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Moteur à gaz
La présente invention se rapporte à un moteur à gaz dans lequel la chute de pression accumulée dans une ma- tière gazeuse,par exemple de la vapeur,des gaz d'explosion, de l'air comprimé,etc. est transformée en force vive et dans lequel on a recours,pour la production du mouvement, à un liquide en place d'un piston.Les machines de ce genre ont l'inconvénient que le liquide auxiliaire agit sur la circonférence extérieure et le gaz sur la circonférence intérieure de la roue à aubes,le mouvement de liquides occasionné par la détente des gaz étant dirigé de la circon- férence intérieure à la circonférence extérieure de cette roue.En conséquence,la matière la plus inerte, le liquide,se trouve à la circonférence extérieure de la roue à aubes, donc à l'endroit de la plus grande vitesse,
tandis que les gaz qui sont moins inertes se rassemblent sur la circonférence intérieure de cette roue ce qui provoque de grandes,pertes par frottement.Ces dernières sont augmentées par les forces
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centrifuges engendrées dans le liquide lors d'une vitesse de rotation élevée, forces qui exercent une pression sur 1' enveloppe de la machine et les parois de la roue à aubes.
On s'est efforcé,en mélangeant les gaz moteurs avec le liquide auxiliaire,de rendre ce dernier plus fluide.La dé- tente terminée,il est alors difficile de séparer le liquide et le gaz.
Ces inconvénients sont évités par la présente in- vention. Selon celle-ci, le liquide auxiliaire se trouvant sous la pression d'un corps gazeux se meut dans un conduit à aubes radialement de l'extérieur vers l'intérieur,et gagne, à travers l'espace situé à l'intérieur de la couronne d'au- bes, un autre conduit à aubes qui est parcouru dans une di- rection radiai/le de l'intérieur vers l'extérieur.
Le dessin montre quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La Fig.I représente une coupe radiale de la machine selon une première forme d'exécution.
La Fig. 2 en est une coupe axiale.
La Fig.3 montre la machine avec une autre forme d' aube de la roue à aubes.
La Fig.4- est une coupe axiale de la même machine avec un réservoir compensateur.
La Fig.5 est une coupe par un conduit à aubes avec une autre forme des aubes.
La Fig.6 montre une coupe radiale d'une machine dans laquelle la forme du conduit selon la Fig.5 est em- ployée et qui comporte des canaux de passage et des organes d'étranglement correspondants.
La Fig.7 en est une coupe axiale.
Les Fig.8 et 9 montrent des possibilités d'exé- cution pour des puissances plus grandes respectivement des nombres de tours peu élevés.
La machine selon les figures I et 2 comprend une
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enveloppe I,un couvercle 2, un presse-étoupe 3, un rotor 4, un arbre 5 et un palier 6. A la circonférence extérieure de l'enveloppe sont disposés une entrée et une sortie de gaz 7 et 8 respectivement.Le diamètre extérieur de la roue à aubes est choisi de telle manière que cette dernière tourne presque jointivement dans l'enveloppe.Celle-ci s'évase ra- dialement à la sortie du gaz.
Un récipient 3,d'une forme quelconque,relié à l'enveloppe dans la partie médiame du rotor permet de remplir cette enveloppe et la roue à aubes avec un liquide auxiliaire.Celui-ci est du mercure ou en un autre métal liquide lors de l'emploi de la sapeur comme gaz moteur,de l'eau pour des gaz chauds,de la glicérine ou une autre solution incongelable pour de l'air comprimé.
Le fonctionnement de la machine est le suivant:
La matière gazeuse comprimée entre par l'ouverture 7 dans la roue à aubes.Celle-ci se trouvant en rotation res- pectivement étant mise en rotation par la poussée tangen- tielle du gaz, les canaux individuels entre aubes ne restent qu'un temps très court devant l'ouverture 7, de sorte qu'une petite quantité seulement de la matière gazeuse entre dans le canal passant devant l'entrée.Au cours de la rotation cette quantité de gaz se détend.Le liquide déplacé est alors refoulé dans le récipient 9 et retourne,selon les besoins, par la conduite 10 à la roue à aube s.Le couple de rotation est produit par le courant des gaz passant de leur entrée à la sortie.
La forme des aubes dans la machine selon les Fig.
I et 2 a le désavantage que lors d'une rotation rapide de la roue à aubes des forces centrifuges prennent naissance dans ll liquide,s'opposent à la détente des gaz et empê- chent ainsi d'obtenir le plus grand rendement possible.Pour' empêcher la naissance de ces forces centrifuges,on donne aux canaux d'aubes la forme montrée aux figures 3 et 4.Dans cette roue à aubes,les canaux d'aubes sont arqués forte-
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sent vers l'avant,dans la direction de la rotation,de sorte que lors d'une rotation rapide de la roue,les aubes exécutent un véritable travail de pelletage,c'est-à-dire,lors de la rotation de la roue 4,
le liquide est déplacé par suite de son inertie de la circonférence extérieure vers le milieu.Four une roue à aubes fermée dans laquelle aucun mouvement de liquide ne peut avoir lieu,il y a,à la place du mouvement,une pres- sion dynamique d'une grandeur correspondante, pression qui est un maximum au milieu et à une direction opposée à celle de la force centrifuge.Le liquide en rotation forme,par suite du travail de pelletage des aubes, une masse ronde élastique et maintenue,rassemblée en elle-même,qui ne peut pas être disper- sée ou pulvérisée dans l'espace à gaz.
Le couple de rotation produit est d'autant plus grand que les aubes sont plus courbées vers l'avant dans la direction de rotation.Cette construction augmente en même temps le travail de pelletage,respectivement la pression dynamrique au milieu de la roue à aubes 4.En outre,la quantité de liquide déplacée par la détente ou le refoulement est lors du démarrage de la machine, expulsée par l'échappement.Une telle disposition ne permet aucune fluctuation de charge de' la machine,étant donné qu'une compensation pour le liquide expulsé en trop n'a plus lieu et que le bon fonctionnement de la machine est dérangé.Pour retenir la quantité de liquide requise dans la roue à aubes 4,il est nécessaire, lors de fluc- tuations de charge,
de disposer un réservoir compensateur qui est ou bien monté assez haut pour que la quantité de liquide indispensable pour la pression de réaction dans la roue à aubes reste dans celle-ci ou bien est fermé et comporte au- dessus du niveau de liquide un matelas de gaz formé par de la. salière servant à l'exploitation de la machine et dont la pres- sion peut être réglée au moyen d'un dispositif convenable.
Lors de la commande de la machine par des vapeurs chaudes et de l'eau comme liquide auxiliaire, une vaporisation
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de cette dernière se produit.Ces vapeurs s'en allant avec les gaz d'échappement le 'liquide doit être remplacé de préfé- rence au moyen d'une soupape à flotteur. Une récupération du liquide des gaz d'échappements par un refroidissement de ces derniers et le réemploi du liquide est possible.
Dans la Fig.4,il est montré à titre d'exemple, un réservoir compensateur comme décrit ci-dessus.Le réser- voir compensateur 9 est un récipient dans la partie supérieure auquel est prévu un matelas de gaz.Le niveau du liquide est réglé par la soupape à flotteur 13 régissant l'adduction du liquide.La pression du matelas peut être réglée,dans la forme d'exécution représentée, par le raccordement de la tubure supérieure 14 du réservoir compensateur 9 à un en- droit de l'enveloppe par exemple,selon la Fig.3,à la tubulu- re 15,dans laquelle règne la pression du matelas désirée dans les canaux de la roue à aubes 4.Dans des moteurs à combustion,cette disposition a l'avantage que la vapeur se formant à la superficie du liquide dans le réservoir com- pensateur n'entraine pas une augmentation de pression du matelas,
mais cette vapeur entre dans la roue à aubes où elle est encore utilisée. Ainsi tout dispositif pour la production de la pression de matelas constituant également une perte d' énergie est supprimé.A l'intérieur de la couronne d'aubes, il est prévu un dispositif ayant pour but d'étrangler le courant du liquide à la sortie des canaux d'aubes.Ce disposi- tif consiste en une coulisse ronde 17 susceptible d'un dé- placement axial.
Dans les formes d'exécution décrites, la machine selon l'invention est du type à flux libre qui,à de petites puis- sances, a un rendement plus mauvais que les machines à pistons.
Pour éviter cet inconvénient,il est recommandable,dans des roues à aubes avec un liquide auxiliaire de donner aux canaux d'aubes la forme d'un cylindre tout comme dans les machines
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à pistons et de les munir d'une paroi de tête.Une telle forme d'exécutin est représentée à une échelle plus grande dans la Fig.5.le canal II constitue un espace fermé en forme de tuyau, similaire au cylindre d'une machine à piston,possédant à l'une de ses extrémités un canal d'entrée du gaz 12.Le piston est formé par le liquide même.Lors du remplissage et de la détente de la matière gazeuse des forces prenant naissance à la paroi de tête des canaux d'aubes et à la superficie du li- quide produisent,d'une part,un couple de rotation et,d'autre part,
un courant du liquide.Les grandeurs et les directions d' action de ces forces sont indiquées par des flèches dans le dessin.
Dans les machines représentées aux Yig.6 et 7 est monté,à l'intérieur de la couronne d'aubes 4 décrite ci- dessus,un corps à aubes directrices 16 qui conduit le liquide ... un canal d'aube donné sur le coté de la sortie.Le corps à aubes directrices ne tourne pas avec la roue 4, mais est solidaire de l'enveloppe 2.Il peut osciller d'un certain angle autour de son axe porteur et a pour but de transformer le mouvement du liquide sur le côté d'entrée et de détente des gaz en un couple de rotation dirigé dans le sens de marche de la machine par la production d'une pression ou d' un choc en retour sur la paroi extérieure des canaux d'au- bes.Dans cette forme d'exécution,
on a prévu également un dispositif d'étranglement pour le courant du liquide à la sortie des canaux d'aubes.L'étranglement a lieu ici par le déplacement axial d'une coulisse en forme de peigne 18,dont les dents entrent dans les canaux de passage.Ces dispositifs d'étranglement permettent, par l'interposition d'une chicane dans le courant du liquide auxiliaire de commander, la dé- tente des gaz à l'intérieur des canaux d'aubes et empêchent un échappement des gaz dans l'espace médian de la roue à aubes ou dans les aubes directrices respectivement lors d'
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une surchage ou d'une réduction du nombre de tours.
Une autre possibilité d'étranglement consiste à tourner un peu le corps à aubes directrices 16 (Fig.6) de sorte qu'il se produit un freinage des gaz entrant dans la roue à aubes et par cela une diminution du remlissage de la machine.L'actionnement des or- ganes d'étranglement peut se faire à main ou bien à l'aide d' un régulateur connu (par exemple un régulateur à force centri- fuge ou un régulateur à pression d'huile) en dépendance du nombre de tours ou de la pression d'entrée des gaz.
Dans les cas de puissantes machines,il est nécessaire de disposer plusieurs roues à aubes 4 sur un arbre.La Fig.8 montre une coupe axiale d'une telle disposition.
Dans des machines à nombre de tours relativement bas, on peut prévoir plusieurs entrées et sorties du gaz 7 et 8 sur la circonférence de l'enveloppe I.De même, le corps à aubes directrices 16 peut comporter plusieurs groupes de canaux.Une telle disposition est représentée en coupe ra- diale par la Fig.9.
Relativement à des moteurs à gaz et liquide auxi- liaire connus,l'objet de la présente invention a les avan- tages suivants :
Une fraction seulement des forces développées est transformée en un couple de rotation au/moyen du liquide au- xiliaire,la transformation de la plus grande partie de ces forces se fait par réaction sur les parois des canaux d'au- bes situés sur la circonférence de la roue.La vitesse du courant dans les aubes directrices est beaucoup plus petite que la vitesse périphérique de la roue d'aube.Dans les ca- naux de passage,elle se monte seulement à une fraction de cette dernière.C'est pour cette raison que de plus grandes vitesses donc de plus petites machines par unité de puissance sont admissibles.La petite vitesse d'écoulement du liquide auxiliaire n'apporte en outre qu'une petite perte de force par frottement.