WO1980002444A1 - Turbine a explosions et distributeurs de gaz - Google Patents

Turbine a explosions et distributeurs de gaz Download PDF

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Meur H Le
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Meur Henri Le
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants

Definitions

  • the invention relates to an explosion turbine provided with a gas distribution system by rotary discs or by sliding drawers.
  • the invention solves the problems by creating an explosion turbine equipped with centrifugal or axial compressors, each phase of the thermodynamic cycle of which is carried out fully with disc or drawer distributors while offering the minimum of gas flow resistance as well as a variation of the speed on demand thanks to an electric motor or electromagnets.
  • the advantages obtained essentially consist in obtaining an independent explosion turbine, the thermodynamic cycle of which is carried out with maximum efficiency with an instantaneous speed variation.
  • the drawings representing only one embodiment include: Figure 1, a longitudinal section of the turbine. Figures 2,3,5 and 6 of the cross sections of the gas distributors along AB of this same turbine. Figure 4 an electrical distributor.
  • the thermodynamic cycle of the explosion turbine is defined in 2 stages 1st teaos: Admission-Compression
  • the compressor (1) sends compressed air into the volute (6), regulated at a pressure determined by the valve (7). This air passes through the orifices of the intake distributor (8) in the combustion chambers (9) 2nd stage: Explosion-Detent-Sweep Explosion:
  • the intake distributor (8) closes, the expansion valve (10) always closed. Fuel injection by the injector (14), ignition of the gas mixture by the spark plugs (15), combustion, rise in temperature and pressure. Relaxation:
  • the expansion valve (10) opens.
  • the intake distributor (8) opens, the expansion valve (10) always open.
  • the fresh air coming from the compressor sweeps the remainder of the burnt gases through the openings of the intake distributor (8) which has just opened.
  • the expansion valve (10) closes, the intake valve (8) continues to supply fresh air to the chamber (9) and the cycle begins again.
  • the electric motor (11) with its speed variations determines the number of explosions thus performing the role of accelerator, it simultaneously controls the ignition and the injection of fuel.
  • the intake (8) and expansion (10) distributors are identical and are placed upstream and downstream of the combustion chambers (9).
  • the intake (8) and expansion (10) distributors are each formed (FIG. 2) of two fixed discs (16) and (17) between which a rotating disc (18) on a central ring moves with gentle friction ( 19).
  • the outer ring (20) assembles the discs (16) and (17).
  • the discs (lô) and (17) have one or more orifices (21) located at the assembly opposite one another.
  • the quantity of these orifices (21) corresponds to the number of combustion chambers (9) of the turbine.
  • the tightness of the intake or expansion orifices (21) on the combustion chamber side is ensured by circular segments (22) floating on circular springs (23) and friction on the rotary disc (18).
  • the segment (22) may have in its middle a groove (24) which would divide it in two.
  • the tightness of the intake and expansion side is ensured by two projections (25) in the form of a circular segment around the disc, which allows the minimum of friction to be obtained.
  • the rotary disc (18) has one or more openings (26) which, once opposite the orifices (21) of the fixed discs (16) and (17) ensure the admission or the expansion of the combustion chambers (9).
  • the rotating discs (18) have teeth (27) on their periphery which mesh with the pinions (13) driven together by the drive shaft (12) and the variable speed electric motor (11).
  • the lights (26) of the rotary discs (18) for intake and expansion are identical, in the assembly they overlap slightly (hatched part) which allows scanning at the end of the cycle.
  • the combustion chambers (9) are supplied one after the other, with two supply lights of two diametrically opposed combustion chambers, with three lights supply in triangle or star, with four in square, this which gives multiple combinations depending on the number of rooms.
  • the rotary discs (18) have sodium in their middle where they are cooled in air by ventilation (28).
  • a source of air from the compressor (1) supplies the interior of the rotating disc (18) across the central ring (19).
  • Internal ribs (29) channel the air by licking the lights (26) to exit on the periphery like a rotary jet.
  • the discs (16) and d7) are cooled with air by means of fins or with water;
  • the discs (18) are lubricated by two oil inlets (30) on the combustion chamber side and by two inlets (30) in the projections (25) on the intake and expansion side.
  • the drive pinions (13)) are oiled by the fallout and evacuation takes place through the orifice (31).
  • the intake (8) and expansion (10) distributors with sliding drawers are the same and formed (FIG. 3) of two identical fixed rectangular plates (32) and (33) each having an orifice (34) located at the assembly opposite and around one of them (the one on the combustion chamber side) is a circular sealing segment (22) floating on a circular spring (23) identical to that of the rotary disc distributors.
  • the sliding drawer (35) has in its center at the place where the explosion occurs as well as on the other face, a cavity (37) equal to the diameter of the orifice (34) on the chamber side and larger by l 'other side to obtain, the minimum friction.
  • the sliding drawer (35) in its reciprocating movement obstructs or releases the orifices (34) for admission and expansion of the chambers (9).
  • the reciprocating movement of these sliding drawers (35) is done by means of a rod (38) controlled by an electromagnet (39) itself controlled by a rotary electrical distributor (40) ( Figure 4).
  • the sliding drawers (35) are lubricated by two oil inlets (41), one on each side over the thickness of the drawer and evacuation through the orifice (42).
  • the sliding drawers (35) can also be controlled by cams (43) (FIG. 5) driven by the motor (11) by means of the axis (44)
  • cams (43) (FIG. 5) driven by the motor (11) by means of the axis (44)
  • the particularity of this cam (43) is, that it has all around its profile a groove (45) in which the pins (46) slide with a roller (47) fixed on the sliding drawers (35).
  • Two sliding drawers (35) are coupled on the same cam ( Figure 6) which allows two combustion chambers (9) to work alternately.
  • the relationship between the cams is made by means of a toothed rubber belt (48).
  • the cam (43) is lubricated by two oil inlets (49), one on each side and the discharge through the orifice (50).
  • the sliding drawers (35) have sodium in their middle and the plates (32) and (33) are cooled with air by means of fins or with water.
  • the turbine object of the invention can be used in cars, aviation, the navy and in industry for the production of electricity.

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Abstract

Turbine a explosions comprenant un compresseur centrifuge ou axial (1) comprimant l'air en travers d'un distributeur d'admission (8) dans une ou plusieurs chambres de combustion (9) fermees par un distributeur de detente (10); a la fermeture du distributeur d'admission (8), injection de carburant, combustion, elevation en temperature et en pression, le distributeur de detente (10) s'ouvre et les gaz se detendent sur les turbines d'entrainement (2) ainsi que sur les turbines motrices (4).

Description

TURBINE A EXPLOSIONS ET DISTRIBUTEURS DE GAZ.
L 'invention concerne une turbine à explosions munie d'un système de distribution des gaz par disques rotatifs ou par tiroirs coulissants.
On connait déjà des turbines à explosions définies dans les brevets
Français N≗ 368855 de Mr HOLZWARTH du 14.08.1906 et le N≗ 727831 de la Société BROïï et BOVERI du 04.12.1931.
Ces turbines possédaient un système de distribution des gaz par des soupapes à tension variable qui ne permettaient pas à la combustion d'atteindre son maximum ni à la détente de se faire complètement.
Alimentées en air comprimé par des sources extérieures, elles en étaient dépendantes.
Le régime de la turbine donné par un moteur électrique dont la vitesse pouvait être réglée, n'était pas variable à la demande.
Ensuite la turbine à explosions fut abandonnée au profit de la turbine à fonctionnement continu. L'état actuel de la technique des systèmes de distribution des gaz est généralement celui des soupapes. Placées dans le passage des gaz elles laminent leur vitesse d'écoulement.
L'invention telle qu'elle est caractérisée, résoud les problèmes en créant une turbine à explosions dotée de compresseurs centrifuges ou axiaux, dont chaque phase du cycle thermodynamique s'effectue pleinement avec les distributeurs à disques ou à tiroirs tout en offrant le minimum de résistance d'écoulement aux gaz ainsi qu'une variation du régime à la demande grâce à un moteur électrique ou à des électros-aimants. Les avantages obtenus consistent essentiellement en ce que l'on obtient une turbine à explosions indépendante, dont le cycle thermodynamique s'effectue avec le maximum d'efficacité avec une variation de régime instantané. Les dessins ne représentant seulement qu'un mode d'exécution comprennent: La figure 1, une coupe longitudinale de la turbine. les figures 2,3,5 et 6 des coupes transversales des distributeurs de gaz suivant AB de cette même turbine. La figure 4 un distributeur électrique. Le cycle thermodynamique de la turbine à explosions se définit en 2 temps 1er teaos : Admission-Compression
Distributeur d'admission (ε) ouvert, de détente (10) fermé. Le compresseur (1) envoie dans la volute (6) de l'air comprimé, régulé à une pression déterminée par la soupape (7). Cet air passe par les orifices du distributeur d'admission (8) dans les chambres de combustion (9) 2e temps : Explosion-Détente-Balayage Explosion :
Le distributeur d'admission (8) se ferme, de détente (10) toujours fermé. Injection de carburant par l'injecteur (14), allumage du mélange gazeux par les bougies (15), combustion, élévation en température et en pression. Détente :
Le distributeur de détente (10) s'ouvre.
Les gaz se détendent par les orifices du distributeur de détente (10) sur la turbine d'entrainement (2) du compresseur (1) et sur la turbine motrice (4) reliée à l'arbre (5) du réducteur. Balayage :
Le distributeur d'admission (8) s'ouvre, de détente (10) toujours ouvert. L'air frais venant du compresseur balaie le restant des gaz brûlés par les orifices du distributeur d'admission (8) qui vient de s'ouvrir. Le distributeur de détente (10) se ferme, le distributeur d'admission (8) continue d'alimenter en air frais la chambre (9) et le cycle recommence. Le moteur électrique (11) avec ses variations de vitesse détermine le nombre d'explosions effectuant ainsi le rôle d'accélérateur, il commande en même temps l'allumage et l'injection de carburant. Les distributeurs d'admission (8) et de détente (10) sont identiques et sont placés en amont et en aval des chambres de combustion (9).
Les distributeurs d'admission (8) et de détente (10) sont chacun formés (figure 2) de deux disques fixes (16) et (17) entre lesquels se meut à frottement doux un disque rotatif (18) sur une bague centrale (19). La bague extérieure (20) assemble les disques (16) et (17). Les disques (lô) et (17) possèdent un ou plusieurs orifices (21) situés à l'assemblage en face les uns des autres.
La quantité de ces orifices (21) correspond au nombre de chambre de combustion (9) de la turbine. L'étanchéité des orifices d'admission, de détente (21) du coté chambre de combustion est assurée par des segments circulaires (22) flottants sur des ressorts circulaires (23) et frottants sur le disque rotatif (18). Pour obtenir plus d'étanchéité le segment (22) peut posséder en son milieu une gorge (24) qui le diviserait en deux.
L'étanchéité du coté de l'admission et de la détente est assurée par deux saillies (25) en forme de segment circulaire autour du disque, ce qui permet d'obtenir le minimum de frottement. Le disque rotatif (18) possède une ou plusieurs lumières (26) qui une fois en face des orifices (21) des disques fixes (16) et (17) assurent l'admission ou la détente des chambres de combustion (9). Les disques rotatifs (18) possèdent des dents (27) sur leur périphérie qui s'engrènent sur les pignons (13) entrainés ensemble par l'arbre de transmission (12) et le moteur électrique à vitesse variable (11). Les lumières (26) des disques rotatifs (18) d'admission et de détente sont identiques, dans le montage elles se chevauchent légèrement(partie hachurée) ce qui permet le balayage en fin de cycle.
Avec une seule lumière (26) les chambres de combustion(9) sont alimentées les unes après les autres, avec deux lumières alimentation de deux chambres de combustion diamétralement opposées, avec trois lumières alimentation en triangle ou en étoile, avec quatre en carré, ce quidonne de multiples combinaisons fonction du nombre de chambres. Pour leur refroidissement, les disques rotatif (18) possèdent en leur milieu du sodium où sont refroidis à l'air par une ventilation (28). Une source d'air venant du compresseur (1) alimente en travers de la bague centrale (19) l'intérieur du disque rotatif (18). Des nervures intérieurs (29) canalisent l'air en léchant les lumières (26) pour sortir sur la périphérie tel un jet rotatif. Les disques (16) et d7)sont refroidis avec de l'air au moyen d'ailettes ou avec de l'eau; Le graissage des disques (l8)se fait par deux arrivées d'huile (30) sur le coté chambre de combustion et par deux arrivées (30) dans les saillies (25) coté admission et détente. Les pignons d'entraînement (13))sont huilés par les retombées et l'évacuation se fait par l'orifice (31). Les distributeurs d'admission (8) et de détente (10) à tiroirs coulissants sont les mêmes et formés (figure 3) de deux plaques rectangulaires fixes identiques (32) et (33) possédant chacune un orifice (34) situé à l'assemblage en face l'un de l'autre et autour de l'un d'entre eux (celui coté chambre de combustion) se trouve un segment d'étanchéité circulaire (22) flottant sur ressort circulaire (23) identique à ceux des distributeurs à disques rotatifs.
Entre ces plaques fixes (32) et (33) se trouve un tiroir coulissant (35) se mouvant alternativement à frottement doux dans une cage (36).
Le tiroir coulissant (35) possède en son centre à l'endroit où se produit l'explosion ainsi que sur l'autre face, une cavité (37) égale au diamètre de l'orifice (34) coté chambre et plus grand de l'autre coté pour obtenir, le minimum de frottement. Le tiroir coulissant (35) dans son mouvement alternatif obstrue ou dégage les orifices (34) d'admission et de détente des chambres (9). Le mouvement alternatif de ces tiroirs coulissants (35) se fait au moyen d'une tige (38) commandée par un électro-aimant (39) lui même asservi par un distributeur électrique rotatif (40) (figure 4). Un bras mobile alimente en courant les électros-aimants ( A1 =admission chambre de combustion 1, D1 = détente chambre 1 , Ex = explosion chambrel etc...). Si on veut alimenter deux ou trois chambres simultanément, il suffit de doubler ou de tripler le bras mobile.
Le graissage des tiroirs coulissants (35) se fait par deux arrivées d'huile (41) une de chaque coté sur l'épaisseur du tiroir et l'évacuation par l'orifice (42). les tiroirs coulissants (35) peuvent également être commandés par des cames (43) (figure 5) entrainés par le moteur (11) au moyen de l'axe(44) La particularité de cette came (43) est, qu'elle possède tout autour de son profil une gorge (45) dans laquelle coulissent les axes (46) avec galet (47) fixés sur les tiroirs coulissants (35).
Deux tiroirs coulissants (35) sont couplés sur la même came (figure 6) ce qui permet de faire travailler alternativement deux chambres de combustion (9). La relation entre les cames se fait au moyen d'une courroie en caoutchouc crantée (48).
Le graissage de la came (43) se fait par deux arrivées d'huile (49),une de chaque coté et l'évacuation par l'orifice (50).
Pour leur refroidissement, les tiroirs coulissants (35) possèdent en leur milieu du sodium et les plaques (32) et (33) sont refroidies avec de l'air au moyen d'ailettes ou avec de l'eau.
La turbine objet de l'invention peut être utilisée en automobile, en aviation, dans la marine et dans l'industrie pour la production d'électricité.

Claims

REVENDICATIONS
Turbine à explosions munie d'un système de distribution des gaz par disques rotatifs ou par tiroirs coulissants constituée par des compresseurs (1) refoulant l'air dans des chambres de combustion (9) en travers d'un distributeur d'admission (8) contrmlé soit par un moteur électrique à vitesse variable (11 ), d' électros-aimants (39) ou des cames (43); après la combustion, les gaz se détendent sur les turbines d 'entrainement (2) et sur les turbines motrices (4) en travers d'un distributeur de détente
(10) identique au distributeur (8). 1- Caractérisé en ce que des compresseurs centrifuges, axiaux ou mixtes (1) axés sur le même arbre que les turbines d'entrainement (2) compriment l'air dans une ou plusieurs chambre de combustion (9) en traversddunn distributeur d' admission (5) placé en amont de ces mêmes chambres(9) auparavant fermées par un distributeur de détente (10) placé en aval; à la fermeture du distributeur d'admission (8), injection de carburant, combustion, élévation en température et en pression, le distributeur de détente (10) s'ouvre et les gaz se détendent sur les turbines d'entrainement (2) ainsi que sur les turbines motrices (4). 2- Caractérisé en ce que les variations des distributeurs (8) et (10) se font ensemble au moyen d'un moteur électrique avec variateur de vitesse
(11) et d'un arbre de transmission (12) ou (44) ou encore avec des. électros-aimants (39) commandés par un distributeur électrique (40).
- Dispositif suivant la revendication 1.
3-Caractérisé en ce que les distributeurs à disques rotatifs (8) et (10) possèdent des disques fixes (16) et ( 17) pourvus d 'un ou de plusieurs orifices ( 21 ) , pour l 'un ses orifices sont entourés de segments d'étanckéité circulaires (22) flottants sur ressorts (23), l'autre possède des saillies (25). Que les disques rotatifs (18) possèdent une ou plusieurs lumières (26), des dents d'entrainement (27) sur leur périphérie, du sodium à l'intérieur ou une ventilation intérieure par jets rotatifs (28)
- Dispositif suivant la revendication 1.
4- Caractérisé en ce que les distributeurs à tiroirs coulissants (8) et (10) possèdent des plaques fixes (32) et (33) pourvus d'un orifice (34), dont l'un est entouré d'un segment détanchéité circulaire (22) flottant sur ressort (23). Que les tiroirs coulissants (35) possèdent deux cavitées (37), at au sodium à l'intérieur. Que les cames (43) possèdent une gorge (45) ou coulissent les axes (46) des tiroirs coulissants (35) faisant travailler alternativement deax chambres de combustion (9).
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