Brevet FR2500057A1 — publié le 19820820

La présente invention se rapporte à un moteur Diesel qui, équipé de dispositifs de protection anti-grisou et équipant des locomotives pour trajets souterrains et des locomotives de chemins de fer suspendus monorails ainsi que des véhicules sans rail, est protégé par des groupes de pla- ques incorporés dans le conduit d'aspiration d'air et dans le conduit d'échappement, la température de sortie des gaz d'échappement étant maintenue à environ 701C par un disposi- tif de refroidissement. Les moteurs Diesel utilisés pour les exploitations minières souterraines et la construction de tunnels sent réalisés avec une réserve suffisante leur permettant d'assu- rer n'importe quelle traction nécessaire. Ils sont alors uti- lisés aussi bien dans des locomotives roulant sur des réseaux ferrés que dans des locomotives de chemins de fer suspendus monorails. En outre, de tels moteurs Diesel sont utilisés dans des véhicules sans rail qui sont employés de plus en plus aux fins les plus diverses dans les activités industrielles sou- terraines. En règle générale, ces moteurs Diesel sont équipés d'un circuit fermé de refroidissement par eau, l'eau de re- froidissement étant à son tour refroidie dans un radiateur particulier réalisé en conséquence. Des groupes de plaques protectrices sont montés dans le conduit d'air d'aspiration ainsi que dans ou derrière le conduit d'échappement pour assu- rer la protection contre des flammes jaillissantes.L'écar- tement entre les plaques individuelles est d'environ 0,8 mm, ce qui permet d'éviter une obstruction prématurée des inter- valles entre ces plaques. Dans les moteurs Diesel connus, les gaz d'échappement sont tout d'abord refroidis par injec- tion dans le raccord coudé derrière le tube d'échappement, puis ils traversent un bain d'eau. C'est là qu'ont lieu le refroidissement et simultanément, au moins au stade initial, une élimination des résidus d'huile lubrifiante et de car- burant. La température de sortie des gaz d'échappement est de 701C à la sortie des plaques situées côté échappement et après avoir parcouru un dispositif de dilution des gaz d'échappement. Pour assurer cette dilution, les gaz d'échappement sont dirigés dans le courant d'air du ventila- teur alimentant le refroidisseur du moteur, de telle sorte que lesdits gaz se mélangent avec cet air. Les moteurs Diesel connus présentent précisément l'inconvénient de ce refroidissement "humide" des gaz d'échap- pement décrit ci-dessus. Ce refroidissement particulier impli- que non seulement une consommation d'eau permanente, mais simultanément un encrassement considérable de tout le système, notamment des organes situés à pro:dimité du bain d'eau, et derrière ce dernier, tels que lres plaques protectrices. Etant donné que le bain d'eau est ouvert, il en résulte en outre un encrassement des trajets parcourus par les locomo- tives ou des véhicules sans rail, ce qui constitue un danger supplémentaire non négligeable pour le personnel. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer des moteurs Diesel équipés d'un dispositif de protection anti-grisou et d'un système de refroidissement "sec" des gaz d'échappement, ce qui permet de maintenir les températures des gaz d'échappement et les valeurs de composi- tion de ces derniers, faisant notamment l'objet de prescrip- tions dans les exploitations de houille. Selon les caractéristiques essentielles du moteur Diesel de l'invention, un échangeur thermique des gaz d'échappement, intercalé entre le tube d'échappement refroidi et le groupe de plaques protectrices situé côté entrée, est alimenté en fluide de refroidissement, en même temps que ledit tube d'échappement, par le dispositif de refroidissement du moteur. Cet agencement permet d'obtenir-un refroidissement des gaz d'échappement qui peut être incorporé dans le moteur, étant donné qu'il n'est plus nécessaire de satisfaire un besoin particulier et continu en eau de refroidissement et parce que les groupes nécessaires au refroidissement des gaz d'échappe- ment peuvent être réalisés d'une manière correspondant à chaque fois au besoin du moteur Diesel considéré. Grâce au dispositif de refroidissement selon l'in- vention, il est possible de renoncer totalement à l'injection d'eau et au bain d'eau, et d'obtenir un raccordement à un circuit fermé d'eau de refroidissement. Il ne se produit plus aucun encrassement du moteur Diesel ou de son carter ni des trajets parcourus, étant donné que les gaz d'échappement peu- vent être dilués sans aucune difficulté de manière à ne pas dépasser les teneurs prescrites. Il est particulièrement avantageux que le choix des organes.assurant le refroidisse- ment "sec" des gaz d'échappement, permette de calculer les dimensions et caractéristiques des constituants soumis à une pression, ce qui rend superflu le contrôle de la pression jus- qu'alors nécessaire dans chaque organe individuel pour le re- froidissement "humide" des gaz d'échappement. Un autre avantage réside dans le fait que,par la suppression du réservoir d'eau et du dispositif d'injection d'eau, on réalise des économies d'encombrement et de poids qui revêtent une grande importance en particulier dans des installations de chemins de fer sus- pendus monorails, et dans la technique des véhicules sans rail. L'incorporation dans le moteur Diesel des organes néces- saires au refroidissement des gaz d'échappement permet de mieux contrôler toute l'installation, et assure donc une sécurité plus importante. Conformément à l'invention, pour disposer à chaque instant considéré de la quantité exacte d'eau de refroidisse- ment nécessaire à tous les organes refroidis par eau, il est prévu pour le tube d'échappement, pour le raccord coudé refroidi et pour l'échangeur thermique des gaz d'échappement un circuit parallèle au circuit de refroidissement du moteur, ces deux circuits étant raccordés à un refroidisseur. Il est alors particulièrement judicieux de monter en série dans un même conduit d'eau de refroidissement leschemisesdu tube d'échappement, du raccord coudé et de l'échangeur thermique des gaz d'échappe- ment, de telle sorte que la quantité d'eau de refroidissement disponible puisse être déterminée avec précision. L'eau de refroidissement est tout d'abord délivrée à l'échangeur thermique, puis au tube d'échappement et au raccord coudé, pour être ensuite distribuée au refroidisseur conformé en un radiateur de refroidissement à deux circuits et dans lequel le circuit de refroidissement du moteur et le circuit de l'échangeur du tube d'échappement sont refroidis simultanément, ou dans lequel les groupes de refroidissement correspondants sont associés à un même ventilateur. Les organes nécessaires au refroidissement "sec" des gaz d'échappement, tels que l'échangeur thermique, le tube d'échappement et le raccord coudé, sont assujettis au moteur Diesel proprement dit, cependant que les plaques de refroidissement situées côté échappement des gaz ainsi que le dispositif de dilution des gaz d'échappement doivent être placés à chaque fois en un endroit approprié. A cet effet, dans une forme de réalisation selon l'invention, le conduit tubulaire intercalé entre le compensateur monté en aval de l'échangeur thermique et le groupe de plaques protectrices situé du côté des gaz d'échappement, ainsi que le conduit tubulaire intercalé entre ledit groupe de plaques et le dispositif de dilution des gaz d'échappement, peuvent pré- senter des longueurs variables. Par suite des quantités résiduelles d'huile lubri- fiante et de carburant renfermées dans les gaz d'échappement, un encrassement de l'échangeur thermique de ces derniers est inévitable. Dans ce cas, conformément à l'invention, un nettoyage rapide est rendu possible grâce au fait que ledit échangeur thermique est équipé d'un groupe de tubes amovibles. Ce groupe de tubes, parcouru par les gaz d'échappementypeut ainsi être remplacé par un nouveau groupe sans que le moteur Diesel lui-même doive être mis à l'arrêt pendant une longue période. Le groupe de tube démonté peut alors être nettoyé en un endroit approprié, puis être remonté ultérieurement. Pour faciliter le remplacement des groupes de tubes et pour améliorer également la maintenance de l'ensemble de l'installation, l'enveloppe de l'échangeur thermique des gaz d'échappement peut être judicieusement subdivisée. Ainsi, par un démontage de la liaison entre les deux parties de cette enveloppe, ledit échangeur thermique peut aussi être agrandi ou rapetissé si nécessaire et donc être très bien adapté de la sorte aux circonstances considérées. Le système de dilution des gaz d'échappement utilisé jusqu'à présent requiert obligatoirement la nécessité de disposer les groupes correspondants à proximité du refroidisseur. Pour se dégager de cette obligation et pour assurer, en outre, un refroidissement des gaz d'échappement supplémentaire et adaptable au besoin considéré, le dispositif de dilution des gaz d'échappement est réalisé selon l'invention sous la forme d'une buse dans laquelle les gaz d'échappement et l'air sont mélangés, lesdits gaz d'échappement étant en même temps refroidis. Dans un tel dispositif de dilution des gaz d'échappement, la forte pression desdits gaz est avantageuse- ment utilisés pour entraîner une quantité d'air ambiant cor- respondant aux besoins considérés et pour mêler cet air par tourbillons aux gaz dIéchappement. à la sortie de la buse ou déjà dans cette dernière. Il se produit alors, avantageusement, non seulement un mélange, nais simultanément aussi un refroidisse- ment des gaz d'échappement sans que le moteur soit gêné par la contre-pression. Lorsque le moteur Diesel est mis à l'arrêt, ainsi qu'en cas de défaillance, il est à craindre qu'un arrêt immé- diat ne puisse pas être obtenu b cause de la quantité d'air frais mêlée aux gaz et continuant de s'écouler. Pour parfaire l'ensemble du système dans le refroidissement "sec" des gaz d'échappement, l'invention propose de disposer dans le tube d'aspiration, derrière le groupe de plaques protectrices, une soupape d'arrêt rapide pouvant être commandée par le moteur. Cette soupape, qui est reliée au moteur ou à des groupes particuliers de contrôle, obture immédiatement le tube d'as- piration en cas de mise à l'arrêt dudit moteur, de sorte que de l'air frais ne peut plus continuer de pénétrer dans ce moteur. La présente invention se caractérise en particulier par le fait que, moyennant un faible nombre d'organes pouvant être entièrement calculés et grâce à l'incorporation du système de refroidissement de ces organes, elle permet d'obtenir un refroidissement "sec" des gaz d'échappement,qui évite les impuretés présentes jusqu'alors et par l'intermé- diaire duquel une évacuation sûre et une dilution des gaz d'échappement sont garanties. Grâce à ce système, est maintenue une contre-pression des gaz d'échappement qui empêche de maniè- re sûre de trop fortes températures dans la zone du moteur 6 2500057 Diesel et qui laisse enfin s'échapper les gaz d'échappement à une température de 70 C et moins. Etant donné que les cons- tituant utilisés, en particulier l'échangeur thermique des gaz d'échappement, peuvent faire l'objet de calculs avant la détermination définitive de leur forme de réalisation, les contrôles de pression jusqu'alors nécessaires et les inter- ventions ultérieures qui en découlent deviennent superflues. Les autres avantages ont déjà été mentionnés ci-avant. L'inventisn va à présent être décrite plus en détai! en regard des dessins annexés a titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique du moteur Diesel; et la figure 2 est une demi vue demi-courpe du groupe de plaques protectrices0 Un moteur Diesel 7, illustré sur la figure 1 ainsi que son carter portant giobalement la référence 2, est équipé d'un systeme d'aspiration des gaz d'échappement comportant un système de refroidissement 'see:c desdits gaz ainsi qu'un échangeur thermique. Dans le moteur Diesel 1 à six cylindres, illustré, l air passe tout d'abord par un dépoussiéreur 3 et un filtre à air 4 pour traverser ensuite un groupe 5 de pla- ques protectrices situé côte aspiration, puis il est dis- tribué uniformément aux cylindres individuels à partir d'un tube d'aspiration 7. A l'entrée de ce tube d'aspiration 7, une soupape 8 d'arrêt rapide permet, en cas d'urgence, d'obturer ledit tube 7 de telle sorte que de l'air ne con- tinue pas d'être aspiré et distribué au moteur. On évite ainsi de manière sûre que le moteur continue de tourner après sa mise à l'arrêt, étant donné qu'il prélève par exem- ple, par l'intermédiaire du tube d'aspiration 7, un mélange explosible ou au moins combustible. Du côté des gaz d'échappement, le mélange des gaz d'échappement est transmis à partir d'un tube d'échappement 9 à une partie de refroidissement o il est refroidi. A cet effet, ledit tube d'échappement est refroidi par eau, c'est- à-dire qu'il consiste en un tube à chemise parcourue par de l'eau. De là, les gaz d'échappement sont dirigés, en empruntant la chemise d'un raccord coudé 17, vers un échangeur thermique (18) de refroidissement des gaz d'échappement. Ces deux organes sont également refroidis par de l'eau et ils reçoivent le fluide de refroidissement nécessaire par l'intermédiaire d'une pompe à eau 12. Cette pompe à eau 12 engendre une pression suffisam- ment élevée pour pouvoir envoyer une quantité d'eau suffi- sante aux surfaces à refroidir, même en présence d'encrasse- ments éventuels dus à l'eau de refroidissement. La pompe à eau 12 produit ainsi une pression d'eau considérablement plus élevée qu'une pompe à eau 11 alimentant le moteur Diesel 1 lui-même en fluide de refroidissement. Aussi bien l'eau de refroidissement provenant du circuit de refroidissement du moteur que l'eau refroidissant le tube d'échappement 9, le raccord coudé 17 et l'échangeur thermique 18 sont dirigées par les pompes 11 et 12, respectivement, dans un refroidis- seur 13 o elles sont à leur tour refroidies indirectement par de l'air au moyen d'un ventilateur commun 14. Le refroi- disseur 13 est réalisé sous la forme d'un radiateur de re- froidissement à deux circuits et>comme il ressort de la figure 1, la partie de ce refroidisseur 13 utilisée par le circuit d'eau de refroidissement du moteur est plus grande que sa partie utilisée pour refroidir les gaz d'échappement. La référence 15 désigne le volant du moteur Diesel 1. Un refroidissement uniforme et suffisant des gaz d'échappement a notamment lieu dans l'échangeur thermique qui est tout d'abord alimenté en fluide de refroidissement, c'est-à-dire en eau de refroidissement. Après avoir parcouru cet échangeur 18, l'eau de refroidissement peut être dirigée dans la chemise du tube d'échappement 9 et dans celle du raccord coudé 17, puis, de là, vers le refroidisseur 13. L'échangeur thermique 18 de refroidissement des gaz d'échappe- ment présente une enveloppe 19 subdivisée en deux parties qui sont reliées l'une à l'autre dans la région d'un manchon 20. Ainsi, en présence d'encrassements, il est possible de déposer la partie de refroidissement proprement dite et de la remplacer par une autre ou au- moins par de nouveaux tubes ou par des ensembles de tubes 21 et 22. Ces tubes 21 et 22 destinés individuellement à amener les gaz d'échappement ne sont pas illustrés en détail. Lesdits tubes sont entourés d'une chemise parcourue par de l'eau de refroidissement, qui prélève ainsi de la chaleur aux gaz d'échappement. Lorsqu'ils quittent l'échangeur thermique 18 dans la région d'un compensateur 24, les gaz d'échappement sont à une température d'environ 1500C. Cette température est contrôlée en permanence par une sonde thermométrique 23. En cas de dépassement de la température limite prédéter- minée, le moteur est immédiatement mis à l'arrêt par la sonde thermométrique,et la soupape 8 d'arrêt d'urgence entre simultanément en action. La partie restante du système de refroidissement des gaz d'échappement est séparée du moteur Diesel 1 propre- ment dit par le compensateur 24, de manière à pouvoir dispo- ser les deux parties restantes à l'endroit à chaque fois le mieux approprié, en réduisant l'encombrement. A cet effet, des conduits tubulaires 25 et 26 sont de longueurs variables. Il convient ainsi de positionner un groupe 27 de plaques protectrices et un dispositif 28 de dilution des gaz d'échap- pement d'une manière correspondant aux circonstances considé- rées. La figure 2 représente le groupe 27 de plaques pro- tectrices, dont le principe de réalisation correspond à celui du groupe 5. Ces deux groupes sont conçus de manière à présenter- l'encombrement le plus faible possible. Dans ce but, un boîtier 32 logeant différentes plaques 30 et 31 est ovalisé. Ainsi, de part et d'autre des plaques 30 et 31, sont délimitées des parties du bottier dans lesquelles des sondes thermométriques et des mesureurs de pression peu- vent être introduits en cas de besoin dans des zones de mesure 33, afin de contrôler en permanence le côté échappe- ment des gaz dans cette région également. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur Diesel décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur Diesel équipé d'un dispositif de protec- tion anti-grisou et équipant des locomotives pour trajets souterrains, et des locomotives de chemins de fer suspendus monorails ainsi que des véhicules sans rails, ce moteur étant protégé par des groupes de plaques protectrices incor- porées dans le conduit d'adrission de l'air et dans le con- duit d'échappement, la température de sortie des gaz d'échap- pement étant maintenue à e-nviron 70 C par un dispositif de refroidissement, moteur Diesel caractf.rs6 par le fait que, entre le tube d'échappement (9) refroidi et le groupe (27) de plaques protectrices situé côte sortie, se trouve un échangeur thermique (i8) de refroidisseniert des gaz d'échappement, qui est alimenté en fluide de refroidissement, en même temps que ledit tube d'échappement,par l'intermédiaire du dispositif de refroidissement (11,12,13) du moteur. 2. Moteur Diesel selon la revendication 1, carac- térisé par le Fait qu'un circuit parallèle au circuit de refroidissement dudit moteur est prévu pour le tube d'échap- pement (9), pour le raccord coudé (17) refroidi et pour l'échangeur thermique (18) de refroidissement des gaz d'échappement, ces deux circuits étant raccordés à un refroidisseur (13). 3. Moteur Diesel selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que les chemises du tube d'échappement (9))du raccord coudé (17) et de l'échangeur thermique (18) de refroidissement des gaz d'échappement sont montées en série dans le même circuit d'eau de refroidissement. 4. Moteur Diesel selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le conduit tubulaire (25) intercalé entre le compensateur (24) disposé en aval de l'échangeur thermique (18) et le groupe (27) de plaques protectrices situé côté échappement des gaz, ainsi que le conduit tubu- laire (26) entre ledit groupe de plaques protectrices et le dispositif (28) de dilution des gaz d'échappement, peu- vent présenter des longueurs variables. 5. Moteur Diesel selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que l'échangeur thermique (18) de refroi- dissement des gaz d'échappement est équipé d'un groupe de tubes (21,22) démontables. 6. Moteur Diesel selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisé par le fait que l'échangeur thermique (18) de refroidissement des gaz d'échappement comporte une enve- loppe (19) qui peut être aubdivisée. 7. Mo-1teur Diesel selon la reed:icaian 7 caract- risé en ce qu'il comporte un dispositif' i28) de dilution des oaz d échappement can, oriai en une buse dans laouelle -es gaz d'échappemen- et l'air se me!ang-ent-, avec refroidisss;ent simul- tané desdis aaz d éc h napementO f0 8. Moteur Di'se2 seln'- la r-2*3endisa=-Ron 1, oarecté- r sA par le Fi-t qu'une sdgapee ( dar drence comman dable par,e:it moteur, o-' dispc aé dans eube d'esn2 tic.. (7j derfière le groupe C5) '-e pla ues protectrices.