<Desc/Clms Page number 1>
" procédé etdispositif pourla production d'un jet de gaz servant au débit de travail mécanique "
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la production d'un jet de gaz servant au débit de travail mécanique, jet qui est engendré par une successsion de combustions dans plusieurs chambres de combustion, sans se servir des organes de commande usuels, tels que soupapes et ti- raoirs. D'après la présente invention, les jets de gaz d'explosion
<Desc/Clms Page number 2>
à haute tension, sortant des chambres de combustion, provoquent seuls la période de travail par leur,influence mutuelle constam- ment changeante.
De cette manière il est possible, au moyen d'un appareillage simple possédant le maximum de sûreté de fonctionne- ment, d'engendrer un jet,de gaz, soit continu, soit intermittent, de forte puissance, qui est transformé en travail mécanique dans des machines thermiques de type quelconque, par exemple, des turbines, des machines à piston, des injecteurs et des propulseurs, etc... On appelle propulseurs des appareils dans lesquels l'éjec- tion d'un jet de vapeur engendre une forte poussée pour la commande directe de véhicules.
Le dispositif, qui dans la suite sera appelé groupe de chambres de combustion, se compose de plusieures cham- bres de combustion comportant des organes pour aspirer et accélé- rer de l'air frais et en charger les chambres, ainsi qu'un dis- positif d'allumage et de'systèmes de tubes et d'ajutages pour produire et évacuer le'jet de gaz moteur.
Le dessin ci-joint représente schématiquement, à titre d'exemples, des formes,d'exécution du groupe de chambres de combustion.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une forme d'exé- cution du groupe de chambres de combustion avec un nombre pair de chambres;
La fig. 2 est une coupe transversale d'ungroupe de chambres de combustion à froids chambres.
Le groupe de chambres de combustion de la fig. 1 se compose de quatre chambres closes la à 1d, qui sont disposées symmétriquement autour de l'axe médian et parallèlement à cet axe.
Les chambres de combustion comportent à l'extrémité supérieure des tubulures 2a et 2c et à l'extrémité inférieure des tubulures
<Desc/Clms Page number 3>
3a et 3c Les tubulures supérieures aussi bien que les tubulures inférieures débouchent toutes à angle oblique dans des ajutages communs dirigés axialement vers le bas; l'ajutage supérieur est désigné par 4 et l'ajutage inférieur par 5. L'ajutage supérieur
4 forme l'ajutage de jet pour un injecteur 17 et s'étent dans le tube central en forme de trompe 7 de l'injecteur, tube qui sert à l'aspiration et à l'accélération de l'air frais. L'air frais 'passe par les ouvertures 8 dans le tube en forme de trompe et coule sous forme de jet 6 avec une forte accélération vers le bas à travers le tube d'injecteur.
Ainsi qu'indiqué, les tubulures inférieures 3a et 3c débouchent de manière analogue aux tubulures supérieures, suivant des angles obliques, dans un ajutage 5, qui est l'ajutage principal du groupe, et forment conjointement avec cet ajutage un guide de jet 16 qui imprime une direction tout éà fait déter- minée aux jets qui le parcourent.
Dans ltexemple d'exécution de la fig. 1, l'aju- tage principal est coupé à l'extrémité inférieure suivant un angle oblique, par lequel le jet de gaz sort et passe par exemple dans
EMI3.1
l'aubage de roues-de turbines pour y débiter du travail. Le fonctionnement du groupe de combustion est le suivant : S'il se produit,'par exemple dans la chambre la, une explosion, les gaz de combustion à haute tension coulent d'une part par les tubulures de sortie courbées 2a, 1!ajutage de jet 4 et le tube l'injecteur 7 vers'le bas, et d'autre part par les tubulures 3a et l'ajutage principal 5 vers l'extérieur. Les gaz de combustion qui sortent de l'ajutage de jet 4 possèdent une grande vitesse et une tempé- rature élevée.
Par suite de l'entraînement d'air, il se produit dans le tube de.injecteur 7 un,courant de mélange gazeux qui con- tient une quantité abondante d'air frais, mais conserve une tem-
<Desc/Clms Page number 4>
pérature qui est supérieure à la température d'allumage du conbus- tible employé. Le jet de gaz. sortant par les tubulures 3a en direction de la fiche 9 subit à l'embouchure du jet d'injecteur une contraction, ainsi qu'une déviation vers l'ajutage principal
5, de la manière indiquée approximativement par la courbe 10.
Or si la disposition est prise de manière que deux chambres voi- sines soient toujours en explosion, la section transversale la plus étroite de l'ajutage principal 5 sera complètement remplie par les jets de gaz sortant des chambres par les tubulures 3a, 'de sorte que le jet de mélange gazeux sortant du tube d'injecteur
7 ne peut pas, en raison de cette fermeture nette, s'écouler à travers l'ajutage principal, mais est dévisé en direction de l'a- jutage principal et passe par le guide-jet 16 dans la chambre 1c à charger.
Hais la- disposition peut aussi être telle qu'une chambre seule soit en explosion à la fois, et dans ce cas les diamètres internes des tubulures 3a et 5 ont environ même gran- deur que la section transversale la plus étroite de l'ajutage principal 5, de sorte qu'une fermeture parfaite s'obtient au moyen d'un seul jet de chambre, et que le jet de mélange gazeux est dévié par cette fermeture également dans la direction de la fiche 11.
Pour éviter que les jets ne forment des tourbil- lons dans le guide-jet, les tubulures 5 et 3c ont une forme cy- lindrique, ou bien sont en forme d'ajutage légèrement coniques, de sorte que les vitesses de ces deux jets ne diffèrent pas trop fortement et que de plus la surface des jets de chambre reste aussi compacte que possible et n'a pas tendence à se mélanger avec le jet de mélange gazeux. '
Les gaz de mélange passant dans la chambre de
<Desc/Clms Page number 5>
c @ combustion 1 balayant les restes de gaz de combustion hors de cette chambre à travers les tubulures 2c également vers l'ajutage de jet 4.
La quantité des gaz de combustion à évacuer est assez faible, car la fore d'inertie des gaz sortant rapidement pendant l'explosion provoque plutôt une dépression dans les chambres qui viennent d'être vidées.
Or il importe tout particulièrement que les gaz de mllange de l'injecteur-soient projetés à une grande vitesse dnas les chambres relativement petites, qu'ils les remplissent en conséquence rapidement et s'arrêtent ensuite brusguement. Comme il se produit-en même temps un changement de direction brusque hors du choc sur le fond supérieur des chambres, on obtient pen- dant de courtes périodes de temps, de même que dans un biler hydraulique, une augmentation notable de pression, reliée à un fort tourbillonnement du mélange. Le jet d'injecteur lui-même reçoit, par les explosions, constamment des impulsions violentes, avec des plénomèmes de résonance de sorte que l'effet de choc des masses est amplifié et ce d'autant plus que le nombre des impulsions est plus élevé.
De cette manière il est possible d'en- gendrer des pressions d'accumulation notables pour un temps court.
La combustion du combustible injecté a lieu pendant ce temps court et se fait en conséquence avec un bon rendement thermique.
Dès que la combustion a lieu dans la chambre 1c avec l'augmenta- tion de pression en résultant, il se produit dans les tubulures 3a et 3 une inversion du mouvement. En conséquence, il se pro- duit dans des tubulures, conformément aux périodes de charge et de combustion, une inversion constante de la direction d'écoule- ment, tandis que dans les tubulures 2a et 2c c'est toujours la même direction d'écoulement qui règne.
Le groupe de combustion peut se composer de nom- breuses chambres, par exemple de cinq, six, sept ou huit, ou bien
<Desc/Clms Page number 6>
d'un petit nombre, de préférence de deux ou rois. Dans les groupes à chambres nombreuses, les combustions sont mises en train de manière qu'elles se produisent toujours au moins dans deux chambres à des stages différentes, de sorte qu'on obtient dans l'ajutage principal un jet de gaz à peu prés constant. Dans un groupe à deux ou troiâ chambres, une saule chambre est toujours à l'état de combustion. Un groupe à deux chambres fonctionnera lui aussi, avec un nombre d'explosions élevé, de manière suffisam- ment régulière. Suivant la succession plus ou moins rapide des combustions, le jet de gaz sortant de l'ajutage principal est constant ou intermittent.
Dans le dernier cas, les divers inter- valles peuvent être si grande que de l'air frais soit aspiré par la force d'inertie du jet d'injecteur et puisse également s'écou- ler par l'ajutage principal entre deux intervalles, ce qui exerce une action refroidissante sur l'aubage de la roue de turbine.
La fig. 2 représente en coupe transversale une forme d'exécution du groupe de combustion avec trois chambres.
L'amenée de combustible s'obtient du fait que, au moyen d'un système de tubes étroits reliant les chambres entre elles et à un injecteur disposé centralement, des gaz de combustion chauds à forte tension, qui passent des chambres en-explosion à celles en cours de chargement, aspirent, pulvérisent et vaporisent du combustible liquide qui passe sous forme de vapeurs au mélange avec l'air de combustion fortement chauffé, de sorte qu'on obtient une combustion brusque, dans le genre d'une explosion.
Les chambres 1a à 1d communiquent avec les tubes étroits 15 et 13c, qui débouchent dans leur partie inférieure.
Les tubes sont reliés par l'autre extréité à l'injecteur central 14, dans lequel le combustible passe par le tube 15, qui d'ordi- naire est encore disposé-comme organe réglant l'amenée.
<Desc/Clms Page number 7>
Dans 1-'exemple d'exécution, le fonctionnement est le suivant: Si par exemple la chambre 1a est en explosion, des gaz de combustion chauds à forte tension coulent de cette chambre par les tubes de communication 13a à l'injecteur 14, où le combustible est aspiré et pulvérisé par le tube 15. Le com- bustible est transporté par les tubes 13c, dans lesquels le com- bustible pulvérisé est complètement vaporisé, à la chambres 1 , c'est-à-dire à la chambre sous pression d'accumulation, sous forme de courant de vapeurs de gaz chaudes. Ce résultat s'obtient du fait que l'injecteur 14 est également en*forme de distributeur de ..¯ combustible et débite du combustible successivement à une chambre après l'autre.
Par suite du tourbillonnement de l'air de mélange chauffé au..dessus-de la température d'allumage, il se produit dans la chambre 1 une combustion explosive. Les vapeurs de leur
EMI7.1
%miXttvv&*&ttv<#ïï.zmjy:Txv!y:rsi combustible peuvent elles aussi être chauffées au-dessus de leur température d'allumage, ce qui peut se faire car les gaz de combustion mélangés ne contiennent pas d'oxygène libre.
Lorsque les explosions sont mises en train par cette amenée de combustible à de faibles intervalles dans une chambre après l'autre, la surface de fermeture des gaz de combus- tion sortants, en 10 sur la fig. 1, change constamment de position, de sorte que dans l'ordre de succession de nouvelles chambres sont toujours remplies, allumées et vidées.
Le courant de mélange de l'injecteur contient des gaz de combustion. Tant que les gaz de combustion mélangés à l'air frais ne dépassent pas la proportion 2 : 3, il ne se pro- duit pas de perturbation d'une combustion rapide. Au contraire les gaz de combustion accélèrent la combustion et remplacent l'excès d'air nécessaire, en supposant que des vapeurs d'huile
<Desc/Clms Page number 8>
de graissage ne soient pas présentes, vapeurs qui en tant que colloides protecteurs gênent la combustion. On sait aussi que la présence de corps chimiquement neutres, tels que les gaz de com- bustion, n'influencent pas pratiquement le rendement maximum, à condition de ne pas quitter le système à l'état de dissociation, car leur entropie ne change pas.
De plus, des essais ont montré qu'un compresseur fonctionnant d'après le principe de l'injecteur, compresseur dont le courant de masse est transformé à de faibles intervalles, par choc de masse, chaque fois en pression, et dans lequel une partie de la chaleur du jet de gaz moteur peut être ultérieurement par exemple dans une roue de turbine, transformée en travail utile, comme dans le présent cas, fonctionne de manière très économique.
De plus, il faut tenir compte que la compression a lieu dans la partie primaire du système, et qu'en conséquence le coefficient de rendement du compresseur ne doit plus être multiplié avec le mauvais coefficient du rendement par exemple d'une roue de Curtis, ce qui serait le cas si l'air frais était comprimé oar un compres- seur accouplé avec la turbine.
Tous les organes du groupe de chambres de com- bustion sont enveloppés d'ordinaire par une chemise 12; les creux formés sont remplis du liquide réfrigérant.
Pour améliorer le rendemant thermique, la tempé- rature interne des parois des chambres de combustion est mainte- nue à la température d'allumage de l'agent moteur. De ce fait la quantité de chaleur évaceuxe par le réfrigérant est diminuée et la combustion de l'agent moteur est complète, car la tempéra- ture du mélange en combustion n'est plus, même dans le voisinage des parois, inférieure à la température d'allumage de l'agent moteur.
L'amélioration du rendement thermique se produit
<Desc/Clms Page number 9>
dans les groupes de combustion alimentés d'huiles' minérales, déjà avec une température des parois de 450 à 500 C, car la tempéra- ture d'allumage des huiles minérales est déjà atteinte à ce point.
Si on se sert de matériaux très réfractaires, la température peut aussi être tenue au-dessus de 500 C.
Ce résultat s'obtient par exemple en cas de @ refroidissement. par eau du fait que les parois de l'espace de combustion ne sont plus baignées d'eau à l'extérieur en tous les points, mais seulement des parties de ces parois en distribution plus ou moins régulière, de sorte que, par réduction de la surface d'abduction de chaleur,'la température interne des parois peut être tenue à 450 - 500 C
La température élevée des parois des chambres peut aussi être obtenue du fait que l'eau réfrigérante est main- tenue, sous une pression correspondante, à une température plus élevée, ou que l'on refroidit avec de la vapeur; en cas de refrai- dissement par air, la surface des nervures de refroidissement peut être réduite de manière correspondante.
On peut aussi employer comme réfrigérants des sels fondus. Il s'agit dans ce cas 'surtout de mélanges de fluo- rures, de bisulfates et de chlorures, car leur point de fusion est dtenviron 300 C, et qu'à 400 C ils sont assez fluides pour se mettre à couler en raison de différences de température, de sorte qu'on s'assure une compenâation thermique, et de plus, ces sels ne se décomposent pas et' n'attaquent pas le fer jusqu'à 1000 C.
Des parties à paroi mince, telles que par exemple les ajutages, les aubes de rotation, etc..., peuvent elles aussi être mises-en contact avec les sels fondus, pour les protéger de cette manière contre l'incandescence ou la fusion.
L'énergie d'écoulement du jet d'agent moteur
<Desc/Clms Page number 10>
s'écoulant de l'ajutage principal est transformé en 'travail méca- nique dans des turbines, des moteurs à piston, etc..., ou bien elle peut être transformée directement en poussée dans des pro- pulsateurs, de façon à assurer la commande de véhicules sans par- ties animées d'un mouvement mécanique.
Il est évident que le groupe de combustion peut comporter d'autres formes d'exécution que celles décrites.
Par exemple il serait possible d'utiliser le guide-jet 16 seul et de comprimer l'air de combustion au moyen d'un compresseur mécanique. On pourrait aussi conserver la combinaison du guide- jet et de i'injecteur d 'air frais, tout en augmentant son volume d'aspiration, par exemple au moyen d'un compresseur rotatif, dis- position qui pourrait être appliqués aux appareils volants.
L'amenée du combustion pourrait aussi se faire au moyen d'une pompe et sa distribution au moyen de soupapes et de tiroirs tournants.