Installation de force motrice. L'invention est relative à une installation de force motrice comportant au moins un auto-générateur de gaz chauds sous pression, c'est-à-dire une machine comprenant une partie moteur à combustion interne et une partie compresseur, une partie au moins (le l'air comprimé par cette partie com presseur servant à balayer et à alimenter ladite partie moteur, des ouvertures d'échap pement de laquelle sort un mélange ga zeux formé par les produits de combustion et l'excès dudit air de balayage et d'alimen tation, ce mélange constituant le gaz chaud sous pression; cet auto-générateur pourrait être par exemple un auto-générateur à piston libre.
L'installation selon l'invention est carac térisée par le fait qu'elle comporte en outre un compresseur et une turbine à gaz qui, pour certains régimes au moins, est alimentée au moins en partie par du fluide gazeux débité par ledit compresseur, et par le fait qu'elle est agencée de façon que, pour cer- tains régimes au moins, une partie des ca lories contenues dans les gaz débités par l'auto-générateur soit utilisée pour réchauffer le fluide gazeux fourni par le compresseur à la turbine à gaz.
Les fig. 1 à 13 du dessin montrent cha cune schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'in vention.
L'installation représentée par la fig. 1 comporte un auto-générateur 1 à piston libre et, en outre, une turbine à gaz 2 et un com presseur rotatif 3, ce dernier fournissant de l'air sous pression qui sert à alimenter ladite turbine 2.
L'auto-générateur 1 comporte un piston libre comprenant un élément moteur 4 et un élément compresseur 5. Déilément moteur 4 coulisse dans un cylindre moteur 6 muni d'un injecteur de combustible 7 ainsi que d'une ouverture .d'admission 8 et d'une ou verture d'échappement 9.
L'élément compresseur 5 divise le eylin- dre compresseur en deux compartiments 10 et 11, dont celui situé du côté intérieur cons titue l'espace compresseur et est muni de sou papes d'admission 12 et de refoulement 13, tandis que le compartiment extérieur consti tue un accumulateur pneumatique emmaga sinant, pendant la course vers l'extérieur du piston libre, presque la totalité de l'énergie développée dans le cylindre moteur 6 et resti tuant pendant la course de retour cette éner gie audit piston, assurant ainsi la compres sion de l'air se trouvant dans le eomparti- ment 10 et le refoulement de cet air dans le carter 14 entourant le cylindre moteur 6,
ainsi que la compression de la charge d'air dans ce dernier cylindre.
Lorsque le piston 4, 5 se trouve à son point mort extérieur (fig. 1), l'élément 4 dé couvre les ouvertures d'admission et d'échap pement 8, 9 du cylindre moteur. L'air eom- primé se trouvant dans de carter 14 rentre dans ledit cylindre pour l'alimenter en air comprimé frais et pour le balayer, l'excès d'air comprimé et les gaz de combustion for mant à la sortie 9 un mélange de gaz chaud sous pression dont la pression est sensible ment égale à la pression de l'air de balayage. Ce gaz s'échappe d'abord dans un collecteur 15 pour alimenter ensuite une turbine 16.
Dans une variante, cette turbine pourrait être remplacée par une machine à piston.
La turbine 2 entraîne le compresseur 3 et ces deux machines travaillent, à cycle ouvert, c'est-à-dire que le compresseur 3 aspire l'air de d'atmosphère par le conduit d'aspiration 17, et que cet air s'échappe, après s'être détendu dans la turbine 2 égale ment dans l'atmosphère, par le conduit d'échappement 18.
L'air comprimé fourni par le compres seur 3 à la turbine 2 passe dans un éehan- geur de chaleur 21 monté entre le collecteur 15 et la turbine 16 qui est entraînée par les gaz débités par l'auto-générateur 1. Ces gaz réchauffent, dans ledit échangeur, l'air comprimé par le compress eur 3 avant l'entrée de cet air dans la turbine 2. Sur le collecteur 15 sont montés des in jecteurs de combustible 22 à l'aide desquels on peut brûler une certaine quantité de com bustible supplémentaire dans les gaz débl- tés par l'auto-générateur avant leur entrée dans l'échangeur 21 pour rendre ainsi plus efficace encore le réchauffage de l'air com primé fourni à la turbine 2 par le compres seur 3.
Il est à noter ici que les gaz débités par l'auto-générateur comportent un fort pourcentage d'oxygène, de sorte que la com bustion du combustible dans ces gaz ne pré sente aucune difficulté.
Un conduit de dérivation l3, réglable au moyen d'un papillon 24, sert à prélever en aval de l'échangeur 21 une partie des gaz délaités par cette partie dans la turbine 2, pour assurer le démarrage de la turbine 2 et du compres seur 3 ou pour fournir à ladite turbine un supplément d'énergie d'entraînement.
Dans l'installation représentée par la fig. 1, l'arbre 25 de la turbine 2 qui entraîne le compresseur 3 et l'arbre 26 de la turbine 16 entraînent chacun un générateur électri que 2 7. Bien entendu, on pourrait intercon necter les deux arbres, par exemple au moyen d'un train d'engrenage, pour leur faire en- lraîner à tous les deux une même macehine.
Les chiffres utilisés dans la fig. 1 se re trouvent, au moins en partie, dans les autres figures pour désigner, dans ces dernières, des dispositifs ou éléments analogues à ceux qui ont été désignés par ces chiffres dans la fig. 1.
L'auto-générateur 1 des installations re présentées par les fig. 2 à 13 a une construc tion analogue à la construction de l'auto- uénérateur de la fig. 1, c'est pourquoi les détails de cet auto-générateur, qui se trou- vent in.diqirés dans la, fig. 1, ont. été suppri més dans le. autres figures.
Dans l'irrsta.llation selon la fig. \?, la tur bine ? et le compresseur 3 alimentant cette turbine en air comprimé, travaillent à cycle fermé, c'est-à-dire que l'échappement 18 de la, turbine ? communique avec\l'admission 17 du comprrsseur 3 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 19 servant à réchauffer l'air comprimé fourni à la turbine 2 par le compresseur 3 à l'aide des calories se trou vant encore dans l'air après sa détente dans la turbine 2.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échan geur 21, après avoir passé dans l'échangeur 19, cet échangeur 21 étant traversé par les gaz débités par l'auto-générateur avant l'ar rivée de ceux-ci dans la turbine 16. Avant l'échangeur 21, l'air comprimé traverse un échangeur 21a.
Un conduit, dans lequel est intercalé un dispositif d'injection 28 de combustible sup plémentaire, relie l'échappement 29 de la tur bine 16 à l'échangeur 21a, et entre cette tur bine et le dispositif d'injection 28 est monté un organe de réglage 30 permettant d'envoyer les gaz d'échappement de la turbine 16 soit dans l'échangeur 21a, soit dans l'atmosphère, soit partie dans ledit échangeur et partie dlans l'atmosphère.
Le démarrage du compresseur 3 et de la turbine 2 de l'installation représentée par la fig. 2 a lieu par l'interconnexion électrique des deux générateurs électriques 27 entraînés respectivement par les arbres 25, 26 des deux turbines 3 et 16, cette interconnexion pouvant éventuellement subsister pendant la marche normale de l'installation.
Etant donné que le dispositif d'injection 28 de combustible supplémentaire est situé en aval de la turbine 16, le combustible in jecté par ce dispositif peut consister en poudre de charbon.
Dans l'installation représentée par la fig. 3, l'échappement 18 de la turbine 2 ali mentée en air comprimé par le compresseur 3, est relié à l'admission de ce compresseur 3 par une conduite communiquant avec une conduite 33 par l'intermédiaire de laquelle une soufflante auxiliaire 20 alimente en air comprimé la partie compresseur de l'auto- générateur 1. Un refroidisseur 34 est inter calé dans la conduite 33.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 traverse un premier échan- geur 19 analogue à l'échangeur 19 de l'instal lation de la fig. 2 et ensuite un échangeur 21. Les gaz chauds sous pression débités par l'auto-générateur 1 traversent le collecteur 15 et un dispositif 22 permettant l'injection de combustible supplémentaire pour entrer en suite dans l'échangeur 21 qu'ils quittent pour se détendre dans la turbine 16.
La soufflante auxiliaire 20 est entraînée par une turbine à gaz auxiliaire 31 qui est alimentée par des gaz prélevés entre la sortie de l'échangeur 21 et l'entrée dans la turbine 1.6, la quantité de ces gaz prélevés étant ré 0 01 able par une soupape 32. On voit donc qu'en réglant la vitesse de la turbine auxi liaire 31 au moyen de la soupape 32 on fait varier la pression de refoulement de la souf flante 20 et, par conséquent,
la pression de l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2. La soufflante 20 alimentant la partie com presseur de l'auto-générateur de pression de débit de celui-ci variera donc également, et cela en fonction de la pression de l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2.
Pour faire varier, voire supprimer, pour certains régimes, l'effet de réchauffage de l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2, un conduit de by-pass 35 est disposé de façon à permettre de court-circui ter l'échangeur 21 et le dispositif d'injection 22, un organe de réglage 36 étant agencé de façon telle qu'on puisse faire passer ou bien la totalité des gaz débités par l'auto-généra- teur soit par ce by-pass, soit par l'échangeur 21 et le dispositif 22,
ou bien par desdits gaz par le by-pass et partie par l'échangeur 21 et le dispositif 22.
La turbine 2, le compresseur 3 et la tur bine 16 recevant les gaz débités par l'auto- générateur sont montés sur un seul et même arbre 3@7 entraînant une dynamo 27. Le mon tage des turbines 2 et 16 et du compresseur 3 sur le même arbre résoud automatiquement le problème du démarrage de ce dernier, Dans. les installations représentées par les fig. 1 à 3, la turbine 2 et la turbine 16 four nissent du travail vers l'extérieur de l'instal lation.
Dans l'installation selon la fig. 4, par contre, c'est uniquement la turbine 2, alimen tée en air comprimé par le compresseur 3, qui fournit du travail vers l'extérieur, tandis que la turbine 16, alimentée par les gaz dé bités par l'auto-générateur 1, sert à entraîner le compresseur 3. L'auto-générateur 1 est ali- mnenté en air comprimé par une soufflante auxiliaire 20a, entraînée par une turbine auxi liaire 31 alimentée par des gaz prélevés en amont de la turbine 16 et dont la quantité est réglable à l'aide d'une soupape 32.
L'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échangeur 21 que traversent les gaz débités par l'auto- générateur 1 avant de pénétrer dans la tur bine 16.
Le compresseur 3 étant entraîné par la turbine 16 recevant les gaz débités par l'auto- générateur, le démarrage de la turbine 2 se fait en même temps que celui de la tur bine 16.
Tandis que, dans l'installation selon la fig. 4, le compresseur 3 et la turbine 2 tra vaillent à cycle ouvert, dans l'installation de la fig. 5, ce compresseur 3 et cette turbine 2 travaillent à cycle fermé. En outre, la soufflante 20a, alimentant l'auto-générateur est entraînée immédiatement par la turbine 16 qui, en même temps, entraîne le compres seur 3. La turbine 2 entraîne une génératrice 27 et l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 est réchauffé dans un échangeur 19 et ensuite dans l'échangeur 21 traversé par les gaz débités par l'auto-générateur.
Dans l'installation de la fig. 6, la turbine 2 alimentée en air comprimé par le compres seur 3 est la seule qui fournisse du travail vers l'extérieur et entraîne le compresseur 3 ainsi que la génératrice 27. Les gaz débités par l'auto-générateur, qui réchauffent l'air fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 dans l'échangeur 21, ne se détendent que par tiellement dans la turbine 16 et sont ensuit mélangés avec l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 et réchauffé déjà dans l'échangeur 21.
L'adjonction des- dits gaz à cet air comprimé réduit la tempé- rature de cet air qui pourrait, selon ce mode de réalisation, être porté dans l'échangeur à une température supérieure à la limite admis sible pour la turbine. Cette adjonction aug mente également le poids du fluide gazeux qui alimente la turbine 2. L'introduction des gaz d'échappement dans la, turbine 2 peut servir au démarrage de l'ensemble de cette turbine et du compresseur.
La turbine 16 de la fig. 6 ne sert qu'à l'entraînement de la, soufflante 20a qui ali mente en air sous pression la partie compres seur de l'auto-générateur 1.
Dans l'installation représentée par la fig. 7, la, turbine 2, alimentée en air com primé par le compresseur 3, et ce compresseur 3 travaillent à cycle ouvert, et seule la tur bine 16 entraînée par les gaz moteurs débités par l'auto- générateur 1 fournit du travail externe et entraîne une hélice 27a, tandis que la turbine 2 entraîne le compresseur 3.
Le compresseur 3 comporte plusieurs étages et l'air d'alimentation de l'auto-géné rateur est prélevé à un étage intermédiaire de ce compresseur 3 qui, par son étage supé rieur, alimente la turbine 2. Pour régler la puissance de l'ensemble turbine 2, compres seur 3 et, par conséquent, la pression d'ali mentation de l'auto-générateur, on prélève une quantité réglable des gaz débités par l'auto-générateur en amont de la turbine 16 et alimente par ces gaz directement la tur bine 2.
Cette turbine comporte plusieurs étages, les gaz provenant de l'auto-généra- teur alimentent l'étage supérieur de cette turbine, tandis que l'air comprimé fourni par le compresseur 3 et réchauffé dans l'échan geur 21 traversé par les gaz débités par l'auto-générateur est introduit dans un étage intermédiaire de cette turbine.
Les gaz fournis par l'auto-générateur à la. turbine 2 sont prélevés au moyen d'un con duit 38 dans lequel est intercalée une sou pape. de réglage 39. Le démarrage de la tur bine 2 a lien à l'aide du gaz fourni par l'auto-générateur 1 et prélevé par le con cluit 38. Dans l'installation de la fig. 8, c'est également seule la turbine 16 alimentée par les gaz débités par l'auto-générateur qui four nit du travail externe en entraînant une hé lice 27a. La turbine 2, alimentée en air com primé par le compresseur 3, travaille à cycle fermé avec ce compresseur.
L'air fourni par le compresseur 3 traverse un échangeur 19 chauffé par l'échappement de la turbine 2, ensuite un échangeur 21 chauffé par les gaz chauds sous pression débités par l'auto-géné rateur et finalement un échangeur 21a pour parvenir ensuite à la turbine 2. L'auto-géné rateur est alimenté en air comprimé par une soufflante auxiliaire 20b entraînée par la turbine 2 en même temps que le compres seur 3. s Pour régler la puissance fournie par l'ar bre de la turbine 2 au compresseur 3 et à la soufflante 20b, il est monté sur cet arbre une turbine auxiliaire 2a qui reçoit en quantité réglable des gaz débités par l'auto-générateur 1 et prélevés à l'aide du conduit 38 dans le quel est intercalée la soupape de réglage 39.
L'auto-générateur de cette installation pouvant être alimenté en air à très forte pres sion, on a disposé un conduit de dérivation 41, reliant le carter 14 de l'auto-générateur à l'admission de la turbine 16 et permettant de prélever au carter de l'auto-générateur de l'air comprimé dans la partie compresseur de celui-ci et qui ne passe pas par le cylindre moteur de cet auto-générateur. Dans ce con duit de dérivation sont intercalés en série une chambre de combustion 42 avec dispo sitif d'injection de combustible et l'échan geur de chaleur 21a. Au moyen d'un by-pass 43 et d'un organe de réglage 44, on peut do ser convenablement la quantité d'air prélevée passant par la chambre de combustion 42.
La différence des pressions régnant res pectivement dans le carter 14 de l'auto-géné rateur et dans le collecteur 15 des gaz d'échappement assure à l'air traversant le conduit de dérivation 41 une grande vitesse d'où s'ensuit une bonne transmission de cha leur dans l'échangeur 21a. Dans l'installation selon la fig. 9, une turbine 16 alimentée par les gaz débités par l'auto-générateur entraîne une dynamo 27. L'air comprimé fourni par le compresseur 3, entraîné par la turbine 2, à cette turbine est réchauffé dans un échangeur 21a traversé par les gaz après leur détente dans la turbine 16. Une partie des calories contenues dans les gaz débités par l'auto-générateur est ainsi utilisée pour réchauffer cet air comprimé.
Un dispositif d'injection 28 permet d'augmenter la température des gaz détendus dans la tur bine 16 avant leur entrée dans l'échangeur 1a. Le réglage de la puissance d'entraîne- ment de l'arbre de la turbine 2 a lieu à l'aide d'un moteur électrique 40 qui sert en même temps au démarrage de ladite turbine. De l'air prélevé à un étage intermédiaire du com presseur 3 alimente l'auto-générateur.
Dans l'installation selon la fig. 10, la tur bine 2 alimentée en air comprimé par le com presseur 3, ce compresseur, une turbine auxi liaire 2a,, alimentée d'une façon réglable en gaz moteurs débités par l'auto-générateur 1, une soufflante auxiliaire 20b servant à ali menter la partie compresseur de l'auto-géné- rateur 1 et une dynamo 27 sont montés sur un même arbre. Cette installation permet de satisfaire à des besoins très variables de force motrice.
Les gaz débités par l'auto-généra- teur réchauffent, dans l'échangeur 21, l'air comprimé fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 et alimentent ensuite une turbine 16 entraînant une seconde dynamo 27.
Quand la puissance demandée à l'instal lation reste inférieure à une certaine limite, la turbine 16 recevant les gaz de l'auto-géné- rateur marche seule, l'auto-générateur n'étant pas alimenté sous pression. Lorsque la puis sance demandée dépasse ladite limite, on met en marche l'ensemble turbine 2, compresseur 3, ce qui assure à la fois la mise en marche de la deuxième dynamo 27 et l'alimentation de l'auto-générateur 1 en air sous pression.
L'injection du combustible supplémentaire au moyen du dispositif 22 n'a lieu que pour les marches à haute puissance pour lesquelles l'ensemble 2, 3 fonctionne. Dans les installations représentées par les fig. 7 et 8, on pourrait d'ailleurs également arrêter complètement le fonctionnement de l'ensemble turbine 2, compresseur 3 et, par conséquent, l'alimentation de l'auto-généra teur 1 en air comprimé lorsque la puissance à fournir par la turbine 16 est relativement petite.
L'installation de la fig. 11 ne comporte qu'une seule turbine 2 alimentée, d'une part, par l'air comprimé par le compresseur 3 et, d'autre part, par les gaz débités par l'auto- générateur 1, cet air et ces gaz étant mélan gés, en amont de ladite turbine, dans un mé langeur 45, ce qui a pour effet d'augmenter la température de l'air fourni par le compres seur 3 et d'abaisser en même temps la tempé rature des gaz débités par l'auto-générateur 1. Entre l'auto-générateur 1 et le mélangeur 45, il est intercalé un collecteur 15 muni d'un injecteur de combustible 22.
Dans l'installation de la fig. 12, il n'existe également qu'une seule turbine 2. Celle-ci est alimentée en partie par les gaz débités par l'auto-générateur après leur passage à travers l'échangeur 21 et en partie par de l'air com primé fourni par le compresseur 3 et chauffé pendant son passage à travers l'échangeur 21. La température dudit air peut encore être rehaussée au moyen d'un by-pass 47, monté sur le conduit 46 reliant l'échangeur 21 à l'admission de la turbine 2 et dans lequel est intercalé un dispositif 48 permettant d'injec ter du combustible, l'air passant par le con duit 46 étant mélangé aux gaz chauds, du by-pass avant l'entrée dans la turbine 2. Lit proportion de l'air passant par le conduit principal 46 et par le by-pass 47 peut être réglée par un organe de commande 49.
Dans l'installation de la fig. 12, on a supposé que la pression de refoulement du compresseur 3 est inférieure à la valeur de la pression de débit de l'auto-générateur 1, c'est pourquoi l'air comprimé par le compres seur 3 est introduit dans un étage intermé diaire de la turbine 2 dont l'étage haute pression est alimenté par les gaz débités par l'auto-générateur 1. Dans l'installation de la fig. 13, enfin, le chauffage de l'air comprimé par le compres seur 3 a lieu, comme dans l'installation de la fig. 11, par mélange de cet air avec les gaz débités par l'auto-générateur 1 dans un mélangeur 45 disposé en aval du collecteur 15 muni du dispositif d'injeetion de eombus- tible 22.
Une partie de ce mélange est en suite conduite vers une machine réceptrice 50, tandis qu'une autre partie, dont l'importance est réglable par un organe dle commande il, est conduite vers la turbine 2.
Lorsque le réchauffage du fluide gazeux fourni par le compresseur 3 à la turbine 2 a lieu à l'aide d'un échangeur disposé en amont de la turbine 16 recevant les gaz mo teurs débités par l'auto-générateur, ledit ré- chauffage est accompagné par un refroidis sement desdits gaz. Ce refroidissement per met, dans certains cas, de faire marcher l'auto-générateur à une pression de marche supérieure à la pression maximum admissible jusqu'à présent. En effet, la température des gaz moteurs est généralement d'autant plus élevée que la pression de débit de l'auto- générateur est plus forte.
D'autre part, la température avec laquelle le gaz moteur entre dans le récepteur, notamment lorsque celui-ci est une turbine, ne doit pas dé passer une certaine limite qui est ac tuellement, pour les turbines, de l'ordre de 500 à 600 , ce qui correspond à une pression de marche maximum de 5 à 6 atmosphère.
Cependant, par suite du refroidissement des gaz moteurs dans l'échangeur avant leur entrée dans la turbine, la température de ceux-ci en amont dudit échangeur peut être supérieure à. ladite limite, par exemple de 800 à 1000 , ce qui P{-rniet (le faire marcher l'auto-générateur à des pressions plus élevée, par exemple de 8 à 1.0 atmosphères.