<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements à des installations productrices d'énergie utilisant un fluide élastique ".
La présente invention est relative à des installa- tions productrices d'énergie fonctionnant avec un fluide élastique comme agent actif et soumises à des charges variables à des vitesses variables, et plus particulière- ment à des installations productrices d'énergie du type comprenant une section d'alimentation contenant un ou plusieurs compresseurs et les machines qui les entrainent, une section à moteurs producteurs d'énergie produisant une énergie de sortie utilisable et des dispositifs de chauffage tels qu'une ou plusieurs chambres de combus-
<Desc/Clms Page number 2>
tion pour échauffer le fluide élastique comprime par les compresseurs de la section d'alimentation en sorte de transformer le dit agent ou fluide moteur en vue d'ac- tionner les moteurs des comnressurs de la section d'ali-- mentation et les moteurs de la section motrice.
Des installations'productrices d'anergie de ce type sont utilisées à des fine de traction, comme par exemple pour la propulsion de véhicules sur routes et sur rails, pour la commande des chevalements de forage et d'exploi- tation de puits de pétrole, de pelles à moteur, de machines d'épuisement et analogues. Par commodité les moteurs de la section motrice seront appelés ci-après "moteurs à énergie ".
L'invention a pour objet, en premier lieu, de procurer une installation ou un système de production d'énergie dont les parties composantes sont agencées suivant de nouvelles relations mutuelles aboutissant à un nouveau cycle de fonc- tionnement non seulement capable d'un effet thermodynamique à rendement très élevé, mais présentant aussi intrinsèque- ment la caractéristique exigée pour faire face à des charges de traction demandant la production de grandes va- leurs de couple aux vitesses de ralenti ou aux petites vitesses, avec diminution de la demande en couple lorsque la vitesse augmente, tout en demandant en même temps l'ap- plication à la chargedu maximum de puissance ou d'effort de traction indépendamment de la vitesse.
L'invention a en outre pour objet de fournir un refroidissement convenable des surfaces de travail des moteurs, en contact avec l'agent actif, agissant de telle façon que les moteurs sont suffisamment refroidis même à faible vitesse ou au ralenti, puisqu'ils sont exposés à l'agent actif chaud même dans ces conditions de marche.
Suivant la présente invention, dans une installation
<Desc/Clms Page number 3>
productrice d'énergie du type précité, tous les moteurs de la section motrice sont du type à déplacement positif et les conduites transportant l'agent actif vers les mo- teurs d'entraînement de la section d'alimentation et au moteur à énergie communiquent librement l'une avec l'au- tre , en sorte qu'à vitesse décroissante des moteurs de la section motrice, l'écoulement diminuant résultant d'agent actif, au travers de la dite section, amène un apport augmenté d'agent actif aux machines d'entraînement de la section d'alimentation, entraînant une pression accrue de l'agent actif et augmentent de ce fait le couple développé par la section motrice.
Une diminution de vitesse de la section motrice constituée par un ou plusieurs moteurs, à partir d'un ni- veau constant de fonctionnement, se traduit par un écoule- ment diminué de fluide moteur à travers la section mo- trice, jusqu'à ce qu'au ralenti aucun fluide moteur ne traverse la section motrice,à l'exception des fuites.Ce changement de régime a pour résultat d'augmenter la quan- tité de fluide moteur pour les moteurs de la section d'a- limentation, et, par conséquent, d'augmenter automatique- ment la pression du fluide moteur dans le système. Une pression augmentée agit ainsi sur les surfaces de travail du moteur à énergie appliquant de ce fait un couple aug- rnenté à la charge extérieure.
En d'autres termes, le mo- teur à énergie du système présente une caractéristique de counle dont le maximum est au ralenti et qui tombe lorsqu'augmente la vitesse du moteur. t'invention a encore pour objet de permettre un remplissage additionnel des chambres d'expansion des mo- teurs à énergie, au ralenti ou aux faibles vitesses.
En vue de permettre un tel remplissage additionnel, les moteurs à déplacement sont pourvus d'ouvertures d'ap- port spéciales à l'orifice d'introduction d'agent actif, les dites ouvertures étant en communication avec une
<Desc/Clms Page number 4>
source de fluide élastique comprime et avec les chambres d'expansion du moteur de telle façon qu'un anport addition- nel de fluide moteur aux chambres d'expansion a lieu par ces ouvertures même âpres que la chambre d'expansion effecti ve en question s'ouvre à rencontre de l'échappement du moteur. Les ouvertures d'apport peuvent de ce fait être en communication avec une source séparée de fluide moteur ou avec la même section d'alimentation qui alimente le moteur en fluide moteur.
Si dans ce dernier cas l'ensem- ble d'alimentation consiste en un compresseur avec machine d'entraînement et chambre de combustion, les communications avec les ouvertures d'apport neuvent être disposées avant la chambre de combustion s'il est désirable d'apporter du fluide comprimé froid par les dites ouvertures, par exemple dans le cas où elles sont nourvues de vannes de réglage qu'il faut refroidir, ou, en variante, anrès la chambre de combustion s'il n'est pas nécessaire d'avoir du fluide froid.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail en se référant aux dessins annexés au présent mémoire, illustrant à titre d'exemple certaines de ses formes de réalisation,.dessin dans lesquels :
Fig. 1 montre, en partie en coupe, une forme de réa- lisation du système de l'invention, où non seulement le moteur à énergie mais aussi le compresseur, et la machine entraînant le compresseur consistent en machines à déplace- ment positif;
Fig. 2 est une coupe du compresseur suivant la ligne Ii-II de Fig. l;
Fig. 3 est une coupe du moteur à énergie suivant la ligne III-III de Fig. 1;
Fig. 4 montre à plus petite échelle une forme de réa- lisation semblable à celle de Fig. 1 mais dont la machine d'entraînement du compresseur se présente sous forme d'une turbine et dont la chambre de combustion est divisée
<Desc/Clms Page number 5>
en deux parties, une partie pour le moteur à énergie et l'au- tre pour la turbine du compresseur;
F@g. 5 montre une forme de réalisation semblable à celle de Fig.4, une conduite à embranchements étant prévue pour amener une partie de l'air comprimé, directement aux chambres de combustion, constituant un by-pass sur le système refroidisseur du moteur à énergie;
Fig. 6 est une coupe transversale suivant la ligne 'VI-VI de Fig. 1, offrant une vue de la surface, côté inté- rieur, du plateau terminal et illustrant une forme de réa- lisation de l'invention présentant les ouvertures d'apport sous forme d'évidements ou de rainures en communication avec l'orifice d'admission du moteur ;
Fig. 7 etsont des coupes suivant les lignes VII-VII et VIII-VIII de Fig. 6;
Fig. 9 montre un diagramme pV illustrant la caractéris- tique de marche d'un moteur à déplacement, tantôt avec, tantôt sans ouvertures d'apport ;
Fig. 10 montre un autre modèle d'ouvertures d'apport pour un moteur du même type que le moteur à énergie sui- vant Fig. 1, et
Fig. 11 est une coupe correspondante à Fig. 10 pour une forme de réalisation où on a prévu des vannes de réglage dans les ouvertures d'apport.
L'installation montrée à la Fig. 1, comprend comme parties principales un compresseur 10 pour la compression de l'agent actif gazeux, une machine d'entraînement 12 reliée au dit compresseur, un moteur à énergie 14 pour produire la puissance utilisable développée par l'installation et une chambre de combustion 16 où l'agent actif nécessaire est pro- duit par la combustion d'un combustible convenable, généra- lement liquide ou gazeux, dans l'agent actif gazeux compri- mé par le compresseur, cet agent en règle générale, étant de
<Desc/Clms Page number 6>
l'air. Un certain nombre de tuyaux ou conduits nécessaires pour la distribution de l'air et du gaz, complètent le sys- tème.
L'air est aspiré par le compresseur 10 à travers un( manche d'admission d'air 18, comprimé entre les pales des rotors 20 et 22 et le carter de compresseur 24 et quitte le compresseur en passant par son ouverture d'échap- pement 26 dans une chambre de distribution 28 communi- quant directement avec l'extrémité côté échappement du carter du compresseur. De cette chambre de distribution 28, une partie de l'air comprimé est conduite à travers le sys- tème refroidisseur du moteur 12 du compresseur, relié direc- tement à la dite chambre 28 et de là à la chambre de com- bustion 18 par la conduite 30.
Le reste de l'air est conduit par la conduite 32 dans une chambre de distribution 34 à une des extrémités de la machine motrice 14, d'où il passe à travers le dit moteur à'énergie et par la conduite 36 également dans la chambre de combustion 16.
Dans la ohambre de combustion 16, une quantité convenable de combustible, par exemple de l'huile, est injectée par les tuyères 38 et est brûlée, après quoi l'agent gazeux chaud ainsi produit est conduit en partie au moteur 12 du compresseur et en partie au moteur à éner- gie 14, par les conduites 40, 42 respectivement. Lorsque le gaz se détend entre les rotors 44 et 46 et l'enveloppe du moteur à énergie 14, l'énergie thermique du gaz est transformée en énergie mécanique, qui est utilisée par un arbre de sortie 30.
Le moteur du compresseur dans la forme de réalisation illustrée, étant du même modèle que le moteur à énergie, l'énergie , dans ce cas, est également transformée de la manière décrite en se référant au moteur à énergie et la puissance développée par le moteur du compresseur est transmise au compresseur par un arbre 52 et un accouplement
<Desc/Clms Page number 7>
54. Dans le système illustré l'arbre entre les deux machi- nes est relié aux rotors 20 et 56.
Le gaz détendu quitte le moteur à énergie en traver- sant l'échappement 58 et le moteur du compresseur en traver- sant l'échappement 60 et peut soit s'échapper directement dans l'atmosphère soit traverser d'abord un récupérateur (non montré) et y transférer une partie de son contenu de chaleur à l'air comprimé, avant que ce dernier soit conduit à la chambre de combustion 16. Comme déjà mentionné plus haut, l'air comprimé, dans son passage vers la chambre de combustion 16, traverse le système de refroidissement des moteurs 12 et 14. Comme indiqué à la figure, l'une des fonctions de l'air est de refroidir les rotors et le carter des moteurs respectifs.
Dans ce but, l'air est distribué par les chambres de distribution respectives 28 et 34 aux systèmes refroidisseurs des rotors et du carter et est amené aux extrémités opposées des moteurs aux deux conduites 30 et 36 respectivement. Le refroidissement ainsi obtenu permet une haute température de l'agent actif et ainsi un rendement élevé par unité de poids d'air, de même qu'est obtenu un haut rendement thermique.
Une description plus détaillée du compresseur et la construction du moteur en ce qui concerne un modèle conve- nable des rotors, des orifices d'admission et d'évacuation, ainsi que du système refroidisseur, est exposée dans le mémoire de la demande de brevet simultanée du demandeur n de série 775.928. Dans le but de les refroidir, les rotors sont pourvus de canaux de refroidissement 62 et 64 (Figs.l et 3) s'étendant de préférence le long des palettes du rotor.
On attire ici l'attention sur le fait que le compres- seur peut être de tout type convenable, tel qu'un compres- seur à déplacement ou dynamique, et que le moteur 12 de compresseur n'a pas besoin nécessairement d'être du type à
<Desc/Clms Page number 8>
déplacement, mais peut également être par exemple une turbine à gaz du type positif ou à réaction, de modèle conve- nahle. Le moteur à énergie, cependant, doit être du type à déplacement pour présenter les caractérirtiques de fonction- nement spéciales que cette invention se propose de réaliser.
La différence principale entre la forme de réalisation montrée aux Figs. 4 et 5 et la forme de réalisation décrite ci-dessus est que le moteur du compresseur 10 comprend une turbine à gaz 66 et que deux chambres de combustion 68 et 70 sont substituées à la chambre de combustion commune 16 décrite dans la forme de réalisation précédente, dans le but de fournir un réglage de la température de l'agent actif à une température convenable pour les différents moteurs d'anrès leur résistance . Ce système fonctionne comme suit .
Le l'air est aspiré par le compresseur 10 par son orifice d'admission 18 et est comprimé comr,ie décrit nrécé- demment. L'air comprimé est conduit par la conduite 72 au moteur à énergie 14, traverse le système refroidisseur du moteur à énergie de manière à refroidir ses surfaces de travail et est conduit par la conduite 74 qui bifurque et débouche séparément dans deux chambres de combustion 68 et 70. Dans ces chambres de combustion l'air comprimé est chauffé par la combustion d'un combustible convenable liquide ou gazeux injecté par les tuyères 76, 78 et transformé en fluide moteur qui finalement est conduit par les conduites 80 et 82 à la turbine de compresseur 65 et au moteur à énergie 14, respectivement.
Ce fluide moteur s'y détend avec transformation de son contenu d'énergie ther- mique en travail mécanique et s'échappe par les orifices d'échappement 84 ou 85 dans l'atmosphère ou dans un échan- geur de chaleur.
Il n'est naturelle:nent pas essentiel de permettre à la totalité de l'air comprimé de traverser le système refroi-
<Desc/Clms Page number 9>
disseur du moteur à énergie . En variante, une partie de l'air peut être amenée directement aux chambres de combus- tion par l'intermédiaire d'un tuyau à embranchements 86, Fig. 5. Une vanne 88 ou dispositif analogue est de préfé- rence situé dans le tuyau 86 à embranchements pour régler la quantité d'air qui le traverse.
Avec un système agencé suivant l'invention, il est possible d'obtenir un couple de démarrage qui vaut 5 ou 6 fois le couple de marche normale, Si dans un système comme décrit ci-dessus, le moteur à énergie du type à dépla- cement est remplacé par une turbine, une multiplication de couple maxima peut être obtenue, dans des conditions semblables àux autres points de vue, laquelle est seulement 2 ou 3 fois le couple de fonctionnement normal. Si dans un cas donné il suffit d'une multiplication de couple de 2 ou 3 fois le couple de marche normale, cette multiplication de couple peut être obtenue suivant le système de l'inven- tion à des frais considérablement moins élevés et avec un rendement supérieur à ce qui aurait lieu si le moteur à énergie comprenait une turbine.
S'il est désirable d'augmenter encore le couple au ra- lenti et aux Paibles vitesses ou, en variante, de créer des couples élevés pour une augmentation limitée de la pression du fluide moteur, il convient d'adopter une forme de réalisation comprenant un remplissage variable de la chambre d'expansion du moteur à énergie.
Dans le but de rendre possible un remplissage accru des chambres de travail du moteur à énergie aux faibles vitesses et au ralenti, le moteur à énergie 18, comme on le voit aux Figs. 6-8, 10 et 11, est pourvu d'ouvertures d'ap- port spéciales, de telle sorte qu'un remplissage de flui- de élastique comprimé arrive aux chambres d'expansion même après qu'elles ont été coupées de l'orifice d'admission proprement dit.
Dans la forme de réalisation montrée à la Fig.6
<Desc/Clms Page number 10>
les ouvertures d'apport sont formées en rainures ou en évidements 102 et 104 dans le plateau côté extrémité d'ad- mission du carter du moteur, les dites rainures s'étendant à partir de l'orifice d'admission périphériquement sur une partie de la circonférence de chaque rotor. Les dites ou- vertures ou rainures d'apport peuvent avoir un développement tel que la communication entre l'orifice d'admission et les chambres d'expansion est maintenue par celles-ci pour une partie de la période d'expansion telle que le remplissage désiré soit obtenu.
En tous cas le dit développement doit être réduit de telle façon que le remplissage soit interrom- pu au moins lorsque les chambres de travail ou d'expansion s'ouvrent sur l'orifice d'évacuation du moteur, ou éventuel- lement peu de temps après. Dans les premiers modèles l'orifi- ce d'admission du moteur était limité aux lignes indiquées à la Fig. 6 par les désignations de référence 106, 108 et 110 et ainsi les ouvertures d'apport dans cette forme de réalisation sont constituées nar les rainures se trou- vant entre les lignes 108 et 112 ou 110 et 114 respective- ment .
Dans les premiers modèles la communication entre l'o- rifice d'admission et une chambre d'expansion a été coupée par les filets de rotor limitant la chambre d'expansion lorsque les dits filets défassent la ligne 108 et 110 respec- tivement. Du fait du développement des rainures 102 et 104 la chambre d'expansion du moteur sera en communication avec l'orifice d'admission pour une période de temps supplémen- taire nécessaire pour que les filets de rotor se dégageant se déplacent des lignes 108 et 110, respectivement, aux points terminaux 112 et 114, respectivement,des rainures ou ouvertures d'anport 102 et 104, respectivement.
La quantité ou le volume d'agent actif s'écoulant à travers les dites ouvertures d'apport par rapport à l'aug- mentation de volume des chambres de travail dans la rota-
<Desc/Clms Page number 11>
tion des rotors de la position 105 à 112 et de la position 110 à 114 respectivement doit être tel qu'à vitesse normale l'écoulement à travers les dites ouvertures d'ap- port soit pratiquement sans influence sur les caractéris- tiques du moteur.
Lorsque la vitesse du moteur décroît, toutefois, la quantité s'écoulant dans les chambres de travail du moteur, en traversant les ouvertures d'appoint, aura une influence croissante ayant pour consé- quence une pleine pression dominant dans les chambres de travail au ralenti jusqu'à ce qu'au début de la rotation les arêtes fermantes des différents filets dépassent les points terminaux 112 et 114 des rainures 102 et 104 respec- tivement . Le remplissage des chambres de travail du moteur après que leur propre orifice d'admission a été coupé aura ainsi pour résultat une pression moyenne élevée dans les chambres de travail pendant la période de détente et do ce fait, un couple augmenté sur l'arbre de sortie.
Ln faisant varier le développement des rainures 102 et 104 en direction périphérique, aussi bien qu'en faisant varier l'aire traversée par l'écoulement, il est évidemment possible d'influencer la caractéristique de couple du moteur comme on le désire.
Dans la forme de réalisation montrée à la Fig.10 les ouvertures d'apport 202, au moyen d'un canal ou de dispositifs analogues 204, sont en communication avec une source de fluide élastique sous pression, par exemple le tuyau ou conduit d'admission du fluide moteur au moteur.
Fig. 11 illustre une forme de réalisation semblable à celle qui a été montrée à la Fig. 10 avec cette différence, toutefois, que les ouvertures d'apport 202 sont réglables au moyen de vannes refroidies 214. Les vannes 214 sont pourvues d'une tête de vanne refroidie 208 et d'un canal d'admission 206 pour l'agent refroidisseur, et la tête de vanne 208 est en outre pourvue de trous et de rainures 212
<Desc/Clms Page number 12>
pour l'injection d'agent refroidisseur dans le canal 204 et éventuellement de perforations spéciales 210 pour introduire de l'agent refroidisseur par les ouvertures d'apport 202, dans les chambres de travail du moteur. La forme de réalisation suivant la Fig. Il illustre une vanne avec une tête de vanne analogue à un piston.
Il est cepen- dant évident que des vannes à manchon pouvant glisser ou tourner peuvent être: employées avec le même avantage pour commander l'écoulement du fluide moteur au travers des ouvertures d'apport. En employant des vannes, ces ouvertures à travers lesquels se produit l'écoulement aussi bien que les canaux allant aux dites ouvertures peuvent être dimen- sionnés avec une aire ou section plus large que dans les cas d'admission non contrôlée, permettant ainsi plus vite et plus complètement le remplissage à faible vitesse, l'incon- vénient de l'emploi de telles ouvertures d'apport plus grande aux grandes vitesses pouvant être évitable simul- tanément par étranglement.
Les vannes peuvent être prévues pour être actionnées à la main ou automatiquement. La commande automatique peut être contrôlée d'une manière connue en elle-même en rapport avec la vitesse du moteur, soit de telle manière que les vannes diminuent successivement l'aire offerte à l'écoule- ment dans les ouvertures d'anport à vitesse croissante et les ferment totalement à vitesse normale, soit de telle manière qu'elles soient tout à fait ouvertes aux(petites vitesses et qu'elles ferment automatiquement les ouvertures d'apport lorsque la vitesse dépasse une certaine valeur prédéterminée pour chaque installation.
Il est naturellement possible aussi d'tudier les vannes pout une commande automatique dépendant des varia- tions de pression du fluide moteur de telle façon que les vannes ouvrent les canaux vers les ouvertures d'apport lors- que la dite pression augmente à vitesse décroissante du mo-
<Desc/Clms Page number 13>
teur u déolacetiient positif. Dans ce cas la vanne peut être du modèle à boule ou disque chargé par un ressort.
Comme déjà mentionné, la Fig. 9 des dessins montre des diagrammes pour un moteur à déplacement avec et sans ouvertures d'apport. Les conditions de fonctionnement d'un moteur sans ouvertures d'apport sont caractérisées par la ligne en trait plein a, et les conditions correspondantes d'un moteur pourvu d'ouvertures d'apport au ralenti sont caractérisées par la ligne pointillée b, comme cela résulte évidemment de ce qui précède . Les conditions de marche d'un moteur muni d'ouvertures d'apportée faible vitesse seront caractérisées par une ligne tracée entre les deux valeurs limites a et b.
L'invention n'est naturellement pas limitée aux systè- mes décrits ci-dessus, mais peut être modifiée dans ses détails. Par exemple, il est possible d'employer une chambre de combustion commune pour le système décrit en se référant aux Figs. 4 et 5, en même temps, pour conduire une partie de l'air comprimé de manière à le mélanger avec l'agent actif échauffé fourni à la turbine du compresseur en vue de produire différentes températures du fluide four- ni à la dite turbine et au moteur à énergie du type à déplacement, qui est refroidi plus efficacement.
Revendications.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.