FR2995937A1 - Ensemble de production d'electricite a moteur a pression de vapeur - Google Patents
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Abstract
On propose selon l'invention un ensemble de production d'électricité, comprenant un moteur à pression de vapeur couplé à un générateur électrique (19), le moteur à pression de vapeur comprenant au moins un ensemble (10) à cylindre (11) et piston (12), un attelage mobile (13) entre le cylindre (11) et un arbre (14) d'entraînement du générateur électrique (19), et un dispositif (15) de distribution comprenant une partie basse (16) de distribution commandée par un mécanisme à cames, et une partie haute (17) de distribution comprenant au moins une soupape et reliée à la partie basse (16) par au moins une tige de commande de soupape, et un système de lubrification (201) à huile, caractérisé en ce que seule la partie basse (16) de distribution est assujettie au système de lubrification (201) à huile.
Description
« Ensemble de production d'électricité à moteur à pression de vapeur » Domaine de l'invention L'invention concerne un ensemble de production d'électricité 5 comprenant un moteur à pression de vapeur couplé à un générateur électrique. Etat de l'art Il existe des ensembles de production d'électricité comprenant un 10 moteur à pression de vapeur couplé à un générateur électrique. Le moteur est couplé au générateur électrique via une transmission. De tels ensembles sont utilisés notamment dans la cogénération eau chaude/électricité pour les bâtiments, une partie de la chaleur produite (par un combustible quelconque) étant utilisée pour produire de la vapeur 15 sous pression et alimenter l'ensemble pour qu'il produise de l'électricité à usage local. Dans de tels ensembles, le moteur comprend un moteur à piston alimenté en gaz sous pression. Le piston du moteur est mobile dans un cylindre et délimite une chambre dotée d'un système d'admission et 20 d'échappement. De tels ensembles nécessitent l'utilisation d'un lubrifiant, tel qu'une huile appropriée. Cependant, dans de tels ensembles, le mélange du lubrifiant et du fluide de travail constitue un problème. En effet, lors du fonctionnement, 25 une partie du lubrifiant peut passer dans le fluide de travail et venir se décomposer sur les parois chaudes de l'évaporateur appartenant à l'ensemble, et le fluide de travail passant dans le lubrifiant vient le diluer et ainsi détériorer ses propriétés. Par ailleurs, l'emploi d'un système de lubrification pour l'attelage 30 mobile telle une lubrification par barbotage ou sous pression par exemple, 1 rend la maintenance d'un tel système compliquée et le changement du piston nécessite la plupart du temps une vidange du carter. Présentation générale de l'invention Un but de l'invention est de fournir un ensemble de production d'électricité, du type comprenant un moteur à pression de vapeur couplé à un générateur électrique, ne présentant pas les inconvénients précités. A cet effet, il est proposé un ensemble de production d'électricité, comprenant un moteur à pression de vapeur couplé à un générateur 10 électrique, le moteur à pression de vapeur comprenant au moins un ensemble à cylindre et piston, un attelage mobile entre le cylindre et un arbre d'entraînement du générateur électrique, et un dispositif de distribution comprenant une partie basse de distribution commandée par un mécanisme à cames, et une partie haute de distribution comprenant au 15 moins une soupape et reliée à la partie basse par au moins une tige de commande de soupape, et un système de lubrification à huile, caractérisé en ce que seule la partie basse de distribution est assujettie au système de lubrification à huile. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 20 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : * l'attelage mobile est prévu dans une chambre sèche définie par une ossature de l'ensemble, et la partie basse de distribution est logée dans une chambre lubrifiée soumise au système de lubrification à huile, 25 adjacente à la chambre sèche, des moyens d'étanchéité annulaires étant prévus entre les deux chambres. * la chambre sèche présente une première fenêtre située dans l'alignement de chaque piston, à travers laquelle celui-ci peut être extrait, et une seconde fenêtre située dans l'alignement de l'arbre d'entraînement 30 du générateur électrique, et à travers laquelle un vilebrequin-balourd de l'attelage mobile peut être extrait. 2 * la chambre sèche contenant l'attelage mobile est munie de moyens de récupération des fuites de vapeur provenant d'une chambre de travail délimitée par le cylindre et le piston. * la partie haute de distribution est prévue dans un module sec rapporté sur une tête de cylindre de façon démontable. * la ou chaque tige de soupape possède une première partie traversant une paroi de la chambre lubrifiée via une garniture d'étanchéité, et une seconde partie reliée à la première partie de façon démontable et commandant la partie haute de distribution sans lubrification. * la chambre sèche et la chambre lubrifiée sont formées dans une ossature unique. On notera que tout au long du présent mémoire, on entend par « chambre sèche » une chambre dépourvue de lubrifiant spécifique, une telle chambre pouvant toutefois contenir en fonctionnement de la vapeur ou autres composés non ajoutés à des fins de lubrification. Brève description des figures D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif. Aux dessins annexés : - la figure la représente un schéma cinématique selon une vue de côté d'un moteur d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure lb représente un schéma cinématique d'un piston et d'une bielle selon une vue de face d'un moteur d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure lc représente un schéma cinématique d'une distribution selon une vue de face d'un moteur d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, 3 - la figure 2 représente une vue éclatée en perspective illustrant le montage d'un attelage mobile d'un moteur d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre le montage d'une partie haute d'une distribution d'un moteur d'un ensemble selon un mode de réalisation de l'invention, Description détaillée Moteur à pression de vapeur En référence aux figures la, lb et lc, on a représenté un moteur à pression de vapeur. Ce moteur est inclus dans un ensemble dans lequel le moteur à vapeur est couplé à un générateur électrique 19 tel qu'un alternateur. Le moteur à pression de vapeur comprend un ensemble 10 à cylindre 11 et piston 12. Le moteur comprend un attelage mobile 13 entre le cylindre 11 et un arbre 14 d'entraînement du générateur électrique. Le moteur comprend en outre un dispositif de distribution 15. Le dispositif de distribution 15 comprend une partie basse 16 de distribution commandée par un mécanisme à cames 163 et 164. Le dispositif de distribution 15 comprend en outre une partie haute 17 de distribution comprenant au moins une soupape, et reliée à la partie basse 16 par au moins une tige de commande. La partie haute 17 peut par exemple comprendre une soupape d'admission 171 reliée à la partie basse 16 par au moins une tige de commande d'admission 161. La partie haute 17 peut par exemple comprendre une soupape d'échappement 172 reliée à la partie basse 16 par au moins une tige de commande d'échappement 162. Le piston 12 entraine l'arbre 14 par l'attelage mobile 13. L'attelage mobile 13 comprend un maneton-balourd 131. Le maneton-balourd 131 forme d'une part avec l'arbre 14 un vilebrequin en rotation autour d'un axe d'entraînement défini par l'arbre 14. D'autre part, le maneton-balourd 131 4 est en liaison pivot avec une bielle 132 au niveau d'une partie formant manivelle du maneton-balourd 131. Une telle transmission par bielle-manivelle est connue de l'homme du métier. L'arbre 14 entraîne également le dispositif de distribution 15 par au moins une came, par exemple une came de commande d'admission 163 et une came de commande d'échappement 164. La came d'admission 163, respectivement came d'échappement 164, est adaptée pour faire pivoter partiellement un linguet d'admission 165, respectivement un linguet d'échappement 166, autour d'un pivot dédié. Le linguet d'admission 165, respectivement linguet d'échappement 166 est apte à venir en contact et en appui avec la tige de commande d'admission 161, respectivement tige de commande d'échappement 162, et sa rotation permet ainsi d'ouvrir et de fermer alternativement la soupape d'admission 171, respectivement la soupape d'échappement 172. Les cames 163 et 164 sont disposées sur l'arbre 14 d'entraînement de telle sorte qu'elles commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes 171 et 172 selon un cycle de fonctionnement du moteur. Un tel cycle de fonctionnement est connu de l'homme du métier et ne sera pas détaillé ici.
Zone lubrifiée et récupération des fuites de vapeur dans la chambre sèche Un système de lubrification 201 à huile d'une zone lubrifiée 185 isolée de l'ensemble est décrite. La partie basse 16 de la distribution 15 est logée dans la chambre lubrifiée 185, adjacente à la chambre sèche 184.
Des moyens d'étanchéité annulaires 21 sont prévus, notamment entre les deux chambres 184 et 185, autour de l'arbre 14. La chambre sèche 184 et la chambre lubrifiée 185 sont par exemple formées dans une ossature unique. Un orifice 20 est pratiqué dans le bas de la chambre sèche pour permettre l'écoulement des condensats de vapeur et leur récupération. 5 Liaison bielle-vilebrequin Montage de l'attelage mobile En référence à la figure 2, le montage de l'attelage mobile 13 est décrit. L'attelage mobile 13 est prévu dans une chambre sèche 184 définie par une ossature de l'ensemble et présentant une première fenêtre 181 située dans l'alignement du piston 12, à travers laquelle celui-ci peut être extrait, et une seconde fenêtre 182 située dans l'alignement de l'arbre 14 d'entraînement du générateur électrique, et à travers laquelle un ensemble vilebrequin-balourd 131 de l'attelage mobile 13 peut être extrait. Une première étape consiste à rentrer l'attelage mobile 13 par les fenêtres 181 et 182 d'un carter 18. Le piston 12 et la bielle 132 sont insérés par la première fenêtre 181 et disposés le long du cylindre 10. La bielle 132 présente un chapeau 1321 au niveau de l'extrémité opposée au piston 12. Ce chapeau 1321 forme un arc et est adapté pour être vissé à la bielle 132, les extrémités de l'arc du chapeau 1321 étant vissées en des extrémités d'une partie de la bielle 132 formant un arc de forme sensiblement identique pour former un orifice circulaire. A cette étape, le chapeau 1321 est dévissé. Le maneton-balourd 131 est ensuite inséré par la première fenêtre 181 le long de l'axe d'entraînement. La liaison entre le maneton-balourd 131 et l'arbre 14 est assurée par une vis de liaison 1312 et une rondelle 1313 disposées au niveau de l'axe d'entraînement, la tête de la vis de liaison 1312 en position étant disposée au niveau d'une face du maneton-balourd 131 faisant face à la première fenêtre 181, et la vis de liaison 1312 traversant le maneton-balourd 131 pour déboucher sur un orifice de l'arbre 14 au niveau duquel elle est vissée. Le maneton-balourd 131 est en outre connecté à l'arbre 14 par des clavettes 1314.
Une deuxième étape consiste à fixer la bielle 132 au maneton- balourd 131. Le chapeau 1321 est placé de telle sorte qu'un roulement 6 11 de la manivelle du maneton-balourd 131 soit disposé au niveau de l'arc la bielle 132. Le chapeau 1321 est ensuite vissé à la bielle 132 pour enserrer le roulement 1311 dans l'orifice circulaire ainsi formé. Le roulement 1311 est par exemple un roulement à billes.
Démontage Des procédés de démontage symétriques des procédés de montage décrits permettent de démonter l'attelage mobile 13.
Ainsi l'attelage mobile 13 est disposé dans une partie non lubrifiée du moteur, dans la chambre sèche 184. En particulier, l'ensemble formant vilebrequin n'est pas lubrifié. Une partie non lubrifiée d'un moteur doit en général faire l'objet d'une fréquence de maintenance plus élevée. La maintenance de l'attelage mobile 13 est ici aisée car la structure du moteur et les procédés décrits permettent le montage et le démontage rapides de l'attelage mobile 13 comme décrit dans ce qui précède. Distribution En référence aux figures 1c et 3, la structure de la distribution 15 est décrite. Les soupapes 171 et 172 sont insérées chacune dans un orifice d'un porte-soupape 173. Hors du porte-soupape 173, les soupapes 171 et 172 sont maintenues par des supports 175 dédiés, en prise avec le porte- soupape 173, par exemple chacun vissé au porte-soupape 173, et s'étendant autour de la section de la soupape correspondante qui s'étend hors du porte-soupape. Un joint 176 de porte-soupape, par exemple sous la forme d'une plaque percée, assure l'étanchéité à la sortie des orifices du porte-soupape 173. La soupape d'admission 171, respectivement d'échappement 172, est connectée mécaniquement à la tige de commande d'admission 161, respectivement d'échappement 162. 7 Ainsi la partie haute 17 de distribution 15 est prévue dans un module sec rapporté sur une tête de cylindre 11 de façon démontable. La tige de commande traversant une paroi de la chambre lubrifiée 185 via une garniture d'étanchéité de tige de commande comprenant un guide, un insert et un joint dédiés est reliée de façon démontable à la partie haute 17 de distribution. Par exemple, la tige de commande d'admission 161, respectivement d'échappement 162, traversant une paroi de la chambre lubrifiée 185 via une garniture d'étanchéité 167 de tige de commande d'admission 161 comprenant un guide, un insert et un joint dédiés, respectivement une garniture d'étanchéité 168 de tige de commande d'échappement 162 comprenant un guide, un insert et un joint dédiés, peut être reliée de façon démontable à la soupape d'admission 171, respectivement 172, commandant ainsi la partie haute 17 de distribution.
Les linguets d'admission 165 et d'échappement 166 et les cames d'admission 163 et d'échappement 164 sont disposés dans la chambre lubrifiée 185 alors que les soupapes d'admission 171 et d'échappement 172 sont disposées hors de la chambre lubrifiée 185. Le porte-soupape 173 et les soupapes 171 et 172 sont à l'air libre et en contact avec la vapeur. Ainsi, seule la partie basse 16 de distribution 15 est assujettie au système de lubrification 201 à huile. La partie basse 16 et la partie haute 17 de la distribution sont séparées de façon étanche. La maintenance de chacune des deux parties peut donc être réalisée indépendamment de l'autre partie.
L'ensemble permet de limiter le mélange du lubrifiant et du fluide de travail du moteur, voire d'empêcher complètement tout risque de mélange du lubrifiant et du fluide de travail en restreignant la zone lubrifiée à la partie basse 16 de la commande de distribution. Les moyens d'étanchéité entre zone non lubrifiée et zone lubrifiée sont ainsi limitées et la maintenance simplifiée, l'attelage mobile 13 et la partie haute 17 de la 8 distribution pouvant être changées rapidement et indépendamment de la partie basse 16 et de la zone lubrifiée. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et représentée, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications. Notamment, même si la forme de réalisation décrite ici s'applique particulièrement à un moteur à pression de vapeur doté d'un cylindre unique, l'invention s'applique également aux autres architectures de moteurs à pression de vapeur telle une architecture de moteur bicylindre en V. 9
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Ensemble de production d'électricité, comprenant un moteur à pression de vapeur couplé à un générateur électrique (19), le moteur à pression de vapeur comprenant au moins un ensemble (10) à cylindre (11) et piston (12), un attelage mobile (13) entre le cylindre (11) et un arbre (14) d'entraînement du générateur électrique (19), et un dispositif (15) de distribution comprenant une partie basse (16) de distribution commandée par un mécanisme à cames (163, 164), et une partie haute (17) de distribution comprenant au moins une soupape (171, 172) et reliée à la partie basse (16) par au moins une tige (161, 162) de commande de soupape, et un système de lubrification (201) à huile, caractérisé en ce que seule la partie basse (16) de distribution est assujettie au système de lubrification (201) à huile.
- 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l'attelage mobile (13) est prévu dans une chambre sèche définie par une ossature de l'ensemble, et la partie basse (16) de distribution est logée dans une chambre lubrifiée (185) soumise au système de lubrification (201) à huile, adjacente à la chambre sèche, des moyens d'étanchéité annulaires (21) étant prévus entre les deux chambres.
- 3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la chambre sèche présente une première fenêtre (181) située dans l'alignement de chaque piston (12), à travers laquelle celui-ci peut être extrait, et une seconde fenêtre (182) située dans l'alignement de l'arbre (14) d'entraînement du générateur électrique (19), et à travers laquelle un vilebrequin-balourd (131) de l'attelage mobile (13) peut être extrait.
- 4. Ensemble selon les revendications 2 ou 3, dans lequel la chambre sèche contenant l'attelage mobile (13) est munie de moyens de 10récupération des fuites de vapeur (20) provenant d'une chambre de travail délimitée par le cylindre et le piston.
- 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie haute (17) de distribution est prévue dans un module sec rapporté sur une tête de cylindre (12) de façon démontable.
- 6. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la ou chaque tige de commande (161, 162) traverse une paroi de la chambre lubrifiée via une garniture d'étanchéité (167, 168), et est reliée de façon démontable à la partie haute (17) de distribution sans lubrification.
- 7. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la chambre sèche et la chambre lubrifiée sont formées dans une ossature 15 unique. 11
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