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PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE GENERATEURS DE GAZ MOTEURS ET GENERATEURS DE GAZ MOTEURS POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE.
On connaît déjà des procédés de fonctionnement de générateur de gaz moteurs produisant des gaz de combustion par des explosions, et dans lesquels on emprunte, à des chambres d9explosion adjointes au,géné- rateur de gaz moteurs, des quantités partielles de la quantité totale de gaz de combustion produite par chambre et par explosion, et on les amène à agir sur des dispositifs à tuyères et à aubages. le reste de gaz de combustion étant expulsé par de 1?air de chargement, à la suite de la di- latation des quantités partielles de gaz de combustion.
Mais dans les exé- cutions pratiques, on se bornait à faire uniquement une distinction entre ce reste de gaz de combustion et une seule quantité de gaz de combustion qui, au moment de son échappement de la chambre, présente la pression ma- ximum d'explosion de sorte que cette quantité principale des gaz de com- bustion s'échappe par une seule soupape de tuyères, et que par suite il ne fallait prévoir qu'ue deuxième soupape d'échappement pour le reste des gaz de combustion. Il est vrai que cette quantité principale était alors utilisée le plus souvent sur deux étage Se généralement dans des roues Curtis à double couronne avec compensation de pression entre les roues. tandis que. par l'intermédiaire d9un dispositif spécial à tuyères on conduisait le reste des gaz de combustion au deuxième étage de turbi- nes pour utilisation.
Suivant des propositions plus récentes, non encore connues (brevet n pV 40 177 .. demandé le 22 décembre 1952 au nom de la demanderesse @ et ayant pour titre 8 "PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE GENERATEURS DE GAZ MOTEURS PRODUISANT DES GAZ DE COMBUSTION PAR DES EXPLOSIONS.
ET DISPOSITIFS POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE") on fran- chit encore un pas important, du fait que l'on évacue aussi en quantités partielles la quantité principale de gaz de combustion désignée plus haut, de sorte qu'il s'échappe des quantités partielles de gaz de combustion qui,
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au moment de l'échappement. possèdent toutes une tension supérieure à la pression de l'air de chargement, à laquelle doivent se trouver les gaz de combustion résiduels au moment de leur échappement de la chambre.
On ob- tient de cette manière un progrès décisif de la technique des turbines à combustion interne à explosions, du fait que l'on est maintenant en mesu- re de provoquer l'expansion de quantités partielles de gaz de combustion à tension plus faible, en aval des dispositifs à tuyères et à aubages qui. de leur côté. sont injectés simultanément par des quantités partielles de gaz de combustion possédant une tension initiale plus élevée, apparue au moment de l'échappement. Comme il s'agit dans les deux cas d'expansions, les chutes de tension ainsi constatées ou provoquées possèdent la même caractéristique en amont et en aval des systèmes à tuyères et à aubages.
Comme il est possible, en outre, au moyen du décalage des cycles de tra- vail des chambres d'explosion correspondantes, de synchroniser ces varia- tions de la pression d'injection et de la contre-pression, on a trouvé, par cette mesure, un moyen extrêmement simple d'assigner aux aubages des chu- tes pratiquement égales ou. ce qui revient au même, de maintenir à peu près constante la modification d'enthalpie dans les différents étages de turbines. Ceci a une influence très importante sur les possibilités de construction et le rendement du système d'aubages.
Alors que précédemment. étant donné les fortes variations des chutes par suite de l'apparition uni- latérale de l'abaissement de tension des pressions d'injection-l'allure de la contre-pression étant constante dans le meilleur cas, l'allure de la contre-pression étant même un peu ascendante, dans les réalisations pra- tiques, par suite de la grandeur limitée des volumes compendateurs de pres- sion-on était forcé d'employer des roues Curtis ayant un rendement insuffi- sant; tandis qu'en outre on était forcé de donner à ces roues Curtis une double couronne, de sorte que l'on devait disposer des aubages fixes de guidage ou d'inversion qui, par suite de la disparition de la pause d'in- jection existant pour chaque aube en rotation, causaient des difficultés de fonctionnement;
tandis qu'enfin, par suite de la disposition souterrai- ne des chambres d'explosion et du fait que cela nécessitait l'installation des dispositifs à tuyères utilisant la quantité principale de gaz de com- bustion dans la partie inférieure de l'enveloppe de turbine, on devait donc disposer dans la partie supérieure de la turbine les tuyères injectées par les gaz de combustion résiduels, avec des perturbations indésirables dans la construction de la turbine ; a maintenant réussi, par la mesure sim- ple qui a été mentionnée, à résoudre d'un coup toutes ces difficultés.
Car les chutes individuelles peuvent désormais être mesurées de telle sorte qu'elles deviennent utilisables dans des roues à une seule couronne, dont les vitesses circonférentielles sont de plus de 250 m/s, de préférence envi- ron 300 m/s, de sorte que l'on peut réaliser des rendements de roue compris entre 75 et 85%. Si l'on fait abstraction de la propagation des gaz de com- bustion, les aubages de ces roues peuvent alors être entièrement protégés, à part les sections de tuyères servant à l'injection, de sorte que la résistan- ce par ventilation se trouve réduite en conséquence, alors que sans cela, pour des chutes relativement grandes dans la chambre de roue, cette résis- tance pourrait devenir très grande.
Mais avec les roues à une seule couronne les aubages de guidage ou d'inversion, avec leur refroidissement un peu diffi- cile disparaissent complètement. De même, on supprime totalement les dispo- sitifs à tuyères dans la partie supérieure de l'enveloppe, de sorte que la moitié supérieure de l'enveloppe de turbine peut être conçue comme un simple couvercle de récipient.
La présente invention repose sur la constatation qu'il est nécessaire et possible de pousser jusqu'à un niveau optimum les avantages structuraux et fonctionnels ainsi obtenus, également pour les autres éléments structuraux qui participent à la circulation des gaz de combustion. Comme éléments structuraux de ce genre on considère principalement les tuyères.
En tirant les conséquences logiques de la constation citée, on se trouve devant le problème d'utiliser des tuyères Laval, car dans les tuyères Laval,
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les conditions d'écoulement des gaz de combustion en amont de la plus petite section de tuyère peuvent, à rendement de tuyère égal, présenter une plus forte turbulence que dans des tuyères simples, non élargies, si lerapport de pression entre la pression à l'admission et la contre-pression en aval de la tuyère est supérieur au rapport critique de pression.
Gomme ceté cir- constance a justement une importance décisive dans les turbines à combus- . tion à explosions, pour obtenir les rendements de tuyère les plus élevés, il faut attribuer une importance décisive à la constatation finale qui sert de fondement à la présente invention et a donné naissance, à celle-ci, constatation selon laquelle on parvient, en donnant une valeur déterminée aux pres- sions auxquelles se trouvent les quantités partielles de gaz de combustion aux moments de leur prélèvement dans la chambre. à utiliser-des tuyères Laval,
bien qu'il soit nécessaire de respecter simultanément l'autre condition dé- jà abordée plus haute d'après laquelle les chutes individuelles fixées en même temps par le choix de ces pressions de prélèvement doivent posséder des valeurs avec lesquelles on peut réaliser des roues à une seule couronne ayant des vitesses circonférentielles supérieures à 250 m/2
Conformément à l'invention, la solution du problème technique ainsi défini se caractérise par un procédé de fonctionnement de générateurs de gaz moteurs produisant des gaz de combustion par-des explosions, procé- dé dans la réalisation duquel on prélève dans des chambres d'explosion ad- jointes au générateur de gaz moteurs, et par l'intermédiaire de soupapes de tuyères installées à raison de plusieurs par chambre d'explosion,
des gaz de combustion qui sont amenés à agir, en se détendant, sur des disposi- tifs à tuyères et à aubages, tandis que le reste de gaz de combustion est expulsé des chambres d'explosion par des soupapes d'échappement, au moyen de l'air de chargement, avec cette caractéristique particulière que les quan- tités partielles, constituant les prélèvements effectués au-dessus de la pression de chargement, que la quantité totale de gaz de combustion produi- te par chambre et par explosion, sont au nombre de n, et que la pression initiale (pint). à laquelle chaque quantité partielle de gaz est prélevée, est égale ou approximativement égale au produit de la tension de l'air de chargement, ou de la pression dans la chambre avant l'allumage (pression de chargement = po).
par la n + 1 - a ième puissance du quotient que donne la pression initiale d'expansion de la quantité partielle de gaz à tension maximum divisée par la pression d'air de chargement (p ) a étant le chiffre désignant le rang occupé, dans le temps, par l'expansion partielle consi- dérée dans chaque cas.
Avec une telle détermination des pressions de prélèvement, qui font office de contre-pressions par rapport aux pressions d'injection sur les dispositifs de tuyères et d'aubages situés en amont,, ces contre-pressions de- viennent plus petites que la pression critiquée ce qui donne la possibilité d'utiliser avantageusement des tuyères Lavai.
On obtient des avantages particuliers -ce qui doit encore être expliqué à la lumière des dessins- si les gaz de combustion sont amenés à s'échapper en au moins deux quantités partielles à des tensions supérieures à la pression de chargement. Dans ce cas il est efficace de faire agir, sur les dispositifs à tuyères et à aubages du générateur de gaz moteurs lui-même, une première quantité partielle de gaz à tension maximum par l'intermédiaire d'un premier dispositif de soupape de tuyères, et une deuxième quantité par- tielle de gaz à tension inférieure mais dont la tension initiale est supé- rieure à la pression de chargement par l'intermédiaire d'un autre, deuxième dis- positif de soupape de tuyères tandis que le reste des gaz de combustion,
ayant une tension correspondant approximativement à la pression de l'air de charge- ment, est expulsé de la chambre d'explosion au moyen d'air de chargemento la tension de prélèvement de la quantité partielle de gaz à tension plus faible étant égale, ou approximativement égales à la valeur:
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n + 1 - a n pin po po
Or, un facteur particulièrement important pour le procédé proposé dans le cadre de l'invention et relatif au fonctionnement de géné- rateurs de gaz moteurs produisant des gaz de combustion par des explosions, est constitué par l'augmentation de pression, donc par le rapport entre la pression p1 déjà mentionnée -qui coincide avec la pression d'explosion du chargement si les gaz de combustion s'échappent d'une chambre d'explosion au moment où la pression maximum est apparue- et la pression p .
On sait généralement que la valeur du rapport p1; po dépend principalement d'une série de facteurs parmi lesquels la teneur en cha- leur ou modulation thermique de mélange explosé en kcal/nm3 de mélange, la constitution chimique des éléments du mélange, la température du chargement susceptible d'allumage, ou du mélange oxygène-carburant. la détonabilité du mélange et la perforation de l'explosion, jouent un rôle particulière- ment important.
La ,perfection de l'explosion peut être déterminée d'une dou- ble manière. On peut tout d'abord mettre en rapport l'augmentation de pres- sion effectivement obtenue, avec l'augmentation de pression théoriquement possible. Mais on peut aussi calculer, diaprés l'augmentation de pression obtenue, la mesure de la modulation thermique qui, si l'explosion était parfaite, aurait déjà provoqué cette même augmentation de pression effec- tivement obtenue. Les deux rendements ne sont pas identiques, ou du moins ils ne le deviennent que dans le cas où ils sont de 100%, ce qui réaliserait le cas idéal de l'explosion.
Pour cette explosion idéale, les valeurs limites de l'augmenta- tion de pression sont les suivantes:
EMI4.1
<tb> pour <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> haut-fourneau.:............. <SEP> entre <SEP> 7.5 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> cokerie: <SEP> ................... <SEP> Il <SEP> 9,5 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> le <SEP> benzol:
<SEP> ........................... <SEP> " <SEP> 11,0 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> le <SEP> gas-oil <SEP> " <SEP> Il.7 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> le <SEP> fuel-oil:......................... <SEP> " <SEP> Il.7 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> l'huile <SEP> de <SEP> coaltar:.................. <SEP> ' <SEP> 11,5 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> la <SEP> poussière <SEP> de <SEP> houille:............. <SEP> Il <SEP> 11,2 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pour <SEP> la <SEP> poudre <SEP> de <SEP> lignite:................ <SEP> Il <SEP> 9.7 <SEP> et <SEP> 0
<tb>
Si l'on considère tout d'abord la limite inférieure 0, la va- leur-limite inférieure, qui ne doit être naturellement mentionnée que pour donner une gamme complète. disparaît pratiquement.
Pour tenir compte de la condition diaprés laquelle on doit obtenir des explosions suivant un cours uni- forme, on peut adopter le chiffre 3 pour la valeur-limite inférieure de p1: po La valeur de p concordant avec la pression de chargement p sera en général au moins de 3,5 ata (atmosphères absolues).
Les valeurs-limites supérieures doivent tout d'abord être rec- tifiées parce que le cas idéal déjà indiqué suppose une température du char- gementto = 0 C au moment de l'allumage. Le mélange devrait donc être refroi- di à 0 C pour pouvoir réaliser cette valeur. Mais pour cette basse températu- re d'allumage la détonabilité de tout mélange disparaît complètement. de sorte
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que la valeur-limite supérieure de l'explosion idéale ne peut être réalisée, déjà pour cette seule raison.
L'expérience a montré qu'il faut adopter comme limite inférieu-
EMI5.1
re, pour la dëtonabilité des mélanges à faire exploser, une température t' de 150 . Si l'on part de cette donnée. et si l'on tient compte de la valeur- limite inférieure déjà mentionnée, on arrive au tableau suivant des augmen- tations de pression qui restent encore théoriques, en premiersanalyse:
EMI5.2
<tb> gaz <SEP> de <SEP> haut-fourneau:...................entre <SEP> 5,0 <SEP> et <SEP> 3
<tb>
<tb> gaz <SEP> de <SEP> cokerie: <SEP> ......................... <SEP> " <SEP> 6,5 <SEP> et <SEP> 3
<tb>
<tb> benzol:................................. <SEP> " <SEP> 7.5 <SEP> et <SEP> 3 <SEP>
<tb>
EMI5.3
gaSl:II;;Otoil: .. e G ................ GII 0' ..... G ......" 7.7 et 3 uel-oil:.e.oase...........o.oo.....a...
Il 7.7 et 3
EMI5.4
<tb> huile <SEP> de <SEP> coaltar: <SEP> ....................... <SEP> " <SEP> 7,6 <SEP> et <SEP> 3
<tb>
<tb> poussière <SEP> de <SEP> houille.................... <SEP> " <SEP> 7.5 <SEP> et <SEP> 3
<tb>
<tb> poudre <SEP> de <SEP> lignite: <SEP> ...................... <SEP> 6.5 <SEP> et <SEP> 3
<tb>
Car même les valeurs-limites indiquées ici supposent une autre condition, restant théorique, à savoir que l'on travaille avec un excédent d'air nul, c'est-à-dire que tout l'oxygène de combustion ou d'explosion con- tenu dans le mélange soit utilisé pour produire l'explosion, sans laisser d' excédent dans les gaz de combustion ou d'explosion produits. Cela ne peut être atteint dans la réalité.
La mesure dans laquelle on s'approche de cet- te possibilité admissible seulement en théorie, dépend du degré de perfec- tion du mélange entre les constituants chimiques du combustible et l'oxygè- ne de l'air de combustion.
Si, compte tenu de cas faits, on calcule les modulations ther- miques correspondant aux valeurs-limites indiquées pour to = 150 , on ob- tient pour :
EMI5.5
<tb> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> haut-fourneau: <SEP> 560 <SEP> à <SEP> 225 <SEP> kcal/nm3 <SEP> de <SEP> mélange
<tb>
EMI5.6
le gaz de cokerie:...... $15 à 225 fui rr fi
EMI5.7
<tb> le <SEP> benzol:.............. <SEP> 900 <SEP> à <SEP> 225 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> le <SEP> gas-oil:,............ <SEP> 860 <SEP> à <SEP> 220 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> le <SEP> fuel-oil:............ <SEP> 875 <SEP> à <SEP> 210 <SEP> " <SEP> rr <SEP> "
<tb>
<tb> l'huile <SEP> de <SEP> coaltar:..... <SEP> 875 <SEP> à <SEP> 210 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> la <SEP> poussière <SEP> de <SEP> houille <SEP> :
<SEP> 840 <SEP> à <SEP> 210 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> la <SEP> poudre <SEP> de <SEP> lignite:... <SEP> 690 <SEP> à <SEP> 210 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
Les températures théoriques maxima t1c, atteintes lors de 1, explosion (compte non tenu de la dissociation), pour les valeurs-limites indiquées, sont pour :
EMI5.8
<tb> 0
<tb> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> haut <SEP> fourneau:
<SEP> entre <SEP> 2060 <SEP> et <SEP> 1060 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> gaz <SEP> de <SEP> cokerie:..... <SEP> " <SEP> 2600 <SEP> "1060 <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> benzol:............. <SEP> " <SEP> 2700 <SEP> " <SEP> 1060C
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> gas-oil:............ <SEP> " <SEP> 2800 <SEP> " <SEP> 980ÜC
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> fuel-oil:........... <SEP> " <SEP> 2820 <SEP> " <SEP> 950 <SEP> C <SEP>
<tb>
EMI5.9
l'huile de coaltar:.... ft 2820 Il 50'C
EMI5.10
<tb> la <SEP> poussière <SEP> de <SEP> houille: <SEP> " <SEP> 2770 <SEP> " <SEP> 950 <SEP> C <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> la <SEP> poudre <SEP> de <SEP> lignite:
<SEP> " <SEP> 2340 <SEP> " <SEP> 950 C
<tb>
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On a ainsi indiqué indirectement les limites entre lesquelles. sur la base des considérations exactes du point de vue physique, chimique et technologique, on peut déterminer les valeurs de l'augmentation de pres- sion qui répondent le mieux aux conditions de fait.
Car c'est une affaire d'expérience, et il est nécessaire d'acquérir par une longue pratique expé- rimentale la faculté d'apprécier quelles valeurs de t1 on peut imposer aux matériaux de construction dont on dispose sur le moment, compte tenu de tou- tes les possibilités telles que refroidissement, ventilation, pauses d'in- jection, nature du procédé de travail, choix des matériaux, etc, en vue de la durée de vie utile, surtout si l'on tient compte des durées d'application, au sujet desquelles il faut se rappeler que les températures indiquées n' apparaissent que pendant des laps de temps extrêmement courts, de l'ordre de quelques millièmes de seconde.
Malgré le fait signalé en dernier lieu, les augmentations de pression correspondant aux chiffres supérieurs du deu- xième tableau ne peuvent être réalisées, même si l'on tient compte de l'ex- cédent d'air nécessaire, et suffisant d'après les données de l'expérience.
Au contraire, même en tenant compte des circonstances mentionnées et des considérations exprimées, on ne s'approchera de ces limites supérieures que prudemment et à son corps défendant .
Par ailleurs, la technique des turbines à combustion interne est aujourd'hui soumise à de très fortes exigences, en particulier du fait des limitations de poids et de volume nécessaires pour la propulsion des vé- hicules et avions. Le problème technique qui se pose par suite., est princi- palement caractérisé par un débit d'environ 108 kcal/mch de volume d'explo- sion ou de combustion.
Pour pouvoir obtenir ce débit d'environ cent millions de calories par mètre cube de volume d'explosion et par heure, la turbine à explosions du générateur de gaz moteurs doit être actionnée avec de très grands nombres de cycles de travail par unité de temps, c'est-à-dire avec des vitesses de rotation élevées en conséquence de l'arbre de distribution, pendant la même unité de temps ; en outre, il faut employer des pressions de chargement po élevées, et des modulations thermiques Q relativement ri- ches pour les mélanges.
Pour pouvoir mettre cette condition en accord avec la sûreté nécessaire de fonctionnements c'est-à-dire avec la durée de vie utile des éléments de construction exposés aux températures élevées et aux fortes échanges de chaleur, compte tenu de toutes les possibilités atteintes jusqu'ici dans la,construction des turbines à combustion interne à explo- sions, par le choix du procédé de travail, les perfectionnements du refroi- dissement, la structure donnée aux pièces intéressées et l'emploi de matériaux appropriés, on ne doit dépasser une température maximum t1 de 1900 C dans la o chambre, tandis que si l'on descend en dessous de 1400 C, même en s'aidant des perfectionnements, inventions et expériences indiqués, bref des possibi- lités en tous genres tendant aux buts indiqués,
il ne serait pas possible d' atteindre le débit de 108kca/m3 h L'intervalle de température indiqué, de 1900 à 1400 C, correspondrait à une augmentation de pression p1 : po comprise entre 5,5 et 4 : 1, de sorte que 1' on peut déduire de ceci la règle proposée, pour poursuivre l'exécution de 1' invention, et d'après, laquelle, dans le procédé proposé pour le fonctionne- ment des générateurs de gaz moteurs équipés de dispositifs à tuyères et à au- bages, le rapport entre la pression maximum d'explosion p1 et la pression de chargement du mélange po doit avoir au moins la valeur 4. : 1. On arrive à la règle supplémentaire disant que ce même rapport p1;
po doit être compris en- tre les valeurs 4 : 1 et 5,5. dans la mesure où il y a lieu d'utiliser les matériaux de construction dont on dispose aujourd'hui, tandis que le dépas- sement de la valeur 5.5 devrait aller de pair avec le développement de la technique des matériaux.
On a dit plus haut que la possibilité d'appliquer de telles augmentations de pression dépend de la mise en pratique d'un certain nom-
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bre de connaissances et de constatations acquises dans le domaine de la technique des chambres d'explosions en ce sens que la sécurité de fonc- tionnement c'est-à-dire la durée de vie utile des pièces intéressées, croit dans la mesure où l'on fait usage de ces connaissances et constata- tions, sans que la possibilité de réalisation de l'idée d'invention soit. en principe, détruite par le fait que ces connaissances et constatations seraient entièrement laissées de côté;
cette affirmation s'applique en premier lieu au procédé de chargement dont la forme d'exécution préférée ici se ca- ractérise par couverture simultanée d'organes d'admission d'air de charge- ment et d'échappement de gaz de combustion annexés aux chambres d'explosion.
L'expulsion ainsi obtenue des gaz de combustion résiduels par l'air de chargement qui est à la même pression que ceux-ci, possède - par rapport au procédé également connu du chargement additionnel de la chambre après fermeture de la soupape à air de chargement et de l'organe d'échappe- ment qui évacue les gaz de combustion résiduels - l'avantage que la durée d'un cycle de travail se trouve nettement raccourcie du laps de temps né- cessaire au chargement additionnels de sorte que c9est seulement par ce procédé de chargement préféré que l'on est en mesure de réaliser, par uni- té de temps, un nombre de cycles de travail de l'ordre de grandeur nécessai- re.
'Il s'ensuit la nécessité d'obtenir, dans les laps de temps extrêmement courts dont on dispose ainsi, des chargements homogènes, remplissant complètement la chambre, donc de travailler avec un taux de remplissage élevé. Cette possibilité peut surtout être réalisée lorsque le carburant est introduit dans la chambre alors que les organes d'admission d'air de chargement et d' échappement de gaz de combustion résiduels sont ouverts.
Car ainsi, le carburant touche le piston d'air de chargement alors qu'il est encore en plein mouvement, les conditions nécessaires à la formation de ce piston devant être obtenues en donnant à la tête de la chambre la forme d'une tuyère de
Venturi, et en donnant une conicité allongée au diffuseur qui y fait suite immédiatement. dans le col de la chambre d'explosion., Les grandes vitesses d'air provoquées dans la tuyère de Venturi, conjointement avec l'état de mou- vement du piston d'air, contribuent de façon décisive à la distribution du carburant dans tout le volume de la chambres cependant que, naturellement. il faut encore tenir compte du mouvement propre du carburant, comme troisième composante ayant un effet de renforcement:
on en tient compte en donnant des valeurs élevées en conséquence aux pressions d'injection. ou aux compressions des gaz combustibles éventuels.
Mais outre cette forme efficace du procédé de chargement,, le procédé d'utilisation des gaz de combustion produits a lui aussi une influ- ence importante sur les augmentations de pression utilisables, car c'est -de ce procédé d'utilisation que dépend la fatigue imposée aux éléments de construction qui viennent à la suite de la chambre d'explosion.
Déjà, par la subdivisions appliquée précédemment, des gaz de combustion:produits par explosion et par chambrée subdivision effectuée d'après la pression, d'après la quantité, ou d'après la pression et la quantité, et.aussi par l'utilisation des gaz de combustion, ainsi subdivisés, dans différents éta- ges de turbines séparés, on a pu diminuer appréciablemet les températures moyennes auxquelles devaient travailler les tuyères, aubages, roues. arbres, chambres de roue, joints, dispositifs et installations de refroidissement.
Par contre, avec cette subdivision, on ne pouvait pas encore parvenir à ré- aliser des conditions de chute égales dans les étages de turbines, avec une uniformisation correspondante de la fatigue, et surtout, il n'était pas possible de se passer des aubages fixes de guidage ou d'inversion, qui sont soumis à une épreuve particulièrement rude du fait qu'ils sont cons- tamment dans le courant des gaz de combustion;
l'aubage rotatif, par con- tre, a toujours l'occasion de trouver une pause entre deux injections de gaz de combustion, quand l'aube injectée à un moment considéré effectue son mouvement de rotation dans l'enveloppe de turbine, d'une extrémité à 1' autre du segment de tuyères injectant,
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On passera donc au procédé de travail défini au début, qui se caractérise par un décalage des cycles de travail de plusieurs chambres d'explosion, adjointes aux mêmes dispositifs à tuyères et à aubages, décalage dans le- quel - pendant la dilatation de quantités partielles de gaz de combustion à tension plus élevée, en amont et à l'intérieur d'un dispositif à tuyères et à aubages - en aval de ce dernier (dans la direction des gaz de combus- tion) la quantité partielle de gaz de combustion à tension plus faible,
évacuée d'une autre chambre d'explosion se trouve soumise simultanément à une dilatation, avec production de chutes égales dans le dispositif à tuyères et à aubages soumis aux pressions d'injection et aux contre-pres- sions mentionnées: autrement dit, on produit des contre-pressions corres- pondant aux pressions d'injection, et ayant une caractéristique semblable et une allure synchrone. la possibilité d'atteindre, avec les augmentations de-pression proposées dans le cadre de l'invention, le but indiqué plus haut, cest-à-dire de remplir la condition exigeant un débit de 108 cal/m3, h par rapport au volume d'explosions est justement obtenue grâce à ce dernier pas qui consiste :
à rendre inutile les aubes fixes de guidage et d'inversion, à réaliser des chutes égales dans les différents étages de turbines, à ré- aliser ainsi l'uniformisation des efforts mécaniques ainsi que des tensions dues à la chaleur et à la température, à permettre d'utiliser des roues à une seule couronne, à des vitesses circonférentielles supérieures à 250 m/s et avec des rendements accrus en conséquence, à abaisser la résistance par ventilation et par suite la chaleur de frottement additionnelle en proté- geant les aubages des roues de turbine à l'exception des ouvertures de seg- ments de tuyères, à simplifier du même coup la construction en ne construi- sant plus qu'un seul dispositif à tuyères d'injection par étage de turbi- nes, pour ne citer que les progrès les plus importants de ce nouveau pro- cédé de travail.
Les rendements élevés, déjà mentionnés, des roues et de l'ensemble ont ici une influence décisive, du fait qu'ils donnent la possi- bilité de maintenir inchangé l'état des gaz de combustion quant à leur te- neur en chaleur et à leur température, même en dehors des chambres d'explo- sion et des dispositifs à tuyères et à aubages, à part les pertes inévita- bles, autrement dit de renoncer à utiliser la teneur en chaleur et la tempé-. rature dans des échangeurs de chaleur, donc par exemple de la transformer en travail mécanique ou de l'utiliser de façon purement thermique. Les échan- geurs de chaleur sont toujours encombrants et lourds, de sorte que la pos- sibilité de leur suppression a une influence décisive sur le poids èt l'en- combrement de l'installation.
Pour la même raison, les agents de refroidis- sement indispensables sont évacués de l'installation après absorption de leur chaleur de refroidissement, c'est-à-dire que l'on renonce à utiliser la chaleur de refroidissement dans d'autres échangeurs de chaleur, ce qui parait justifié et devient possible, par suite des rendements élevés que l'on atteint. De même, les gaz d'échappement -sont évacués avec leur chaleur sensible, de sorte que l'on pourrait se passer aussi de dispositifs qui, dans les installations à plus faible rendement thermique, devraient être prévues pour utiliser cette chaleur sensible, afin de parvenir à un rende- ment d'ensemble admissible.
En appliquant conjointement ces mesures, on parvient, à l'intérieur de la gamme indiquée d'augmentations de pression. à répondre à toutes les exi- gences de la technique moderne des moteurs, en particulier celle des moteurs de propulsion d'avion sans que le fait de renoncer à l'une ou à l'autre de ces mesures, ou à toutes à la fois, détruise en principe la possibilité d'appliquer l'idée d'invention. '
Le dessin met en évidence les conditions engendrées dans 1 exécution du procédé proposé dans le cadre de l'invention, dans le cas d'un générateur de gaz moteurs fonctionnant à l'huile, avec double expansion partielle, donc avec une valeur de n égale à 2, si l'on compte seulement comme expansions partielles les dilatations dont les tensions initiales sont supérieures à la pression d'air de chargement.
En praticulier,
Fig. 1 représente la coupe longitudinale schématique d'un générateur de gaz moteurs à deux subdivisions de l'expansion et à deux
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étages de turbines, tandis que
Fig. 2 représente en coupe semblable, un générateur de gaz moteurs à deux subdivisions d'expansion et à trois étages de turbines.
Fig. 3 représente le graphite fonction de V, correspondant à l'exemple d'exécution suivant fig. 1.
Dans l'exemple d'exécution de la fig. l,1dxsigne une des chambres d'explosion qui sont adjointes au même système à tuyères et à aubages. La chambre d'explosion est pourvue, de la manière usuelle, d'un organe d'admission d'air 2, et d'une soupape à injection de carburant 3 incorporée à cet organe. La conduite d'amenée d'air de chargement est dési- gnée par 4, tandis que la pompe à carburant et les conduites d'amenée de carburant ne sont pas dessinées, étant connues en soi et exécutées de la manière usuelle. Chaque chambre d'explosion comporte deux soupapes de tuyè- res 5 et 6, ainsi qu'une soupape d'échappement 7 pour le reste de gaz de combustion.
La quantité partielle de gaz de combustion évacuée par la soupape de tuyères
5 est conduite, par l'antichambre de tuyères 8, au dispositif de tuyères 9. situé en amont de l'aubage une seule couronne 10 de la roue 11 du premier étage de turbine.
Un dispositif de tuyères de captation 12 capte les gaz de combustion par- tiellement utilisés dans le premier étage de turbine 9, 10, 11, et les conduit à une chambre de remplissage 13, qui est disposée entre les étages de turbines. Dans la chambre de remplissage 13 débouchent des éléments de conduit 14 qui se raccordent à la soupape de tuyères 6. La chambre de rem- plissage se continue en 15 par un deuxième dispositif de tuyères, situé en amont de l'aubage une seule couronne 16 de la roue 17 du deuxième étage de turbine. Un dispositif à tuyères de captation 18 capte les gaz de com- bustion qui ont-parcouru le deuxième étage de turbine 15. 16, 17, et les conduit. par l'élément de conduite 19/ à la conduite de prélèvement de gaz moteurs 201.
Dans la section de raccordement de la conduite de prélè- vement de gaz moteurs 20 et de l'enveloppe de turbine 21 débouche aussi un autre élément de conduite 22, qui reçoit le reste de gaz de combustion qui s'était échappé par la soupape d'échappement 7.
La formation même des gaz de combustion a lieu par le fait que la soupape d'air de chargement 2 et la soupape d'échappement 7 s'ouvrent simultanément. L'extrémité d'admission de la chambre d'explosion étant con- que sous forme de tuyère Venturi, l'air de chargement qui entre prend, étant donné la conicité très allongée du diffuseur 23 de cette extrémité d'admis- sion, la forme d'un piston qui expulse, par la soupape d'échappement ouver- te 7, les gaz de combustion résiduels provenant de l'explosion précédente et qui remplissent encore la chambre 1. Peu après la fin de cette fraction de cycle de travail affectée à l'expulsion des gaz de combustion résiduels et au changement, le piston correspondant de la pompe à carburant effectue sa course d'alimentation et, par la soupape 3, injecte dans l'air encore en mouvement la quantité nécessaire de carburant.
Il se forme ainsi un charge- ment homogène, fortement susceptible d'allumage, au moment où les soupapes 2 et 7 se ferment. Un dispositif d'allumage non représenté provoque l'alln mage du mélange, de sorte que, les soupapes entièrement fermées, l'explo- sion se produit. Au moment où se forme la pression maximum d'explosion, la soupape de tuyères 5 s'ouvre et laisse échapper une quantité de gaz de combustion dont l'état initial est caractérisé par l'apparition de cette pression maximum d'explosion.
Simultanément. la soupape de tuyères 6 d'une autre chambre d'explosion, non @ s'ouvre et laisse échapper une quantité partielle de gaz de combustion à tension plus faible vers la cham- bre de remplissage 13. car son cycle de travail possède, par rapport à celui de la chambre 1 considérée, une avance telle qu'elle avait déjà'auparavant évacuéla quantité partielle de gaz de combustion dont l'état initial était caractérisé par la pression maximum d'explosion, autrement dit, elle avait fermé sa soupape de tuyères 5.
et ouvert sa soupape de tuyères 6, juste au moment où s'ouvrait la soupape de tuyères 5 de la chambre 1 considérée,
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Donc. en amont du dispositif à tuyères et à aubages 9, 10, 11, du premier étage de turbine apparaissent les pressions d'injection de la première ex- pansion partielle, à la quelle est soumise, dans le dit dispositif à tuyè- res et à aubages, une quantité partielle de la quantité totale de gaz de combustion produite dans la chambre 1.
En aval du même dispositif à tuyè- res et à aubages, dans le sens des gaz de combustion, apparaissent les contre-pressions qui sont produites dans la chambre de remplissage 13 du fait que celle-ci reçoit des gaz de combustion de deux côtés; elle reçoit tout d'abord, par la conduite d'arrivée 14, des gaz de combustion s'échap- pant directement de l'autre chambre d'explosion mentionnée; elle reçoit en outre d'autres gaz de combustion, du premier étage de turbine, par l'in- termédiaire du dispositif à tuyères de captation 12. Sous l'influence de ces deux afflux de gaz de combustion, la chambre de remplissage 13 se rem- plit momentanément et rapidement. ce qui est facilité par son faible volu- me, de sorte qu'il se forme la contre-pression mentionnée.
Mais cette for- mation de contre-pression a le caractère d'une expansion partielle, car la chambre de remplissage 13 se trouve en liaison ouverte, par l'intermédiaire du dispositif à tuyères 15, avec le deuxième étage de turbine 15, 16, 17.
Comme le décalage déjà mentionné des cycles de travail aboutit au synchro- nisme entre les deux expansions partielles, les courbes qui, sur un graphi- que de pression en fonction du temps ou de Q en fonction de V, représentent l'allure de l'expansion et de la contre-pression, doivent être à peu près équidistantes, ce qui devra encore être démontré à la lumière de la fig. 3.
Cette équidistance a pour conséquence des chutes d'entrhalpie pratiquement constantes, auxquelles est soumis le dispositif à aubages 10, de sorte que ce premier étage de turbine a la possibilité de travailler avec un rende- ment élevé.
Ce que l'on a expliqué pour le premier étage de turbine est valable, de façon analogue, pour le deuxième étage de turbines 15, 16, 17.
Car en amont de cet étage de turbine, toujours dans le sens de circulation des gaz de combustion, se trouve le dispositif à tuyères 15, qui est alimen- té en gaz de combustion par la chambre de remplissage 13. Ces gaz de combus- tion produisent une pression intérieure dont on avait justement examiné les effets en tant que contre-pression par rapport au premier étage de turbine 9. 10, 11 situé en amont ; ces mêmes pressions intérieures deviennent, par rapport au deuxième étage de turbine 15, 16, 17 situé en aval, des pressions d'injection, de sorte que ces pressions d'injection ont à leur tour le carac- tère d'une expansion partielle. Pendant le déroulement de cette expansion partielle, une troisième chambre., non conidérée jusqu'ici et non dessinée, avait ouvert sa soupape d'échappement 7.
Cette soupape d'échappement 7 a servi, pour cette troisième chambre qui se trouvait justement à la phase de chargement, à expulser des gaz de combustion résiduels, grâce à la pous- sée de l'air de chargement qui entrait simultanément. Ces gaz de combus- tion résiduels atteignent la section d'embouchure de la conduite de prélève- ment de gaz moteurs, et subissent en même temps une chute de tension corres- pondant aux conditions de volume et de pression.
Par l'intermédiaire de l'élément de conduite 19, cette chute de tension agit, sur le dispositif d'aubages 16 disposé en amont, comme une contre-pression dont la tension va en s'abaissant, de sorte que les pressions d'injection de la tuyère 15 et les contre-pressions de la chambre annulaire de la roue 17 possèdent à leur tour le même caractère commun d'expansion partielle.
Par suite de l'avance encore plus grande du cycle de travail de la troisième chambre, qui exécute la phase de chargement de son cycle de travail, pendant que la chambre l'évacue la quantité partielle de gaz de combustion ayant à l'état initial la tension initial la tension maximum, et que la deuxième chambre évacue une quantité partielle ayant déjà à l'état initial une ten- sion plus faible, il se produit également un synchronisme entre la courbe de,contre-pression produite par les gaz de combustion résiduels et l'expan- sion partielle correspondant au deuxième étage de turbine, de sorte que sur le graphique les conditions d'équidistance pratique entre expansion par- tielle et courbe de contre-pression sont à nouveau remplies.
Par suite, il
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se produit aussi dans le deuxième étage de turbine des chutes partielles à peu près constantes,, de sorte que cet étage de turbine peut' aussi travailler avec un rendement élevé,
Jusqu'ici, l'exemple d'exécution orrespond à des propositions déjà faites antérieurement, tandis que, pour caractériser l'invention, il y a lieu de dire ce qui suit:
La réalisation de l'idée d'invention s'exprime par le graphi- que Q fonction de V pour la chambre d'explosion 1 de la fig. 1, graphique reproduit à l'échelle véritable par la fig. 3.
Sur ce graphique Q fonction de V, qui réunit le graphique usuel d'entropie Q fonction de S, par exemple celui de Pflaum. avec pour abscisses les quantités de gaz de combustion éva- cuées. en pourcentage, si l'on appelle 100% la quantité totale de gaz de com- bustion par explosion et par chambre, tandis que les ordonnées correspondent à la teneur en chaleur des gaz de combustion en kcal/nm3 (enthalpie), on re- connaît tout d'abord l'échelle indiquée des pressions et des températures, celle-ci n'étant pourtant valable que pour la ligne double abaissée du point A, et qui indique les chutes adiabatiques de gaz de combustion.
La ligne double représente les changements d'état qui se produisent pendant l'expan- sion, mais seulement pour la machine idéales dans laquelle il ne se produit pas de modifications d'entropie pendant l'expansion, autrement dit dans laquelle il ne se produit pas de-transferts de. chaleur aux parois en contact avec les gaz de combustion, ni de développement de chaleur par suite du frottement sur le rotor et les aubes.. Naturellement, dans la machine réalisée pratiquement cas deux phénomènes se produisent.
Mais, par des recherches approfondies sur le transfert de chaleur le long des parois du côté du gaz, et par des cal- culs des pertes par ventilation sur le rotor et les aubes, on a constaté que dans des installations bien construites et si 190n emploie les processus de travail usuels, il y a concordance approximative entre les quantités de chaleur développées par frottement et ventilation et les quantités de cha- leur cédées au réfrigérant.
On est donc fondé à se baser sur des modifications adiabatiques d'état pen- dant les expansions. et ces modifications apparaissent, sur le graphique Q fonc- tion de S ou Q fonction de V, sous forme de lignes verticales.
Le point A correspond à l'état initial de la quantité partiel- le de gaz de combustion évacuée par la soupape de tuyère 5. donc, du point de vue tension, à la pression maximum d'explosion qui, dans le cas d'espèce, est de 64 ata. Cette quantité partielle d'état initial A est ensuite soumise, dans le dispositif à tuyères et à aubages 9, 10, 11 du premier étage de turbine, à une expansion partielle 24 qui va jusqu'au point B. A ce point B. la soupape de tuyère 5 se ferme, et la soupape de tuyère 6 s'ouvre. La quantité partielle de gaz de combustion d'état initial B qui s'échappe ainsi subit une expansion partielle.. dont l'allure est caractérisée par la portion de courbe d'expansion 25.
Au point C la soupape de tuyère'se ferme, et la soupape d'échappement 7 s'ouvre. L'air de chargement qui entre simultanément .par la soupape ouverte expulse le reste de gaz de combustion., de sorte que l'on atteint le point E, auquel la soupape d'échappement 7 et la soupape à air de chargement 2 se ferment.
Ensuite vient la fraction de cycle de travail affectée à l'allumage et à l'ex- plosion, fraction qui ne peut être représentée sur un graphique Q fonction de' V, et qui conduit à la formation d'une quantité totale de gaz de combustion d' état initial A. Puis, le cycle de travail décrit se répète.
Il faut donc se rappeler que le graphique Q fonction de V de la fig. 3 se déroule dans le temps, de sorte que des processus synchrones ne peuvent y être représentés que par reconstruction ou translations mentales.
,,Que expliquer ce graphique,on a déjà dû partir d'une position déterminée du point B, de sorte que, à ce point de vue, on a déjà anticipé sur la réalisation de l'idée d'invention. Si., comme il serait logique, l'on part tout d'abord du problème que l'invention doit résoudre.la position du point B . sur la courbe d'expansion déterminée' par A et C n'est pas encore fixée. mais au contraire on se trouve devant la nécessité de déterminer, en innovant entiè-
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rement, la pression de prélèvement de la quantité partielle de gaz de combus- tion à tension minimum, s'échappant par la soupape de tuyère 6, de manière à satisfaire à deux conditions.
La première condition..,., d'après laquelle les chutes individuelles mises en évidence par la distance entre les courbes d' expansion et de contre-pression doivent être déterminées de manière à pouvoir utiliser des roues une seule couronne ayant des vitesses circonférentielles supérieures à 250 m/s, est relativement facile à remplir, et elle a déjà été remplie par la proposition antérieure du brevet n PV 404;177 demandé le 22 décembre 1952 au nom de la demanderesse et ayant pour titre:
" PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE GENERATEURS DE GAZ MOTEURS PRODUISANT DES GAZ DE COMBUSTION PAR DES EXPLOSIONS, ET DISPOSITIFS POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE" en ce sens que, compte tenu de cette seule nécessité, on attri- bue simplement au point B la position pour laquelle se produisent les chutes individuelles désirées. En effet, si l'on déplace le point B en direction du point A, on réduit les chutes individuelles dans le premier étage de turbine, et on augmente les chutes individuelles dans le deuxième étage de turbine; si l'on déplace le point B vers le point C, on augmente les chutes individuel- les dans le premier étage de turbine, et on diminue les chutes individuelles dans le deuxième.
Donc, il n'y avait plus, en principe, de difficultés à obser- ver le première condition, une fois que l'on avait fait la .proposition de pro- voquer sciement et systématiquement des expansions partielles pour les utiliser à former la contre-pression, une fois que l'on avait réalisé la synchronisa- tion nécessaire, et que l'observance de la condition avait été reconnue avan- tageuse et praticable.
Mais la présente invention a pour but de créer les circonstan- ces nécessaires pour remplir une autre condition, qui n'est plus aussi simple à remplir, du fait qu'elle impose la nécessité de concevoir toutes les tuyères, donc aussi bien les tuyères 9 que les tuyères 15, sous forme de tuyères Laval.
Cela repose sur une opinion d'inventeur, entièrement nouvelle et originale, d'après laquelle il est possible de remplir cette deuxième condition sans nuire à la réalisation de la première, si le nombre de quantités partielles, par lequel la quantité totale de gaz de combustion produite par chambre et par explosion est prélevée à des pressions supérieures à la pression de chargement, est n, et si la pression initiale (Pint) à laquelle on prélève chaque quantité partielle est égale, ou approximativement égale, au produit de la tension de l'air de chargement, ou de la pression dans la chambre avant l'allumage, (pression de chargement = p ), par la n + 1 - a ième puissance o n du quotient que donne la pression initiale d'expansion de la quantité partiel- le de gaz à tension maximum divisée par la pression d'air de chargement (po)
étant entendu que a correspond au rang occupé, dans le temps, par l'ex- pansion partielle envisagée dans chaque cas.
Etant donné que n, dans le cas de l'exemple d'exécution, correspond à la va- leur 2, et que a, par suite de la deuxième expansion partielle considérée, correspond également à la valeur 2, cela veut dire que la tension de prélèvement Pint de la quantité partielle à évacuer de la chambre d'explosion par la soupa- pe de tuyère 6-tension qui détermine la position du point B- est déterminée par l'expression:
1/2
EMI12.1
Pint .-- Pô (pl) p Pc- Vs po po Comme, dans le cas de 'exemple d'exécution, p1 64 ata et
EMI12.2
Po = 12 ata, on a donc p in e 12. V 12 2'7,'7 ata.
Comme on peut le voir par la fig. 3, la position du point B correspond à cette pression intermédiaire. L'allure que prend la contre-pression dans la chambre de remplissage 13 par suite de cette tension de prélèvement est re-
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présentée par la courbe en trait mixte 26. On constate tout d'abord que la courbe 26 à part la courte phase de remplissage qui se produit à son début, ' est à peu près équidistante de la courbe 24. Dans le premier'étage de tur- ' bine, la quantité partielle de gaz de combustion d'état initial A réchappant par la soupape de tuyère 5 subit donc des chutes partielles pratiquement é- gales, de sorte que le dispositif d'aubages 10 travaille avec un rendement élevé.
Simultanément, il peut avoir une seule couronnes et fonctionner avec des vitesses circonférentielles supérieures à 250 m/2 de préférence éga- les à 300 m/s, car les chutes individuelles déterminées par la position de la courbe de contre-pression 26 par rapport à la courbe d'expansion 24 le per- mettent.
Mais on peut aussi observer que la condition posée dans le cadre de l'invention se trouve satisfaite. Car la courbe 27 représente la courbe de pression critique relativement aux courbes d'expansion 24. 25. La courbe de contre-pression 26 se trouve visiblement en dessous de cette cour- be de pression critique 27, de sorte que l'on peut utiliser,, dans le premier étage de turbine, des tuyères Laval possédant les propriétés avantageuses définies plus haut, propriétés qui justement sont souhaitables et décisives dans le fonctionnement des turbines à combustion interne à explosions.
Mais ce qui a été dit pour le premier étage de turbine est également valable pour le deuxième étage de turbine.
Dans ce but, on a représenté la courbe en pointillé de la contre-pression pro- duite dans la deuxième chambre de roueo Cette courbe 28, elle aussi, est tout d'abord à peu près équidistante de la courbe 26 qui représente maintenant les modifications de la pression d'injection causées relativement au deuxième étage de turbine 15, 16, 17. Le deuxième étage de turbine utilise donc, lui aussi, des chutes individuelles pratiquement égales.
La position de la courbe 28 par rap- port à la courbe 26, autrement dit les chutes individuelles dans le deuxième étage de turbine - pour autant quelles concernent l'utilisation de la quanti- té partielle de gaz de combustion qui s'était échappée du premier étage de turbine par le dispositif à tuyères de captation 12 - sont dans ce cas fixées de telle manière que l'on peut, à nouveau, utiliser dans le deuxième étage de turbine des roues à une seule couronnes avec les vitesses circonférentielles indiquées.
Mais on a dessiné aussi la courbe 29 de la pression critique relative aux pressions d'injection, données par la courbe 26. On constate que la courbe 28, sur la plus grande partie de son tracé, se trouve en dessous de la courbe 29. Si 19on descend ainsi,, dans une faible mesure, en dessous de la pression critique,, cela ne change rien à l'avantage connu de la tuyère Lavai, qui est de conduire le jet de gaz dans la direction voulue, sans déviation et par suite sans perte de rendement. La tuyère Laval ne devient dangereuse que si elle est trop élargie,, ou si l'angle d'élargissement est pris trop grand. c9est alors seulement que le jet se détache de la paroi de guidages et continue à se détendre dans 19interstice, dans une direction incontrôlable.
Le graphique de la fig. 3 permet enfin de voir que l'allure de la contre-pression caractérisée par la courbe en pointillé 35 - relative à la quantité partielle de gaz de combustion qui s9était échappée dans la chambre de remplissage 13 par la soupape de tuyère 6, qui par conséquent avait l'état initial B et se dilate suivant la portion de courbe d'expansion 25 - se trouve principalement en dessous de la courbe 27 de la pression critique relative aux pressions d'injection de B à C.
Donc, peu importe que des tuyères spéciales soient prévues pour la quantité partielle de gaz de combustion ame- née par l'élément de conduite 14, ou que cette quantité partielle de ,gaz de combustion arrive à un dispositif de tuyères 15 qui lui est commun avec la quantité partielle de gaz de combustion d'état initial primitif A arrivant par la tuyère de captation 12;
dans les deux cas, on a la possibilité de donner aux deux tuyères,, donc en particulier à la tuyère, commune 15 du deu- xième étage de turbine, la forme de tuyères Lavalo ,
On indiquera pour concure que la surface la représente 1?éner- gie disponible de la quantité partielle de gaz de combustion d'état init@@@ A
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dans le premier étage de turbine, et que la surface Ib représente l'énergie de cette même quantité partielle de gaz de combustion dans le deuxième étage de turbine.
La surface II représente l'énergie disponible, dans le deuxième étage de turbine, de la quantité partielle de gaz de combustion d'état initial B évacuée par la soupape de tuyères 6, tandis que la surface III, enfin, donne la mesure de l'énergie des gaz de combustion qui pénètrent dans la section d'em- bouchure de la conduite de prélèvement de gaz moteurs 20:
Ce qui a été expliqué pour N = 2, donc pour la subdivision en deux de l'expansion, est valable, d'une manière analogue, pour les valeurs en- tières plus élevées de n. Si par exemple n était égal à 3. la pression de pré- lèvement pint2,3 de la quantité partielle de gaz de combustion à tension minimum devrait, conformément à l'invention, être plus petite que:
1/3
EMI14.1
Pint 2..3 r- Po . ( Pl) --' po..3 r;;. po puisque a = 3.
Dans le cas de l'exemple d'exécution, on a ainsi:
EMI14.2
p. t 2 .3,J 3r;:.-- ata.
Pt P 12. 12 21 ata.
La quantité partielle de gaz de combustion ayant la tension immédiatement supérieure à oe11=-là. et la pression Pint 1.2' porte le numéro d'ordre a= 2, de sorte que l'on doit avoir:
1/3
EMI14.3
intl,2 l/3 3 Pint1 2 Po' po Ù ce qui veut dire que, dans le cas de l'exempel d'exécution :
EMI14.4
Pint 1.2 = 12 ..3 () = 36,7 ata.
L'exemple d'exécution de la fige 2 correspond à celui de la fige 1, avec cette différence que, sur le trajet du reste de gaz de combus- , tion évacué par la soupape d'échappement. 7, se trouve un dispositif à tuyè- res 30, par l'intermédiaire duquel le dispositif d'aubages 31 de la roue 32 est injecté. Le dispositif à tuyères 30 ne reçoit pourtant pas seulement le reste de gaz de combustion évacué par la soupape d'échappement 7, mais aussi des gaz de combustion qui ont effectué un travail dans l'étage de turbine pré- cédent 15, 16 17 Ces gaz de combustion arrivent tout d'abord dans une cham- bre de remplissage 36, qui est en liaison en #7 avec le dispositif à tuyères 30.
La variation de contre-pression produite dans la chambre d'échappement 32 du troisième étage de turbine 30,31,32, et représentée par la courbe 35 sur la fig. 3, est ainsi amenée à agir relativement à l'expansion partiel- le 25 dans le deuxième étage de turbine 15, 16, 17. Cette machine est re- présentée par l'allure à peu près équidistante de la courbe 29 relativement à la portion de courbe d'expansion 25. Autrement dit, l'installation du troi-
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sième étage de turbine 30, 31, 32 de la fig 2 ne change rien à l'apparition de chutes pratiquement égales dans le premier étage de turbine 9, 10, 11. ni bien entendu à l'apparition de chutes pratiquement égales dans le deuxième étage de turbine 15, 16, 17.
En outre, la courbe 35 coïncide presque, dans la zone de la surface II, avec la courbe 27 de la pression critique, de sorte que le troisième étage de turbine à prévoir suivant la fig. 2 pour utiliser les chutes contenues dans le reste de gaz de combustion, n'a à son tour aucun effet nuisible ou perturbateur sur la possibilité d'aménager des tuyères Laval dans les deux étages situés en amont. L'idée d'invention peut donc être réalisée aussi dans l'exemple d'exécution suivant fig. 2.
Comme il a été déjà indiqué, l'objet de l'invention est en par- ticulier de concevoir le procédé de travail de manière à obtenir des poids et en- combrements relativement réduits de l'installation, par rapport au rendement.
Il est remarquable, dans cet ordre d'idées., que, dans les installations cons- tituées conformément à l'invention, on réussit à transformer en énergie méca- nique 10 calories kcal à l'heure par mèrre cube de volume de combustion ou d' explosion.
Naturellement, afin de transforder, à l'heure et par m3 de volume d'explosion, environ cent millions de ces calories, la partie de l'installation comprenant les turbines à combustion interne à explosions doit fonctionner avec un nombre relativement grand de cycles de travail par unité de temps, ce qui veut dire que la vitesse de rotation de l'arbre de distribution doit être suffisamment gran- de ; en outre, il faut travailler avec une haute pression de chargement po et une modulation thermique de chargement relativement élevée.
Pour réunir ces con- dit,ions, plus une durée de vie suffisante des parties exposées aux hautes tem- pératures et aux transferts de chaleur, il convient de ne pas porter la tempé- rature maximum t1 produite dans les chambres d'explosion au delà d'une limite supérieure de température de 1950 C, ce qui permet l'utilisation des agents de refroidissement usuels pour ces parties, tandis que ces parties sont par suite soumises à des conditions auxquelles elles peuvent être'fabriquées avec des matériaux ayant des propriétés normales, sans que la structure des piè- ces doive subir des modifications importantes.
Par ailleurs, il ne faut pas, autant que possible, descendre en dessous d'une limite inférieure de la tempé- rature t1 qui est de 14000C. L'intervalle de température ainsi obtenu, de 1950 C à 1400 C correspond à une hausse de pression Po :p1 allant de 1 : 4 à 5.5 On dose donc le mélange détonant entre le carburant utilisé et l'air, de telle manière que, dans les chambres d'explosion. le rapport entre la pre,s- sion de chargement po et la pression d'explosion P1 s'établisse entre un mini- @ mum de 1 :4 et un maximum de 1 ;
5,5
En outre, il résulte de ce qui précède que l'on applique cette augmentation de pression avantageuse concurremment avec d'autres mesures ef- ficaces, parmi lesquelles il faut citer le réglage mentionné des pressions pint donc des tensions initiales des quantités partielles de gaz de combustion, ainsi que le procédé de chargement lui-même, qui se caractérise par l'ouver- ture simultanée de la soupape d'admission d'air de chargement 2 et de la sou- pape d'échappement 7 pour les gaz de combustion résiduels des chambres d'ex- plosion.
Donc, le balayage des chambres d'explosion se fait alors de telle fa- çon que l'air de chargement, ayant une tension à peu près égale à celle du reste de gaz de combustion, ou tout au plus un peu supérieure, expulse ces gaz de combustion résiduels, ce qui contraste nettement avec le procédé connu de chargement additionnel, dans lequel, après la fermeture des.deux soupapes in- diquées ci-dessus, on introduit à nouveau dans les chambres d'explosion de 1' air de chargement additionnel qui se trouve à une pression supérieure, de sorte que, par la suppression de ce procédé de chargement additionnel, on a la possi- bilité de raccourcir le cycle de travail complet par la disparition des laps de temps nécessaires au chargement additionnel, et par suite de réaliser le plus grand nombre possible de cycles de travail par unité de temps.
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Naturellement, les haut rendements partiels - de roue et au- tres - mentionnés plus haut ont une importance décisive en ce qui concerne la simplification de la construction générale de l'installation. Le rendement d' ensemble que l'on peut obtenir permet en particulier d'éviter toute utilisa- tion de la chaleur perdue, hors des chambres d'explosion et des dispositifs à tuyères et à aubages, donc en dehors de la partie de l'installation affectée à l'explosion. si l'on fait abstraction, naturellement, des pertes de chaleur inévitables par conduction et rayonnement. Cela signifie la disparition de tous les refroidisseurs intermédiaires et secondaires, et aussi la disparition de tous les utilisateurs de gaz d'échappement, dont on avait besoin jusqu'ici pour maintenir le-rendement thermique total de l'installation à un niveau ac- ceptable.
On sait que tous les échangeurs de chaleur sont encombrants et lourds. de sorte que leur suppression diminue notablement le poids et l'encombrement de l'installation. On a maintenant la possibilité de simplifier le refroidisse- ment indispensable pour les pièces de la partie de l'installation affectée à l'explosion, du fait que l'on évacue l'agent refroidisseur avec la chaleur de refroidissement qu'il a absorbée, de sorte que la récupération de la chaleur de refroidissement disparaît; la même chose s'applique également aux agents de refroidissement secondaires, si l'on ne peut se dispenser de refroidir à son tour l'agent refroidisseur et de réemployer l'agent refroidisseur après le re- froidissement secondaire, comme c'est le cas dans les régions pauvres en eau.
De même, les gaz d'échappement sont donc évacués avec leur chaleur sensible, et utilisés, sans que l'on ait besoin d'intercaler les utilisateurs de gaz d' échappement dont on avait besoin jusqu'à présent pour réaliser des rendements économiques. Par la réunion des mesures indiquées conformément à l'invention, on obtient donc une installation extrêmement simple, spatialement très ramassée et légère, qui répond à toutes les exigences de la technique moderne des machi- nes motrices, en particulier pour la propulsion des vahicules et des avions.
La nature de l'invention postule naturellement que toutes les soupapes doivent être commandées à des moments exactement prédéterminés, et que, par suite, on respecte, dans la distribution, des moments et des laps de temps déterminés.
On peut appliquer à cet effet toutes les mesures de nature mécanique, pneuma- tique, hydraulique, magnétique et électrique, y compris en combinaison appropriée.
De tels modes de distribution sont connus en soi; ils ont par exempleété présemée et publiés dans les brevets américains 1.756.139, 1.763.154. 1.786.946, 1.933.385, 2.010.019, et 2.063.928.