<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS RECUPERATEURS
DE PUISSANCE A TURBO - MOTEUR.
La présente invention se rapporte à des per- fectionnements aux dispositifs récupérateur. de puissance à turbo-moteur et, plus particulièrement, à de tels dis- positifs comportant une turbine à gaz du type connu sous le nom de type à volume constant ou explosion-combustion. les. turbines à gaz à valume constant telles qu'elles ont été utilisées jusqu'à maintenant dans les
EMI1.1
ins-cailations génératrices de puissance, comportent une cham ore avoc dispositifs d'admission et .d' éCnapeute2lt, dams laquelle un mélange comaustiole peut être brûlé, l'orifice d'échappement de la cnatiibre étant relié par 1 n.tc:rr.uéâiazre as un -cura à Luie, caruins adaptée use ùiaiilà- re à 0ure actionnée par'La déteiine a@1JJ gaz a' écï.z";uïenz. ' Dans le l'OnC'\;:
J.on1l0illeU1i ase tels bys-L-uices, les gaz brûlés, ou gaz d'échappement, se détendent à partir de'la cfiawbre de C01l1oug1Jion eu, 'cant â, travers le tube et 1 écnap'peÙle!lt des gaz et .la turome que dans le tuGe ae -sortie de .la- dite 1iuJ:'uJ.lle. En conséquence, ger.d2uuc ies péxwodes où les gaz d. 1 éCl'lap pelUeLl.lJ acn.J.O!1J.i.n-; se roro-r ae La 1iu:t.oJ.:@, il
<Desc/Clms Page number 2>
pression des Gaz est plus forte dans la chambre de com- bustion que dans le reste du système: elle diminue pro-
EMI2.1
Sressi''.enient dans le système d'échappement comprenant la turbine.
Le gradient de pression des gaz d'échappement; diminue toujours dans le même sens au cours du cycle de fonctionnement d'une telle installation, même pendant la. période d'admission au cours de laquelle une charge nou- velle estintroduite dans la chambre de combustion et la plus forte pression des Gaz est toujours celle existant dans ladite chambre.
Copine conséquence des conditions décrites ci-des-
EMI2.2
sus, la chambre de combustion ,'e:;w:;:. pleine de L!.-'z brûlés 8. une pression supérieure 21 la pression atl11osi.Ji\é1'iaue e Îi. la fin de chaque cycle de fonctionnement, de sorte qu'une
EMI2.3
charge fraîche d'air ou de déla1l0c combustible ne peut; pas eijre 12:';r OClultC. dans la chambre a la pression atclos- phérique et qu'il faut utiliser un -ventilateur ou une autre Ïon;E.. de COÜI;)rt.l3c;eur OL1.r balaye. 1 la chambre et pour le chaîner. Dans une.
G\.11c i:i;s;t.llu.rio2î une <; ;1 :ic: r - gie considérable eut ainsi dépensée sans profit par le ventilateur ou ooMprcuseurj c le rcndejient dm c1ispooi- tif en est notablement réduit. Le rendement est encore diminué du 11'G du :::1 ;,ilG des iéiis frais 01.1 chargé avec les a.z brûlée lors (le l'expulsion de ces derniers, étant donné que ce IiF ¯J,21(: abaisse la qualité de la charge et, par suite, réduit sa faculté productive d'énergie.
5y cOnC(Cl.lCd1CO, la présente inven-cion tend a la réalisation d'un dispositif récupérateur d'énergie qui échappe aux difficultés (:et inconvénients inhérents aux
EMI2.4
appareils analogues lil'L1C anciens, C7I:l.lC: établi ci-dessus.
Plus spécifiquement, l'invention C0.111Jrc:nd un él,);i10nt nouveau de turbine à gaz et une nouvelle -:diiioi<; d'ac-
<Desc/Clms Page number 3>
tionnement dudit élément, l'application de la nouvelle méthode ayant pour effet de rendre auto-expulsive la chambre de combustion, de l'élément et d'éviter que les gaz d'échappement, soit au moment où ils quittent la chambre, soit ultérieurement, n'affectent de manière nuisible l'introduction, la qualité ou le volume de la charge suivante de gaz frais pénétrant dans la chambre.
Le nouveau dispositif générateur d'énergie de 1'intention comprend une chambre de combustion ou cylin- dre, comportant des orifices d'admission et d'échappement et des moyens de commande de ces orifices disposés et ac- tionnés de telle sorte que l'échappement et l'admission des gaz soient respectivement synchronisés avec les phé- nomènes d'explosion et d'aspiration et que les masses de gaz reçoivent, lors de cet échappement-explosion et de cette admission-aspiration, une énergie dynamique ou ci- nétique importante ou, mieux encore, maximum. Afin d'on- -tenir un tel échappement-explosion, l'ouverture de l'ori- fice d'échappement doit avoir une section ayant avec la section de la chambre de combustion une relation définie, et l'orifice doit être ouvert dans un laps de temps déter- miné.
Ces conditions sont remplies dans la nouvelle ins- tallation et il en résulte que les gaz brûlés, sous la forme de masse, quittent la chambre à travers l'orifice. avec une grande vitesse. Lorsque la masse des gaz d'échap- pement chassés perd contact avec les parois de la chambre, le vide se fait derrière elle dans la chambre et à proxi- mité de l'orifice d'admission. L'orifice d'admission est ouvert dans une mesure et dans un temps tels, au moment ou immédiatement après le moment ou le vide se fait dans la chambre, que les gaz frais, sous forme de niasse, soient introduits dans la chambre à travers l'orifice
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
d'admission, par D.Ul)irl1tioll et C:1.'(:C une grande vitesse.
L'orifice <1' >11:iix>:ioii est GIWLlÍ'0G rnainicim ouvert jusqu' a cc que la cliambre soit L >l c¯rmc',ü¯W chargée* Lors (te la. charge etc lu. chu.t1nG par le l.I116nomèm8 d'aspiration qui a été décrit, les taz frais ou úlélul1;8
EMI4.2
combustible, explosent 'virtuellement etc l'extérieur de
EMI4.3
la chaaibre Ii crs le vide qui xé;iw dans ladite cJLwiL1;)rl.. ; travers l'orifice d'admission.
Etânà donné que les t,3.Z frais pénètrclt da.l,; la ct].<-unh3" derrière les gaz d'ëchap# poideut, alors que ce G derniers se d6lÙm,cnt, sous forme de .'nasse, à une grande vitesse, vers l'orifice d'échappe- men-t ou h traders cet orifice, le moment des gaz d' échap- pem;Jnt est tel qu'il s'oppose a toute action desdits gaz sur la charge introduite et que les gaz d'éunapperûent ne nuisent en aucune manière 5. l'introduction des t}az frais et n'amoindrissent pas la qualité desdits éé3.BG De prête" ronce, on laisse passer, a. travers Liz chambre de combus- tion, dans le tube d' échu.1hJc:ncnt des Gaz, une partie des gaz d'admission qui est ainsi GiïllLl..vû.SJ¯T1GG; B'leo les b8Z d'ëchappcnent dans ledit tube, l'ensemble de ces Saz étant employé ultérieurement pour actionner la turbine.
Les az frais passant ainsi à travers .la ctm.nlb1 < ae. combustion et dans le tube, servent l:1. refroidir à la fois ladite chambre et les uaz emmagasinés. En vertu de la faculté d'auto-expulsion de la cliaabre de combustion, conséquence de la détente explosive des gaz d' écnélV.:.Jc,,1CTl't, suivie de 1' .cïnlis:;ion-a;)iration de la charge fraîche, une chambre
EMI4.4
de combustion établie et mise en oeuvre de .La .manière
EMI4.5
décrite, peut %tre indéi'illia18nt actionnée 8 LrélilCl rende- ment. Une telle chambre de comous'cion peut être rccl13.rgec convenablement par l'admission iiatur.eLic de l'air cité-
EMI4.6
rieur sans la nécessité d'utiliser un ventilateur ou
<Desc/Clms Page number 5>
autre appareil de compression.
On économise ainsi la puis- sance utilisée dans les installations antérieures pour faire fonctionner le compresseur, et le rendement de la nouvelle installation est augmente d'autant.
Dans, le nouveau dispositif récupérateur de puis- sance, l'orifice d'échappement de la chambre de combustion est relié à un appareil convenable adapté pour fonctionner par les gaz de détente, tel qu'mie turbine, par des orga- nes comprenant un tube d'échappement et comprenant aussi de préférence, un réservoir auquel le tube d'échappement aboutit. Le tube et le réservoir contiennent des gaz d'échappement sous pression, qui passent à travers la turbine et s'y transforment en travail avant d'être éva- cués. Le tube d'échappement a une section, une longueur et une forme telles que, lorsque la masse des gaz d'é- chappement s'échappant par explosion à travers l'orifice d'échappement, pénètre dans le tube, l'éloignement de la masse des gaz ne rencontre que la seule résistance des gaz inertes présents dans le tube.
La masse des gaz d'é- chappement se déplace à travers le tube, en entrainant les gaz inertes vers son extrémité et ce déplacement se poursuit jusqu'à ce que les gaz inertes et d'échappement se déplaçant, perdent leur énerve dynamique et consti- tuant un front de pression. A partir de ce fron, les gaz sont refoulés vers l'orifice d'échappement, mais ils sont emprisonnés dans le tube par la fermeture dudit orifice. L'énergie des gaz emprisonnés est alors utilisée dans la turbine, comme expliqué ci-dessus.
En vertu du phénomène d'échappement-explosion, les gaz brûlés, aussitôt après l'ouverture de l'orifice d'é- chappement, réagissent contre les parois de la chambre de combustion pendant la période d'accélération de la
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<>1;;.i=i;>1; cl(;E Gaz CttUl1CiJ¯))l:,LjlLlJ'\., ïllc.l.L: tel 1-dl.lilJc, uilla.l;.)1"i. J.eol'..i- que lesdits i::,t1Z ont; atteint une vitesse siRffÜ3:.Lntc, ils cessent de réagir contre les parois de la:, cnc-:3110YC, dais
EMI6.2
poursuivent leur déplacement, les éloignant de ladite
EMI6.3
C.rl:JT,1t):rC en YcrtT- de l'inertie ::le leur utassc. o 3%n ferinant 1 r; .; orifices il' <'sC:l:'l;J1!(J'lcnt, aYant gai len "./,i:3 Ct C;il¯1y7G- i-I-C;1t ne >..<:T<X<:ni<;1?.>; d!..ll 1;1. <;tct;:-il c de co;nlJ1t;;.ti.oii 1,>x. s éi.
J o 1. i Gué rcfoul(5,.; lenr le l'ront de )yc.;J2ion o2l:Liuê tzar le i1ÓJLwc.. 'lQJ'lt balistique <.li. 1;), 1a"¯,iC. ;ti;:s gaz el' écl1.L-\[JjJc- ±lent G' 6l0J¯"uml't de- la CLICa,T.ICW"C et on ûltL121t<;I'13.'.1't, les ori- fices CItF.t;'lL3.iyG:lE;tlL, fer..lés jusqu'au. CO±lU1CJ1C8J1E;;1l; de J. t 6- cl13.l)Jj(;;:)Cnt-0:xlo;;toll du cycle de: i071t1i 021t'1E;¯"EjTlji suivant, on <iT;1.le que Icn parois internes de la cJ1O,; 11)1'0 (te CO:ïlk7ü.;- tion ne serven-c de surface de reaction dus gaz, lorsqu'ils exercent une force agissante sur le rotor de la tUTbll1e.
EMI6.4
Pour obtenir un échappement, un balayage et une
EMI6.5
charce effectifs de lu manière disBUt6c ci-dessus, on a constate qu'il était désirable, bien que non ll1dlf:)enGa- ble, d'utiliser une Cllt'.:=lr)rC. de COrrHJllf:1;lon de forme allon- gée.
On a1 constaté qu'une chambre cylindrique d'une lon- gueur supérieure au double de son diamètre, par exemple trois à quatre fois plus grande, convient parf alternent.
La vitesse des az à l'inférieur de la onautore de combUs- tion, [1 l'instant ou les -;a'0 ?)EtlE?T,rCl'1T, dans .la t;112;1J3C; par aspiration, ou Cj111'G'ij±3217; la cnarrliJJ:o en vertu de leur momenT;, est déterminée dans une larc ncsure par le rap- port:; èln;.r'L les sanaces d'ouverture des orifices d'admis- sion 01, (1. t GCh'l;)lJ(;i1lCUt;, au CUL-ll'EJ des processus effectifs d'adrtission et d 1 éCl1a)l)er<leITu de., 1,::', section latérale de la cnambre de COl1lbugl;lon mesurée perena.icuj-ai-t.'cuieu-c 2L la CIIYECI;lOr1 tC;l1,Sr[u(o de ctÓ.!,J.LCtCCit81lt, des jcàzo Ceruc vites- se cs L lld?:1ü1L1itt i i ;
o L<>. ies gasses des Gaz a'aamission et
<Desc/Clms Page number 7>
et d'échappement, lorsque les surfaces des orifices d'ad- ouvertes pendant l'admission et l'échappement mission et d'échappement effectif, c'est à dire pendant les périodes d'admission et d'échappement qui suivent-les périodes d'accélération des masses des gaz d'admission et d'échappement, sont égales à la section de la chambre de combustion.
Une grande vitesse de déplacement, tant de la'masse des gaz d'admission que de la masse des gaz d'échappement à l'intérieur de la chambre, est désirable pour les raisons suivantes : plus la vitesse à laquelle la masse des gaz brûlés se déplace à l'intérieur de la chambre de combustion vers l'orifice d'échappement après la période d'accélération est grande, plus l'autoévacu- tion est efficace et plus la valeur potentielle du vide qui se fait derrière la masse des gaz brûlés, et qui dé- termine à son tour l'intensité de l'admission-aspiration est grande. Plus la vitesse de déplacement; de la masse des gaz frais vers la chambre de combustion est grande, plus la pression finale est élevée et plus la masse de la nouvelle charge est grande.
La quantité et le moment des gaz soumis au processus de l'aspiration des gaz frais dans la chambre de combustion détermine la mesure dans laquelle la chambre peut être surcompressée, comme il sera expliqué ultérieurement.
Lorsqu'on utilise une chambre de combustion de faible longueur et d'un alésage relativement grand, la section de cette chambre est relativement grande par rap- port à son volume. Si, dans une telle chambre, l'orifice d'échappement des gaz est ouvert dans la mesure exigée pour obtenir un 'bon échappement-explosion et une bonne admission-aspiration, la surface d'ouverture de l'orifice d'échappement est, de même, relativement grand par rapport 1\ au volume des gaz contenu dans la chambre.
Etant donné
<Desc/Clms Page number 8>
que, pour obtenir une bonne utilisation d'une grande surface de l'orifice d'échappement, l'ouverture dudit
EMI8.1
orifice doit Pire ,cJJ.\Jlère:I1E:1H efiectuée pendant le temps, au cours duquel la masse des 8 ,t brûles s'accélère et acquiert son énergie dynamique, il 1 e 1 : I1'CGü; :.1Y'C. d'ou- vrir l'orifice .i' (CN1.C;lrrC;:1(;Y11; dans une 'iC:'l1'''(': T'elativcmcnt i'''':'l;èr'i.8 C1; dans un. temps très court.
Avec une chambre de combustion. cylindrique :J.J.J.OIlL,r5C (lu :.1C!lE fOllll(¯ que la r(C(:Ck<J:1"GC, la section' etc oeïite C'1[1,[11:11'c sera > L u peti-ce par ru,:)QY1, au z,oJrLlrue et les surfaces d'ouverture des Or:LIJ.cCG a <1 ' [,cll'll::;].O,l et cl' éCllél,.),.W'Wn1; 8éll;leG rr bOll oriiices d'admission 1 O C:'IC1,. y,"1C;11; exigées par ÉCJLCy;:¯itr':tâ-f':!710;;J¯OYl 8T. une bonne admission-aspiration sonc de i)!te't<. ]'(l.n1J.'-"/CUlcnt pin-s pC\l 'GC;f3 La période d'ac- célération de la '11Wf:(; des ,:>z brûles j.W;.lCi.;lI1'G L8 proces- sus etc J. t 8Clr),:;¯,cLlE'.n'G-bX'.L()H.LUn eH'G y)i'3,7¯CiILE'.:llC)aG le l'tëuie Ll;:-1,; tri 1(: el C tC( C1"le. :-;} I).TC D, si le C T (t.) .:.) 0 1'1.; ;; <¯ ;.i. > J: la. suriace 1.'UT.LI.LCe e OE ' Ô. <; t> : :. j> p c #:
< <,1 1 iii et la section de la. cllanl)Y8 c s le é# r#i l' #..i * dans les Ct8l0 UiJ.8 eij, par conséquent, le C:-î7 [3. ' U Y 1 Î :.'.
8Zlcé par l'ouvert are de .La grande SLLrI3.Ce/d t f5eh3.i.'vC'.lOnt dans la chambre de combustion de faible longueur est scn-
EMI8.2
siblesent la. même que le temps nécessaire pour 1'ouverts- re d'une surface d'orifice d' éclw.P1JCulent plus petite dans une cuaùibre de combustion <.:Ülol1t,8e.
De ÍlliL'18, si l'ouver- tare d'une grande surface d'orifice d'échappement dans la chambre de combustion de faible longueur et l'ouver- ture d'une surface relativement plus petite de l'orifice d'échappement, dans la chambre de combustion allongée, sont effectuées dans le même laps de temps,
la vitesse de déplacement acquise par les gaz brûles est la même dans les deux chambres* Etant donne que, dans les condi- tions énoncées, le volume des gaz et leur vitesse acquise sont les mêmes pour les deux chambres, le;
temps employé @
<Desc/Clms Page number 9>
par les gaz pour traverser la large .ouverture d'échappe- ment de la chambre de combustion de faible longueur est inférieur au temps employé par les gaz pour traverser l'orifice d'échappement plus étroit de la chambre allon- gée. En outre, un orifice d'échappement étroit permet l'emploi d'un tube d'échapper-lent d'une section corres- pondante plus petite et d'une longueur effective plus grande. L'avantage d'un tel tube est de permettre de dis- poser d'un temps plus long pour le fonctionnement des dis- positifs de commande de l'orifice d'échappement et pour la recharge de la chambre de combustion.
Four ces raisons, entre autres, une chambre de combustion allongée est pré- férable et son usage simplifie et facilite la disposition mécanique et le fonctionnement des organes de commande de fermeture et d'ouverture des orifices d'échappement et d'admission de la manière nécessaire et avec une vi- tesse suffisante pour assurer un bon échappement-explosion et une bonne admission-aspiration et 1'emprisonnement des gaz d'échappement refoulés.
Afin d'obtenir un échappement-explosion satisfai- sant grâce auquel la chambre de combustion soit complète- ment libérée des gaz brûlés ou d'échappement et par lequel lesdits gaz .soient projetés hors de la chambra sous forme de masse, en vertu de leur moment, la surface de l'orifi- ce d'échappement des gaz doit être convenablement propor- tionnée, conformément aux descriptions des brevets ? 2.102.559, 2.123.569, 2.144.065, 2.130.721, et 2.131.959 du demandeur de la présente demande. On peut égalementse reporter aux brevets U.S.A.
N 2.167.303, 2.131.957, 2.198.730, 2.168.528, 2.1+7.200, 2.134.920, 2.110.986 et 2.206.193 du même demandeur, qui ont trait au déplacement des gaz d'échappement à partir d'une chambre de combustion.
<Desc/Clms Page number 10>
Dans certaines installations,la surface de l'orifice
EMI10.1
d* échappaient peut, par exemple, e'tre 11E: ou même in- férieure au quart ae la surface de la section de la cham- bre di co:zu;;l,ïon Comme souligné ci-dessus, la surface euiectivc..2axiLzu:Â de l'orifice J.'échappement est é2:tlE.; a la section totale de la chambre de combustion, mais l'ou- verture de l'orifice selon la moitié ou un peu plus de la moitié de cette surface totale a donné pratiquement des résultats satisfaisants.
Le temps employé pour l'ouverture de l'orifice d'échappement dans la mesure nécessaire est LUI .facteur déterminant pour l'obtention d'un échappement-explosion
EMI10.2
efficace* Lorsque les Laz u'6chapJcllicnt sont accélères et, liar s'alte, acquièrent leur énergie dynamique dans 1 . ehaLi.>rL de combustion en l'espace d'un 57 ruc de seconde, l'effet balistique ou moment des gaz est suffisant pour produire l',uU;o-ef:,ouls ion' c' (;
ot 8. dire le retrait de tous les baz brÀlcs da la chambre de combustion cet est également suffisant 1OU1' assurer une ad"Üssion-UslÜratiol1 satisfaisante sous une pression atmosphérique sans l' ai- de d'un compresseur ou de son équivalent. En pratique, dans une installation, une auto-expulsion de la chambre de combustion et une admission-aspiration effectives sa-
EMI10.3
tisfaisantes sont obtenues si la masse des gaz bruiés est accélérée et commence à se déplacer d'elle-même en
EMI10.4
vertu ilc son inertie en l'espace d'un 300èL11(; de seconde, comme préconisé dans les brevets ci-dessus montionnés.
Un intervalle d'accélération plus rapide, par exemple de l'ordre d'un 400ème de seconde, intensifiel'effet balis- tique ou moment des Gaz brûlés. Un fonctionnement parfait
EMI10.5
du processus d*échappement-explosion a lieu dans une cham- bre de combustion convenablement établie lorsque l'ouver-
<Desc/Clms Page number 11>
ture d'un orifice d' échappement d'une section approxima- tivement égale à la moitié de la section de la chambre s'effectue dans les intervalles de temps plus courts mentionnés.
Etant donné due le phénomène d'admission- aspiration est d'une nature analogue au phénomène d'é- ohappement-explosion, l'orifice d'admission doit être ouvert dans une mesure et en 1'espace d'un intervalle de temps du même ordre de grandeur que ceux mentionnés ci-dessus au sujet de l'orifice d'échappement.
De préférence, les orifices d'admission et d'é- chappement sont disposés aux extrémités opposées de la chambre de combustion, de telle sorte que l'orifice d'admission puisse être ouvert à l'instant où les gaz brûlés à l'intérieur de la chambre acquièrent leur moment dans la direction de l'orifice d'échappement, c'est à dire lorsque les gaz cessent de réagir oontre les parois de la chambre au voisinage de l'orifice d'admission et commencent à se déplacer sous la forme d'une masse. La situation de cet instant dans le cyole de fonctionnement peut être calculée approximativement comme exposé dans les brevets mentionnés ci-dessus, ou peut être détermi- née à l'aide de moyens appropriés indiquant la pression.
Pour obtenir un fonctionnement plus efficace, les orifices d'échappement et d'admission de la chambre de combustion peuvent être établis de manière à produire un mouvement cycloïdal ou une autre forme de tourbillon de la charge fraîche à l'intérieur de la chambre de combus- tion. Un tel tourbillon tend à produire une combustion plus rapide et plus complète de la charge à l'intérieur de la chambre avant que l'orifice d'échappement ne com- mence à s'ouvrir. Le composé combustible de charge peut- être solide, liquide ou gazeux, et peut être introduit
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
dans la chambre de codibusiion penaant la fe:rJ1leiu.r", de l'orifice d'admission ou, si on le désire, à tout autre moment convenable,soit en même temps que la charge d'air frais, soit indépendamment de cette charge.
L'allu- mage de la charge combustible peut être effectué au mo- yen d'une étincelle, ou de toute autre manière connue.
Bien que, comme souligné ci-dessus, une charge nouvelle puisse être fournie à la chambre de combustion de la nouvelle installation sous une pression atmosphé- rique et en provenance directe de l'air extérieur au cours de chaque cycle de fonctionnement,les nouvelles charges peuvent aussi être fournies par un ventilateur, compresseur ou dispositif analogue, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire d'un réservoir à air comprimé. Lorsque le mélange combustible ou mélan- ge admis est fourni sous pression, l'ensemble de l'ins- tallation, comprenant la chambre de combustion, le tube et la chambre d'échappement des gaz et la turbine, peut fonctionner à un niveau de pression correspondant plus élevé que lorsque l'air d'admission est fourni à la pression atmosphérique.
Dans ces conditions, le zéro relatif de la courbe de pression des gaz dans l'ensemble du dispositif récupérateur de puissance est la pression absolue des gaz à la source ou alimentation d'admission.
Toutefois, le niveau de pression des gaz auquel le sys- tème fonctionne, n'affecte en aucune façon le fonction- nement de la chambre de combustion basé sur les phénomè- nes d'échappement-explosion et d'admission-aspiration.
On peut obtenir un fonctionnement satisfaisant de la nouvelle installation en introduisant de l'air frais extérieur à une pression atmosphérique dans la chambre de combustion, mais le débit de puissance de
<Desc/Clms Page number 13>
l'installation peut être augmenté en reliant l'admission de la chambre de combustion à un compresseur ou autre source convenable d'air comprimé. Dans ce cas, il est préconisé d'utiliser un système d'admission du type dé- crit dans le brevet (N$ 2.281.385) du demandeur.
Un tel système comporte une pipe d'admission et un réservoir convenablement établis permettant d'augmenter l'effet de surcompression du processus d'admission-aspiration, e'est à dire le développement à l'intérieur de la chambre de combustion d'une pression supérieure à la pression d'alimentation, obtenue par 1'emprisonnement à l'intérieur de la chambre d'une charge fraîche à une pression supé- rieure à celle de la source d'où provient ladite charge.
On peut obtenir, par une disposition convenable du sys- tème d'admission conformément à la description du brevet ci-dessus mentionné, une pression finale dans la chambre de combustion au moment où l'orifice d'admission de ferme s'élevant jusqu'à 150 % de la pression absolue des gaz d'admission à leur source d'alimentation. Cet effet de surcompression est rendu possible par l'échappement-explo- sion et l'absence de résistance ou de réaction des gaz brûlés contre la charge fraîche introduite, combinée avec une ouverture convenable et réglée dans le temps de l'o- rifice d'admission en relation avec le déplacement des gaz brûlés, la conception et la réalisation convenables de la'pipe et du réservoir d'admission, et la distribution dans le temps de la.fermeture des orifices d'admission et d'échappement.
Lorsqu'un compresseur est utilisé pour charger la chambre de combustion de la nouvelle invention dans laquelle le système d'admission est établi de maniè- re à réaliser l'invention, objet du brevét mentionne ci- dessus, le travail que doit fournir le compresseur pour
<Desc/Clms Page number 14>
charger la chambre de combustion de manière à produire une pression finale donnée est considérablement moindre que celui que doit fournir un compresseur pour produire la même pression dans une installation courante.
Dans la nouvelle installation, le temps pendant lequel la masse des gaz d'échappement s'éloigne du cy- lindre à travers le tube d'échappement des gaz jusqu'au point de constitution du front de pression, puis rebon- dit sur ce front et parcourt le même trajet en sens in- verse jusqu'à la chambre, est utilisé pour le processus d'admission-aspiration et la fermeture mécanique de l'orifice d'échappement. Le tube relié à l'orifice d'échappement de la chambre de combustion doit, en con- séquence, être conçu et établi de telle manière qu'un temps suffisamment long soit disponible pour les opéra- tions mentionnées.
L'intervalle de temps disponible pour le processus d'admission-aspiration commence au moment où les gaz d'échappement acquièrent leur moment et commencent à quitter la chambre de combustion sous la forme d'une masse, en raison de leur inertie, et par conséquent:, ces- sent de réagir contre les parois de la chambre. Les gaz d'échappement, après avoir atteint L 1 extrémité de leur course d'éloignement dant le tube d'échappement,sont refoulés vers la cnambre de combustion et produisent un choc en rencontrant la charge fraîche introduite.
L'in- tervalle de temps disponible pour l'admission-aspiration se termine lorsque ia réac%ion de ce choc se propage a travers les gaz dans la chambre de combustion. Tout in- conv4nient résultant d'une inversion du sens de déplace- coment, a l'intérieur de .La. Chambre,des gaz fraie intro- duits, qui pourrait être occasionné par les gaz d'écnap-
<Desc/Clms Page number 15>
pement refoulés peut être évité par la fermeture oppor- tune de l'orifice d'échappement.
Si l'orifice d'échappement est fermé avant que
EMI15.1
la réaction du choc ne se produise a..L'intérieur ae la chambre de combustion, le déplacement à travers ladite chambre de l'air introduit est interrompu par la ferme-
EMI15.2
ture de IJorifice d'écnappemen-c, mais, en vertu du moment de la masse de la charge fraîche introduite, celle-ci continue à pénétrer dans la chambre à travers l'orifice d'admission. Ce déplacement de la masse se poursuivant ainsi, comprime la cnarge à l'intérieur de la chambre et se traduit par une surcompression, cornue défini ci-dessus.
La fermeture ae l'orifice d'admission avant qu'une
EMI15.3
parulie appréciadie de la charge gazause introduite n'ait été refoulée riozs de la onambre ae combustion, a pour résultat: d'emprisonner la charge à l'intérieur de la chambre à une pression supérieure à celle qui règne à la. source de l'alimentation d'air. Ainsi, il est important de distribuer convenablement dans le temps le fonction- nement des organes de commande d'admission et d'échappe- ment relativement entre eux.et relativement aux déplace- ments des gaz d'échappement et des gaz frais introduits.
Conformément à la présente invention, le temps nécessaire au passage dans la chambre de combustion et à travers elle de la charge fraîche introduite et à la fer- meture de l'orifice d'échappement, est assuré, au moins partiellement, en prolongeant suffisamment le trajet aller et retour des gaz d'échappement.
L'intervalle de temps dépend de la distance que les gaz d'échappement ont à parcourir à partir de la chambre de combustion puis, en sens inverse, jusqu'à cette chambre et cette distance dépend dans une large mesure de la résistance'47
<Desc/Clms Page number 16>
par unité de longueur parcourue par la masse des gaz d'é- chappement, opposée par la masse des gaz inertes existant dans le tube d'échappement à l'accélération, à la compres- sion et au déplacement de ladite masse par la masse des gaz d'échappement.
L'énergie dynamique dE! cette dernière est dissipée en agissant ainsi sur les gaz inertes. En. conséquence, le tube d'échappement des gaz doit être re- lativement long et d'un volume intérieur contenant des gaz inertes relativement réduit, tout en étant de nature à offrir un passage assez libre à la masse des gaz d'é- chappement,sans friction superflue entre la masse des gaz se déplaçant et la paroi du tube.
Tour offrir un passage suffisamment libre aux gaz d'échappement et pour que la masse des gaz inertes exis- tant dans le tube d'échappement oppose une résistance minimum par unité de longueur parcourue par lesdits gaz d'échappement, la section la plus étroite du tube mesurée perpendiculairement à la direction de déplacement des gaz, doit être sensiblement égale à la surface d'ouverture ma- ximum de l'orifice d'échappement des gaz, c'est à dire à la surface d'ouverture dudit orifice au moment où les gaz brûlés quittent la chambre d e combustion sous la forme d'une masse. De préférence, la section du tube augmente légèrement et progressivement, ou par degrés, à mesure qu'on s'approche de la chambre de détente ou de la turbi- ne.
Par exemple, le tube peut avoir une conicité de 1 à 10 % ou de l'équivalent de ces taux pour chaque longueur de tube supplémentaire, c'est à dire que le rayon d'un tube cylindrique peut être augmenté d'un taux compris entre les pourcentages indiqués pour chaque augmentation de longueur ainsi définie. La meilleure forme pour lo tube dépend, dans une certaine mesure, desdimensions et
<Desc/Clms Page number 17>
des caractéristiques de la chambre de combustion, mais, à titre d'exemple, la section du tube à son extrémité la plus éloignée de la chambre peut être approximativement égale au double de sa section à son extrémité la plus proche de-la chambre. Le tube peut être aussi en partie de section constante, par exemple cylindrique, et en par- tie de section croissante, par exemple conique.
Les gaz d'échappement étant accélérés et se dépla- çant sous la forme d'une masse, en vertu de leur moment, à partir de la chambre de combustion et le long du tube d'échappement, la masse des gaz déplace un volume de gaz inertes dans le tube qui, à titre d'exemple, peut être de six à douze fois plus grand que le volume de la cham- bre de combustion elle-même. Le volume des gaz inertes déplacé dépend, dans une certaine mesure, de la masse et de la densité de ses gaz et de la quantité d'énergie dynamique acquise par les gaz d'échappement projetés par explosion, énergie dépensée à produire la compression, l'accélération et le déplacement des gaz inertes devant constituer le front de pression gazeuse.
L'importance de ce déplacement dépend donc de l'intensité de l'explosion à l'intérieur de la chambre de combustion, qui détermine . son tour la quantité d'énergie acquise par les gaz d' échappement et, par conséquent, l'intensité de l'échappe- ment-explosion après une ouverture rapide et convenable de l'orifice d'échappement. L'éohappement-explosion est, en fait, une seconde explosion au cours de chaque cycle de fonctionnement, la première explosion étant celle qui se produit par suite de la combustion rapide de la charge à l'intérieur de la chambre de combustion.
Lorsqu'il y a une pleine charge dans la chambre de combustion, l'énergie libérée par la combustion du mélan-
<Desc/Clms Page number 18>
ge est transformée en énergie dynamique, déplace un volume de gaz inertes dans le tube d'échappement des gaz qui peut, par exemple, être égal à douze fois le volume de la chambre de combustion ou plus. La masse des gaz d'é-
EMI18.1
chap pement 1!illIrxgUDl1ri:Jc-IlaLJ1IID.llblp:xJ&gj.:xà i3:x;..,,.xaï:c:.x.'.xxamhâ r et les gaz inertes qui sont déplacés et comprimés par elle, forment le front gazeux de pression à partir du- quel les gaz d'échappement sont refoulés vers .La chambre de combustion.
En conséquence,pour assurer un intervalle satisfaisant pôur l'admission-aspiration, le tube d'é- chappement des gaz doit avoir, de préférence, dans la plu- part des cas, un volume au moins égal à douze fois le vo- lume de la chambre de combustion. Etant donné que le vo- lume du tube d'échappement des gaz, reliant la chambre de combustion à la chambre de détente ou à un autre espace convenable intercalé, est déterminé par l'énergie dyna- mique acquise par les gaz d'échappement et, par conséquent, peut en pratique être déterminé d'après le volume de la chambre et, étant aonné que ia section dudit tube est déterminée par la section de l'orifice d'échappement,
la longueur du tube nécessaire peut être facilement calculée ou déterminée de manière à assurer un intervalle de temps suffisamment long pour l'admission-aspiration et pour le fonctionnement des organes de commande mécanique de fer- meture de l'orifice d'échappement dans toutes les conai-, tions de fonctionnement.
Si le volume du tube d'échappement; des gaz reliant la chambre de combustion à la chambre de détente peut va- rier entre des limites assez larges selon les installations on a constaté qu'avec une chambre de combustion convena- blement connue, le volume du tube d'échappement des gaz
<Desc/Clms Page number 19>
peut être approximativement égal à douze fois le volume de la chambre de combustion ou plus. Dans tous les cas, l'emplacement du front de pression à partir duquel les gaz d'échappement sont refoulés, doit être situé intérieu- rement au volume de gaz inertes enfermés dans l'espace compris entre la chambre de combustion et le rotor de la turbine.
Si le tube d'échappement des gaz a un volume égal ou inférieur au volume des gaz inertes déplacés, le point de refoulement sera situé quelque part à l'inté- rieur de la masse gazeuse dans la chambre de détente ou autre espace intercalé entre le tube d'échappement et le rotor de la turbine. Il est essentiel que les gaz d'échap- pement soient refoulés à partir d'un front de pression gazeuse constitué par le moment du déplacement de la mas- se des gaz d'échappement contre l'inertie de la masse des gaz inertes qui est déplacée par la masse des gaz d'é- chappement.
Les gaz d'échappement et les gaz inertes com- primés qui, finalement:, forment le front de pression, ne doivent pas être amenés à heurter une paroi solide telle que la patoi de la chambre de détente ou de la turbine, ni rebondir sur une telle paroi, ce qui rendrait plus court le temps au cours duquel le processus d'admission et la fermeture de l'orifice d'échappement ont lieu. Si les gaz s'éloignant du cylindre ne sont pas interceptés par une paroi et si le front de pression s'établit nor- malemenz, l'inversion dans la direction de déplacement des gaz ne se produit pas aussitôt, n'est pas aussi brus- que, et la vitesse des gaz dans leur déplacement ae re- tour n'est pas aussi grande que si les gaz heurtaient une paroi et rebondissaient sur cette paroi.
Si le tube des gaz d'échappement est conça de manière à assurer l' intervalle de temps nécessaire pour l'admission dans des
<Desc/Clms Page number 20>
conditions de puissance totale, le temps sera suffisam- tient -Long pour permettre l'admission dans toutes les con- ditions de fonctionnement.
De préférence, le volume combine du tube d'échap- pement des gaz et de la. chambre de détente, c'est a dire
EMI20.1
le volume t01Jal compris entre la chambre de couivustion eT le rotor de la tu.rune, est oonsidérabiemen-c pius grand qu'il n'est nécessaire pour obtenir le résultat discuté ci-dessus.
Afin de produire un efret d'amortis- semen-G sur les oscillations des gaz emmagasinés qui ré-
EMI20.2
Su-'Luciiu aes pulsations des écnappeien'cs#explosions inrmer- mittents, on peut prévoir un -volume combiné du tube d' échappement des' gaz et de la chambre de détente considé- rablement plus grand qu'il n'est nécessaire pour assurer un intervalle de temps suffisamment long aux processus d'admission. En ménageant un -volume plus grand et, par conséquent, une plus grande masse de gaz inertes entre la chambre de combustion et le rotor de la turbine pour
EMI20.3
absorber les pulsations des écl1.appemcn1is-exjJlosidms intermitents, les gaz compris dans ce volume entre le rotor de la turbine et le front de refoulement décrit plus haut,
se trouve dans un état plus constant ou moins agité. Ceci facilite, à son tour, la détente et régularise le passage des gaz dans la turbine. Par suite, en pratique, il est désirable de prévoir une chambre de détente ou un espace analogue intermédiaire, d'un volume jusqu'à 20 ou 40 fois plus grand que le volume ae la chambre de combustion et de monter la tur- bina en un point pluséloigné de la chambre de combus- tion que le point où est situé le front de pression de refoulement.
Les gaz emmagasinés ou emprisonnés sous pression
<Desc/Clms Page number 21>
statique à l'intérieur de la chambre de détente, se détendant à travers la turbine, ou autre dispositif ana- logue en imprimant un mouvement de rotation au rotor de la turhine d'une manière bien connue dans ce domaine de la technique; le rotor peut être relié à une dynamo ou à une machine analogue utilisant l'énergie des gaz de détente. Si on le désire, le rotor de la turbine peut être également relié à un compresseur ou dispositif ana- logue utilisé pour fournir de l'air comprimé à la chambre de combustion.
Pour mieux comprendre l'invention, on peut se référer aux dessins joints, sur lesquels:
La figure 1 est une vue schématique, presqu'en- tièrement en section et avec parties arrachées, repré- sentant une forme de dispositif récupérateur de puissan- ce à turbine à gaz, qui réalise la présente invention et peut être mis en oeuvre conformément à la méthode de ladite invention.
La figure 2 est une vue analogue représentant une autre forme de récupérateur de puissance dans lequel l' air d'admission est fourni par un compresseur, par l'in- termédiaire d'un réservoir à air.
Enfin, la figure 3 est un diagramme représentant le mode de fonctionnement des installations types repré- sentées aux figures 1 et 2.
Dans la réalisation de l'invention représentée à la figure 1 à titre d'exemple seulement, le nouveau dis- positif récupérateur comporte une chambre de combustion 10 sous la forme d'un cylindre allongé, dont la longueur est plusieurs fois multiple du diamètre. De l'air frais ou un mélange combustible, est fourniau cylindre 10 en provenance de l'air extérieur et la pression atmosphérique,
<Desc/Clms Page number 22>
par l'intermédiaire d'un tube à air 12, et d'un ou de plusieurs orifices d'admission 11, ménagés dans la paroi du cylindre, adjacente à l'une de ses extrémités.
On don- ne de préférence aux dits orifices, par un procédé connu, une forme permettant d'imprimer un mouvement cycloïdal à l'air introduit, ou charge, et la section totale des orifices est de préférence supérieure à la moitié de la section du cylindre 10. Les gaz d'échappement sont chas- sés du cylindre,ou de la chambre de combustion 10, à travers un ou plusieurs orifices d'échappement 17, adja- cents à l'autre extrémité du cylindre, la section totale des orifices d'échappement étant approximativement égale ou supérieure à la section des orifices d'admission 11.
De préférence, le tube à air 12 est conçu suivant les enseignements du brevet mentionné ci-dessus, de manière à faciliter la production d'une surcompression de la chambre de combustion.
L'ouverture et la fermeture des orifices 11 peu- vent être commandés par tous moyens convenables tels qu' une soupape à manchon 13 qui, à son tour, peut être ac- tionnée de toute manière convenable, par exemple au moyen d'un arbre de commande 14 dont la manivelle- 15 est reliée à la soupape par une tige de commande 16.
Les orifices d'échappement 11 peuvent être commandés par une soupape à manchàn analogue 19 reliée mécaniquement par une tige de commande 22 à la manivelle 21 d'un arbre de commande 20. Il va de soi que les orifices 11 et 17 peu- vent être commandés par différents autres types de sou- papes ou mécanismes, tels que soupapes à têtes plates, soupapes à tiroirs, etc...Des arbres 14 et 20, ou autres moyens convenables de commande des orifices d'admission et d'échappement peuvent être reliés mécaniquement au
<Desc/Clms Page number 23>
rotor 28 d'une turbine 27 faisant partie du nouveau dis- positif récupérateur de puissance, ou encore, lesdits arbres peuvent être commandés à partir de toute autre source convenable de puissance.
Les arbres 14 et 20 peu- vent être reliés l'un à l'autre ou commandés séparément et, dans certains cas, on peut utiliser un arbre unique pour faire fonctionner les deux soupapes.
Dans la disposition représentée, les moyens d'ali- mentation du cylindre 10 en combustible comportant un gicleur d'injection de carburant liquide 23, ou un autre dispositif d'injection convenable, qui peut être monté dans la paroi du cylindre et peut être de n'importe quel- le construction convenable connue. L'allumage du mélange combustible à l'intérieur de la chambre 10 peut être èf- fectué par une bougie d'allumage 24 ou un autre disposi- tif convenable.
Des moyens de commande convenables sui- vant un modèle connu quelconque peuvent être prévus pour commander l'injection du carburant et le jaillissement des étincelles entre les électrodes de la bougie d'allu- mage, de telle sorte que l'injection et l'allumage se produisent en relation de temps convenable l'une avec l'autre, et en relation de temps convenable avec le fonc- tionnement des organes de commande des orifices d'admis- sion et d'échappement.
Afin de rendre possible l'utilisation au mieux de .L'énergie libérée par la combustion de la charge à.i'in- de térieur de la chambre combustion 10, des moyens sont pré- vus pour emprisonner les gaz brûlés, ou d'échappement, sous pression statique à l'intérieur d'un espace 'extérieur à la chambre de combustion.
Ces moyens, tels qu'ils sont représentés, comportent un tube d'échappement des gaz 18 relié au cylindre 10 de manière telle que les gaz brûlés
<Desc/Clms Page number 24>
passent du cylindre dans le tube, lorsque la soupape 19 est actionnée de manière à ouvrir lesorifices d'échappe- ment 17, Lorsque les orifices d'échappement sont ouverts d'une quantité suffisante dans un temps suffisamment court comme expliqué ci-dessus, les gaz brûles sont projetés hors du cylindre dans le tube 18, sous la forme d'une masse, en vertu du phénomène de 1'échappement-explosion.
De même, si les orifices d'admission Il sont ouverts d' une manière analogue en relation de temps convenable avec le commencement du déplacement de la masse des gaz d'é- chappement, l'admission d'air frais se produit conformé- ment au phénomène d'aspiration.
Pour les raisons indiquées ci-dessus, la section du tubo 18 à son point de contact avec le cylindre 10, est sensiblement égale à la surface totale des orifices d'échappement 17, ou plus exactement à la surface totale desdits échappements ouverts ou découverts, par la sou- pape 19 au moment où les gaz brûlés commencent à se dé- placer sous forme de masse, en vertu de leur moment, conformément au phénomène d'échappement-explosion.
Le tube d'échappement des gaz, tel qu'il est re- présenté, comporte une paroi intérieure lisse et il est en forme ae cône, sa section augmentant graduellement suivant toute sa longueur, la section la. plus large étant celle de l'extrémité éloignée du cylindre 10. Si on le désire, la secuion au tuoe 18 peut être augmentée par degrés, ou encore le tube peut être en partie conique, et en partie à variation de section par degrés.
D'une maniere générale, .Le volume intérieur de la conduite 18 doit être approximativement douze fois plus grand que le volume du cylindre 10 ou plus, afin d'éviter toute perturbation du processus d'admission par les gaz
<Desc/Clms Page number 25>
d'écnappement refoulés.
L'extrémité élargie au tuoe d'échappement des gaz
18 est représentée comme étant directement reliée à une chambre de détente 25, reliée à son tour par un tube 26 à l'entrée d'une turbine à gaz 27 ou à son équivalent, comportant un tube d'échappement 31. Bien que la chambre
25 soit représentée comme étant cylindrique et par con- séquent d'une section longitudinale rectangulaire, elle peau être de l'une quelconque ae plusieurs formes conve- nables et, en fait, elle peut faire partie de l'envelop- extérieure de la turbine 27. La chambre 25 représentée n'est en fait qu'une réalisation particulière d'un espa- ce intermédiaire entre l'extrémité la plus éloignée du cylindre-du tube d'échappement des gaz 18 et le rotot 28 de la turbine 27.
Afin de réaliser un amortissement des oscillations des gaz emmagasinés et, par là même, de réè gulariser le fonctionnement de la turbine, le volume de la chambre 25 peut être plusieurs fois supérieur au vo- lume de la chambre de combustion 10. De préférence, le tube 26 est relié à la chambre 25 en un point éloigné de l'extrémité de décharge du tube 18 et, par conséquent, aussi loin que possible au-delà du front de pression ga- zeuse qui résulte de l'échappement-explosion.
La turbine 27 est schématiquement représentée comme comportant un rotor 28 portant plusieurs rangées d'aubes 29 disposées entre les rangées d'aubes du stator
30 montées sur la paroi de l'enveloppe extérieure de la turbine. Les gaz qui se détendent à travers la turbine à partir de la chambre de détente 25 s'échappent de l'enve- loppe extérieure de la turbine par le tube 31. Le rotor de la turbine est monté sur un arbre 32 porté par des coussinets convenables disposés dans les parois de la tur- A bine et permettant la rotatio, dudit rotor; l'arbre peut
<Desc/Clms Page number 26>
être accouplé une dynamo 33 ou à un autre dispositif convenable.
Etant donné que la turbine, en soi, ne fait pas partie de la présente invention, il n'est pas néces- saire de la représenter, ni de la. décrire d'une manière plus détaillée.
Les gaz emmagasinés dans la chambre 25, le tube 26 et l'espace compris dans l'enveloppe extérieure de la. turbine devant le rotor, agissant sur ce dernier par leur détente et, par conséquent, la turbine peut être soit du type normal, soit du type à réaction, elle peut être également à grande ou à faible vitesse.
Les orifices d'échappement et d'admission 11 et 17 sont établis et commandés de telle manière que leur sur- face ouverte et la durée de leur ouverture contribuent à produire l'échappement-explosion qui assure le balayage des gaz brûlés de la chambre de combustion et l'admission- aspiration qui remplit d'une nouvelle charge- fraîche d' air ou d'un mélange combustible convenable la chambre de combustion et surcomprime cet air ou ce mélange.
Le fonctionnement du nouveau dispositif récupéra- teur de puissance conformément à la méthode de la présen- te invention, est le suivant: après chaque explosion ou combustion d'une charge à l'intérieur de la chambre de combustion 10, alors que les orifices d'admission et d' échappement sont fermés, les orifices d'échappement 17 sont ouverts largement dans une période très courte par l'actionnement de la soupape 19, par exemple en l'espace d'environ 0,0025 seconde. Pendant ce court intervalle, l'explosion des gaz brûlés ou d'échappement, conformément au phénomène d'échappement-explosion, accélère la masse entière des gaz comprise à l'intérieur de la chambre aus- si bien qu'une partie de la masse des gaz inertes présents
<Desc/Clms Page number 27>
à l'intérieur du tube d'échappement des gaz 18.
Tous les gaz brûlés à l'intérieur de la chambre de combustion com- mencent alors à,sortir de la chambre sous forme de masse en vertu de leur inertie et, par conséquent, cessent de réagir contre les parois de la chambre dans le voisinage des orifices d'admission 11 et perdent contact avec les- dites parois. A l'instant ou ce déplacement de la masse des gaz brûlés commence, les orifices d'admission 11 sont ouverts par l'actionnement de la soupape 13 et une aspi- .ration d'air atmosphérique se produit dans la chambre 10 à travers la pipe d'admission 12 et les orifices 11.
En conséquence, les gaz d'échappement se déplacent sous forme de masse à une vitesse balistique dans le tube d'échappe- ment des gaz 18, en comprimant sur leur parcours les gaz inertes et simultanément'avec ce déplacement de la masse des gaz d'échappement et immédiatement derrière elle, les gaz frais pénètrent dans la chambre de combustion, la tra- versent et pénètrent dans le tube d'échappement des gazà la suite de la masse des gaz d'échappement.
Lorsque l'énergie dynamique de la masse des gaz d'échappement se déplaçant a été dépensée à vaincre l'i- nertie de la partie des gaz inertes sur le parcours de la masse à l'intérieur du tube 18 et de la chambre de détente
25, la masse des gaz d'échappement et la masse des gaz inertes comprimés par elle forment un front de pression gazeuse à l'intérieur du tube 18 ou de la chambre 25, ad- jacente à l'extrémité du tube 18, selon l'intensité de l' explosion de la charge dans la chambre 10, et l'intensité de l'échappement-explosion qui en résulte et qui détermine la quantité d'énergie dynamique de la masse des gaz d'é- chappement se déplaçant.
Le déplacement vers l'extérieur de'la masse des gaz d'échappement est, à titre d'exemple,
<Desc/Clms Page number 28>
inversé par l'explosion d'un front de pression en l'espace d'environ 5 à. 6 millièmes de seconde après que l'orifice d'échappement commence à s'ouvrir dans un dispositif ré- cupérateur de puissance convenablement établi, à condi- tion que le iront de pression ne vienne pas rebondir contre une paroi ou le rotor de la turbine.
A partir du point; où le front de pression explose, la masse des gaz d'échappement rebondit et est refoulée vers lachambre de combustion 10, mais, avant que la masse refoulée n'atteigne la chambre de combustion, les orifi- ces d'échappement;
17 sont obturés par la soupape 19, Om- prisonnant ainsi les gaz d'échappement et aussi, de pré- une partie des gaz d'admission à l'intérieur de la conduite 18 et de la chambre de détente 25' Apres la fermeture des orifices d'échappement 17, le déplacement' rapide de la masse des gaz frais à travers la chambre de combustion en vertu du processus d'aspira- tion est brusquement interrompu, produisant ainsi un choc et une augmentation de pression à l'intérieur de la chambre de combustion, comme établi plus complètement dans le brevet ci-dessus mentionné.
Bien que le déplace- ment des gaz frais à travers la chambre de combustion soit interrompu par la fermeture des orifices d'échappement la pression à l'intérieur de la chambre continue à augmen- ter en vertu du moment de la. masse des gaz introduits se déplaçant rapidement, pendant le temps où la charge de la chambre se poursuit. Avant qu'une partie considérable de la charge gazeuse introduite de soit re jetée hors de la chambre, les orifices d'admission 11 sont fermés par la mise en action de la soupape 13, la charge se trouvant ainsi emprisonnée à l'intérieur de la chambre 10 à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique
<Desc/Clms Page number 29>
qui règne à l'embouchure de la pipe d'admission 12.
Le combustible est alors injecté par le gicleur 23 et est ensuite'allumé par une étincelle jaillissant entre les bornes du dispositif à étincelles 24. Ainsi se trouve complété un cycle de fonctionnement de la chambre de combustion et ledit cycle peut être renouvelé aussi sou- vent et aussi rapidement qu'on le désire entre des limi- tes assez larges, déterminées par le temps nécessaire à un échappement-explosion et à une admission-aspiration satisfaisants et à la combustion de la charge.
La pression des gaz emmagasinés dans le tube 18 et l'espace compris entre l'extrémité dudit tube et le rotor de la turbine, c'est à dire l'espace compris à l' intérieur de la chambre 25, du tuoe 26 et de la tubulure d'entrée de l'enveloppe extérieure de la turbine 27 est augmentée par les échappements-explosions successifs pro- venant de la chambre de combustion 10 et la pression fi- nale que ces gaz emmagasinés. peuvent atteindre est en partie déterminés par la résistance que les gaz rencon- trent en s'échappant dudit espace à travers la turbine 27.
La détente des gaz emmagasinés à travers la turbine pro- voque la rotation du rotor 28 et, par suite, de l'arbre 32, qui peut être relié pour l'entraîner à un dispositif convenable quelconque, tel que le dynamo 33.
Le fonctionnement d'un dispositif récupérateur de puissance type établi et'mis en action conformément à la présente invention, est représenté schématiquement à la figure 3 des dessins. Sur ladite figure, les ordonnées représentent les pressions des gaz pour certaines des courbes, cependant que, pour certaines autres courbes, les ordonnées représentent les aires des orifices d'échap- pement et d'admission ouvertes par les soupapes d'échap-
<Desc/Clms Page number 30>
EMI30.1
pCMunt eu a'admission ou autres moyens de commande, ex- primées sous forme de rapport entre .Les aires etl0veru- re et ia section latérale (lE.: .La cùauivru ae CUwUu.s-IJ.J.un.
Lesabscisses représentent les temps exprimés en 1.000èmes de seconde ou en degrés de révolution des organes méca- niques, tels que les arbres 14,15 et 20,21 qui commandent l'ouverture et la fermeture des orifices d'échappement et d'admission. La ligne de base 34 représente la pres- sion de l'air d'admission ou du mélange combustible à sa source d'alimentation, cette pression étant égale à la pression atmosphérique dans le cas de l'instal- lation représentée à la figure 1, dans laquelle la charge gazeuse fraîche est fournie directement à partir de l'air extérieur.
La.courbe 35 est un diagramme temps-aire représen-
EMI30.2
tant -L'aire d'ouverture et les temps et' uu.VJ:c[,u.re et ae rerrneturc des orifices d'échappement 17, et la courbe 36 est un et.J.aç.l'aLuWE; analogue, représentant l'aire ellouver- ture ez les temps a.'ouverture et de fermeture des oriii- ces C1'adill..LS..LOn ii, LtnsL811 auquel les orifices a'é- clt ljGtuE;tl4 OC)III-elIU6,.L-G à s'ULi.'vn. es lciaJ.(11 en Et) et J¯' 1r1,"GT,rly auquel- l;ia2G:i v.i.i.'..Le\:'o SUn4 cLuipiéuevienu rer- riés est indique en EC' Le comuienceyieia ae -L'ouverture des U%'111Cf: et' aara.J.Si3l0U est mu-t-que en à et .l. \ .Ll1B arn. auquel lesdits orifices sont complètement fermés est in- diqué en AC.
La courbe 37 est une courbe temps-pression, qui représente les pressions gazeuses apparentes à l'in- térieur de la chambre de combustion pendant un cycle complet de fonctionnement, et la courbe temps-pression 38 représente les pressions gazeuses apparentes dans le tube d'échappement 18 en un point adjacent à. son point de liaison avec la chambre de combustion 10, c'est à.
<Desc/Clms Page number 31>
dire à proximité immédiate des orifices d'échappement 17.
Les courbes 37 et 38 représentent donc les conditions de pression pendant les processus d'échappement-explosion et d'admission-aspiration aux points respectifs où la pression est mesurée. La pression gazeuse aux points men- tionnés peut être déterminée d'une manière connue quel- conque, au moyen, par exemple, d'un oscillographe à faiscèau cathodique.
Comme indiqué par les courbes de la figure 3, les
EMI31.1
orifices d'échappement 17 commencent- à s'"ouvrir approi- mativement au moment ou la pression gazeuse à l'intérieur de la chambre de combustion 10 atteint son maximum ou valeur de pointe, comme conséquence de l'explosion ou combustion de la charge.
Lors de l'ouverture de l'orifi- d'échappement, il se produit un choc et une impulsion de pression abrupte au point donné de mesure dans le tube
18, mais la pression apparente en ce point atteint un niveau légèrement au-dessus de la ligne de pression de base ou zéro relatif 34 au moment où, et après le moment où, la masse des gaz d'échappement projetés balistiques ment franchit les dits points, ce qui indique l'arrivée de gaz d'admission derrière la masse sortant et s'éloig gnant de la chambre de combustion.
Aprbs-fermeture de l'orifice d'échappement, les gaz d'échappement refoulés atteignent une position voisine de la chambre de combus- tion et, après quelques oscillations, provoquent une élévation de pression dans le tube 18, jusqu'à environ la pression statique moyenne des gaz inertes dans le tube et la chambre 25.
Le point où la courbe 37 traverse la ligne 34 indique l'instant auquel les gaz brûlés perdent contact avec les parois de la chambre 10 adjacentes à l'orifice
<Desc/Clms Page number 32>
d'admission et commencent à se déplacer sous forme de masse, en vertu de l'inertie, endant ainsi à faire le vide dans la chambre au voisinage des orifices d'admis- sion Il. A cet instant, lesdits orifices commencent à s'ouvrir et permettent au phénomène d'aspiration de se manifester.
La pression dans la chambre de combustion 10, au point de mesure donné, s'élève pendant et âpres la. fermeture des orifices d'échappement, ladite pression atteignant une valeur supérieure à celle de la pression à, la source d'alimentation (pression représentée par la line 34) en vertu de l'auto-compression, des gaz frais dûe à leur moment à l'intérieur de la chambre de combus-- tion.
Le deré de surcompression est indiqué par la cour- be 37,au point 41, c'est à dire à l'instant AC où la fermeture complète de l'orifice d'admission a été effec- tués*
Ainsi, par une mise en acLion convenable, la, pres- sion d'une charge nouvelle dans la chambre 10 peut être, par exemple, de 150 à 500 grades par cm2 ou davantage supérieure à la pression'd'alimentation qui, dans le cas présent, est égale à la pression atmosphérique.
La pression moyenne des gaz inertes dans la cham- bre de détente 25 est indiquée par la ligne 42. Cette pression moyenne est déterminée par la résistance offerte à la détente des gaz à travers la turbine 27, ou autre dispositif analogue Et peut, par conséquent, être comman- dé par l'établissement et la conception de la turbine.
Dans une installation donnée quelconque, la pros-:- sion statique moyenne maximum dcs gaz emmagasinés est limitée par le fait qu'une trop grande pression dans le tube 18 empêcherait les phénomènes d'échappement-explo- sion et d'admission-aspiration de se manifester conve-
<Desc/Clms Page number 33>
nablement. Plus la pression dans le tube 18 est grande, plus grande est la densité et donc, la masse des gaz iner- tes dans ledit tube et, par conséquent, la résistance offerte par ladite masse, par unité de longueur du par- cours de la masse des gaz d'échappement, à l'accélération et à l'éloignement de la masse des gaz d'échappement, chassés de la chambre de combustion par l'échappement- explosion.
Si la résistance devient trop grande, les gaz d' échappement forment le front de refoulement plus près de la chambre et sont rejetés dans la chambre en un temps si court qu'il peut ne pas être possible de fermer les ori- fices d(échappement 17 avant que les gaz ne pénètrent dans la cnambre, ce qui réduirait l'efficacité de l'ad- mission- aspiration.
En conséquence, la pression des gaz inertes emma- gasinés doit être compatible avec les caractéristiques de fonctionnement de la chambre de combustion, si l'on dé- sire obtenir le fonctionnement le plus efficace possible.
L'installation récupératrice de puissance repré- sentée à la figure 2 est analogue dans ses grndes lignes à la réalisation décrite ci-dessus et,les parties iden- tiques ou analogues des deux réalisations sont désignées par les mêmes chiffres de référence, accompagnés du signe t sur la figure 2 .
Au lieu de la pipe d'admission 12 de la première réalisation, le dispositif récupérateur de puissance re- présenté à la figure 2 comporte un compresseur 44 qui aspire l'air extérieur et le rejette à une pression plus élevée dans le réservoir d'air 45 qui, à son tour , com- munique avec les orifices d'admission 11' par l'intermé-b diaire d'un tube à air 46. Bien qu'un compresseur d'un
<Desc/Clms Page number 34>
EMI34.1
type a àeavz étages de com,iocl 4-4- soit G 1.t1.11. t"''''Hué, li va. de soi qu'on peut utiliser un compresseur convenable d'un autre type quelconque. De préférence, le compresseur
32' est relié à l'arbre! de la turbine 27' qui l'entraîne, mais toute autre source de puissanceconvenable peut être em- ployée.
Si l'arbre de la turbine est directement relié au compresseur de la manière représentée, ledit compresseur doit être conçu de façon à, fonctionner efficacement à la vitesse de régime de la turbine. Afin d'obtenir les meil- leurs résultats possible et une surcompression maximum de la chambre 10' dans une installation donnée, le réservoir d'air 45 et le tube à air 46 doivent être établis confor- mément aux enseignements du brevet ci-dessus mentionné.
En vertu de la pression accrue de l'air à la source d'alimentation, c'est à dire dans le réservoir 45, la pres- sion et la masse des gaz frais emprisonnés dans la, chambre 10' après chaque fermeture des orifices d'aspiration est accrue de façon correspondante. Gette masse accrue de gaz frais permet la combustion d'une plus grande charge du mi- lieu combustible et la combustion de cotte charge plus gran- de à une pression plus élevée se traduit par une plus gran- de énergie des gaz brûlés.
En conséquence, lesdits gaz ont une énergie dynamique plus grande lors de leur échappement- explosion et, par suite, ont la faculté de vaincre une plus grande résistance offerte par la masse des gaz inertes accélérés dans le tube d'échappement des gaz 18' et la cham- bre de détente 25' et d'élever la pression des gaz inertes.
Ainsi, lorsque l'air de la source d'alimentation est une pression supérieure à la pression atmosphérique, la pres- sion moyenne des gaz emmagasinés dans la chambre de déten- te 25' et le tube 18' peut être élevée d'une manière cor-
EMI34.2
respOl1dalte sans affecter lue fonctionnement de la chambre 0
<Desc/Clms Page number 35>
de combustion basé sur les phénomènes d'échappement-explo- sion et d'admission-aspiration', comme expliqué cm-dessus.
Etant donné que la pression moyenne des gaz d'échap- pement emmagasinés ou emprisonnés, c'est à dire des gaz inertes, dépend de la résistance-offerte par la turbine ou autre dispositif à l'échappement des gaz de la chambre de détente 25 ou autre espace intercalé équivalent, vers l'air extérieur, il est désirable de concevoir la turbine de tel- le manière que la pression moyenne des gaz soit voisine de la pression la plus élevée compatible avec le fonctionne- ment désiré de la chambre de combustion. En procédant ainsi et en maintenant une pression plus élevée dans la chambre de détente 25, le dispositif récupérateur de puissance peut fournir une plus grande quantité de travail utile avec un plus grand rendement.
Une augmentation de la pression des gaz emmagasinés, augmente le gradient de détente à travers la turbine ou autre dispositif analogue et, par conséquent, son débit.
La conception et l'établissement, y compris dimen- sions, forme et disposition de la chambre de combustion, de ses origices d'admission et d'échappement, des organes de commande desdits orifices, 'du tube d'échappement des gaz 18' et de la.chambre de détente 25' dans la réalisation de la figure 2 doivent être conformes aux exigences discutées plus haut au sujet de la première réalisation, en tenant compte des pressions plus élevées des gaz et de l'énergie disponible plus grande qui en résulte. Le fonctionnement des deux réalisations est exactement le même en ce qui con- cerne les phénomènes d'échappement-explosion et d'admission- aspiration et en ce qui concerne 1'auto-expulsion et la surcompression de la chambré.
L'effet de surcompression est, évidemment, accru avec l'augmentation de pression de l'air
<Desc/Clms Page number 36>
sa source d'alimentation.
Comme souligné ci-dessous, la ligne de pression de base ou zéro relatif du diagramme de la figure 5 tel qu' il est applique à la réalisation de la. figure 1 représenta: la. pression atmosphérique.
Des courbes analogues sont applicables à la réali- sation de la figure 2 mais, dans ce dernier cas, la ligne 34 représente la pression des gaz dans le réservoir à air 45, c'est à dire la pression relative zéro pour l'en- sembre le l'installation récupératrice de puissance, et les pressions de pointe dans l'ensemble du système sont augmentées de l'augmentation de pression la source d'ali- mentation de la charge fraîche.Ainsi, le diagramme peut être considéré comme représentatif pour l'une ou l'autre des deux réalisations.
Il est évident que plusieurs chambres de combustion peuvent être reliées à une chambre de détente commune par l'intermédiaire, soit d'un tube d'échappement des gaz com- mun, soit par des tubes distingts.
De même,un seul réservoir d'air d'admission peut être utilisé pour fournir des charges gazeuses fraîches à plusieurs chambres de combustion par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs tubes d'admission des gaz. Lorsqu'un tube d'échappement commun est utilisé pour plusieurs chambres de combustion, il est nécessaire de distribuer dans le temps les fonctionnements des chambres de manière à ce que l'orifice d'échappement d'une seule chambre soit ou- vert à un instant donné.
Des dispositions convenables a cet effet sont exposées dans certains des brevets mention- nés ci-aessus. Il est clair également qu'une seule; chambre do détente 25 peut être utilisée pour actionner plusieurs turoines ou autres dispositifs susceptibles d'utiliser
<Desc/Clms Page number 37>
l'énergie d'un milieu gazeux emprisonné sous pression dans une telle chaudière.
Bien qu'un nombre limité de réalisations de l'in- vention soient décrites et représentées schématiquement, il doit être expressément compris que le domaine de l'in- vention n'est pas limité par ces descriptions et représen= tations.
Par exemple, il peut être nécessaire, dans bien des installations pnatiques, d'employer un tube d'échappement des gaz incurvé au lieu d'un tube rectiligne représenté et cela ne soulève pas d'objections pour autant qu'aucune surface n'est interposée sur le trajet des gaz s'éloignant contre laquelle ils pourraient rebondir plus tôt qu'ils ne le font à partir du front de pression constitué par pêne de leur énergie dynamique. Différentes autres modifications peuvent être apportées, en particulier dans la conception et la disposition des parties représentées, aussi bien que dans la construction spécifique des différents éléments de la combinaison, sans s'éloigner de l'esprit ni du do- maine de l'invention.