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MOTEUR atmosphérique ou. à air comprimé d' après le principe du moteur atmosphérique.. DESCRIPTION DIT MOTEURS
Le moteur que je vais décrire est destiné à utiliser la pression atmosphérique comme force motrice et, pour de plus grandes forces, l'air' comprimé.
Le croquis I,planche ±,montre que le moteur est; composé de quatre cylindres A.B.C.D. de mêmes dimensions.
Dans chacun des cylindres se meuvent des pistons A.B.O.'D. fonctionnant alternativement et. dont. les. manivelles sont fixées à l'arbre de transmission.m.n.
Sous les pistons A.B.C.D. se trouvent. des ré servoirs, mobiles R se déplaçant; dans le prolongement des cylindres. Ces réservoirs sont, ouverts à la partie inférieure par laquelle ils. communiquent avec un grand réservoir' for mant la base du- moteur.
Dans ce dernier réservoir' fonctionne un piston 2,pour le premier groupe et P' pour le second groupe. Ces deux groupes ( A'. P B, et 0 P' D ) ne communiquent pas entre eux; toutefois, les manivelles des pistons se trouvant. toutes sur le même arbre de transmission, leurs mouvements sont. sa, - lidaires.
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Les réservoirs, fixes ou mobiles, sont remplis d'eau, ce qui est, indiqué au croquis par- des hachures.
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La course des pistons A.B.C.Det est désignée au croquis par la lettre Éà gauche du cylindre A.' Les pro longements des cylindres .±8B.'C.D; ont la même capacité que ces derniers .2 ) étant le rayon du cylindre.
Les réservoirs mobiles déplacent, un. volume d' eau égal à ff" 2: .R2 X ± soit la moitié du volume ci' -un cylindre ou du prolongement.
La course des pistons P et, E",mus par' les cames x et x' fixées à l'arbre de transmission, est de lÉ$2;le volume d'eau, déplacé par- ces pistons est donc 'KR2 X
2 ce quà permet aux réservoirs mobiles d'accomplir une course
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Àilorsque les pistons P ou Pt se déplacent.
Le rayon d'action de la came x ou x' est égal à la longueur de la manivelle des bielles des pistons A.
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B*G4Dc; Considérons la planche 3 donnant les quatre posi - tions de la came et du cadre dans lequel elle se meut, Les déplacements du cadre sont indiqués par -=-( dimension beaucoup plus grande que dans le croquis du moteur.par- suite de la difficulté de dessiner une came de très petites dimensions.)
Les positions I et 3 sont, des positions d'attaque.
Le déplacement de P se fait entre 1 et 2. et: entre 3 et 4..
En un tour complet de la came, le cadre et par suite le piston P effectuent, donc, je le répète, deux déplacer ments et occupent, deux positions d'arrêt.
Les mouvements se font dans l'ordre suivant: 1er quart de tour--: le piston P se déplace de bas en haut à 2)
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2e quart de tour : le piston P reste immobile ( 2 à 3 ) 3e quart de tour : le piston P se déplace de haut en bas
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(:J;à4-) 4e quart de tour :. le piston P reste immobile ( 4 à I )
Dans le croquis 1 ( planche 1 ),le liquide a été
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poussé dans le réservoir mob; 1 0:> 'Ji! ,...".; l ,,... ----
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Le réservoir mobile E est,descendu jusqu'à la base du prolongement du cylindre A.
Par cette descente,le réservoir mobile libère
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un espace équivalent à un volume de cylindre/11 B:2: x: ± et le réservoir mobile F en se soulevant,comble un espace aussi équivalent à Çi J122 x f Ii
Les mêmes raisonnements s'appliquent au second groupe de cylindres ( C P' D ) :
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On comprend aisément que, pour-' rendre ees> mouvements possJMes,,il faut que l'air contenu dans les espaces marqués V s'échappe par une ouverture 0. Les quatre tubes, O seront réunis; dans un tube collecteur aboutissant, a une pompe pneumatique mue à la main, ou par un faible moteur., 1/2 HP au plus quelle que soit la puissance du moteur.
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Les pistons AiBiC,D.' ainsi que les. plateaux E.PoGoH6 fermant les réservoirs mobiles à la partie supérie'nre ,sont munis à leur face supérieure d'une couronne de cuir embouti empêchant l'air extérieur de pénétrer dans le prolongement du cylindre et,de pénétrer dans les espaces V où le vide doit être entretenu.
Les réservoirs mobiles effectuent tout leur
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déplacement pendant que les pistons correspondants A.BWC, ou D n'effectuent, que la moitié de leur course.
On:peut se rendre compte de ce que les mouve -
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ments des pistons P els 2', liés à ceux des pistons A.B.,'à et D; auront pour conséquence de modifier le volume de
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l'air emprisonné sous les pistons A....B.C. et D. L'espace le plus faible occupé par l'air empri-
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sonné sous les pistons A.B.Ci. et, D. est montré par' le cylir, dre 0 du croquis, cet, espace est; égal à un demi volume de
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cylindre ( e R2) X bzz En consultant les quatre croquis donnant- toutes les.positions de l'appareilaprès chaque quart de tour de manivelle, on constate que la position 0
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( volume t' /2 ) se présente sous chaque des pistons
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A:BfaC ou D dans liordrp <T!-rr.-,4- .
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Croquis 1 : piston. 0 croquis Z : piston 1 planches 1 et 2 croquis 3 : piston D croquis 4- : piston B
Le cuir embouti ne laisse pas pénétrer l'air ex térieur,mais il laisse échapper l'air intérieur,lorsque celui - ci est à la même pression que l'air extérieur et devrait être comprimé pour diminuer de volume.
Par conséquent;, lorsque l'appareil aura fait un tour- com plet de volant ou. de manivelle, les quatre pistons auront. occupé chacun la position 0 du premier croquis et le mo- teur sera amorcé, c'est à dire que la quantité d'air emprisonné dans chaque cylindre équivaudra, à la pression d'une atmosphère, à un demi volume de cylindre soit # R2 X 1/2.
FONCTIONNEMENT DE L'APPAREIL. - ++++++++++++++++++++++++++
Le fonctionnement de l'appareil repose donc sur le principe suivais;: modifier automatiquement et successi- vement, par le mouvement: régulier du mécanisme,le volume de l'air emprisonné dont la quantité ( 1/2- volume la pression atmosphérique) doit rester constante. La pression de cet air emprisonné se modifiera dans le,rapport inver - se du volume, et les cylindres A.B.C.D. étant soumis à des pressions intérieures variables et; à une pression extéri - eure constante,la différence entre celle - ci et celles - là peut; être utilisée pour actionner le moteur;
Commençons par faire le vide. comme indiqué plus haut.
Ensuite, à l'aide d'une simple manivelle adaptée à une extrémité de l'arbre de transmission,ou d'um treuil, s'il s'agit d'un appareil dépassant la force humaine,nous allons ( simplement; en tournant la manivelle dans le sens de marche de l'appareil) faire passer les quatre cylindres
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prêtons l'appareil dans l'une des quatre positions représentées aux croquis. Supposons que ce soit dans la position I ( planche 1 ). Si nous.lâchons la manivelle voyons ce qu'il se produira
Sous D,l'air emprisonné occupe trois fais son volu- me initial (# R2 X 1/2 ),la pression est d'un tiers d' atmosphère. Le piston D est. donc pousse vers le bas par une pression de 2/3 d'atmosphère.
Le piston: 0 est; en équilibre entre la pression ex - térieure et la pression intérieure, toutes deux à la pres - sion atmosphérique.
La came a terminé son effort, elle est au début du Il'4% de tour où elle n'agit pas sur le piston P'
Il n'y a donc- pas équilibre entre les pressionien présence,. Le piston D va descendre entrainant, la montée du piston 0 ( la position des, réservoirs mobiles ne se modi - fie pas,puisque le piston'?' reste immobile pendant ce @/4 de tour).
La fores agissant dans ce rétablissement d'équili - bre peut être représentée comme suit; : ( voir planche 4 figures 1 et. 2: )
La verticale A B représente la pression atmosphéri- que correspondant à la surface d'un piston A.B.C.ou D.
L'horizontale A 0 représente le chemin parcouru par un de ces pistons pendant 1/4 de tour de manivelle.
Le quadrilatère A m n 0 nous donne la pression qui influence le piston D et l'entraine vers le bas. En effet au départ,la résultante des pressions extérieure et int,é - rieure est de 2/3 d'atmosphère; à fond de course, elle est d'une demi atmosphère.
Le piston 0 est entraîné vers le haut parla descen- te de D, mais il offre une résistance qui est figurée par le triangle A C n. En effet, au départ, la résultante des pressions de part; et d'autre de 0 est zéro, à fin de course
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vers le haut. elle As:t+' 110 Tin z
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Le triangle A m n nous indique le bénéfice de force qui. peut être emmagasiné par le volant pendant le rétablissement de l'équilibre entre C et D. Ce triangle A m n: équivaut à un rectangle de même hauteur A C et dont la largeur est la moitié de la base A m du triangle. Nous constatons donc que ce. bénéfice de force équivaut à 1/3 d'atmosphère pendant toute la durée du Il 4- de tour.
Si nous supposons des pistons: de, Im2O de diamètre,la pression sur D pouvant être utilisée sera :
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6o x 6ù x¯a#4é6¯é¯ké53 - = 3894. %x 3
Ce mouvement; est. la conséquence de f'effort que nous avons fait; à l'aide du treuil, pour amener l'appareil dans la position considérée.
Mais voyons maintenant si l'appareil n'a pas , en. même temps,retrouvé une position de déséquilibre par ses propres moyens.
}les pistons A et B vont être entraînés par le mouvement: de 0 et. D et- vont aboutir à une position de déséquilibre ( croquis: 2- planche I). Voyons comment: et. dans quelles conditions : Au. début du mouvement;, les pistons A et B sont en équilibre. La résultante des pressions sur chacun d'eux est d'une demi atmosphère.;
Les manivelles de A et B sont, au point mort-. La came est au début de son effort. Dès que le point mort sera dépassé, la came; soulèvera le cadre.
Remarquons en- passant que le bras de levier de la came ( projection ), aura toujours la même longueur que le bras de levier de la manivelle ( projection ) pendant: la période d'action de : la came.
J'ai représenté schématiquement l'effort de la came et de la manivelle de B ( voir planche 5 fig.2. et 3) le point C est l'axe de l'arbre de transmission;
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, Q a a r..1-,...."..",. ,
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la droite D E , la partie du cadre qui:. reçoit l'effort de la came.
La projection O C de la manivelle A O est égale à la projection B 0 de la partie I O de la came. agissant à ce moment. Ces deux bras de levier étant égaux,l'effort de la manivelle sera transmis intégralement au cadre et, conséquemment, au piston F qui, lui, transmettra la même pression au liquide.
La fin:de l'effort est montrée par le croquis ne 3,même planche. Le cadre a été soulevé de la hauteur m m ou m o ( rayon dt action de la came ) qui est égale à 0 A. -
Nous voyons sans difficulté qu'une came cons truite de cette façon continuerait, son effort;, n a étant plus grand que m o, c'est pourquoi j' ai dû dessiner une came planche 3 qui présente les mêmes avantages sans cet inconvénient;. Si cet appareil reçoit un jour une application industrielle,il est incontestable que les techniciens trouveront sans difficulté la came qui convient, si la mienne est jugée peu pratique.
Je puis. donc dire que la aame, agissant par le cadre sur le piston. celui - ci va se soulever et, la pres- sion de bas en haut qu'il exercera sur l'eau va se transmet@ tre intégralement au plateau E qui a la même surface que P.
Le réservoir mobile E va se soulever et le ré - servoir mobile F descendra.. Les pist-.ons A et B ayant une marche deux fois moins rapide que les réservoirs mobiles, l'air emprisonné sous A va se comprimer'( d'une demi atm. à une atm.) et l'air emprisonné sous B va se détendre (d'une demi. atm. à un tiers d'atm.)
Pour permettre à ce mouvement de se réaliser sans perte, il faut qu'à tous les instants de ce mouvement, la pression reçue sous E et transmise par le liquide soit- égale à celle de l'air emprisonné .sous A.-
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Soit donc: x, la pression de l'air emprisonné sous A, et y la pression de l'air emprisonne sous B,à un:
moment quelconque du mouvement envisagé
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x est- compris entre Ijs- atm. et I acné xyz est; compris entre 1/2 atm. et 1/3 atmo' x est dono > YI La résultante sur L = I - x et sur B = t - y.
( Î - x ) est < ( 1 - y ) dons B sera entraî-né vers le bas par une force de ( 1 - YI ). # ( î - x ) = 1 Cet effort,x - y , sera transmis à lf par la came et P le transmettra. sous E par le liquide. Mais 2 reçoit également par le liquide la pression y, exercée sur F par l'air emprisonné sous B. Cette pression y sera également transmise sous E. oùnous aurons x - y + y = x / L'équilibre, des @ en. présence peut encore se représenter- par les diagrammes de la planche 6.
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DIAGRAM 1 : efforit de compression de l'air emprisonné sous Je... en un quart de tour de manivelle.
L'air est, amené de. la pression: d'une demi atm: à une atm. Le travail est; représenté par le quadrilatère O C D B .
DIAGRAMME 2 : La résultante des pressions sur B passe d'
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une demi atm.. à 2/3 d' a'an., ce qui est repré - sente par- le quadrilatère 0 C D Io Mais le piston A. offre une résistance allant d'une demi atm. à 0, ce qui est représenté par le triangle O C D .. Le triangle I 0 D représente la force qui entraine B vers le bas,déduction faite de la résistance de A. Cette force pas-
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sera à la came,puis à B',puis sous E Il mA&RAMNE¯3¯/ représente la pression de l'air emprisonné sous B, allant d'une demi. atm. à 1/3 d'atm.
Cette pression sera transmise à P, puis sous ,
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Si nous additionnons les parties hachurées des diagrammes et 3,nous constatons qu'elles correspondent exactement a l'effort de compression du diagramme I.
Nous pouvons donc conclure de ces raisonnement,s que,seuls,les frottements de l'appareil seront à vaincre pour créer automatiquement;une nouvelle position de déséquilibre dans le groupe A P B , position qui sera immédia- tement; suivie d'un rétablissement d'équilibre dans les conditions décrites plus haut. Simultanément, a ce mouve ment se produira un nouveau déséquilibre dans le groupe 0 D et l'appareil continuera sa marche.
'Le groupe C D agissante dans l'exemple considéré, avec une pression uniforme de 3894 kgs (par' 1/4- de tour) il faut bien reconnaitre que toute cette pression ne sera pas dépensée pour vaincre les frottements d'un appareil monté sur billes et à frottement doux.
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PU:ESBAN-GE D-S 1 1 APPAUIL . Nous avons vu qu'elle cor - respond a 1/3 dé la pression atmosphérique exercée sur la surface d'un piston pour' 1/4 de tour de manivelle. Les parties hachurées des diagrammes 3 et 4 de la planche 4 / montrent'énergie emmaganisée par le volant pour chacun des deux groupes pour- un- tour complet. de manivelle. Le diagramme 5 montre cette énergie totalisée pour'les deux groupes et le diagramme 6 montre la même énergie sous une autre forme pour'en faciliter le calcul:
Un appareil ayant donc des pistons de I m 20 de diamètre, une course de O m 80 et faisant un tour de volant à. la seconde nous donnerait :
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6o x 6a, x 141,6 x i,6o x 1. 6a. 32.
I2¯!¯& 60 - - L2 - 83 HP 3 g 75
Je ne tiens pas compte du poids de l'eau à sonlever au. dessus du niveau des vases communiquants que
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forme>h les récipients E F F et G P' S. En. effet., le premier= soulèvement- a été fait par le treuil. La chute
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de la quantité d'eau soulevée exercera une pression suffi- - santé pour soulever celle de l'autre vase à la hauteur voulue.
Complétons l'appareil par des ouvertures pour l'introduction du liquide et; l'échappement de l'air des réservoirs au moment du remplissage, ainsi que des guides pour les réservoirs mobiles pour éviter tout coincement,, et le moteur aura tout ce qu'il faut; pour utiliser la pression atmosphérique comme force motrice.
X
X X
J'ai dit , au début, de cet exposé ,que pour. obtenir de plus grandes forces , il suffira de remplacer la pression atmosphérique par de l'air comprimé.
Il conviendra alors d'enfermer la partie supérieur du moteur dans une enveloppe capable de résister aux pressions, que l'on voudra utiliser ( voir planche 5 ) .
Il sera possible alors de construire un appareil dont les pistons auront des dimensions normales.
L'amorçage de l'appareil se fera de la façon suivante : Des soupapes seront ménagées dans. les pistons A.B.C.D. en S planche 5. Elles seront ouvertes par des tiges rigides appelées clefs ( même principe que pour les vannes a eau ) se manoeuvrant du toit de l'appa reil et à travers 'une boite à bourrage. Lorsqu'elles seront ouvertes,l'air comprimé sera envoyé dans l'appareil.
Il P6nètxera partout par- les soupapes S et remplira l'enve- loppeo Lorsqu'il aura atteint la compression voulue,les soupapes seront refermées solidement et:les clefs relevées pour ne pas gêner les mouvements des pistons,,- Le vide se ra fait aux: endroits marqués V et le premier tour de volant sera accompli au moyen du treuil.
Les mêmes phénomènes
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nue nmir le mym<o4m 4-#T# ---- -
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force de l'appareil sera multipliée par le nombre d'atmosphères qu'atteindra l'air comprimé.
Une dernière remarque avant. de terminer ce long exposé dont je m'excuse. Le vide existant a l'intérieur de l'appareil devra être maintenu constamment.
Il n'augmentera jamais la force de détente de l'air em - prisonnier il ne fera que la rendre perceptible et; favorisera la descente des réservoirs mobiles.
Enfin:, c'est par ces espaces vides que la nature reprendrait ses droits si.l'appareil était abandonné a lui - même : Si parfaite que soit sa construction, il arriverait un moment ou l'air occuperait ces espaces vides et l'appareil retomberait dans l'immobilité parce que la nature aurait rétabli l'équilibre partout et, cette fois, de son plein gré.
Enfin le cuir embouti jouera le rôle important dans ce moteur. Il a fait ses preuves et donnera certainement les résultats souhaités.
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