<B>Dispositif de réglage d'une machine à pistons libres</B> La présente invention a trait à un disposi tif de réglage d'une machine à pistons libres, présentant un accumulateur pneumatique d'é nergie de renvoi des pistons vers le point mort intérieur. Cette machine pourrait être par exemple soit un compresseur, soit un généra teur de gaz moteurs chauds.
Ce dispositif est caractérisé selon l'inven tion en ce qu'il comprend un organe mobile soumis sur une de ses faces à une pression correspondant à la moyenne des pressions régnant dans l'accumulateur, une poussée dé pendant d'une caractéristique de fonctionne ment de la machine, agissant sur cet organe à l'encontre de l'action de ladite pression, un siège de soupape solidaire dudit organe, une soupape sollicitée contre ledit siège et mo bile de façon à pouvoir suivre le déplacement du siège sur une partie de sa trajectoire, une butée pour limiter le déplacement de la sou pape dans un sens de façon à ce qu'elle soit séparée du siège lorsque celui-ci poursuit son déplacement dans ce sens,
une seconde sou pape coopérant avec la première soupape de façon qu'elle soit ouverte lorsque l'organe mo bile présentant le siège de la première soupape déplace cette dernière de façon à l'éloigner de la butée, et des moyens commandés par la se conde soupape pour mettre ledit accumulateur en communication avec une source d'air com primé, lorsque la seconde soupape est ouverte.
Le dessin représente à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif selon l'inven tion et une variante. La fig. 1 est une vue schématique, partie en coupe, d'un générateur de gaz à pistons li bres, comportant cette forme d'exécution du dispositif de réglage ; la fig. 2 est une coupe verticale centrale de cette forme d'exécution, et la fia. 3 est une coupe fragmentaire d'une <B>variante.</B> La fig 1 du dessin représente un généra teur de gaz moteurs à pistons libres désigné dans son ensemble par 10, et pourvu à cha que extrémité d'un accumulateur pneumatique 11 d'énergie de renvoi des pistons libres vers leur point mort intérieur.
Ces accumulateurs sont réunis par une canalisation compensa trice 12. Le générateur de gaz comporte les pistons libres opposés travaillant dans le cy lindre moteur 14, les cylindres compresseurs 16 et les cylindres accumulateurs. Les espaces de volume variable 17 situés du côté intérieur des cylindres 16 constituent des accumulateurs pneumatiques d'énergie agissant en sens in verse des accumulateurs 11.
La machine décrite présente un dispositif de réglage, représenté en détail à la fig. 2 et qui comprend: un corps 20 pourvu d'un rac- cord supérieur de canalisation 22 réunie à l'échappement du moteur, d'une canalisation 24 de raccordement à une bouteille d'air com primé 26, et de deux canalisations de raccor dement 28 et 30, à la canalisation compensa trice 12 des cylindres accumulateurs 11.
La canalisation 28 est à dessein restreinte, afin que les faibles fluctuations n'influencent pas les éléments de commande ; la canalisation amortie ainsi obtenue permet à la com mande de répondre aux variations d'une pres sion correspondant à la moyenne des pressions régnant dans la canalisation compensatrice 12 et non aux pressions minimum et maximum qui peuvent y régner. Le montage du corps 20 du dispositif ne sera pas décrit.
Un cylindre 32, situé à la partie supérieure du corps 20 du dispositif communique directe ment avec la canalisation 22, et le piston 34 travaillant dans ce cylindre est ainsi soumis à tous moments à la pression d'échappement. Le piston 34 est poussé vers l'intérieur de son cy lindre par un ressort de réglage 36 intercalé en tre la tige 37 du piston et la tête 38 d'un siège mobile de soupape 40. La tête 38 est fixée au centre d'une membrane 42 dont le bord exté rieur est scellé dans le corps 20.
Le siège mobile 40, dont la tête 38 forme la partie supérieure, est guidé dans un alésage 4,4 du corps 20, par une collerette à garniture formant piston 46, et est pourvu d'un conduit central 48 qui s'ouvre dans une chambre à évent 50 située au-dessus de la membrane 42. Une soupape 52 ferme normalement le con duit 48 par contact étanche avec l'extrémité inférieure du siège mobile 40. La soupape 52 est pourvue d'une tige de guidage 54 associée à une partie appropriée usinée dans le corps 20 pour assurer le mou vement linéaire de la soupape. La soupape est poussée vers le haut par un ressort 56 placé entre un clapet à plateau 58 et une partie fixe 60 du corps 20, le clapet à plateau s'enga geant sur la tige 62 de la soupape 52.
Le mou vement remontant de la soupape 52 est limité par une série de saillies 64 dépassant dans l'alésage 44 sur le trajet de déplacement de la soupape.
Une chambre 66, entourant la soupape 52, communique avec la canalisation amortie 28 de raccordement à la canalisation compensa trice 12 au moyen des conduits 68, 70 et 72. Par conséquent, lorsqu'un mouvement sépa rant le siège 40 de la tête de la soupape ouvre celle-ci, la chambre 66, et par suite les accu mulateurs s'évacueront par l'intermédiaire du conduit 48 et de la chambre 50. Le conduit 72 du corps 20 s'ouvre dans une chambre 74 située au-dessous de la mem brane 42, de sorte que le dessous de cette membrane est soumis à la moyenne des pres sions existant dans la canalisation compensa trice 12, et elle est repoussée vers le haut par cette pression. A cette force s'oppose la force exercée par la pression de commande agissant sur le piston 34 et transmise par l'intermé diaire du ressort 36 et de la tête 38.
Un choix approprié des surfaces relatives du piston 34 et de la membrane 42 permet d'assurer une commande appropriée pour une gamme éten due de régimes, le facteur essentiel étant les caractéristiques de fonctionnement de la tur bine ou autre appareil consommateur du gaz fourni par la machine décrite.
La canalisation 30 est commandée direc tement par une soupape inférieure 80 située dans une chambre 82 du corps 20, constam ment relié à la bouteille 26.
La soupape inférieure 80 est montée sur une tige 84 formée sur la face inférieure d'un piston 86 travaillant dans un cylindre 88 usiné dans le corps 20 du dispositif. La tige 84 est traversée par un conduit central 90 qui com munique avec le cylindre 88 au-dessus du pis ton 86, mais ce conduit est étranglé en 92 à son extrémité supérieure. La face inférieure du piston 86 est soumise à la pression de la cham bre 82 et de l'air comprimé grâce à un con duit de raccordement direct 94.
Les faces su périeure et inférieure de ce piston supportent donc la même pression, lorsque les conditions sont stables, mais si le cylindre 88 vient à s'évacuer et la pression agissant sur la face su périeure à se détendre, la pression agissant sur la face inférieure prédominera alors jus qu'à ce que l'air passant par l'extrémité étran glée du conduit 90 ait à nouveau rempli le cylindre à la pression initiale. Dans certaines conditions de déséquilibre de pression, le pis ton 84 remonte alors dans son cylindre et ou vre la soupape de remplissage 80. Un ressort 96 pousse le piston vers le bas pour fermer la soupape 80 lorsque les pressions s'équili brent à nouveau sur les deux faces du pis ton 86.
Le cylindre 88 est commandé à son extré mité supérieure par le clapet à plateau 58, et s'évacue, lorsque ce clapet est ouvert, dans la canalisation 12 par l'intermédiaire du conduit 70. Le cylindre pourrait s'évacuer dans l'atmo sphère, mais il est préférable de conserver l'air disponible.
En ce qui concerne le fonctionnement, si l'on suppose que le générateur de gaz moteur décrit fonctionne correctement à courses et fréquence normales pour alimenter en gaz une turbine associée, le dispositif de réglage dé crit ci-dessus ne fonctionne que sous l'effet d'un écart des conditions de fonctionnement correct. Si pour une raison quelconque la pres sion d'échappement s'élève, la pression ré gnant dans le cylindre supérieur 32 s'élève également et le piston 34 se déplace vers le bas à l'encontre de la compression du ressort de réglage 36. La membrane 42 s'abaisse, ainsi que le siège mobile 40 et la soupape associée 52 ; le clapet à plateau 58 s'ouvre tandis que la soupape 52 reste fermée.
Cette condition se réaliserait également si, pour une raison quelconque, les accumulateurs perdaient de leur charge et que la presson diminue au-des sous de la membrane 42.
Quand le clapet 58 quitte son siège, l'air contenu dans le cylindre inférieur 88, à la pression totale d'alimentation, se précipite dans la conduite 12 par les conduits 70 et 72. Les forces appliquées sur les deux faces du pis- ton inférieur 86 sont maintenant en déséquili bre, la pression étant plus forte sur la face inférieure que sur la face supérieure. Le pis ton remonte dans son cylindre et sépare la sou pape inférieure 80 de son siège, à l'encontre du ressort 96. L'air comprimé de la bouteille 26 entre dans la canalisation compensatrice 12 et dans les accumulateurs 11. Une plus grande quantité d'énergie est ainsi disponible pour repousser les pistons l'un vers l'autre pour leur course de compression, cette énergie compensant l'augmentation de pression d'échap pement.
Lorsque la pression s'élève au point au quel l'équilibre désiré est atteint, la pression agissant sur la face inférieure de la membrane 42 force cette dernière et le siège mobile as socié 40 à remonter et permet au ressort 56 de refermer le clapet 58 sur son siège pour em pêcher tout autre échappement d'air du cylin dre inférieur 88. L'air de la bouteille d'air com primé continuant à entrer par le conduit 90 et l'étranglement 92, la pression au-dessus et au-dessous du piston inférieur 86 s'équilibre bientôt et le ressort 96 faisant redescendre le piston, ramène la soupape 80 sur son siège et ferme la communication avec la canalisation de remplissage 30.
Si, pour une raison quelconque, la pres sion d'échappement devient inférieure à celle du fonctionnement normal, ou si les cylindres accumulateurs prennent de la surcharge, la membrane 42 remonte pour comprimer le res sort 36 sous l'effet de la pression maintenant excessive agissant sur sa face inférieure. Le siège mobile 40 se sépare alors de la soupape 52, car cette dernière ne peut suivre le siège que jusqu'à la limite déterminée par les sail lies 64 de l'alésage 44. Le conduit 48 étant maintenant ouvert, l'évacuation des accumu lateurs peut s'effectuer dans la chambre 50 et dans l'atmosphère, par l'intermédiaire des ca nalisations 12 et 28, et des conduits 72, 70 et 68.
Lorsque les pressions reprennent leur équilibre, la membrane 42 reprend sa position normale et la soupape 52 se referme. On remarquera que l'énergie de renvoi se trouve ainsi réglée selon les modifications de charge se répercutant en une variation de la pression d'échappement, et corrigée, pour toute condition de charge donnée, du point de vue perte de charge ou surcharge pouvant résul ter de toute autre cause telle que fuite aux pistons, etc. Dans la variante représentée à la fig. 3, on introduit une pression de commande supplé mentaire au moyen d'une canalisation 100 par tant d'une canalisation compensatrice 102 re liant les deux espaces 17 constituant des ac cumulateurs à action inverse des accumula teurs 11.
La- canalisation 100 est raccordée au cylindre supérieur 32 qui est maintenant divisé en deux cylindres axialement concentriques 32, 32a. Le cylindre 32 est raccordé à la ca nalisation d'échappement par la conduite 22, tandis que le cylindre 32a est raccordé par la canalisation 100 à la canalisation compensa trice 102.
Le piston 34 est maintenant repré senté sous la forme d'un piston à gradins com prenant un piston inférieur 34a travaillant dans le cylindre 32a et d'une partie supérieure 34 fonctionnant dans le cylindre 32. Ce piston composé est soumis à la somme de la pression régnant dans les accumulateurs inverses et de la pression d'échappement, et toute variation appréciable de l'une ou l'outre de ces pres sions fera fonctionner les éléments précédem ment décrits pour augmenter ou diminuer l'énergie de renvoi des accumulateurs 11. Lors que la pression dans les espaces 17 augmente, la fréquence de fonctionnement du moteur augmente.
Une augmentation de la pression des accumulateurs inverses provoque une aug mentation de l'énergie de renvoi des accumu lateurs 11, mais le dispositif décrit fonctionne de telle sorte que la machine marchant à fré quence plus élevée et charge plus forte fournit considérablement plus de gaz à la turbine ou autre appareil consommateur de gaz. La variante de la fig. 3 est également avan tageuse dans le cas d'installations comportant plus d'un générateur de gaz moteur à pistons libres.
<B> Device for adjusting a free piston machine </B> The present invention relates to a device for adjusting a free piston machine, having a pneumatic accumulator of energy for returning the pistons to the internal dead point. This machine could for example be either a compressor or a generator of hot engine gases.
This device is characterized according to the invention in that it comprises a movable member subjected on one of its faces to a pressure corresponding to the average of the pressures prevailing in the accumulator, a thrust depending on an operating characteristic. of the machine, acting on this member against the action of said pressure, a valve seat integral with said member, a valve urged against said seat and movable so as to be able to follow the movement of the seat on a part of its trajectory, a stop to limit the movement of the valve in one direction so that it is separated from the seat when the latter continues to move in this direction,
a second valve cooperating with the first valve so that it is open when the movable member having the seat of the first valve moves the latter so as to move it away from the stop, and means controlled by the second valve valve for placing said accumulator in communication with a source of compressed air, when the second valve is open.
The drawing shows by way of example an embodiment of the device according to the invention and a variant. Fig. 1 is a schematic view, partly in section, of a free piston gas generator, comprising this embodiment of the adjustment device; fig. 2 is a central vertical section of this embodiment, and the fia. 3 is a fragmentary sectional view of a <B> variant. </B> Fig. 1 of the drawing shows a free-piston engine gas generator denoted as a whole by 10, and provided at each end with a pneumatic accumulator 11 return energy from the free pistons to their internal dead center.
These accumulators are joined by a compensating pipe 12. The gas generator comprises the opposed free pistons working in the engine cylinder 14, the compressor cylinders 16 and the accumulator cylinders. The spaces of variable volume 17 located on the inner side of the cylinders 16 constitute pneumatic energy accumulators acting in the opposite direction to the accumulators 11.
The machine described has an adjustment device, shown in detail in FIG. 2 and which comprises: a body 20 provided with an upper pipe connection 22 joined to the engine exhaust, a pipe 24 for connection to a compressed air cylinder 26, and two connecting pipes. 28 and 30, to the compensating pipe 12 of the accumulator cylinders 11.
Line 28 is intentionally restricted so that small fluctuations do not influence the control elements; the damped pipe thus obtained enables the control to respond to variations in a pressure corresponding to the average of the pressures prevailing in the compensating pipe 12 and not to the minimum and maximum pressures which may prevail there. The assembly of the body 20 of the device will not be described.
A cylinder 32, located at the top of the body 20 of the device communicates directly with the pipe 22, and the piston 34 working in this cylinder is thus subjected at all times to the exhaust pressure. The piston 34 is pushed towards the inside of its cylinder by an adjusting spring 36 interposed between the piston rod 37 and the head 38 of a movable valve seat 40. The head 38 is fixed in the center of a membrane 42 whose outer edge is sealed in the body 20.
The movable seat 40, the head 38 of which forms the upper part, is guided in a bore 4.4 of the body 20, by a gasket flange forming a piston 46, and is provided with a central duct 48 which opens into a vent chamber 50 located above the membrane 42. A valve 52 normally closes the pipe 48 by sealing contact with the lower end of the movable seat 40. The valve 52 is provided with a guide rod 54 associated with a a suitable part machined in the body 20 to ensure the linear movement of the valve. The valve is urged upwardly by a spring 56 placed between a plate valve 58 and a fixed portion 60 of the body 20, the plate valve engaging on the stem 62 of the valve 52.
The upward movement of valve 52 is limited by a series of protrusions 64 protruding into bore 44 on the path of valve travel.
A chamber 66, surrounding the valve 52, communicates with the damped pipe 28 for connection to the compensating pipe 12 by means of the pipes 68, 70 and 72. Consequently, when a movement separating the seat 40 from the head of the valve opens this, the chamber 66, and consequently the accumulators will evacuate through the conduit 48 and the chamber 50. The conduit 72 of the body 20 opens into a chamber 74 located below the membrane 42, so that the underside of this membrane is subjected to the average pressure existing in the compensating pipe 12, and it is pushed upwards by this pressure. This force is opposed by the force exerted by the control pressure acting on the piston 34 and transmitted by the intermediary of the spring 36 and the head 38.
Appropriate choice of the relative surfaces of piston 34 and diaphragm 42 will ensure proper control over a wide range of speeds, the essential factor being the operating characteristics of the turbine or other appliance consuming the gas supplied by the gas. machine described.
The line 30 is controlled directly by a lower valve 80 located in a chamber 82 of the body 20, constantly connected to the bottle 26.
The lower valve 80 is mounted on a rod 84 formed on the underside of a piston 86 working in a cylinder 88 machined in the body 20 of the device. The rod 84 is crossed by a central duct 90 which communicates with the cylinder 88 above the udder 86, but this duct is constricted at 92 at its upper end. The underside of piston 86 is subjected to the pressure of chamber 82 and compressed air by means of a direct connection pipe 94.
The upper and lower faces of this piston therefore withstand the same pressure, when the conditions are stable, but if the cylinder 88 is released and the pressure acting on the upper face to relax, the pressure acting on the face lower will then predominate until the air passing through the sealed end of duct 90 has again filled the cylinder to the initial pressure. Under certain conditions of pressure imbalance, the udder 84 then rises in its cylinder and or vre the fill valve 80. A spring 96 pushes the piston down to close the valve 80 when the pressures again balance out. both sides of udder 86.
The cylinder 88 is controlled at its upper end by the plate valve 58, and discharges, when this valve is open, into the pipe 12 through the conduit 70. The cylinder could be discharged into the atmosphere. sphere, but it is preferable to keep the air available.
With regard to operation, if it is assumed that the motive gas generator described operates correctly at normal strokes and frequency to supply gas to an associated turbine, the regulating device described above only operates under the effect deviation from the correct operating conditions. If for some reason the exhaust pressure rises, the pressure in the upper cylinder 32 also rises and the piston 34 moves downward against the compression of the adjusting spring 36. The membrane 42 is lowered, as well as the movable seat 40 and the associated valve 52; plate valve 58 opens while valve 52 remains closed.
This condition would also occur if, for some reason, the accumulators lost their charge and the pressure decreased below the membrane 42.
When the valve 58 leaves its seat, the air contained in the lower cylinder 88, at full supply pressure, rushes into the line 12 through the conduits 70 and 72. The forces applied to the two faces of the piston lower 86 are now out of balance, the pressure being greater on the lower face than on the upper face. The udder goes up in its cylinder and separates the lower valve 80 from its seat, against the spring 96. The compressed air from the bottle 26 enters the compensating pipe 12 and into the accumulators 11. A larger quantity energy is thus available to push the pistons towards each other for their compression stroke, this energy compensating for the increase in exhaust pressure.
When the pressure rises to the point at which the desired equilibrium is reached, the pressure acting on the underside of the membrane 42 forces the latter and the associated movable seat 40 to rise and allows the spring 56 to close the valve 58 on its seat to prevent any further exhaust of air from the lower cylinder 88. The air from the compressed air cylinder continuing to enter through the duct 90 and the throttle 92, the pressure above and above. The underside of the lower piston 86 soon equilibrates and the spring 96 pushing the piston back down, brings the valve 80 back to its seat and closes communication with the filling line 30.
If, for some reason, the exhaust pressure becomes lower than during normal operation, or if the accumulator cylinders become overloaded, the diaphragm 42 rises to compress the outlet 36 under the pressure which is now excessive. acting on its underside. The movable seat 40 then separates from the valve 52, because the latter can only follow the seat up to the limit determined by the sail lies 64 of the bore 44. The duct 48 is now open, the evacuation of accumulated lateurs can be carried out in the chamber 50 and in the atmosphere, via the conduits 12 and 28, and the conduits 72, 70 and 68.
When the pressures regain their equilibrium, the membrane 42 returns to its normal position and the valve 52 closes. It will be noted that the return energy is thus regulated according to the load modifications having repercussions in a variation of the exhaust pressure, and corrected, for any given load condition, from the point of view of the pressure drop or overload that may result. ter from any other cause such as piston leaks, etc. In the variant shown in FIG. 3, an additional control pressure is introduced by means of a pipe 100 through a compensating pipe 102 re connecting the two spaces 17 constituting accumulators with reverse action of the accumulators 11.
The pipeline 100 is connected to the upper cylinder 32 which is now divided into two axially concentric cylinders 32, 32a. The cylinder 32 is connected to the exhaust duct by the pipe 22, while the cylinder 32a is connected by the pipe 100 to the compensating pipe 102.
The piston 34 is now represented as a stepped piston comprising a lower piston 34a working in the cylinder 32a and an upper part 34 operating in the cylinder 32. This compound piston is subjected to the sum of the pressure prevailing in the reverse accumulators and in the exhaust pressure, and any appreciable variation of one or more of these pressures will cause the elements described above to operate to increase or decrease the return energy of the accumulators 11. As the pressure in the spaces 17 increases, the operating frequency of the motor increases.
An increase in the pressure of the reverse accumulators causes an increase in the return energy of the accumulators 11, but the device described operates in such a way that the machine running at higher frequency and greater load supplies considerably more gas to the machine. the turbine or other gas consuming device. The variant of FIG. 3 is also advantageous in the case of installations comprising more than one engine gas generator with free pistons.