RÉsumé Ce papier a pour but de présenter une architecture et une application particulières de Quasiturbines








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La Quasiturbine à deux étages : Principe de fonctionnement



Le cycle opérationnel du moteur Quasiturbine « super-compound » est le suivant. Le rotor supérieur constitue le moteur lui-même, surcompressé par le rotor inférieur agissant comme compresseur volumétrique mécaniquement actionné par un jeu de 3 engrenages de même rapport (1:1) faisant tourner les 2 rotors en synchronisme dans la même direction. Du fait de la configuration successive en carré et/ou en losange des pales, leur position et leur fonctionnement seront en symétrie et en synchronisme parfaits dans les deux Quasiturbines. Le volume balayé par les chambres du rotor inférieur est le double de celui balayé par les chambres du rotor supérieur comme l'exige le fonctionnement du mode compound pour des volumes balayés de détentes successives.
L'air aspiré de l'extérieur par le rotor inférieur est comprimé, « poussé » dans l'ouverture de transvasement conduisant à la chambre du rotor supérieur et comprimé par celui-ci à sa valeur maximum pour l'allumage et la détente. Après cette première détente, les gaz passent dans l'ouverture de transvasement conduisant au rotor inférieur pour une détente additionnelle. Le compresseur est autant actionné par le train d'engrenages que par la seconde détente des gaz de combustion. A ce point, l'énergie résiduelle contenue dans les gaz suite à la seconde détente est récupérée, transférée à l'ensemble moteur en proportion directe avec la puissance développée par la machine. La beauté du système réside dans sa simplicité de conception et de fonctionnement à tous les régimes de puissance et de rotation sans aucun système additionnel de compensation ou de limitation des plages de puissances pour une récupération optimale.
Note 1: Pour un fonctionnement plus régulier avec l'avantage d'un couple constant et uniforme, il est préférable d'utiliser l'architecture à 2 rotors placés côte à côte avec les pales décalées de 45o, l'un vis-à-vis de l'autre, le même agencement s'appliquant aux pales du rotor supérieur, le tout synchronisé par le train d'engrenages de rapport (1:1). Pour des puissances moyennes ou élevées, le nombre de rotors sera en relation étroite avec la puissance désirée et l'encombrement disponible.
Note 2: La Quasiturbine et l'hydrogène. L'excès d'air dans la Quasiturbine à 2 étages Super-compound, si non utilisé pour le cycle Diesel ou pour obtenir un taux de compression très élevé, pourrait servir, dans une Quasiturbine à 2 étages utilisant l'hydrogène comme carburant, à obtenir les avantages suivants:

- ventiler efficacement la chambre afin de la purger de tout résidu de combustion précédente;

- refroidir cette même chambre avant l'admission d'hydrogène sans risque d'allumage spontané; dans les deux cas, pour éviter le phénomène d'auto-allumage possible;

- le mode compound peut être utilisé ici sans problème majeur, le transversement s'effectuant sans inconvénient;

- la réchauffe pourrait être utilisée ici mais nécessiterait un système complémentaire d'injection forcée de l'hydrogène.

Finalement, rappelons que la Quasiturbine permet une admission stratifiée air-hydrogène, chaque gaz entrant par un côté distinct.
Note 3: Combinaisons de QT avec chariots et sans chariots. En mode vapeur ou pneumatique, les 2 rotors devront être placés côte à côte avec les ouvertures de transvasement situées latéralement pour chacune des 2 chambres de détente. Dans les 3 cas, combustion interne, mode vapeur ou pneumatique, des Quasiturbines avec chariots peuvent être utilisées avec des Quasiturbines sans chariots en vue d'optimiser la génération et l'extraction de puissance.


4 - LA QUASITURBINE ET LA PUISSANCE DE POINTE



Précédemment, on a vu que la récupération de puissance peut servir à augmenter la puissance de pointe principalement par la turbocompression et le mode compound, l'un pour améliorer les conditions d'admission et augmenter la puissance disponible, l'autre pour optimiser la détente des gaz de combustion. Les systèmes auxiliaires ou ajoutés en plus de ceux à injection s'adaptent très bien à la Quasiturbine avec des résultats encore plus évidents sur l'efficacité d'ensemble.
Comme dans le mode vapeur ou celui de la combustion interne dans les turbines à gaz, la Quasiturbine peut se prêter à la régénération et à la réchauffe avec la nouvelle architecture à fonctionnement étagé décrite dans le mode compound avec la possibilité d'atteindre des efficacités supérieures à 40 % sans complexité d'opération et de construction excessive; seulement avec des ajouts d'échangeurs de chaleur pour la régénération et d'un système d'injection supplémentaire pour la réchauffe.
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