<Desc/Clms Page number 1>
moteur à vapeur à haute pression
Dans les moteurs a vapeur en général, et plus spécialement dans les moteurs utilisant la vapeur à très haute pression et 1 surchauffe élevée, il importe d'éviter, avec le plus grand soin, les pertes de chaleur & travers les parois de toutes sortes en contact avec la vapeur et les pertes de rendement dues au passage de la vapeur dans des conduits de direction ou de section variables, ainsi qu'à son laminage dans les soupapes d'admission; il importe aussi d'éviter les pertes de rendement qui pourraient être causées par des ouvertures ou des fermetures des soupapes prématurées ou retardées.
De tels moteurs doivent, en principe, fonctionner à grande vitesse pour que les pertes de chaleur, pendant la détente de la vapeur dans le ou les cylindres, soient diminuées; une conséquence de cette vitesse élevée est qu'il s'impose d'équi- librer, dans toute la mesure possible, les moments d'inertie des masses en mouvement et les efforts de flexion et de torsion s'exerçant sur l'arbre de couche du moteur.
La présente invention a pour objet un moteur à
<Desc/Clms Page number 2>
vapeur répondant à ces desiderata. Ce moteur comporte des cylindres multiples disposés de façon . équilibrer les efforts sur l'arbre de couche et les moments d'inertie des masses en mouvement, et sa partioularité essentielle est la suivante : tous les cylindres ou une rangée de cylindres sont montés en parallèle directement sur une boîte à vapeur commune et communiquent avec celle-ci par l'intermédiaire de soupapes de grandes dimensions, commandées positivement et offrant, pour une faible levée, une grande section de passage, de telle sorte que la vapeur se rend de la boite à vapeur ou chambre de distribution aux cylindres avec un minimum de changements de direction et sans laminage
EMI2.1
a.pprécia.b1e.
En réunissant tous les organes de distribution dans la vapeur vive, on supprime une grande partie de la déperdi- tion de chaleur, la seule surface de perte est réduite à oelle de l'arbre commandant la distribution, la boite de distribution pouvant être calorifuges en totalité.
La description qui va suivra, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
Les fig. 1 et 2 représentent respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale partielle, un moteur à vapeur conforme à l'invention.
Les fig. 3 et 4 sont, à plus grande échelle, des coupes partielles longitudinale et horizontale des parties du moteur intéressant plus spécialement la distribution de vapeur.
La fig. 5 est une coupe partielle par la ligne V-V de la fig. 3 .
Dans ces figures, 1 représente l'enveloppe des trois cylindres 2,3 et 4 du moteur, dont les axes sont dans le plan de l'axe (seul représenté) de l'arbre de couche 11 ; ces
<Desc/Clms Page number 3>
cylindres sont pourvus chacun d'une chemise 5 et dans chacun d'eux se meut un piston 6 attaquant, par une bielle 7, une manivelle 8,9 ou 10 de l'arbre 11. Entre l'enveloppe 1 et les chemises 5 sont ménagés des intervalles constituent des chemises de vapeur. L'enveloppe 1 est supportée par un bâti 12 qui n'est représenté qu'en partie et qui porte les paliers de l'arbre de couche 11.
Les manivelles 8,9 et 10 sont disposées, dans l'ensemble représenté, à 1200 les unes des autres afin que les efforts exercés par les pistons sur les manivelles d'une part et les moments d'inertie des masses en mouvement, d'autre part, soient équilibrés.
Chacun des cylindres 2,3 et 4 est à simple effet.
La vapeur y est admise par une soupape 13 constituant le fond du cylindre et l'échappement de vapeur a lieu par des ouvertures 46 ménagées dans les parois cylindriques; ces ouvertures traversent les chemises 5 et une paroi de l'enveloppe 1 et permettent à la vapeur de se rendre dans les chemises de vapeur puis dans un conduit d'échappement commun 44 qui entoure les cylindres et d'où la vapeur sort par une tubulure 45 (fig. 2). Chacune des soupapes 13, comme on vient de le dire, constitue le fond d'un cylindre c'est-a-dire que le diamètre du siège de soupape d'admission est, pratiquement, le diamètre du cylindre.
Comme on le voit sur la figure 5, chaque soupape comprend une rondelle 14, plane ou conique, faite en une matière possédant à la fois la résistance mécanique, la résistance aux températures élevées et l'élasticité nécessaires, et qui est serrée entre un disque 15 et un anneau 16 renforçant la rondelle 14 en ne laissant libre de oelle-oi que la partie en bordure né- oassaire pour s'appuyer de façon convenable et étanche sur le siège de soupape constitué par le bord de la chemise 5.
<Desc/Clms Page number 4>
L'anneau 16 est surmonté d'un cadra 17 dont les faces 18 et 181, perpendiculaires à l'axe du cylindre forment surfaces de friction pour les cames d'admission dont il sera parlé plus loin. Ce cadre 17 porte, sur ses deux cotés parallèles à l'axe du cylindre, des glissières 19 qui coulissent le long de guides 35.
L'anneau 16 et le cadre 17 peuvent constituer deux pièces séparées ou faire corps l'un avec l'autre; l'assembla- ge avec la disque 15 peut se faire de toute façon connue convena- ble pour assurer le serrage de la rondelle 14.
Les soupapes 13 sont disposées dans une chambre d'admission ou boite à vapeur 20 commune aux cylindres 2,3,4 et constitués en partie par l'extrémité supérieure 21 de l'enveloppe 1 et en partie par un couvercle 22 s'appuyant, de façon étanohe, sur.la partie 21. La vapeur vive entre dans cette chambre par une tubulure 41. Entre la partie 21 de l'enveloppe 1 et le couvercle 22 sont prévus des paliers 23 et 24 livrant passage à un arbre de distribution 25 commandé par l'arbre de couche 11 de toute façon connue, par exemple au moyen de pignons d'angle 26 et 27.
Sur l'arbre 25 sont calées, au droit de l'axe de chacun des cylindres, des cames 42 de forme voulue pour que, à chaque tour de l'arbre 25, elles viennent en contact avec les faces de friction 18 et soulèvent le cadre 17 et, par conséquent, la soupape 13, pour laisser pénetrer la vapeur de la chambre d'admission 20 dans les cylindres correspondants pendant l'inter- valle de temps qu'on s'est fixé comme minimum d'admission; puis, elles entrent en contact avec les faces de friction 181 pour fermer les soupapes pendant la détente, l'échappement et tout ou partie de la course de retour du piston.
De part et d'autre de chaque came 42, l'arbre 25 porte deux cames 43 qui sont entrainéea dans le mouvement de
<Desc/Clms Page number 5>
rotation de l'arbre, mais qui peuvent ooulisser sur oet arbre si- multanèment et en sens inverse, de façon à se rapprocher ou à s'éloigner de la came 42. Ces cames 43 sont à profil variable,leur face plane la plus proche de la came 42 correspondant aussi à l'ad- mission minimum, tandis que les faces opposées ont une forme telle qu'elles prolongent l'ouverture d'admission de vapeur, dans le cylindre correspondant, que l'on s'est fixé comme maximum. Entre oes deux faces, le profil est déterminé pour permettre toutes ad- missions progressives.
Chacune des cames 43 est solidaire d'un manchon 28 portant une rainure 29 dans laquelle est logée une tra- verse 30 dont les extrémités 31 portent des éorous engagés sur des pas de vis 32 taillés dans deux tiges 33 parallèles a l'arbre d'admission 25.
Les filetages 32 de chaque tige 33 sont alternative- ment à pas contraires, de façon que, quand on fait tourner les deux tiges 33 simultanément dans le mené sens et à la même vitesse, deux traverses 30 voisines correspondant L un même cylindre se rapprochent ou s'éloignent l'une de l'autre tout en restant paral- lèles et rapprochent ou écartent l'une de l'autre les deux cames 43 correspondantes, en augmentant ou diminuant le degré d'admission dans le cylindre. Une telle action se produit simultanément pour les trois cylindres 2,3,4 .
Les deux tiges 33 pivotent dans des paliers 34 mé- nagés dans des joues 35 solidaires, soit le l'enveloppe 1, soit du couvercle 22, soit de l'un et de l'autre, lesquelles joues sont disposées de manière à former des guides 35 pénétrant dans les glissières 19 des cadres 17. Pour commander la rotation simultanée des deux tiges filetées 33, on a disposé concentriquement à l'arbre 25, et sur celui-ci, une roue dentée 36 portant un manchon 37 qui traverse le palier 24 et qui porte un levier 38 ou un volant fixé sur le manchon par un éorou 39.
La roue dentée 36 est en prise
<Desc/Clms Page number 6>
avea deux pignons dentés 40 calés sur chacune des tiges filetées 33, de sorte qu'il suffit de tourner le levier 38 dans un sens ou dans l'autre autour de l'arbre 25 pour augmenter ou diminuer dans la proportion désirée l'admission de vapeur dans tous les cylindres.
Des modifications peuvent être apportées au dispo- sitif qui vient d'être décrit L titre d'exemple, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Les organes de distribution pourront être connus et réalisés de toute manière convenable compatible avec les particularités essentielles de l'invention; on pourra avantageusement avoir recours à des systèmes de commande de distribution permettant d'utiliser un arbre de distribution ou d'autres organes fonctionnant à une vitesse réduite, inférieure à la vitesse de l'arbre de couche; toute commande des soupapes d'admission réunissant les conditions indiquées plus haut rentre dans la cadre de l'invention. De même, les organes de modifica- tion et de réglage de l'admission pourront être quelconques pourvu qu'ils répondent au but indiqué.
On pourra, en ouùre, prévoir tous moyens de lubrification des organes de distribution situés dans la chambre de vapeur.
Le nombre des cylindres d'une rangée n'est pas nécessairement de trois, il peut être quelconque. De même, le moteur peut comporter plusieurs rangées de cylindres, disposées en opposition, en étoile ou a des angles quelconques.
<Desc / Clms Page number 1>
high pressure steam engine
In steam engines in general, and more especially in engines using steam at very high pressure and high superheating, it is important to avoid, with the greatest care, heat loss through walls of all kinds. contact with steam and performance losses due to the passage of steam in ducts of variable direction or section, as well as its rolling in the inlet valves; it is also important to avoid performance losses that could be caused by premature or delayed valve opening or closing.
Such engines must, in principle, operate at high speed so that the heat losses, during the expansion of the steam in the cylinder or cylinders, are reduced; a consequence of this high speed is that it is necessary to balance, as far as possible, the moments of inertia of the moving masses and the bending and torsional forces exerted on the shaft. engine layer.
The present invention relates to a motor with
<Desc / Clms Page number 2>
steam meeting these desiderata. This engine has multiple cylinders arranged so. to balance the forces on the layer shaft and the moments of inertia of the moving masses, and its essential partiality is as follows: all the cylinders or a row of cylinders are mounted in parallel directly on a common steam box and communicate with this by means of large-dimension valves, positively controlled and offering, for low lift, a large passage section, so that the steam goes from the steam box or distribution chamber to the cylinders with a minimal changes of direction and no rolling
EMI2.1
a.appreciated.b1e.
By bringing together all the distribution members in live steam, a large part of the heat loss is eliminated, the only area of loss is reduced to that of the shaft controlling the distribution, the distribution box being able to be heat insulated in totality.
The description which will follow, with reference to the accompanying drawings, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Figs. 1 and 2 show respectively in longitudinal section and in partial cross section, a steam engine according to the invention.
Figs. 3 and 4 are, on a larger scale, partial longitudinal and horizontal sections of the parts of the engine particularly interesting for the distribution of steam.
Fig. 5 is a partial section through the line V-V of FIG. 3.
In these figures, 1 represents the envelope of the three cylinders 2, 3 and 4 of the engine, the axes of which are in the plane of the axis (only shown) of the layer shaft 11; these
<Desc / Clms Page number 3>
cylinders are each provided with a jacket 5 and in each of them moves a piston 6 attacking, by a connecting rod 7, a crank 8, 9 or 10 of the shaft 11. Between the casing 1 and the liners 5 are provided intervals constitute vapor jackets. The casing 1 is supported by a frame 12 which is only partially shown and which carries the bearings of the layer shaft 11.
The cranks 8, 9 and 10 are arranged, in the assembly shown, at 1200 from each other so that the forces exerted by the pistons on the cranks on the one hand and the moments of inertia of the moving masses, on the one hand. on the other hand, are balanced.
Each of the cylinders 2, 3 and 4 is single-acting.
The steam is admitted there by a valve 13 constituting the bottom of the cylinder and the escape of steam takes place through openings 46 formed in the cylindrical walls; these openings pass through the liners 5 and a wall of the casing 1 and allow the steam to pass into the steam jackets and then into a common exhaust duct 44 which surrounds the cylinders and from which the steam exits through a tube 45 (fig. 2). Each of the valves 13, as we have just said, constitutes the bottom of a cylinder, that is to say that the diameter of the intake valve seat is, in practice, the diameter of the cylinder.
As seen in Figure 5, each valve comprises a washer 14, planar or conical, made of a material having both the necessary mechanical strength, high temperature resistance and elasticity, and which is clamped between a disc. 15 and a ring 16 reinforcing the washer 14, leaving only the part on the neoassary edge free from oelle-oi to rest in a suitable and sealed manner on the valve seat formed by the edge of the sleeve 5.
<Desc / Clms Page number 4>
The ring 16 is surmounted by a frame 17 whose faces 18 and 181, perpendicular to the axis of the cylinder, form friction surfaces for the intake cams which will be discussed below. This frame 17 carries, on its two sides parallel to the axis of the cylinder, guides 19 which slide along guides 35.
The ring 16 and the frame 17 can constitute two separate parts or form one with the other; the assembly with the disc 15 can be made in any known manner suitable for ensuring the tightening of the washer 14.
The valves 13 are arranged in an intake chamber or steam box 20 common to the cylinders 2, 3, 4 and formed in part by the upper end 21 of the casing 1 and in part by a cover 22 supported, etanohe, sur.la part 21. The live steam enters this chamber through a pipe 41. Between the part 21 of the casing 1 and the cover 22 are provided bearings 23 and 24 providing passage to a distribution shaft 25 controlled by the layer shaft 11 in any known manner, for example by means of angle gears 26 and 27.
On the shaft 25 are wedged, in line with the axis of each of the cylinders, cams 42 of the desired shape so that, at each revolution of the shaft 25, they come into contact with the friction faces 18 and raise the frame 17 and, consequently, valve 13, to allow the vapor of the inlet chamber 20 to penetrate into the corresponding cylinders during the time interval which has been set as the inlet minimum; then, they come into contact with the friction faces 181 to close the valves during the expansion, the exhaust and all or part of the return stroke of the piston.
On either side of each cam 42, the shaft 25 carries two cams 43 which are driven in the movement of
<Desc / Clms Page number 5>
rotation of the shaft, but which can slide on this and shaft simultaneously and in the opposite direction, so as to move towards or away from the cam 42. These cams 43 have a variable profile, their closest flat face of the cam 42 also corresponding to the minimum inlet, while the opposite faces have a shape such that they extend the steam inlet opening, in the corresponding cylinder, which is fixed as maximum. Between these two faces, the profile is determined to allow all progressive admissions.
Each of the cams 43 is integral with a sleeve 28 carrying a groove 29 in which is housed a cross member 30, the ends 31 of which bear eyes engaged on threads 32 cut in two rods 33 parallel to the shaft. admission 25.
The threads 32 of each rod 33 are alternately with opposite pitches, so that, when the two rods 33 are rotated simultaneously in the driven direction and at the same speed, two neighboring cross members 30 corresponding to the same cylinder approach or move away from each other while remaining parallel and move the two corresponding cams 43 closer to or apart from one another, increasing or decreasing the degree of admission into the cylinder. Such an action occurs simultaneously for the three cylinders 2,3,4.
The two rods 33 pivot in bearings 34 formed in cheeks 35 integral with either the casing 1, or the cover 22, or both, which cheeks are arranged so as to form guides 35 penetrating into the slides 19 of the frames 17. To control the simultaneous rotation of the two threaded rods 33, there is arranged concentrically to the shaft 25, and on the latter, a toothed wheel 36 carrying a sleeve 37 which passes through the bearing 24 and which carries a lever 38 or a steering wheel fixed to the sleeve by a éorou 39.
The toothed wheel 36 is engaged
<Desc / Clms Page number 6>
with two toothed pinions 40 wedged on each of the threaded rods 33, so that it suffices to turn the lever 38 in one direction or the other around the shaft 25 to increase or decrease in the desired proportion the intake of steam in all cylinders.
Modifications can be made to the device which has just been described by way of example, without departing from the scope of the invention. The distribution members may be known and produced in any suitable manner compatible with the essential features of the invention; use may advantageously be made of distribution control systems making it possible to use a distribution shaft or other members operating at a reduced speed, lower than the speed of the layer shaft; any control of the intake valves meeting the conditions indicated above comes within the scope of the invention. Likewise, the elements for modifying and adjusting the admission may be of any type, provided they meet the stated purpose.
We can, in ouùre, provide any means of lubricating the distribution members located in the steam chamber.
The number of cylinders in a row is not necessarily three, it can be any. Likewise, the engine may have several rows of cylinders, arranged in opposition, in a star or at any angles.