BE370858A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Compresseur Diesel comme transformateur à com- bustion interne pour turbines à gaz. 



   Par transformateur à combustion interne on en- tend un groupe de machines composé d'un compresseur et d'un moteur à combustion interne, dans lequel l'énergie d'un agent moteur (huile , poussier de charbon, gaz) est transformée en énergie d'un courant de gaz moteur, qui débite du travail dans une turbine à gaz couplé à la sui- te. Le cycle de travail est le suivant : Le cylindre à combustion est chargé d'air comprimé provenant du com- presseur, la charge est ensuite encore plus comprimée dans le moteur à combustion et ce au point que le combus- tible chargé est allumé par la chaleur de compression. 



  Après que les gaz de combustion se sont dilatés environ jusqu'à la pression de refoulement du compresseur, des lu- mières et soupapes sont ouvertes dans le cylindre à com-      bustion. L'air comprimé introduit expulse les gaz de 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 combustion du cylindre et les conduit comme gaz mo- teurs à la turbine à gaz. Aucune énergie libre ou seu- lement dans une très faible mesure est disponible sur l'arbre du transformateur à combustion interne. La puis- sance effective est débitée par la turbine à gaz. 



   Par rapport à un moteur à combustion interne ordinaire la puissance de travail spécifique du cylindre de combustion est considérablement augmentéedans le trans- formateur à combustion interne. La pression moyenne spé- cifique du piston est environ deux à trois fois plus grande. De même la valeur absolue des pressions gazeuses dépasse la mesure ordinaire. On obtient de cette manière de très fortes pressions de mécanisme moteur, dont la commande nécessite des mesures particulières. Tout d'abord pour obtenir une construction simple du transfor- mateur à combustion interne il faudra avoir soin de re- lier rigidement l'un à l'autre le piston de combustion et le piston du compresseur; afin de ne pas être obligé de transmettre les forces par de longues conduites de force mécaniques (manivelles, arbres, etc...).

   Mais même avec l'accouplement rigide il se produit, lorsqu'on se sert des moyens jusqu'ici proposés,de très notables pressions, et il faut faire passer de très grandes quantités de travail par les manivelles, et dans les grandes unités on ne dis- pose pas encore de moyens pour être maître de ces quanti- tés. 



   Pour supprimer les inconvénients qui en résul- tent, on doit d'après la présente invention exécuter le cycle opératoire d'un compresseur Diesel avec accouplement rigide d'un piston de combustion et du piston du compres- seur de manière que le moteur à combustion interne tra- vaille en simple cycle à deux temps et que le travail de combustion est transformé en un travail pour le déplace- ment d'une quantité ou volume d'air contre la pression de refoulement, et qu'à la course de retour ce travail de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 déplacement sert à couvrir le travail de compression dans le cylindre du compresseur et dans le cylindre de combus- tion, ainsi que pour couvrir le travail d'expulsion des gaz moteurs hors du cylindre de combustion. 



   Pour la compréhension de ce procédé on peut imaginer qu'on a raccordé au cylindre de compresseur un espace collecteur de grandeur telle que la quantité d'air débitée dans cet espace ou enlevée de cet espace dans une course ne provoque pas de changement de pression. 



   D'après le présent procédé un volume d'air déterminé se- rait poussé, pendant la course d'expansion du cylindre de combustion dans cet espace collecteur sous une pression constante, et le travail de combustion serait donc en quelque sorte emmagasiné. Lorsque maintenant la course de retour débute, dans laquelle du travail de compression doit être effectué aussi bien dans le cylindre du com- presseur que dans le cylindre de combustion, l'énergie ac- cumulée dans le réservoir collecteur coule en arrière et couvre le travail de compression dans le cylindre de com- bustion et le travail de compression dans le cylindre du compresseur, et le cas échéant aussi le travail qui est nécessaire pour expulser les gaz moteurs hors du cylindre de combustion. 



   Dans ce procédé de l'énergie est emmagasinée à une pression constante et de l'énergie retourne à une pression constante. La surface de travail représente en conséquence un rectangle qui dans un cas particulier est égal au diagramme de travail de l'ensemble du processus de compression. Les conditions seront plutôt telles que les forces momentanées de la compression sont dans une certaine section de travail plus grandes que les forces momentanées qui proviennent du travail de déplacement. 



  Ces différences des forces momentanées doivent avant com- me après être compensées par l'action du mécanisme moteur que l'on équipera en général d'un volant. Du reste on 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 n'est pas lié à l'égalité de surface du diagramme du tra- vail de compression et du travail de déplacement. Même lorsque le diagramme du travail de déplacement est plus petit que celui du travail de compression, l'effet avan- tageux de l'invention se manifeste car les quantités d'é- nergie non couvertes par le travail de déplacement, qui entrent dans le volant ou en sont retirées sont de beau- coup plus petites que lorsqu'une certaine compensation de puissance n'est pas effectuée par le travail de déplace- ment. 



   Dans la mise en oeuvre pratique on remplacera de préférence un très grand espace collecteur par un deuxième transformateur à combustion interne, dont le cycle de tra- vail est décalé de 180 . Le travail de combustion de l'un des transformateurs à combustion interne est alors trans- formé en travail de déplacement, mais ce travail de dépla- cement se transforme immédiatement dans l'autre transfor- mateur en travail de compression. On peut se représenter l'effet comme si par exemple le piston de chaque transfor- mateur était projeté dans un sens et dans l'autre entre deux tampons élastiques. Le mécanisme moteur ne sert alors qu'à recevoir et à restituer les différences. de tra- vail relativement faibles qui sont données par les pres- sions de tampon des deux côtés. 



   Les conditions obtenues dans le procédé de l'in- vention seront décrites en se reportant aux diagrammes de la fig. 1, dans lesquels on a inscrit au-dessus de la course dans un sens et dans l'autre des pistons, les pres- sions des pistons, les pressions de masse, etc... Dans le premier diagramme, la ligne a représente la courbe de pression dans le cylindre de combustion, la ligne b la courbe de pression dans le cylindre du compresseur et la ligne la pression de refoulement constante pendant une course dans un sens et dans l'autr , tandis que les pertes sont indiquées dans les surfaces h churées b. Les 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 pressions résultant de ces pressions séparées sont re- présentées sur le deuxième   diagrarme   par la ligne e.

   Si on inscrit encore la ligne des pressions de masses f, on obtient comme résultat final la ligne g représentée dans le troisième diagramme en tant que ligne de pres- sion. Les. surfaces hachurées I, II représentent les quantités de travail à recevoir et à recéder par le mé- canisme moteur. Elles atteignent à peine les valeurs se manifestant dans les moteurs Diesel ordinaires, malgré la puissance effective plusieurs fois augmentée. Le dernier diagramme montre finalement les conditions qui sont don- nées par l'augmentation du nombre de tours.

   On a admis par rapport à l'avant-dernier diagramme une augmentation du nombre de tours de 25   %.   Le cours de ce diagramme permet de se rendre compte que l'on peut encore réduire par aug- mentation du nombre de tours, c'est-à-dire augmentation des forces de masses, les quantités de travail qui pas- sent dans le mécanisme moteur. 



   La fig. 2 montre un exemple d'exécution pour    la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; n'a repré-   senté que le transformateur à combustion interne, tandis que l'installation de turbine à gaz adjointe a été omise. 



  Ce transformateur se compose du cylindre de combustion 1 et du cylindre de compresseur 2. 



   Le piston de combustion 3 et le piston de compresseur 4 sont assemblés en un piston étagé, qui est construit de préférence de façon que le piston de combustion 3 s'étende par un prolongement dans le piston de compresseur 4 pourvu d'un col de piston 5. Ce pro- longement sert à recevoir le tourillon de piston 6, qui est attaqué par la barre de manivelle 7 ; le prolongement s'appuie sur un saillant 8 et est rigidement relié en ce point au piston de compresseur par des vis non repré- sentées qui se trouvent devant et derrière le plan de la figure. Après desserrage de ces vis le piston de combustion 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 peut, si son prolongement possède le même diamètre ou un diamètre plus petit que le cylindre de combustion, être retiré par en haut, sans qu'il faille enlever le cylindre de combustion.

   Un autre avantage de la disposition de piston ici proposée consiste en ce que le tourillon de piston 6 peut être déporté jusqu'à hauteur de la surface de frottement du piston'de compresseur, de sorte qu'on peut diminuer la longueur de construction de l'ensemble de la machine. 



   Le piston étagé est représenté dans sa position supérieure dans laquelle le combustible est injecté par la soupape 9 dans l'espace de combustion 10. Sous l'ac- tion de la combustion et de l'expansion, le piston est ac- tionné vers le haut, et de l'air à faible compression préalable est aspiré au-dessus du piston de compresseur 4 de la conduite 11 par les soupapes d'aspiration 12. En même temps une quantité d'air est déplacée, au-dessous du piston 4, à travers l'ouverture libre 13 dans l'espace collecteur 14 contre la pression régnant dans cet espace Ainsi que décrit dans la suite, l'espace collecteur sert en même temps de récepteur pour l'air comprimé par la sur- face supérieure du piston du compresseur.

   Lorsque mainte- nant le piston étagé a atteint environ sa position la plus basse, la soupape d'échappement 15 et la soupape d'ad- mission 16 sont ouvertes, les gaz de combustion passent par la conduite 17 à la turbine à gaz, et en même temps de l'air frais pénètre de l'espace collecteur 14 par les lumières d'admission 16 dans le cylindre de combustion. 



  Dans lamontée subséquente du piston étagé, la pression régnant dans l'espace collecteur 14 actionne la surface inférieure du piston de compresseur 4 ; au-dessus du piston de compresseur l'air précédemment aspiré est compri- mé et est refoulé par les soupapes de refoulement 18 dans l'espace 19 et de cet espace par l'ouverture 21 dans l'espace collecteur 14, tandis qu'au-dessus du piston de   1.   

 <Desc/Clms Page number 7> 

 combustion, après expulsion complète des gaz de   combus   tion, l'air frais est encore comprimé jusqu'à ce que la température nécessaire pour l'allumage du nouveau combus- tible soit atteinte. Un nouveau cycle de travail recom- mence alors. 



   On raccorde en général aux espaces collecteurs 
14 plusieurs transformateurs à combustion interne, qui fonctionnent avec des courses de piston décalées, de pré- férence de manière que deux transformateurs soient chaque fois décalés de 180  l'un par rapport à l'autre. On ob- tient alors l'effet ci-dessus décrit dans lequel le tra- vail de déplacement de l'un des transformateurs à combus- tion interne se transforme directement en travail de com- pression du transformateur inférieur. Un calcul spécial du rapport des surfaces de piston f   et ±1   permet d'en arriver à ce que le travail moteur et le travail de dépla- cement conduits par la course sont égaux, ce qui donne des surfaces I et II de même grandeur dans le deuxième et le troisième diagramme de la fig. 1.

   Les conditions de fonctionnement déterminent s'il est nécessaire de viser à cette égalité de travail dans chaque cas. 



   On se reportera encore particulièrement à la construction représentée sur la fig. 2 de l'espace de sou- pape du compresseur ainsi que des chemins d'air entre le compresseur et le moteur à combustion interne ou l'espace collecteur, car on obtient ainsi de très bons chemins d'é- coulement au point de vue de la technique d'écoulement et qu'on s'assure en outre une forme d'exécution de construc- tion très simple. L'ensemble de la disposition est tel que l'espace de travail du compresseur passe dans un espa- ce de soupape 20, dont l'étendue est un multiple de l'étendue radiale, et dont les surfaces périphériques ser- vent à recevoir les soupapes d'aspiration 12 et les sou- papes de refoulement 18.

   Dans ces conditions on peut su- perposer plusieurs rangées de soupapes, lorsque plusieurs 
Il 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 transformateurs à combustion interne sont disposés étroi- tement côte à côte et qu'en conséquence les soupapes ne peuvent être établies que sur une partie de la circonfé- rence, ainsi que représenté sur la fig. 3 suivant une coupe transversale de la chapelle des soupapes, d'après la ligne n - n. Les soupapes de refoulement 18 débou- chent dans un espace annulaire 19 entourant le cylindre de combustion, espace qui communique par des lumières 16 avec le cylindre de combustion et d'autre part au moyen de l'ouverture 21 avec l'espace collecteur 14. 



   Lorsque grâce au présent procédé la charge du mécanisme moteur d'un transformateur à combustion interne peut être considérablement réduite, dans certaines condi- tions jusque près de la valeur zéro, ainsi que le montre le dernier diagramme de la fig. l, on cherchera à   rempla-   cer le mécanisme de manivelle normal par d'autres méca- nismes qui permettent une construction plus simple et plus économique. En premier lieu il s'agit des plateaux oscil- lants connus, qui dans certaines conditions peuvent être remplacés par des mécanismes de cames. Or d'après la pré- sente invention, cette forme d'exécution particulièrement avantageuse en ce qui concerne sa construction peut être perfectionnéeen ce qu'on assure un équilibrage ou compen- sation des masses, et ce par l'emploi de pistons mobiles en sens contraire.

   Si les pistons ont même grandeur, et s'ils comportent même course, on obtient deux plateaux os- cillants inclinés en sens opposé mais inclinés symétrique- ment à l'axe central. Le transformateur à combustion in- terne comporte donc comme caractéristiques essentielles une ou plusieurs paires de pistons étagés mobiles en sens contraire dont les commandes sont constituées par des pla- teaux oscillants, les espaces situés derrière le piston de compresseur étant conformément au procédé opératoire, en communication ouverte l'un avec l'autre et avec l'espa- ce de refoulement pour l'air de balayage et de charge. 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 



   Dans la forme d'exécution de la fig. 4, les pistons étagés A, B, C, D, forment deux paires de pis- tons A, B et C, D, mobiles en sens opposé, paires qui sont accouplées l'une à l'autre de manière connue par des plateaux oscillants 25 et 26 disposés sur l'arbre 
27. Le cycle de travail de la paire de piston A, B est décalé de 180  par rapport au cycle de la paire C, D, de sorte que les pistons A et B se trouvent dans leur po- sition de point mort externe et les pistons C et D dans leur position de point mort interne. Les deux cylindres de combustion 28 et 29 comportent à leurs extrémités ex- ternes les lumières d'entrée 30 à 33 et dans leur milieu les soupapes d'échappement 34 à 37. En conséquence le balayage du cylindre de combustion se fait des extrémités du cylindre vers le milieu.

   L'avantage de cette disposi- tion consiste en ce que la commande de l'échappement, no- tamment sa fermeture, est indépendante de la position des pistons et peut être réglée à volonté lorsqu'il s'agit par exemple, en cas de changement de charge, de régler plus tôt ou plus tard le début de la compression dans le moteur à combustion interne. Dans certaines conditions on peut alors prendre une disposition telle que l'une des soupapes d'échappement appartenant à un cylindre est commandée de manière invariable et l'autre de manière réglable. 



   Quant au reste le fonctionnement de la machine représentée sur la fig. 4 est exactement le même que celui déjà décrit dans le schéma de la fig. 2. Par contre ce qui n'est pas distinctement représenté sur la fig. 2, à savoir la coopération de deux pistons fonctionnant en dé- calage de 180  quant au travail de déplacement, est dis- tinctement visible sur la fig. 4. Les deux espaces 38 et 39 situés derrière les pistons A et C sont reliés l'un à l'autre par l'espace 40 et de même les espaces 41 et 42 situés derrière les pistons B et D sont re- liés l'un à l'autre par l'espace 43. Les tuyaux 44 et 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 45 établissent en outre la communication de tous ces espaces entre eux et avec les espaces de compression 46 et 49, dans lesquels l'air frais aspiré par les com- presseurs au moyen du tuyau 50 est refoulé.

   De cette manière les surfaces arrière de tous les pistons étagés sont toujours soumises à l'action de la pression de ba- layage et de charge engendrée par les compresseurs, et on se rend compte que le travail de déplacement que le piston C par exemple doit effectuer dans sa course vers l'extérieur est transmis à travers l'espace 40 directe- ment sur le piston A se déplaçant vers l'intérieur.    



  R E V E N D I C A T 1 ON S :-    

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1 Procédé d'exploitation d'un compresseur ac- tionné par un moteur à combustion interne, notamment d'un transformateur à combustion interne pour turbines à gaz, dans lequel le piston de combustion et le piston de com- presseur sont rigidement accouplés l'un à l'autre, carac- térisé en ce que le moteur à combustion interre fonction- ne en simple cycle à deux temps, que le travail de com- bustion est transformé en un travail pour le déplacement d'une quantité d'air contre la pression de refoulement, et qu'à la course de retour ce travail de déplacement sert à couvrir le travail de compression dans le cylindre du compresseur et dans le cylindre de combustion, ainsi qu'à couvrir le travail d'expulsion des gaz moteurs hors du cylindre de combustion. <Desc/Clms Page number 11>

2 Procédé d'après 1 , pour machines à plu- sieurs pistons, caractérisé en ce que deux courses de pis.. tons sont décalées entre elles de 180 , de sorte que le travail de déplacement d'un cylindre est transforné direc- tement en travail de compression et d'expulsion du deuxiè- me cylindre adjoint.

3 Compresseur pour la mise en oeuvre du pro- cédé d'après 1 ou 2 , caractérisé en ce que le piston est en forme de piston étagé, dont une surface forme la surface de piston du moteur à combustion interne, dont la deuxième surface sollicitée dans la même direction forme la surface de piston de compression et dont la troisième surface, sollicitée en direction opposée, forme la svrfa- ce de piston pour le travail de déplacement.

4 Compresseur d'après 3 , caractérisé en ce que pour réduire les forces du mécanisme moteur, les sur- faces de piston ( fo et f1) sont calculées de manière que le travail moteur et le travail de déplacement débités dans une course sont à peu près égaux l'un à l'autre.

5 Compresseur d'après 3 ou 4 , caractérisé en ce que le piston de combustion s'engage par un prolon- gement dans un piston de compresseur annulaire pourvu d'un col de piston .

6 Compresseur d'après 5 , caractérisé en ce que le prolongement du piston de combustion s'étendant dans le piston de compresseur sert à recevoir le tourillon du piston .

7 Compresseur d'après 5 et 6 , caractérisé en ce que le prolongement du piston de combustion reçoit même diamètre ou un diamètre plus petit que celui du cylin- dre de combustion, dans le but de pouvoir retirer du cylin- dre de combustion, le piston de combustion avec la bielle fixée au tourillon du piston.

8 Compresseur d'après 3 , caractérisé en ce que l'espace de travail du compresseur passe dans un espace @ <Desc/Clms Page number 12> de soupape, dont la dimension longitudinale est un multi- ple de sa dimension radiale et dont les surfaces périphé- riques servent à recevoir les soupapes d'aspiration et de compression.

9 Compresseur d'après 8 , caractérisé en Ce que les soupapes de compression débouchent dans un espace annulaire entourant le cylindre de combustion, espace qui communique par des lumières avec le cylindre de combus- tion.

10 Compresseur pour la mise en oeuvre du pro- cédé d'après 1 et 2 , caractérisé par une ou plusieurs paires de pistons étagés mobiles en sens contraire, dont les commandes sont constituées par des plateaux oscillants, tandis que les espaces situés derrière les pistons de com- presseur sont en communication ouverte entre eux et avec les espaces de refoulement pour l'air de balayage et de charge, ainsi qu'avec les espaces collecteurs, pour autant que ces derniers espaces existent.

Il Compresseur d'après 10 , caractérisé en ce que les lumières de balayage et de charge disposées dans le cylindre de combustion sont déportées aux deux ex- trémités du cylindre tandis que pour évacuer les gaz du cylindre on se sert de soupapes d'échappement disposées en son milieu.

12 Compresseur d'après 11 , caractérisé en ce que les soupapes d'échappement sont divisées en deux grou- pes, dont l'un est commandé de manière invariable et l'au- tre de manière réglable.