<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements apporté. aux échangeurs de pression.
L'intention est relative aux échangeurs de pression et aux installations comprenant de tels échangeurs, Un échangeur de pression est une machin* qui comportes des cellule. dans lesquelles une certaine quantité d'un fluide élastique peut se détendre de manière à comprimer une autre quantité de fluide exotique avec lequel le fluide susdit est directement en contact; une tuyauterie pour diriger les courants de fluides élesti- ques à des pressions différentes et, en substance, d'une manière continue vers et à partir des cellules;
et des moyens propres à produire un mouvement relatif entre lesdites cellules et ladite tuyauterie*
Généralement, les machines de ce genre, proposées anté- rieurement, comportaient un rotor formé par un moyeu et une plural!-
<Desc/Clms Page number 2>
té de parois qui s'étendent radialement jusqu'à un élément cylindri que ou bandage extérieur, le moyeu, les parois et le bandage forment ensemble une pluralité de cellules qui 'étendent axialement et dont les extrémités sont ouvertes.
Les extrémités des cellules sont fermion par des plaques terminales excepta aux endroits où se trou- vent les lumières d'admission et de sortie qui communiquent avec la tuyauterie.
On a déjà proposé un échangeur de pression dans lequel le fluide, admis dans les cellules, est dirige de manière à former un angle tel avec les parois des cellules qu'une force agisse sur ces parois dans le sens de la rotation du rotor, ce qui supprime la nécessite de l'intervention de moyens indépendants pour entraîner le rotor* On a constaté que dans certains échangeurs de pression de ce genre, en particulier ceux qui sont actionnés par un fluide à pression limitée et font partie d'une installation munie d'une lapé dance, par exemple un échangeur de chaleur, placée sur le chemin suivi par le fluide qui s'écoule par la lumière de sortie, il est difficile de faire tourner le rotor à une vitesse,
désignée ci- après par "vitesse de fonctionnement prévue" à laquelle l'échangeur de pression fonctionne avec son rendement calcule* Bien que, pour cette forme particulière de l'échangeur de pression dont question ci-dessus, la vitesse du rotor, par l'action du fluide sous près sion, atteigne seulement et conserve une pression relativement fai- ble, on a constaté que, si la vitesse du rotor pouvait être augmen- tés jusqu'à une valeur intermédiaire entre la vitesse basse et la vitesse de fonctionnement prévue, la vitesse du rotor continuerait à augmenter depuis la vitesse intermédiaire Jusqu'à ce que la vi- tesse de fonctionnement prévue soit atteinte.
Conformément à l'invention, un échangeur de pression comporte une pluralité de cellules à extrémités ouvertes dispo- odes de manière à former une couronne cellulaire; des plaques termi- nales propres à obturer les extrémités des cellules mais compor- tant des lumières d'entrée et de sortie pour l'admission et la sor-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
tit du fluide 'la.
tique , bas$$ pression et à une pression plue élevés dans et hors de ces cellules$ une tuyauterie, pour le fluide à une pression plus levée* qui relie une des lumières de sortie à
EMI3.2
une des lumières 4'.adm11110n, des %oyons propres à introduire un fluide élastique comprimé dans la tuyauterie depuis une source exté- rieurel des moyens echangeure de chaleur établis dans la tuyauterie en vue de refroidir le fluide circulât dans celle-ci) et un soupape établie dans la tuyauterie en amont desdits organes
EMI3.3
geurs de chaleur, ladite couronne cellulaire étant agence* ##'* re & étre auto-entraîneuse et la soupape étant sollicité,
EMI3.4
position d'ouverture pour décharger du fluide hors de ia *yM\tri9 dans une sono à pression plus basse au cours de la aise en mtol,,4 et jusqu'à ce que la couronne cellulaire tourne à une vîtes**,
EMI3.5
médîtire constante* Les dessine schématiques c1ex'8 montrent,,, à 1Lr& d'exemples, une installation à 'changeur de pression établie selon l'invention, ainsi que certaines variantes de cette Installation
EMI3.6
La fige 1 montre .chtSmat1qu.ent une Installation à "changeur de pression établie selon l'invention, l'anneau c.ll\ll1- :
re de l'échangeur ainsi que les lumières d'admission et de sor@ qui coopèrent avec cet anneau étant montrés en développement pour faciliter les explications*
EMI3.7
La fige 2 montres plus grande échelle et en coupe axiale, un détail de la fig. 1.
La fig. 3 montre, en coupe longitudinale (parties en élévation), le mécanisme de commande d'une des parties montrées sur la fige 1;
EMI3.8
lUI' Les riS. 4A et 4B montrent, respectivement en vue de cote suivant la flèche C de la fige 4B et en vue en bout un ensemble ! d'ailettes de guidage pour l'admission (une partie de ces ailettes étant supprimée)*
La fige 5 montre, en coupe longitudinale et à plus grande échelle, une variante d'une des parties montrées sur la
<Desc/Clms Page number 4>
La fil* 6 montre, en élévation (parties en coupe), l'installation de la fig. 1.
Sur la fige 1, un conduit d'air comprimé 1 comporte une dérivation Principale 2, aboutissant la tuyère d'admission princi- pale 3 de l'échangeur de pression, et une dérivation auxiliaire 4 aboutissant à une tuyère Auxiliaire $ en passant par un distribu- teur 6 commandé par une membrane et par un conduit 7. Les deux tuyères 3 et 5 sont disposées de manière à décharger l'air dans la boucle de la tuyauterie qui constitue l'étage de balayage à pression plus élevée de l'échangeur de pression 8.
L'échangeur de pression 8 comporte une couronne cellu- laire 9 formée par une pluralité de cellules 10. La couronne cellu- laire 9 est supportée de manière à pouvoir tourner entre des pla- ques terminales 11, 12 dont chacune est munie de lumières par les- quelles le fluide élastique, dans ce cas de l'air, peut pénétrer dans 'les cellules 10 et sortir de celles-ci. Un étage de balayage à basse pression comprend une lumière d'admission 13 ménagée dans la plaque terminale 11, une lumière de sortie 14 prévue dans la plaque terminale 12 et les cellules 10 qui, à ce moment, coopèrent avec ces lumières.
La lumière d'admission 13 se trouve au bout d'un con- duit d'admission 15 et la lumière de sortie 14 communique avec un conduit de sortie 16 qui sert à diriger le débit utile d'air frais vers l'endroit ou cet air est nécessaire. La lumière d'admission 13 pour la basse pression est munie d'une pluralité d'ailettes de gui- dage 17 montées dan,s un élément 18 en forme de secteur circulai! e, comme bien visible sur les fig. 4A et 4B.
Bien qu'elles soient :on. trées sur le dessin comme étant formées par des plaques plates, ces ailettes 17 ont en pratique une section curviligne dans un sont sui- vant lequel on donne à l'air admis une composante de mouvement orientée dans un tiens convenable pour produire la rotation de @@ couronne cellulaire Une tuyère 19 est logée dans le conduit d@ mission 15 à basse pression et est reliée de manière à pouvoir être alimentée avec de l'air à pression plus élevée par un conduit10.
<Desc/Clms Page number 5>
La tuyère 19 peut être agencée de manière à pouvoir tire escamotée comme la tuyère 5 Montrée sur la fige 5.
On étage de balayage à pression plus élevée comprend une lumière d'admission 21 ménagée dans la plaque terminale 12, une lumière de sortie prévue dans la plaque terminale 11, et des cellu- les 10 qui coopèrent à ce moment avec ces lumières, La lumière d'ad- mission 21 se trouve au bout du conduit d'admission 23 et la lumière de sortie 22 communique avec le conduit de sortie 24. On voit sur la figé 1 que les lumières d'admission des deux étages de balayage occupent des positions telles, par rapport aux cellules, que l'air pénétrant dans les cellules a une composante de mouvement dans le sens de la rotation de la couronne cellulaire,
de sorte qu'on n'a pas besoin d'une source motrice extérieure pour faire tourner la couronne.
Dans le conduit de sortie 24 est logée une soupape à clapet 25 (fige 2), logée dans une ouverture ménagée dans ce con- duit, cette soupape étant sollicitée par un ressort hélicoïdal A compression 26 dans un sens qui permet à l'air de sortir du conduit,, Le clapet 27 a une forme annulaire et porte une rondelle d'étanchéi- té 28 sur sa face qui vient en contact avec l'extraie d'une pièce tubulaire cylindrique 29 quand la soupape est fermée* La pièce cylindrique 29 est soudée au bord de l'ouverture ménagée dans la paroi du conduit 24 et comporte elle-même des trous 29A.
Le olapet 27 est soudé sur une extrémité d'une tige 30 dont l'autre extrémité comporte une encoche taraudée dans laquelle est vissé un goujon fileté qui porte le bouton de commande 32 de la tige 30. Celle-ci peut coulisser dans un guide 33 muni d'une bride qui est fixée sur une face d'une plaque d'extrémité 32 faisant partie de la botte à soupape. Le bouton de commande 32 traverse la paroi 35 d'un con- duit de ventilation entourant ladite boîte.
La partie restante de la botte à soupape a la forme d'un cylindre 36 qui s'étend Jusqu'à un organe annulaire 37, à section en forme de U, qui contient un joint d'étanchéité 38. propre à venir en contact avec la face adjacente
<Desc/Clms Page number 6>
du conduit 24. Une ouverture 39, ménagée dans le cylindre 36, communique avec une douille 40 sur laquelle l'extr&aité du conduit
20 est engagée avec serrage.
Le conduit 24 aboutit à l'entrée du circuit chaud 41 d'un échangeur de chaleur 42 à contre-courant. Le circuit froid 43 de cet échangeur 42 comporte une entrée 44 et une sortie 45 pour le fluide refroidisseur. La sortie du circuit chaud 41 communique, par le conduit 46, avec le conduit d'admission 23 de l'étage de balayage à haute pression* La lumière d'admission 21 à pression plus élevée comporte une seule ailette de guidage 47 dont l'orienta- tion est réglable afin que le rotor puisse tourner à des vitesses différentes* On reviendra sur cette ailette 43 au cours de la description de la fig.
3'
Le distributeur 6 est commandé par de l'air prélevé, par un conduit 48, à l'air de balayage à pression plus élevée qui circule dans le conduit 24, Le distributeur 6 comprend une membrane 49 dont le bord est serre entre les brides de deux parties 50 et 51 d'une boite. Une tige 42 relie la partie centrale de la membrane 49 à un obturateur mobile 53 qui coopère avec un trou 54 ménagé dans la paroi 55 de la boite.
La tige 52 traverse un trou 56 percé dans une cloison 57 de la boite et le passage de la tige est suffisamment étanche pour que toute fuite d'air comprime, fourni par la dériva- tion 4, soit évitée*
Une chambre cylindrique, communiquant avec l'air libre et délimitée par la membrane 49 et les parties 51 et 57 de la boit.. sort de logement à un ressort hélicoïdal de compression 59 qui sollicite l'obturateur 53 vers sa position d'ouverture, montrée sur la tilt 1.
On va décrire tout d'abord le fonctionnement de l'instal- lation dans les conditions de sa mise en marche. De l'air comprime, Amené par le conduit 1, s'écoule par la dérivation principale 2 et par la dérivation auxiliaire 4 respectivement vers les tuyères 3 et 5 logées dans le conduit d'admission 23 de l'étage de balayage à
<Desc/Clms Page number 7>
pression élevée.
L'intervention des deux tuyères permet d'obtenir
EMI7.1
un grand débit massique à la Imiere d'admission 21 de l'étage do balayage a pression plus élevé* * 1 cause de la forée du ressort 26, la soupape 25 est ouverte pendit la ait@ en marche de l'éehwgfujp, ce qui contribue à usure*1 un 40OUlement de leair# à une vitesse élevée, dans l'étage de bâlqtgè à plus haute pression, l'air, qui passe par la soupape 25, s'écoule par le conduit 20 vers la tuyère 19. Le débit massique de l'aU' dans le conduit d'admission de l'é-
EMI7.2
tage de balayage à basse pression est .augmente par l'effet d'1njeo- teur de la tuyère 19t ce qui facilite davantage la rotation Imu- - le de la couronne cellulaire 9.
Quand dette couronne a atteins une vitesse de rotation intermédiaire constante, la soupape 25 est fer-
EMI7.3
mde en agissant par traction sur le bouton de commande 32. La près- f sion, régnant dans le conduit 24, augmente brusquement, ce qui maintient la soupape 25 fermée et interrompt l'alimentation de la tuyère 19 avec de l'air à pression élevée. A cause de la rigidité relative de la membrane 49 et du ressort 58, l'obturateur 53 se ferme un certain temps après la fermeture de la soupape 25, ce qui interrompt l'alimentation de la tuyère 5. La couronne cellulaire 9 continue à accélérer jusqu'à ce que la vitesse de fonctionneae t prévue soit atteinte.
EMI7.4
On va décrire maintenant le fonctionnement de l'echan- geur de pression en soi, dans des conditions déterminées de vitesse, de pression et de température, en se référant seulement à une cellule considérée comme occupant initialement la position X. Le. couronne cellulaire est supposée se déplacer dans le sens indique par la flèche 60.
Quand la cellule est en X, elle est remplie avec de l'air froid à une pression légèrement supérieure à la pression Atmosphérique. Pendant que la couronne cellulaire 9 tourne, la cellule rencontre en premier lieu le bord d'ouverture de la lumière de sortie 14 de l'étage de balayage à basse pression et, en raison de la différence existant entre la pression de l'air contenu dans la cellule et celle de l'air contenu dans le conduit 16, un front d'onde de détente indiqué par une droite unique 61, en traits
<Desc/Clms Page number 8>
interrompus,
émane de ce bord couverture et avance due la cellule jusqu'à et qu'il etteigna la lumière d'admission 13 de l'étage de balayage à basse pression L'onde de détente produit la misé en aouveaent de l'air vers la lumière 14 et, en même temps, refroidit cet air davantage, cet air, qui est le plus froid suistant dans le cycle et qui constitue le fluide utile fourni par la machine, s'échappe pat la lumière 14 et continue à s'écouler jusqu'à ce que la cellule en question atteigne le bord de fermeture de cette lumière 14.
L'onde de détente 61 crée également une légère dépres- sion et il en résulte que, même si l'injecteur 19 est inactif, ce qui se produit dans les conditions de fonctionnement normales, de l'air à la pression atmosphérique est aspiré par la lumière 13, les ailettes de guidage 17 servant à donner à l'air admis une composan- te de mouvement dans le sens de rotation désiré pour la couronne cellulaire 9.
La fig. 6 montre l'emplacement de l'échangeur de pres- sion dans un conduit d'air de ventilation dans lequel l'air circule à une vitesse et dans le sens nécessaires pour pouvoir pénétrer, par le conduit 15, dans les cellules, cet air intervenant en outre pour le balayage. L'air, qui pénètre dans la cellule en question, continue à se déplacer dans la cellule jusqu'à ce que celle-ci atteigne le bord de fermeture de la lumière de sortie 16 et, à ce moment, l'air est arrêté et une onde de compression Indiquée par la droite 62 en traits pleins, se forme et se déplace dans la feuille jusque ce qu'il .atteigne le bord de fermeture de la lumière d'en- trée 13.
Cette onde de compression augmente la pression de l'air admis jusque ce qu'une valeur légèrement supérieure à la pression atmosphérique soit atteinte,
Les deux extrémités de la cellule sont alors obturées par les plaques terminales 11, 12 et, pendant que la couronne cel- lulaire continue à tourner, ces extrémités restent fermées jusque ce que le bord d'ouverture de la lumière d'entrée 21, dè l'étage de balayage à pression plus élevée soit atteint.
<Desc/Clms Page number 9>
La pression de l'air dans la lumière 21 est considéra- blement plue élevée que celle qui règne dans la cellule et il en résulte qu'une onde de compression, indiquée par une droite 63 en trait plein, émane du bord d'ouverture de la lumière 21 et se dépla- ce dans la cellule jusqu'au bord d'ouverture de la lumière de sortie 22 à pression plus élevée, L'air, contenu initialement dans la cellule, est ainsi comprimé et s'échappe par la lumière 22 et le conduit 24, alors que l'air, pénétrant par la lumière 21, se détend et est refroidi davantage en passant par un front d'onde de détente 64, indiqué par une seul* droite en traits Interrompus,
ce front étant formé quand la cellule atteint le bord de fermeture de la lumière d'admission 21* L'onde 64 se déplace dans la cellule jusqu$ à ce qu'elle atteigne le bord de fermeture de la lumière de sortie à pression plus élevée. L'air, qui a été admis par la lumière 21, est arrêté, en substance$ par l'onde de détente 64 et la cellule atteint, à nouveau, la Position X. Le cycle se répète continuelle- ment. De l'air à une température relativement élevée, qui sort des cellules par la lumière 22 et le conduit 24, est refroidi et subit une chute de pression dans l'échangeur de chaleur 42.
L'air pénètre à nouveau, .. l'état refroidi, dans la couronne cellulaire par le conduit 46 et par le conduit d'admission 23, la pression et le débit massique de cet air ayant été augmentes par l'effet de la tuyère d'injecteur 3. Il est' noter que les ondes de compression et de détente, indiquées respectivement par les droites 62, 63, en traits pleins, et par les droites 61, 64, en traits interrompus, représentent seulement des approximations des phénomènes réels qui se produisent dans les cellules. Toutefois, si la position de l'un ou l'autre bord de chaque paire de bords (d'ouverture et de ferme- ture) des lumière est fixée arbitrairement, les ondes déterminent la position de l'autre bord de cette paire de bords de lumières.
Par exemple, si le bord d'ouverture de la lumière 14 est fixé arbi- trairement, la position du bord d'ouverture de la lumière 13 est déterminée par le front d'onde de détente 61.
<Desc/Clms Page number 10>
Dans les conditions de mise en marche, il est particu- librement avantageux que l'air, pénétrant dans les cellules, ait une composante de mouvement aussi grande que possible dans le sent de rotation de la couronne cellulaire. A cet effet, l'ailette de guidage 47, établie dans le conduit d'admission 23 de l'étage de balayage à pression plus élevée et dans la lumière 21, est montée sur un pivot 70 (fig. 3). Le réglage de la position angulaire du pivot 70 se fait à l'aide d'une crémaillère 71 et d'un pignon 72, la crémaillère 71 étant montée sur une tige de piston 73 dont le piston 74 peut coulisser dans un cylindre 75.
Le piston 74 est sollicité par un ressort hélicoïdal de compression 76 dans un sens suivant lequel l'ailette de guidage 47 est maintenue dans sa poste tion initiale indiquée en traits interrompus sur la fige 1. Le fond du cylindre 75, opposé à celui sur lequel agit le ressort 76, com- porte un trou 77 qui communique avec un conduit 78 branché sur le conduit de prélèvement 48,à pression plus élevée, aboutissant au distributeur à membrane 6.
Dans les conditions de mise en marche, l'ailette 47 est maintanue dans sa position montrée en traits interrompus sur la fig.1 par la force du ressort 76 agissant par l'intermédiaire du piston 74, de la tige de piston 73, de la crémaillère 71, du pignon 72 et du pivot 70.Des que la soupape 25 est fermée, la pression accrue dans le conduit 24 est transmise par le conduit de prélèvement 48 et la dérivation 78 dans le cylindre 75. Le piston 74 se déplace pour comprimer le ressort 76 et pour amener l'ailette 47 à sa position de fonctionnement normal,
Les fig. 41 et 4B montrent les ailettes de guidage fixes 17 établies dans le conduit et la lumière d'admission de l'étage de Balayage à basse pression.
Les ailettes sont montées sur un organe 18, en forme de secteur, dont une paroi est supprimée sur la fig.4A pour montrer les ailettes et, comme visible sur les fig. 1 et 4A, les ailettes l'étendent au delà de l'organe 18 jusque dans la lumière 13. En pratique,, chaque ailette a une section transversale curviligne et fait dévier l'air dois pour produire une compo-
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
santé de mouvement dans le sent de la rotation de la couronne cel- lu1&1r. 9.
La tuyère auxiliaire 5# montrée sur la fige 1 est agen- cée de tanière telle qu'elle débit* à peu près la moitié du débit de la tuyère principale 5, mais c.tttu1ère 5 est utilisé* $utile. ment pendant la période de mise en marche et, si on le désire, cette tuyère 5 peut être escamotée automatiquement dans les conditions de marche normale. Ceci peut être obtenu à l'aide du mécanisme montré sur la fig. 5. Il est à noter que la tuyère pourrait égal ¯
EMI11.2
ment être escamotée d'une manière analogue. La tuyère principale 2 #¯.
41 été omise sur la fig. 5* La tuyère 5 peut coulisser-dans un guide 80 avec lequel elle forme un joint étanche à l'air. L'extrémité externe de la tuyère 5 est reliée à un tuyau flexible 81. La tuyère 5 est articulée, à son coude, à une tige de piston 82 qui porte un piston 83 qui peut coulisser dans un cylindre et est sollicité par un léger ressort hélicoïdal de compression 85. De l'air de commande est prélevé dans le conduit 48 par une dérivation 86.
Pendant le fonctionnement et dès que la soupape 25 (fige 1) est fermée, une pression se forme dans le conduit 24 et, par conséquent, dans le conduit de prélèvement 48, ce qui oblige le
EMI11.3
distributeur à membrane 6 à interrompre 1'.alimentation en air coapri né de la tuyère auxiliaire $t En même temps, de l'air sous pression est admit dans le cylindre 84 par la dérivation 86, et qui comprime le ressort 85 et tire la tuyère 5 hors du conduit 23' Pendant le fonctionnement normal, l'obstruction du conduit 23 par la tuyère 3 est ainsi évitée.
La figé 6 montre un ensemble simplifié de l'installation
EMI11.4
a échangeur de pression logé dans un conduit de ventilation 35 (voir également la fig. 2). On a donné aux organes décrits et
EMI11.5
montrés sur les lige 1 à 5 les mêmes chiffres de référence et ces organes ne seront pas décrits à nouveau* L'admission de l'étage de balayage à basse pression comporte un pare-pierres 91 placé devant l'organe 18, en forme de secteur,
qui porte les ailettes de guidage
<Desc/Clms Page number 12>
pour l'admission. L'échangeur de pression 8 et l'échangeur de cha- leur 42 sont reliés entre eux par deux bandes de serrage 92 et l'ensemble est fixé dans le conduit de ventilation 35 par deux con- soles 93. L'installation, dans son ensemble, s'étend suivant un* direction parallèle à l'axe du conduit de ventilation et *,et déca- lée d'un cet' par rapport à cet axe. Le sens de l'écoulement d'Air dans le conduit 35 est indique par une flèche 94.
Comme la vitesse de rotation de la couronne cellulaire, à laquelle la soupape 25 (montrée sur les fig. 1 et 2) doit être fermée si l'on veut atteindre la vitesse de fonctionnement complète, est constante, il est possible d'actionner la soupape par un servo- mécanisme commandé par un régulateur entraîné par la couronne cellu- laire 9.