Installation <B>de force motrice comportant au moins un</B> autogénérateux <B>à piston</B> libre. L'invention, due à M. Robert I3uber, a pour objet une installation de force motrice comportant au moins un autogénérateur à pis ton libre à deux temps, à cylindre moteur à distribution par lumières commandées par l'élément moteur du piston libre,
ce généra teur alimentant une turbine à gaz en gaz mo teurs sous pression, cette installation compor tant, en outre, une conduite de décharge, pour vue d'un dispositif obturateur, branchée sur la conduite reliant l'autogénérateur à la tur bine en amont du premier étalage de cette tur bine et permettant de décharger une partie des gaz avant leur arrivée à la turbine.
Dans les installations connues de ce genre, la conduite de décharge s'ouvre généralement directement dans l'air ambiant. L'installation selon l'invention est caractérisée par le fait que la conduite de décharge est reliée à l'ad mission d'une deuxième turbine.
Les fig. 1 et 4 du dessin montrent chacune, à titre d'exemple et schématiquement, une forme d'exécution de l'installation selon l'in vention, et les fig. 2 et 3 montrent des dia grammes relatifs au fonctionnement des ins tallations des fig. 1 et 4.
L'autogénérateur de l'installation repré senté par la fig. 1, comporte un cylindre mo teur 1 dans lequel travaille, selon le cycle Diesel à deux temps, l'élément moteur 2 du piston libre, cet élément 2 commandant les. ou- vertures d'entrée 3 et d'échappement 4 du cylindre moteur 1.
L'élément 2 est solidaire de l'élément com presseur 5 du piston libre. L'élément 5 tra vaille dans un cylindre 6 dont le comparti ment, situé du côté intérieur du piston 5, sert de compartiment compresseur et est muni. de soupapes d'admission 7 et d'échappement 8, tandis que l'autre compartiment sert d'accu mulateur d'énergie de retour qui emmagasine l'énergie développée dans le cylindre moteur, pendant la course vers l'extérieur, et assure, en restituant L'énergie accumulée au piston libre,
la course vers l'intérieur de ce piston lors de laquelle a lieu la compression de l'air aspiré dans le compartiment compresseur et le refoulement de cet air dans le carter 9 de l'autogénérateur, ainsi que la compression de l'air de combustion qui se trouve emprisonné dans le cylindre moteur après fermeture des ouvertures 3 et 4 de ce dernier.
A la fin de la course vers l'intérieur, a. lieu l'injection de combustible dans l'air hau tement comprimé dans le cylindre moteur, cette injection ayant lieu à l'aide d'un injec teur<B>1.0</B> alimenté par une pompe de combusti ble 11 qui, elle, est entraînée par le piston libre 2-5, par l'intermédiaire d'une tige 12 solidaire dudit piston, d'une. biellette 13 et d'un levier 14.
Le réglage de la quantité du combustible injecté par cycle est effectué à l'aide d'une tige de réglage 15 faisant tourner le piston de la pompe d'injection 11 autour de son axe et dont les mouvements sont limi tés par un organe comportant deux surfaces de butée 16 laissant entre elles, un intervalle de largeur variable dans lequel peut.
se dé placer un organe de contact 17 qui est relié, d'une part, à la tige 15 et, d'autre part, à un piston 18 qui travaille dans un cylindre 19 et est soumis à la pression de l'air se trouvant dans le carter 9, cette pression étant la pres sion d'alimentation du cylindre moteur 1 et correspondant à la pression des gaz moteurs qui s'échappent à la fin de chaque course vers l'extérieur du piston libre, par les ouver tures 4, dans un réservoir intermédiaire 20.
La position qu'occupe le contact entre les sur faces de butée 16 et, par conséquent, l'impor tance du jeu de ce contact dépend donc de la pression qui règne dans le carter 9 et agit sur le piston 18.
Du réservoir 20, les gaz sont amenés, l'aide du conduit 21-29, à l'admission 22 d'une turbine à plusieurs roues 23 et servant à entraîner, par l'intermédiaire d'un dispositif réducteur 26, l'hélice 27 d'un bateau.
Les conditions de marche de l'autogénéra.- teur alimentant la turbine 23 sont représen tées par les courbes du diagramme de la fig. 2. Dans ce diagramme, les abscisses représentent les pressions et les ordonnées représentent les quantités (en poids) -les gaz moteurs débités par l'autogénérateur;
la courbe I représente le débit maximum de l'autogénérateur, en fonction de la pression, et la courbe II repré sente le débit minimum de l'autogénérateur, en fonction de la pression, ce débit minimum étant déterminé par le fait que le piston libre de l'autogénérateur doit accomplir une course suffisamment longue polir que l'élément mo teur 2 découvre, d'une façon suffisamment importante, à la fin de sa course vers l'exté rieur,
les ouvertures d'admission et d'échappe ment du cylindre moteur. La courbe III de la fig. 2 montre les quan tités,de gaz moteurs pouvant être absorbés par la turbine 23 pour les différentes pressions de marche, ces pressions de marche indiquant en même temps la puissance fournie par la turbine.
On voit, d'après ce diagramme, que le dé bit de l'autogénérateur ne peut être adapté au débit absorbé par la turbine 23 qu'entre la pression maximum p. et une pression pa qui correspond au point d'intersection A des courbes II et III. Pour les faibles puissances, voire pour la marche à vide de la turbine 23, il faut évacuer une partie des gaz fournis par l'autogénérateur. Cette évacuation se fait par une conduite de décharge 30 branchée sur la conduite 21, 29 en amont du premier étage de la turbine 23 et reliée à l'admission 24 d'une turbine 25, dont la roue est calée sur le même arbre que les roues de la pre mière turbine 23.
Cette turbine 25 est destinée également à fonctionner comme turbine de marche arrière, le sens d'entraînement de l'ar bre par cette turbine étant opposé au sens d'entraînement de l'arbre par la turbine 23. A l'endroit où le conduit de décharge 30 est branché sur le conduit 21;
29 est disposé un clapet 31 permettant soit de fermer entière ment l'arrivée des gaz moteurs à l'une ou à l'autre des deux turbines, pour n'assurer l'ali mentation que d'une seule de celles-ci, soit d'assurer l'alimentation simultanée des deux turbines à des proportions variables, lorsque la puissance à fournir par l'installation est inférieure à celle correspondant à la pression p,,. Ainsi, il est possible non seulement, lors de la marche avant à faible puissance et basse pression, d'amener à la turbine 25 le surplus de gaz qui ne peut pas être reçu par la tur bine 23, mais également,
lors de la marche arrière, d'amener à la turbine 23 le surplus qui, pour les basses puissances de la turbine 25, ne peut pas être reçu par celle-ci.
La courbe IV de la fig. 2 montre la. con sommation en gaz moteurs qu'aurait l'ensem ble des deux turbines 23 et 25 si le volet 31 restait dans une position intermédiaire. On voit que la courbe IV coupe la ligne II du débit minimum de l'autogénérateur en un point A1 auquel correspond la pression p;,1.
Cette pression est généralement suffisam ment basse pour constituer la pression mini- muni au-dessous de laquelle la pression ne, tombe pas, quel que soit le régime ou le mode de fonctionnement de l'installation en marche. Pour les marches à puissance réduite telles qu'elles se présentent, notamment lors des pé riodes de renversement de marche, on place le clapet 31 dans une position intermédiaire, de sorte que les deux turbines de marche avant et de marche arrière sont alimentées en gaz moteurs et on détermine les quantités de gaz qui arrivent à chacune de ces turbines, de façon à obtenir une différence de couple sur l'hélice 27 qui corresponde au couple voulu.
Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrit est illustré par le dia gramme de la fig. 3. Dans ce diagramme, on a indiqué,. sur les abscisses à partir du point 0 vers la gauche les puissances Par en mar che arrière et, vers la droite, les puissances Pa,, en marche avant. Les ordonnées indiquent les pressions. La courbe V indique les pres sions de gaz débitées par l'autogénérateur.
Lorsque le bateau est en marche avant et nécessite, pour sa propulsion, des puissances relativement élevées, les pressions de débit du générateur sont pratiquement identiques aux pressions d'alimentation de la turbine 23 et se situent entre la pression maximum p.
et la pression p,, qui limite vers le bas la zone à l'intérieur de laquelle la turbine 23 peut re cevoir la totalité des gaz fournis par l'auto- générateur. Les puissances correspondant aux- dites pressions pm et pa sont indiquées, dans la fig. 3,
par P"1 et Pal Aussi longtemps que les puissances demandées à la turbine 23 se trouvent comprises entre Pa et Pm, on laisse le clapet 31 dans la position où il ferme en tièrement le conduit 30.
Lorsque la puissance demandée à la tur bine 23 devient inférieure à la puissance P;,, on ouvre le clapet 31, de sorte qu'une partie des gaz débités par l'autogénérateur à une pression inférieure à pa peuvent s'échapper à travers le conduit 30, vers la turbine 25.
Cette turbine est ainsi alimentée en gaz et fournit un contre-couple qui s'oppose au couple pro duit par la turbine 23, ce qui permet de ré- cuire rapidement la puissance avec laquelle l'hélice 27 est entrainée. Par suite de l'ouver ture du conduit 30 et de l'effet de laminage provoqué par le clapet 31, les pressions d'ad mission dans les turbines 23 et 25 ne sont plus égales à la pression de débit de l'autogénéra- teur, mais sont inférieures à cette dernière pression.
Les pressions d'alimentation des deux turbines 23 et 25, lorsqu'elles sont ali mentées simultanément sont représentées res pectivement par les parties des courbes VI et VII-comprises entre les ordonnées Pa et Pal.
Entre les points Px et Py, les puissances des deux turbines s'équilibrent au frottement près, de sorte que la puissance d'entraînement de l'hélice 27 est pratiquement zéro dans cette zone; au point 0 qui se trouve au milieu entre PY et Py, les couples des deux turbines sont identiques.
Dans la zone, entre Py et P" la pression des gaz fournis par l'autogénérateur est égale à pal, La totalité des gaz débités peut donc passer toujours par les deux turbines 23 et 25. .
Si après un arrêt entre PZ et PY, on veut partir en marche arrière, on continue à dé placer le clapet 31 dans le sens d'une ouver ture progressive du conduit 30 correspondant à, un étranglement de la communication avec la, turbine 23.
C'est maintenant la puissance de la turbine 25 qui devient prépondérante et c'est le tronçon 29 du conduit 21, 29 qui fonctionne comme conduit de décharge con duisant vers la turbine 23, le surplus des gaz moteurs que la turbine 25 ne peut pas rece voir aussi longtemps que la puissance deman dée à cette turbine de marche arrière n'est pas devenue au moins égale à la puissance Pal correspondant à la pression de débit pa du générateur.
Lorsque la puissance devant être fournie par la turbine de marche arrière 25 est supé rieure à Pa,l, on interrompt au moyen du ela- pet 31, toute communication avec la turbine 23, le conduit 30 étant alors entièrement ou vert, tandis que la pression de débit de l'auto- générateur peut monter jusqu'à la pression p,n qui correspond à la puissance maximum P,ul de la turbine de marche arrière.
Il est à noter que le fait que P. est plus grand que Pml, que Pa est plus grand que Pal et que le point d'intersection entre les courbes VI et VII est décalé vers la, droite, est dû au meilleur rendement de la turbine 23 par rap port à celui de la turbine 25.
On réalise donc ainsi trois zones de réglage, la première entre les puissances Pa et Pnl de la turbine de mar che avant, dans laquelle la turbine de marche avant reçoit la totalité des gaz débités par l'autogénérateur. et dont la pression se trouve entre les valeurs pa et pm" la deuxième entre les puissances Pal et Pml de la turbine de marche arrière et dans laquelle cette dernière turbine reçoit également la totalité des gaz dé bités,
gaz dont la pression se trouve égale ment entre les valeurs p, et p. et la troisième entre les puissances Pal et Pa et dans laquelle les deux turbines sont alimentées simultané ment par les gaz débités par l'autogénérateur, les pressions de débit de l'autogénérateur dans cette dernière zone se trouvant entre les va leurs pal et pa et dans laquelle l'une ou l'au tre des deux turbines sert à recevoir le sur plus des gaz.
L'installation qui vient d'être décrite per met des transitions rapides de la marche avant vers la marche arrière et inversement. Pour les courts arrêts, on n'a pas besoin d'ar rêter l'autogénérateur, mais on règle les quan tités de gaz alimentant les deux turbines dn marche avant et de marche arrière de façon telle que les couples exercés par les deux tur bines soient égaux et, par conséquent, le cou ples résultant égal à zéro.
Les man#uvres sont ainsi de beaucoup sim plifiées et sont exécutées avec un rendement de l'installation très favorable.
Le clapet 31 et la tige de réglage 15 de la pompe d'injection 11 de l'autogénérateur sont commandés le premier par une tringlerie com portant une tige filetée 32 qui peut tourner à l'intérieur d'in écrou 33, sous l'action d'un volant 34, et la seconde par un volant 35 qui commande ünë tige filetée 36 reliée ' à ladite tige 15.
L'installation représentée à la fig. 4 est semblable à celle de la fig. 1 sauf pour ce qui concerne la commande du réglage. Dans cette installation, une soupape 31a remplace le cla pet 31 de l'installation de la fig. 1. Cette sou pape 31a a exactement le même fonctionne ment que le clapet 31 de la fig. 1.
Le dispo sitif de commande de cette soupape 31a et de la tige de réglage.15 de la pompe à combus tible 11 comporte une came 46 portée par un arbre 47 qui peut être mis en rotation à partir d'un volant 48, par l'intermédiaire d'une vis sans fin 49 et d'un secteur .denté 50.
Cette came agit, d'une part, par l'intermédiaire d'un levier coudé 51, d'une tige 52, d'un deuxième levier coudé 53 et d'un dispositif élastique 37 (dont il sera plus explicitement parlé ci-après), sur ladite tige de réglage 15 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un le vier coudé 54, d'une tige. 55 et d'un levier 56, sur la tige 57 de la soupape 31a. Des ressorts 58 et 59 assurent l'appui, contre le bord de la, came 46, des rouleaux qui sont montés aux extrémités respectives du levier 51 et du levier 54.
Lorsque la came 46 est dans la position moyenne telle que représentée par la fig. 4, le levier 51 coagit avec la zone cc du bord de la came, zone qui constitue un arc de cercle autour de l'axe de l'arbre 47, et pour laquelle la tige de réglage 15 de la pompe 11 se trouve dans une position correspondant à l'injection minimum de combustible.
Pour cette même position moyenne, le le vier 54 est en contact. avec la zone al du bord de la came pour laquelle la soupape<B>31,</B> ouvre à la fois la communication vers les deux turbines 23 et 25. Aussi longtemps que les zones a et al de la came 46 agissent sur les leviers 51 et 54, on se trouve dans la zone entre les puissances Pa et Pal, zone dans la- cuelle la quantité de combustible injectée dans l'autogénérateur reste constamment maintenue à sa valeur minimum, tandis que les deux passages vers les turbines sont ouverts simul tanément,
les sections d'entrée libres de ces deux passages étant pourtant variables, selon les diverses positions de ladite soupape.
Si on. tourne la came 46 de façon telle que le levier 51 coopère avec la zone b de la came, tandis que le levier 54 coopère avec la zone $i, l'installation fonctionne dans la zone de puissance entre Py et Pm (fig. 3) pour la quelle la communication vers la turbine 23 est complètement ouverte et le conduit 30 est com plètement fermé, tandis que la tige 15 est dé placée dans le sens d'une augmentation de l'injection du combustible,
au fur et à mesure qu'on tourne la came 46 dans le sens con traire au sens des aiguilles d'une montre, afin d'augmenter la puissance.
Si on tourne, par contre, la came 46 de façon à mettre l'extrémité du levier 51 en con tact avec la zone c et l'extrémité du levier 54 en contact avec la zone ci de la came, l'ins tallation fonctionne dans la zone de puissance Per à Pmr (fig. 3), c'est-à-dire que dans cette dernière zone, la communication vers la tur bine 23 est interrompue, tandis que la quan tité du combustible injecté augmente au fur et à mesure qu'on tourne la came clans le sens des aiguilles d'une montre.
Le dispositif élastique 37 qui est inséré dans la commande de la tige 15, et qui est le même pour les deux installations des fig. 1 et 4, est nécessaire pour que les limites qui sont imposées aux mouvements de la tige 15 par les surfaces de butée 16 soient respectées. Ce dispositif élastique comprend une douille 37 solidaire de la tige 36 en ce qui concerne ses mouvements longitudinaux seulement. A l'in térieur de la douille 37, se trouve un ressort.
à boudin 38 dont les extrémités s'appuient contre des disques 39-40 dont le mouvement vers l'extérieur, sous la pression du ressort 38, est limité par des butées 41, 42 de la douille 37. Deux autres butées 43, 44 sont fixées sur une tige 45 qui, d'une part, traverse les disques 39, 40 et le ressort à boudin 38 et., d'autre part, est reliée à la tige 15.
De cette façon, chaque fois que la tige 15 se trouve arrêtée par les surfaces de butée 16, dans l'un ou dans l'autre sens, le ressort 38 se trouve comprimé, si on donne à la tige filetée 36 (fig. 1) ou à la tige 52 (fig. 4) un mouvement axial qui dépasse le mouvement admissible de la tige 15.