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DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT COMBINE POUR DES INSTALLATIONS D'ENTRAINEMENT COMPRENANT UN MOTEUR A COMBUSTION REFROIDI PAR UN LIQUIDE ET DES RESISTANCES
DE FREIN ELECTRIQUES.
La présente invention concerne le dispositif de refroidisse-: ment d'installations d'entraînement actionnées par des moteurs à combustion refroidis par un liquide, le freinage de ces installations étant effectué électriquement au moyen de résistances de freinage combinées avec des moteurs électriques à commutation pouvant être couplés de manière à fonctionner en' génératrices, ou avec des moteurs analogues. On rencontre de telles condi= tions de marche en particulier pour les véhicules Diesel-électriques circulant sur des rails et auxquels l'invention est par conséquent applicable de préférence.
L'invention peut toutefois aussi être appliquée à toutes les aitres installations d'entraînement , donc par exemple aussi aux installations stationnaires, lorsque les conditions de marche sont celles qui sont indiquées ci-dessus.
Lorsqu'il s'agit de véhicules Diesel-électriques circulant aur des rails, le freinage du véhicule moteur ou encore d'un train entier est effectué dans la plupart des cas par la commutation des moteurs de marche et leur couplage tel qu'ils fonctionnent en génératrices, l'énergie électrique ainsi produite étant absorbée et détruite par des résistances de freinage.
Comme une partie de l'énergie du combustible, celle qui est transf ormée en puissance mécanique, est à peu près aussi grande que la chaleur perdue que le radiateur doit évacuer, (ces deux quantités d'énergie étant égales chacune à peu près à un tiers de l'énergie totale du combustible, le troisième tiers étant perdu sous forme de chaleur d'échappement), et comme, d'autre part, la quantité d'énergie qui entre en jeu lors du freinage du véhicule et à peu près la meme que celle qui est dépensée sous forme de puissance mécanique pour l'entralnement, il en résulte que la quantité de chaleur libérée dans les résistances électriques de freinage est à peu près du même ordre de grandeur que la quantité de chaleur transmise à l'eau de refroidissement du moteur.
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Cette chaleur de freinage considérable doit être évacuée d'une manière appropriée. Pour les voitures motrices de tramways on connaît, à cet effet, des dispositifs dans lesquels les résistances de freinage sont refroidies au moyen d'une soufflerie de refroidissement particulière. Pour les locomotives Diesel, on a aussi construit, en considération du fait qu'il existe déjà de toute manière une soufflerie pour le refroidissement de l'eau du radiateur du moteur, un dispositif dans lequel la même soufflerie sert aussi bien pour le refroidissement de l'eau du radiateur du moteur que pour le re- froidissement des résistances électriques.
Dans ces conditions, comme la marche et le freinage n'ont naturellement lieu qu'alternativement, le courant d'air produit par la soufflerie était envoyé suivant les besoins,par le rabattement de clapets ou l'ouverture et la fermeture de jalousies, à travers les éléments de refroidissement de l'eau du radiateur du moteur ou encore sur les résistances électriques de freinage. Grâce au dispositif de commutation on n'a besoin, pour le refroidissement,que d'une seule soufflerie dont les dimensions n'ont pas besoin d'être plus grandes que celles de la soufflerie qui, de toute manière , est déjà nécessaire pour le refroidissement du moteur Diesel. Un inconvénient de cette disposition consiste toutefois en ce que @ le dispositif commutateur et les deux conduites d'air distinctes prennent relativement beaucoup de place.
En outre, il est indispensable d'utiliser, pour simplifier le service, un mécanisme automatique actionnant le clapet commutateur ou respectivement les jalousies pour le freinage et pour la mar- che.
On pourrait aussi utiliser un dispositif dans lequel les résistances de freinage aussi bien que les éléments de refroidissement de l'eau du radiateur sont constamment traversés directement les uns derrière les au= tres par le courant d'air de la soufflerie de refroidissement. Ceci permettrait de supprimer les conduites d'air distinctes, le dispositif commutateur et aussi le mécanisme automatique. D'autre part, toutefois, le montage permanent en série du radiateur du moteur et des résistances de freinage entraînerait une augmentation de la résistance opposée au courant d'air de refroidissement, ce qui exigerait une soufflerie d'une plus grande puissance et diminuerait le rendement total de l'installation.
Or, suivant la présente invention, dans les installations d'entraînement comprenant un moteur à combustion refroidi par un liquide et des résistances de freinage électriques, notamment dans les installations d'entraînement de véhicules Diesel-électriques, le liquide de refroidissement du moteur est utilisé directement ou indirectement pour évacuer la chaleur des résistances de freinage électriques. L'énergie de freinage est donc d'abord absorbée directement ou indirectement par le liquide de refroidissement du moteur d'entraînement, puis transmise à l'air de refroidissement dans le radiateur existant du moteur.
Comme le dégagement de chaleur n'a jamais lieu simultanément dans le moteur à combustion et dans les résistances de freinage, et comme, au contraire, ce dégagement n'a lieu qu'alternativement, il n'est pas nécessaire d'augmenter les dimensions du radiateur calculé jusqu'ici pour le moteur seul, ni celles de la soufflerie de ' refroidissement, et il n'est pas nécessaire non plus d'apporter des modifications quelconques au canal à air ou au radiateur ni au dispositif de ré- ' glage servant à maintenir constante la température du fluide de refroidissement.
On obtient encore un autre avantage lorsque la température extérieure est basse et dans les longues descentes, c'est-à-dire dans des conditions de marche telles que les éléments de refroidissement évacuent souvent, même lorsque la soufflerie est arrêtée, plus de chaleur que celle qui est produite pendant la marche à vide du moteur à combustion; dans ces conditions l'eau de refroidissement est réchauffée par les résistances de freinage et l'on évite ainsi le refroidissement exagéré, qui se produirait autrement, de l'éan de refroidissement du moteur et du moteur lui-même.
En outré, avec le dispositif qui fait l'objet de l'invention, les organes de réglage qui servent à régler la température du fluide de refroidissement travaillent considérable- ment moins, parce que les lacunes existant jusqu'ici dans la production de
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chaleur pendant la marche à vide du moteur à combustion sont compensées en partie par l'énergie de freinageo
Un mode de réalisation avantageux du dispositif de refroidissement qui fait l'objet de l'invention consiste en ce que les résistances de freinage sont baignées ou traversées directement par le liquide de refroidissement du moteur. Dans ces conditions les résistances peuvent être constituées, par exemple, comme dans le cas des bouilloires à immersion, par des' tubes de chauffage baignés par l'eau.
Il suffit alors de donner à l'échangeur de chaleur en question des dimensions beaucoup plus petites que celles des résistances de freinage utilisées jusqu'ici et refroidies par de l'air, car la transition de chaleur entre les éléments de chauffage et le liquide de refroidissement, surtout lorsque ce liquide est de l'eau, est sensiblement meilleure qu'entre les éléments de résistance et l'air.
On pourrait craindre parfois des détériorations produites par la corrosion, par l'humidité renfermée, etc. sur les éléments de résistancebaignés par l'eau. Suivant une autre caractéristique de l'objet de l'invention l'évacuation de la chaleur de freinage produite par les résistances dé freinage est effectuée par conséquent sur un liquide de refroidissement intermédiaire particulier, (par exemple de l'huile ou un autre liquide isolant ne provoquant pas de corrosion), et de ce liquide sur le liquide de refroidissement du moteur à combustion, ces deux transitions de chaleur pouvant avoir lieu dans des échangeurs de chaleur réunis par construction ou distincts.
Les résistances de freinage et respectivement l'échangeur de chaleur intermédiaire pourraient être montés de différentes manières dans le circuit de refroidissement du moteur. Un montage en parallèle d'une résis- tance de freinage avec le moteur n'est pas très favorable, parce que le moteur doit être traversé continuellement par le fluide de refroidissement à cause de la chaleur de marche à vide, de sorte que la dérivation du fluide de refroidissement pour les résistances devrait être montée de manière à pouvoir être supprimée ou constamment ouverte.. Dans le premier cas un mécanisme de couplage automatique serait nécessaire, tandis que dans le deuxième cas le moteur et les résistances de freinage ne seraient traversés l'un et les autres que par une partie du liquide de refroidissement et par conséquent plus mal refroidis.
C'est pourquoi, suivant un mode de réalisation avantageux, les résistances de freinage et respectivement l'échangeur de chaleur qui sert à refroidir le liquide de refroidissement intermédiaire sont montés en série avec le moteur à combustion dans le circuit de refroidissement de celui-ci.
Dans ces conditions le fluide de refroidissement n'absorbe de la chaleur qu'aux endroits où il s'en produit. Il n'est alors plus nécessaire d'effec- tuer une commutation au passage de la marche normale à la marche avec freinage, puisque le moteur à combustion ainsi que les résistances de freinage sont continuellement traversés par du liquide de refroidissement. On peut donc se passer d'un dispositif commutateur, ainsi que d'un mécanisme de commande automatique, qui est presque toujours sujet à des dérangements. Le refroidissement du moteur est aussi suffisamment assuré, car avec cette disposition on peut faire passer tout le courant de liquide de refroidissement à travers le moteur.
Suivant un mode de réalisation particulier les résistances de freinage et respectivement l'échangeur de chaleur qui sert à refroidir le liquide de refroidissement intermédiaire sont traversés ou baignés par le courant total de liquide de refroidissement en circulation,de sorte que tout le courant de liquide de refroidissement qui circule dans le circuit de refroidissement du moteur est aussi disponible pour évacuer la chaleur de freinage, et qu'il assure un refroidissement suffisant des résistances.
Le montage intermédiaire permanent des résistances de freinage et respectivement de l'échangeur de chaleur intermédiaire provoque bien une augmentation de la résistance opposée à l'écoulement dans le circuit de refroidissement du moteur, mais cette augmentation n'est que minime et elle n'exige en tout cas qu'une augmentation de puissance beaucoup plus petite que si les résistances
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électriques étaient montées par exemple, en vue du refroidissement direct par de l'air, en permanence et directement en avant du radiateur du moteur"dans le courant d'air de refroidissement.
Pour réduire la résistance opposée à l'écoulement dans le circuit de refroidissement du moteur, suivant une autre caractéristique de l'invention, les résistances de freinage et respectivement l'échangeur de chaleur intermédiaire ne sont traversés ou baignés que par un courant partiel du liquide en circulation assurant le refroidissement du moteur. Ceci sera sans doute avantageux particulièrement lorsque les énergies de freinage qui se présentent sont relativement minimes.
Gommé le courant partiel qui évacue la chaleur de freinage se mélange en outre tou-' jours de nouveau avec le reste du liquide de refroidissement dans le radiateur, dans le bloc-moteur et également aussi dans les conduites communes, l'évacuation indispensable de la chaleur est .également assurée, avec ce dispositif, dans la plupart des cas d'application.
Suivant une disposition particulièrement favorable les résistances de freinage et respectivement l'échangeur de chaleur qui sert à refroidir le liquide de refroidissement intermédiaire sont montés, dans le sens de l'écoulement du courant de fluide de refroidissement, en arrière du moteur à combustion dans le courant de liquide de refroidissement de ce moteur. On obtient ainsi ce résultat que le liquide de refroidissement réchauffé pendant le freinage n'arrive au moteur à combustion qu'après avoir été refroidi dars le radiateur et qu'il ne peut par conséquent pas chauffer le moteur d'une façon exagérée.
Les résistancesde freinage et respectivement l'échangeur de chaleur intermédiaire peuvent être montés avantageusement dans le ou les récipients de répartition pour les divers éléments de refroidissement ou dans le ou les récipients de compensation du radiateur du moteur. Grâce à ce mode de construction pratique, non seulement on économise de la place, mais un récipient de refroidissement particulier pour les résistances électriques et respectivement pour l'échangeur de chaleur intermédiaire est aussi superflu.
Un inconvénient du dispositif de refroidissement qui fait l'objet de l'invention consiste en ce qu'il faut encore assurer aussi, même lorsque le moteur d'entraînement marche à vide, une vitesse suffisante, et parfois même la pleine vitesse, de la soufflerie de refroidissement, pour que la chaleur de freinage puisse être évacuée complètement. Dans le cas d'un entraînement mécanique direct de la soufflerie ou dans le cas d'un entraînement par arbre électrique cela n'est pas le cas, parce que la vitesse du moteur à combustion baisse fortement lors de la marche à vide.
C'est pourquoi, suivant une nouvelle proposition, on monte entre la soufflerie de refroidis=¯ sement et le moteur à combustion une multiplication, notamment une multipli- cation à rapport variable, de préférence avec un accouplement à écoulement du type réglable monté également entre la soufflerie et le moteur, et on règle cette multiplication de manière à pouvoir obtenir pour la soufflerie une vitesse suffisante pour le refroidissement, même à la plus petite vitesse du moteur.
Dans la plupart des cas, le réglage de la température du fluide de refroidissement n'a lieu qu'au moyen de jalousies actionnées par des thermostats ou par un réglage à suppression avec un accouplement magnétique ' ou avec un dispositif d'entraînement électrique. Par suite de ce que le rapport de multiplication est maintenant plus grand entre le moteur d'entraîne- ment et la soufflerie, et par conséquent, par suite de la plus grande puissance de celle-ci, il est avantageux d'utiliser une multiplication variable, notamment avec un réglage progressif et sans échelons de la vitesse au moyen d'accouplements à écoulement.
Dans ces conditions le rapport de multiplicà- tion de la mpltiplication variable et respectivement le glissement de l'accouplement à écoulement variable sont réglés automatiquement, d'une manière particulièrement favorable et de façon connue, en fonction de la température du liquide de refroidissement du moteur.
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Suivant un autre mode de réalisation de l'objet'de l'invention la soufflerie de refroidissement est actionnée de façon connue par'un' moteur spécial particulier qui sera notamment un moteur électrique alimente par la batterie du véhicule ou par la génératrice principale dans le cas de véhicules Diesel-électriques. On obtient ainsi, pour la soufflerie, un dispositif d'entraînement Indépendant de la vitesse du moteur à combustion..
Un autre mode de réalisation du dispositif de refroidissement qui fait l'objet de l'invention consiste en ce que les résistances de freinage peuvent être reliées à une source de courant fournissant aussi du courant lorsque le moteur à combustion est arrêté (réseau électrique, batterie du véhicule, etc.), ce qui permet de chauffer à volonté le liquide de refroidissement du moteur et de réchauffer le moteur à combustion.. Ceci est notamment important pour les installations Diesel montées en plein air ou arrêtées, car ce réchauffage facilite considérablement le démarrage du moteur.
Suivant un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention les résistances de freinage et le cas échéant aussi l'échangeur ou les échangeurs de température utilisés pour le fluide de refroidissement intermédiaire sont montés dans un bâti commun avec le radiateur du moteur et la soufflerie de refroidissement, et ils forment ainsi un dispositif de radiateur unique fermé et facilement interchangeable. Cet ensemble de construction est déjà monté, assemblé et terminé à l'atelier et il suffit de le réunir avec le reste de l'installation par quelques organes de fixation et quelques branchements ou raccords de conducteurs seulement. Ceci assure des avantages essentiels avec les procédés rationnels d'achèvement usités aujourd'hui et aussi pour les travaux de réparation;nécessaires.
Plusieurs exemples de réalisation du dispositif de refroidissement combiné qui fait l'objet de l'invention sont représentés dans le dessin ci-joint, dans lequel
Fig. 1 est le schéma d'un dispositif de refroidissement pour une installation d'entraînement, par exemple pour l'entraînement Diesel-électrique d'un véhicule.
Fig. 2 est une vue, également schématique, des échangeurs de chaleur intermédiaires d'un dispositif de refroidissement à liquide de refroidissement intermédiaire.
Fig. 3 est une vue d'une résistance de freinage montée dans une conduite de dérivation du circuit du fluide de refroidissement, et
Fig. 4 est une vue d'un dispositif de refroidissement constitué par un élément de construction unique fermé et comportant des résistances de freinage disposées dans le récipient distributeur du radiateur.
Dans le dessin schématique représenté par la fig. 1, 1 est le moteur à combustion de l'installation d'entraînement, qui est par exemple une installation Diesel-électrique, pour l'entraînement d'un véhicule, ce moteur entraînant la génératrice principale 2. Le ou les moteurs de marche 3 sont reliés, par l'intermédiaire du commutateur 4, à la génératrice principale 2 pour la marche et aux résistances de freinage 1 lors du freinage.
La pompe à fluide de refroidissement 6 refoule le liquide de refroidissement du moteur à combustion 1 en circuit permanent à travers le radiateur 7, puis le renvoie au moteur à combustion. 8 désigne le ou les récipients distributeurs pour les divers éléments de refroidissement et 9 désigne le ou les récipients compensateurs du radiateur 7, tandis que 10 représente la soufflerie de refroidissement pour le radiateur. Les résistances de freinage ± sont refroidies dans un échangeur de chaleur 11 qui est monté dans la conduite de fluide de refroidissement de telle manière que le moteur à combustion, l'échangeur de chaleur et le radiateur soient traversés par le liquide de refroidissement dans l'ordre indiqué.
Dans la fig. 2 le transfert de la chaleur des résistances éleotriques de freinage au liquide de refroidissement du moteur est assuré par
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deux échangurs de chaleur distincts 13 et 14 et par un liquide de refroidissement intermédiaire (de l'huile par exemple), dont la circulation forcée est assurée par la pompe 15.
Dans la fig. 3 la résistance de freinage 16 est montée dans une conduite de dérivation de la conduite 17 du fluide de refroidissement, de sorte qu'une partie seulement du fluide de refroidissement est obligée de traverser l'échangeur de chaleur à résistance 18, qui est monté en dérivation. Le cas échéant un régulateur 19 ou 20 pourrait régler particulièrement le branchement du courant de fluide de refroidissement.
La fige 4 représente un dispositifde refroidissement combiné formant un élément de construction unique fermé et facile à monter et à démonter. Le radiateur 21, la soufflerie 22 et les résistances de freinage 23 sont disposés dans un bâti fermé. Pour économiser de la place, les résis- tances de freinage sont disposées dans le récipient distributeur 24 du radiateur. 25 désigne le récipient compensateur du radiateur.