Brevet FR2259261A1 — publié le 19750822

L'invention se rapporte aux dispositifs fonctionnant sur le principe de la trompe à liquide et servant à mettre un gaz en mouvement, soit poule comprimer, soit pour l'évacuer d'une enceinte ; elle concerne plus particulièrement un dispositif du type comprenant un distributeur rotatif pourvu d'une buse ou de préférence de plusieurs buses espacées angulairement, la buse ou chacune des buses aboutissant à un orifice de sortie et délivrant un jet continu de fluide moteur dense en direction des orifices d'entrée, disposés en couronne dans un volume annulaire entourant le distributeur rotatif, d'une pluralité d'ajustages récepteurs fixes.Le ou les jets de fluide moteur entraînés en rotation balaient lesoeifices d'entrée des ajutages récepteurs et pénètrent dans ceux-ci en se fractionnant pour former dans chacun d'eux une succession de pistons fluides séparés par des tranches de gaz aspirées dans le volume annulaire, et celles-ci sont ainsi comprimées par l'énergie cinétique des pistons fluides. Les dispositifs connus du type ci-dessus ont un rendement très médiocre, et le but de la présente invention est de les perfectionner principalement pour permettre d'obtenir des rendements de compression égaux ou même supérieurs à ceux d'un compresseur adiabatique classique entraîné par un moteur. La Demanderesse a découvert, au cours de ses études, que le mauvais rendement des dispositifs connus est Sa essentiellement à ce que chaque piston fluide n'a pas une épaisseur uniforme dans toute l'étendue de la section droite de l'ajutage où il retrouve, mais presente souvent des zones trop minces pour assurer la compression de la tranche de gaz située en avant ; ces zones minces se crèvent facilement, de sorte outil se produit des fuites d'une tranche de gaz à l'autre. Selon l'invention, on élimine cet inconvénient en donnant aux jets une forme aplatie transversalement à la direction de leur mouvement d'entraînement, sur une longueur suffisante (mesurée dans la direction de ce mouvement) pour donner à l'épaisseur minimum des pistons fluides la valeur choisie. A cet effet, la section de sortie de la buse ou de chaque buse d'éjection de jet présente, dans le sens transversal à la direction de son mouvement, une largeur égale ou très légèrement supérieure à celle des orifices d'entrée des ajutages récepteurs, et est limitée par des côtés sensiblement rectilignes s'étendant parallèlement à ladite direction. La longueur de ces côtés sensiblement rectilignes, dans la direction du mouvement, est avantageusement plus grande que celle des orifices d'entrée des ajutages récepteurs, afin d'augmenter l'épaisseur des pistons fluides et par conséquent leur énergie cinétique, qui effectue le travail de compression du gaz. De préférence, les orifices d'entrée des ajutages récepteurs sont jointifs et ont une section sensiblement carrée ou rectangulaire. On évite ainsi qu'une partie non négligeable du ou des jets de fluide moteur ne se répan de à l'extérieur des orifices récepteurs en balayant ceux-ci, et que l'énergie correspondante ne soit perdue. Dans un mode de réalisation, le distributeur rotatif est entraîné par un moteur et forme par conséquent, avec les ajutages récepteurs, un dispositif analogue à une pompe centrifuge qui serait dépourvue de diffuseur, permet- tant ainsi d'utiliser directement pour la compression l'é- nergie cinétique du fluide moteur sortant du rouet de la pompe. Dans un autre mode de réalisation, utilisable quand on dispose d'une chute d'eau, par exemple en montagne ou sous un barrage hydro-électrique, on utilise la dénivellation pour assurer la mise en pression de l'eau. Â cet effet, le distributeur est alimenté par un écoulement d'eau fournie par un réservoir hydraulique et dont la mise en vitesse est effectuée au niveau de la buse ou des buses, qui entraînent en rotation le distributeur ainsi que le ou les jets émis pa! celui-ci. L'entraînement se fait donc au détriment de l'énergie potentielle de l'eau, mais la dégradation d'énergie sera égale aux pertes dans le distributeur, c'est-à-dire relativement faible (de l'ordre de quelques pour cents au maximum).L'axe de rotation du-distributeur est de préférence coaxial à la conduite d'arrivée d'eau. Dans une forme d'exécution, le distributeur est une roue centrifuge émettant des jets dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation. Dans une autre forme d'exécution, c'est un boisseau rotatif émettant des jets dans une direction peu inclinée sur l'axe de rotation Dans tous les modes d'exécution décrits ci-dessus, on peut réaliser une compression pratiquement isotherme en refroidissant le gaz avec du fluide moteur. Gependant, la Demanderesse a constaté que le simple barbotage du gaz dans du fluide moteur amené par un jet traversier est inopérant à ce point de vue. Selon une particularité de l'invention, on pulvérise du fluide moteur dans la région d'admission du gaz aux ajutages récepteurs.Compte tenu de l'amélioration du rendement de la compression par pistons fluides, obtenue grâce aux perfectionnements définis plus haut, on peut ainsi obtenir, par principe même, des rendements d'exploitation supérieurs à ceux des compresseurs mécaniques à plusieurs étages pourvus de refroidisseurs intermédiaires entre étages. Le gaz comprimé sera d'autant plus sec que le fluide moteur utilisé sera à une température plus basse Si ce fluide circule en circuit fermé, ce qui est le cas dans le premier mode de réalisation décrit plus haut, il pourra être avantageux de le refroidir avant de le renvoyer au distributeur rotatif. Dans l'autre mode de réalisation, l'eau circule en circuit ouvert et on peut distraire une partie du débit pour le pulvériser afin de refroidir le gaz. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que des figures faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure I représente un dispositif de compression selon l'invention, vu partiellement en élévation et partiellement en coupe verticale, la figure 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle analogue à la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-IIT de la figure 2, les figures 4 et 5 sont des développements de vues partielles selon les lignes IV-IV et V-V, respective ment de la figure 3, la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 3, la figure 7 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne VII-VII de la figure 3, la figure 8 est une vue en coupe verticale schématigue d'un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 9 est une vue analogue à la figure 8, montrant une variante, la figure 10 est une vue partielle en perspective schématique de la variante de la figure 9. Le dispositif de compression. représenté sur les figures 1 à 3 comprend un distributeur rotatif 1 pourvu d'un arbre vertical 2 supporté par un palier 3 et entraîné en rotation par un moteur 4. Le distributeur 1 tourne dans un carter 5, analogue à un carter de pompe centrifuge, pourvu d'une entrée 6 coaxiale à l'arbre 2 et située à l'opposé de celui-ci, et d'une sortie périphérique 7. Le distributeur I est analogue à un rotor de pompe centrifuge, mais comporte, au lieu de simples aubes, une pluralité de conduits centrifuges 8 débouchant en regard de la sortie périphérique 7 par autant de buses 9. L'entrée 6 du carter est reliée à un réservoir 10 rempli d'eau, de sorte que la rotation du distributeur 1 produit dans les conduits 8, par effet centrifuge, des écoulements d'eau qui sortent par les buses 9 avec une vitesse t en formant des jets 11.Ces jets 11 sont entraînés en rotation à la vitesse LÂJ W étant la vitesse de rotation du distributeur 1 et R son rayon), de sorte que les molécules d'eau sortant de chaque buse 9 sont aninées de la vitesse résultante V ' (voir figure 3). La sortie périphérique 7 débouche dans un volume annulaire 12 qui est limité extérieurement par les orifices d'entrée 13 d'une pluralité d'ajutages récepteurs fixes 14. Les jets 11 balaient les orifices d'entrée 13 et pénètrent dans les ajutages 14 en se fractionnant pour former dans chacun d'eux une succession de pistons fluides 15 séparés par des tranches de gaz 16 aspirées dans le volume annulaire 12. L'axe 17 de chaque ajutage 14 est aligné sur la vi tesse résultante 9 de la portion de jet qui pénètre dans son orifice d'entrée 13, de sorte que les frottements des pistons liauides sont réduits au minimum. Chaque ajutage récepteur 14 débouche coaxialement dans un conduit de compression 18 qui est rectiligne sur la plus grande partie de sa longueur, pénètre dans une bâche torique 19 et se recourbe vers le bas en 18axa l'intérieur de celle-ci afin de déboucher au-dessous du niveau d'une masse d'eau 20 qui y est contenue.La bâche torique 19 communique avec le réservoir 10 par une pluralité de conduits de retour 21, et une pompe 22 permet de puiser de l'eau dans un réservoir principal 23 pour la refouler dans le réservoir 10 au moyen d'une tuyauterie 24. La masse d'eau 20 remplissant la bâche tori- que et le réservoir est maintenue par la pompe 22 à une valeur telle que son niveau atteigne. au repos la base des conduits centrifuges 8. On évite ainsi tout désamorçage de la pompe constituée par le distributeur rotatif 1. Pendant le fonctionnement du dispositif, l'air est aspiré dans le volume 12 et pénètre dans les ajutages 14 en formant les tranches d'air 16 qui sont comprimées par l'énergie cinétique des pistons fluides 15 et qui sont déchargées dans la bâche torique 19 au-dessous du niveau de l'eau 20. L'air comprimé se rassemble en 25 au-dessus de la surface de l'eau 20 et est extrait de la bâche par une tuyauterie 26. Pour obtenir une compression isotherme, on pulvérise de liteau dans le volume 12 au moyen de deux séries de pulvérisateurs 27, 28 alimentés respectivement par deux rampes 29, 30, situées au-dessus et au-dessous de ce volume. Ces rampes sont alimentées en 29a et 30a , par des moyens non représentés, avec de l'eau puisée par exemple dans le réservoir 23.On a représenté en 31 et 32 des masques délimitant le volume 12, mais laissantpasscrlibrement l'air de l'extérieur vers ce volume. Les figures 4 et 5 représentent respectivement les profils des orifices de sortie 9a des buses 9 et des orifices d'entrée 13 des ajutagcs récepteurs 14, et les fi- gurcs 6 et 7 montrent respectivement la section de sortie 9b d'une buse 9 et la section d'entrée 14a d'un ajutage récepteur 14.On peut constater sur ces figures que la section de sortie 9b présente, dans le sens transversal à la direc ation de son mouvement, une largeur 1 tres légèrement supé rieure à la largeur li des orifices d'entrée 13, et est limitée par des côtés 9c, 9d sensiblement rectilignes s'étendant, parallèlement à ladite direction, sur une longueur L plus grande que la longueur L1 des orifices d'entrée 13, donc a fortiori plus grande que la longueur de la section d'entrée 14a des ajutages récepteurs.On voit notamment sur les figures 2 et 5 que les orifices d'entrée 13 des ajutages récepteurs sont jointifs et en forme de rectangles à coins arrondis ; ils fornent une couronne entourée par deux lèvres circulaires profilées 33, 34 qui empechent les jets de rejaillir à l'extérieur des ajutages 14. Comme on le voit su la figure 7, les ajutages 14 ont une section d'entrée 14a en forme de carré à coins arrondis et des parois qui se raccordent progressivement à une section circulaire 14b, de sorte que les conduits de compression 18 ont une section circulaire, ce qui facilite la construction du dispositif. Dans le mode de réalisation représenté, chaque conduit de compression 18 débouche dans la bache annulaire 19 par un clapet anti-retour 35 qui évite tout risque de refoulement en régime transitoire, c'est-à-dire lorsque le distributeur 1 tourne à vitesse réduite, ainsi que pendant l'arrêt de la machine. Ces clapets de refoulement 35 pourraient être omis dans d'autres modes de réalisation. La figure 8, sur laquelle les éléments jouant le même rôle que sur la figure 1 sont désignés par les mêmes références affectées du signe "prime", montre un mode de réalisation dans lequel le distributeur 1' est alimenté et entraîné en rotation par un écoulement d'eau fourni par un réservoir hydraulique non représenté. L'arbre 2' du distributeur est supporté par le palier 3', mais n'est pas entraîné en rotation par un moteur. L'entrée 6' du carter 5' est ici tournée vers le haut, et non pas vers le bas, et est reliée à une conduite en charge 36 alimentée par le réservoir hydraulique non représenté.Le fond de la bâche torique 19' est relié par une pluralité de conduits 21' à une conduite d'évacuation 77 munie d'un robinet de réglage 36a et susceptible d'alimenter par exemple une turbine de puissance utilisant l'énergie résiduelle de l'eau disponible à la même pression que celle de l'air comprimé par le dispositif. On-a représenté en 39 une dérivation de la conduite 36 alimentant les rampes de pulvérisation 29' et 30'. Les buses g t sont semblables aux buses 9 de la figure 3, mais sont davantage inclinées vers l'arrière afin d'entraîner en rotation le distributeur 1' avec une vitesse notable. Un moyen de régulation non représenté (par exemple de type électrodynamique) peut etre utilisé pour ajuster la vitesse de rotation à la valeur voulue.. Les jets émis par ces buses 9' sont entraînées en rotation, comme dans le mode de réalisation des figures précédentes, et les ajutages récepteurs 14' sont convenablement inclinés de façon que leurs axes coïncident avec les vitesses résultantes des portions de jet qui viennent les frapper. Les sections de sortie des buses g r et les sections d'entrée des ajutages récepteurs 1t' sont les mêmes que sur les figures 6 et 7. Les figures 9 et 10 représentent schématiquement une variante dans laquelle les jets de fluide moteur ne sont pas émis dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du distributeur, mais dans des directions peu inclinées sur cet axe de rotation. Le distributeur 39 est monté à rotation autour de l'axe vertical X-X' et supporté par des paliers 40. Ce distributeur 39 est un simple boisseau creux, relié à la conduite en charge 41 par un joint tournant 42 et pourvu à sa partie inférieure de deux buses 43, 44 dont les axes divergent faiblement de l'axe X-X' et sont inclinés vers l'arrière du sens de rotation du boisseau indiqué par la flèche 45.Lorsque la conduite 41 est alimentée en eau sous pression par un réservoir hydraulique non rerésen- té, les buses43, 44 émettent des jets à la vitesse U et, en raison de l'inclinaison de cette vitesse t , le bois- seau 39 est entraîné en rotation, de sorte que les jets sont entraînés à la vitesse lu étant la vitesse de rotation du boisseau et r la distance entre l'axe X-X' et le centre de l'orifice de sortie 46 dc- chacune des buses). Les jets sont donc animés de la vitesse résultante + j et une pluralité d'ajutages récepteurs 47 sont disposés et dirigés, comme dans le cas des figures précédents, de manière à recevoir chacun des portions successives des jets pour former des pistons liquides, chacun de ces ajutages étant coaxial a la vinsse résultante t des portions de jet qu'il reçoit. Chaque ajutage 47 est raccordé à un conduit de compression rectiligne 48 qui débouche dans une bâche torique 49 pourvue d'une sortie d'eau 50 et 'une sortie d'air comprimé 51. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, les figures 9 et 10 sont schématiques. En particulier sur la figure 10, l'échelle du faisceau d'ajutages récepteurs et de la bâche to rique a été exagérée à dessein afin qu'ils soient vus plus clairement ; il doit être bien entendu que les ajutages récepteurs sont disposés de façon que chacun d'eux reçoive des portions successives des jets émis par les buses 43,44 en rotation, comme on l'a dit plus haut. Le fonctionnement est analogue à celui du dispositif de la figure 8. Comme on le voit sur les dessins, l'orifice de sortie 46 de chacune des buses 43 et 44 présen te, dans le sens transversal à la direction..wr t de son mouvement, une largeur très légèrement supérieure à la largeur des orifices d'entrée 52 des ajutages 47 et est limitée par des côtés 46a, 46b sensiblement rectilignes qui s'étendent, parallèlement à cette direction, sur une longueur plus grande que celle a chacun des orifices d'entrée 52. Pour réaliser une compression pratiquement isotherme, on peut prévoir un dispositif de pulvérisation d'eau non représenté, analogue à celui de la figure 8. I1 va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, le perfectionnement décrit, consistant à donner aux jets une forme aplatie transversalement et allongée dans la direction du mouvement d'entraînement, pourrait être appliqué à un dispositif servant à évacuer un gaz d'une enceinte et aurait alors pour effet d'augmenter le rapport de la quantité de gaz évacué à l'énergie dépensée ou de permettre de réaliser dans l'enceinte Im vide plus poussé, en évitant que des tranches de gaz ne retournent des ajutages récepteurs dans l'enceinte en crevant des pistons fluides. REVENDICATIONS 1. Dispositif comprenant un distributeur rotatif buse pourvu d'une/ou de préférence de plusieurs buses espacées angulairement, la buse ou chacune des buses aboutissant à un orifice de sortie et délivrant un jet continu de fluide moteur dense en direction des orifices d'entrée, disposés en couronne dans un volume annulaire entourant le distributeur rotatif, d'une pluralité d'ajutages récepteurs fixes, caractérisé en ce que la section de sortie de la buse ou de chacune des buses présente, dans le sens transversal à la direction de son mouvement, une largeur égale ou très légèrement supérieure à celle des orifices d'entrée des ajutages récepteurs, et est limitée par des côtés sensiblement rectilignes s'étendant parallèlement à ladite direction. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de ces côtés sensiblement rectilignes, dans la direction du mouvement, est plus grande que celle de la section d'entrée des ajutages récepteurs et, de préférence, plus grande que celle des orifices d'entrée desdits ajutages. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices d'entrée des ajutages récepteurs sont jointifs t ont une section sensiblement carrée ou rectangulaire. 4. Dispositif selon une quelconque des revendicatiens 1 à 3, caractérisé en ce que les ajutages récepteurs sont orientés dans la direction de la vitesse résultante du ou des jets au niveau des orifices d'entrée desdits ajutages. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz entrant dans les ajutages récepteurs est refroidi par une pulvérisation de fluide moteur. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ajutages recepteurs débouchent coaxialement dans des conduits de compression sensiblement rectilignes sur la plus grande partie au moins dc leur longueur, qui débouchent eux-memes dans une bêche torique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté risé en ce que le distributeur rotatif est entraîné par un noteur et forme une pompe centrifuge dépourvue de diffuseur et puisant le fluide moteur dans un réservoir alimenté par la bâche torique. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le distributeur est alimenté par un écoulement d'eau fourni par une conduite en charge alimentée par un réservoir hydraulique et de préférence coaxiale audit distributeur, et que la ou les buses sont inclinées afin d'entralner le distributeur en rotation par réaction du ou des jets qu'elles émettent. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le distributeur est une roue centrifuge émet- tant des jets dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le distributeur est un boisseau rotatif émettant des jets dans une direction peu inclinée sur l'axe de rotation.