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Machine à piston oscillant avec obturation en surface.
La présente invention se rapporte à une machine à piston oscillant, par exemple une pompe, un ventilateur, un compresseur, un moteur etc., dans laquelle le piston oscillant monté oblique- ment dans une enveloppe sphérique est empêché de tourner,'et consiste en ce que les surfaces transporteuses du piston oscil- lant s'appliquent par une partie de surface contre des surfaces de découpure latérales tournantes et en ce que les surfaces de découpure tournantes effleurent les surfaces transporteuses du piston lors du mouvement oscillant de celui-ci.
Dans toutes les machines à piston oscillant connues, un piston monté obliquement et empêché de tourner roule par ses surfaces transporteuses contre les parois latérales de l'en- veloppe ou aussi contre des parois intermédiaires, et le contact mobile entre les surfaces transporteuses du piston et les parois
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de l'enveloppe est formé par une ligne qui. garantit seulement en théorie une obturation parfaite entre l'espace d'aspiration et l'espace de refoulement de la machine.
Au point de vue pure- ment pratique, il n'est pas possible d'obtenir, par une telle ligne de contact, une obturation permanente entre l'espace d'as- piration et l'espace de refoulement de la machine, étant donné que, du fait de l'usure, de l'usinage etc., le liquide ou le gaz transporté peut toujours, par suite de la différence de po- tentiel (différence de pression), passer d'un espace dans l'au- tre.
Ce passage de l'espace de pression à l'espace d'aspiration diminue la capacité de travail de la machine et occasionne des pertes par frottement, de sorte que la machine doit posséder une plus grande capacité théorique de transport qu'il ne le faudrait en ne tenant compte que de ces perte s. De même, pour obtenir une capacité de transport déterminée, il faut une vitesse de rotation plus grande qu'en cas d'obturation parfaite, de sorte que, d'au- tre part, l'usure devient plus grande aux endroits, de frottement et que le défaut d'étanchéité augmente de ce fait.
Les inconvénients qui résultent de tout cela pour les ma- chines de la nature entrant en considération sont complètement éliminés, d'après l'invention, du fait que les surfaces trans - porteuses du piston oscillant s'appliquent, par une partie de surface, contre des surfaces de découpure latérales tournantes et que ces surfaces de découpure effleurent les surfaces trans- porteuses du piston lors du mouvement culbutant de ce dernier.
Ce contact en surface est rendu possible par le fait que les parois latéralesde l'espace de travail de la machine sont re- liées rigidement tant au pivot incliné du piston qu'à l'arbre de commande, c'est-à-dire que les parois latérales tournent avec l'arbre. Ces parois latérales tournantes de l'espace de travail de la machine sont pourvues d'une surface de découpure dont la forme correspond aux surfaces transporteuses du piston oscillant, de sorte que le piston s'applique contre ces surfaces de décou-
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pure avec un contact en surface. La surface de découpure des parois latérales tourne donc, lors de la rotation de l'arbre de commande, avec la surface de contact mobile du piston et effleure l'entière surface transporteuse du piston oscillant.
Par la rotation des parois latérales de l'enveloppe, on obtient en même temps qu'il ne se produit plus de pertes par frottement entre le fluide à transporter et ces parois latérales, comme cela a été le cas jusqu'à présent. comme, en cas de contact direct des surfaces de découpure avec les surfaces transporteuses du piston oscillant, il appa- rait une usure après une certaine durée de service, l'invention prévoit que les surfaces de découpure ne tournent pas directe- ment contre les surfaces transporteuses du piston, de sorte qu'il existe une faible distance entre les surfaces de découpure et les surfaces transporteuses du piston oscillant, par exemple de 0, 05 à 0,5 mm.
Il y a donc, entre les surfaces de découpure et les surfaces transporteuses, un canal de séparation dont la largeur doit être choisie de manière que le liquide à transporter ne puisse passer du coté de refoulement au côté d'aspiration à travers ce canal.
Par suite de la présence des surfaces de découpures tour - nantes, il se formera, lorsque ces' surfaces de découpure passe- ront devant les extrémités de la cloison se trouvant entre le côté d'aspiration et le côté de refoulement, un intervalle à travers lequel le liquide peut passer du côté de refoulement au côté d'aspiration, pour éviter cela, d'une part, la longueur de la surface de contact entre la surface transporteuse du pis- ton et la surface de découpure tournante est choisie plus grande que la largeur de la fente traversant transversalement le piston, et, d'autre part, un passage de liquide est évité entre la cloi- son et les parois de la fente du piston du fait que le piston oscillant ne s'engage pas directement par une fente sur la cloi- son, comme cela a été le cas jusqu'ici, mais que,
dans le cas d'un piston oscillant à surfaces transporteuses divergeant vers
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l'extérieur, il est monté de manière 1 pouvoir tourner, dans la fente du piston, un goujon conique et, dans le cas d'un piston oscillant à surfaces transporteuses parallèles, un goujon cy- lindrique, goujon qui, de son coté, s'engage par une fente sur la cloison. Grâce à cette disposition, on obtient une fermeture étanche et, en même temps, l'usure entre la cloison et les pa- rois de la fente du piston se trouve considérablement réduite.
Il est naturellement aussi possible de disposer le goujon cy - lindrique dans un piston oscillant à parois transporteuses di- vergeant vers l'extérieur et le goujon conique dans un piston oscillant à surfaces transporteuses parallèles. Mais on adoptera utilement la disposition mentionnée, car la formation d'un es- pace nuisible est alors réduite au minimum.
Le dessin ci-joint représente un exemple d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig.l est une coupe axiale verticale de la machine à piston oscillant.
La f i g. 2 est une vue de dessusde l'arbre de commande avec les parois latérales tournantes et le'pivot oblique du piston.
La fig.3 est une coupe pratiquée à travers la fente d'un goujon conique qui glisse en un mouvement de va-et-vient sur la cloison et est monté dans la fente du piston.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig.3.
La fig. 5 est une vue de dessus du goujon conique d'après les figs.3 et 4.
La fig.6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig.2.
La fig. 7 est une coupe transversale du piston possédant des surfaces transporteuses parallèles.
La fig. 8 est une vue en plan d'un piston à surfaces trans- porteuses convergeant vers l'extérieur.
La fig.9 est une vue de dessus 'des parties mobiles de la machine à piston oscillant.
La fig.10 est une vue en plan latérale du piston oscillant
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d'après la fig.l..
La fig.ll montre l'étranglement par tourbillons du fluide à transporter entre l'enveloppe et la périphérie du piston.
La fig.12 est une coupe horizontale des parties mobiles de la machine pour l'explication des diverses grandeurs angulaires.
La fig.13 est une coupe axiale verticale d'une machine à piston oscillant dans laquelle le piston oscillant ne touche pas directement les surfaces de découpure latérales tournantes.
La fig.14 est une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la fig.13.
La fig.15 est une coupe transversale d'un piston oscillant dont les surfaces transporteuses sont renfoncées pour éviter un contact direct.
D'après l'invention, il est monté dans une enveloppe sphé- rique 1 à pièces latérales insérées 2, dans les coussinets 3, un arbre de commande 4. L'arbre 4 se termine, des deux côtés de l'enveloppe, dans celle-ci, par des calottes sphériques 5 et 6 entre lesquelles se trouve une sphère aplatie 7, dans la- quelle est tourné le pivot oblique 8 avec les surfaces de palier latérales coniques 9 et 10 pour le piston oscillant 11. Ces sur- faces de palier coniques 9 et 10, dont les sommets de cônes se trouvent au centre ou à peu près au centre du piston oscillant, évitent le coincement et par conséquent une forte usure du pis- ton dans le palier. Le piston oscillant 11 possède une fente 12 par laquelle il s'engage sur une cloison 13 montée dans l'en - veloppe 1 et séparant le c8té d'aspiration et le c8té de refou- lement de la machine.
A gauche et à droite de la cloison 13 sont raccordées à l'enveloppe 1, de la manière connue, la tubu- lure d'aspiration 32 et la tubulure de ref oulement. Dans la fente 12 du piston oscillant 11 dont les surfaces transporteuses divergent vers l'extérieur, un goujon conique 14 est monté dans un évidement correspondant du piston. ce goujon conique 14, représenté sur les figs.3-5, s'engage par une fente 14a sur
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la cloison 13. Lors du mouvement culbutant du piston 11, ce goujon conique 14 est entraîné par le piston et glisse par sa fente 14a en un mouvement de va-et-vient sur la cloison 13, le piston 11 tournant en outre alternativement dans les deux sens autour du goujon 14.
Le piston 11 peut ainsi suivre librement ses mouvements, de sorte que les pertes par frottement sont très petites. De plus, cette disposition garantit une obturation étanche entre les faces du piston.
Dans le cas de pistons oscillants (fig.7) dont les surfaces transporteuses 17a sont parallèles entre elles, le goujon 14a reçoit utilement une forme cylindrique, car l'espace nuisible dans les positions inclinées extrêmes du piston est alors mini- mum, de même que, dans le cas de pistons oscillants à surfaces transporteuses divergeant vers l'extérieur, il est minimum lorsque le goujon a une forme conique.
Lesdeux calottes sphérique s 5 et 6 sont pourvues chacune, vers le centre de l'enveloppe, d'une surface conique 5a ou 6a, respectivement, qui sert de paroi latérale - pour l'espace de travail de la machine 15, lequel, d'autre part, est limité par l'enveloppe sphérique 1 et la sphère à palier 7. Dans les sur- faces coniques 5a et 6a est découpée une partie, et ce de telle manière que la surface de découpure 16 représente une partie de surface conique dont le cône correspond exactement ou à peu près aux surfaces transporteuses 17 du piston oscillant 11.
Pour expliquer quand il y a contact linéaire ou en surface entre les surfaces transporteuses du piston et les parois laté- rales de l'enveloppe, il sera dit ce qui suit, en référant à la fig.12 :
Un contact linéaire entre les surfaces transporteuses 17 du piston 11 et les deux surfaces coniques 5a et 6a intervient lorsque deux angles 18 (angles d'oscillation du piston, déter- miné par l'angle du pivot oblique 8 par rapport à l'axe de
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l' arbre ) sont égaux à l'angle 20 formé entre la paroi latérale et la surface transporteuse du piston dans les positions extrê- mes du piston oscillant. L'angle d'ouverture 19 du piston peut être égal, inférieur ou supérieur à l'angle 18.
Toutefois, afin d'obtenir un bon rapport de guidage du piston oscillant 11 sur la cloison 13, l'angle d'ouverture 19 du piston doit être égal ou supérieur à l'angle 18 (demi-angle d'oscillation). En cas de contact en surface entre les surfaces transporteuses 17 du piston oscillant 11 et les deux surfaces coniques 5a et 6a, l'angle 20 doit être plus petit que deux angles 18 (angle d'os- cillation). Cet angle 21 est donc plus petit que deux angles 18 (angle d'oscillation). La longueur de la surface de découpure 16, comme on appellera dans la suite la surface de la découpure pratiquée dans les surfaces coniques 5a et 6a, devient plus grande à mesure que l'angle 21 est choisi plus petit. La longueur de la surface de découpure 16 doit être égale ou supérieure à la largeur de fente 23 dans le piston.
Ceci est nécessaire parce qu'il se forme entre les surfaces de découpure 16 et les extré- mités 13a et 13b de la cloison 13, lors de la rotation des pa- rois latérales 5a et 6a, une ouverture à travers laquelle le fluide à transporter peut passer du c8té de refoulement au côté d'aspiration (fig. 9). Pour des positions des surfaces de décou- pure 16 en dehors de la cloison 13, une obturation entre les côtés d'aspiration et de refoulement est opérée par l'applica- tion des surfaces coniques 5a et 6a contre les extrémités 13a et 13b de la cloison 13.
Dès que l'extrémité antérieure des sur- faces de découpure 16 par rapport au sens de la rotation passe devant la cloison 15, il se forme l'intervalle précité entre l'extrémité 13a de la cloison 13 et la surface de découpure 16 (figs.l et 9), intervalle qui est obturé du fait que le piston oscillant 11 est appliqué aux endroits 24 et 25 contre les sur- faces de découpure 16, c'est-à-dire que la longueur 22 de la surface de découpure 16 doit être plus grande ou au moins aussi grande que la largeur 23 de la fente du piston 12.
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Si l'on emploie un piston 11 (figs.l et 9) dont les surfa- ces de palier 9 et 10 et les surfaces transporteuses 17 diver- gent vers l'extérieur et ont le même cône, les surfaces de dé- coupure 16 se prolongent par les surfaces de palier coniques 9 et 10 du palier oblique du piston (fig.2).
D'après l'invention, il est aussi possible d'obtenir l'ob- turation en surface avec des genres de piston quelconques. Si, par exemple, un piston a la forme représentée sur la fig.8, c'est-à-dire que les surfaces transporteuses 26 convergent vers l'extérieur et que les parois latérales de l'enveloppe sont des plans verticaux, ces parois latérales doivent posséder une sur- face de découpure concave et conique contre laquelle peuvent s'appliquer les surfaces transporteuses 26 du piston. Les parois latérales doivent, ici aussi, participer à la rotation de l'ar- bre.
Dans le cas d'un piston dont les deux surfaces transpor - teuses 17a sont parallèles (fig.7), c'est-à-dire dans le cas d'un piston plan en forme de plaque et de parois latérales coniques de l'enveloppe, ces parois latérales doivent présenter une surface de découpure qui soit une surface plane et tourne avec l'arbre.
De ces explications, il ressort que les parois latérales 5a et 6a de la machine à piston oscillant qui tournent avec l'arbre de commande doivent, pour l'obtention d'une obturation en surface entre les surfaces transporteuses du piston et les dites parois latérales, présenter des surfaces de découpure convexes, concaves ou planes, selon la forme des surfaces transporteuses du piston oscillant.
Le piston oscillant 11 (fige.1, 9, 10, 11), qui est par exemple fait creux pour diminuer les masses oscillantes, est, à sa périphérie, recourbé en dedans en forme de brides et pourvu d'évidements en forme de rainures 27. Ces rainures 27 des deux moitiés de piston lla et llb (fig.10) sont décalées entre elles,
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de telle sorte que le liquide qui y pénètre ne peut relier entre eux le côté d'aspiration et le côté de refoulement de la machine.
Cesrainures 27 servent 'à l'étranglement du liquide passant éven- tuellemert entre la paroi intérieure de l'enveloppe et la péri- phérie du piston, étant donné qu'il se forme des remous ou tour- billons dans les rainures 27 (fig.ll), lesquels opèrent un " étranglement par tourbillons " et empêchent un passage aisé du liquide. On peut donc renoncer à un contact de glissement entre la périphérie du piston et la paroi de l'enveloppe, ce qui évite de nouveau des pertes éventuelles par frottement.
Du fait que les parois latérales 5a et 6a de la machine tournent avec l'arbre, il est possible de prévoir un montage latéral parfait lorsque lescoussinets 3a reculés vers l'inté - rieur recouvrent la surface entière des deux calottes sphériques 5 et 6. La fermeture étanche de l'espace 15 de la machine est assurée latéralement par les bourrages 28 et 29.
Par suite du contact direct entre la surface de découpure 16 et les surfaces transporteuses 17 du piston oscillant 11, il se produira, après un certain temps de service, une usure qui est évitée, d'après l'invention, du fait que les surfaces de découpure 16 ne touchent pas directement les surfaces transpor- teuses 17, mais qu'il est prévu un intervalle ou canal entre ces deux surfaces 16 et 17, c'est-à-dire que les surfaces de décou- pure 16 se trouvent à une faible distance des surfaces transpor- teuses, par exemple de 0,05 à 0,5 mm. (figs.13 et 14).
Cette dis- tance ou la largeur de ce canal de séparation, comme le montre la fig.14, dépend de la grandeur de la différence de potentiel (différence de pression) existant entre l'espace d'aspiration et l'espace de pression de la machine, ainsi que de la longueur de la surface de découpure 16 ou de la longueur du canal de sépa- ration. pour obtenir techniquement la dite distance entre les surfaces 16 et 17, on use un peu par meulage les surfaces de dé- coupure 16 (fig.13) ou les surfaces transporteuses 17 (fig.15).
Ce renfoncement des surfaces 16 ou 17 par meulage peut être effectué pour des formes de piston quelconques, soit, par exemple,
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que les surfaces transporteuses 17 divergent ou convergent vers l'extérieur, soit qu'ellessoient parallèles. En prévoyant cette mesure, on est parti de l'idée qu'il ne peut y avoir passage de liquide du côté de pression au côté d'aspiration de la machine à travers le canal de séparation parce qu'il se forme- , dans ce canal, des tourbillons qui étranglent le passage du liquide.
L'obtention de cet étranglement par tourbillons peut encore être favorisée par le fait que les surfaces de découpure 16 ou les surfaces transporteuses 17, ou toutes les deux, présentent des rainures radiales, qui ne sont pas représentées sur le dessin.
Le mode d'action de la machine est le suivant :
L'arbre 4 met en rotation le palier oblique du piston os- cillant 11, de sorte que le piston 11, qui est empêché de tour- ner par la cloison 13 et un goujon à fente 14 ou par un autre moyen, exécute un mouvement d'oscillation auquel est superposé un mouvement de rotation. La grandeur du mouvement d'oscillation et de rotation est fournie par l'angle du pivot oblique 8 par rapport à l'arbre de commande 4. L'espace 15 de la machine est partagé par la cloison 13 en un espace d'aspiration et un espace de refoulement.
Par la position inclinée du piston 11 et son contact avec les parois latérales de l'enveloppe, l'espace d'as- piration et l'espace de refoulement sont, à leur tour, subdivi- sés chacun en deux chambres qui, pendant le mouvement culbutant du piston 11, augmentent alternativement de zéro à un maximum du côté d'aspiration et diminuent alternativement de ce maximum à zéro du côté de refoulement, de sorte qu'il est produit un cou- rant de liquide continu à travers la machine.
Le piston oscillant 11 roulera donc des deux côtés sur les parois de l'enveloppe, et ce avec contact linéaire lorsque les parois latérales sont fixes et que les conditions mentionnées pour les diverses grandeurs d'angles sont remplies. Mais si les parois latérales tournent avec le palier oblique et que l'angle 20 soit double du demi-angle d'oscillation 18, le piston oscil-
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lant 11 s'appliquera également contre les parois latérales 5a et 6a avec un contact linéaire seulement. Mais cette exécution présente déjà l'avantage que, par la rotation des parois laté- rales, des vitesses relatives et par conséquent des pertes par frottement entre le fluide à transporter et les parois latéra- les se trouvent évitées.
Si, comme le prévoit l'invention, l'angle 20 est réduit à l'angle 21, c'est-à-dire si l'angle 20 est plus petit que l'an- gle d'oscillation 2 x 18, et que les parois latérales 5a et 6a soient pourvues de surfaces de découpure 16, comme il est dit plus haut, le piston 11 s'applique des deux côtés, à des endroits diagonalement opposés dans l'enveloppe, en surface par ses sur- faces transporteuses 17 contre les surfaces de découpure 16.
Lorsque l'arbre 4 est mis en rotation, les surfaces de découpure 16 tournent alors avec lui et, en même temps, par suite du mou- vement culbutant du piston 11, les surfaces transporteuses 17 de celui-ci sont effleurées par ces surfaces de découpure 16, c'est-à-dire qu'il se produit, pendant un tour entier de l'ar- bre, un contact constant en surface entre les surfaces trans- porteuses 17 et les surfaces de découpure 16 et, par suite, on obtient une obturation absolument étanche entre l'espace d'as- piration at l'espace de refoulement de la machine. Ainsi qu'il a également été dit, le contact entre les surfaces transporteu- ses 17 et les surfaces de découpure 16 ne doit pas nécessaire- ment être un contact direct, Mais on obtient, même alors, une obturation parfaite.
Les surfaces coniques 5a et 6a n'entrent pas en contact avec les surfaces transporteuses 17. Ces surfa- ces coniques 5a et 6a ont seulement pour mission d'assurer une fermeture étanche contre les extrémités de la cloison 13, afin d'empêcher ainsi une communication entre l'espace d'aspiration et l'espace de refoulement de la machine.
Afin que la machine puisse aussi servir à transporter des
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liquides auxquels sont mélangées des substances fibreuses ou granulées, et afin que ces additions n'arrivent pas entre les surfaces de découpure 16 et les surfaces transporteuses 17, il est prévu, aux extrémités de la surface de découpure 16, des évidements 30 qui se terminent par un bord de raclage 31 qui retient les parties granulées. La disposition de cet évidement 30 avec le bord de raclage 31 rend même possible un transport de substances granulées, telles que du blé etc., sans que des enrayages quelconques se produisent dans la machine.
Dans la machine d'après l'invention, toutes les parties quilimitent l'espace de travail de la machine, à l'exception de la paroi intérieure de l'enveloppe 1, ont un mouvement de pro- gression dont la vitesse relative par rapport au fluide trans- porté est égale à zéro, de sorte que la machine fonctionne avec le minimum de pertes de courant.
Comme, en outre, il y a partout une obturation en surface entre les parties mobiles et les par- ties fixes ou entre les parties mobiles de la machine et qu'il y a aussi, en particulier, une obturation en surface entre les surfaces transporteuses 17 du piston oscillant 11 et les parois latérales de l'enveloppe ou les surfaces de découpure 16, la machine peut recevoir une construction extrêmement compacte et peut marcher déjà avec des vitesses de rotation tout à fait mi- nimes, de sorte que l'usure est réduite au minimum.