BE443643A - - Google Patents

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BE443643A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


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 EMI1.1 
 



  "ECHANGEUR DE PRESSION- 
Sous le non d'échangeur da pression on entend une machine qui reçoit un gaz, par exemple de   l'air,   à un étage de pression infé- rieur, qui le comprime et le   délivre .   à un étage de pression supérieur et qui, en   marne   temps, détend, de   l'étage   de   pression.   supérieur à 1'étage de pression inférieur, un gaz, par exemple le même gaz, dans un état modifié et en quantité différentes les échan- geurs de pression trouvent leur application dans les machines à froid, les pompes de chaleur* les turbinas à   gaz,   les groupes de suralimentation pour machines thermiques, dans les fabrications chimiques, les chaudières à vapeur à combustion sous   pression.etc...   

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  On sait résoudre ce double problème avec des roues cellulaires dont le mode de travail se voit sur les   Figue%   1 et 2. 



   Les Figs. 1 et 2 représentent, respectivement en coupe trans- versale et en coupe longitudinale, une roue cellulaire de cons- truction   connue: * est   la roue, Il sont les parois des cellules, c est le bâti. L'air est amené, par exemple par un ventilateur e, du canal d'aspiration   1 dans   la cellule f; la.   cellule f.   vient au cours de la rotation dans la position g et se vide dans l'espace sous pression h On suppose que la roue cellulaire travaille corme pompe de chaleur.

   L'air comprima est complété de manière connue par l'air qui a été comprimé dans la soufflante i; il est refroidi dans un échangeur de chaleur   k,   après quoi il est de nouveau conduit par le ventilateur 1 à la roue cellulaire au point m, puis détendu dans la dite roue et rejeté à l'extérieur en n, 
Au moment où la cellule de compression   s'ouvre   du coté de l'espace sous pression, le gaz se précipite en bouffée, donc avec choc, dans la cellule; lors de l'ouverture de la cellule de détente dans l'espace de pression inférieur, le gaz   s'échappa,   en bouffée, à l'extérieur. 



   Différents moyens sont connus, pour éviter les pertes par choc, par exemple:   excentrage   du rotor avec des parois de cellules coulissantes, ou bien des canalisations pour légalisation par gradins de la pression dans les cellules de compression et dans les cellules d'expansion.

   Le résultat de ces mesures est bien une améliora- tion du rendement, mais la capacité des machines ainsi construites est extrement limitée, soit en raison des contraintes mécaniques, soit à cause de pertes par écoulement dans les conduits d'égali-   sation.   On est forcé de se contenter de vitesses périphériques et de vitesses d'écoulement modérées* 
La présente invention concerne une construction complètement nouvelle et un mode de fonctionnement complètement nouveau des roues cellulaires et elle permet d'établir une machine douée d'un 

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 bon rendement, d'une grande capacité et de construction ramassée,

     grâce   à la réalisation d'au moins la plus grande partis de la compression par des ondes de pression et d'au moins la plus grande partie de la détente au moyen d'ondes de dépression lancées à travers la cellule. 



   L'invention sera expliquée plus en détail en référence au dessin annexée La machine comprend de nouveau une roue cellulaire simple à parois rigides,   comme   représenté aux Fige. 1 et 2 A 1'é- tage de pression inférieur est insérée une phase de balayage dans laquelle le gaz frais à. comprimer chasse le gaz qui se détend; à l'étage de pression supérieur est insérée une phase de balayage, dans laquelle le gaz qui doit se détendre chasse le   gaz   comprimé. 



  C'est par une position particulière et une forma particulière des canaux fixas et mobiles que le nouveau mode de travail   da   la machine est imposé, corne on peut le voir d'après la Fig. 3 Cette Fig. représente un développement périphérique de la roue cellu- laire, suivant un mode de réalisation de l'objet de l'invention donné à titre   d'exemple.   1-1 est   la.   roue développée,   2-2   et 3-3 le développement d'une coupe cylindrique à travers le bâti, des deux   cotes   de la roue. Les parois radiales des cellules apparais- sent ici suivant des traits rectilignes 4.A la rotation de la roue correspond un déplacement de   puche:   à droite de la périphérie développée.

   De la chambre d'aspiration 5, le gaz à comprimer pénètre dans les cellules 6 et chasse, en   marne   temps, vers la chambre 7 le contenu des cellules provenant de la détentes Dès que le gaz fraia remplit le volume de la. cellule, l'extrémité de cette cellule se trouve fermée, par suite de la rotation de la roue, par une arête de distribution 8 dans la bâti   3. Au   moment de la fermeture, le contenu de la cellule se trouve encore en mouvement. La fermeture brusque à l'extrémité de la cellule engen- dre une onde de pression dont 1''amplitude dépend de la vitesse et qui traverse la. cellule de l'extrémité de sortie à 1'extrémité d'entrée, donc en sens inverse du courante La cellule étant en 

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 mouvement, la front   d'onde   décrit le chemin 8-9 indiqué en trait mixte. 



   Lorsque le contenu total de la cellule a subi le ressaut de pression, c'est-à-dire au moment où le front d'onde atteint l'extré- mité antérieure de la cellule, cette extrémité se trouve fermée par l'arête de distribution 9, si bien que le gaz comprimé est enfermé et bloqué   coma   dans une écluse. 



   La cellule se déplace plus loin vers la droite ; son extrémité antérieure s'ouvre en   10   vers l'espaça 11 dans laquelle la gaz qui doit se détendre se trouve sous une pression plus élevée que le con- tenu de la cellule qui arrive. Cela a pour conséquence   qu'à.   nouveau une onde. de pression se trouve lancée à travers la cellule avec   à   peu près la vitesse du son, mais cette fois d'avant en arrière suivant le trajet 10-12. Au moment où cette onde de pression atteint l'extrémité postérieure de la cellule, cette extrémité est mise en communication avec la chambre sous pression 13 par l'arête de distribution 12. Derrière l'onde de pression, le gaz s'est mis en mouvement avec une vitesse qui dépend du saut de pression.

   Il faut bien se   garder   de confondre cette vitesse d'écoulement avec la vitesse du son ou avec la vitesse du front d'onde; en général, elle est notablement moindre. 



   La cellule se trouve alors ouverte   à.   ses deux extrémités, et son contenu est en mouvement* Le gaz comprime se vide dans la chambra 13 et le   gaz   à détendre, venant de la chambre 11, prend sa place dans la cellule. Il faut, bien entendu, faire en sorte de réaliser dans le bâti des conditions satisfaisantes d'écoulement à l'entrée et à la sortie. 



   Dès qu'une quantité suffisante du   gaz   à détendre a pénétré dans la cellule, l'extrémité antérieure de cette cellule se trouve fermée par   l'arête   14. Par suite, l'écoulement du gaz se trouve brusquement coupé, et il se forme une onde de dépression qui traverse la cellule suivant 14-15. A l'arrivée de l'onde de dépres- 

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 sion sur le   côté   opposé de la cellule, la. cellule se trouve fermée par l'arête 15.Le contenu total de la cellule est venu au repos et sa pression, est inférieure à. celle de l'étage supérieur de pression. La cellule continue à se déplacer; son extrémité posté- rieure s'ouvre dans la chambrer   dtéchappement   7.

   Il en résulte une nouvelle onde de dépression qui met à son tour en mouvement le contenu de   la   cellule. la balayage à 1'étage inférieur se trouve ainsi   amorcé.   Le   cycle   ainsi décrit pour la cellule est alors fermé et se reproduit à   nouveaux   Le principe nouveau de la. machina réside donc dans la compression utile au moyen d'ondes de surpression et dans la détente utile au moyen d'ondes de dé- pression. Les ondes mobiles de pression et de dépression provoquent un échange entre l'énergie de pression et l'énergie cinétique du balayage. la Fig. 4 montre le rapport des pressions avant et après l'onde en fonction de la vitesse de balayage.

   On a porté en abaissée suivant   01 la   vitesse exprimée par rapport à la vitesse du son (nombre de   Mach).   et en ordonnées suivant OB la rapport des pressions. La vitesse de balayage doit être d'autant plus grande que le rapport des pressions est plus élevé. Le gaz quitte une roue à cellules   axiales,   avac une vitesse dont la composante axiale est égale à la vitesse de balayage, et dont la composante tangen- tielle est égale à la. vitesse périphérique de la roue. Aux vitesses élevées, il y a. dans le gaz à la sortie une énergie considérable que l'on ne peut transformer qu'en partie d'une façon utile au moyen de diffuseurs appropriés. 



   On peut réduire l'énergie   à   la sortie en disposant les axes des cellules non pas parallèlement à   l'axe,   da la machine ou dans des plans méridiens, mais obliquement ou en hélice. 



   La. Fig 5 représente la développement d'un échangeur de pres- sion muni par exemple d'une roue cellulaire   hélicoïdale.   les chiffres de référence de 1 à 17 ont   la marne   signification quà la Fig 3 

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Les Figs. 6a et 6b montrent la triangle des vitesses pour des cellules droites et pour des cellules obliques W est la vitesse d'écoulement par rapport à la cellule pendant le balayage. 



  Cette vitesse est déterminante pour le rapport des pressions. 



  U représente la vitesse périphérique de la roue cellulaire. La vitesse relative et la vitesse périphérique en se composant donnent la vitesse absolue c C'est la vitesse avec laquelle le gaz déboucha de la roue dans le bâti. On voit que dans la Fig 7a, la vitesse c est sensiblement plus grande que W; dans la Fig. 6b, au contraire, c est même plus petit que w. 



   Dans les roues à cellules axiales, la force centrifuge agis- sant sur les gaz créent une pression croissante avec le rayon. 



  Lorsque les deux gaz en présence durant le balayage sont de den- sité différente, la croissance de pression est plus importante dans le gaz lourd. Il s'ensuit un déséquilibre au front de balayage et un mélange des gaz qui est nuisible au fonctionnement. 



   Au moyen des cellules   hélicoïdales-,   on peut diminuer la composante tangentielle de la vitesse absolue c et par là diminuer et même supprimer les forces centrifuges agissant sur les gaz, sources de l'effet nuisible. 



   La Fig. 7 représente schématiquement   l'allure   da la pression et de la vitesse d'écoulement au milieu d'une cellule pendant un tour. I est la phase de balayage dans l'étage inférieur de pres- sion avec la pression P1 et la vitesse W1; II est la phase de compression avec la pression Pe et la   vitesse. =   0; III est la phase de balayage à l'étage de pression supérieur avec la pression P et la vitesse W2;

   IV est la phase da détente avec la pression Pa et la vitesse w = 0. la vitesse du courant de balayage établi par une onde de pression se maintient pendant tout le temps da balayage, si l'on a pris soin da vaincra la résistance. du circuit de   balayage,   tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de 1'échangeur da pression, par 

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 exemple au moyen d'un ventilateur*   On   peut aussi, au lieu d'avoir recours à un ventilateur, laisser baisser la vitesse   pendanfle   temps de balayage. On livre ainsi de l'énergie pour vaincre la résistance du circuit de balayage. Le ventilateur de balayage est ainsi décharge; suivant la valeur des résistances, dans l'un ou dans l'autre des circuits de balayage, on peut le supprimer, ou bien mima faire produire au   gaz   un travail utile.

   L'allure corres- pondante des pressions et des vitesses est indiquée en traits interrompus dans la Fig 7. 



   On peut inversement faire produire à la soufflante de balayage une pression supérieure à celle qui est nécessaire pour surmonter les résistances. On accélère ainsi le courant de balayage dans une cellule entre le commencement et la fin de la tranche de balayage. L'amplitude de l'onde da compression à la fin de la période inférieure de balayage est ainsi renforcée et la gaz est emmagasiné dans   l'écluse   sous une pression plus élevée. De   marne,   à la. fin de la période supérieure de balayages le gaz quitte   l'éclusa   sous une pression inférieure. On a ainsi comprimé plus de gaz et détendu moins de gaz.

   Dès lors, par exemple, le compres- seur auxiliaire qua 1*on emploie dans une pompe de chaleur doit débiter moins et peut   marne,   dans certains cas, être complètement supprima Le travail   que   devrait faire le compresseur auxiliaire est ainsi repassé à la soufflante de balayage. 



   Les vitesses da balayage dans les étages inférieur et supérieur ne doivent pas nécessairement être égales. Dans certaines limites, il n'y a pas d'inconvénient à. avoir des sauts da pression inégaux par suite de vitesses différentes* Les vitesses de balayaga, et par suite la   voluna   de balayage, peuvent être réglés par modifi- cation des résistances d'écoulement dans les circuits   de balayage,   ou bien en modifiant les pressions produites par les ventilateurs de balayage.

   La plupart du temps, il est suffisant de prévoir un ventilateur dans un seul des circuits de   balayaga,   par exemple 

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 dans le circuit de balayage qui a la résistance la plus forte.   i   le gaz qui doit se détendre posséda une densité notablement différente de celle du gaz comprimé (par   egempla   lorsqu'il s'agit du rame gaz qui est détendu. avec une température différente), il faut que les vitesses. de balayage au   commencement   et à la fin des phases de balayage soient choisies différentes l'une de l'autre, et proportionnelles aux vitesses du son, car les sauts de pression des ondes de pression dépendent du rapport des vitesses de balayage et du son (nombre de   Mach},   comme le montre la Fig 4.

   Les sauts totaux de pression du c8té compression et du   coté   détente doivent être égaux entre eux. Si, par exemple, c'est de l'air qui est comprimé et qui doit être de nouveau détendu avec une température notablement   supérieure-,   il faut que les vitesses de balayage diminuent pendant la période inférieure de balayage, tandis qu' elles augmentent dans la.période supérieure, de sorte qu'elles sont plus grandes dans l'onde de dépression que dans l'onde de compression. 



   Dans certains cas, on obtient cette variation de vitesse de balayage sans avoir besoin de recourir à des dispositions spécia- les. On peut montrer que tel est le cas lorsque, dans le   diagramme   des vitesses de la Fig. 6, les vitesses c et IL sont égales. En effet, si un gaz léger chasse un gaz plus lourd, la vitesse restant constante, l'énergie cinétique du contenu de la cellule diminue en proportion des masses. L'énergie libérée sert à l'accélération du courant de balayage. On doit seulement disposer les canaux du bâti de telle façon que les transitions depuis la roue cellu- laire se fassent autant que possible sans pertes.

   Si c   et 1   sont différents, il faut aider à la modification de la vitesse par des moyens extérieurs; résistance de balayage et pression de balayage* Les modifications des vitesses qui, pour différents motifs, sont nécessaires ou désirables, se superposent et peuvent dans certains cas, se compenser mutuellement. 

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   La roue cellulaire qui a été décrite plus haut avec des cellules droites ou hélicoïdales n'a besoin pour son   entraînement   que d'une petite puissance destinée à surmonter les pertes par frottement, pour autant que le gaz entre sans choc. Si on laisse le gaz entrer avec un léger choc dans le sens de la rotation, on peut se dispenser d'une   c@mmande   spéciale. On peut même dévier le courant de balayage dans la.roue cellulaire beaucoup plus qu'il n'est nécessaire pour obtenir un simple   entraînement   de cette roue.

   Quand) le moment cinétique du courant de balayage, ou le produit de la composante tangentielle de la vitesse de fluide par le rayon.   s'accroît   dans le sens de la rotation, la roue cellulaire travaille comme un turbo-compresseur et doit être entraînée par   l'arbre+   La roue cellulaire aide ou remplace la soufflante de balayage et peut, dans certains cas, rendra super- flue également la soufflante auxiliaire i de la Fig 2 Lorsque, au contraire, le moment cinétique décroît à la traversée de la roue cellulaire, celle-ci travaille camrna turbine. La puissance qui est fournie sur l'arbre est livrée aux   dépens,   de 1'énergie de balayage.. La vitesse de balayage diminua par suite fortement depuis le commencement jusqu'à la. fin de la tranche de balayage. 



  La pression   d'éclusage   Pe (Figure   7)   est réduite et on a moins de gaz comprimé'. La pression Pa d'échappement de 1'écluseest élevée, il y a une quantité supérieure de gaz qui est détendue. 



   La Fig. 8 montre le développement d'une roue qui travaille comme compresseur pendant les périodes de balayage. Les chiffres 1 à 17 ont la même significationque dans la. Fig. 3. On remarque que les canaux munis d'ailettes (18) dans le bâti. ont une direc- tion variable adaptée à la vitesse croissante de balayage. Les cellules suivant la Fig. 8 ont une largeur variable. Gréce au choix convenable de la hauteur des cellules, on obtient la section de cellule qua l'on désire la plupart du temps, constante ou peu variable (comparer Fig.   13).   

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   Les échangeurs de pression décrits jusqu'ici et qu'on peut désigner corane échangeurs de pression à un étage, travaillent avec, chaque fois, deux ondes de compression et deux ondes de détente. 



  Le saut de pression qu'on peut obtenir par onde de pression ne peut pas être augmenté arbitrairement. La Fig. 9 montre le   développe-   ment d'une roue à deux étages qui travaille avec quatre ondes de compression et quatre ondes de détente. 



   1 est le développement de la roue cellulaire avec cellules obliques   4,   Les repères 2 et 3 correspondent au   bâti..   Le balayage dans l'étage de pression inférieur se fait de l'espace 5 5 l'espace   7.   la première onde de pression prend naissance à   l'arête   8 qui ferme brusquement l'extrémité de la cellule. La seconde   ozxle   prend naissance à l'arête 20 au moment où la cellule entre en   communica-   tion avec un espace 21, dans lequel règne une pression intermé- diaire entre les étages inférieur et supérieur. A cet espace on peut, d'une manière connue, amener, au moyen d'un canal 22, du gaz qui provient des cellules dans la tranche d'expansion.

   Le gaz ainsi amené peut aussi provenir d'une autre source; l'onde atteint au point 23 l'extrémité   de   la cellule; elle trouve là une paroi fermée. Elle est réfléchie et traverse, canne troisième onde de compression, la cellule d'arrière en avant. Lorsque l'onde arrive en avant, la cellule se trouve fermée par l'arête 24. Pendant tout le temps du déplacement de l'onde suivant le chemin représenté en traits mixtes   20-23-24,   le gaz s'écoule da 21 vers la cellule. Le quatrième train d'ondes prend naissance, came dans la roue à un étage, à l'arête 10. 



   L'expansion se fait suivant une succession analogue: première onde de dépression 14-15 à la fin du balayage, deuxième onde de dépression 25-26 lors de l'ouverture d'un seul   coté   de la cellule sur l'espace intermédiaire 27 qui peut être en communication avec   21,   réflexion des ondes à.   l'extrémité   fermée jusqu'à. 26, et trajet de retour   26-28,   comne troisième onde. Pendant que   l'onde   se déplace 

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 sur le trajet 25-26-28, le gaz sort de la cellule pour aller dans l'espace 27 et'de la vers 21.

   La quatrième onde de dépression   16-17   prend naissance au moment du débat de la période de balayage infé-   rieure.   la formation des ondes de canpression   20-23-24   et des ondes de dépression correspondantes 25-26-28 peut être répétée plusieurs fois; on obtient ainsi des échangeurs de pression à plusieurs éta- gea. On peut aussi, par exemple, réaliser la compression en un étage et la. détente en deux étages, de préférence dans le cas où le gaz qui doit être détendu est plus chaud que le gaz qui doit être comprimé. Des échangeurs de   press.ion.   séparés peuvent aussi être connectés en série. 



   Pour montrer ce que peut être Inapplication d'un échangeur de pression, on a représentée à. la Fig 10, le schéma d'une installa- tion avec turbine à combustion.   I - I   est la périphérie développée de la. roue cellulaire. On a indiqué seulement quelques parois 4 de   callules.   L'air frais entre en 5 dans la roue, est comprimé par deux ondes de pression et ressort en la* L'air comprimé entre en 40 dans un échangeur de chaleur 41 à trois étages, où il est encore réchauffé, et il ressort en 42.

   Il continue à être chauffé dans une chambre de combustion 43 par la combustion d'un combusti- ble.   Une   partie des gaz d'échappement de la chambre de combustion arrive dans une turbine 44 qui fournit la puissance, tandis qu'une autre partie retourna en 11 à 1'échangeur de pression, où cet air est détendu, puis sort   en 7   et est conduit en 45 à l'échangeur de chaleur où une partie de sa chaleur restante est transmise à   l'air   comprimé après quoi il s'échappe dans la. cheminée 50 
L'air qui entre en 5 chasse les gaz brûlés qui sortent en 7 Le front de contact des deux gaz n'a pas une délimitation très nette. 



  Il se produit, par suite de conductibilité, de turbulence, de la formation d'une couche limite aux parois et par différentes forces de nasses qui agissent sur les gaz de densités différentes, une 

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 pénétration mutuelle   qu'en   général on ne désire pas. Cette zone de mélange s'étend dans la Fig.   10   sur un espace 46 en forma de coin entre les courants froid et chaud 5 et   7.   Une zone semblable 48 existe à l'étage de pression supérieur. Ces pénétrations mutuelles peuvent être rendues en grande partie inoffensives si l'on balaie les zones de mélanga et si l'on prend soin de n'enfermer pratique- ment dans l'écluse que de l'air froid et de ne refouler en dehors de l'écluse que les gaz chauds. 



   De la chaleur est transmise du gaz chaud au gaz froid à travers les parois des cellules. L'échauffement du gaz froid et le refroi- dissement du gaz chaud pendant le court espace de temps entre la pénétration dans la cellule et la fermeture da la cellule est nuisible. Pendant ce temps, le contenu de la cellule n'est pas échauffé d'une manière uniforme, mais seulement dans la couche voisine de la paroi. Dans beaucoup de cas, en particulier dans le cas de cellules obliques, la force centrifuge est plus intense sur la couche limite que sur le noyau gazeux. La coucha limite s'écoule vers l'extérieur le long des parois. Dans la phase de balayage, où il n'y a pas de différence de pression entre cellules voisines, on peut prévoir dans le bâti des évidements et des canaux qui recevront la couche limite en voie de s'écouler et qui l'emmèneront avec le mélange de gaz.

   La Fig. 11 représente une coupe d'un échangeur de pression. Les flèches 30 indiquent l'écou- lement de la couche limite. 31 est le canal ménagé dans le bâti pour servir à recevoir la couche limite projetée par la force centrifuge. 



   Quand il y a, coma dans l'exemple de la   Fig.     10,   un échangeur de chaleur, il est avantageux de recevoir séparément par les canaux 47 et 49 les gaz mélangés et balayés et de les conduire à un étage intermédiaire, ou même de ne pas les conduire du tout à l'échangeur de chaleur. 



   Dans la Fig. 10, une tuyauterie d'air 51 munie d'un organe de 

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 régulation conduit à la turbine 44. Comme les parois de la roue cel- lulaire viennent en contact alternativement avec des gaz froids et des gaz chauds, cette roue pourra souvent supporter une température plus élevée que la turbine 44 qui ne travaille qu'avec des gaz chauds.

   Aussi est-il nécessaire de régler les deux températures indépendamment l'une de   1 $autre,   ce qui est possible par exemple à   l'aide   da la conduite d'air 51 On peut aussi alimenter la tur- bine 44, par la conduite 51, exclusivement avec de l'air préchauffé, par exemple lorsqu'on veut   la.   préserver des cendres.*la turbine travaille en général avec des vitesses d'écoulement plus grandes que la roue cellulaire et elle est plus exposée à   1*érosion.   le rotor de l'échangeur de pression peut être muni de cellules soit ouvertes, soit   fermées   à leur périphérie. la Fig.   1   montre des cellules ouvertes, at la Fig 12, au contraire, des cellules fermées..

   Les parois des cellules 4 sont repliées à leurs extrémités et soudées les unes aux autres. Les cellules hautes peuvent être subdivisées au moyen d'une paroi intermédiaire 32 qui supporte une partie de la force centrifuge agissant sur le contenu de la cellule. 



  La paroi intermédiaira peut aussi avoir un prolongement dans le bâti extérieur et faciliter ainsi une adaptation de   1 'écoulement   aux vitesses périphériques différentes des parties intérieure et extérieure des cellules* la ligne méridienne moyenne des cellules peut être axiale, obliqua ou radiale. Elle peut être droite ou courbe. la Fig 13 représente un échangeur de pression dont la section est analogue à celle d'une turbo-soufflante   centrifuge,   Cette forme peut s'employer avec avantage lorsque la roue   cellu-   laire travailla comme turbo-compresseur pendant le balayage. 



     D*après   la description du mode de fonctionnement de 1'échangeur de pression, on voit qu'il est important que l'ouverture de 1'ex- trémité des cellules au moyen des arêtes de distribution sa fasse au moment voulu. Il est, pour cette raison, avantageux d'exécuter ces arêtes de distribution, ou au mains una partie d'entre elles, 

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 de façon qu'elles soient réglables. Dans   la.   Fig 5 par exemple, les arêtes 8 et 12 peuvent être déplacées au moyen de leviers 35 et 36. 



  Leur position peut être adaptée aux modifications qui peuvent se produire dans la vitesse du son par suite de changemetsde tempéra- ture.   Egalement   dans le cas où l'échangeur de pression travaille à pression variable ou avec des vitesses de balayage et des vitesses périphériques   variables,   de manière par exemple que le rapport vitesse de balayage à vitesse périphérique reste constant, il est désirable d'avoir un tel réglage de ces arêtes, lequel peut même se faire automatiquement en cours de marche. 



   Etant donné que le temps d'ouverture des extrémités des cellu- les par les arêtes de distribution demande un certain temps, si court soit-il, on obtient des ondes de pression à front aplati. 



  Ia première impulsion de pression qui se produit à l'ouverture de la cellule fait un certain parcours dans la cellule jusqu'à ce que l'entrée de cette cellule livre complètement passage au gaz. On doit faire en sorte que ce chemin ne soit pas trop grand comparativement à la longueur de la cellule, ce qui peut se réaliser par un choix judicieux du pas des cellules, de la vitesse périphérique et de l'angle d'obliquité des cellules. D'autre part, il faut tenir compte, dans le choix de ces grandeurs, des pertes d'écoulement et de la transmission de chaleur. Il est avantageux d'arrondir légèrement les angles des arêtes de distribution pour diminuer les pertes par écoulement pendant le temps que demandent l'ouverture et la ferme- ture.

   Enfin, il y a des cas où il est nécessaire, pour l'adaptation à différentes conditions de fonctionnement, d'avoir des angles d'écoulement variables ; cela peut se faire d'une manière connue au moyen d'aubes pivotantes au rotor ou au stator.

Claims (1)

  1. EMI15.1
    R 1 3 u 1 -Ë lïl e-.V) 1 - L'échangeur de pression, comprenant une roue cellulaire dont les cellules, au cours de leur rotation, reçoivent du gaz provenant d'un étage de pression inférieur, le compriment et l'évacuent à un étage de pression supérieur, et détendent un autre gaz ou le marne gaz, dans un autre état ou en quantité différente, de 1 étage de pression supérieur à l'étage de pression inférieur, et dans lequel est intercaléa sur chaque étage de pression une phase de balayage dans laquelle l'un des gaz déplace l'autre, est caractérisé en ce qu'au moins la plus grande partie de la compres- sioau gaz est produite par des ondes da compression et au moins la plus grande partie da sa détente, par des ondes de dépression,
    ondes qui se propagent à. travers les cellules.
    2 - .Les courants de balayage sont mis en mouvement au début des phases da balayage par les ondes de compression ou de dépres- sion, et sont arrêtés à la fin des phases de balayage* 3- Une compression est créée en interrompant rapidement le courant de balayage à la sortie de la cellule au moyen d'une arête de distribution du bâti et en obturant l'entrée de cette cellule par une autre arête da distribution à peu près à l'instant où l'onde de compression a traversé la dite cellule et où le contenu entier de cette dernière a été amené au repos par rapport à elle.
    4 - Une compression est créée en ouvrant d'un seul côté la cellule vers l'enceinte à la pression supérieure au moyen d'une arête de distribution et en ouvrant l'autre extrémité de cette cellule au moyen d'une autre arête de distribution à peu près à l'instant où l'onde de compression a traversé la dite cellule et où le contenu entier de cette cellule se trouve mis en mouvement.
    5 - Une dépression est créée en étranglant le courant de balayage à l'entrée de la cellule au moyen d'une arête de distri- <Desc/Clms Page number 16> bution et en obturant la sortie da cette cellule par une autre arête de distribution.
    6 - Une dépression est créée en ouvrant d'un seul côté la cellule vers l'enceinte à la pression inférieure au moyen d'une arête de distribution, et en ouvrant l'autre extrémité de cette cellule au moyen d'une autre arête de distribution, à peu près au moment où l'onde de dépression a traversé la dite cellule et où le contenu entier de cette dernière se: trouve mis en mouvement.
    7 - Les axes des cellules sont disposés dans des plans méri- diens du rotor.
    8 - L'échangeur de pression, notanment pour fortes pressions, est caractérisé en ce que les cellules de la roue sont disposées en hélice autour de l'arbre afin de diminuer la vitesse des gaz à leur entrée et à leur sortie du bâti.
    9 - La vitesse du courant de balayage mis en mouvement par une onde de pression à travers la cellule est ralentie pendant la traversée de la tranche de balayage, et l'énergie libérée est utilisée pour vaincre les résistances des circuits de balayage et, par conséquent, pour décharger, au moins en partie, les ventilateurs de balayage.
    10 - La vitesse du courant de balayage mis en mouvement par une onde de pression est augmentée pendant la traversée de la tranche de balayage, du fait qu'une soufflante de balayage produit plus de pression qu'il ne serait nécessaire pour vaincre les ré- sistances si la vitesse restait constante, afin d'augmenter la quantité de gaz comprimé, de diminuer la quantité du gaz détendu et de décharger, au moins en partie, la soufflante auxiliaire.
    11 - Les vitesses de balayage sur les deux étages de pression peuvent être réglées en modifiant les résistances à 1'écouement 12 - Les vitesses de balayage sur les deux étages de pres- sion peuvent être réglées en modifiant la pression fournie par les ventilateurs da balayage. <Desc/Clms Page number 17>
    13- Lorsque le gaz comprimé a une densité notablement diffé- rente da celle du gaz détendu, la vitesse de balayage à travers une cellule varie au cours d'une période de balayage à peu près dans le rapport des vitesses du son dans les deux gaz.
    14 - Les modifications des vitesses de balayage servant à divers buts se superposent.
    15 - La roua à. cellules est entraînée par le courant de balayage* 16 - L'entraînement de la roue à cellules par le courant de balayage s'obtient en faisant déboucher ce courant dans la roue avec un léger choc dans le sens de la rotation.
    17- L'entraînement de la. roue à. cellules par le courant de balayage s'obtient du fait que les parois des cellules sont légè= rement recourbées.
    18 Les cellules sont rebourbées de telle sorte que le moment cinétique des courants de balayage, compté dans le sens de la rotation, soit plus grand à. leur sortie de la cellule qu'à. leur entrée, de sorte que la roue cellulaire fonctionne pendant le balayais comme turbo-compresseur qui doit être entraîné de l'extérieur par un arbre moteur, et vient pour le moins en aide à la soufflante de balayage* 19 - Le turbo-compresseur fournit plus de pression qu'il ne serait nécessaire pour surmonter les résistances si la vitesse restait constante, afin d'augmenter la quantité de gaz comprimé, de réduire la quantité de gaz détendu et da décharger, au moins en partie, la soufflante auxiliaire.
    20 - Les cellules sont recourbées de telle sorte que le moment cinétique des courants de balayage, compté dans le sens de la rota- tion, soit plus petit à leur sortie des cellules qu'à leur entrée, de sorte que pendant le balayage la roua fonctionna comne turbine pouvant fournir de la puissance sur un arbre moteur, auquel cas la vitesse de balayage diminue fortement du début à la fin de la <Desc/Clms Page number 18> tranche de balayage at la. roue cellulaire comprime moins de gaz par rapport au gaz détendu qu'une roue cellulaire ne mettant pas de puissance en jeu.
    21 - En vue de réaliser des pressions plus élevées, la compression est produite au moyen d'au moins deux paires d'ondes de pression, et une paire d'ondes supplémentaire est produite chaque fois du fait que les cellules s'ouvrent par une seule de leurs extrémités dans une enceinte où. règne une pression intermédiai- re, et que l'onde qui a pris naissance lors de l'ouverture se ré- fléchit en arrivant à l'extrémité fermée de la cellule.
    22 - En vuede réaliser des pressions plus élevées, la détente est produite au moyen d'au moins deux paires d'ondes de pression, et une paire d'ondes supplément-aires est produite chaque fois du fait que les cellules s'ouvrent par une seule de leurs extrémités dans une enceinte où règne une pression intermédiaire, et que l'onde qui a pris naissance lors de l'ouverture se réfléchit en arrivant à l'extrémité fermée de la cellule,.
    23 - Dans le but de réaliser des pressions plus élevées, la compression et la détente sont produites chacune au moyen d'au moins deux paires d'ondes de pression.
    24 - la zone de mélange du gaz entrant et du gaz refoulé est balayée, au moins en partie, en agrandissant la phase de balayage.
    25 - Dans la phase de balayage, des canaux sont prévus dans le bâti afin de capter la couche limite du gaz projetée par les cloisons des cellules et de l'évacuer avec le courant de balayage.
    26- Les gaz mélangés balayés sont recueillis dans des canaux distincts du circuit principal.
    27 - Les gaz mélangés sont conduits à un étage intermédiaire d'un échangeur de chaleur.
    28 - Les gaz mélangés sont conduits à l'extrémité d'un échangeur de chaleur.
    29 - L'échangeur da pression avec un dispositif pour réchauffer <Desc/Clms Page number 19> l'air comprimé et une turbine pour détendre la quantité de gaz qui n'est pas absorbée par l'échangeur de pression, est caractérisé en ce que les températures des gaz qui succulent vers 1'échangeur de pression et vers la turbine peuvent être réglées séparément.
    30 - Léchangeur de pression avec un dispositif pour réchauf- fer l'air comprimé par la combustion d'un combustible contenant des cendres et une turbine pour détendre la quantité de gaz qui n'est pas absorbée par 1'échangeur de pression, est caractérisé en ce que les gaz de la combustion contenant des cendres s'écoulent uniquement à travers l'échangeur de pression, tandis que la turbine qui fonctionne avec des vitesses d'écoulement supérieures reçoit par contre un fluide moteur exempt de. cendres.
    31 - Une partie au moins des arêtes de distribution servant à l'ouverture ou à la fermeture des cellules peuvent être réglées dans le sens périphérique.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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