FR2459371A1 - Dispositif d'hermeticite dynamique, notamment pour moteur stirling - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS D'ETANCHEITE. ELLE A POUR OBJET UN DISPOSITIF ASSURANT L'ETANCHEITE ABSOLUE, OU HERMETICITE, D'UNE CAPACITE CLOSE 2 REMPLIE D'UN GAZ A HAUTE PRESSION ET COMPORTANT UNE TIGE DE SORTIE 4 ANIMEE D'UN MOUVEMENT RECTILIGNE ALTERNATIF. ENTRE LA CAPACITE 2 ET LA TIGE 4 SONT MONTES SUCCESSIVEMENT DEUX JOINTS DYNAMIQUES 5, 6 ET UNE MEMBRANE ROULANTE 7. ENTRE CES DEUX JOINTS, LA TIGE COMPORTE UN EPAULEMENT 8 ET CONSTITUE AVEC DEUX CLAPETS ANTI-RETOUR 12, 13, UNE POMPE QUI ASPIRE LE GAZ DANS L'ESPACE 11 COMPRIS ENTRE LE JOINT D'ETANCHEITE INTERMEDIAIRE 6 ET LA MEMBRANE ROULANTE ET LE REFOULE DANS LA CAPACITE CLOSE 2 EN MAINTENANT, MALGRE LES FUITES DES JOINTS ET CLAPETS, UNE PRESSION RELATIVEMENT FAIBLE SUR LA MEMBRANE ROULANTE. APPLICATION AUX MOTEURS STIRLING.

Description

Le secteur technique de l'invention est celui des dispositifs d'étanchéité

et de réglage de la pression dans des machines.

On rencontre fréquemment, dans les appareils mécani-

ques, des capacités "closes" dans lesquelles on a fait le vide ou que l'on a remplies d'un fluide présentant des différences de pression importantes avec le milieu extérieur. Une telle capacité

peut être constituée de pièces assemblées ou comporter des ouver-

tures fermées par des portes ou des bouchons. Dans l'état actuel

de la technique, on sait obtenir l'herméticité, ou étanchéité abso-

lue, entre ces pièces, statiques les unes par rapport aux autres, grâce à des joints de divers types, et ceci quels que soient

l'écart de pression et la nature du fluide.

Il en va autrement lorsque la capacité comporte une sortie mécanique, c'est-à-dire une ouverture permettant le passage d'une tige, d'un piston ou d'un arbre de transmission animés d'un

mouvement de rotation ou de translation-par rapport à la capacité.

Les joints précédemment indiqués peuvent être utilisés; mais, dans le cas d'un écart de pression supérieur à quelques dizaines de bars ou dans le cas d'un fluide particulièrement peu visqueux, tel qu'un gaz léger, on est amené à exercer un effort de serrage entre

les faces mobiles de la jointure Si élevé que l'on risque un blo-

cage de l'arbre de transmission ou une détérioration rapide du joint. Dans le cas d'un arbre de transmission en rotation, le meilleur compromis est obtenu par une garniture mécanique o les faces mobiles en contact sont dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation avec une pression de contact parfaitement réglée. La fuite d'un fluide telle qu'une huile à une pression pouvant

atteindre une centaine de bars est alors extrêmement réduite.

Mais cette disposition, qui n'est déjà pas hermétique, c'estrà-dire absolument étanche, n'est pas applicable à un arbre ou tige de

transmission en translation.

Dans ce dernier cas, on connatt des solutions assu-

rant l'herméticité sous certaines conditions. Il s'agit de divers

types de membranes imperméables souples constituées par des maté-

riaux métalliques minces ou des élastomères éventuellement armés et ayant la forme d'une surface de révolution; l'un des bords de la surface est monté hermétiquement sur la tige de transmission; l'autre bord de la surface est monté hermétiquement sur

l'ouverture de la capacité. Les mouvements de translation considé-

rés sont évidemment des mouvements alternatifs de course limitée.

Le débattement nécessaire de la membrane et sa tenue à la pression sont obtenus par des ondulations judicieusement disposées sur une forme de base qui peut tre circulaire plane (diaphragme), conique

ou cylindrique (soufflet).

Une autre disposition intéressante bien connue est la

membrane ou "chaussette" roulante dans laquelle la membrane tra-

vaille uniquement en traction en roulant et en s'appuyant alter-

nativement, au cours du mouvement, sur la tige ou sur l'alésage ménagé dans la capacité. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour obtenir un mouvement de course importante avec un

joint d'encombrement réduit.

Cependant, ces diverses solutions hermétiques ne sont utilisables en pratique que pour un écart de pression ne dépassant pas quelques dizaines de bars. En outre, la membrane roulante périt par fatigue au bout d'un nombre relativement réduit de cycles de fonctionnement, ce qui lui donne une durée de vie très limitée s'il s'agit d'un mouvement alternatif de fréquence élevée

avec un grand écart de pression.

Le but de l'invention est d'assurer entre deux pièces mécaniques une herméticité ndynamiqueU, c'est-à-dire lorsqu'il y a mouvement relatif d'une pièce par rapport à l'autre, dans le cas

d'un mouvement de translation alternatif à une fréquence de plu-

sieurs dizaines de cycles par seconde et pour un écart de pression

pouvant atteindre plusieurs centaines de bars. Elle est particu-

lièrement applicable à l'obtention d'une étanchéité absolue envers un gaz dangereux comme l'hydrogène ou onéreux comme l'hélium. Elle trouve une application privilégiée dans le moteur Stirling pour supprimer toute fuite de gaz de travail vers l'extérieur et toute

remontée d'huile, pernicieuse pour les régénérateurs du moteur.

C'est précigteent pour le moteur Stirling qu'une solu-

tion à ce problème a déjà/apportée par un laboratoire hollandais et a fait l'objet de nombreux brevets. Ce laboratoire utilise la membrane roulante décrite ci-dessus, mais appliquée sur coussin liquide; la membrane ne sépare pas le gaz de travail contenu dans

le moteur directement du milieu extérieur gazeux, avec une diffé-

rence de pression qui devrait pouvoir atteindre 50 à 200 bars, mais elle le sépare d'une certaine quantité d'huile avec un écart de pression d'environ seulement 5 bars; ladite quantité d'huile est

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elle-même séparée du milieu extérieur par un joint dynamique clas-

sique tel qu'indiqué ci-dessus, supportant le gros écart de pres-

sion. Des dispositions sont prises pour que le volume offert à l'huile au cours du mouvement alternatif soit constant. Dans ces conditions, une membrane roulante peut, selon ce laboratoire, endurer deux milliards de cycles. En outre, d'autres précautions doivent être prises. Pour compenser les variations de volume d'huile dues aux minimes fuites du joint dynamique, aux variations de température et à l'absorption de gaz par l'huile, il est nécessaire d'utiliser une membrane roulante élastique non armée et il faut installer un régulateur de pression, tel qu'un clapet de réglage, et une petite pompe à huile à haute pression qui peut

9tre le joint dynamique travaillant en 'anneau de pompage".

La présente invention concerne un dispositif nouveau,

par rapport à la membrane roulante sur coussin liquide, qui con-

serve la membrane roulante mais évite l'emploi de l'huile et ses

inconvénients, sans présenter une plus grande complexité.

L'obJet de l'invention est un dispositif d'herméticité dynamique à membrane roulante pour capacité close remplie d'un 2o gaz à haute pression (constante ou cycliquement variable), de laquelle émerge dans le milieu extérieur une tige de sortie animée d'un mouvement de coulissement longitudinal alternatif. Selon l'invention, une efbison, traversée par la tige, est disposée entre la capacité close et la membrane roulante et fait apparattre avec cette dernière une chambre à volume variable, et l cette chambre est reliée à la capacité close par l'intermédiaire d'une pompe actionnée par le mouvement alternatif de la tige et maintenant la pression gazeuse dans la chambre à une valeur très inférieure à celle de la capacité close, mais toujours supérieure à celle du milieu extérieur. Ces dispositions permettent de faire fonctionner

la membrane roulante dans de meilleuls conditions, sous une diffé-

rence de pression réduite et, lorsque la capacité close présente

une température élevée, à une température largement inférieure.

Les contraintes techniques de fabrication de la membrane roulante

sont ainsi atténuées et sa longévité accrue.

Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, le dispositif comprend, disposés successivement le long de la tige à partir de la capacité close vers le milieu extérieur, deux joints dynamiques classiques, tels que des joints toriques, des bagues 4o armées ou non, des joints à fentes, des presse-étoupe, etc, placés entre la tige et l'alésage de traversée de la cloison, puis la membrane roulante, limitant, avec le deuxième joint dynamique, la chambre et assurant l'étanchéité absolue de celle-ci vis-à-vis du milieu extérieur, et la partie de la tige par laquelle celle-ci pénètre dans la capacité close présente une section droite réduite et se raccorde avec la partie émergeant de la cloison vers le milieu extérieur par un épaulement, ce dernier et l'alésage de la cloison formant le piston et le cylindre de ladite pompe, dont l'enceinte intérieure de volume variable, encadrée par les deux joints dynamiques précités, est reliée par un conduit d'aspiration, avec interposition d'au moins un clapet anti-retour, à la chambre et, par un conduit de refoulement, avec interposition d'au moins un clapet anti- retour, à la capacité close. Le dispositif assure

donc la récupération des fuites survenant aux deux joints dynami-

ques et aux clapets anti-retour.

De préférence, dans le conduit de refoulement est inter-

posée une petite capacité auxiliaire débouchant dans la capacité alose à travers un clapet anti-retour s'ouvrant dans le sens du refoulement. D'une manière analogue, on peut interposer dans le conduit d'aspiration une petite capacité auxiliaire reliée à la chambre par l'intermédiaire d'un clapet anti-rebur s'ouvrant dans

le sens de l'aspiration.

Pour maintenir un fonctionnement provisoire du dispositif en cas de déchirure de la membrane roulante, on peut prévoir que

la membrane roulante est séparée du milieu extérieur par une cloi-

son comportant un joint d'étanchéité dynamique abondamment lubri-

fié et précédé d'un joint racleur d'huile, l'accumulation d'huile audessus du joint dynamique étant interdite grâce à un tuyau d'évacuation relié à un séparateur huile/gaz constitué par une

cuve avec flotteur à pointeau.

- On peut réaliser un dispositif multiple formé par l'association de plusieurs dispositifs selon l'invention en vue d'assurer l'herméticité de plusieurs capacités closes réunies dont les tiges de sortie exécutent des mouvements alternatifs déphasés cycliquement les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, les chambres des différents dispositifs communiquent toutes entre elles par des conduits larges et courts, et les pompes sont montées en série, avec interposition de clapets anti-retour et d'au moins une petite capacité tampon si le nombre de dispositifs associés est supérieur à deux, et forment une pompe à plusieurs étages qui assure l'aspiration dans les chambres et le refoulement dans les capacités closes individuelles par l'intermédiaire d'une rampe d'admission reliée à chaque capacité close à travers un clapet anti-retour respectif, la pression minimale au cours d'un cyle de fonctionnement étant ainsi identique pour toutes les capacités closes et par exemple vingt fois supérieure à celle qui règne dans les chambres, au-dessus des membranes roulantes. Les chambres communiquant entre elles peuvent en outre être reliées, à travers un robinet (tel qu'un robinet poussoir à ressort), à une bouteille de gaz à pression moyenne, elle-même reliée, à travers un autre robinet, à une rampe d'échappement débouchant dans chaque capacité close à travers un clapet anti-retour respectif. Le montage est tel que, en mettant par l'un des deux robinets la bouteille de gaz en communication avec les chambres, on réduit la pression dans la bouteille et on augmente la pression dans les chambres et, à travers les pompes, la pression dans les capacités closes, la pression minimale au cours d'un cycle dans les capacités closes restant par exemple vingt fois supérieure à la pression dans les chambres, au-dessus desmembranes roulantes. En mettant par l'autre robinet les capacités closes en communication avec la bouteille de gaz, on réduit la valeur de la pression maximale au cours d'un cycle dans les capacités closes et on augmente la pression dans la bouteille. Un robinet permettant de mettre en communication la rampe d'admission et la rampe d'échappement peut en outre tre prévu, spécialement dans le cas de l'application à un moteur Stirling pour permettre de faire varier le couple fourni par celui-ci.

La description qui va suivre, en regard des dessins

annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien com-

prendre comment la présente invention peut être mise en pratique et comment elle fonctionne tout en faisant ressortir d'autres particularités. La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'herméticité dynamique conforme à l'invention, dans le cas simple comportant une seule capacité close et une seule tige coulissante

à mouvement alternatif.

La figure 2 représente de même un dispositif double, dans une application préférée comportant deux tiges à mouvements

alternatifs opposés.

La figure 3 représente de m8me un dispositif multiple à quatre tiges, à mouvements alternatifs déphasés de 9Q0 les unes par rapport aux autres, ainsi qu'on peut le rencontrer dans un

moteur Stirling.

La figure 4 représente un dispositif conforme au précédent auquel on a ajouté un agencement très simple qui permet de faire varier la puissance d'un moteur Stirling incorporant le dispositif. La figure 5 représente un dispositif complémentaire de secours qui permet de conserver une certaine étanchéité quand

la membrane roulante est déchirée.

Sur la figure 1 on voit, dans le corps 1 du dispositif une capacité close 2, partiellement représentée, contenant un gaz à haute pression dont on veut éviter toute fuite vers le milieu extérieur 5 malgré le coulissement alternatif à fréquence élevée

d'une tige pénétrant dans la capacité 2 à travers une cloison 55.

Pour ce faire et selon une disposition propre à

l'invention, le corps lestéquipé, le long de la tige 4, successi-

vement depuis la capacité close 2 Jusqu'au milieu extérieur 3, d'un joint dynamique classique 5, tel qu'un joint torique, une bague armée ou non, un joint à fente ou un presse-étoupe, d'un

second joint dynamique 6 analogue et d'une membrane roulante 7.

La tige 4 comporte entre les deux joints dynamiques 5, 6 un épaulement 8 séparant une partie 4.1 par laquelle elle pénètre

dans la capacité 2 et une partie 4.2 de plus grand diamètre, soli-

daire d'un piston 9 servant d'organe de guidage et coulissant dans

un alésage 18. Entre la paroi de ce dernier et le piston est dis-

posée la membrane roulante 7 annulaire. On a ainsi constitué entre les deux joints dynamiques 5, 6 une enceinte 10 à volume variable et entre le joint intermédiaire 6 et le piston 9 une

_0 chambre ll à volume variable.

A l'extrémité de l'enceinte 10 située du c8té du joint dynamique 5 de plus petit diamètre coopèrent avec la partie 4.1 de la tige 4 sont ménagés deux orifices équipés chacun d'un clapet anti-retour 12, 13, par exemple à bille et ressort. Les deux clapets fonctionnent en sens inverse de telle sorte que la partie 4.2 de la tige 4 et l'enceinte 10 constituent le piston et le cylindre d'une pompe aspirante (par le clapet 12) et refoulante (par le clapet 13). Le clapet 12 fait communiquer l'enceinte à volume variable 10 avec la chambre à volume variable 11 lorsque la première est en dépression par rapport à la seconde,

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par l'intermédiaire d'une petite capacité 14 et d'un clapet anti-

retour 16 fonctionnant dans le même sens que le clapet 12. Le clapet 13 fait communiquer l'enceinte à volume variable 10 avec la capacité close 2 lorsque la première est en surpression par rapport à la seconde, par l'intermédiaire d'une petite capacité 15 et d'un clapet anti-retour 17 fonctionnant dans le même sens que

le clapet 13.

On voit que le dispositif assure une étanchéité par-

faite, grâce à la membrane roulante 7, entre la capacité 2 et le

milieu extérieur 3.

En fonctionnement, la pression au-dessus de la mem-

brane 7 se trouve maintenue à une valeur beaucoup plus faible que celle qui règne dans la capacité 2, ainsi qu'on va le préciser ci-après. Soit Vll min et Vll max les volumes extrêmes de la chambre à volume variable 11. Les variations de volume au cours du mouvement alternatif de la tige 4 et du piston 9 s'effectuant à fréquence élevée, on peut considérer qu'il n'y a pas d'échanges de chaleur avec le corps 1 du dispositif et que la compression et

la détente du gaz contenu dans cette chambre sont adiabatiques.

Dans ces conditions, le rapport des pressions extrêmes Pll min et Pll max de ce gaz est donné par la relation bien connue: I Pll max Vll min Pll min \Vll max avec &= 1,40 pour l'hydrogène et l'air,

= 1,67 pour l'hélium.

Il en est de même pour le gaz contenu dans l'enceinte à volume variable 10 et l'on a: P10l max I10 min\ P10l min \V10 max] Le fonctionnement des quatre clapets anti-retour 12, 13, 16 et 17 assure que l'on a entre les pressions du gaz contenu

dans les divers enceintes 2, 10, 11, 14 et 15 les relations sui-

vantes:

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P2 min> /P5 Pl5> P1O max PlO min >/ P14 14 >/ Pll max' donc a m K En réglant le rapport entre les deux volumes extrîmes de l'enceinte 10 à une valeur suffisamment grande, on peut obtenir au-dessus de la membrane roulante 7, dans la chambre 11, une pression aussi petite que l'on veut. Il faut s'assurer toutefois que Pll min est au moins égaleà la pression P du milieu extérieur

3 pour que la membrane soit toujours tendue.

Par suite des fuites de gaz minimes mais inévitables qui se produisent aux joints dynamiques 5 et 6 et aux clapets anti-retour 12, 13, 16 et 17, la pression minimale dans la capacité close 2 tend à diminuer et la pression maximale dans la chambre 11

tend à augmenter. Quand leur rapport atteint la valeur K, la rela-

tion encadrée ci-dessus montre qu'elles ne peuvent plus varier.

Dans le dispositif double de la figure 2, les pres-

sions minimales, au cours d'un cycle de fonctionnement, dans les

deux capacités closes 2a et 2b sont supposées égales et les mou-

vements alternatifs des deux tiges 4a et 4b sont supposés opposés.

Dans ces conditions, on peut monter les enceintes lOa, lOb des deux petites pompes en série, comme représenté sur la figure, de manière à réaliser une pompe à deux étages. Les deux chambres lla et llb ont des volumes variant en opposition; en les mettant en communication par un conduit 19, court et de large section pour éviter les pertes de charge, on obtient un volume total constant dans lequel la pression du gaz circulant de l'une à l'autre est constante.

Il est alors possible de supprimer la capacité inter-

médiaire 14 et le clapet intermédiaire 16 de la figure 1. Seule

est prévue une capacité intermédiaire 20 correspondant à la capa-

cité 15 de la figure 1.

Si les volumes extrêmes des deux pompes sont les mêmes, on a, comme indiqué précédemment: PlOa max PlOb max

= - K

l0a min Pl0b min

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Les divers clapets anti-retour sont disposés, comme le montre la figure, de manière à assurer les relations suivantes: P2a min> P20 P2b min> P20 P20> Plob max PlOb min >PlOa max PlOa min Plla = Pllb = Pll Done, PllP2a min et Pll _P2b min

K2 K2

Les fuites tendent à réduire P2a mn ou P2b mi età 2a mK b in augmenter P Dès que l'on a P = P2a / P2b min ' 1 que il = 2a mi / K mi/

les pressions ne varient plus.

Le mode de réalisation et le fonctionnement du dispo-

sitif quadruple de la figure 3 se comprennent tout aussi bien. Les

pressions minimales au cours d'un cyle de fonctionnement sont sup-

posées égales dans les quatre capacités closes 2a, 2b, 2c et 2d.

Les quatre tiges 4a, 4b, 4c, 4d ont des mouvements alternatifs déphasés de 90 les uns par rapport aux autres dans l'ordre a-b-d-c, de telle sorte que les enceintes 10a, lob, lOc et lOd ont des volumes variables déphasés de 90 dans le même ordre. Les

diverses chambres 11 communiquent entre elles par de larges con-

duits 19. Les quatre petites pompes constituées par les enceintes 10 et leurs clapets anti-retour sont montées en série dans l'ordre b-c-d-a et entre les enceintes 10o et 10d, dont les vcàmes ne varient pas en opposition de phase mais décalés de 90 , on interpose une petite capacité 21 qui Joue le même rôle que la capacité 14 de la figure 1. On a une seule capacité 20 reliée en

rampe d'admission aux quatre capacités 2a, 2b, 2o et 2d.

Le fonctionnement des dix clapets du dispositif (voir la figure) permet d'avoir comme précédemment: PlOb min Pll PlOc min> lO0b max P21> Plo0c max Plo0d min P21 PlOa min; P10d max P20> PlOa max _30 P2 Pmin P a20 0 P2a min> P20 P2b minnm P20 P2d min>/20 Si les volumes extrêmes des quatre enceintes 10 sont les mêmes, on a, comme indiqué précédemment:

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PlOb max PlOc max lod max PlOa max

= = = = K.

P p p p lOb min 10c min PlOd min PlOa min Il résulte de ces diverses relations que P 1?2a min, P1 21 min, Pl P11 2 min P p2d min

K K K

Par suite des fuites de gaz minimes mais inévitables

qui se produisent aux divers joints dynamiques et clapets anti-

retour du dispositif, les pressions P2a min' P2b min' P2c min et

P2d min tendent à diminuer et la pression Pll tend à augmenter.

A la limite, on a p P 2a min _ P2b min P2c min _ P2d min.

K4 K4 - K4 K4

Les pressions minimales dans les diverses capacités closes 2 deviennent égales et constantes; la pression dans les diverses chambres ll est constante; toutes les inégalités ci-dessus

deviennent des égalités. -

On peut choisir le rapport K suffisamment grand pour que la pression Pll soit aussi petite que l'on désire. Pour la meilleure endurance des membranes roulantes 7, on prendra de préférence une pression supérieure d'environ 5 à 6 bars à la

pression du milieu extérieur 3.

Un tel dispositif d'herméticité dynamique convient particulièrement bien pour un moteur Stirling avec cylindres à double effet. Les capacités 2a, 2b, 2c et 2d sont les chambres de compression à température basse du moteur Stirling. La capacité est la rampe d'admission du moteur. Les cylindres peuvent être disposés en l{gne, en V, en U ou en barillet. Leur nombre peut etre quelconque, supérieur à trois mais de préférence pair pour réduire le nombre des capacités tampons 21, soit une pour quatre

cylindres et deux pour six cylindres.

Par rapport au dispositif déjà connu et signalé plus

haut qui utilise une membrane roulante, le dispositif selon l'in-

vention présente l'avantage de ne mettre en oeuvre que des compo-

sants usuels tels que les clapets anti-retour et les Joints dynamiques; en outre la membrane roulante y est utilisée dans de meilleuis conditions par application sur un piston de beaucoup plus gros diamètre que la tige du piston Stirling; elle travaille dans une région parfaitement froide du moteur (on a mesuré sur des membranes roulantes une endurance 100 fois plus grande à C qu'à 100C); elle n'est pas nécessairement élastique, car elle ne travaille pas ici sur un coussin liquide et elle peut être armée; elle ne risque pas d'être attaquée par l'huile d'un

coussin liquide.

La pression élevée qui est atteinte dans l'enceinte

iQa du dernier étage de la powpemultiple crée un couple perturba-

teur sur la tige motrice 4a; mais, d'une part son effet est partiel-

lement compensé par celui de la pression dans l'enceinte 10d, d'autre part elle ne joue que sur une très petite surface; son effet n'est pas plus élevé que celui qui résulte du fonctionnement

normal du moteur.

Lorsque l'appareil, tel qu'un moteur Stirling, est

arrêté, les joints dynamiques continuent à fuir et la pression au-

dessus des membranes roulantes 7 s'élève pour atteindre au bout d'un temps très long une valeur égale à celle des capacités closes 2. Cet inconvénient est supprimé avec le dispositif

décrit ci-après.

Le dispositif représenté sur la figure 4 est identi-

que au précédent (figure _), mais comporte une disposition supplé-

mentaire qui utilise la qualité d'herméticité et l'intégration de chaque petite pompe pour permettre le réglage de la pression dans les capacités closes 2. Si l'appareil est un moteur Stirling,

on peut ainsi faire varier sa puissance.

Les diverses capacités closes 2a, 2b, 2c et 2d com-

o portent chacune un deuxième clapet anti-retour de mise en communi-

cation avec une rampe d'échappement 22 commune. Ce clapet a un sens de fonctionnement opposé à celui du premier clapet assurant

la liaison à la rampe d'admission 20. Une telle rampe d'échap-

pement constitue une disposition connue dans les moteurs Stirling pour assurer que la pression maximale dans les divers cylindres

ne devienne pas supérieure à une valeur de réglage donnée.

Une-autre disposition connue est le robinet de "by-pass" 23 qui permet de mettre en communication la rampe à pression maximale 22 avec la rampe à pression minimale 20 par une voie de fuite réglable. On a de cette façon sur les moteurs il

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Stirling en général la possibilité de faire chuter rapidement, quoiqu'avec un mauvais rendement, le couple-moteur ainsi que de

l'annuler ou, dans une certaine mesure, de l'inverser.

Une disposition supplémentaire propre à l'invention consiste en une boutille 24 contenant en principe le mlême gaz que le reste de l'appareil, qui peut être mise en communication par un robinet 25 tel qu'un robinetpoussoir à ressort, à commande manoel)e ou électrique, avec la rampe à pression maximale 22 ou par un

robinet 26 identique avec les chambres 11.

Des valeurs numériques données seulement à titre d'exemple feront bien comprendre comment fonctionne le dispositif

de la figure 4 dans une application à un moteur Stirling.

Avant sa mise en route, le moteur contient un gaz qui peut etre de l'air à la pression atmosphérique, soit 1 bar. La bouteille 24 contient le gaz de travail, hydrogène ou hélium, à

la pression par exemple de 35 bars.

Quand on fait démarrer le moteur, on appuie sur le robinet-poussoir 26. Le gaz passe dans les chambres 11 et, à travers les enceintes lob, lOc, lOd et lOa des pompes, dans les capacités 2a, 2b, 2c et 2d. Si on lâche le robinet-poussoir 26,

une certaine pression Pl s'établit dans les chambres 11.

Si le rapport volumétrique de chaque petite pompe est par exemple égal à 1,54, il s'introduit dans les capacités closes 2a à 2d une quantité de gaz telle que la pression minimale au cours d'un cycle defonctionnement du moteur est, comme il a été vu plus haut, P2 min P2 min P2b min min in = mP P x (1,54) min2a - m2cmn 2d min = l soit, avec l'hélium pour lequel t= 1,67, e in = 17,9 Pli La pression maximale, dépendant des caractéristiques du moteur Stirling considéré, est par exemple: P2 max =P2 max P2b max P2c max P2d max 1,7 P2a min,

soit P2 max = 30,4 Pil.

Si l'on appuie suffisamment longtemps sur le robinet-

poussoir 26, les pressions dans la bouteille 24 et dans les chambres 11 s'égalisent et le débit de gaz s'arrête; soit dans l'exemple considéré Pil P24 = 8,4 bars, pression maximale compatible avec une bonne endurance des membranes roulantes. On a alors dans le moteur: P2 min = 150 bars P2 max = 255 bars

Le moteur atteint ses valeurs maximales de pression et de puissance.

Si maintenant on appuie sur le robinet-poussoir 25, le gaz passe à travers la rampe d'échappement 22 des capacités closes 2a, 2b, 2c, 2d à la bouteille 24. Les pressions maximales et minimales dans les capacités 2 et la pression dans les chambres 11 s'abaissent de telle sorte que l'on a toujours p = 17,9 Pli et, en supposant P2 max/" 2 min constant, 2P min=3,4Pl P2 max =50,s4 Pîî longtemps Si l'on appuie suffisamment/sur le robinet poussoir 25, les pressions dans la bouteille 24 et dans la rampe22 s'égalisent et le débit de gaz s'arrête; soit dans l'exemple considéré 2 max P24 = 33,5 bars

d'o P2 min = 19,7 bars Pli = 1,1 bar.

Le moteur atteint au niveau minimal de pression et de puissance.

La pression au-dessus des membranes roulantes reste légèrement supérieure à la pression atmosphérique de manière à bien les tendre. Si l'on appuie à nouveau sur le robinet-poussoir 26, -on peut faire redescendre la pression P24 dans la bouteille à 8,4 bars et redonner à Pli, P2 min et P2 max leurs valeurs maximales.

D'une manière générale, on peut naturellement tou-

jours, dans les limites indiquées, faire monter les pressions dans le moteuren appuyant sur le robinet 26 et les faire baisser en appuyant sur le robinet 25. A une vitesse de rotation donnée, la puissance du moteur Stirling, sensiblement proportionnelle aux

pressions, peut ainsi être réglée dans un rapport de 1 à 7,6.

Dans le cas de la propulsion d'un sous-marin o la puissance nécessaire varie comme le cube de la vitesse d'avancement ou de la vitesse de rotation du moteur, la puissance peut varier dans un rapport de 1 à 20 et la vitesse dans un rapport de 1 à 2,7. Si l'on veut développer une puissance inférieure à la puissance minimale obtenue par action sur le robinet 25 ou bien si l'on désire arrêter le moteur, on agit sur le robinet de by-pass 23

comme il est indiqué plus haut.

Si l'on veut arrêter le moteur pour une longue durée, il. est préférable d'agir d'abord sur le bouton-poussoir 25 et de recharger ainsi la bouteille 24 à 33,5 bars. Puis on coupe le chauffage du moteur. Dans ces donditions, les diverses fuites internes du moteur auront seulement pour effet de faire monter la pression dans les chambres 11, au-dessus des membranes roulantes, à environ 8 bars, c'est-à-dire à une pression admissible pour les membranes. La disposition supplémentaire propre à l'invention,

représentée sur la figure 5, constitue une sécurité de fonction-

nement dans le cas, qui doit être envisagé, d'une déchirure de l'une des membranes roulantes 7. Il faut en effet éviter que,

dans ce cas, les fuites de gaz à travers les divers joints dyna-

miques non lubrifiés et les clapets anti-retour du dispositif ne

fassent chuter trop rapidement la puissance du moteur.

A cet effet, on monte sous chaque membrane roulante une partie du dispositif d'étanchéité et de guidage connu, appliqué déjà en particulier sur le moteur Stirling. Ce dispositif comporte un joint d'étanchéité dynamique 27 abondamment lubrifié par des projections d'huile sur la tige 4 et serré sur celle-ci par montage avec ressort 28 et surfaces coniques 29, 30 clairement

visibles sur la figure. Ce joint peut centrer et guider parfai-

tement la tige 4. Grâce à sa lubrification, il donne une bonne

étanchéité à l'hélium et à l'hydrogène.

L'huile de lubrification tend à remonter et à 3Q s'accumuler au-dessus du joint d'étanchéité 27. Un joint racleur 31 évite que l'huile remonte le long de la tige et, dans le présent exempleparvienne à travers une déchirure de la membrane roulante 7 et le long des divers circuits, _jusqu'aux régénérateurs du moteur qu'elle risquerait de colmater. Le trop-plein d'huile s'écoule par un orifice et un tuyau 32. Les tuyaux correspondant

aux divers cylindres du moteur aboutissent à un séparateur huile-

gaz constitué par une cuve 33 avec flotteur à pointeau 34. Quand l'huile monte dans le séparateur au-delà d'un certain niveau, la force de flottabilité du flotteur 34 devient supérieure à la force d'appui sur le pointeau due à la pression du gaz et l'huile

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s'écoule dans le carter d'huile sans que le gaz s'échappe.

Par rapport à l'utilisation qui en est faite en Suède, ce dispositif, qui n'est pas parfaitement étanche, n'est utilisé dans le cadre de la présente invention qu'en secours, quand la membrane roulante est déchirée, et non pas en temps normal; en outre, dans cette utilisation en secours, il ne travaille qu'avec un écart de pression d'environ 8 bars, et non pas de l'ordre

de 100 bars, et les fuites de gaz deviennent négligeables.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif d'herméticité dynamique à membrane roulante pour capacité close remplie d'un gaz à haute pression, de laquelle émerge dans le milieu extérieur une tige de sortie animée d'un mouvement de coulissement longitudinal alternatif, caractérisé par le fait qu'une cloison, traversée par la tige, est disposée entre la capacité close et la membrane roulante et fait apparattre avec cette dernière une chambre à volume variable,

et que cette chambre est reliée à la capacité close par l'inter-

médiaire d'une pompe actionnée par le mouvement alternatif de la tige et maintenant la pression gazeuse dans la chambre à une valeur très inférieure à celle de la capacité close, mais toujours

supérieure à celle du milieu extérieur..

2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, disposés successivement le long de la tige à partir de la capacité close vers le milieu extérieur, deux joints dynamiques classique tels que des joints toriques, placés entre la tige et l'alésage de traversée de la cloison, puis la membrane roulante, limitant, avec le deuxième joint dynamique, la chambre et assurant l'étanchéité absolue de celle-ci vis-à-vis du milieu extérieur, et que la partie de la tige par laquelle celle -ci pénètre dans la capacité close présente une section droite réduite et se raccorde avec la partie émergeant de la cloison vers le milieu extérieur par un épaulement, ce dernier et l'alésage de la cloison formant le piston et le cylindre de ladite pompe, dont l'enceinte intérieure de volume variable, encadrée par les deux joints dynamiques précités, est reliée par un conduit d'aspiration, avec interposition d'au moins un clapet anti-retour, à la chambre et, par un conduit de refoulement, avec interposition d'au moins un clapet anti-retour, à la capacité close. -.- Dispositif-selon la revendication 2, caractérisé par le fait que dans le conduit de refoulement est interposée une petite capacité auxiliare débouchant dans la capacité close à

travers un clapet anti-retour.

4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, carac-

térisé par le fait que dans le conduit d'aspiration est interposée

une petite capacité auxiliaire reliée à la chambre par l'intermé-

diaire d'un clapet anti-retour.

5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé par le fait que la membrane roulante est séparée du milieu extérieur par une cloison comportant un joint d'étanchéité dynamique abondamment lubrifié et précédé d'un joint

racleur d'huile, l'accumulation d'huile au-dessus du joint dynami-

que étant interdite grâce à un tuyau d'évacuation relié à un sépa-

rateur huile/gaz constitué par une cuve avec flotteur à pointeau.

6.- Dispositif multiple formé par l'association de

plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1

à 5-en vue d'assurer l'herméticité de plusieurs capacités closes

réunies dont les tiges de sortie exécutent des mouvements alterna-

tifs déphasés cycliquement les uns par rapport aux-autres, carac-

térisé par le fait que les chambres des différents dispositifs communiquent toutes entre elles par des conduits larges et courts, et que les pompes sont montées en série, avec interposition de clapets antiretour et d'au moins une petite capacité tampon si

le nombre de dispositifs associés est supérieur à deux, et assu-

rent l'aspiration dans les chambres et le refoulement dans les capacités closes individuelles par l'intermédiaire d'une rampe d'admission reliée à chaque capacité close à travers un clapet

anti-retour respectif.

7.- Dispositif multiple selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les chambres communiquant entre elles sont reliées, à travers un robinet, à une bouteille de gaz à pression moyenne, elle-même reliée, à travers un autre robinet, à une rampe d'échappement débouchant dans chaque capacité close à

travers un clapet anti-retour respectif.

8.- Dispositif multiple selon la revendcation 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un robinet permettant de

mettre en communication la rampe d'admission et la rampe d'échap-

_0 pement.

9.- Application d'un dispositif d'herméticité dynamique

selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 à un moteur

Stirling.