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SOUPAPE D'ECHAPPEMENT POUR MACHINES A GAZ DE GRANDE PUISSANCE.
La présente invention est relative à des soupapes d'échappement pour machines à gaz de grande puissance et elle a pour but de parvenir à une soupape d'échappement qui allie à l'avantage d'une plus grande durée en servi- ce celui de la possibilité d'une mise en valeur particulièrement avantageuse des chaleurs d'échappement de telles machines à gaz de grande puissance.
Les soupapes d'échappement et corps de soupape des machine.s à gaz de grande puissance sont exposés à des contraintes thermiques exception- nelles dont la conséquence est qu'il se produit une usure rapide s'ajoutant à l'usure élevée causée par le fonctionnement même des soupapes, de telle sorte que les soupapes et corps de soupape doivent être souvent remplacés.
Le mode de refroidissement actuel des corps de soupape en fonte grise ou en acier coulé à l'aide d'une chemise de refroidissement réalisée par exécution du corps avec une double paroi et parcouru par de l'eau à température nor- male, est imparfait du point de vue du bilan thermique, car il n'est alors pas possible de refroidir aussi intensément que cela est souhaitable les em- placements où cela est le'plus nécessaire, en particulier les organes inté- rieurs de la soupape. D'autre part, la quantité de chaleur contenue dans les quantités d'eau de refroidissement nécessairement grandes, et portées à une température relativement faible et à une pression faible, ne peut être mise en valeur, après que cette eau à rempli son rôle, que dans une mesure li- mitée.
En outre, avec ce mode de refroidissement, il est encore toujours néces- saire d'intercaler entre les différentes soupapes d'échappement ou dans la conduite d'échappement d'autres corps de refroidissement pour récupérer les quantités de chaleur qui peuvent, dans l'ensemble, être mises en valeur, en particulier lorsque l'on veut utiliser des tubes d'acier normaux pour l'évacua- tion des gaz d'échappement.
La présente invention évite ces inconvénients et conduit à une soupape d'échappement ou à un corps de soupape qui, en raison de son agence- ment d'un genre nouveau, rend possible un refroidissement intense de tous les emplacements qui doivent être nécessairement refroidis, l'extraction de chaleur se faisant en totalité dans la région de la soupape d'échappement même, tandis qu'on peut supprimer les dispositifs additionnels à intercaler
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dans la conduite d'échappement pour continuer l'extraction de chaleur.
Ces possibilités s'obtiennent, selon la présente invention, par le fait que le corps de la soupape est exécuté sous la forme d'une cons- truction en acier à une seule paroi. L'épaisseur de paroi du boîtier, rédui- te de cette façon à un minimum, et la place gagnée par ce moyen rendent pos- sible un refroidissement d'un genre entièrement nouveau des éléments inté- rieurs et du corps de la soupape par des serpentins de refroidissement qui recouvrent les parois intérieures du corps tout comme les parois extérieures des éléments intérieurs et parcourus à grande vitesse par un agent de refroi- dissement porté, à une pression relativement élevée.
On exécute d'une façon particulièrement avantageuse le corps de la soupape sous la =forme d'une construction soudée composée de tôles d'acier normales. On élimine, par ce moyen, et en même temps de façon pratiquement complète, le risque de formation de fissures dans les corps de soupape comme il en existe dans une forte mesure dans les corps venus de fonderie.
Le fonctionnement des serpentins de refroidissement avec de l'eau de refroidissement refoulée à grande vitesse à travers ces serpentins sous une pression de 12 atmosphères effectives par exemple, qui rend possible une éva- cuation plus rapide et plus efficace de la chaleur, a lieu d'une manière par- ticulièrement avantageuse avec l'eau de la chaudière à chaleur d'échappement ordinairement adjointe à la machine, c'est-à-dire qu'on insère les serpentins dans le circuit d'eau de cette chaudière à chaleur d'échappement.
Les quantités de chaleur retirées se présentent sous la forme de ce qu'on appelle de la chaleur de haute qualité, et peuvent, sous cette forme, être, du point de vue économique, bien mieux mises en valeur.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, on met à profit l'espace libre obtenu par l'exécution d'un genre nouveau du corps de la soupape pour loger d'autres conduites de refroidissement,qui, en agissant directement sur les gaz d'échappement, abaissent leur température dans une mesure telle que, pour leur transport, on peut utiliser des tubes en acier ordinaire. On obtient ainsi le même résultat qu'avec une solution an- cienne, mais qui n'appartient pas à l'état de la technique, suivant laquelle un tel abaissement limité de la température des gaz d'échappement a lieu à l'aide de corps de refroidissement spéciaux insérés dans la conduite d'échap- pement après les soupapes d'échappement.
Gela est d'une importance considérable, d'une part, en raison de la place relativement petite dont on dispose dans les machines à gaz dE) grande puissance pour loger de tels dispositifs de refroidissement montés en aval et d'autre part, du point de vue de la réalisation d'une meilleure fa- cilité de réglage de la chaleur extraite, et pour des raisons générales rele- vant du bilan thermique.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, on prévoit encore un refroidissement supplémentaire pour les parties dé la soupa- pe qui sont exposées en premier lieu à l'usure mécanique et aux contraintes thermiques, parties qui, dans la mesure nécessaire, sont exécutées en une ma- tière de qualité particulière, comme le cônede la soupape d'échappement, le siège de la soupape et le manchon situé du côté chaud.
D'autres caractéristiques de la présente invention, vont ressor- tir de la description suivante d'une forme d'exécution, donnée à titre d'exem- ple, de la nouvelle soupape d'échappement ou du corps de cette soupape, en regard du dessin annexé dont la figure unique représente une coupe axiale du corps de la soupape.
Dans cette figure, 8 désigne l'enveloppe extérieure, exécutée en . tôle'd'acier soudée, du corps auquel se raccorde la pièce de jonction 18 en direction de la soupape suivante ou de la conduite d'échappement.
La soupape logée dans le corps se compose du cône de soupape 1, avec le collier 2 et la tige 6, également exécuté en construction soudée, et en acier spécial aux endroits exposés à l'usure. La tige. de la soupape est. :0
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guidée dans la chemise d'usure 3 durcie intérieurement.
Ainsi que cela est indiqué en 20, il a été pratiqué dans la tête du cône de soupape, par usinage au tour, des rainures qui sont parcourues par de l'eau de refroidissement amenés;- et évacuée;: par l'intermédiaire du tube de cuivre 4 disposé dans la tige de soupape creuse et par des tuyaux de caout- chouc 5a et 5b branchés en 5. Avec les gorges ou rainures de guidage prati- quées dans la tête de la soupape, on obtient la vitesse élevée pour l'eau, qui est nécessaire à l'obtention d'un bon effet de refroidissement.
Par différence avec l'exécution jusqu'ici habituelle où le siège
7 de la soupape se compose d'une simple plaque annulaire en hématite ou en acier, le siège 7 de la soupape se compose de deux plaques annulaires 7a et
7b combinées ensemble et assemblées par soudure, dans lesquelles ont été pratiquées au tour des rainures qui sont également parcourues par un agent réfrigérant, de préférence de l'eau de la chaudière. Le siège proprement dit de la soupape est exécuté en acier spécial, comme la partie correspon- dante du cône de la soupape.
A l'intérieur de l'enveloppe extérieure 8 du corps et, le cas échant, de la conduite 18 qui y fait suite ont été disposés les tubes de refroi- dissement 9 agencés à la façon de serpentins, qui recouvrent entièrement la sur- face intérieure de l'enveloppe extérieure de la soupape etc..., au moins dans la région située vis-à-vis des organes intérieurs de la soupape.Ces organes intérieurs mêmes sont recouverts de la même manière par les spires Il de tube de refroidissement. Les tubes de refroidissement 9 aussi bien que les tubes 10 sont branchés, de préférence,ainsi que cela a été dit au début,sur le cir- cuit d'eau de la chaudière chauffée par les chaleurs d'échappement de la machine.
L'agent de refroidissement, c'est-à-dire l'eau chaude de la chaudière chauffée par les chaleurs d'échappement, portée à une pression de l'ordre de grandeur de 12 atmosphères effectives, leur est amené par la buse d'entrée 12 à travers des ouvertures appropriées et est évacué de la même façon en 16.
10 désigne les tubes placés dans l'intervalle compris entre l'en- veloppe extérieure du corps de la soupape et la soupape, à l'intérieur de ce corps, pour le refroidissement direct des gaz d'échappement, ces tubes fonc- tionnant de la même manière que les tubes 9 et 11 et leur effet de refroidis- sement étant calculé, de préférence, de telle sorte que la température des gaz d'échappement soit abaissée à 100 à 4500 C environ, c'est-à-dire dans une mesure telle qu'il soit possible de les évacuer dans des tubes d'acier ordinai- res.
Une autre caractéristique particulière de la-présente invention consiste dans le refroidissement supplémentaire du manchon 13a situé du côté chaud de la partie intérieure de la soupape et dans le refroidissement qu'on obtient de cette façon pour le cône de la soupape 2 à l'aide des conduits pratiqués au tour dans ce manchon et qu'on voit sur la figure.
Par ce moyen, on obtient une durée en service pratiquement illimitée pour ce manchon qui est soumis, dans les dispositions connues, et par suite de la température élevée à laquelle il est exposé, à une très forte usure, et on obtient un ef- fet semblable sur -le collier de la soupape qui est si bien refroidi par rayonne- ment qu'il n'est plus nécessaire d'utiliser pour sa construction, comme ce- 'la était nécessaire jusqu'à présent, une matière spéciale coûteuse.
On a constaté, d'autre part, qu'il est avantageux de ne pas mon- ter de façon fixe, comme il était d'usage jusqu'ici, le manchon de guidage 17 de la soupape, qui est exposé à l'usure d'une manière particulièrement intense mais comme on le voit sur le dessin, et de le disposer dans un pot spécial qui peut être démonté séparément et permet ainsi un remplacement fa- cile du manchon. En avant du manchon situé du côté chaud proprement dit est monté un presse-étoupe qui porte avec avantage, au lieu des anneaux de gui- dage en laiton rouge et en fonte grise, seuls en usage précédemment, des an- neaux en charbon.
Par ce moyen, on réduit considérablement l'usure à cet emplacement, où elle était très forte à cause de l'impossibilité d'un bon graissage de la tige du fait de-la température élevée.
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Il va de soi que l'invention ne se limite pas à la forme d'exécu- tion ci-dessus décrite et représentée au dessin, et quelle peut, au contrai- re, être modifiée à divers points de vue sans qu'on s'écarte de son principe.
En particulier, le principe du refroidissement de pièces de ma- chine soumises à des contraintes thermiques élevées, de la manière décrite, c'est-à-dire par des tubes et conduits avec un agent de refroidissement re- foulé, à travers ces tubes et conduits, à une grande vitesse, avec récupéra- tion de chaleur de haute valeur, est susceptible d'une application générale.