InstaHation motrice La présente invention a pour objet une ins tallation motrice comprenant une machine mo trice entramant un arbre récepteur par l'inter médiaire d'un dispositif d'accouplement, carac térisée en ce que ledit dispositif d'accouplement comprend un rotor compresseur entraîné par la machine motrice et un rotor de turbine en- treinant l'arbre récepteur, une partie au moins du gaz comprimé par ce rotor compresseur servant<B>à</B> entrumer le rotor de turbine, et au moins une série de volets de réglage orientables angulairement étant disposée sur le parcours du gaz qui traverse lesdits rotors.
Les dessins annexés représentent, schéma tiquement et<B>à</B> titre d'exemple, diverses formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les fig. <B>1</B> et 2 sont des coupes axiales du dispositif d#accoupIement d'une première et d'une deuxième forme d#exécution, respective ment, la fig. <B>3</B> représente, partiellement, de façon analogue, une variante du dispositif & accou- plement de la première forme d'exécution<B>;</B> la fig. 4 est une coupe axiale du dispositif d'accouplement eune troisième forme d'exécu tion<B>;
</B> la fig. <B>5</B> représente, partie en coupe axiale, une forme d'exécution comprenant un moteur <B>à</B> combustion interne et un compresseur eali- mentation de ce moteur<B>;</B> la fig. <B>6</B> représente, partie en coupe axiale, une forme d'exécution semblable<B>à</B> celle de la fig. <B>5<I>;
</I></B> la fig. <B>7</B> représente schématiquement une commande de volets faisant partie de la forme & exécution représentée<B>à</B> la fig. <B>6</B> et la fig. <B>8</B> est un diagramme montrant des courbes de puissance d'une installation tele que celle qui est représentée aux fig. <B>6</B> et<B>7.</B>
L'installation motrice partiellement repré sentée<B>à</B> la fig. <B>1</B> comprend une machine mo trice, telle qu'un moteur<B>à</B> combustion interne, dont fait partie Parbre désigné par<B>1.</B> Cet arbre moteur entreine un arbre récepteur<B>7</B> par l'in termédiaire d'un dispositif d'accouplement.
Ce dispositif comprend un rotor compresseur 2 qui est calé sur l'arbre moteur<B>1,</B> donc entraîné par ladite machine.<B>Il</B> comprend aussi un rotor de turbine<B>8</B> calé sur l'arbre récepteur<B>7.</B> Les rotors 2,<B>8</B> sont disposés<B>à</B> l'intérieur d7un car ter commun dont les parties<B>3</B> et<B>5</B> sont fixées l'une<B>à</B> l'autre en<B>6</B> et raccordées, Fune <B>à</B> un tuyau 4 d'amenée de gaz 4, l'autre<B>à</B> un tuyau <B>9</B> de sortie du gaz.
Le gaz comprimé<B>p</B> ar le rotor compresseur 2 sert<B>à</B> entraîner le rotor de turbine<B>8.</B> Dans<B>le</B> tuyau 4 qui entoure l'arbre<B>1,</B> est disposée une série de volets<B>10</B> orientables angulairement par une commande non repré sentée qui agit sur les pivots<B>11.</B> Ces volets ser vent au réglage de l'angle d'entrée du gaz dans le rotor compresseur 2.
Le rotor compresseur 2 et le rotor de turbine <B>8</B> sont<B>à</B> écoulement radial.
<B>A</B> la sortie du rotor de turbine<B>8,</B> dans le tuyau<B>9</B> qui entoure l'arbre<B>7,</B> est disposée une série de volets 12 orientables angulairement par une commande non représentée qui agit sur les pivots<B>13.</B> Ces volets 12 sont associés<B>à</B> des aubes de guidage 14 disposées immédia tement<B>à</B> l'aval de ces volets.<B>A</B> la sortie de ces aubes, l'écoulement a lieu dans la direction de l'axe de rotation commun des arbres<B>1, 7</B> et des rotors 2,<B>8,</B> axe qui colincide avec les axes longitudinaux du carter<B>3, 5</B> et des tuyaux 4 et<B>9.</B>
Le fonctionnement<B>du</B> dispositif d'accouple ment de cette forme d'exécution dans les meil leures conditions de rendement est rendu auto matique en<U>commandant</U> la position angulaire des volets par un régulateur centrifuge calé sur l'un des arbres moteur ou récepteur. Dans le cas où l'arbre moteur tourne<B>à</B> vitesse variable, l'arbre récepteur doit tourner<B>à</B> une vitesse constante ou variable selon une loi détermm*ée. Lorque les vitesses de l'arbre moteur et de l'arbre récepteur sont minima, les volets d'en trée<B>10</B> sont complètement ouverts.
Lorsque la vitesse de l'arbre moteur augmente, la la -vitesse de l'arbre récepteur<B>7</B> a ten dance<B>à</B> augmenter, mais le régulateur centrifuge, monté sur cet arbre, com mande la fermeture des volets<B>10</B> jusqi:Cà une position d'équilibre qui correspond, pour l'arbre récepteur,<B>à</B> la vitesse de rotation désirée.
Simultanément, la position des volets 12 est commandée en fonction de la vitesse de l'arbre<B>7.</B>
Dans certaines limites d'utilisation, la vitesse de l'arbre récepteur<B>7</B> suit la loi désirée quelle que soit la vitesse de l'arbre moteur<B>1</B> et,<B>à</B> chaque vitesse de l'arbre moteur<B>1,</B> correspond une position des volets<B>10</B> et 12. Des organes pou- vant comprendre une came, par exemple, pourront être prévus dans le régulateur centri fuge, pour permettre d'en modifier le réglage suivant une loi déterminée que doit suivre la rotation de l'arbre<B>7;</B> La forme d'exécution partiellement repré sentée<B>à</B> la figure 2 ressemble beaucoup<B>à</B> celle qui vient d'être décrite.
Ses organes<I>la, 2a,</I> <B>...</B> 13a correspondent aux organes<B>1,</B> 2,<B>... 13.</B> Mais le dispositif d'accouplement comprend en outre un train d'engrenage épicycloïdaux dont les satellites<B>16</B> tournent sur des axes<B>15</B> fixés <B>à</B> un plateau<B>17</B> calé sur l'arbre moteur la, donc solidaire en rotation de la machine motrice. Les dentures planétaires sont respecti vement solidaires en rotation du rotor com presseur 2a et du rotor de turbine 8a. On a désigné par<B>18</B> un pignon calé sur un prolonge ment de l'arbre récepteur et dont la denture forme l'une desdites dentures planétaires. L'au tre denture planétaire est constituée par une denture intérieure présentée par le rotor de compresseur 2a.
Dans ce cas, une partie du couple nécessaire <B>à</B> la mise en mouvement de l'arbre récepteur 7a est transmise directement depuis l'arbre moteur la, grâce<B>à</B> l'interposition de ce train d'engrenages l#, <B>17, 18.</B> L'autre partie du cou ple est transmise par la partie du dispositif d'accouplement qui comprend le rotor com presseur 2a et le rotor de turbine 8a. Ces deux rotors sont<B>à</B> écoulement radial.
On peut facilement imaginer une variante dans laquelle le train d'engrenages épicycloï- daux serait disposé, non pas dans le rotor com presseur, mais dans le rotor de turbine qui présenterait alors la denture intérieure cons tituant l'une des dentures planétaires, alors que l'autre denture planétaire serait usinée dans un pignon calé sur un prolongement de l'arbre moteur.
Sur la fig. <B>3,</B> on a représenté une variante d'un détail du rotor de turbine de la première forme d'exécution. Pour le reste, l'installation est tout<B>à</B> fait semblable<B>à</B> celle décrite en rap port<B>à</B> la fig. <B>1.</B>
La différence consiste en ce que le rotor de turbine<B>8b</B> porte une coquille de révolution 20 qui s'étend<B>à</B> proximité de la paroi du carter <B><I>5b, 6b</I></B> jusqu'au voisinage de la périphérie du rotor compresseur. Ici la surface intérieure de la coquille de révolution est presque<B>à</B> fleur de la surface intérieure de la partie de carter <B>5b</B> juxtaposée aux aubages du rotor compres seur<B>2b.</B> De cette façon, le gaz débité par ce rotor transmet toute son énergie aux surfaces en mouvement du rotor de turbine, sans être soumis<B>à</B> des frottements sur des parois fixes du carter, lesdits frottements étant cause évi dente de pertes de charge et d'énergie.
Les par ties 4b et<B>9 b</B> sont les équivalents des parties 4 et<B>9,</B> respectivement, du dispositif d'accou plement de la forme d'exécution selon la fig. <B>1,</B> et sont munies, comme celles-ci, des séries de volets<B>10</B> et 12, respectivement<B>;</B> les arbres<B>lb</B> et<B>7b</B> correspondent aux arbres<B>1</B> et<B>7,</B> respec tivement.
<B>.</B> La fig. 4 montre<B>le</B> dispositif & accouple- ment d7une autre forme d'exécution. Dans ce dispositif, les parties 4c et 9c, qui correspondent respectivement aux parties 4 et<B>9</B> de la fig. <B>1,</B> constituent un carter cylindrique du dispositif d'accouplement dont le rotor compresseur 22 aussi bien que le rotor de turbine<B>28</B> sont<B>à</B> écoulement axial. Les volets 10c et 12c corres pondent évidemment aux volets<B>10</B> et 12, res pectivement, les arbres lc et 7c aux arbres<B>1</B> et<B>7,</B> respectivement.
Des combinaisons diver ses de rotors<B>à</B> écoulement radial et de rotors<B>à</B> écoulement axial pourraient d'ailleurs être en-. visagées.
La fig. <B>5</B> représente schématiquement une forme d'exécution de l'installation ayant un dis positif de suralimentation de son moteur M, qui est un moteur<B>à</B> combustion interne et en- trame l'arbre moteur ld. Tout comme dans la première forme d'exécution, un rotor compres seur<B>2d à</B> écoulement radial centrifuge est calé sur l'arbre moteur. De même, les parties<B>3d</B> <B><I>à</I></B> l4d correspondent respectivement aux par ties<B>3 à</B> 14.
Cependant, dans cette forme d'exécution, le gaz comprimé -par le rotor compresseur<B>2d</B> est de l'air. L'installation comporte une dérivation <B>25</B> par laquelle une partie de l'air comprimé fourni par le rotor compresseur<B>2d</B> est prélevée <B>à là</B> sortie de celui-ci et est envoyée au moteur M pour alimenter ce dernier; les gaz d'échap pement de ce moteur sont amenés<B>à</B> l'entrée du rotor de turbine<B>8d</B> par une conduite<B>26.</B> Ici, ils se mélangent avec la fraction d'air qui n'a pas été prélevée et actionnent le rotor de tur bine.
La man#uvre de la pédale<B>A</B> provoque le pivotement des volets 10d; de cette manière le moteur est suralimenté au maximum lorsque ces volets l0d sont grand ouverts et, dans ce cas, on demande l'effort maximum au moteur pour le démarrage ou la pleine marche avec ac célérateur poussé<B>à</B> fond, c'est-à-dire pleine ad mission de combustible au moteur M.
La pédale<B>A</B> peut d7ailleurs être la pédale d'accélération elle-même, en disposant sur la commande qu'elle actionne les renvois mécani ques appropriés. La<U>commande</U> de réglage de la puissance du moteur M est ainsi asservie<B>à</B> la commande des volets<B>10d.</B> En alternative, la pédale<B>À</B> de commande des volets pourrait être indépendante de la commande qui règle la quantité de combustible admise au moteur. Cette pédale<B>-</B>ou un organe analogue permet trait de commander les volets<B>à</B> volonté.
Les parties de carter<B>3d</B> et<B>6d</B> pourraient être façonnées de sorte que l'air soit accéléré entre la sortie du rotor compresseur<B>2d</B> et l'en trée du rotor de turbine<B>8d;</B> de cette façon, la pression de l'air prélevé par la conduite<B>25</B> est supérieure<B>à</B> la pression des gaz de com bustion introduits par la conduite<B>26.</B> Cette différence de pression augmente la suralimenta tion du moteur et empêche une circulation<B>à</B> contresens des gaz de combustion dans les car ters de compresseur et de turbine.
Un diffuseur placé<B>à</B> l'entrée de l'air dans la conduite 25 peut transformer en pression une partie de l'énergie cinétique contenue dans l'air <B>à</B> la sortie du compresseur. On peut, par ce moyen, augmenter encore la pression de l'air<B>à</B> l'admission du moteur. Une tuyère placée dans la conduite<B>26</B> permettrait de diminuer la pres sion des gaz de combustion<B>à</B> l'admission dans la turbine. Par ces différents moyens on peut encore augmenter le taux de suralimentation.
La totalité de l'air prélevé sur le corn- presseur pour alimenter le moteur revient<B>à</B> l'entrée de la turbine<B>;</B> cette turbine est donc actionnée par la totalité de Pair fourni par le compresseur, augmentée de la quantité<B>du</B> com bustible brûlée dans le moteur. L'énergie ame née,<B>à</B> la turbine est augmentée de l'apport de chaleur important<B>dû à</B> la haute température des gaz de combustion. Le rotor de turbine<B>8d</B> récupère donc une partie de Pénergie d7ordi- naire perdue dans les gaz d'échappement.
La forme d'exécution qui est représentée aux fig. <B>6</B> et<B>7</B> comprend un moteur<B>à</B> combus tion interne<B>31</B> alimenté en air par un com presseur dont le rotor<B>39</B> est entraké en rota tion par ledit moteur par Pintermédiaire & un renvoi -d7engrenages <B>32, 33,</B> d'un arbre 34, d'un dispositif & accouplement semblable<B>à</B> celui<B>dé-</B> crit ci-dessus en regard de la fig. 4, et & un arbre<B>38.</B> Les rotors compresseur et de turbine du dispositif d'accouplement sont désignés par <B>35</B> et<B>37,</B> respectivement.
Les volets<B>36</B> cor respondent aux volets 10c et commandent l'ad mission<B>de</B> Pair ou autre gaz servant d'agent de transmission d'énergie dans le dispositif d'ac couplement dont l'ouverture de sortie<B>de</B> ce même gaz est désignée par 38a. L'air est admis au compresseur & alimentation par un Venturi<B>;</B> le collecteur de sortie 41 de ce compresseur est relié au collecteur d'admission 42 du mo teur<B>3 1.</B>
Le dispositif de<U>command</U> de l'orientation des volets<B>3 6</B> est représenté<B>à</B> la fig. <B>7.</B> Les axes 43 de ces volets sont solidaires de pignons 44 qui sont en prise avec une roue dentée 45. Les volets sont ainsi reliés les uns aux autres. L'un des pignons 44 est solidaire en rotation d#un bras de<U>commande</U> 46 sur lequel agit un ressort de rappel 47 agissant dans le sens de l'ouverture des volets. Par ce même ressort un bouton 48 prévu<B>à</B> rextrémité du bras 46 est appuyé sur l'un des fonds d'une rainure longi tudinale 49, d'une tige<B>50</B> attelée<B>à</B> un ressort de rappel<B>51</B> et pourvue d'une deuxième rainure <B>53</B> alignée sur la première.
Dans cette deuxième rainure peut coulisser un bouton<B>52</B> fixé<B>à</B> la pédale d'accélérateur 54 constituant la com mande qui règle la quantité de combustible ad mise au moteur. Durant le fonctionnement, la puissance transmise au rotor compresseur d'alimentation <B>39</B> par l'intermédiaire du dispositif d7accouple- ment comprenant les rotors<B>35, 37</B> dépend du degré d'ouverture des volets<B>36</B> et sera nulle si ces volets sont fermés.
Le moteur<B>31</B> aspire de l'air non comprimé et son alimentation en com bustible est<U>commandée</U> par la pédale 54 qui est déplacée entre les limites R et<B><I>S.</I></B> Si la<B>pé-</B> dale dépasse la limite<B>S</B> pour arriver, par exem ple, dans la position T, elle entrailne la tige<B>50</B> par l'intermédiaire du bouton<B>52, à</B> rencontre de la résistance du ressort<B>51.</B> Le bras 46 suit la tige'50 sous l'action du ressort 47 et ouvre plus ou moins les volets<B>36</B> et le rotor de compres seur d'alimentation<B>39</B> tournera plus ou moins vite.
Les courbes s<I>et</I> n de la fig. <B>8</B> indiquent en fonction du nombre des tours/minuteNjapuis- sance effective P (exprimée en<B>CV)</B> fournie res pectivement par l'installation complète de la fig. <B>1</B> et par le moteur<B>31</B> s'il doit travailler sans suralimentation.
Si le moteur tourne<B>à</B> la vitesse Nj, le point<B>A</B> représente la puissance corres pondant<B>à</B> un couple peu élevé correspondant<B>à</B> une position située entre R<I>et<B>S,</B></I> de la pédale, donc<B>à</B> la position fermée des volets<B>36.</B> La puis sance alors consommée par le dispositif eac- couplement et le rotor<B>39</B> est très faible<B>;</B> la con sommation spécifique du moteur<B>31</B> ne sera guère plus élevée que celle d'un même moteur non équipé du compresseur de suralimentation.
Lorsque le couple exigé augmente, le point de fonctionnement passe de<B><I>A</I></B><I> en</I> B pour un moteur normal (non suralimenté)<B>;</B> la pédale 54 est pressée<B>à</B> fond. Si le couple exigé augmente encore, le point de fonctionnement passe de<I>B</I> en<B>C,</B> mais la vitesse<B>N</B> diminue. Si elle diminue trop parce que le couple demandé est trop grand, il est nécessaire d'effectuer un<B> </B> change ment de vitesse<B> </B> dans une boite<B>à</B> vitesses.
Dans le cas de l'installation des fig. <B>6</B> et<B>7,</B> l'arrivée au point de fonctionnement B corres pond<B>à</B> la position<B>S</B> de la pédale 54. Si la<B>pé-</B> dale 54 est encore-pressée davantage, le degré d'ouverture des volets<B>36</B> passera de zéro<B>à</B> une valeur positive, le compresseur<B>39</B> travaillera<B>;</B> la puissance et le couple fournis par le moteur <B>31</B> augmentent et le point de fonctionnement passe de B en<B>D,</B> par exemple. Le couple de mandé a pu être augmenté sans que la vitesse <B><I>N</I></B> ait diminué et l'on n'a pas besoin, comme pour un moteur normal, d'effectuer un change ment de vitesse. La puissance fournie par le moteur est transmise, par des moyens non re présentés,<B>à</B> partir du vilebrequin de ce moteur.
En vue d7éviter des fatigues thermiques et mécaniques trop élevées du moteur de l'ins tallation de la fig. <B>6,</B> on a prévu le dispositif qui est basé sur les considérations suivantes<B>.</B> a puissance délivrée par un moteur<B>à</B> combus tion interne est fonction du débit en poids de l'air d'alimentation.
Pour mesurer ce débit<B>'</B> on alimente le compresseur<B>39 à</B> travers un Ven turi 40<B>;</B> si le poids spécifique avant l'entrée<B>du</B> Venturi 40 est constant, le débit en poids sera fonction de la différence de pression entre la prise<B>65</B> et la prise <B>66,</B> ces prises étant situées respectivement au <B>col</B> et<B>à</B> l'entrée du Venturi 40 et reliées par des conduits<B>63,</B> 64<B>à</B> l'une et<B>à</B> l'autre des ex trémités d'un cylindre<B>61</B> dans lequel se trouve un piston<B>60</B> chargé par un ressort<B>62.
A</B> chaque débit en poids correspondra donc une position déterminée dudit piston<B>60.</B> Dans l'installation décrite, ce piston actionne par l'intermédiaire d'une tige<B>59</B> un bras<B>58</B> solidaire d'une came <B>57</B> sur laquelle un poussoir<B>55</B> est appuyé par un ressort<B>56.</B> Ce poussoir est susceptible de limiter le mouvement du bras 46 dans le sens de l'ouverture des volets<B>36.</B> Le dispositif qui vient d'être décrit constitue donc un régula teur automatique pour influencer la commande desdits volets en rapport au débit d'air fourni au moteur.
De la forme de la came<B>57</B> dépend rallure de la courbe r qui montre l'influence de ce dispositif sur la puissance délivrée par Fins- tallation. La liaison de la tige<B>50,</B> de commande des volets<B>36,</B> avec la pédale 54 réglant la quan tité<B>dé</B> combustible admise au -moteur est une liaison<B>à</B> mouvement perdu grâce<B>à</B> laquelle la pédale peut commencer son mouvement sans agir sur la tige de commande des volets et grâce<B>à</B> laquelle cette pédale peut continuer son mouvement dans le sens de l'augmentation de la quantité de combustible admise au moteur lorsque la<U>commande</U> des volets a été- arrêtée par le dispositif limiteur comprenant le pous soir<B>55.</B>