CH335296A - Method for adjusting an installation comprising at least one gas autogenerator with free piston engines and device for implementing this method - Google Patents

Method for adjusting an installation comprising at least one gas autogenerator with free piston engines and device for implementing this method

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CH335296A
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CH
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Inventor
Huber Robert
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Soc Et Parti Eau Gaz Elec Ener
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Description

  

  Procédé de réglage d'une     installation        comportant    au     moins        un        autogénérateur     de gaz moteurs à piston libre et     dispositif    pour la mise en     aeuvre     de ce procédé    L'invention est relative à un procédé de  réglage d'une installation comportant au moins  un     autogénérateur    de gaz moteurs à piston libre  et une turbine alimentée par les gaz débités  par cet     autogénérateur,

      procédé dans lequel  on règle la quantité de combustible introduite  dans le cylindre moteur de     l'autogénérateur.     Elle concerne également un dispositif pour la  mise en     couvre    de ce procédé.  



  On sait que dans une installation compre  nant un     autogénérateur    à piston libre alimentant  une turbine, on peut pour une certaine zone des  charges de la turbine, zone qui correspond  à une certaine gamme des pressions d'alimenta  tion de la turbine, adapter les gaz moteurs débi  tés par     l'autogénérateur    à piston libre, aussi  bien en     ce    qui concerne leur volume qu'en ce  qui concerne leur pression, à la demande de la  turbine par le simple réglage du combustible  introduit dans la partie motrice de     l'auto-          générateur.     



  Dans ces installations connues, cependant,  la charge maximum est limitée par la quantité  maximum des gaz que     l'autogénérateur    est  capable de débiter à la pression, de fonctionne  ment supérieure, cette quantité correspondant    à la quantité requise par la turbine lorsqu'elle  travaille à sa charge maximum.  



  Pour permettre à une installation de ce  genre de fonctionner à des puissances plus  élevées, sans augmenter les dimensions de     l'auto-          générateur,    on a déjà proposé d'injecter une  certaine quantité de combustible dans les gaz  moteurs débités par un     autogénérateur,    ces  gaz comportant assez d'oxygène pour assurer la  combustion de ce combustible. Toutefois, dans  les installations avec injection supplémentaire  de combustible, on n'a pas pu conserver à la  turbine réceptrice sa simplicité qui est l'un des  avantages des installations connues travaillant  sans introduction supplémentaire de combus  tible.  



  L'invention a pour but de remédier à cet  inconvénient, et, à cet effet, le procédé de réglage  selon l'invention est caractérisé par le fait que  pour chaque pression de marche supérieure  à une pression pour laquelle le volume maximum  que     l'autogénérateur    est capable de débiter  à cette pression est égal au volume que la turbine  absorbe à cette pression, on brûle dans les gaz  fournis par     l'autogénérateur-    la quantité de  combustible nécessaire pour que leur volume  augmente à la valeur que la turbine absorbe      à cette pression, et par le fait qu'on règle de  façon telle la quantité de combustible introduite  dans le cylindre moteur de     l'autogénérateur    que  pour chacune desdites pressions supérieures,

   ce  dernier débite le volume maximum qu'il est  capable de débiter à cette pression.  



  Le dispositif pour la mise en     oeuvre    de ce  procédé est caractérisé par deux organes, dont  l'un règle la quantité de combustible introduite  dans le cylindre moteur de     l'autogénérateur    et  l'autre la quantité de combustible injectée dans  les gaz moteurs, par deux pistons distincts  commandant chacun l'un desdits organes et  sur l'une des faces desquels agit un seul et même  fluide sous pression et sur l'autre face desquels  agissent deux ressorts distincts, et par des moyens  pour faire varier la pression dudit fluide,

   les  tensions préalables des deux ressorts étant telles  que le piston commandant le premier des susdits  organes commence sa course de travail sous       l'effet    dudit     fluide    sous pression avant que le  deuxième organe de commande commence sa  course.  



  Les     fig.    1 et 3 des dessins ci-annexés mon  trent, à titre d'exemple, la première une forme  d'exécution du dispositif de réglage selon l'in  vention pour la mise en     oeuvre    d'une forme  d'exécution également donnée, à titre d'exemple,  du procédé de réglage selon l'invention, et la  seconde une variante de cette forme d'exécution  du dispositif.  



  La     fig.    2 est un diagramme servant à faciliter  la compréhension du fonctionnement du dispo  sitif de la     fig.    1.  



       L'autogénérateur    à piston libre de l'installa  tion comprenant le dispositif de réglage repré  senté parla     fig.    1 comporte un cylindre moteur 1  et un cylindre compresseur 2. Dans ces cylindres  travaille un piston libre constitué par un élément  moteur 3 et un élément compresseur 4, solidaires  l'un de l'autre. Le cylindre moteur 1, qui tra  vaille selon le cycle Diesel, à deux temps, est  muni d'un injecteur de combustible 5. Dans la  paroi dudit cylindre sont ménagées des ouvertu  res d'admission 6 et d'échappement 7 qui sont  commandées par l'élément moteur 3.

      Le cylindre compresseur 2 comporte des  soupapes d'admission 8 et de refoulement 9, ces  dernières soupapes étant montées dans la cloison  10 qui sépare l'intérieur du cylindre compres  seur 2 d'un carter formant     réservoir    d'air 11 qui  entoure le cylindre moteur 1. L'espace compres  seur est donc constitué par l'espace qui se  trouve entre ladite cloison 10 et la face annulaire  de l'élément compresseur 4, face qui entoure  la prolongation de l'élément moteur 3 par  laquelle cet élément est fixé au piston 4.  



  Il en résulte que l'élément de piston 4 aspire  l'air extérieur à. travers les soupapes d'admis  sion 8 lorsque le piston libre 3-4 accomplit sa  course vers l'extérieur (course d'aller) sous  l'impulsion de la combustion du combustible  injecté dans le cylindre moteur 1, tandis que  la compression de cet air et son refoulement  à travers les soupapes 9 vers l'intérieur du  carter 11 ont lieu lorsque le piston libre 3-4  accomplit sa course vers l'intérieur (course de  retour).  



  Cette course de retour est obtenue à l'aide  de l'énergie qui est emmagasinée dans un accu  mulateur pneumatique d'énergie de retour 12,  constitué par le matelas d'air qui est empri  sonné dans la partie extérieure du cylindre 2,  entre la face extérieure de l'élément de piston 4  et le fond extérieur du cylindre 2.  



  La pompe d'injection 13, qui alimente l'in  jecteur 5, est entraînée par le piston libre 3-4,  à l'aide d'une tige 14 solidaire de l'élément de  piston 4 et qui actionne une tringle 15 qui est  reliée à un levier 16, ce dernier agissant sur un  poussoir 17 qui est solidaire du piston de la  pompe 13. La commande de cette pompe est  telle que l'injection a lieu lorsque l'élément de  piston 3 se trouve au voisinage de la fin de sa  course de retour, c'est-à-dire au voisinage de  son point mort intérieur.  



  Les ouvertures d'échappement 7 du     cylindre-          moteur    1 sont reliées par un conduit 18, à l'en  trée 19 d'une turbine 20, entraînée par les gaz  moteurs fournis par     l'autogénérateur.    Ces gaz  moteurs sont constitués par les gaz de combus  tion incomplètement détendus du cylindre  moteur 1 et par l'excès d'air comprimé provenant  du cylindre compresseur 2 et refoulé dans le      carter 11 à travers les soupapes 9. Cet excès d'air  sert en totalité d'air de balayage du cylindre  moteur 1, de sorte que la totalité des gaz  moteurs rentre dans le conduit 18 par les ouver  tures d'échappement 7 du cylindre moteur 1.

    Toutefois une partie de l'excès d'air comprimé  pourrait être amenée directement du carter 11  par une conduite 21 (représentée en lignes  interrompues dans une chambre de combustion  22, qui est intercalée dans le conduit 18 et  à l'intérieur duquel se trouve un ou plusieurs  brûleurs 23, servant à brûler, dans les gaz  moteurs de     l'autogénérateur,    un complément de  combustible, qui est amené au brûleur 23  à l'aide d'une pompe 24     entrainée    par un  moteur 25.  



  Dans le cas où une partie de l'air est amenée  directement par la conduite 21 à la chambre de  combustion 22, cette dernière est agencée de  façon telle que le combustible complémentaire  soit brûlé dans l'excès d'air amené par la con  duite 21 et que les gaz provenant de cette com  bustion soient mélangés ensuite avec les gaz  venant des ouvertures d'échappement 7 du  cylindre moteur 1.  



  Au lieu de brûler du combustible dans l'air  amené par la conduite 21, on pourrait utiliser  cet air pour refroidir la chambre de combus  tion 22, en faisant passer cet air, avant de le  mélanger avec les gaz sortant de la chambre.  de combustion, à travers une chambre annulaire  entourant la chambre de combustion.  



  Le dispositif de réglage que montre la     fig.    1  comporte un organe de contrôle 26 qui agit  sur une pompe d'injection 13, en provoquant,  par exemple, la rotation du piston de cette  pompe autour de son axe et qui détermine ainsi  la quantité du combustible injecté dans le  cylindre moteur 1 de     l'autogénérateur    pour  chaque oscillation du piston libre de celui-ci.  De plus, ce dispositif de réglage comporte un  robinet 27 qui détermine la quantité du com  bustible complémentaire introduit dans la cham  bre de combustion 22 par les brûleurs 23.  



  Enfin, le dispositif de réglage comporte une  soupape 28, intercalée dans le conduit 18 immé  diatement en amont de l'entrée 19 de la tur  bine 20 et qui, selon ses positions, ou bien    ferme l'accès des gaz moteurs à la turbine, et  ouvre à ces gaz un by-pass 29 qui les amène  directement dans le conduit d'échappement 30  de la turbine 20 en aval de celle-ci, ou bien  ferme ce by-pass de sorte que tous les gaz  moteurs passent dans la turbine 20, ou bien,  dans une position intermédiaire, permet l'échap  pement direct dans l'atmosphère, par le     by-          pass    29, d'une partie des gaz moteurs, tandis  qu'une autre partie de ces gaz sert à alimenter  la turbine 20.  



  Dans le dispositif représenté par la     fig.    1,  la commande des organes de réglage a lieu par  des moyens hydrauliques et en fonction de la  vitesse de la turbine 20. A cet effet, la turbine  entraîne un régulateur 31 qui produit une pres  sion d'huile variable avec la vitesse de la turbine  dans un conduit 32. Le régulateur 31 est agencé  de façon telle que la pression d'huile dans le  conduit 32 est d'autant plus grande que la  vitesse de la turbine est plus réduite. Sur le  conduit 32, sont branchés trois cylindres 33  34-35 dans lesquels travaillent respectivement  les pistons 36-37 et 38 qui se trouvent sous  l'action de ressorts antagonistes désignés respec  tivement par 30-40 et 41. Il sera question plus  tard des caractéristiques de ces ressorts.  



  Le piston 36 est relié par une tringle 42 à un  levier à sonnette 43 qui est relié par une     biel-          lette    44 à l'organe de contrôle 26 de la pompe  à injection 13. Un mouvement ascendant du  piston 36, dans son cylindre 33 a pour effet de  déplacer l'organe 26 dans le sens d'une augmen  tation de la quantité de combustible injectée  dans le cylindre 1.  



  Les mouvements possibles de l'organe de  contrôle 26 sont cependant     limités    par deux  surfaces de came 45 et 46 solidaires du levier 43  et     coagissant    avec une butée 47, dont la position,  par rapport aux surfaces de came 45-46, est  fonction de la pression de marche de     l'auto-          générateur    de l'installation. A cet effet, la butée  47 est commandée par un piston 48 sur lequel  agit, d'un côté, la pression régnant dans le  carter 11, analogue de la pression de marche,  amenée par la conduite 49.

   On pourrait aussi  faire agir sur le piston 48 la moyenne des pres  sions régnant dans le matelas 12 (cette moyenne      des pressions étant fonction de la pression de  marche) à l'aide d'un dispositif connu non  représenté dans le dessin et d'un conduit 50  représenté en lignes interrompues. De son autre  côté, le piston 48 se trouve sous l'action d'un  ressort antagoniste 51.

   Plus la pression de  marche est élevée, plus la butée 47 se soulève  entre les cames 45 et 46, la came 45, par contact  avec la butée 47, détermine, pour chaque pres  sion de débit, la quantité minimum devant être  injectée dans le cylindre moteur afin d'assurer  la course minimum du piston libre 3-4, tandis  que la came 46, par son contact avec la butée 47,  détermine pour chaque pression de débit la  quantité maximum     susceptible    d'être injectée  dans le cylindre moteur 1 de     l'autogénérateur     pour assurer les courses maxima du piston  libre 3-4.  



  Le piston 37 est relié par l'intermédiaire d'une  tringle 52 et d'un levier à sonnette 53 au robi  net 27 qui contrôle la quantité de combustible  complémentaire injectée par les brûleurs 23,  dans les gaz moteurs. Enfin, le piston 38 est  relié par la tige 54, un levier 55, une tringle 56,  un balancier 57, à la tige de la soupape 28.  



  Les tensions préalables que possèdent les  ressorts 39, 40 et 41, lorsque les pistons corres  pondants 36, 37 et 38 se trouvent dans leur posi  tion de repos, sont réglées de façon telle que la  tension du ressort 41 ait la valeur la plus faible,  que celle du ressort 39 ait une valeur supérieure  à celle du ressort 41 mais inférieure à celle du  ressort 40.  



  Il est à noter que la position de repos du  piston 38 est celle pour laquelle la soupape 28  ferme le conduit d'admission 19 de la turbine  et ouvre en grand le by-pass 29. La position de  repos du piston 36 est celle pour laquelle le  levier 43 avec sa came 45 (came min.) et la tige  de réglage 26 ont la position correspondant  à la quantité minimum de combustible injectée.  Enfin, la position de repos du piston 37 est  celle pour laquelle le robinet 27 est complète  ment fermé.  



  On obtient de cette façon un fonctionnement  de l'installation qui correspond au diagramme  de la     fig.    2.    Dans cette figure, les abscisses représentent  les pressions de débit   p   de     l'autogénérateur,     qui correspondent pratiquement aux pressions  d'alimentation de la turbine 20.  



  Les ordonnées correspondent ou bien aux  volumes   V   des gaz moteurs ou bien aux  puissances   P   fournies par la turbine 20.  



  Dans la     fig.    2 la courbe   a   indique, pour  les diverses pressions, les volumes de gaz maxima  susceptibles d'être débités par     l'autogénérateur,          cesdits    maxima correspondant aux courses  maxima du piston libre 3-4 de     l'autogénérateur.     La courbe   b   représente, pour les diverses  pressions, les débits minima (en volume) de       l'autogénérateur,    débits qui correspondent aux  courses minima du piston libre 3-4, ces courses  minima étant déterminées par la nécessité de  découvrir, à la fin de chaque course du piston  libre vers l'extérieur, les ouvertures 6 et 7 du  cylindre moteur 1, pour assurer l'alimentation  et le balayage de celui-ci.  



  La courbe   c   représente les quantités  (en volume) des gaz moteurs qui doivent être  fournis à la turbine 20 pour les diverses pressions  d'alimentation de cette turbine, dont la puis  sance P varie selon la courbe N. Il est à noter  ici que la turbine 20 est une turbine à section  d'admission constante qui nécessite pour des  charges croissantes, non seulement des volumes,  mais également des pressions croissantes des  gaz moteurs.  



  Il ressort de la     fig.    2 que la courbe   c   coupe  la courbe<I>  b  </I> dans le point<I>B</I> et la courbe   a    dans le point A. Il en résulte que pour les faibles  charges de la turbine 20, il existe un excès de  gaz moteurs fournis par     l'autogénérateur    qui  ne peut pas passer à travers la turbine.  



  Pour ces régimes, la pression d'huile de la  conduite 32 permet au ressort 41 d'agir sur la  soupape 28 de façon telle que cette soupape  ouvre le by-pass 29 d'un montant plus ou moins  grand.  



  Lorsque la pression dans la conduite 32  monte avec la charge de la turbine 20, la soupa  pe 28 se soulève de plus en plus pour fermer  complètement le by-pass 29 et ouvrir complète  ment l'admission de la turbine 20 au moment  où la pression       p2      correspondant au point B      est atteinte. Dans cette même période la came 45  (came min.) a été constamment maintenue  en contact avec la butée 47 sous     l'influence    du  ressort antagoniste 39, de sorte que l'injection  du combustible ait pendant toute cette période  sa valeur minimum.  



  Lorsque la pression de débit dépasse la  valeur   p2   et se trouve dans la zone entre les  pressions       p2     , correspondant au point B,  et       p3      correspondant au point A, la pression  dans la conduite 32 maintient fermé le by-pass 29  et règle par son action sur le piston 36 la quan  tité du combustible injecté dans le cylindre  moteur 1 de façon telle que     l'autogénérateur     débite, pour chacune des pressions entre       p2       et       p3     , la quantité des gaz moteurs demandée  par la turbine et indiquée par l'un des points  du tronçon     B-A    de la courbe   c  .  



  Dans cette période, la     puissance    P de l'ins  tallation est réglée exclusivement par le réglage  de la quantité du combustible injecté dans le  cylindre 1 de     l'autogénérateur    et la butée 47 se  trouve dans l'intervalle entre les cames 45 et 46  sans les toucher.  



  Lorsque la pression d'alimentation requise  par la turbine 20 atteint et dépasse la valeur        p3     , la came 46 (came     max.)    est mise en con  tact avec la butée 47 qui détermine, pour les  pressions entre       p3      et       p4     , la quantité de  combustible injecté dans le cylindre moteur de       l'autogénérateur.    Le volume des gaz moteurs  débités par     l'autogénérateur    correspond donc  au tronçon de la courbe   a   qui se trouve  à droite du point A. Ce volume est cependant       insuffisant    pour les besoins de la turbine 20  dont les besoins en volume sont indiqués par  le tronçon de la courbe   c   qui se trouve  au-delà du point A.

   Pour donner aux gaz,  à l'entrée de la turbine 20, le volume nécessaire,  on commence à partir de la pression       p3     ,  à injecter à l'aide des brûleurs 23 une certaine  quantité de combustible complémentaire dans  les gaz moteurs, le robinet 27 ayant été maintenu  fermé par force du ressort 40 pour les pressions  inférieures à       p3     . La quantité du combustible  complémentaire est déterminée par l'action de la  pression dans la conduite 32 sur le piston 37 de  façon telle que le     chauffage,    dû à cette action,    augmente le volume des gaz moteurs jusqu'à ce  que ce volume corresponde à la valeur indiquée  par le tronçon de la courbe   c   qui se trouve  au-delà du point A.  



  Le point   p4   est la pression maximum  d'alimentation de la turbine pour laquelle  celle-ci atteint sa     puissance    maximum.  



  Dans le dispositif représenté par la<B>fi-.</B> 1,  les divers organes de commande travaillent en  fonction de la vitesse de la turbine 20.  



  Dans la variante de ce dispositif, qui est  représentée par la     fig.    3, ces divers organes de  commande sont actionnés par le surveillant de  l'installation qui, à cet     effet,    fait monter ou  descendre, à l'aide d'une pompe qu'il actionne  à la main, la pression qui règne dans la con  duite 32.  



  Dans la     fig.    3 on n'a représenté que les trois  cylindres de commande 33-34-35 branchés sur  la conduite 32, ainsi que les moyens d'injection  du combustible complémentaire et les moyens de  commande de la soupape 28 du by-pass.  



  Les organes de la     fig.    3, qui ont déjà été  représentés dans la     fig.    1, ont été désignés par  les mêmes chiffres de     référence    que dans cette  dernière figure.  



  Pour provoquer la montée ou la descente de  la pression dans la conduite 32, le surveillant  a à sa disposition un volant 58 à l'aide duquel  il entraîne la pompe 59, dont le refoulement est  branché sur la conduite 32.  



  On pourrait évidemment se contenter d'agen  cer le dispositif représenté par la     fig.    3 de la  même façon que celui représenté par la     fig.    1,  exception faite des moyens que produisent les  variations de pression dans la conduite 32.  Cependant, dans     ce    dernier dispositif, on a en  core recours à des moyens qui permettent d'aug  menter rapidement pour certains régimes de  l'installation, notamment pendant la période du  démarrage, la quantité du combustible complé  mentaire brûlé dans les gaz moteurs, un dispo  sitif     limitateur    de ce combustible étant prévu  qui travaille en fonction de la température des  gaz moteurs à l'entrée de la turbine et en fonc  tion de la vitesse de celle-ci.  



  Ces derniers moyens sont particulièrement  utiles lorsque l'installation sert à l'entraînement      de véhicules, notamment de locomotives, où il  faut disposer d'un fort couple au démarrage.  



  Il est à noter ici qu'il est parfaitement possi  ble de brûler dans les gaz moteurs, lors des  périodes de démarrage de l'installation, des  quantités de combustible complémentaire bien  supérieures à celles qu'on peut brûler dans les  gaz moteurs lors du fonctionnement normal de  la turbine. En effet, dans ces périodes, l'instal  lation étant encore froide et les gaz débités par       l'autogénérateur    ayant une température infé  rieure à leur température normale, la température  des gaz à l'entrée de la turbine, même lorsqu'on  brûle dans ceux-ci une quantité supérieure  à celle qui serait admissible lors du fonctionne  ment normal de l'installation, ne dépasse pas  la valeur compatible avec la bonne tenue des  aubes de la turbine.

   De plus, la vitesse de la  turbine étant réduite dans la période de démar  rage, la force centrifuge agissant sur les aubes  de la roue ou des roues de la turbine est, dans  cette période, également réduite, ce qui permet  de soumettre les aubes à des sollicitations plus  grandes que lors des périodes de fonctionnement  normal.  



  Pour toutes ces raisons, le dispositif     limi-          tateur    susmentionné du combustible complé  mentaire qui travaille en fonction de la tempé  rature des gaz moteurs à l'entrée de la turbine  et en fonction de la vitesse de celle-ci, permet  la combustion d'une plus grande quantité de  combustible complémentaire pendant la période  de démarrage que pendant les périodes de  fonctionnement normal, en sorte que l'on  obtient un couple particulièrement important  lors du démarrage.  



  Selon la     fig.    3, le dispositif     limitateur    com  porte un orifice d'échappement, prévu sur le  conduit 60, qui alimente le brûleur 23, cet  orifice d'échappement étant disposé entre le  robinet 27 et ledit brûleur et étant commandé  par une soupape ou une aiguille 61, cette     aiguille     ouvre     l'orifice    d'échappement sous     l'effet    d'un  thermostat 62, disposé dans le conduit des gaz 18,  à l'entrée de la turbine 20 et agissant sur une  tige 63 qui, lorsque la température des gaz atteint  une     certaine    valeur, provoque l'ouverture de  l'aiguille 61 par l'intermédiaire d'un balancier 64.

           L'effet    du thermostat 62 est encore corrigé par  un régulateur de vitesse 65, entraîné par la  turbine 20 et agissant par l'intermédiaire d'un  relais sur la position de l'axe de pivotement  du levier 64. Plus la vitesse de la turbine 20 est  réduite, plus la température des gaz à l'entrée  de la turbine peut être     élevée    avant que le  thermostat 62 ne commence à ouvrir l'orifice  d'échappement du conduit 60.  



  Il est à noter que les dispositifs de réglage  décrits peuvent également être appliqués à des  installations comportant plusieurs     autogénéra-          teurs    alimentant une ou plusieurs turbines. Les  moyens de commande des dispositifs décrits,  au lieu d'être hydrauliques, pourraient être  pneumatiques, électriques ou purement méca  niques.



  Method for adjusting an installation comprising at least one free-piston engine gas autogenerator and device for implementing this method The invention relates to a method for adjusting an installation comprising at least one engine gas autogenerator with free piston and a turbine powered by the gases delivered by this autogenerator,

      process in which the quantity of fuel introduced into the engine cylinder of the autogenerator is regulated. It also relates to a device for the implementation of this process.



  It is known that in an installation comprising a free piston autogenerator supplying a turbine, it is possible for a certain area of the turbine loads, an area which corresponds to a certain range of the turbine supply pressures, to adapt the driving gases discharged by the free piston autogenerator, both as regards their volume and as regards their pressure, at the request of the turbine by simply adjusting the fuel introduced into the driving part of the autogenerator .



  In these known installations, however, the maximum load is limited by the maximum quantity of gases that the autogenerator is capable of delivering at the higher operating pressure, this quantity corresponding to the quantity required by the turbine when working at its maximum load.



  To allow an installation of this type to operate at higher powers, without increasing the dimensions of the autogenerator, it has already been proposed to inject a certain quantity of fuel into the driving gases supplied by an autogenerator, these gases. containing enough oxygen to ensure combustion of this fuel. However, in installations with additional injection of fuel, it has not been possible to keep the receiving turbine's simplicity which is one of the advantages of known installations working without additional introduction of fuel.



  The object of the invention is to remedy this drawback, and, to this end, the adjustment method according to the invention is characterized in that for each operating pressure greater than a pressure for which the maximum volume that the autogenerator is able to deliver at this pressure is equal to the volume that the turbine absorbs at this pressure, we burn in the gases supplied by the autogenerator - the amount of fuel necessary for their volume to increase to the value that the turbine absorbs at this pressure , and by the fact that the quantity of fuel introduced into the engine cylinder of the autogenerator is regulated in such a way as for each of said higher pressures,

   the latter delivers the maximum volume that it is capable of delivering at this pressure.



  The device for implementing this method is characterized by two members, one of which regulates the quantity of fuel introduced into the engine cylinder of the autogenerator and the other the amount of fuel injected into the engine gases, by two separate pistons each controlling one of said members and on one of the faces of which a single and same pressurized fluid acts and on the other face of which two separate springs act, and by means for varying the pressure of said fluid,

   the prior tensions of the two springs being such that the piston controlling the first of the aforesaid members begins its working stroke under the effect of said pressurized fluid before the second control member begins its stroke.



  Figs. 1 and 3 of the accompanying drawings show, by way of example, the first an embodiment of the adjustment device according to the invention for the implementation of an embodiment also given, by way of example, of the adjustment method according to the invention, and the second a variant of this embodiment of the device.



  Fig. 2 is a diagram serving to facilitate understanding of the operation of the device of FIG. 1.



       The installation's free piston autogenerator comprising the adjustment device shown in fig. 1 comprises an engine cylinder 1 and a compressor cylinder 2. In these cylinders works a free piston consisting of a driving element 3 and a compressor element 4, integral with one another. The engine cylinder 1, which works according to the Diesel cycle, two-stroke, is provided with a fuel injector 5. In the wall of said cylinder are formed intake 6 and exhaust 7 openings which are controlled by motor element 3.

      The compressor cylinder 2 comprises intake 8 and delivery 9 valves, the latter valves being mounted in the partition 10 which separates the interior of the compressor cylinder 2 from a casing forming an air reservoir 11 which surrounds the engine cylinder. 1. The compressor space is therefore constituted by the space which is located between said partition 10 and the annular face of the compressor element 4, the face which surrounds the extension of the motor element 3 by which this element is fixed to the. piston 4.



  As a result, the piston element 4 sucks in air from outside. through the intake valves 8 when the free piston 3-4 completes its outward stroke (forward stroke) under the impulse of the combustion of the fuel injected into the engine cylinder 1, while the compression of this air and its discharge through the valves 9 towards the interior of the casing 11 take place when the free piston 3-4 completes its inward stroke (return stroke).



  This return stroke is obtained using the energy which is stored in a pneumatic return energy accumulator 12, formed by the air mattress which is trapped in the outer part of the cylinder 2, between the outer face of piston element 4 and outer bottom of cylinder 2.



  The injection pump 13, which supplies the injector 5, is driven by the free piston 3-4, by means of a rod 14 integral with the piston element 4 and which actuates a rod 15 which is connected to a lever 16, the latter acting on a pusher 17 which is integral with the piston of the pump 13. The control of this pump is such that the injection takes place when the piston element 3 is in the vicinity of the end of its return stroke, that is to say in the vicinity of its internal dead center.



  The exhaust openings 7 of the engine cylinder 1 are connected by a conduit 18 to the input 19 of a turbine 20, driven by the engine gases supplied by the autogenerator. These engine gases are formed by the combustion gases incompletely expanded from the engine cylinder 1 and by the excess compressed air coming from the compressor cylinder 2 and delivered into the crankcase 11 through the valves 9. This excess air is used as all of the purging air from the engine cylinder 1, so that all of the engine gases enter the duct 18 through the exhaust openings 7 of the engine cylinder 1.

    However, part of the excess compressed air could be brought directly from the casing 11 through a pipe 21 (shown in broken lines in a combustion chamber 22, which is interposed in the pipe 18 and inside which is a or several burners 23, serving to burn, in the driving gases of the autogenerator, an additional fuel, which is brought to the burner 23 using a pump 24 driven by a motor 25.



  In the case where part of the air is brought directly through line 21 to the combustion chamber 22, the latter is arranged such that the additional fuel is burned in the excess air supplied by line 21. and that the gases coming from this combustion are then mixed with the gases coming from the exhaust openings 7 of the engine cylinder 1.



  Instead of burning fuel in the air supplied through line 21, this air could be used to cool the combustion chamber 22, by passing this air, before mixing it with the gases leaving the chamber. combustion chamber, through an annular chamber surrounding the combustion chamber.



  The adjustment device shown in fig. 1 comprises a control member 26 which acts on an injection pump 13, by causing, for example, the rotation of the piston of this pump around its axis and which thus determines the quantity of fuel injected into the engine cylinder 1 of the autogenerator for each oscillation of the free piston thereof. In addition, this adjustment device comprises a valve 27 which determines the quantity of the additional fuel introduced into the combustion chamber 22 by the burners 23.



  Finally, the adjustment device comprises a valve 28, interposed in the duct 18 immediately upstream of the inlet 19 of the turbine 20 and which, depending on its positions, either closes the access of the engine gases to the turbine, and opens to these gases a by-pass 29 which brings them directly into the exhaust duct 30 of the turbine 20 downstream thereof, or else closes this by-pass so that all the driving gases pass through the turbine 20, or else, in an intermediate position, allows the direct escape into the atmosphere, through bypass 29, of part of the driving gases, while another part of these gases is used to supply the turbine 20.



  In the device represented by FIG. 1, the control of the regulating members takes place by hydraulic means and as a function of the speed of the turbine 20. For this purpose, the turbine drives a regulator 31 which produces an oil pressure which varies with the speed of the turbine. in a duct 32. The regulator 31 is arranged such that the oil pressure in the duct 32 is all the greater as the speed of the turbine is reduced. On the duct 32, are connected three cylinders 33 34-35 in which work respectively the pistons 36-37 and 38 which are under the action of antagonist springs designated respectively by 30-40 and 41. It will be discussed later on characteristics of these springs.



  The piston 36 is connected by a rod 42 to a bell lever 43 which is connected by a rod 44 to the control member 26 of the injection pump 13. An upward movement of the piston 36, in its cylinder 33 has the effect of moving the member 26 in the direction of an increase in the quantity of fuel injected into the cylinder 1.



  The possible movements of the control member 26 are however limited by two cam surfaces 45 and 46 integral with the lever 43 and coacting with a stop 47, the position of which, relative to the cam surfaces 45-46, is a function of the system autogenerator operating pressure. For this purpose, the stop 47 is controlled by a piston 48 on which acts, on one side, the pressure prevailing in the casing 11, analogous to the operating pressure, supplied by the pipe 49.

   The average of the pressures prevailing in the mattress 12 could also be made to act on the piston 48 (this average of the pressures being a function of the operating pressure) using a known device not shown in the drawing and a conduit 50 shown in broken lines. For its other side, the piston 48 is under the action of an antagonist spring 51.

   The higher the operating pressure, the more the stop 47 rises between the cams 45 and 46, the cam 45, by contact with the stop 47, determines, for each flow pressure, the minimum quantity to be injected into the cylinder engine in order to ensure the minimum stroke of the free piston 3-4, while the cam 46, by its contact with the stop 47, determines for each flow pressure the maximum quantity likely to be injected into the engine cylinder 1 of the autogenerator to ensure the maximum strokes of the free piston 3-4.



  The piston 37 is connected by means of a rod 52 and a bell lever 53 to the valve 27 which controls the quantity of additional fuel injected by the burners 23, into the engine gases. Finally, the piston 38 is connected by the rod 54, a lever 55, a rod 56, a balance 57, to the rod of the valve 28.



  The preliminary tensions which the springs 39, 40 and 41 have, when the corresponding pistons 36, 37 and 38 are in their rest position, are adjusted in such a way that the tension of the spring 41 has the lowest value, that that of spring 39 has a value greater than that of spring 41 but less than that of spring 40.



  It should be noted that the rest position of the piston 38 is that for which the valve 28 closes the inlet duct 19 of the turbine and fully opens the bypass 29. The rest position of the piston 36 is that for which the lever 43 with its cam 45 (min. cam) and the adjustment rod 26 have the position corresponding to the minimum quantity of fuel injected. Finally, the rest position of the piston 37 is that for which the valve 27 is completely closed.



  In this way, an operation of the installation is obtained which corresponds to the diagram of FIG. 2. In this figure, the abscissas represent the flow pressures p of the autogenerator, which correspond practically to the supply pressures of the turbine 20.



  The ordinates correspond either to the volumes V of the driving gases or else to the powers P supplied by the turbine 20.



  In fig. 2 curve a indicates, for the various pressures, the maximum gas volumes capable of being delivered by the autogenerator, said maxima corresponding to the maximum strokes of the free piston 3-4 of the autogenerator. Curve b represents, for the various pressures, the minimum flow rates (in volume) of the autogenerator, flow rates which correspond to the minimum strokes of the free piston 3-4, these minimum strokes being determined by the need to uncover, at the end of each stroke of the free piston towards the outside, the openings 6 and 7 of the engine cylinder 1, to ensure the supply and sweep of the latter.



  Curve c represents the quantities (in volume) of the driving gases which must be supplied to the turbine 20 for the various supply pressures of this turbine, the power P of which varies according to the curve N. It should be noted here that the turbine 20 is a turbine with a constant inlet section which requires, for increasing loads, not only volumes, but also increasing pressures of the driving gases.



  It emerges from FIG. 2 that the curve c intersects the curve <I> b </I> in the point <I> B </I> and the curve a in the point A. It follows that for the low loads of the turbine 20, it there is an excess of driving gas supplied by the autogenerator which cannot pass through the turbine.



  For these speeds, the oil pressure in the line 32 allows the spring 41 to act on the valve 28 in such a way that this valve opens the bypass 29 to a greater or lesser amount.



  As the pressure in the pipe 32 rises with the load from the turbine 20, the valve 28 rises more and more to completely close the bypass 29 and fully open the inlet of the turbine 20 at the moment when the pressure p2 corresponding to point B is reached. During this same period, the cam 45 (min. Cam) was constantly kept in contact with the stopper 47 under the influence of the counter spring 39, so that the fuel injection had its minimum value throughout this period.



  When the flow pressure exceeds the value p2 and is in the zone between the pressures p2, corresponding to point B, and p3 corresponding to point A, the pressure in line 32 keeps bypass 29 closed and regulates by its action on the piston 36 the quantity of fuel injected into the engine cylinder 1 in such a way that the autogenerator delivers, for each of the pressures between p2 and p3, the quantity of engine gases requested by the turbine and indicated by one of the points of the BA section of the curve c.



  During this period, the power P of the installation is regulated exclusively by adjusting the quantity of fuel injected into the cylinder 1 of the autogenerator and the stop 47 is located in the interval between the cams 45 and 46 without them. to touch.



  When the supply pressure required by the turbine 20 reaches and exceeds the value p3, the cam 46 (max cam) is brought into contact with the stop 47 which determines, for the pressures between p3 and p4, the quantity of fuel injected into the engine cylinder of the autogenerator. The volume of the driving gases delivered by the autogenerator therefore corresponds to the section of the curve a which is to the right of point A. This volume is however insufficient for the needs of the turbine 20, the volume needs of which are indicated by the section of the curve c which is beyond point A.

   To give the gases, at the inlet of the turbine 20, the necessary volume, we start from the pressure p3, to inject using the burners 23 a certain quantity of additional fuel into the engine gases, the valve 27 having been kept closed by force of the spring 40 for pressures lower than p3. The quantity of additional fuel is determined by the action of the pressure in the pipe 32 on the piston 37 so that the heating, due to this action, increases the volume of the driving gases until this volume corresponds to the value indicated by the section of curve c which is beyond point A.



  Point p4 is the maximum turbine feed pressure for which it reaches its maximum power.



  In the device represented by <B> fi-. </B> 1, the various control members work as a function of the speed of the turbine 20.



  In the variant of this device, which is represented by FIG. 3, these various control members are actuated by the supervisor of the installation who, for this purpose, raises or descends, using a pump which he actuates by hand, the pressure prevailing in the con pick 32.



  In fig. 3 only the three control cylinders 33-34-35 connected to line 32 have been shown, as well as the means for injecting the additional fuel and the means for controlling the valve 28 of the bypass.



  The organs of fig. 3, which have already been shown in FIG. 1, have been designated by the same reference numerals as in the latter figure.



  To cause the pressure to rise or fall in line 32, the supervisor has at his disposal a flywheel 58 with the aid of which he drives pump 59, the discharge of which is connected to line 32.



  One could obviously be satisfied with arranging the device represented by FIG. 3 in the same way as that represented by FIG. 1, with the exception of the means produced by the pressure variations in the pipe 32. However, in the latter device, we still have recourse to means which make it possible to increase rapidly for certain systems of the installation, in particular during the operation. start-up period, the quantity of additional fuel burnt in the engine gases, a limiting device for this fuel being provided which works as a function of the temperature of the engine gases at the inlet of the turbine and as a function of the speed of this one.



  These latter means are particularly useful when the installation is used for driving vehicles, in particular locomotives, where it is necessary to have a high starting torque.



  It should be noted here that it is perfectly possible to burn in the engine gases, during the periods of start-up of the installation, quantities of additional fuel much greater than those that can be burned in the engine gases during operation. normal turbine. In fact, during these periods, the installation being still cold and the gases delivered by the autogenerator having a temperature lower than their normal temperature, the temperature of the gases at the inlet of the turbine, even when burning in these a quantity greater than that which would be admissible during normal operation of the installation, does not exceed the value compatible with the good behavior of the blades of the turbine.

   In addition, the speed of the turbine being reduced in the starting period, the centrifugal force acting on the blades of the impeller or impellers of the turbine is, in this period, also reduced, which makes it possible to subject the blades to greater stresses than during periods of normal operation.



  For all these reasons, the aforementioned device for limiting the additional fuel, which works as a function of the temperature of the driving gases at the inlet of the turbine and as a function of the speed of the latter, allows the combustion of a greater quantity of additional fuel during the start-up period than during the periods of normal operation, so that a particularly high torque is obtained during the start-up.



  According to fig. 3, the limiting device com carries an exhaust port, provided on the duct 60, which supplies the burner 23, this exhaust port being arranged between the valve 27 and said burner and being controlled by a valve or a needle 61, this needle opens the exhaust port under the effect of a thermostat 62, disposed in the gas duct 18, at the inlet of the turbine 20 and acting on a rod 63 which, when the gas temperature reaches a certain value, causes the opening of the needle 61 by means of a balance 64.

           The effect of the thermostat 62 is further corrected by a speed regulator 65, driven by the turbine 20 and acting via a relay on the position of the pivot axis of the lever 64. The higher the speed of the turbine. 20 is reduced, the higher the temperature of the gases at the inlet of the turbine can be before the thermostat 62 begins to open the exhaust port of the duct 60.



  It should be noted that the adjustment devices described can also be applied to installations comprising several autogenerators supplying one or more turbines. The control means of the devices described, instead of being hydraulic, could be pneumatic, electric or purely mechanical.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS: I. Procédé de réglage d'une installation comportant au moins un autogénérateur de gaz moteurs à piston libre, et une turbine alimentée par les gaz débités par cet autogénérateur, pro cédé dans lequel on règle la quantité de com bustible introduite dans le cylindre moteur de l'autogénérateur, caractérisé par le fait que pour chaque pression de marche supérieure à une pression pour laquelle le volume maximum que l'autogénérateur est capable de débiter à cette pression est égal au volume que la turbine absorbe à cette pression, CLAIMS: I. Method for adjusting an installation comprising at least one gas autogenerator with free piston engines, and a turbine supplied with the gases delivered by this autogenerator, a process in which the quantity of fuel introduced into the cylinder is regulated. motor of the autogenerator, characterized in that for each operating pressure greater than a pressure for which the maximum volume that the autogenerator is able to deliver at this pressure is equal to the volume that the turbine absorbs at this pressure, on brûle dans les gaz fournis par l'autogénérateur la quantité de combustible nécessaire pour que leur volume augmente à la valeur que la turbine absorbe à cette perssion, et par le fait qu'on règle de façon telle la quantité de combustible introduite dans le cylindre moteur de l'autogénérateur que pour chacune desdites pressions supérieures, ce dernier débite le volume maximum qu'il est capable de débiter à cette pression. Il. the gas supplied by the autogenerator is burned in the quantity of fuel necessary for their volume to increase to the value that the turbine absorbs at this time, and by the fact that the quantity of fuel introduced into the cylinder is regulated in such a way motor of the autogenerator that for each of said higher pressures, the latter delivers the maximum volume that it is capable of delivering at this pressure. He. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par deux organes, dont l'un règle la quantité de combustible introduite dans le cylindre moteur de l'autogénérateur et l'autre la quantité de combustible injectée dans les gaz moteurs, par deux pistons distincts commandant chacun l'un desdits organes et sur l'une des faces des quels agit un seul et même fluide sous pression et sur l'autre face desquels agissent deux ressorts distincts, et par les moyens pour faire varier la pression dudit fluide, Device for implementing the method according to Claim 1, characterized by two members, one of which regulates the quantity of fuel introduced into the engine cylinder of the autogenerator and the other the amount of fuel injected into the engine gases, by two distinct pistons each controlling one of said members and on one of the faces of which a single and same pressurized fluid acts and on the other face of which two distinct springs act, and by the means for varying the pressure of said fluid, les tensions préalables des deux ressorts étant telles que le piston commandant le premier des susdits organes commence sa course de travail sous l'effet dudit fluide sous pression avant que le deuxième organe de commande commence sa course. SOUS-REVENDICATION: Dispositif selon la revendication II, carac térisé par le fait qu'il comporte en outre les moyens pour limiter la quantité du combustible injecté dans les gaz débités par l'autogénérateur, ces moyens étant commandés en fonction de la température des gaz à l'entrée de la turbine et en fonction de la vitesse de celle-ci. the prior tensions of the two springs being such that the piston controlling the first of the aforesaid members begins its working stroke under the effect of said pressurized fluid before the second control member begins its stroke. SUB-CLAIM: Device according to Claim II, characterized in that it further comprises means for limiting the quantity of fuel injected into the gases delivered by the autogenerator, these means being controlled as a function of the temperature of the gases. at the inlet of the turbine and as a function of its speed.
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