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Perfectionnements apportés aux installations comportant au moins un auto-générateur à pistons libres et au moins une machine réceptrice, xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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;?5r.xsé8c5xeiSt7tx faisant l'objet d'une demande de Brevet d'Invention en FRANCE en date du 2 août 1943.
L'invention est relative aux installations comportant au moins un auto-générateur à pistons libres et au moins une machine réceptrice, notamment une turbine dite ci-après "turbine principale" entraînée pa.r les gaz débités par ledit auto-générateur, l'expression "auto-générateur à pistons libres" désignant une machine de principe connu suivant lequel l'air comprimé par le ou les pistons compresseurs d'un ou de plusieurs équipages libres assure le balayage et l'alimentation d'un cylindre de combustion, le mélange gazeux sous pression, qui sort de ce dernier cylindre et qui se compose de l'excès de l'air de balayage et des produits de la combustion, fournissant du travail mécanique par détente dans la susdite machine réceptrice.
Elle a pour but, surtout, de rendre telles, les installations du genre en question,, qu'elles répondent mieux que jusqu'à présent aux divers desiderata de la pratique, notamment en ce qui concerne leur rendement.
Elle consiste principalement, à prévoir, pour suralimenter en air la partie compresseur de l'auto-générateur des installations du genre en question, au moins pour la manche à forte puissance, une turbo-soufflante dont la turbine dite turbine auxiliaire, soit actionnée par des gaz prélevés en cours de détente, par exemple soutirés à un étage intermédiaire de la turbine principale
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
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Elle vise plus particulièrement certains modes d'application, ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions; et elle vise plus particulière- ment encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les installations du genre en question compor- tant application desdites dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établissement ainsi que les en- sembles fixes ou mobiles comportant de telles installa- tions.
Et elle pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
Les fig. I et 2, de ces dessins, sont deux schémas montrant deux installations établies conformément à l'invention.
Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se pro- posant d'établir une installation de force motrice compor- tant un auto-générateur à pistons libres et une turbine à gaz entraînée par les ga,z moteurs débités par ledit auto-générateur, on s'y prend comme suit ou de façon ana- logue.
On fait comporter à l'auto-générateur de l'installation un cylindre moteur I et un cylindre compresseur 2, et on fait travailler dans ces deux cylindres un équipage mobile libre comportant un piston moteur 3 et un piston compresseur 4, ce dernier piston divisant le cylindre compresseur en deux compartiments 21 22 dont celui si- tué du côté intérieur du piston 4 est muni de soupapes d'admission 3 et d'échappement 6 pour servir ainsi d'es- pace de compression proprement dit, tandis que le com- partiment extérieur 2 renferme un matelas qui assure le retour, vers son point mort intérieur, de l'équipage alternatif 3-4.
On entoure au moins la partie du cylindremoteur I, dans laquelle sont situées les ouvertures d'admission 7 d'un carter 8 alimenté par l'air sous pression comprimé dans le compartiment 2du cylindre compresseur et refou- lé à travers les soupapes d'échappement 6. Le mélange sous pression de l'air de balayage el des gaz de combus- Lion s'échappe par les ouvertures ).
On munit le cylindre moteur I d'un injecteur 10 alimenté par une pompe d'injection II qui est réglable de façon connue par une tige de réglage 12 déplaçable par exemple par un levier à main 13. Pour entraîner ladite pompe, on prévoit un poussoir 11 solidaire de l'équipage mobile alternatif 3-4.
L'air se trouvant dans le carter 8, entre dans le cylindre moteur I, lorsque l'équipage alternatif des pis- tons libres 3 - /ce se trouve au voisinage deson point mort extérieur, pour balayer ainsi les gaz de combustion dudit cylindre et l'alimenter en air frais. Le mélange desdits gaz de combustion et de l'air de balayage, ayant encore une forte pression, est introduit, par un conduit
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15, dans une turbine à gaz 16, dite turbine principale où ledit mélange se détend, tandis que la turbine, ainsi mise en rotation, entraîne par exemple une dynamo 17 (fig. I) ou une hélice de bateau 18 (fig. 2).
Pour augmenter la puissance massique de l'auto-générateur, il est déjà connu de suralimenter la partie compresseur de ce dernier, et, jusqu'à présent, on a. proposé de réaliser cette suralimentation par l'un ou l'autre des deux dispositifs ci-après.
Selon le premier de ces dispositifs, l'auto-générateur était suralimenté par une turbo-soufflante dont la turbine, dite turbine auxiliaire, était branchée en parallèle avec la turbine principale, mais ce procédé nécessitait deux turbines à nombre d'étages élevés; ces deux turbines étaient exposées à de hautes températures; enfin la turbine auxiliaire, à faible puissance, avait un mauvais rendement à cause de la grande chute de pression.
Selon le second des susdits dispositifs, la turbine auxiliaire de la turbo-soufflante suralimentant l'auto-générateur était branchée en série avec la turbine principale, soit en amont, soit en aval de cette dernière, mais ce procédé nécessitait un tuyautage compliqué et coûteux; par ailleurs un réglage éventuel portait sur tout le débit.
Selon l'invention, par contre, on alimente la turbine auxiliaire 19 de la turbo-soufflante de suralimentation par des gaz soutirés à un étage intermédiaire de la turbine principale, cette terminologie englobant aussi bien le cas où les gaz sont prélevés à un étage intermédiaire d'une turbine principale unique 16 (fig. 1) que celui, équivalent, où les gaz sont prélevés' entre deux turbines principales 16', 16" (fig. 2), alimentés en série, auquel cas un échangeur thermique 20 est avantageusement prévu entre les gaz se dirigeant vers la turbine haute pression et ceux passent de la turbine haute pression à la turbine basse pression.
Une telle installation présente, entre autres avantages, le bas prix de revient de la turbine auxiliaire qui est soumise à une faible chute de pression (donc comporte peu d'étages) et à des températures relativement baspes, la simplicité des tuyauteries nécessaires, un rendement élevé en raison du grand débit d'air dans la turbine auxiliaire.
Au surplus, pour une installation sans réglage de la turbine, donc dont tout le réglage s'effectue par variation de la quantité de combustible injectée dans l'auto-générateur, on constate expérimentalement que la pression de suralimentation varie en fonction de la pression de marche selon une loi mieux adaptée aux exigences des générateurs qu'avec les deux procédés de suralimentation antérieurement utilisés, d'où résulte un méilleur rendement global.
Avantageusement on complète l'installation venant d'être décrite par des moyens pour l'accélération du groupe turbosoufflante, ces moyens provoquant l'alimentation temporaire
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de la turbine auxiliaire par un gaz à une pression supérieure à la pressicn nomale d'alimentation de ladite turbine a.uxi- liaire, ce grâce à quoi la vitesse de rotation de la turbo-souf- flante s'adapte plus vite à une augmentation de la pression de marche.
on constitue par exemple ces moyens en faisant com- mander par le régulateur centrifuge 21 de la, turbine princi- pale une valve 22 propre à diriger vers la turbine auxiliai- rc du gaz prélevé à l'entrée de la turbine principale et une valve 23 propre à commander l'alimentation normale de la turbine auxiliaire, la valve 22 s'ouvrant quand la turbo-soufflante doit être accélérée, la valve 23 se trouvant alors partiellement ou totalement fermée.
Bien entendu, dans tous les cas, on peut prévoir la suppression de la suralimentation aux faibles charges, par exemple par fermeture de la valve 23 et ouverture simultanée d'une valve 24 laissant accéder directement l'air ambiant à l'auto-générateur.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réali- satioi-. adopté, on obtient une installation dont le fonction- nement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister davantage à son sujet et qui présente, par rapport à celles du genre en question déjà existantes, de nombreux avantages.
Comme il va de soi, et comme il ressort déjà de ce qui précède, l'inventior. ne se limite aucunement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été indiquées; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
RESULTE.
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Improvements made to installations comprising at least one self-generator with free pistons and at least one receiving machine, xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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;? 5r.xsé8c5xeiSt7tx being the subject of an invention patent application in FRANCE on August 2, 1943.
The invention relates to installations comprising at least one self-generator with free pistons and at least one receiving machine, in particular a turbine called hereinafter "main turbine" driven by the gases delivered by said self-generator, the expression "self-generator with free pistons" designating a machine of known principle according to which the air compressed by the compressor piston (s) of one or more free crews ensures the sweeping and supply of a combustion cylinder, the gaseous mixture under pressure, which leaves the latter cylinder and which consists of the excess of the purging air and the combustion products, providing mechanical work by expansion in the aforesaid receiving machine.
Its aim, above all, is to make installations of the kind in question such that they respond better than hitherto to the various requirements of practice, in particular as regards their output.
It mainly consists in providing, in order to supercharge the compressor part of the self-generator of the installations of the type in question with air, at least for the high-power sleeve, a turbo-fan, the so-called auxiliary turbine of which is actuated by gases withdrawn during expansion, for example withdrawn from an intermediate stage of the main turbine
It consists, apart from this main provision, of certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below.
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It relates more particularly to certain modes of application, as well as certain embodiments, of said provisions; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to installations of the type in question comprising the application of the aforesaid provisions, the special elements specific to their establishment as well as the fixed or movable assemblies comprising such installations.
And it can in any case be clearly understood with the aid of the additional description which follows as well as the appended drawing, which supplement and drawing are, of course, given above all by way of indication.
Figs. I and 2, of these drawings, are two diagrams showing two installations established in accordance with the invention.
According to the invention, and more especially according to that of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing to To establish a motive force installation comprising a self-generator with free pistons and a gas turbine driven by the ga, z motors supplied by said self-generator, one proceeds as follows or in an analogous manner.
The auto-generator of the installation is made to include a motor cylinder I and a compressor cylinder 2, and a free mobile assembly comprising a motor piston 3 and a compressor piston 4 is made to work in these two cylinders, the latter piston dividing the compressor cylinder in two compartments 21 22, of which the one located on the inside of the piston 4 is provided with intake 3 and exhaust 6 valves to thus serve as the compression space proper, while the com- exterior part 2 contains a mattress which ensures the return, towards its interior dead center, of the alternating crew 3-4.
Surrounded at least the part of the engine cylinder I, in which are located the intake openings 7 of a housing 8 supplied with the pressurized air compressed in the compartment 2 of the compressor cylinder and discharged through the exhaust valves. 6. The pressurized mixture of purge air and flue gas escapes through the openings).
The engine cylinder I is provided with an injector 10 supplied by an injection pump II which is adjustable in a known manner by an adjusting rod 12 which can be moved for example by a hand lever 13. To drive said pump, a pusher is provided. 11 integral with the alternative mobile equipment 3-4.
The air located in the crankcase 8 enters the engine cylinder I, when the reciprocating assembly of the free pistons 3 - / ce is in the vicinity of its external dead center, to thus sweep the combustion gases of said cylinder and supply it with fresh air. The mixture of said combustion gases and purging air, still having a high pressure, is introduced through a duct
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15, in a gas turbine 16, called the main turbine where said mixture expands, while the turbine, thus set in rotation, drives for example a dynamo 17 (fig. I) or a boat propeller 18 (fig. 2) .
To increase the specific power of the auto-generator, it is already known to supercharge the compressor part of the latter, and, until now, we have. proposed to achieve this supercharging by one or the other of the two devices below.
According to the first of these devices, the auto-generator was supercharged by a turbo-blower, the turbine of which, called the auxiliary turbine, was connected in parallel with the main turbine, but this process required two turbines with a high number of stages; these two turbines were exposed to high temperatures; finally, the auxiliary turbine, at low power, had poor efficiency because of the large pressure drop.
According to the second of the aforesaid devices, the auxiliary turbine of the turbo-fan supercharging the auto-generator was connected in series with the main turbine, either upstream or downstream of the latter, but this method required complicated and expensive piping. ; moreover, any adjustment concerned the entire flow.
According to the invention, on the other hand, the auxiliary turbine 19 of the supercharging turbo-fan is supplied with gases withdrawn from an intermediate stage of the main turbine, this terminology equally encompassing the case where the gases are withdrawn from an intermediate stage of a single main turbine 16 (fig. 1) than that, equivalent, where the gases are taken 'between two main turbines 16', 16 "(fig. 2), supplied in series, in which case a heat exchanger 20 is advantageously provided between the gases going towards the high pressure turbine and those passing from the high pressure turbine to the low pressure turbine.
Such an installation has, among other advantages, the low cost price of the auxiliary turbine which is subjected to a low pressure drop (therefore has few stages) and to relatively low temperatures, the simplicity of the necessary piping, an efficiency. high due to the large air flow in the auxiliary turbine.
In addition, for an installation without adjustment of the turbine, therefore all adjustment of which is effected by varying the quantity of fuel injected into the auto-generator, it is experimentally observed that the boost pressure varies as a function of the pressure of works according to a law better suited to the requirements of the generators than with the two previously used supercharging methods, resulting in a better overall efficiency.
Advantageously, the installation just described is completed by means for acceleration of the turbofan unit, these means causing the temporary power supply.
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of the auxiliary turbine by a gas at a pressure greater than the nominal supply pressure of said auxiliary turbine, whereby the speed of rotation of the turbo-blower adapts more quickly to an increase of the running pressure.
these means are for example constituted by causing the centrifugal regulator 21 of the main turbine to control a valve 22 suitable for directing gas taken from the inlet of the main turbine to the auxiliary turbine and a valve 23 suitable for controlling the normal supply of the auxiliary turbine, the valve 22 opening when the turbo-blower must be accelerated, the valve 23 then being partially or totally closed.
Of course, in all cases, provision can be made for the elimination of supercharging at low loads, for example by closing the valve 23 and simultaneously opening a valve 24 allowing the ambient air to directly access the auto-generator.
As a result, whatever the mode of realization. adopted, an installation is obtained, the operation of which emerges sufficiently from the above for it to be unnecessary to dwell further on it and which presents, over those of the type in question already in existence, numerous advantages.
As it goes without saying, and as it already emerges from what precedes, the inventior. is in no way limited to those of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts, which have more especially been indicated; on the contrary, it embraces all the variants.
RESULTS.
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