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








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6 - UN MODÈLE DE RECHERCHE EXPÉRIMENTAL
À COMPRESSION ET À DÉTENTE SUCCESSIVES



La géométrie à deux étages décrite précédemment peut être étendue, augmentée en un modèle expérimental de recherche à compression et à détente successives en ajoutant un étage supplémentaire identique aux deux autres dans son fonctionnement mais différent en taille et en volume selon les caractéristiques recherchées.

Quasiturbine à trois rotors étagés



Pour respecter les principes de base régissant les lois de la détente parfaite et du compound, L'étage supplémentaire balaiera un volume double de l'étage précédent. Ce sera donc un modèle à 3 rotors, synchronisés de façon identique à celui à deux rotors par l'ajout d'engrenages ayant le même rapport (1:1) que ceux synchronisant les 2 étages précédents.


Fig. 3 - Modèle expérimentale de 3 Quasiturbines étagées,
proposé pour l’étude de COMPRESSIONS et de DÉTENTES SUCCESSIVES.

À droite, le jeu d’engrenage permettant aux QT de tourner dans le même sens.
La détente multi-étage des gaz d’échappement fait en sorte que chaque étage
contribue à la puissance totale avec une efficacité globale accrue.
Le dispositif permet aussi la recirculation des gaz vers l’admission à chaque étage.

Son usage sera d'investiguer les phénomènes liés à la combustion, le transvasement, la réchauffe et la détente successives en plus d'études et d'expérimentations sur les flux et les échanges thermiques associés. Il y a aussi la possibilité d'étudier les processus de refroidissement et de réchauffe intercalaire entre les étages de combustion et de détente similaires à ceux des turbines à gaz industrielles en opération.
L'air aspiré de l'extérieur par le rotor inférieur est « poussé », comprimé dans l'ouverture de transvasement conduisant à la chambre du rotor supérieur. À ce stade, selon l'expérimentation, le premier et/ou le second orifice/s de transvasement pourrait être muni d'un système réchauffeur ou refroidisseur.
Le rotor supérieur amorce la combustion selon le cycle choisi, Otto, Diesel ou photo-détonation; puis communique le processus de la première détente à tout l'ensemble rigoureusement synchronisé par le train d'engrenages.

La réchauffe



Pour la réchauffe, le même dispositif et la même séquence d'injection mentionnés précédemment sont utilisés ici avec une différence. Un second injecteur relié à l'ensemble est fixé sur le second rotor pour opérer si nécessaire une seconde réchauffe et le mouvement mécanique de rotation des rotors transféré simultanément à l'ensemble.
Il est à noter la possibilité d'utiliser tout type de carburant solide, liquide ou gazeux en plus des systèmes de régénération ou d'échangeurs de chaleur aux points de transfert d'une chambre à l'autre autant aux points d'admission et de détente.
Les possibilités d'expérimentation offertes par le système sont nombreuses et très intéressantes pour les variantes et les processus employés.
Note 1: Pour la lubrification de l'apex et des faces latérales du rotor et du stator de chacun des étages de l'ensemble, on pourrait utiliser, suite à l'expérience acquise sur les moteurs rotatifs Wankel, des mèches ou des pastilles de lubrification situées de part et d'autre du stator et sur l'anneau préférablement dans la section froide de l'admission. Cela vaut aussi bien à l'ensemble à deux étages décrit précédemment dépendant du système de lubrification choisi, à carter sec ou humide, sous pression ou par barbotage, incluant aussi le système des mèches ou des pastilles lubrifiantes.
Note 2: Pour l'allumage, on pourra autant utiliser les bougies conventionnelles à étincelle (spark plug) que celles dites à allumage thermique (glow plug) pour investiguer les possibilités d'allumage non séquentiel en modes conventionnel.


7 - CONCLUSION



Cette brève incursion dans le domaine des applications exceptionnelles qu'offre la Quasiturbine nous a fait découvrir des usages et des utilisations hors du commun par rapport aux moteurs conventionnels classiques à pistons et même à turbine. La nouvelle architecture étagée proposée et décrite dans les pages précédentes offre des solutions simples et peu coûteuses dans le domaine de la récupération de l'énergie en chaleur et en pression avec les modes améliorés du compound et de la régénération sans complication majeure dans la construction et l'utilisation courante.
La QT, par sa forme compacte sans volume inutilisé, le peu de pièces en mouvement sans aucun mouvement alternatif, une combustion parfaite avec la possibilité en photo-détonation, une chambre de combustion particulière pouvant permettre l'élimination du système de refroidissement, les frottements et les résistances internes quasiment nulles, une construction aisée avec la plupart des matériaux y incluant les céramiques, les multiples variations dans la construction et l'architecture, promet des efficacités exceptionnelles et se place dans une classe à part.
La Quasiturbine, c'est « LE » moteur semi-adiabatique le plus développé actuellement sur le plan expérimental. Enfin, les multiples possibilités qu'offre la Quasiturbine pour la recherche et l'expérimentation en font un outil privilégié d'investigation dans nombre de domaines connexes de la technologie.
Appréciation :
L’auteur tient à remercier Jean Rémillard, président de l’APUQ, pour d’utiles discussions et la révision du texte.

ADDENDUM: LA CHAMBRE « MQ »



Dans le domaine de la combustion, la QT permet la taille, dans la masse de ses 4 pales, de cavités de formes et de volumes plus ou moins profonds et allongés de type « M » ou de type « ELLSBETT » (dénommée ici « MQ ») et ce, contrairement au moteur WANKEL dont la majeure portion du volume central du rotor triangulaire est occupée par le vilebrequin et son engrenage, ce qui limite le creusage de cavités.
Ces cavités se caractérisent par leur forme creusée, allongée et légèrement asymétrique pour induire un mouvement rotationnel très rapide et unidirectionnel de la masse gazeuse. Elle se compose d'une pointe au rebord proéminent en surface sur un côté de la pale, de niveau et en ligne avec celle-ci, terminant un volume creusé à l'intérieur en boudin de longueur et de volume variables, sur le côté opposé, une lèvre en pente négative de quelques degrés après une très courte section en ligne droite et de niveau ave la surface opposée (voir schéma).
Le phénomène physique est le suivant: l'air comprimé par la montée rapide de la pale s'engouffre à très haute vitesse dans la cavité creusée et y acquiert un mouvement giratoire très rapide et unidirectionnel causé par l'ouverture asymétrique de la cavité. À l'approche des parois de la pale et du stator, l'air en contact avec la surface plane de la pale est chassé du côté opposé vers la section en pente négative qui dirige le jet vers l'intérieur de la cavité et lui donne son mouvement rotationnel. Au point mort haut, la cavité est le siège d'une masse gazeuse en rotation très rapide et séparée en deux zones distinctes de densités différentes: la « zone froide » en contact avec la paroi interne et la « zone chaude » à l'intérieur, au centre de la masse en rotation.
La « zone froide », par son mouvement de rotation et son contact avec la paroi interne, refroidit celle-ci, limite le transfert de chaleur vers l'extérieur et ajoute à la « zone chaude » par le jeu des densités et de la vitesse tout excès de chaleur. La « zone chaude », par sa densité inférieure, se trouve confinée au centre de la masse en rotation sans aucun contact avec la paroi.
Pour la QT, l'utilisation de la chambre « MQ » va éviter la formation de zones dites « stagnantes », de peu d'activité et propices à la chimie et au phénomène de la détonation prématurée et incontrôlée. En plus, la chambre « MQ », par ses caractéristiques similaires aux 2 chambres mentionnées plus haut, va amorcer une « précombustion » et une « préoxydation » et favoriser une combustion plus graduelle et prolongée sans montée brusque et excessive de température et de pression, donnant un couple plus étendu et une douceur de fonctionnement.
Et voici des avantages additionnels:

- capacité multicarburant très étendue;

- possibilité d'utiliser des mélanges très pauvres (1:30) au bénéfice de l'économie et de l'environnement;

- augmentation substantielle du taux de compression ou son adaptation aisée à tout type de carburant gazeux, liquide voire solide;

- suppression ou amoindrissement du système de refroidissement comme dans le moteur ELLSBETT, avec la possibilité d'obtenir des rendements de 40 % et plus.
Enfin, pour terminer, la chambre « MQ » peut être construite en forme dite « composite », constituée d'un matériau (fonte, céramique, alliages spéciaux) différent de celui de la pale contenant la chambre elle-même et insérée dans la pale pour limiter et contenir les échanges thermiques avec l'extérieur, similaire à ceux des deux chambres citées plus haut, avec la possibilité de procéder à des expérimentations de chambres ou cavités de formes et de volumes différents.
* * * * *



www.quasiturbine.com/QTPapiers/QtsCombineesPatrickDaude20110812.doc
QUASITURBINES (QT) COMBINÉES (ÉTAGÉES) - Patrick Daude – Août 2011
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