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Moteur accouplé directement avec un générateur électrique.
La présente invention concerne un moteur qui est directe- 'ment accouplé avec un .générateur électrique et destiné la pro- duction d'énergie électrique sous la forme de courant continu ou de courant alternatif, dont la fréquence ne doit pas nécessaire- ment être constante.
Les installations connues destinées à produire de l'éner- gie électrique sont constituées par une machine telle qu'un mo- teur à combustion, une machine à vapeur, une turbine à vapeur ou un moteur à gaz chaud accouplé avec un générateur électrique. Tant ' la machine motrice que le générateur électrique comportent un régulateur, la première pour maintenir le nombre de tours aussi constant que possible pour une puissance différente et le dernier pour maintenir constante la tension en un point détermine du cir- cuit de consommation pour une charge variable.
Il y a des généra- teurs électriques,.savoir des machines à courant continu, qui en présence d'une charge variable permettent de maintenir la. tension approximativement constante en disposant sur les pôles des enrou- lements spéciaux ; les machines de grandes puissances et les géné- rateurs à courant continu requièrent à cet effet un régulateur de tension distinct. En général l'installation génératrice comporte donc deux régulateurs, dont chacun remplit sa fonction par approxi- mation.
Conformément à l'invention un seul régulateur suffit à condition qu'on l'exécute de telle façon que le nombre de tours du moteur accouplé avec le générateur augmente avec une charge crois- sante de telle manière que.la plus grande perte de tension dans le générateur électrique soit compensée par la vitesse de rotation croissante de ce générateur.
Grâce à la mesure conforme à la présente invention un seul régulateur suffit pour l'ensemble constitué par un générateur électrique quelconque et la machine motrice, lequel ensemble rem- plit les deux fonctions précitées cest-à-dire le réglage du débit du moteur et le réglage de la tension engendrée. Comme en présence d'une charge croissante tant le débit du moteur que la @
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tension engendrée dans le générateur varient, le fonctionnement de ce régulateur ne doit pas être approximatif, mais on peut complètement atteindre le but par un choix judicieux de la carac- téristique de réglage.
Dans un mode d'exécution de l'invention le régulateur peut être entièrement du genre mécanique c'est-à-dire que dans le cas d'un nombre de tours variable de l'arbre à manivelles du moteur, ou d'un arbre qui lui est directement accouplé, ce ré- gulateur déplace soit par voie mécanique soit au moyen d'une pression d'huile l'organe réglant la puissance du moteur de telle façon que cela occasionne une variation du nombre de tours du moteur pour laintenir constante la tension électrique en un point détermine du circuit de consommation.
D'autre part, dans un autre mode d'exécution de l'inven- tion, le réglage du aebit du moteur en cas d'une charge variable peut se faire aussi électriquement, avec utilisation de la tension électrique que l'on désire maintenir constante, en faisant comman- der par cette tension électrique un -relais qui commande la posi- tion de l'organe déterminant le débit du moteur.
L'invention s'applique aux machines motrices des genres les plus différents, comme des machines à vapeur, moteurs à combustion, turbines à vapeur et moteurs à gaz chaud en combinai- son avec des générateurs de courant continu ou de courant alter- natif ayant une fréquence variable.
Dans tous les cas précités on peut assurer le réglage du débit du moteur par rapport à la tension électrique débitée en réglant le combustible ou bien la quantité ou :La pression du fluide moteur tel que la vapeur-
Les moteurs à gaz chaud, plus par'ticulièrement les mo- teurs à air chaud ayant un cycle fermé, sont doués d'un réglage simple sans pertes et conviennent donc particulièrement bien pour l'application de la présente invention. En effet, le débit d'un moteur à gaz chaud varie avec la pression moyenne et la quantité du gaz dans le cycle.
En amenant continuellement du gaz au cycle et en faisant sortir ce gaz, à l'état froid, du cycle par une soupape commandée par le régulateur, on peut faire varier d'une manière rapide et simple la. quantité du gaz et, partant, la pression moyenne de ce gaz dans le cycle.
La uescription du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le dessin représente deux modes d'exécution de moteurs à gaz chaud. Toutefois, l'invention s'applique en principe à n'importe quelle sorte de machines motrices.
Lu fig.l représente un moteur à gaz chaud accouplé à un générateur de courant continu.
La fig. représente, partie en coupe, le régulateur mé- ca.nique destine à régler le débit du moteur en présence d'un nom- bre de tours variable.
La fig. 3 représente schématiquement le'réglage électri- que du debit du moteur.
Sur la fig. 1 le chiffre de référence 10 désigne un moteur à gaz chaud à aeux cylindres, dont l'arbre à manivelles
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11 est'directement accouplé à 1''arbre 12 du générateur de courant continu 13. Ce moteur à gaz chaud comprend un petit compresseur 14 qui par l'intermédiaire de la conduite de circulation 15 introduit continuellement de l'air sous une surpression dans le carter à ma- nivelles 27 du moteur à gaz chaud. Ce carter à manivelles commu- nique périodiquement avec l'espace de travail dans les cylindres, d'une manière non représentée mais connue en soi. Une variation de la pression dans le carter à manivelles entraine une variation de la pression moyenne du gaz dans l'espace de travail du moteur, ce qui permet de faire varier également le débit moyen du moteur.
Le réglage du débit du moteur a donc lieu par réglage de la pres- sion moyenne dans le carter à manivelles.
Le compresseur précité 14 introduit continuellement de l'air dans le carter à manivelles pour créer une pression crois- sante dans cet espace. L'ouverture et la fermeture de la soupape d'échappement de cet espace est commandée par le régulateur, comme le montre la fig. 2. L'arbre à manivelles 11 est creux et communi- que librement avec l'intérieur du carter à manivelles. L'extrémi- té libre de l'arbre à manivelles, qui fait saillie du carter à manivelles 27, se terinine par le siège de soupape 16 dans lequel peut se déplacer le tiroir 17.
Ce dernier est percé d'un trou triangulaire 18, dont le sommet fait face au côté creux de l'ar- bre, de sorte que dans le cas où, par suite du déplacement du tiroir 17, le sommet du triangle 18 dépasse le bord du siège 16, l'air dans l'arbre creux 11 peut s'échapper vers l'atmosphère à travers le tiroir 17 et par le trou 19.
La position du tiroir 17 est commandée par le régulateur qui est exécuté en l'espèce'comme régulateur axial. Deux contre- poids 24 sont fixés de manière rotative en 20 au disque 22gui est calé sur l'arbre 11. Ce disque 22 peut éventuellement être exécu- té comme volant. Il est muni de deux oreilles 21 auxquelles sont suspendus les contrepoids. Ces derniers 24 sont écartés de l'arbre par la force centrifuge à l'encontre du ressort 25. Les contre- poids sont conjointement reliés à un poussoir 23 qui appuie sur le tiroir 17. Quand le nombre de tours de l'arbre 11 augmente et les contrepoids 24 du régulateur s'écartent davantage de l'arbre, ces contrepoids tournent autour des centres de rotation et poussent, au moyen du poussoir 23, le tiroir 17 dans l'arbre à manivelles creux,-à l'encontre de la. surpression.
L'air peut s'échapper du carter à manivelles, de sorte que la pression ba.isse et le débit .du moteur décroît.
Le réglage du débit du moteur en cas d'une charge va- riable sur le générateur 13 se fait cornue suit : quand l'énergie prélevée sur le générateur-13 augmente, le nombre de tours du moteur et du générateur décroît pour un moment. Les contre- poids 24 s'approchent de l'arbre sous l'action du ressort 25 et le tiroir'17 se déplace vers l'extérieur, ce qui a pour effet de fermer l'ouverture 18. Par suite du fonctionnement continu du compresseur 14 la pression dans le carter à manivelles aug- mente immédiatement de sorte que le débit du moteur augmente.
Le nombre de tours de 1 arbre à manivelles augmente à nouveau et les contrepoids 24 du régulateur's'écartent de l'arbre. Le tiroir 17 est déplacé vers l'intérieur à l'encontre de la sur- pression. Entretemps la pression à l'intérieur du carter à manivelles a augmenté, de sorte que la force exercée par les contrepoids 24 devra être plus grande que pour un débit plus faible où il y a une pression plus faible dans la boîte à ma- nivelles. Ce n'est que pour un nombre de tours un peu plus élevé que la force centrifuge suffira à déplacer vers l'intérieur le sommet du triangle 18 à tel point que ce sommet dépasse le
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siège 16 ae la soupape.
Il s'etablit alors l'état d'équilibre où le compresseur 14 introduit dans le carter à manivelles une quan- tite d'air correspondant à celle qui peut s'échapper par la partie ouverte de l'ouverture 18. Cet état d'équilibre s'établit, pour un plus grand debit, à un plus grand nombre de tours que pour un dé- bit moindre, de sorte que la force electromotrice engendrée par le générateur 13 est également.plus grande.
En adaptant la courbe de tension du générateur 13 aux di- ,Tensions de la surface du tiroir 17 on peut obtenir une augmenta- tion du nombre de tours- telle que la tension électrique dans le cir- cuit de consommation en un point prédéterminé soit'maintenue constante aussi en présence d'une charge plus forte.
La f'ig. 5 représente un régulateur à fonctionnement élec- trique, qui règle le débit du moteur de la même manière que le re- gulateur montre sur la fig.. Ce régulateur peut être monté direc- tement tant sur le carter à manivelles 27 que sur l'extrémité creu- se de l'arbre à manivelles. Le mode d'exécution représenté sur le dessin montre un régulateur monte sur la paroi du carter à mani- velles. Ce carter à manivelles est régulièrement rempli d'air pai le coiapresseur 14 et la soupape équilibrée 26 sert à la sortie de l'air. Cette soupape 26 est fixée à la tige 28 qui est soumise à deux forces différentes. Le ressort 32 de la soupape porte sur le plateau 33, qui est fixé à l'extrémité de la tige 28 et attire la soupape 26 sur son siège 34.
Le dispositif de réglage magné- tique agit sur la tige 28 à l'encontre de ce ressort. Le cylindre 31 en fer doux est calé à demeure sur la tige 28 et est entouré par le bâti 29 également établi en fer doux ou en une autre ma- tière très magnétique. D'un côté ce bâti entoure étroitement la tige 28, sans empêcher son mouvement dans la direction axiale.
De l'autre côté le bâti présente une grande ouverture 35 par où peut facilement passer le cylindre 31 en fer doux. Le circuit magnétique est excité par la bobine 30 qui est reliée à un point déterminé du circuit de consommation, dont la tension doit être maintenue constante.
Le fonctionnement du régulateur est le suivant : Quand.la tension en ce point du circuit de consommation augmente, la force magnétique exercée par le bâti 29 sur la tige 28 par l'intermé- diaire du cylindre 31 en fer doux augmente, de sorte que le cy- lindre en fer doux tend à s'approcher de l'ouverture 35 du bâti 29 à l'encontre du,ressort 32. La soupape 26 est soulevée du siège 34 et la pression dans le carter à manivelles 27 tombe. Le débit du moteur decroît, le nombre de tours diminue et la tension tombe jusqu'à la valeur déterminée, pour laquelle le ressort 32 referme la soupape 26.
Le rapport existant entre la. force du ressort 52 et la force magnétique, qu'exerce le bâti 29 sur le cylindre est choisi de telle façon qu'en présence d'une tension convenable sur la bobine 30 la soupape 26 laisse échap- per exactement la quantité d'air que le compresseur 14 introduit dans le carter à manivelles. Du fa.it que la soupape 26 est équilibrée la valeur de la pression dans le carter a manivelles est sans importance.
Comme les soupapes équilibrées entraînent parfois des difficultés au point de vue de la construction on peut aussi modifier le mode d.'exécution montré sur la fig.3 de telle façon qu'une soupape non-équilibree suffise. Au lieu de la soupape équi- librée 26 on peut utiliser alors une petite soupape à bille ayant une surface assez petite pour que la force qui s'y exerce soit négligeable par rapport aux efforts exercés sur la tige par le @
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ressort 32 et le circuit magnétique. Des variations de la pression dans le carter à manivelles n'ont alors sensiblement pas d'in- fluence sur la position d'équilibre de la tige.
On pourrait aussi relier la bobine 30 au circuit de consommation en un point où la tension augmente vis-à-vis d'une charge décroissante, par exemple directement aux pivots du porte-balai du générateur de sorte que la pression croissante sur la soupape donnant vers l'intérieur dans le carter à manivelles soit compensée par une force de trac- tion décroissante du circuit magnétique. Dans ce cas on peut se passer de la soupape 26a.