BE345090A - - Google Patents

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BE345090A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description


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  " 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 

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   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 

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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 
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 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- 

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 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 

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   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 

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 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. 

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   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 

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 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 

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 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 

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 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.

Claims (1)

  1. Résumé :- L'Invention concerne un procédé et un dispositif pour engendrer un jet de gaz servant au débit de' travail mécani- que, jet qui est engenderé par une succession de combustions ex- plosives dans plusieures chambres de combustion, une partie de ces chambres étant en cours de chargement, tandis qu'une autre partie est en cours de décharge, et L'invention est caractérisée en ce que les jets de gaz de combustion sortant des chambres en période de décharge ont un point de contact avec le jet d'air frais et qu'au point de contact ce jet est dévié par les jets de com- bustion de sa direction d'écoulement initial et est obligé de se déverser dans les chambres de combustion en cours de chargement et de les remplir d'air de combustion.
    2 L'invention est caractérisée en outre par les points suivants, endemble ou séparément: a) l'air de combustion est débité dans les chambres par une action d'injecteur et que, dans ces chambres, sa vitesse d'écoulement est arrêtée si rapidement qu'il se produit dans ces chambres une pression d'accumulation;
    b) l'air de combustion est débité dans les chambres par une action d'injecteur et en conséquence le dispositif se compose d'un système de plusieures chambres de combustion, d'un appareil de jet dans le genre d'un injecteur et d'un guide-jet, le fonc- tionnement du jet étant tel que l'appareil à jet en forme d'injec- teur aspire de l'air frais qui se mélange avec les gaz de combus- tion du jet de gaz moteur de 1'injecteur en un air de mélange, avec accélération et réchauffement, et que cet air de mélange passe, sous une action de pression d'accumulation, dans les cham- 'bres de combustion à remplir de cet air, où il est mélangé à du <Desc/Clms Page number 12> combustible qui, par suite de la température élevée de l'air de mélange,
    s'enflamme automatiquement pendant l'intervalle de pres- sion d'accumulation tandis que les jets de gaz de combustion ainsi produits sont transformés d'une part dans l'appareil de jet en forme d'injecteur et autre part à l'extérieur du système en la forme de travail requise ; c) plusieres chambres de combustion communiquent par des tubulures avec un appareil de jet en forme d'injecteur et un guide- jet, dans lequel les jets d'explosion, s'écoulant d'une partie des chambres pendant leur période de combustion, sont guidés de manière qu'ils empêchent le jet d'injecteur, coulant dans le même sens, de prendre le même chemin, et le dévient au point de contact et le forcent de se déverser dans les chambres à charger, de sorte que le jet d'injecteur parcourt pendant le processus de chargement les tubulures du guide-jet en direction ppposée à celle des jets d'explosion,
    et refoule les résidusde combustion par les tubulures de sortie hors des chambres, et que lorsque cette expulsion a eu lieu, l'énergie d'écoulement du jet d'injecteur est arrêtée si brusquement dans les chambres qu'il se produit dans ces chambres une pression d'accumulation temporaire, pendant laquelle le combustible introduit est porté à combustion ;
    d) des gaz de combustion passent pendant l'explosion par les mêmes tubulures par lesquelles les résidus de combustion s'écoulent, dans l'appareil de jet en forme d'injecteur, aspirent de l'air frais, se mélangent à cet air, l'accélèrent et le chauf- chauffent si fortement que la température d'allumage du combus- tible, de sorte que le combustible qui entre en contact avec les gaz de mélange chauds, arrive à combustion au maximum de pression d'accumulation, c'est-à-dire à une compression élevée;
    e) les chambres de combustion sont réparties autour de l'appareil de jet en forme d'injecteur de manière que le guide- <Desc/Clms Page number 13> jet communique avec la partie inférieure de L-injecteur, et il est formé d'ajustages qui sont disposés suivant un angle oblique par rapport à l'axe médian du groupe et débouchent dans uri aju- tage principal commun, et que les tubulures d'arrivée pour l'in- jecteur passent elles aussi en un ajustage principal commun, c'est-à-dire dans l'ajutage de jet, l'appareil de jet en forme d'injecteur et l'ajutage principal du guide-jet se trouvant dans un ajutage principal commun;
    f) le combustible est aspiré au moyen d'un injecteur par les gaz de combustion chauds à forte tension provenant des chambres avec explosion, est pulvérisé et en partie vaporisé, et est trans- porté par un système de tubes, dans lequel il se vaporise com- plètement et est chauffé au-dessus de sa température d'allumage, aux chambres sous compression et brûle avec explosion dans ces chambres en mélange avec les gaz de mélange également chauffés au-dessus de la température d'allumage;
    g) le combustible est introduit à des intervalles si courts que l'écoulement dans les tubes de communication ne s'arrête jamais et que les divers processus s'effectuent à intervalles si brefs qu'il se produit des pressions d'accumulation, c'est-à-dire des pressions de compression aussi fertes que possible, et qu'en conséquence des chambres sont constamment partie en chargement, partie en combustion et partie.en vidage;
    h) le groupe de combustion se compose de deux chambres et fonctionne de manière qu'une seule chambre soit toujours en explosion et l'autre en chargement, et que l'explosion se fasse à des intervalles qui sont plus courts, de même grandeur ou plus longs que les temps de combustion et d'évacuation des chambres, et que dans ce premier cas, même avec un nombre de chambres plus grand, de l'air réfrigérant frais parcourt le groupe entre les <Desc/Clms Page number 14> intervalles de combustion;
    i) le dispositif comporte une forme d'exécution telle que le guide-jet est seul utilisé et que l'air de combustion est com- primé par un compresseur mécanique, ou qu'on se sert d'une com- binaison de l'ensemble du dispositif, par exemple avec un compres- seur rotatif ou avec un compresseur centrifuge, et que l'amenée du combustible se fait'au moyen de pompes et sa distribution dans les chambres au moyen de soupapes et de tiroirs; J) pour augmenter le rendement thermique, la température des parois des chambres de combustion est maintenue au moins la température d'allumage de l'agent moteur employé, et que de plus la température des parties soumises aux gaz de combustion chauds est tenue au-dessous de la température d'incandescence des parties en question et qu'on se sert, entre autres, de sels fondus comme agents réfrigérants.
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