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Procédé et appareil pour service sans refroidissement de retour d'installations motrices de véhicules.
La présente invention part de la notion que l'on a des difficultés particulières que rencontre dans les véhicules actionnés par des moteurs à combustion, 1' abduction de la chaleur de refroidissement des dispo- sitifs et des agents de mise en action. Si l'on élimine
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cette chaleur par refroidissement de retour, il se produit non seulement l'inconvénient d'une perte irréparable d'énergie amenée, par suite de cession de chaleur à l'air ambiant, mais encore celui de la nécessité de dépenses considérables de dispositifs de refroidissement, et d'énergie pour leur service.
Ainsi par exemple dans les locomotives Diesel, on doit emmener des tenders de refroidissement spéciaux, dans lesquels l'eau de refroidissement du moteur , com- bustion est refroidie de retour. L'entrainement du tender de refroidissement et la commande du ventila- teur qui s'y trouve installé, demandent une dépense d'énergie à part, à laquelle vient s'ajouter la. perte d'énergie sous forme de chaleur de refroidissement et de gaz brûlés cédée à l'air ambiant. Dans les petits véhicules, comme par exemple les tracteurs, on a essayé d'économiser le refroidissement de retour par l'utilisation au refroidissement par ébullition.
Il sera pourtant impossible d'utiliser d'une manière générale ce moyen de secours, cause des plus grands risques de service, et.encore cause de l'impossibi- lité dans laquelle on se trouvé de compenser la 'perte d'eau de refroidissement par addition d'eau fraiche, dans les grands véhicules. Le procédé de refroidisse- ment par ébullition est d'ailleurs aussi peu économ,ique que le refroidissement de retour avec cession de cha- leur de refroidissement à l'atmosphére.
Par suite des nombreux défauts susmention- nées du refroidissement de retour, la présente inven- tion se propose comme but d'établir un service sans
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refroidissement de retour pour véhicules actionnés par des turbines à combustion. D'après l'invention, le procédé de fonctionnement d'installations motrices de véhicules, consistant en des turbines à combustion par explosion qui actionnent des ventilateurs, et con- sistant encore en des machines à expansion fourniss-ant un travail de mise en marche du véhicule, est réalisé sans refroidissement de retour, par production de vapeur utile avec la chaleur à soustraire en vue du refroidissement des dispositifs de mise en action ou des agents de mise en action, ou bien des deux à la fois,
et par envoi de la vapeur utile dans des machi- nes à expansion fournissant un travail moteur de véhicule. Ce nouveau procédé caractéristique offre en premier lieu l'avantage de la suppression des refroidisseurs de retour avec tous leurs inconvénients.
Un autre avantage décisif résulte de ce que les gaz d'échappement de la turbine à combustion par explosion, utilisables dans des machines à détente, ainsi que la vapeur utile produite selon l'invention, constituent des agents moteurs pouvant s'emmagasiner, et pouvant ainsi être amenés à agir sur les machines détente qui fournissent le travail moteur de véhi- cule, cela à pleine pression d'admission, en déploy- ant la puissance maximum, nécessaire pour la mise en marche du véhicule. Ces machines à détente sont avan- tageusement établies sous forme de turbines.
Comme dispositifs de service de refroidisse- ment, les turbines à combustion et les ventilateurs entrent particulièrement en ligne de compte. Avec
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la chaleur à soustraire pour le refroidissement de la turbine à combustion par explosion elle-même, on produit de la vapeur utile, laquelle est introduite dans les machines à détente qui fournissent le travail de mise en marche du véhicule, et qui sont princi- palement des turbines à vapeur fournissent ledit tra- vail.
Avec la chaleur à soustraire en vue du refroi- dissement des ventilateurs, on réchauffe - par suite du niveau de température plus bas de la chaleur de refroidissement - convenablement de l'eau d'alimenta- tion, pour-la vaporisation de laquelle la chaleur de refroidissèment de la turbine à combustion par explo- sion sert ; lavapeur utile produite est de nouveau introduite dans les machines à détente qui fournis- sent le travail de mise en marche du véhicule.
Comme agent moteur dont il y aura à soustraire les chaleurs de refroidissement, l'air de charge fourni par les ventilateurs entre particulièrement en a. ligne de compte; la température des gaz d'échppement est également abaissée convenablement, avant que ces gaz soient conduits aux machines à détente en vue de fournir du travail.
On pourra donc encore selon l'invention procéder à un réchauffement d'eau alimentaire avec la chaleur à soustraire pour le refroidissement de l'air de charge ; l'eau alimentaire réchauffée est vaporisée à l'aide de la chaleur de refroidissement à soustraire pour le refroidissement de la turbine à combustion; la vapeur produite est conduite à des machines à détente fournissant du travail de mise en
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marche du véhicule. Un surchauffage de la vapeur produite de cette manière par la vapeur à soustraire pour le refroidissement des gaz d'échappement de la turbine à combustion par explosion, présente l'avan- tage que la température des gaz d'échappement est diminuée à un degré inoffensif avant l'introduction dans la machine à détente et particulièrement dans la turbine à courant continu.
Finalement, on pourra entreprendre un réchauffement de l'eau alimentaire encore avec la chaleur utilisable d'étages bas de la turbine, par refroidissement des gaz ou de la vapeur en sortant; la vaporisation de l'eau ainsi réchauffée se fera ensuite à l'aide, de la chaleur à soustraire pour le refroidissement de la turbine à combustion par explosion, et la vapeur ainsi engendrée, éventu- ellement surchauffée, est introduite comme vapeur utile dans les machines de détente.
L'eau alimentaire réchauffée à l'aide de la chaleur perdue des étages bas de turbine, peut être réchauffée une seconde fois par la chaleur à soustraire pour le refroidis- sement de l'air de charge ou des ventilateurs, et la vaporisation et l'emploi de la vapeur utile produite s'opèrent ensuite dans les chambres à vapeur des machines à détente fournissant le travail de mise en marche du véhicule.
A la vérité, on a déjà proposé d'utiliser dans des véhicules mûs par des moteurs à combustion avec piston, la chaleur de l'eau de refroidissement et des gaz d'échappement pour la production de vapeur, et de concuire la vapeur en question dans des machines
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vapeur fournissant le travail de mise en marche des véhicules.
Mais dans les systèmes faisant l'objet de ces propositions, le moteur à combustion, par accouple- ment rigide avec les organes de commande du véhicule, par exemple par accouplement rigide avec le mécanis- me moteur d'une locomotive, constituait le moteur fournissant directement le travail de mise en marche du véhicule, de sorte que ces groupes de machines n'étaient pas en état de fonctionner sans l'assistance de moyens compliqués spéciaux, tels que des machines à vapeur auxiliaires, avec foyers additionnels, accou- plements de démarrage, etc.., a cause du moment de rotation du moteur à combustion absolument insuffisant pendant le démarrage.
Ces graves inconvénients des dispositifs connus sont évités de la manière la plus simple, grâce au fait qu'avec le nouveau procédé, le moteur à combustion ne sert rien qu'à actionner' le ventilateur, et ne fournit pas directement du travail de mise en marche du véhicule.
Les appareils pour la mise en pratique du nouveau procédé sont caractérisés par la disposition de machines à détente, fonctionnant en partie avec des gaz d'échappement tendus, en partie avec de la vapeur sous tension à.courant continu; ce sont ces machines qui fournissent le travail, notamment celui de commande du véhicule. Les gaz d'échappement et la vapeur sont en effet des agents moteurs qui sont livrés directement d'une turbine à combustion par explosion qui actionne les ventilateurs à air de charge, et qui est pourvue de dispositifs pour 1'
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utilisation de sa chaleur perdue. Lesdits dispositifs d'utilisation de chaleur perdue servent convenablement en même temps d'espaces de compensation pour les gaz d'échappement, de sorte que ces gaz puissent être conduits en'courant continu à la machine d'expansion.
Les machines d'expansion, convenablement exécutées sous forme de turbines, pourront donc au moment de démarrage se trouver injectées sous pleine pression d'admission par les deux agents moteurs, développant ainsi la puissance de démarrage exigée.
Les dessins annexés montrent une forme d' exécution de l'objet de l'invention convenant pour la mise en pratique du procédé, soit à titre d'exemple une locomotive actionnée par des turbines à combustion.
Fig.1 est une coupe longitudinale schématique dela locomotive.
Fig. 2 est un plan des machines groupées de l'installation.
1 est une turbine à combustion par explosion, du type "HOLZWARTH" bien connu. Dans les chambres d'explosion, dont l'une est tracée dans ses caracté- ristiques essentielles en lignes ponctuées dans la figure 1, les agents moteurs sont introduits travers des organes d'admission commandés 2. Aussitôt que le mélange se sera formé dans la chambre 3, il est al- lumé. Les gaz, chauds de la combustion, passant'à travers la soupape à tuyère ouverte 4, viennent agir sur le rotor de la turbine à combustion par explosion 5, leequel est établi sous forme de roue "Curtis" à double couronne. Ce rotor 5 est, par un engrenage 6,
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accouplé avec le ventilateur 7, lequel sert pour la production de l'air de charge de la turbine à combustion par explosion.
L'air est aspiré par des tubulures 8 et par le conduit 9 ; est, à l'état comprimé, amené aux organes d'admission 2 de la turbine à combustion par explosion. Les gaz de la combustion partiellement détendus dans le rotor 5 de la turbine sont conduits par le tuyau 10 à un échangeur de chaleur 11, et après avoir traversé cet appareil, ils sont par le conduit 12, amenés à une turbine à combustion 13 qui est injectée à courant continu. Ici les gaz de la com- bustion sont détendus à la tension d',échappement, et après avoir traversé un second échangeur de chaleur 14, ils sortent à travers la tubulure 15 dans l'atmosphère.
Pour une installation de commande de véhicule comme celle ci-dessus décrite, la présente invention prévoit le procédé de service sans refroidissement de retour que voici:
Toutes les parties de la turbine à combustion par explosion à refroidir sont entourées d'une couche mince d'huile réfrigérante, à laquelle passe la chaleur de refroidissement à soustraire. Les courants d' huile réfrigérante chauffés se réunissent en un courant d'huile réfrigérante unique, qui, par l'action de la pompe de circulation 16 est tiré de la turbine à combustion par explosion, à travers le conduit 17.
La pompe 16 enboie le courant d'huile réfrigérante chauffé, par le conduit 18, dans un échangeur de cha- leur 19 établi sous forme de chaudière. Après que 1'
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huile réfrigérante y aura cédé la chaleur de refroi- dissement à soustraire, cette huile s'écoule, refroi- die, par le conduit 20 à la turbine à combustion par explosion 1, où elle absorbe de nouveau la chaleur de refroidissement qu'elle cède encore, en circulant, dans l'échangeur de chaleur 19. Cet échangeur de cha- leur 19 reçoit de l'eau alimentaire qui, par une conduite d'eau fraîche 21, avait été introduite dans un échangeur de chaleur 22, ménagé dans le conduit d'air de charge.
L'eau fraîche introduite par la con- duite 21 y sert pour le refroidissement du courant d'air de charge à amener à la turbine à combustion par explosion, de sorte que cette eau, réchauffée par la chaleur de refroidissement de l'air de charge, puisse être tirée chaude par le conduit 23, en sortant de l'échangeur de chaleur 22. L'eau alimentaire ré- chauffée est conduite à l'échangeur de chaleur 14, où elle est réchauffée encore par le restant de chaleur des gaz d'échappement de la turbine à courant continu.
L'eau alimentaire de cette façon fort réchauffée, coule sous l'action d'une pompe non représentée dans les dessins, à travers le conduit 24 vers l'échangeur de chaleur 19, où elle est vaporisée. La vapeur est recueillie en 25, et elle est par le tuypu 26 conduite à l'échangeur de chaleur 11 qui est chauffé par des gaz d'échappement, et dans lequel la vapeur est surchauffée. La vapeur utile surchauffée est tirée du surchauffeur par le conduit 27, et elle est conduite à la turbine à vapeur 28. Après avoir travaillé
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jusqu'à épuisement, la vapeur sort par le conduit 29 dans l'atmosphère.
Aussi bien la turbine à courant continu 13 que la turbine à vapeur 28 transmettent par l'intermédiaire d'un renvoi à roues coniques commun 30, leur puissance à l'arbre moteur 31 qui, de manière en soi connue, commande les roues motri- ces à accouplement quadruple.
Les conditions de pression et de température qui se présentent avec le procédé qui vient d'être décrit, sont approximativement les suivantes :
L'eau fraîche est amenée à l'échangeur de chaleur à la température de 20 environ. En refroi- dissant l'air de charge, avantageusement comprimé à deux étages, à 6,5 atmosphères, elle est réchauffée approximativement à 100 . L'eau fralch introduite à 1000 environ, est réchauffée à environ 165 dans l'échangeur de chaleur 14, en refroidissant les gaz d'échappement qui quittent la turbine à courant continu. L'eau alimentaire ainsi réchauffée coule par le conduit 24 à la chaudière 19. Cette chaudière 19 reçoit de l'huile réfrigérante qui quitte la turbine à combustion par explosion à 260 environ.
Avec un refroidissement de l'huile réfrigérante à environ 220 , il y a donc production de vapeur de 20 atmosphères approximativement, et cette vapeur est dans le surchauffeur surchauffée à 450 . Avec une pression de chargement de 6,5 atmosphères, la pression d'explosion est de 34,6 atmosphères et la contre-pression est de 5 atmosphères. La turbine à courant continu 13 est donc injectée à 5 atmosphè- res environ.