Installation de force motrice comportant un autogénérateur de gaz sous pression à au moins un piston fibre, et une machine entraînée par ces gaz L'invention est relative à une installation de force motrice comportant, d'une part, un autogénérateur de gaz sous pression à au moins un piston libre muni d'un accumulateur pneu matique d'énergie de retour et, d'autre part, une machine entraînée par ces gaz,
cette ins tallation étant pourvue d'un dispositif de ré glage faisant varier la quantité du combustible injectée dans la partie motrice de l'autogénéra- teur en fonction de la charge de la machine entraînée et d'un dispositif de réglage faisant varier la masse d'air de l'accumulateur en fonc tion de la pression de marche du générateur.
L'installation selon l'invention est caracté risée en outre par un dispositif de commande auxiliaire fonctionnant uniquement lorsque in terviennent, au moins dans un sens déterminé, des changements d'amplitude et de rapidité de variation dépassant des valeurs données de la puissance demandée à la machine entraînée, ce dispositif de commande auxiliaire faisant alors varier à la fois la masse gazeuse se trou vant dans l'un au moins des espaces intercalés entre la partie compresseur du générateur et la machine entraînée et la masse gazeuse dans l'accumulateur d'énergie de retour.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation de force mo trice selon l'invention. La fig. 1 montre schématiquement l'ensem ble de cette forme d'exécution ; et la fig. 2 représente, à plus grande échelle, le stabilisateur de l'autogénérateur de cette forme d'exécution.
L'installation représentée présente un auto- générateur à piston libre comprenant un cy- lindre-moteur 1 dans lequel travaille l'élément moteur 2 d'un piston libre, cet élément moteur commandant les lumières d'entrée 3 et d'échap pement 4 du cylindre 1.
L'autogénérateur comprend, d'autre part, un cylindre 6 dans lequel travaille l'élément compresseur 5 du piston libre.
Le cylindre 6 est divisé, par l'élément com presseur 5, en deux compartiments dont un compartiment compresseur a , situé du côté intérieur, muni de soupapes d'admission 7 et d'échappement 8, et un compartiment b ; situé du côté extérieur, qui sert d'accumulateur d'énergie de retour qui emmagasine l'énergie développée dans le cylindre-moteur, pendant la course vers l'extérieur, et assure ainsi, en restituant l'énergie accumulée au piston libre, la course vers l'intérieur de ce piston, lors de laquelle ont lieu, dans le cylindre 6, la com pression et le refoulement de l'air dans le car ter 9 de l'autogénérateur et, dans le cylindre 1,
la compression de l'air de combustion qui s'y trouve emprisonné après la fermeture des lumières 3 et 4 de ce dernier par l'élément- moteur 2.
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 étant effectuée à l'aide d'un injecteur 10 alimenté par une pompe de combustible 11 qui, elle, est entraînée par le piston libre, par l'intermédiaire d'un mécanisme non repré senté dans le dessin.
Le réglage de la quantité du combustible injectée par cycle est effectué à l'aide d'une tige de réglage 12 qui fait tourner le piston de la pompe d'injection 11 autour de son axe.
Pour régler la masse d'air se trouvant ren fermée dans l'accumulateur pneumatique b en fonction des variations de débit et de pres sion des gaz débités par l'autogénérateur, ce dernier est muni d'un dispositif dit stabilisateur 13 qui, lorsqu'il faut augmenter la masse d'air dans l'accumulateur b , laisse rentrer de l'air, prélevé du carter 9, dans l'accumulateur, cet air passant par une conduite 14, tandis que ce stabilisateur, lorsqu'il faut diminuer la quan tité d'air se trouvant dans l'accumulateur b , laisse échapper de l'air hors de cet ac cumulateur dans le carter 9. La construction de ce stabilisateur est représentée à la fig. 2.
Le stabilisateur comporte un tiroir 112 qui est commandé, d'une part, par une pression cor respondant à la moyenne des pressions ré gnant dans l'accumulateur d'énergie b , et, d'autre part, par une pression correspondant à la moyenne des pressions régnant dans le carter 9. A cet effet, le tiroir 112 est relié à un piston 113 travaillant dans un cylindre 114 et divisant ce cylindre en deux chambres dont l'une communique, par un canal d'étrangle ment 115, avec l'intérieur de l'accumulateur d'énergie pneumatique, tandis que l'autre com munique, par un conduit de petite section 116, avec l'intérieur de la conduite 14 et, par con séquent, du carter 9.
En outre, le piston 113 se trouve sous l'action d'un ressort de rappel 117 ayant tendance à amener ou à maintenir le tiroir 112 dans une position dans laquelle l'air provenant du carter 9 peut entrer dans l'accumulateur mais pour laquelle l'échappe ment d'air hors de l'accumulateur n'est pas pos sible.
Afin que le tiroir 112 puisse provoquer, au moment voulu, soit la rentrée d'une certaine quantité d'air dans l'accumulateur, soit l'éva cuation d'une certaine quantité d'air hors de l'accumulateur, ce tiroir a la forme d'un cais son qui est divisé, par une cloison 118, en deux chambres 119 et 120. Dans la cloison 118 sont montées des soupapes 121 de retenue s'ou vrant toutes dans le même sens, de la chambre 119 vers la chambre 120.
Dans les parois latérales de chaque cham bre<B>119,</B> 120, sont ménagées des lumières 122 et 123, et le tiroir 112 coulisse à l'intérieur d'une douille de guidage 124 dans la paroi de laquelle s'ouvre une lumière qui communique avec le conduit 14.
L'emplacement des lumières 122 et 123 et la longueur de la douille de guidage 124 sont choisis de façon telle que, lorsque le tiroir 112 est déplacé hors de sa position neutre, qui est représentée dans le dessin et pour laquelle les lumières 122 et 123 se trouvent fermées par la paroi de la douille 124, de façon que l'une des séries de lumières entre en communication avec le conduit 14, l'autre série de lumières entre en communication avec l'intérieur de l'ac cumulateur d'énergie de retour.
Si, par exem ple, par suite d'un mouvement du tiroir 112 vers le haut, les lumières 123 entrent en com munication avec le conduit 14 et les lumières 122 entrent en communication avec l'intérieur de l'accumulateur, seule une alimentation de l'accumulateur en air sous pression devient possible, cet air passant alors du compartiment muni des lumières 123 et à travers les soupa pes de retenue 121 dans le compartiment com portant les lumières 122 et, de là, à travers ces dernières lumières, dans l'intérieur de l'accu mulateur.
Par contre, si le tiroir 112 est déplacé vers le bas, de sorte que les lumières 122 entrent en communication avec le conduit 14 et que les lumières 123 entrent en communication avec l'intérieur de l'accumulateur, seule l'évacuation d'une certaine quantité d'air hors de ce dernier est possible. L'air évacué passe alors à travers les lumières 123, les soupapes de retenue 121, les lumières 122, dans le conduit 14.
Lors de la course du piston libre vers l'ex térieur, sous l'influence de la combustion du combustible injecté dans le cylindre-moteur 1, l'élément-compresseur 5 aspire de l'air frais à travers les soupapes d'admission 7 et com prime l'air renfermé dans l'espace b de l'accumulateur pneumatique d'énergie de re tour. Au moment où l'élément moteur 2 libère les lumières 3 et 4 du cylindre-moteur, les gaz de combustion qui, à ce moment, sont encore incomplètement détendus, sortent avec l'air de balayage provenant de l'intérieur du carter 9, par les lumières 4, pour être amenés, par la conduite 15, vers l'entrée d'une turbine à gaz 16 qui, elle, entraîne un alternateur 17.
Pour rendre pratiquement continue l'alimentation de la turbine 16, malgré le débit discontinu de l'autogénérateur, un réservoir intermédiaire 18 se trouve intercalé dans la conduite 15, au cas où le contenu de cette dernière ne serait pas encore suffisant à lui seul.
La tige de réglage 12 de la pompe d'injec tion 11 est commandée en fonction de la vi tesse de la turbine 16, à l'aide d'un régulateur 19 entraîné par cette dernière.
L'effet de réglage obtenu à l'aide du régu lateur 19 et du stabilisateur 13 est cependant insuffisant lorsque l'installation décrite subit des variations brusques et importantes, c'est- à-dire des diminutions ou des augmentations instantanées, par exemple égales ou supérieu res à 10 O/o de la puissance totale.
Pour rendre l'installation décrite apte à s'adapter pratiquement sans délai à une aug mentation ou à une diminution brusque et im portante de la puissance qui lui est demandée, cette installation est munie d'un réservoir 20 contenant de l'air sous pression (par exemple à 70 atmosphères) et qui communique, à travers un dispositif distributeur à soupapes, avec le carter 9, à l'aide d'une conduite 21, avec le réservoir intermédiaire 18, à l'aide d'une con duite 22, et avec l'accumulateur pneumatique d'énergie de retour b , à travers une con- duite 23. Le dispositif distributeur sert égale ment à faire communiquer ces conduites avec l'atmosphère.
Le remplissage de ce réservoir 20 a lieu à partir d'un réservoir d'air de démarrage ordi naire 24, à travers une conduite 25 et une sou pape de non-retour 26. Une conduite 27 bran chée sur la conduite 25 fait communiquer ledit réservoir 24 avec une chambre, non représen tée, de l'autogénérateur, destinée à contenir la charge d'air de démarrage.
Dans une variante de l'installation décrite, le réservoir 20 pourrait être relié, par l'inter médiaire d'un dispositif de commande du dé marrage, avec un espace à volume variable de l'autogénérateur, de manière que l'on puisse utiliser une charge d'air contenue dans ce réser voir 20 pour le démarrage.
Les sections de ces conduites 21, 22 et 23 sont choisies de façon telle que les rapports des pressions dans les trois espaces 9, 18 et b ne varient pas lorsqu.'on fait communi quer ces trois espaces, soit avec le réservoir 20, soit avec l'air ambiant. Il est à noter ici qu'en régime stable les pressions dans le .carter 9 et dans le réservoir 18 doivent être approximati vement les mêmes.
Le dispositif distributeur comprend une soupape 28 qui, lorsqu'elle est ouverte, laisse rentrer de l'air du réservoir 20 dans une cham bre de distribution 29. Cette chambre de dis tribution 29 communique avec chacune des conduites 21, 22 et 23 par une soupape de non-retour 30 (dans le dessin, on n'a repré senté que deux des trois soupapes 30).
En outre, le dispositif comprend, pour cha cune de ces conduites, une soupape d'échappe ment 31 (dans le dessin, on n'a représenté que deux des trois soupapes d'échappement) qui, lorsqu'elles sont ouvertes, font communiquer l'intérieur de ces conduites avec l'air ambiant.
La pression du réservoir 18 agit sur l'une des faces d'un piston 32 dont l'autre face est soumise à l'action d'un ressort de rappel 33. Le piston 32 est déplaçable à l'intérieur d'un cylindre 34 qui communique, par une conduite 35, avec l'intérieur du réservoir 18. En outre, un relais wattmétrique 36 indiquant la puis- sance produite par l'alternateur 17 agit sur une tige 37. Ladite tige 37 et la tige 38 du piston 32 sont reliées, par des biellettes, aux extrémi tés d'un levier 39 monté en son milieu sur un pivot 40 porté par un organe guidé de façon qu'il puisse coulisser dans une direction paral lèle à celle de la direction de déplacement des tiges 37 et 38.
Le pivot 40 est relié, par une biellette 41, à l'une des extrémités d'un levier coudé 42 qui est monté sur un pivot fixe 43 et dont l'autre extrémité porte un contact 44. Le contact 44, qui est relié à l'un des pôles d'une batterie 45, se trouve entre deux contacts 46 et 47 reliés chacun à une extrémité de l'enroulement d'un solénoïde dont l'autre extrémité est reliée à l'autre pôle de la batterie 45. Suivant que l'un ou l'autre des solénoïdes est excité, une ar mature 49, solidaire d'une tige 50, se déplace longitudinalement dans l'une ou dans l'autre direction. Ainsi qu'il ressort du dessin, le con tact 44, dans la position neutre du levier 42, est à une certaine distance de chacun des con tacts 46 et 47.
La fermeture du circuit par l'un ou l'autre de ces contacts ne peut donc avoir lieu qu'après un certain déplacement longitu dinal du pivot 40.
La tige 50, lorsqu'elle est déplacée vers la gauche, s'applique, par sa tête 51, contre l'ex trémité de la tige de la soupape 28 et ouvre ainsi cette soupape. Par contre, lorsque la tige 50 est déplacée vers la droite, la tête 51 de cette tige, par l'intermédiaire de leviers 52, ouvre les soupapes 31.
Il est évident que ce dispositif de com mande électromagnétique 49, 50 pourrait être remplacé, par exemple, par un dispositif hy draulique.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant : en régime normal, c'est-à-dire aussi longtemps qu'il n'y a pas de variations brusques et importantes de la puissance de mandée à l'alternateur 17, la variation de cette puissance est pratiquement proportionnelle aux variations de la pression dans le réservoir 18. Par conséquent, les déplacements des tiges 37 et 38 sont pratiquement égaux, et le levier 39 tourne, lorsque de telles variations se produi- sent, autour de son pivot 40 qui reste station naire ou subit, au plus, de petits déplacements qui ne sont pas suffisants pour appuyer le con tact 44 contre l'un ou l'autre des contacts 46 et 47.
Par contre, lorsque se produit une va riation brusque de la puissance demandée à l'alternateur 17, variation qui n'est pas immé diatement suivie par une variation correspon dante de la pression dans le réservoir 18, la différence entre les déplacements de la tige 37, d'une part, et de la tige 38, d'autre part, de vient si importante que le déplacement du pi vot 40 qui en résulte provoque ou bien l'appui du contact 44 contre le contact 47 et, partant, l'ouverture de la soupape 28, s'il s'agit d'une augmentation brusque de la puissance à four nir, ou bien l'appui du contact 44 contre le plot 46 et, partant, l'ouverture des soupapes 31, lorsqu'il s'agit d'une diminution brusque de cette puissance.
Dans le premier cas, une certaine quantité d'air pris dans le réservoir 20 est immédiate ment introduit dans le carter 9, le réservoir 18 et l'accumulateur pneumatique b , ce qui a pour effet d'alimenter la turbine 16 immédiate ment par une quantité accrue de gaz moteurs qui est suffisante pour permettre à l'alterna teur de fournir presque immédiatement la puis sance accrue.
Dans le deuxième cas, on obtient un échappement direct dans l'atmosphère d'une certaine quantité de gaz ou d'air contenu dans les trois espaces, ce qui provoque une diminu tion presque immédiate des gaz qui rentrent dans la turbine 16, de sorte que tout danger d'emballement de cette dernière est exclu.
Le contact 44 quitte le contact 46 ou 47 un peu avant le moment où la pression dans le réservoir 18 a atteint la valeur qui corres pond à la valeur de la nouvelle puissance, ce quia pour effet de remettre le dispositif de commande dans sa position de repos dans la quelle les soupapes du dispositif distributeur sont fermées.
Par suite des intervalles qui existent entre le contact 44, lorsqu'il se trouve dans sa posi tion moyenne, et chacun des contacts 46, 47, un certain déséquilibre entre la pression ré- gnant dans le réservoir 18 et la puissance in diquée par le relais wattmétrique 36 peut se produire, sans que le dispositif distributeur soit actionné.
Ce dernier dispositif n'entre donc pas en jeu aussi longtemps que les variations de puissance, même si elles sont brusques, sont relativement peu importantes, par exemple in- férieures à 10 % de la puissance totale. Pour que le dispositif de commande entre en fonc tion, il faut non seulement que la rapidité de la variation de la puissance dépasse une valeur donnée mais également que l'amplitude de cette variation dépasse une valeur donnée,
par exemple supérieure à 10'% de la puissance totale.
Il est encore à noter que les quantités d'air qui, en cas de changement brusque et impor tant de la puissance, doivent être fournies par le réservoir 20 ou être enlevées des espaces 9, 18 et b sont relativement peu importantes, étant donné que, de toute façon, en quelques secondes, le régime de l'autogénérateur sera adapté à la nouvelle demande de puissance. Il n'est, par conséquent, pas nécessaire de don ner au réservoir 20 un volume important.
L'installation décrite pourrait aussi être agencée, soit de façon que le dispositif distri buteur ne fonctionne que pour une augmenta tion brusque et considérable de la puissance, pour fournir alors de l'air aux espaces b , 9 et 18, soit de façon que le dispositif distri buteur ne fonctionne que lors d'une diminu tion brusque et considérable de la puissance, pour décharger lesdits espaces.