Turbine à combustion interne. L'objet de la présente invention est une turbine à combustion interne. Cette turbine est caractérisée par au moins un organe rota tif comprenant une chambre de compression et de combustion, et coopérant avec des or ganes figes de façon à constituer avec eux un dispositif de distribution, le tout étant agencé de manière à établir successivement la com munication de cette chambre avec une con duite d'alimentation de mélange combustible, avec une source de liquide sous pression uti lisé pour comprimer le mélange combustible, avec un organe d'allumage, et avec une con duite dirigeant au moins une partie des pro duits de combustion vers le rotor de la tur bine.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention et une variante d'un détail.
La fig. 1 est une vue générale de la tur bine en élévation latérale, le carter l'enfer mant étant supposé en partie enlevé; La fig. 2 est une vue partielle analogue, montrant le carter, partie en coupe, de la tur bine; La fig. 3 est une vue en plan d'une partie de la turbine; La fig. 4 est une coupe par IV-IV de la fig. 1; La fig. 5 est une coupe à plus grande échelle par V-V de la, fig. 4 d'une partie de la turbine;
La fig. 6 est une coupe par VI-VI de la fig. 5; La fig. 7 est une coupe par VII-VII de la fig. 5; La fig. 8 est une coupe par VIII-VIII de la fig. 5; La fig. 9 est une coupe par IX-IX de la fig. 5; La fig. 10 montre une variante de l'or gane rotatif en coupe.
La turbine représentée comprend un car ter 1 dans lequel se trouve le rotor de la tur- bine constitué par une ou plusieurs roues à aubes. L'arbre moteur 2 de la turbine porte deux roues dentées 3 et 4. La roue 3 est en prise avec une roue 5, et la roue 4 avec une roue 6 et avec une roue 7. La roue 7 est fixée sur un arbre 8 qui commande une pompe à eau 9, une pompe à. air 10 et une pompe à combustible 11. La roue 5 est fixée sur un arbre 12 et la roue 6 sur un arbre creux 13 dans l'intérieur duquel passe l'arbre 12.
Les cinq roues 3, 4, 5, 6 et 7 sont enfermées dans un carter 14: Les arbres 12 et 13 commandent la rotation de trois organes rotatifs 15, 16 et 17, respectivement disposés coaxialement l'un à la suite de l'autre. Les trois organes rota tifs sont disposés respectivement entre les pa liers fixes 18, 19, 19, 20 et 20, 21.
Les trois organes rotatifs sont identiques, l'un d'eux, par exemple l'organe 15, étant montré en coupe axiale dans la fig. 5. Il com prend un cylindre 22 ayant un fond 23 et un couvercle 24 fixé sur le cylindre au moyen de vis. Le couvercle est fixé sur l'extrémité de l'arbre creux 13 au moyen d'un écrou 25 se vissant sur le bout fileté de l'arbre. Le fond 23 du cylindre est solidaire d'un deuxième arbre creux 26 sur l'autre extré mité duquel est fixé le couvercle 24 du cylin dre du deuxième organe rotatif 16. Le cylin dre 22 du troisième organe 17 est entraîné de manière identique.
A l'intérieur du cylindre 22 est disposée une pièce rotative 27 pouvant tourner indé pendamment du cylindre 22. -Cette pièce com prend un disque 28 et est rendue solidaire de l'arbre 12 au moyen d'une pièce 29 clavetée sur cet arbre et pénétrant dans un logement que présente le disque 28. Ainsi la rotation de l'arbre 12 est transmise à la pièce 27. Cette dernière présente une surface plane 30 en contact avec le fond plan 23 du -cylindre 22.
Sur la surface 30 s'ouvrent .trois ouver tures 31 (fig. 7) disposées autour de l'axe central de l'organe rotatif, en forme de tron çon d'anneau équidistants et s'étendant cha cune sur un angle d'environ<B>70'.</B> Ces ouver tures sont reliées, chacune, par un canal 32, avec un espace central 33 de la pièce 27 com muniquant avec la partie de l'intérieur du cylindre 22 constituant la chambre de com pression et de combustion. La pièce 27 com prend en outre des ailettes 34 reliant le dis que 28 à une bride annulaire 35.
Le disque 28 est appliqué contre le couvercle 24 qui est creusé de façon qu'un espace clos 36 soit formé entre lui et le disque 28, ce couvercle présentant une ouverture 37 également en forme de tronçon d'anneau et s'ouvrant sur la face plane extérieure de ce couvercle. Le fond 23 du cylindre 22 présente une ouver ture 38 s'ouvrant sur la face plane exté rieure, plus petite que les ouvertures 31 de la pièce 27 et disposée sur une circonférence de même rayon, de façon qu'elle puisse ve nir successivement en regard de chaque ouver ture 31.
Les paliers fixes 18, 19, 20 et 21 présen tent des canaux par lesquels les cylindres 22 sont reliés, d'une part, par des conduites avec la pompe à eau et la pompe à air, et, d'autre part, avec la conduite menant au ro tor de la turbine. Ces paliers sont de forme générale cylindrique, les paliers 19 et 20 étant disposés chacun entre deux organes ro tatifs, le palier 18 étant appliqué contre le couvercle du cylindre de l'organe 15, et le pa lier 21 contre le fond du cylindre de l'or gane 17 (fig. 1).
Les paliers 19 et 20 sont identiques, l'un d'eux étant représenté dans les fig. 5, 6 et 9. Chacun de ces paliers comprend deux faces circulaires plans 39 et 40 en contact avec les faces planes des extrémités des cylindres des organes entre lesquels se trouve le palier. La face 39 présente trois ouvertures 41, 42 et 43 également en forme de tronçon d'anneau, de grandeur approximativement égale et dispo sées sur une circonférence de même rayon que celle de l'ouverture 37 dans le couvercle 24 du cylindre 22.
L'ouverture 41 communi que, par un canal 44 (fig. 1) avec une con duite 45, relié par un tuyau 46 à la pompe à eau 9. L'ouverture 42 communique, par un canal 47 (fig. 3) avec une conduite 48 ame nant les gaz de la combustion au rotor de la turbine. L'ouverture 43 communique, par un canal 49, avec une pièce de raccordement 50 auquel est fixé le tuyau d'échappement 51.
La face 40 du palier présente une .ouver ture 53 et une rainure 55 au fond de laquelle s'ouvre un canal par une ouverture 52. Les ouvertures .52 et 53 sont à peu près diamétra lement opposées l'une à l'autre et peuvent ve nir en regard de l'ouverture 38 du fond 23 du cylindre 22. Dans le fond du canal s'ou vrant -dans le fond de la rainure par l'ouver ture 52 est vissée une bougie d'allumage 54.
La rainure 55 est demi-circulaire, et une de ses extrémités est reliée au canal 56 condui sant à l'extérieur et qui peut "être fermé à l'aide d'un robinet 57.. L'ouverture 53 com munique, par un canal 58., avec une conduite 59, relié à la pompe à air 10, par un tuyau 60. Pour chacun des paliers 19, 20 et 21, la conduite 59 à l'endroit de chaque canal 58 porte un injecteur de combustible 61, relié à la pompe à combustible 11 et qui peut diriger un jet de combustible dans ce canal 58 qui se mélange avec l'air de combustion entrant par ce canal pour foi-mer le mélange combus tible.
Le palier 18, n'ayant pas un organe rota tif à sa gauche, ne présente que les trois ou vertures 41, 42 et 43 et les canaux correspon dants 44, 47 et 49, tandis que le palier 21, n'ayant pas un organe rotatif à sa droite, ne possède que les ouvertures 52 et 53, la bou gie d'allumage 54, la, rainure 55 et le canal 56, et le canal 58, la face droite de ce palier étant entièrement fermée.
Afin d'obtenir un joint étanche entre la face fixe 40 et le fond 23 du cylindre rotatif 22, on a disposé, entre ces deux organes, des segments d'étanchéité circulaires 62, engagés dans des rainures 63 de la face 40. Des seg ments en forme de baguettes sont également introduits dans des rainures droites 64, dis posées de chaque côté de l'ouverture 53. De manière analogue, des segments d'étanchéité circulaires 65 sont disposés à l'extérieur et à l'intérieur des ouvertures 41, 42 et 43, et en gagés dans des rainures 66 de la face 39. Un segment en forme de baguette est introduit dans des rainures droites 67 disposées de chaque côté de ces trois ouvertures.
Des seg ments d'étanchéité 68 sont également dispo sés entre la face 30 de la pièce 27 et le fond 23 du cylindre 22, et des segments d'étan chéité 69 sont disposés -entre le disque 28 et le couvercle 24. L'espace .36 entre le couver cle 24 et le disque 28 est en communication avec la partie -de l'intérieur du cylindre 22 qui forme la chambre de compression et de combustion par un certain nombre de tubes 7 0 dont les extrémités sont figées respective ment dans le disque 28 et dans la bride 35 de la pièce 27.
Une pièce 27, identique à celle décrite, se trouve .à l'intérieur des deux autres organes 16 et 17, l'arbre 71 solidaire de la pièce 27 (fig. 5) et traversant l'intérieur .de l'arbre 26 transmettant la rotation au dis que 28 de la pièce 27 à l'intérieur du deuxième organe 16., et -de manière identique, la rotation est transmise à la troisième pièce 27.
La turbine décrite fonctionne comme suit: Lorsque le rotor de<B>la</B> turbine tourne, l'arbre moteur 2 fait marcher, par l'intermé diaire des engrenages 4 et 7, la pompe à eau 9 à débit constant, la pompe à air 10 et la pompe à combustible 11. L'arbre 2 commande également, par l'intermédiaire des engrenages 3, 5 et 4, 6, les arbres 12 et 13, le premier tournant plus vite que le second. L'arbre 13 fait tourner le cylindre 22 du premier or= gane 15, lequel entraîne à la même vitesse, comme décrit, les cylindres 22 du deuxième et du troisième organe.
L'arbre 12 entraîne la pièce 27., à l'intérieur du premier cylindre 22, à une vitesse plus élevée que .celle du cylin dre, les pièces 27 à l'intérieur du deuxième et troisième .cylindre 22 étant entraînées, comme décrit, à cette même vitesse plus élevée.
On conçoit que la pièce 2:( peut tourner par rap- port.au cylindre correspondant 22 à. une vi tesse telle que chaque fois que l'ouverture 38 dans le fond du cylindre coïncide .avec l'ouverture 53 du palier fixe., une des ouver tures 31 de la pièce 27 coïncide également avec les deux ouvertures 38 et 53. C'est le cas représenté dans la fi-. 5.
Si, par exemple, la pièce 27 tourne 3-/3 fois plus vite que le cylin dre 22, les .ouvertures 38 et 53 coïncideront à chaque tour du cylindre 22 avec une autre des trois ouvertures 31 de la pièce 27. L'ou verture 52 du palier fixe est également dispo sée de façon que pour chaque tour du cylin dre 22, une coïncidence se produira entre les ouvertures 38 et 52 et une des ouvertures 31. De l'autre côté du cylindre 22, l'ouverture 37 passera, lors de chaque tour du cylindre, suc cessivement devant les ouvertures 41, 42 et 43 du palier correspondant.
Les différentes ouvertures d'un organe rotatif et des deux paliers avec lequel il coo père sont disposées de manière que d'abord il se produise la coïncidence des ouvertures 38 et 53 et d'une des ouvertures 31. Alors de l'air sous une légère pression entre de la con duite 59 par le canal 58 dans l'intérieur de la chambre de compression et de combustion du cylindre 22.A ce moment, la pompe à com bustible 11 envoie, par l'un des tubes 72, du combustible sous pression à. l'injecteur 61 se trouvant à l'entrée du canal ouvert 58, pour mélanger du combustible pulvérisé à l'air en trant dans le cylindre. Puis, lorsque l'ouver ture 53 se trouve de nouveau fermée, il se produit la coïncidence des ouvertures 37 et 41, faisant communiquer l'espace clos 36 par le canal 44 avec la conduite d'eau sous pres sion 45.
De l'eau sous une pression d'une va leur, par exemple de 9 kg/cm2 entre donc dans l'espace 36 et traverse les tubes 70 pour arriver à l'intérieur de la chambre de com pression et de combustion du cylindre 22 où se trouve déjà le mélange combustible. Les ailettes 34 de la pièce 27, qui tourne assez ra pidement, impriment un mouvement de rota tion à cette eau qui, par la force centrifuge, se trouve chassée contre la paroi de la cham bre de compression et de combustion du cylindre 22, laissant la partie médiane de cette dernière libre. Le mélange combustible s'accumule donc dans cette partie médiane et, grâce à. l'eau sous pression, il est comprimé à une pression égale à celle de l'eau.
Au mo ment de la fermeture de l'entrée de l'eau, il se produit la coïncidence d'une des ouvertures 31 de la pièce 27 avec l'ouverture 38 et la rai nure 55 du palier, dans laquelle débouche par l'ouverture 52 le canal dans lequel se trouve la bougie 54 qui est reliée à une magnéto ac tionnée par l'arbre de la turbine. La disposi tion est choisie de façon qu'il se produise des étincelles en ce moment et, comme le canal contenant la bougie se trouve alors en com munication, par le canal 32, avec la partie médiane de la chambre de compression et de combustion du cylindre 22, le mélange com primé s'allume.
Un instant après, l'ouverture 37 du couvercle 24 arrive en regard de l'ou verture 42 du palier et la communication s'é tablit, par le canal 47, entre l'espace clos 36 et le conduit 48. Les gaz de la combustion qui se trouvent à une pression élevée à l'intérieur de la chambre de compression et de combus tion du cylindre 22, ainsi que l'eau qui, au moins en partie, est transformée en vapeur par la chaleur de l'explosion, seront vivement chassés à travers les tubes 70 dans l'espace 36 et de là dans la conduite 48 qui les amène vers le rotor auquel ils impriment une impul sion.
L'ouverture 37 du couvercle 24 vient alors en regard de l'ouverture 43 du palier et une communication s'établit, par le canal 49 et le raccord 50, entre l'intérieur de la cham bre de compression et de combustion du cylin dre 22 et le tuyau d'échappement 51. Avant que le canal 49 se referme, les ouvertures 31 et 38 commenceront à découvrir l'ouverture d'entrée de l'air 53, et les résidus de combus tion sont chassés du cylindre 22 par l'air qui entre. La pompe à combustible 11 peut être réglée de façon que la période d'injection de combustible, par l'injecteur 61, commence seulement lorsque l'ouverture de l'échappe ment 43 sera bientôt fermée.
Ainsi, au com mencement de l'ouverture du canal 58, il en tre de l'air pur servant au balayage du cy lindre, et une perte de combustible sera évitée. On peut se rendre compte, que le cycle des opérations d'un organe rotatif est identique à celui d'un moteur à combustion interne or dinaire: entrée du mélange combustible, compression, dans le présent cas par l'eau sous pression, allumage et explosion, expan sion des gaz de la combustion, et échappe ment avec balayage, ce cycle des opérations se répétant pour chaque tour du cylindre 22.
Le deuxième organe 16 est décalé de 120 par rapport au premier organe 15, et le troi sième organe 17 est décalé de 120' par rap port au deuxième organe 16. Ainsi, pour cha- que tour de l'arbre 13 il se produit trois ex plosions dans des intervalles réguliers et trois masses de gaz de combustion, de vapeur et d'eau seront dirigées sur le rotor. Il est natu rellement possible d'employer un nombre quelconque d'organes rotatifs et de les déca ler en conséquence, pour produire des explo sions dans des intervalles réguliers.
Comme la pompe à eau 10 travaille avec un débit constant, et qu'il existe un certain moment, lors du fonctionnement de la turbine, où les canaux 44 des trois paliers 18, 19 et 20, reliés à la conduite d'eau 45, sont tous fer més, l'arrangement suivant pour l'échappe ment de l'eau refoulée a été prévu: La con duite d'eau 45 est reliée au dernier palier 21 qui présente un passage annulaire dans lequel circule l'eau pour ressortir par un tuyau 73 (fig. 3) relié à la conduite 48 qui conduit des organes rotatifs au rotor de la turbine.
Le passage entre le tuyau 73 et la conduite 48 est normalement fermé par une soupape 74 qui s'ouvre seulement lorsque la pression de l'eau devient plus grande que sa pression nor male qu'elle a lorsque l'un des canaux 44 s'ouvre et permet le passage de l'eau dans un des cylindres 22. Cette pression normale aug mente lorsque tous les canaux 44 sont fer més. Alors la soupape 74 s'ouvre et laisse de l'eau s'écouler dans la conduite 48. Cette eau, circulant dans le palier 21, sert en même temps au refroidissement de ce dernier.
L'eau arrivant dans la conduite 48 par la soupape et amenée au rotor en même temps que l'eau et les gaz venant des organes rotatifs.
L n tuyau d'échappement 75, relié au car ter 1, conduit les gaz de combustion, l'eau et la vapeur vers un appareil dans lequel la va peur est condensée, et de là l'eau retourne dans un réservoir d'où elle est puisée par la pompe 9.
Les trois organes rotatifs 15, 16 et 17 sont enfermés dans un carter comme repré senté dans la fig. 2. Les paliers 18, 19 et 20 présentent, de chaque côté, une bride annu laire 76. Le palier 21 ne possède une telle bride que sur son côté qui est en contact avec l'organe 17, la moitié inférieure de chaque bride 7 6 est élargie par une bande semi- annulaire <B>77.</B> A ces bandes 7 7 est fixée, par des vis 78,
la partie inférieure 79 du carter qui est commune aux trois organes rotatifs et comprend trois parties semi-cylindriques 80 dont chacune entoure par-dessous un or gane rotatif. Chaque organe rotatif est recou- . vert par un chapeau distinct 81 figé au moyen de vis sur la partie 80 correspondante et sur les deux bouts de chaque bande -77. Ces chapeaux constituent le reste du carter et chaque chapeau forme un joint avec la péri phérie de la moitié supérieure de chaque bride 76.
Les paliers figes ne sont pas enfer més pour faciliter le raccordement des dif férents conduits 45, 48, 51 et 59. La partie in férieure 79 du carter présente au bas un cou loir 82 pour recueillir l'eau qui pourrait s'échapper à travers les joints ainsi que l'huile de graissage. Le système de lubrification n'a pas été représenté, mais il est évident que tout système de lubrification connu peut être utilisé pour lubrifier les surfaces soumises à la friction.
Le passage 82 communique, par une ouverture 83 (fig. 1) avec l'intérieur du carter 14, d'où une pompe enlève l'eau et l'huile et les amène à un séparateur d'huile.
Dans l'exemple décrit, la pièce 2 7 du dis tributeur rotatif (fig. 5) tourne plus rapide ment que le cylindre 22, pour la raison que cette pièce doit avoir une vitesse suffisante pour chasser l'eau vers la paroi du cylindre 22, ce cylindre, dans cet exemple, étant sup posé tourner relativement lentement.
La vi tesse de ce cylindre peut naturellement varier et la limite supérieure de cette vitesse est déterminée uniquement par le temps néces saire de l'ouverture des différentes lumières laissant entrer l'eau et l'air de combustion. Si cette vitesse est constamment élevée, la pièce 27 peut tourner à la même vitesse et, dans ce cas, comme le montre la variante de la fig. 10, elle peut être solidaire du cylin dre 22.
Les tubes 70 qui relient l'espace clos 36 (fig. 5 et 10) à l'intérieur de la chambre de compression et de combustion du cylindre 22, ont pour but de servir comme tubes de chauf- fage pour l'eau qui doit les traverser et ainsi de faciliter la transformation de cette eau en vapeur.
Il sera évidemment possible de supprimer ces tubes et de disposer simplement quelques ouvertures dans le disque 28 pour le passage de l'eau, ou encore de supprimer également ce disque, au moins partiellement.
Les raccords 50 (fig. 4 et 5) entourent la conduite 59 de l'air de combustion, ce qui a pour effet de chauffer cette conduite et ainsi l'air qu'elle contient avant son entrée dans le cylindre.
Lorsque la turbine est au repos, l'eau se trouvant dans le cylindre 22 remplit la plus grande partie de l'intérieur de ce cylindre, et par conséquent, également la rainure 55 et le canal où se trouve la bougie d'allumage. Cette dernière ne pourrait donc pas fonction ner si l'on voulait mettre la turbine en mar che. Pour cette raison, on a prévu pour la rainure 55 un passage de vidange fermé par le robinet 57. Avant la mise en marche, on ouvre le robinet et lors des quelques premiers tours des organes rotatifs, l'eau se trouvant dans la partie médiane du cylindre est chas sée par le robinet. La bougie commencera à fonctionner et on peut alors fermer le robi net.