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BREVET D'INVENTION. "Perfectionnements apportés aux machines à pistons libres , notamment aux générateurs de gaz oomprimé à double effet".
L'invention est relative aux machines à pistons libres et notamment aux générateurs de gaz comprimé à pistons libres, c'est-à-dire aux machines pour lesquelles l'énergie mise en jeu dans l'élément moteur sert à oomprimer et à refou ler, à une pression susceptible de varier, une masse d'air uti- lisée en partie au moins pour le balayage et l'alimentation du susdit élément moteur, la susdite énergie étant finalement re- cueillie sous forme de ohaleur et de pression dans les gaz d'échappement que l'on envoie se détendre dans une machine u- tilisatrioe telle, par exemple, qu'une turbine ;
et elle concer- ne plus particulièrement, parce que o'est dans leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt,mais non exclusivement,parmi ces machines, celles oomportant au moins.un élément compresseur à double effet et que l'on appel- lera, dans ce qui suit, auto-générateur à double effet.
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Elle a pour but, surtout, de rendre telles, les susdi- tes machines, qu'elles répondent mieux que jusqu'à ce jour, aux divers desiderata de la pratique et notamment qu'elles aient un meilleur rendement.
Elle consiste,principalement, en ce qui concerne les auto-générateurs à double effet--et en même temps qu'à assu- rer dans ces machines les travaux de compression dans l'élément moteur et dans les éléments compresseurs travaillant pendant les courses non motrices des équipages mobiles, par l'action combi- née, d'accumulateurs d'énergie pneumatique de principe eonnu, de la détente de l'air comprimé dans les espaces morts des autres éléments compresseurs, et, enfin, de la pression essentiellement variable s'exerçant sur les faces non motrices des pistons moteurs--, d'une part, à alimenter à pression initiale constante les susdits accumulateurs d'énergie, et, d'autre part, à dimensionner de façon telle, les éléments des susdites machines, notamment leurs accumulateurs d'énergie,
leurs éléments moteur et compresseur ainsi que les tiges reliant entre eux lesdits éléments, que la somme des énergies restituées aux susdits équipages mobiles pendant chaque course non motrice soit suffisante, pour les diverses valeurs qu'est susceptible de prendre la pression d'alimentation de l'élément moteur,pour comprimer l'air comburant à une pression finale comprise entre les deux limites qui déterminent la zone de bon fonctionnement thermique de la machine.
Elle consiste, mise à part cette disposition prin- cipale.; en certaines autres dispositions (parmi lesquelles des dispositions constructives relatives d'une façon générale à toutes les machines à pistons libres), qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment, en une deuxième disposition, concernant également les autogénérateurs à double effet et consistant à faire comporter aux machines du genre en question un élément compresseur à double effet disposé d'un certain cote de l'élément moteur et
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au moins deux accumulateurs pneumatiques, avantageusement à pression, initiale constante, conformément à la disposition principale de l'invention, disposée,
de préférence symétri- quement de part et d'autre du susdit élément moteur, ce afin de réduire les efforts transmis, d'un équipage mobile à l'autre, par l'intermédiaire des organes cinématiques de synchronisation, et en une troisième disposition, relative aussi aux autogénérateurs à double effet et consistant, ladite disposi- tion--et en même temps qu'à alimenter sous pression constante, pour les valeurs normales de la pression d'alimentation de l'élé- ment moteur, les accumulateurs pneumatiques à faire comporter aux machines du genre en question--à faire varier,
en fono- tion de ladite pression d'alimentation et seulement pour les va- leurs de cette pression inférieure aux susdites valeurs normales¯l'énergie mise en oeuvre dans les susdits accumula- teurs pneumatiques, ce notamment lors du démarrage et de la montée en pression des susdites maohines.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application (celui pour lequel on l'applique aux auto- générateurs à double effet), ainsi que certains modes de réali- sation, des susdites dispositions, et elle vise plus parti- culièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les machines du genre en question comportant applica- tion de ces mêmes dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les engins ou installations fixes ou mobiles, comportant de semblables machines.
Et elle pourra, de toute façon, être bien compri- se à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins oi-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig, 1, de ces dessins, représente, en coupe schématique, un autogénérateur à double effet établi conformé-' ment à l'invention.
La fig. 2 est un diagramme destiné à faciliter la compréhension de l'invention.
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La fig. 3 est une coupe, par un plan axial, d'un autogénérateur à double effet établi conformément à certaines dispositions de l'invention.
La fig.4, enfin, représente partiellement une ooupe du même autogénérateur par un plan perpendiculaire au précédent..
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisa- tion de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant. par exemple, d'établir un autogénérateur devant comporter au moins un élément compresseur travaillant à double effet, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On peut établir cette machine, dans son ensemble, de toute manière usuelle appropriée, et notamment, comme représenté schématiquement fig. 1, en faisant coagir dans un cylindre moteur 1, deux pistons opposés 2 reliés respectivement par des tiges 3 à des pistons compresseurs 4 coagissant chacun à double effet avec un cylin- dre 5 comportant des organes de distribution tels, par exemple encore, que des clapets d'aspiration 6 et des clapets de refoulement 7 par lesquels l'air comprimé dans les cylindres 5 puisse passer dans un carter 8 entourant le cylindre moteur 1, puis pénétrer dans ledit cylindre par des lumières d'admis- sion 9 découvertes par l'un des pistons 2 au voisinage de son point mort extérieur,
l'échappement des gaz de combustion et de l'excès d'air de balayage se faisant par des lumières d'é- chappement 10 découvertes par l'autre piston 2 . et en prévoyant, pour chaque équipage mobile, un accumu- lateur d'énergie pneumatique,tel, par exemple encore, qu'un piston 11', solidaire dudit équipage, coulissant dans un cylin- dre 11 .
Dans un tel ensemble, le travail total de compression effectué lors du retour de chaque équipage mobile est la @
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somme du travail de compression T1 effectué par la face S1 du piston 2 dans le cylindre 1 et du travail de compression T2 effectué par la face S2 du piston compresseur 4 dans le cylindre 5 .
Or, les énergies motrices intervant lors de la course de retour du susdit équipage mobile sont, l'énergie T3 résultant de l'action de la pression d'ali- lentation sur la faoe arrière S3 du susdit piston moteur 2, l'énergie T4 résultant de ia pression exercée sur la face S4 du susdit piston oompresseur 4 par l'air oontenu dans l'espàoe mort extérieur du cylindre 5, et, enfin, l'énergie T 5 fournie par l'accumulateur pneuma- tique correspondant, de section S5.
Conformément à la disposition principale de l'in- vention, on alimente alors à pression constante les susdits accu- mulateurs pneumatiques, par exemple, en faisant découvrir des orifices 11" par les pistons 11' quand ces derniers se trouvent à leur point mort intérieur, et l'on détermine les éléments de la machine,notamment les caractéristiques volumétriques et manométriques de ses accumulateurs ainsi que les dimensions des surfaces S2 à S5 par rapport à la surface S1 laquelle est une donnée déterminée par la puissance que l'on désire obtenir de l'élément moteur, de façon telle que la somme des énergies T 3 ,T 4 ,T 5 soit suf- fisante, pour les diverses valeurs qu'est susceptible de pren- dre la pression d'alimentation du oylindre 1,
pour comprimer l'air comburant à une pression finale comprise entre les deux limites qui déterminent la zone de bon fonotionnement thermi- que de la machine que l'on supposera, dans ce qui suit, fonction- ner suivant le oyole Diesel.
On a représenté, sur le diagramme de la fig. 2 en fonction de la pression d'alimentation du cylindre 1 que l'on suppose varier,entre 1 et 4 kilog par centimètre carré, d'une part, un réseau de courbes, numérotées 30,40,50,60,
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figurant la somme des travaux T 1 et T2 pour des pressions finales dans le cylindre 1 atteignant.respectivement 30,40 50 et 60 kilogs, et, d'autre part, des courbes A,B et 0 représentant respectivement les travaux T3,T3 + T4 et T3 + T4 + T5.
Pour assurer,'conformément à la disposition prin- cipale de l'invention, une marche satisfaisante de la machine pour toutes les pressions d'alimentation comprises entre 1 et 4 kilog., il suffira de s'arranger pour que la courbe C, figu- rant la somme des énergies T3+ T4+ T5, demeure constamment au- dessus de celle des courbes du réseau'T1 + T, par exemple la courbe 30, au-dessous de laquelle la pression de fin de compres- sion serait insuffisante pour assurer l'inflammation du com- bustible.
Et, en outre, étant donné que le rendement opti- mum de la susdite machine est obtenu entre certaines valeurs li- mites de la pression finale de compression, on sarrange de pré- férenoe pour que, aux pressions courantes d'alimentation du cylindre 1(par exemple de 3 à 4 kg./cm2) la pression finale de compression varie seulement entre les susdites valeurs limi- tes. C'est ainsi que, à supposer que la pression de rendement optimum soit 40kg/cm2, on fera en sorte que la courbe 0 ne présente, entre 2 et 4 kg. que de faibles écarts d'ordonnée avec la courbe 40 du réseau (T1 + T2 ).
A cet effet on détermine avantageusement les ca- ractéristiques volumétriques et manométriques des accumula- teurs 11, ainsi que les sections S2, S3 et S4 (dont les valeurs dépendent respectivement des sections des tiges 3 et des pis- tons 11") de façon que les sommes T3 + T4+ T5 d'une part et T1 + T2 d'autre part, aient sensiblement,pour'la pression d'ali- mentation la plus courante (par exemple 3kg/cm2), une même valeur correspondant à la pression finale de compression don- nant un rendement optimum,
A titre d'exemple, pour la machine dont le fonc- tionnement est illustré par le diagramme de la fig.
2, la @
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pression finale de oompression-, est de 39 kg/om2 pour une pression d'alimentation de 3 kg/om2 . ne varie qu'entre 57 kg/om2 pour la marche à pression d'alimentation de 2 kg/cm2 et 38 kg/cm2 pour la marche à pression d'alimentation de 4 kg/om2 , et demeure à peu Près constante entre 3 et 4 kg, qui sont les pressions les plus courantes d'alimentation.
On voit en outre, sur ce diagramme, que pour les valeurs les plus faibles de la pression d'alimentation (par exemple de (1 à 2 kg/om2) la pression finale de compression atteindrait des valeurs élevées qui risqueraient de détério- rer la machine,notamment lors du démarrage et de la montée en pression de cette dernière.
Pour remédier à cet inoonvénient, c'est-à-dire pour obtenir une pression finale de compression satisfaisante pour les valeurs de la pression d'alimentation du cylindre 1 com- prises entre les limites envisagées, on aura avantageusement recours à l'une des dispositions de l'invention selon laquelle on fait varier la pression d'alimentation des acoumulateurs d'énergie 11 en fonction de la pression d'alimentation du oylindre 1 et ce seulementpour les valeurs de ladite pression oomprises entre les susdites limites.On s'arrange en outre de préférence pour que la pression finale de compression soit maintenue à peu près constante lorsque la pression d'alimenta- tion varie dans l'intervalle considéré (1 à 2 kg/om2) pour lequel la courbe représentative de la somme T3 + T4 + T5 de- vient alors la courbe C'.
A cet effet, on pourra, par exemple et comme déjà indiqué dans le brevet Franoe n 767.320, faire communiquer à chaque impulsion les accumulateurs pneumatiques 11 avec le refoulement de la machine, soit directement, soit indirecte- ment,par exemple par l'intermédiaire d'un détendeur régla- ble en fonction de la pression d'alimentation du cylindre 1
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Bien entendu, pour les pressions d'alimentation supérieure à 2kg/cm2, les susdits accumulateurs d'énergie dont la pression initiale devra, conformément à la disposi- tion principale de l'invention être maintenue constante,pourront être mis en communication à chaque impulsion, par l'intermé- diaire d'organes de distribution appropriée, avec une enceinte à pression constante.
Pour rendre plus aisée la compréhension de l'inven- tion, on a considéré, dans ce qui précède, les variations de travaux T1 à T5 en fonction seulement de la pression d'alimen- tation du cylindre 1, à l'exclusion des variations de longueur de course qui entraîne cependant, pour chaque valeur de la sus- dite pression d'alimentation, des variations des susdits tra- vaux.
Mais on voit sur le diagramme de la fig, 2 que l'élément dominant de l'énergie de retour est fourni par l'accu- mulateur d'énergie 11, tandis que la plus grande partie du travail résistant est absorbé par la compression de l'air par la face S2. Une diminution de la longueur de la course, c'est à-dire un déplacement du point mort extérieur vers l'intérieur entraîne à la fois une diminution du travail moteur fourni par l'accumulateur d'énergie et une diminution du travail ré- sistant dû à la face S2.
Ces variations sont du marne ordre et l'on conçoit que l'on pourra toujours s'arranger, en dimension- nant convenablement les éléments variables envisagés et notam- ment les acoumulateurs d'énergie 11, pour que, entre les li- mites pratiques envisagées pour la pression d'alimentation, la pression finale de compression soit peu sensible aux varia- tions de course des équipages mobiles.
Bien entendu, les dispositions de l'invention qui viennent d'être explicités à propos d'un autogénérateur à double effet comportant deux éléments compresseurs symétriques, s'appliqueraient de la même façon à d'autres types de généra- teurs à double effet et notamment à une machine de ce genre
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établie oonformément à une disposition de l'invention dif- férente des précédentes et dont il va être plus explicitement parlé ci-après dans ce qui suit.
Selon cette disposition, on fait comporter aux ma- ohines du genre en question un élément compresseur à double effet disposé d'un certain côté de l'élément moteur et au moins deux accumulateurs pneumatiques, à pression initiale constante, disposés) de préférence symétriquement, de part et dtautre du susdit élément moteur.
On conçoit que, pour une machine ainsi établie, les efforts transmis d'un équipage mobile à l'autre par les organes de synchronisation seront beaucoup moins élevé* que pour des machines du même genre dans lesquelles la majeure partie de l'énergie de retour des équipages mobiles serait assurée par un seul accumulateur pneumatique coagissant avec l'un des pistons moteurs et transmise à l'autre piston par l'inter- médiaire des susdits organes de synchronisation.
A cet effet, on pourra avantageusement et par exem- ple, avoir recours au mode de réalisation faisant l'objet des fig.3 et 4 des dessins et selon lequel on procède de la façon suivante : On constitue cette machine, dans son exemple, en lui faisant essentiellement comporter, un cylindre moteur 1 , comportant des lumières d'admission 9 et des lumières d'échappement 10, cylindre moteur dans lequel on monte deux pistons moteurs 21 et 22 reliés entre eux par des organes de synchronisation constituée, par exemple, par des bielles 12 articulées sur des manivelles oscillantes 13 .
un piston oompresseur 4 travaillant à double effet dans un cylindre 5 et relié à l'un des pistons moteurs, par exemple au piston 21, par une tige 14, des accumulateurs pneumatiques à énergie constante oonsti- tuée* par exemple, par des cylindres 151 et 152, ménagés respec- tivement dans, le corps de chacun des équipages mobiles,
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cylindres que l'on fait coagir, comme indiqué dans le brevet France n 810.033, avec des pistons fixes 161 et 16 par l'intérieur desquels on alimente les susdits cylindres en sorte que lesditspistons jouent le rôle de démarreurs, et, enfin, un certain nombre d'organes relatifs à la distribution, au guidage des équipages mobiles et au réglage de l'injection, organes que l'on établit de préférence,
confor- mément à des dispositions de l'invention dont il va être question dans ce qui suit et dont certaines sont susceptibles d'être appliquées à des machines à pistons libres autres que les autogénérateurs à double effet.
En ce qui concerne alors lesdits organes de distribution, on les agence de façon que de l'air puisse pénétrer dans le cylindre compresseur 5 par des clapets d'aspiration 17 puis passer dans un carter 8 entourant le cylindre 1, l'air refoulé par la face S2 du piston compresseur 4 pénétrant directe- ment dans ce carter par des clapets de refoulement 181 et l'air refoulé par la face S4 dudit piston pénétrant dans ledit carter par l'intermédiaire de clapets de refoulement 182 et d'un conduit 19 sur lequel on branche un conduit de dérivation 20 comportant une vanne 21 grâce à laquelle on puisse courtcircuiter dans le conduit d'échappement 22 partie au moins de l'air com- primé par la susdite face S4., les susdits clapets de refoulement 181 et 182 étant avantageusement montés sur deux disques 51 et 52 constituant respectivement les fonds du cylindre compres- seur 5 .
Il y a lieu de noter que, pour les machines à grand débit, on pourra avantageusement substituer à chaque clapet d'aspiration ou de refoulement, une pluralité de dispositifs tels que des boîtes à clapets, maintenu en place par un étrier de serrage 23 que l'on pourra, éventuellement, agencer de façon à lui faire exeroer des pressions égales sur chacun des susdits dispositifs*
Pour ce qui est du susdit conduit d'échappement 22
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qui est soumis à des températures élevées, on le monte de préférence de façon qu'il puisse se dilater librement, ce pour quoi, par exemple, on raccorde ledit conduit au oylin- dre 1 par l'intermédiaire de flanques annulaires 24 par rap- port auxquell&s il puisse se dilater selon une direction radiale, lesdites flasques devant, de toute façon,
avoir une surface dappui suffisante contre le conduit 22 pour assurer une étanchéité convenable de ce dernier.
On oonçoit aisément que de cette façon ledit coin- duit pourra se dilater sans créer de tensions dans le cylindre 1 ou. le carter 8 .
On pourra aussi, avantageusement, munir la tige 14 d'un disque d'étanohéité 14' propre à venir s'engager dans le cylindre 1 au voisinage du point mort intérieur du piston moteur correspondant, évitant ainsi les pertes d'air comprimé par les lumières 10 #
En ce qui concerne maintenant les organes de gurlage des équipages mobiles, on les établit de façon qu'ils empê- ohent lesdits équipages de tourner, autour de leur axe, ce pour quoi avantageusement et par exemple, on constitue les susdits organes, en faisant comporter à chaque équipage mobile
2 un patin unique tel que 26 et 26., que l'on fait coagir avec une glissière amovible 27 fixée au carter 8,
ledit patin étant lui-même de préférence monté à rotule à l'extrémité d'un bras 28 solidaire de l'équipage mobile correspondant en sorte qu'on puisse le démonter en même temps que la susdite glis- sière.
Et, avantageusement, on fait ooagir, avec l'un des susdits patins (le patin 262 par exemple), un ensemble cylin- dre 29 piston 30 dont l'élément mobile, le piston 30 par exemple, est soumis à l'action d'un ressort de rappel 31 et peut venir prendre appui contre le patin 26. considéré, le cylindre 29, qui forme avantageusement corps avec la glis- sière 27 correspondante, pouvant être relié à une source
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d'air comprimé en sorte que l'on puisse, l'aide de cet ensemble, déplacer les équipages mobiles et notamment les amener dans leur position la plus favorable au démarrage, selon des procédés déjà exposés dans les brevets France 767.320 et 810.033 au même nom .
On conçoit aisément qu'un tel système de guidage par patin unique présentera entre autres avantagea, celui de ne pas brider les équipages mobiles dont le centrage dans le cylindre 1 pourra se produire librement.
En ce qui concerne enfin les organes de commande de l'injection, on les constitue avantageusement par une came 32 reliée par l'intermédiaire d'un levier 33 et d'une biellette 34, à une oreille 35 prévue à cet effet sur le piston 22, ladite came ooagissant avec le poussoir 36 déterminant le début de l'injection, et, l'on prévoit des moyens pour régler la position du point d'injection en fonction de la pression d'alimentation du moteur (procédé déjà décrit dans le brevet France n 755.948), moyens que l'on peut réaliser notamment en inter- posant, entre la came 32 et le poussoir 36, un organe inter- médiaire de position réglable que l'on peut constituer,par exemple, par un galet 37 que l'on monte à l'extrémité d'un.
levier 38 commandé par un excentrique 39 lui-même entraîné par un piston 40 recevant sur l'une de ses faces l'action, de la pression atmosphérique et d'un ressort antagoniste 4I et sur son autre face l'aotion de la pression d'alimentation du moteur.
En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisa- tion adopté, on obtient un autogénérateur à double effet dont le fonctionnement et les avantagea résultent suffisamment clairement de la description qui vient d'en être faite pour qu'il soit inutile d'entrer, à leur sujet, dans aucune explie cation complémentaire.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs /1
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déjà de ce qui prëoëcLe, itinventiodleàsâ Zliite nullement à celui de ses modes d'applioation, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties , ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
Résumé.
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