Auto-générateur à piston libre, à combustion interne L'invention est relative à un auto-générateur à piston libre à combustion interne comportant une tur bine à gaz auxiliaire entraînant au moins un disposi tif auxiliaire et un dispositif réglant la section d'entrée de la turbine auxiliaire en fonction de la pression de marche de l'auto-générateur.
Dans les installations connues, de ce genre, la turbine auxiliaire est entraînée par les gaz moteurs qui sont débités par le cylindre moteur de l'auto- générateur et qui sont constitués par un mélange d'air comprimé et de gaz de combustion incomplète ment détendu. La turbine auxiliaire, dans ces installa tions connues, est branchée, soit en série, soit en parallèle, avec la machine réceptrice principale des- dits gaz moteurs, cette machine réceptrice principale étant constituée généralement par une turbine à gaz.
Si la turbine auxiliaire est montée en série avec la turbine principale, tous les gaz moteurs doivent passer à travers la turbine auxiliaire.
Si la turbine auxiliaire est branchée en parallèle avec la turbine principale, elle se trouve alimentée par des masses gazeuses moindres mais toujours à pression variable selon le régime de la turbine prin cipale. Or, dans beaucoup de cas, la puissance du dispositif auxiliaire, ou de l'ensemble des dispositifs auxiliaires entraînés par la turbine auxiliaire, reste constante ou peu variable quand la puissance deman dée à la turbine principale et, par conséquent, la pres sion des gaz moteurs varient. Il est donc nécessaire de dimensionner la turbine auxiliaire pour la pression minimum des gaz et de réduire la section de cette turbine quand la pression des gaz est élevée.
Cette disposition est particulièrement désavantageuse dans les installations destinées à la propulsion de bateaux et dans lesquelles il est possible d'abaisser à des valeurs très basses la pression des gaz moteurs à l'ar rêt ou en marche à faible charge.
C'est ainsi que, dans ces installations marines, la section de la tur bine auxiliaire, branchée parallèlement à la turbine principale, doit varier dans le rapport de 1 sur 100 si la pression des gaz au-dessus de la pression atmo sphérique descend de 3,2 à 0,1 kg/cm2. La situation est un peu moins défavorable, mais pas satisfaisante quand même, dans les installations électrogènes dans lesquelles on doit maintenir, en marche à vide, la pleine vitesse de la turbine principale entraînée par les gaz moteurs débités par l'auto-générateur.
Dans ces dernières installations dans lesquelles la pression des gaz varie, par exemple, entre 3,2 et 0,7 kg/cm, le rapport qui doit exister entre les valeurs maxima et minima des sections de la turbine auxiliaire- est de 5,5/1.
L'invention a pour but de permettre d'éliminer de tels inconvénients et, à cet effet, l'auto-générateur à piston libre selon l'invention est caractérisé par le fait que la turbine auxiliaire est entraînée par de l'air prélevé dans le réservoir d'air qui est intercalé entre la partie motrice et le compresseur de l'auto-généra- teur et qui contient l'air d'alimentation de ladite par tie motrice.
Cet air a, même, en marche à vide de l'installation, une pression relativement élevée, de sorte que le rapport entre les pressions maxima et minima de cet air est moins grand que le rapport entre les pressions maxima et minima des gaz débités hors du cylindre moteur de l'auto-générateur. Par conséquent, en alimentant la turbine auxiliaire- en air prélevé dans ledit réservoir, il est possible de se con tenter d'une variation de la section d'entrée de la tur bine auxiliaire bien moins grande que. dans le cas où la turbine auxiliaire est alimentée en gaz moteurs parallèlement à la turbine principale.
C'est ainsi que, dans une installation marine, le rapport entre les sections maxima et minima d'une turbine auxiliaire alimentée par de l'air prélevé sur l'air d'alimentation du cylindre moteur peut être, par exemple, égal à 7,5 (contre 100 dans le cas de l'alimentation en gaz mo teurs), la pression dans le réservoir contenant l'air d'alimentation du cylindre moteur pouvant être, par exemple, à pleine charge, égale à 4 kg/cm2 et, en marche à vide, égale à 0,8 kg/cm?, ces valeurs cor respondant à des pressions respectives de 3,2 et 0,1 kg/cmz à la sortie du cylindre moteur.
Pour une installation électrogène, les valeurs maxima et minima des pressions régnant dans le réservoir contenant l'air d'alimentation du cylindre moteur peuvent être éga les, respectivement, à 4 et 1,5 kg/cmz, ce qui permet trait de ramener le rapport des sections maxima et minima de la turbine auxiliaire à la valeur de 3,6 (contre 5,5 dans le cas de la turbine auxiliaire alimen tée en gaz moteurs et branchée parallèlement à la turbine principale).
L'invention permet donc de ré duire fortement les dimensions de la turbine auxi liaire et d'obtenir un réglage plus simple, puisque le rapport des sections de la turbine auxiliaire entre la marche à vide et la marche à pleine charge de l'auto générateur peut être beaucoup plus petit que dans le cas d'une turbine auxiliaire alimentée en gaz moteurs et montée parallèlement à la turbine principale.
La figure unique du dessin montre, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'auto-générateur selon l'invention.
L'auto-générateur représenté au dessin comporte deux cylindres coaxiaux dont le premier 1 constitue un cylindre moteur, tandis que le deuxième 2 cons titue, dans sa partie 2a qui est tournée vers le cylin dre 1, un cylindre compresseur et, dans sa partie opposée 2b, un accumulateur d'énergie de retour.
Dans ces deux cylindres travaille un piston libre dont la partie 3 de ce piston constitue l'élément moteur qui coopère avec le cylindre moteur 1, tandis que la partie 4 dudit piston travaille dans le cylindre 2 et constitue un élément compresseur, sa face annulaire tournée vers l'élément 3 assurant l'aspiration et la compression de l'air dans la partie 2a du cylindre 2, alors que sa face opposée coopère avec le matelas d'air qui est emprisonné dans la partie 2b du cylin dre 2.
Le cylindre moteur 1 comporte un injecteur 5 et des ouvertures d'admission 6 et d'échappement 7, ces ouvertures étant commandées par l'élément moteur 3 du piston libre.
Le compartiment 2a du cylindre 2 est muni de soupapes d'aspiration d'air 8 et de soupapes de re foulement 9 à travers lesquelles l'air comprimé est transvasé dans un réservoir d'air 10 qui entoure le cylindre moteur I et qui constitue un carter extérieur pour celui-ci.
L'air est donc aspiré à travers la soupape 8 lors que le piston 3-4 accomplit sa course vers l'extérieur sous l'influence de la combustion du combustible dans le cylindre 1 et il est comprimé et refoulé dans le réservoir 10 lorsque le piston 3-4 accomplit sa course inverse sous l'influence de l'énergie qui a été emma gasinée dans l'accumulateur d'énergie 2b lors de la course précédente.
Les ouvertures d'échappement 7 du cylindre moteur 1 sont reliées par un conduit 11 à une tur bine à gaz principale 12, qui est entrainée par le mélange d'air comprimé et de gaz de combustion incomplètement détendu qui s'échappe à travers les ouvertures 7 durant la période pendant laquelle ces ouvertures sont découvertes par l'élément moteur 3.
Dans une variante, l'auto-générateur pourrait comprendre deux pistons libres opposés à éléments moteurs 3 travaillant en sens opposé dans un même cylindre moteur et à éléments compresseurs travaillant dans deux cylindres disposés de part et d'autre du cylindre moteur 1, les deux pistons libres opposés étant reliés entre eux par un mécanisme de synchro nisation.
L'auto-générateur décrit comprend des dispositifs auxiliaires, non représentés, par exemple une pompe qui soutient la circulation de l'eau de refroidissement dans l'auto-générateur et/ou un ventilateur assurant le refroidissement de cette eau, entraînés par une tur bine auxiliaire. Cette turbine est entraînée par de l'air sous pression prélevé dans le réservoir 10.
La turbine auxiliaire comporte une roue 13 munie d'aubes à sa périphérie et fixée sur un arbre 14. L'ad mission de cette turbine comprend plusieurs ajutages 15a, 15b, etc., comportant, à leur extrémité voisine de la roue 13, des aubes directrices 16, chacun de ces ajutages étant commandé à son extrémité d'entrée par une soupape désignée respectivement par 17a, 17b, etc. Chaque soupape, lorsqu'elle est ouverte, fait communiquer l'ajutage correspondant avec un espace d'admission commun 18 en forme de tore. Ce dernier espace est relié par un conduit 19 au réservoir 10.
En ouvrant ou en fermant successivement un nombre plus ou moins grand de soupapes<I>17a, 17b,</I> etc., on provoque donc un agrandissement ou une diminution de la section d'entrée utile de la turbine auxiliaire.
Le réglage du nombre des soupapes 17a, 17b, etc., ouvertes à un moment déterminé, s'effectue à l'aide d'un régulateur centrifuge de vitesse 20 qui est entraîné, par l'intermédiaire de roues hélicoïdales 21 22, à partir de l'arbre 14 de la turbine auxiliaire et qui, au moyen d'un dispositif servomoteur hydrau lique ou pneumatique, déplace une crémaillère 23 qui actionne un pignon 24 qui est calé sur un arbre 25 sur lequel est montée une came 26 qui agit sur les tiges des soupapes 17a, 17b, etc.
Le dispositif servomoteur comporte un distributeur 27 comman dant un cylindre de travail 28 dans lequel coulisse un piston 29 qui est relié à ladite crémaillère 23, les tiges du distributeur 27 et du piston 29 étant reliées à un levier 30 sur l'une des extrémités duquel agit ledit régulateur 20. Lorsque la pression de l'air qui entraîne la tur bine auxiliaire monte ou descend, la turbine a ten dance à tourner plus vite ou plus lentement. Une légère modification de la vitesse de la turbine a pour effet d'amener le régulateur 20 à fermer ou à ouvrir un nombre correspondant de soupapes<I>17a, 17b,</I> etc., et à diminuer ou augmenter, de façon correspondante, la section d'entrée utile de la turbine auxiliaire, ce qui maintient ainsi la vitesse de celle-ci à une valeur pratiquement constante.
L'air, après avoir traversé les aubes de la roue 13, s'échappe à travers un con duit d'échappement 31 fixé sur l'enveloppe 32 de la turbine.
L'arbre 14 entraîne, par l'intermédiaire des roues dentées 33a, 33b, les dispositifs auxiliaires de l'auto- générateur.
Dans certains cas, il peut être avantageux de réchauffer l'air prélevé dans le carter 10 de l'auto- générateur avant que cet air arrive à l'admission de la turbine auxiliaire. Ce réchauffage peut être obtenu, par exemple, par un échangeur 34 qui chauffe l'air qui se trouve dans un réservoir auxiliaire 35 qui est intercalé dans le conduit 19. Ce réchauffage peut aussi être obtenu par la combustion d'une certaine quantité de combustible dans le conduit 19.
Dans d'autres cas, on peut, au contraire, avoir intérêt à refroidir l'air prélevé dans le réservoir 10 avant que cet air n'arrive à l'admission de la turbine auxiliaire. Ce refroidissement peut avoir lieu dans un réservoir auxiliaire, analogue à celui désigné par 35, mais muni de moyens de refroidissement. Par suite d'un tel refroidissement, on obtient à la sortie de la turbine auxiliaire (conduit d'échappement 31), de l'air ayant une température inférieure à la tempé rature ambiante. Cet air peut servir, par exemple, à la réfrigération du poste de conduite d'une locomo tive.
Pour les charges réduites de l'auto-générateur décrit, la puissance nécessitée pour l'entraînement du ou des dispositifs auxiliaires peut également être légè rement réduite. C'est pourquoi la vitesse de la tur bine auxiliaire est réglée de façon qu'elle soit réduite lorsque l'auto-générateur marche à charge réduite. A cet effet, la tension du ressort 36 du régulateur 20 est rendue variable en fonction de la pression dans l'espace d'admission 18 de la turbine auxiliaire, pres sion qui varie avec celle régnant dans le réservoir 10 et donc avec la charge de l'auto-générateur.
L'une des extrémités du ressort 36 est fixée à une tige filetée 37 munie d'un pignon 38 avec lequel coopère une crémaillère 39, cette dernière crémaillère étant reliée à un piston 40 qui peut se déplacer à l'intérieur d'un cylindre 41 dont l'une des extrémités est reliée, par un conduit 42, à l'espace d'admission 18 de la tur bine auxiliaire, de sorte que la pression qui règne dans cet espace agisse sur l'un des côtés du piston 40, tandis que l'autre côté de ce piston est sous l'action d'un ressort 43 qui se trouve à l'intérieur du cylindre 41.
Afin de limiter l'action du réglage du dispositif 37 à 43 à une certaine gamme de pres- sions qui correspond aux charges réduites de l'auto- générateur, il est prévu une butée à l'intérieur du cylindre 41 qui arrête le piston 40 lorsque la pres sion dans l'espace 18 atteint une valeur correspon dant à la pression maximum de ladite gamme de pressions.