du piston 13 peut, d'autre part, agir par un palonnier 44 et un jeu de leviers 46 sur l'organe ou la buse d'injection 12 pour modifier automatiquement l'orientation dudit organe 12 en fonction de la pression de refoulement du générateur.
On peut également relier ladite tige 17 du piston 13 à l'obturateur calibré 20 agissant sur l'échappement des cylin- dres compresseurs et dont la fonction a déjà été expliquée au
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sujet de la fig. 4.
Et, ou bien on se contente de s'y prenare ainsi qu'il a été dit ci-dessus, par des moyens uniquement automatiques ou bien et mieux, on peut adjoindre à l'un quelconque des modes de réalisation indiqués plus haut, ou à l'une des multiples varian tes de ces modes de réalisation qui peuvent être imaginées ai- sément sans sortir de la portée de l'invention, des dispositifs de commande à main tels celui indiqué ci-après et qui peut, le cas echéant, être utilisé séparément.
On constitue cette disposition supplémentaire sous forme d'une commande manuelle permettant, par exemple au démar- rage, de faire échapper une certaine quantité de fluide comp[ri- mé en amant du récepteur, par exemple en ménageant dans le car,- duit 8 un orifice 47 (fig. 9) norma-ement obturé par une sou- pape 48 qui peut être ouverte par un levier ou une manette 49.
Le même obturateur peut aussi servir de valve de décharge de sécurité dans le cas d'un emballement dangereux du récepteur C.
A cet effet il suffit de faire agir sur l'obturateur 48 un or- gane tel qu'un piston équilibré 50, sournis par l'une de ses faces à la pression du circuit d'huile de graissage de la turbine::6.
Ladite pression diminue lorsque la turbine 6 tend à s'emballer dangereusement et le clapet de décharge 48 est ouvert par l'ac- tion du ressort antagoniste 55.
Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à elui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réali- sation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été in- diques; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes,,
RÉSUMÉ.
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