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Procédé pour régler la puissance d'installations thermiques de force motrice et dispositif pour la mise en,oeuvre de ce procédé.
La présente invention se rapporte à un procédé pour régler la puisaance d'installations thermiques de force motrice dans les- quelles au moins la majeure partie d'un fluide de travail gazeux, de préférence de l'air, décrit un circuit fermé et dans lesquelles en outre, en cas d'augmentation de la puissance, on élevé le niveau de
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pression dans le circuit en introduisant dans ce dernier du fluide de travail provenant d'un réservoir à haute pression tandis qu'en cas de diminution de la puissance on abaisse ce niveau en soutirant une partie du fluide de travail du circuit. L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait qu'on parvient à régler la puissance utile fournie par des installations de l'espèce indiquée en élevant ou abaissant le niveau de pression dans le circuit ainsi qu'en étranglant con- venablement le courant de fluide de travail qui décrit le circuit, ou encore en modifiant de façon appropriée un courant de court- circuit reliant deux points d'inégales pressions du circuit. Pour élever le niveau de pression dans le circuit, on y introduit de pré- férence du fluide de travail provenant d'un réservoir sous une pres- sion relativement élevée (réservoir à haute pression), la masse de fluide de travail à admettre étant alors avantageusement introduite dans le circuit en un point de pression aussi élevée que possible de ce dernier afin d'obtenir une augmentation aussi rapide que possible de la puissance fournie par l'installation.
Au contraire, en cas de diminution de la puissance utile à fournir par l'installation, on amène un abaissement du niveau de pression en permettant à du fluide de travail de s'échapper du circuit dans l'atmosphère ou dans un réservoir à basse pression. Pour recharger le réservoir à haute pres- sion destiné à fournir la masse de fluide de travail à introduire dans le circuit en cas d'augmentation de la charge on emprunte l'air de rechargement nécessaire, dans le cas où c'est de l'air qu'on em- ploie comme fluide de travail, à l'atmosphère ou au réservoir à basse pression et on le refoule par compression appropriée dans le réservoir à haute pression.
La présente invention a pour objet de créer un procédé et un dispositif pour la'mise en oeuvre de celui-ci tels qu'ils permettent de prélever une partie du fluide de travail du circuit au prix de pertes d'énergie aussi faibles que possible. A cet effet et suivant
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l'invention, lorsque le niveau de pressioh dans le circuit est trop élevé par rapport à la consommation instantanée de puissance utile, on extrait une partie du fluide de travail du circuit en un point de pression aussi élevée que possible et on le refoule après'compression dans le réservoir à haute pression.
Au cas où la' pression régnant dans ce dernier n'est pas suffisante pour charger le circuit en vue de la puissance maximum à fournir, on peut emprunter au circuit du fluide de travail au-dit point de pression aussi élevée que possible et l'amener après compression audit réservoir jusqu'à ce que la pression y ait atteint la valeur nécessaire. On peut dans ce cas rem- placer la partie du fluide de travail extraite du circuit en intro- duisant dans ce dernier en un point de pression aussi basse que possible du fluide de travail provenant de l'extérieur. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comporte un compresseur auxiliaire asservi à la pression régnant dans le circuit et au régime de l'installation et qui refoule la partie du fluide de travail soutirée du circuit dans le réservoir à haute pression.
Ce com- presseur auxiliaire peut également refouler le fluide de travail ser- vant à maintenir la pression nécessaire dans le réservoir à haute pression.
Trois formes d'exécution d'installations pour la mise en oeuvre de ce nouveau procédé sont schématiquement représentées à titre d'exemple aux dessins ci-annexés où
La fig. 1 montre une installation dans laquelle on parvient à régler la production de puissance utile d'une part en modifiant le niveau de pression dans le circuit du fluide de travail et d'autre part aussi grâce à un courant de court-circuit reliant deux points d'inégales pressions de ce circuit.
La fig. 2 montre une installation dans laquelle un compres- seur supplémentaire refoule de l'air de l'atmosphère vers un point de pression relativement basse du circuit du fluide de travail. Enfin, la fig. 3 montre une modification d'un détail. #
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Dans l'installation représentée à la fig. 1 le fluide de travail parcourt un compresseur 1, une conduite 2, puis un échangeur de chaleur 3, une conduite 4, un réchauffeur 5 dans lequel on apporte au fluide de travail de la chaleur extérieure, une conduite 6, une turbine 7 produisant la puissance nécessaire, une conduite 8, pour la seconde fois l'échangeur de chaleur 3, puis une conduite 9 et un prérefroidisseur 10, pour revenir ensuite dans le compresseur 1.
La puissance développée par la turbine 7 qui actionne également le com- presseur 1 est fournie à une génératrice 11. Une valve 12 commande le passage de fluide de travail entre un réservoir 13 à haute pression, par les conduites 14 et 15, et la conduite 2 appartenant au circuit du fluide de travail de l'installation.
Par contre, une valve 16 commande un courant de court-circuit partant d'un point de pression relativement élevée du circuit (conduite 2) pour aboutir à un point de pression inférieure de ce même circuit (conduite 9) par les con- duites 15 et 17.18 désigne un compresseur auxiliaire permettant de puiser du fluide de travail dans la conduite 15 communiquant avec la partie à haute pression du circuit de l'installation et de le refouler dans le réservoir 13 à haute pression, un clapet de retenue 19 em- pêchant alors tout reflus de fluide de travail du réservoir 13 dans le compresseur auxiliaire 18. Ce dernier est actionné par un moteur électrique 191 qui reçoit le courant nécessaire à son fonctionnement par l'intermédiaire d'un contacteur 20 actionné par un relais 21 com- prenant la bobine 22, le plateau 23 et les contacts 24 et 25.
Le cou- rant de commande du relais 21 est commandé par des contacts à ressort 26,27 et 28 dont la position relative est elle-même déterminée par celle d'un piston de servo-moteur 29, c'est-à-dire d'une tige 20 soli- daire de ce piston. Le servo-moteur 29 sert en même temps àctionner les valves 12 et 16 du fait qu'il est relié à un balancier 31 articulé autour d'un point 32 et portant deux cames 33, 34. A la came 33 est affectée une butée 35 montée sur la tige de la valve 12, et à la came
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34 une butée 36 montée sur la tige de la valve 16. La came 33 en s'appuyant contre la butée 35 soulève la valve 12 contre l'action d'un ressort 37,'et la,came 34 en s'appuyant contre la butée 36 sou- lève la valve 16 contre l'action d'un ressort 38.
Le piston de servo- moteur 29 est mis en mouvement par de l'huile sous pression qui afflue par une conduite39, le passage dans les chambres situées de part et d'autre du piston 29 étant gouverné par un tiroir de distribution 40.
Ce dernier se trouve sous la dépendance à la fois de la position d'un régulateur à boules 41 affecté aux machines 7,1 et de la pression régnant dans la conduite 6 appartenant au circuit du fluide de tra- vail. Cette pression agit sur un'piston 43 relié par une tige 44 à un balancier 46 avec lequel le régulateur à boules 41 est également en liaison de commande par l'intermédiaire d'une tige 42- 47 désigne une biellette qui s'articule aussi bien au balancier 46 qu'à un ba- lancier 48 ; dernier est en outre relié au tiroir de distribution 40 et, par une tige 49, au piston 29.
Le dispositif ainsi décrit fonctionne comme suit:
Lors d'une augmentation de charge de la génératrice 11 la vitesse de l'installation diminue, de sorte que le régulateur à @ boules 41 déplace la tige 42 vers le bas, cependant que le tiroir distributeur 40 se déplace dans le sens correspondant, ce qui permet à de l'huile sous pression d'affluire dans la chambre située au- dessous du piston 29 qui de ce fait se soulève. La valve 12 est alors soulevée et permet ainsi l'afflux de fluide de travail du réservoir 13 à haute pression dans le circuit par les conduites 14 et 15, ce qui a pour-effet d'élever le niveau de pression dans le circuit et d'aug- menter par conséquent la puissance utile fournie. Le tiroir de distri- bution 40 est asservi par la pression croissante qui s'établit dans la conduite 6 du circuit.
Cette pression croissante cause le piston 43 de se déplacer vers le bas, de sorte que le balancier 46 est basculé dans le sens des aiguilles d'une montre autour du point où la tige 42 attaque ce balancier. Il s'établit ainsi un nouvel état
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d'équilibre, comportant un régime réduit correspondant à la charge plus élevée.
Par contre,une diminution de la charge de la génératrice 11 et par conséquent une élévation de la vitesse des machines 7, 1 se tra- duisent par un déplacement inverse de la timonerie de distribution, de sorte que le piston de servo-moteur 29 se déplace vers le bas. Après que l'extrémité inférieure de la tige de piston 30 a parcouru unchemin de grandeur qui peut être fixé à volonté, elle applique le contact à ressort 26 contre le contact à ressort 27, auquel cas aucune action n'est encore déclenchée; après cela, un chemin supplémentaire ayant été par- couru, elle applique le contact 27 contre le contact à ressort 28, ce qui a pour effet de fermer un circuit électrique partant du réseau N et passant par les ressorts 26,28 et la bobine 22.
Il en résulte l'attraction du noyau 21 du relais et la fermeture du contacteur 20, de sorte que le compresseur'auxiliaire 18 est mis en action et, soutirant une partie du fluide de travail du circuit par la conduite 15 ; partie du fluide de travail est refoulée dans le réservoir 13 à haute pression. Il se produit ainsi un abaissement du niveau de pression dans le circuit, de sorte que la puissance engendrée dans l'installation baisse elle aussi. L'abaissement du niveau de pression dans la conduite 6 se traduit par un déplacement du piston 43 vers le haut et a par suite pour effet d'asservir la timonerie de distribution.
Lorsque la tige 30 recule, c'est-à-dire remonte, l'alimentation électrique du moteur 191 actionnant le compresseur auxiliaire 18 est à nouveau coupée, cela ne se produisant toutefois, de manière connue, qu' après que le contact à ressort 26 a également cessé de toucher le contact à ressort 27, car auparavant le relais 21 enclenché maintient encore fermé aux contacts 24 et 25 par le plateau 23 le circuit passant par la bobine 22. Par contre, lorsque le ressort 26 quitte le ressort 27 ce circuit est lui aussi coupé, auquel cas le relais 21 se déclenche et ouvre le contacteur 20.
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Comme un compresseur auxiliaire 18 de dimensions modestes ne pourrait faire face à de rapides variations de charge de l'installation, on a également prévu la valve 16 commandant un courant de court-circuit de l'installation en vue d'obtenir un réglage rapide de la puissance.
En cas de diminution de la charge imposée à la génératrice 11, le piston de servo-moteur 29 et la tige 30 se déplaçant alors vers le bas ainsi qu'il a été précédemment décrit, à l'actionnement des contacts à res- sort 26, 27, 28 par le balancier 31 et la came 34 s'ajoute un souléve- ment de la valve 16, ce qui a pour effet de libérer un courant de fluide de travail en court-circuit par les conduites 15 et 17 et de produire ainsi une diminution de la puissance utile de l'installation.
Cet écoulement en court-circuit persiste jusqu'à'ce que le compresseur auxiliaire 18 ait soutirau circuit une quantité de fluide de travail assez grande pour que s'établisse dans le circuit le niveau de pression de puissance réduit correspondant à la consommation/utile réduite. Il demeure pos- sible au surplus, grâce à des jeux convenables entre la tige 30 et les contacts à ressort 26,27, 28 ou entre la came 34 et la butée 36, d'ob- tenir que le compresseur auxiliaire 18 et la valve 16 soient actionnés dans une succession déterminée.
Grâce à ce que le compresseur auxiliaire 18 se trouve placé entre un point de pression aussi élevée que possible du circuit et le réservoir 13 à haute pression, la partie du fluide de travail à ex- traire du circuit est refoulée dans ledit réservoir 13 au prix d'une dépense minimum de puissance de compression.
Même si l'on tient compte du fait qu'une partie du fluide de travail refoulé provient de la par- tie à basse pression du circuit et doit par conséquent être encore préalablement comprimée par le compresseur principal 1 avant d'être aspirée de la conduite 15 par le compresseur auxiliaire 18, la disposi- tion décrite du compresseur auxiliaire 18 n'en réduit pas moins au minimum les pertes d'énergie, car le compresseur principal 1 assure toujours cette compression partielle avec un meilleur rendement qu'un compresseur auxiliaireffecté uniquement au refoulement d'une quantité
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relativement petite de fluide de travail.
En outre, le taux de compres- sion auquel doit répondre le compresseur auxiliaire ainsi monté étant aussi réduit que possible, on peut réduire au minimum son nombre d'é- tages et par conséquent la dépense de matériaux nécessaire pour le con- struire.
En ce qui concerne les pertes de fluide de travail qui peuvent se produire par défaut d'étanchéité dans le circuit et dans les conduites et organes régulateurs communiquant avec lui, la dispo- sition d'un appareil auxiliaire à réglage manuel ou automatique permet d'obtenir la recharge du réservoir 13 à haute pression sans prélèvement direct de l'atmosphère et son maintien permanent en état de fonction- nement même si des pertes par fuites viennent à se produire.
La fig. 2 montre une installation dans laquelle en vue de diminuer rapidement la puissance utile, au lieu de régler un courant de fluide de travail en court-circuit, on actionne un organe de laminage qu'on peut prévoir en principe en un point quelconque du circuit. Les organes servant à actionner la valve permettant à du fluide de travail de passer du réservoir à haute pression dans le circuit et à mettre le compresseur auxiliaire 18 en action sont dans une large mesure réalisés, dans le cas de ce dispositif, de la même manière que dans le dispositif suivant la fig.l, et c'est pourquoi on leur a affecté sur la fig. 2 les mêmes numéros de référence que sur la fig. 1.
En revanche, la came 34 du dispositif suivant la fig. 2 actionne non plus une valve mais, contre la poussée d'un ressort 50, une tige 51 reliée à un papillon 52 monté dans la conduite 4 appartenant au circuit décrit par le fluide de travail et qui se déplace dans le sens de la fermeture lorsque la tige 51 se soulève.
Ainsi qu'on l'a déjà signalé plus haut, le réservoir 13 à haute pression doit satisfaire à la condition de renfermer constamment autant de fluide de travail qu'il est nécessaire pour recharger le circuit jusqu'à la puissance maximum à fournir. Par conséquent, il faut que la somme des quantités de fluide de travail contenues dans le cir- @
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cuit et dans le réservoir représente constamment une certaine quantité minimum. On peut parvenir à ce résultat en prévoyant, ainsi qu'on l'a représenté à la fig. 2, un compresseur supplémentaire 53 pour le cas où c'est de l'air qu'on emploie comme fluide de travail.
Ce compres- seur supplémentaire 53 aspire par une conduite 54 de l'air atmosphérique qu'il refoule par la conduite 55 , pourvue d'un clapet de retenue 56 au point 57 dans le circuit décrit par le fluide de travail. Le com- presseur supplémentaire 53 est actionné par un moteur électrique 58.
Lorsque le réservoir 13 à haute pression n'est pas suffisamment chargé on peut fermer à la main un interrupteur 59 commandant l'alimentation électrique du moteur 58, de sorte que le compresseur supplémentaire 53 refoule du fluide de travail dans le circuitoù dès lors la pression s'élève.
Dans ce cas le piston 43 communiquant avec la conduite 6 du circuit se déplace vers le bas, ce qui a pour effet de déplacer le ti- roir de distribution 40 vers le haut, de sorte que la pression d'huile déplace le piston de servo-moteur 29 et sa tige 30 vers le bas, mettant ainsi en action de la façon précédemment décrite le compresseur auxi-
18 liaire/qui dès lors fonctionne jusqu'à ce que la quantité de fluide de travail introduite en 57 dans le circuit, déduction faite des pertes qui peuvent se produire par défaut d'étanchéité dans le circuit lui- même, ait porté la pression dans le réservoir 13 à la valeur nécessaire.
Dans le cas 'où un dispositif selon l'invention n'est pas re- lié à un réseau dans lequel la fréquence est maintenue fixe par des machines couplées en parallèle, une élévation du niveau de pression dans le circuit, due à l'apport de fluide de travail de l'extérieur, se traduit par une augmentation de la puissance et par conséquent par une élévation de la vitesse de régime, de sorte que la tige 42 se soulève elle aussi, ce qui en définitive aboutit également, cpmme on peut facilement s'en assurer, à une mise en service du compresseur auxi- liaire 18.
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Le fluide de travail refoulé par le compresseur supplémen- taire 53 est utilement introduit dans le circuit, comme on l'a re- présenté, en un point du circuit où règne une pression aussi basse que possible afin qu'une part aussi grande que possible du travail de compression soit attribuée au compresseur principal 1 et qu'on puisse ainsi dimensionnerce compresseur supplémentaire 53 aussi petit que possible.
On a d'ailleurs représenté à la fig. 2 un dispositif pour régler automatiquement le débit du compresseur supplémentaire 53, di- spositif qui permet de régler la vitesse de ce compresseur en fonc- tion de la pression en un point du circuit et de la pression dans le réservoir 13, c'est-à-dire de pressions qui sont en principe directe- ment proportionelles aux contenus de fluide de travail correspondants.
Ce dispositif présente un piston 60. L'espace situé au-dessus de ce piston communique par une conduite 61 avec un point 62 du circuit de fluide de travail, tandis que l'espace situé au-dessus d'un piston 63 communique par une conduite 64 avec le réservoir 13. Des tiges 65,66 affectées respectivement aux pistons 60 et 63 sont reliées de façon articulée par un balancier 67 auquel s'articule en outre en 68 un cane de laminage 69. Ce dernier commande l'écoulement d'huile sous pression entre un point de laminage 70 et une chambre 71. La pression régnant dans la chambre 71 se propage par une conduite 72 au côté supérieur d'un piston 73, et un ressort 74, agissant sur ce même pi- ston, lui fait équilibre.
Les mouvements du piston 73 sont transmis à un appareil réalisé sous forme d'un rhéostat régulateur 75 modi- fiant la vitesse du compresseur supplémentaire 53 et agissant sur le courant actionnant le moteur électrique 58,
Lorsqu'intervient un processus de réglage pour lequel au- cune perte par défaut d'étanchéité, ou du moins aucune modification d'une perte par défaut d'étanchéité; ne se produit, c'est-à-dire par exemple lorsque d'un transfert de fluide de travail du réservoir 13 dans le circuit ou inversement, l'une des deux pressions agissant sur-)
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les pistons 60 et 63 augmente tandis que l'autre diminue, et il en ré- sulte des déplacements correspondants des deux pistons. Si le point d'articulation'68 est convenablement pladé, ce dernier ne subit en un tel cas aucun déplacement.
Par contre une augmentation des pertes par défaut d'étanchéité dans le circuit ou dans le réservoir 13 détermine une diminution de la pression correspondante et par conséquent un soulèvement de l'un des deux pistons 60 et 63 sans que l'autre descende dans une mesure corre- spondante. Il s'ensuit que le point d'articulation 68 remonte et que le cône de laminage 69 offre alors à l'huile une section d'écoulement plus grande, de sorte que la pression régnant dans la chambre 71 et par con- séquent aussi au-dessus du piston 73 diminue. Il en résulte que ce der- nier est soulevé par le ressort 74 et qu'il agit sur le rhéostat 75 de façon telle que la vitesse du compresseur supplémentaire 53 s'élève et que par conséquent la quantité de fluide de travail qu'il introduit dans le circuit augmente.
Du.reste, la possibilité existe d'employer pour actionner le compresseur auxiliaire 18, au lieu de l'énergie électrique, un moteur actionné par un fluidee travail gazeux ou liquide. On peut aussi em- ployer pour actionner le compresseur auxiliaire du fluide de travail comprimé dans le circuit et réintroduit dans celui-ci en un point à basse pression après détente. En particulier, on peut employer à cet effet le courant de court-circuit commandé par la valve 16 sur la fig.l.
C'est une telle réalisation que représente la fig. 3 dans laquelle 13 désigne à nouveau le réservoir à haute pression, 15 et 17 les conduites affectées à un écoulement en court-circuit, 16 la valve commandant cet écoulement et 18 le compresseur auxiliaire. La conduite 17 se raccorde, dans le cas de cette forme de réalisation, au raccord d'entrée d'une tur- bine auxiliaire 76 qui actionne le compresseur auxiliaire 18. L'air déten- du qui s'échappe de cette turbine auxiliaire 76 se rend par une conduite 77 dans la conduite 9 du circuit principal décrit par le fluide de tra- vail de l'installation; on sait que cette conduite 9 constitue une ré- gion à basse pression du circuit.