Moteur composé - Compound engine

Moteur Wright R-3350 Duplex-Cyclone turbo composé
Locomotive mixte Bavarian S 3/6 , montrant les deux cylindres haute pression montés au centre du châssis et les deux cylindres basse pression légèrement plus grands de chaque côté

Un moteur composé est un moteur qui a plus d'un étage pour récupérer l'énergie du même fluide de travail , les gaz d'échappement du premier étage passant par le deuxième étage, et dans certains cas ensuite vers un autre étage ou même des étages ultérieurs. Inventé à l'origine pour rendre les moteurs à vapeur plus efficaces, le mélange de moteurs par l'utilisation de plusieurs étages a également été utilisé sur les moteurs à combustion interne et continue d'y avoir des marchés de niche.

Les étages d'un moteur composé peuvent être de technologies différentes ou similaires, par exemple :

  • Dans un moteur turbocomposé , les gaz d'échappement des cylindres traversent une turbine, les deux étages étant dissemblables.
  • Dans une locomotive à vapeur composée , la vapeur passe du ou des cylindres haute pression au ou aux cylindres basse pression, les deux étages étant similaires.
  • Dans une machine à vapeur à triple détente , la vapeur traverse trois cylindres successifs de taille croissante et de pression décroissante. De tels moteurs étaient les moteurs marins les plus courants à l'âge d'or de la vapeur.

Ces exemples et turbines composées sont les principales, mais pas les seules utilisations de la préparation dans les moteurs, voir ci-dessous.

Terminologie

Un moteur composé utilise plusieurs étapes pour produire sa sortie.

Tous les moteurs qui utilisent plusieurs étages ne sont pas appelés moteurs composés . En particulier, si un moteur utilise un étage ultérieur uniquement pour extraire de l'énergie de l'échappement à d'autres fins, et notamment pour la suralimentation , il n'est pas appelé moteur composé . De même, les moteurs proposés qui utilisent un moteur à pistons libres pour entraîner une turbine ne seraient pas appelés moteurs composés , car seul le deuxième étage produit de la puissance de sortie.

Cependant, si un moteur turbo composé est également suralimenté en renvoyant une partie de la puissance de l'arbre au compresseur, comme dans certains moteurs d'avion, il s'agit toujours d'un moteur composé. L'utilisation des termes suralimenté et turbosuralimenté a varié avec le temps, par exemple les fabricants du moteur composé Wright R-3350 Duplex-Cyclone l'ont décrit à l'époque comme turbosuralimenté . Il s'agit cependant d'un moteur composé, et un moteur similaire produit aujourd'hui serait décrit comme suralimenté plutôt que turbocompressé .

Le terme compoundage est un peu moins restrictif que moteur compound . Les grandes turbines composées sont une application de la préparation, tout comme les multiples rangées d'aubes utilisées dans de nombreuses turbines à gaz , mais aucune n'est normalement appelée moteur composé. Les plusieurs ensembles d'aubes dans une seule turbine sont peut-être mieux considérés comme similaires en principe à la machine à vapeur uniflow qu'à la composition. Contrairement à la machine à vapeur uniflow, qui n'a trouvé que des utilisations de niche, les turbines à plusieurs rangées ont trouvé d'énormes applications pratiques.

Un moteur qui n'utilise pas de compoundage est qualifié de moteur simple , notamment dans le cas d'une locomotive à vapeur , ou plus précisément de moteur à simple détente , notamment dans le cas d'une machine à vapeur marine .

A noter cependant que dans le cas d'un moteur à vapeur , simple moteur peut également être utilisé pour désigner celui qui n'utilise pas un condenseur pour générer une pression négative et ainsi améliorer l' efficacité. L'utilisation de condenseurs séparés à cette fin est l'une des principales caractéristiques qui distingue la machine à vapeur Watt de 1765 de la machine à vapeur Newcomen de 1712.

Aucune ambiguïté ne se pose dans le cas d'une locomotive à vapeur, car dans une locomotive à vapeur à condensation, le condenseur n'est pas là pour augmenter l'efficacité, et peut même réduire l'efficacité afin de conserver l'eau et de réduire les émissions. Ainsi, par exemple, la Metropolitan Railway A Class est dans tous les sens une locomotive simple malgré ses condensateurs, et le terme de locomotive simple appliqué aux locomotives à vapeur signifie toujours en pratique une locomotive qui n'utilise pas de compoundage, encore une fois indépendamment de son utilisation de condensateurs. Les termes locomotive à expansion simple et moteur à expansion simple sont parfois appliqués aux locomotives pour éliminer toute confusion possible.

Histoire

Fumer

Moteur à faisceau composé Woolf , 1858, avec les cylindres haute et basse pression de couleur claire clairement visibles

Les exemples les plus anciens de moteurs composés sont les moteurs à vapeur composés . En 1805, Arthur Woolf a breveté le moteur composé à haute pression Woolf qui utilisait ce principe.

Le compoundage a été particulièrement utilisé sur les machines à vapeur stationnaires , les machines à vapeur marines et sur certaines mais pas toutes les locomotives à vapeur à partir des années 1850, en particulier mais pas seulement en Europe continentale.

Les moteurs à vapeur alternatifs à trois étages ou à triple expansion , avec trois cylindres d'alésage croissant en ligne, étaient particulièrement populaires pour la propulsion des navires à vapeur . Le "Docteur" Alexander Carnegie Kirk a installé expérimentalement son premier moteur à triple expansion sur un navire appelé Propontis en 1874. En 1881, Kirk a installé une version raffinée de son moteur à bord du SS Aberdeen à Clydeside , en Écosse . Ce navire a prouvé les avantages de puissance et d'économie du nouveau moteur, en service commercial entre le Royaume-Uni et l' Extrême-Orient . Le premier navire de guerre à être ainsi équipé était le navire de guerre espagnol Destructor , qui a également été construit à Clydeside, et le premier moteur de ce type utilisé dans les navires de la Royal Navy a été conçu par J. W. Reed, qui a également créé la chaudière à tubes d'eau Reed . D'autres marines et armateurs commerciaux ont rapidement suivi. Des moteurs à expansion à quatre étages ou quadruples ont également été utilisés.

Plusieurs classes de la locomotive à vapeur existent à la fois sous forme de simple et composé, le plus souvent lorsque les locomotives construites à l' origine comme composé ont été convertis en simple afin de prendre le pouvoir au détriment de l' efficacité, par exemple , la majorité de la classe NZR X . D'autres conversions impliquaient de redessiner les détails de la composition, par exemple de nombreuses locomotives composées conçues par Alfred de Glehn et à la pointe de la technologie à leur époque ont été modifiées par André Chapelon pour utiliser son schéma ultérieur.

Combustion interne

Des tentatives ont été faites pour construire des moteurs à combustion interne composés avec des cylindres à haute et basse pression, mais elles n'ont pas rencontré beaucoup de succès. Exemples : Deutz 1879, Forest-Gallice 1888, Connelly 1888, Diesel 1897, Bales 1897, Babled 1903, Butler 1904, Eisenhuth 1904-7, Abbot 1910.

Plus récemment, le turbocompound a été appliqué aux moteurs à combustion interne . Les moteurs turbo composés ont été largement utilisés comme moteurs d'avion immédiatement après la Seconde Guerre mondiale .

Les moteurs diesel turbo composés restent utilisés dans les camions et les machines agricoles.

Exemples

Moteur d'avion Napier Nomad turbo-compound , montrant la turbine ci-dessous. Les moteurs de camions et de machines composés modernes utilisent une configuration similaire.
Machines à vapeur composées

  • Schéma en coupe d'une machine à vapeur à quadruple détente, montrant quatre cylindres à double effet de taille croissante

  • Schéma montrant le fonctionnement d'un moteur marin à triple expansion

  • Schéma en coupe d'une installation de moteur à vapeur marine à triple expansion, vers 1918

  • Moteur de traction composé avec un seul cylindre haute pression et un plus grand cylindre basse pression côte à côte au-dessus de la chaudière. C'était une configuration courante.

Voir également

Théorie

Inventeurs et concepteurs

Technologie similaire

Les références