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BREVET D'INVENTION " PERFECTIONNEMENTS AUX PISTONS " Harry Brooks CHAFFIN
La présente invention est relative aux pistons, et plus particulièrement aux pistons pour locomotives à vapeur.
Dans les locomotives à vapeur, on a eu l'habitude jusqu'ici d'utiliser des bagues de guidage sur les pistons, en vue de maintenir ces derniers centrés dans les cylindres, ainsi que des segments distincts destinés à maintenir un joint de fonctionnement étanche au fluide avec les parois des cylindres ; a essayé aussi de supprimer les bagues de guidage et de faire des segments qui servent à la fois à assurer le centrage et l'étanchéité.
Les segments servant en même temps de bagues de guidage n'ont pas toutefois donné satisfaction, du fait de la complication des parties, de la difficulté de montage, et du fait que l'on ne pouvait pas
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maintenir de façon sûre un joint satisfaisant , par suite de l'usure excessive du cylindre entraînée par les jeux qui se produisent entre les éléments des segments et le piston.
Le but principal de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus ou, en d'autres termes, de réaliser un segment formant bague de guidage qui soit de construction simple en ce qui concerne le nombre des éléments constituants et sur lequel on puisse compter pour assurer une étanchéité au fluide pendant de longues durées de service, du fait que les éléments du segment ne peuvent que se déplacer radialement par rapport aupiston.
Pour obtenir ce résultat ainsi que d'autres, la présente invention consiste essentiellement en ce qu'il est prévu un piston comportant sur sa périphérie un certain nombre de rainures circonférentielles, de section rectangulaire, à une certaine distance les uns des autres latéralement, et un segment formant bague de centrage, dont une partie faciale correspond sensiblement en largeur au pourtour du piston, en l'entourant, ce segment étant constitué par un certain nombre d'éléments de segment, en forme d'arc , se recouvrant, constituant ensemble un certain nombre de nervures internes de section rectangulaire , à une certaine distance les unes des autres latéralement, de façon à s'adapter étroitement dans les rainures circonférentielles du piston,
chacune de ces nervures comportant une rainure débouchant vers l'intérieur et un dispositif travaillant à l'expansion annulaire pénétrant dans ces rainures, de façon à maintenir élastiquement les éléments de segment en contact avec la paroi du cylindre, en assurant l'étanchéité au f luide.
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Sur les dessina,
La fig. 1 est une vue de f'ace d'un piston de locomotive à vapeur comportant un segment , formant bague de centrage, selon l'invention.
La fig. 2 est une vue de détail, à plus grande échelle, montrant la surface extérieure du segment en dé- veloppement.
La fig. 3 est une vue de détail en coupe du segmen faite suivant la ligne III-III de la fig. 1 et à plus grande échelle.
Les fige 4 et 5 sont des vues analogues aux fig.
2 et 3 respectivement, et représentant une variante.
Les fig. 6 et 7, d'une part, et 8 et 9, d'autre part, sont des vues analogues, correspondant également aux fig. 2 et 3 respectivement , et représentant d'autres variantes.
En se reportant d'abord aux fig. 1, 2 et 3, le piston 10 comporte une partie périphérique 11 , relativement large solidaire d'une âme centrale 12 , en forme de cuvette, munie d'un bossage central ou moyeu 13. Comme on le voit sur la fig. 3, le piston 10 comporte deux rainures circonféren- tielles 14, de section rectangulaire, à une certaine distance l'une de l'autre latéralement, et dont la profondeur est sensiblement plus grande que la largeur.
De façon à maintenir le piston 10 centré dans le cylindre, et en même temps, assurer un joint de fonctionnement étanche au fluide entre ce piston et la paroi 15 du cylindre (fige 3), conformément à la présente invention, il est prévu un segment formant bague de centrage qui, comme on le voit sur les fig. 1 et 2, est composé d'un certain nombre d'éléments de segment en forme d'arc, interchangeables.
16, 16x. L'élément de segment 16x , qui se trouve à la partie inférieure du piston 10 , a une longueur qui est.exac-
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tement double de celle des autres et, du fait de sa position, il porte la plus grande partie du poids du piston. Com- me on le voit surtout sur la fig. 3, le segment formant bague de centrage comporte une partie faciale 17 , qui a sensiblement la même largeur que le piston 10 et qui recouvre le pourtour de ce piston, remplissant ainsi l'espace compris entre le pourtour du piston et la paroi 15 du cylindre, sa face extérieure 18 portant complètement contre la paroi 15 du cylindre.
Le segment formant bague de centrage comporte, en outre, intérieurement, deux nervures 19, circonféren- tielles, à une certaine distance l'une de l'autre latéralement, de section transversale rectangulaire, et ayant les dispensions voulues pour s'ajuster étroitement dans les rainures circonférentielles 14 du piston 10 et remplir sensiblement celles-ci.
Deux ressorts fendus 20 , de section ron- de, annulaires et travaillant à l'expansion, sont logés dans les rainures centrales 21, débouchant vers l'intérieur, des nervures 19 et poussent les éléments de segment 16 uniformément vers l'extérieur, en contact intime et assurant l'étanchéité, avec la paroi du cylindre 15; ils aident également à maintenir ces éléments de segment exactement en alignement circonférentiel.Pour assurer une meilleure lubréfaction du piston 10, le segment formant bague de centrage comporte des rainures 22 pour l'huile, sur sa face extérieure 18, ces rainures à huile étant respectivement au centre des nervures 19, comme on le voit sur la fig. 3.
A leurs extrémités op- posées, les éléments de segment 16 sont découpés, comme indiqué en 23 sur la fig. 2, de façon à former un embrêvement, et à constituer entre eux des joints de fonctionnement, étan-
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che au fluide, les faces longitudinales 24 de ces joints étant'toutes, dans cet exemple particulier, dans le plan central du segment ,
Etant donné que les éléments de segment 16 et 16x comportent deux nervures 19 , enfaisant partie intégrante et ayant des dimensions telles qu'indiquées ci-dessus, la force de poussée latérale exercée sur le segment par la pression de vapeur agissant sur le piston 10, est évidemment transmise aux parois des rainures 14 de ce piston et absorbée de façon proportionnelle par ces parois.
En outre, étant donné que les surfaces de contact des nervures 19 et des cô- tés des rainures 14 sont relativement grands et à une distance relativement grande les uns des autres latéralement, les éléments de segment 16 et 16x , ont uniquement un mouvement radial dtoù il résulte que l'usure des rainures 14 du piston est réduite au minimum et qu'il n'y a pas de mou- vement de bascule relatif qui entraînerait une usure rapide entre le segment et la paroi 15 du cylindre, provoquant une fuite de vapeur d'un côté à l'autre du piston 10, comme cela était le cas avec les segments à une seule nervure couramment employés jusqu'ici dans cette industrie.
Un autre avantage du mode de construction ci-dessus est que la poussée radiale du segment formant bague de centrage est uniformément répartie par l'action combinée des deux ressorts fendus annulaires 20, travaillant à l'expansion, de sorte que la pression entre la face extérieure des éléments de segment 16, 16x et la paroi 15 du cylindre , reste uniforme sur tout le pourtour.
Dans la forme de réalisation de l'invention repré-
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sentée sur les fige 4 et 5, le piston 10a comporte trois rainures circonférentielles 14a , de section rectangulaire, et le segment formant bague de centrage, comporte un nombre correspondant de nervures 19a, pénétrant dans les rainures 14a du piston. Les différents éléments de segment 16a se recouvrent à leurs extrémités de la même façon que cidessus, mais il y a lieu de noter sur la fig. 4, que, dans ce cas, les faces de recouvrement longitudinales 24a des joints successifs 22a sont respectivement dans l'alignement des faces opposées de la nervure centrale 19a . Ce mode de construction évite les fentes au milieu de la rainure 14a du ressort central 20a travaillant à l'expansion.
Sauf en ce qui est indiqué ci-dessus, la variante de construction des fig. 4 et 5 est établie et fonctionne de la même façon que la forme dé réalisation décrite en premier lieu, et, pour ne pas avoir à répéter la description, on a utilisé les mêmes références pour désigner les pièces correspondantes en ajoutant simplement la lettre a pour faire une distinction.
Sur les fig. 6 et 7, on a représenté un segment formant bague de centrage pour un piston 10b comportant trois rainures circonférentielles 14b .En ce cas, les éléments 16b du segment comportent des cavités d'extrémités concordantes 25 qui constituent ensemble des espaces servant à recevoir des éléments de segment supplémentaires 26, s'y adaptant étroitement, de façon à recouvrir les points de jonction 23b des faces des éléments de segment principaux butant les unes contre les autres. Chaque élément de segment supplémentaire 26, ainsi qu'on le voit sur la f ig. 7, comporte une
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nervure 27 , pénétrant dans la rainure circonférentielle centrale 14b du piston 10b , tandis que chaque élément de segment principal 16b compurte trois nervures 19b venant se loger dans toutes les rainures 14b du piston.
Du fait qu'ils sont logés au milieu du système de piston, les éléments de segment supplémentaires 26 sont soumis à l'action du ressort central 20b travaillant à l'expansion, tous les ressorts exerçant collectivement leur action sur les éléments de segment principaux 16b , de sorte que tous les constituant; du segment formant bague de centrage sont poussés élastiquement contre la paroi 15b du cylindre, de façon à assurer un joint de fonctionnement étanche au fluide.
Les fig. 8 et 9 représentent l'invention appliquée à un piston 10c comportant quatre rainures circonférentielles 14c . En ce cas, les éléments de segment principaux 16c du segment formant bague de centrage sont encochés en leurs coins en 28 , ce qui laisse des espaces le long des bords latéraux opposés du piston 10c pour recevoir des éléments de segment supplémentaires 26c , s'y adaptant étroitement, et recouvrant les points de jonction 23c des extrémités venant buter l'une contre l'autre, des éléments de segment principaux contigus 16c.
Dans cette variante, les nervures simples 27c des éléments de segment supplémentaires 26c , qui se trouvent le long des bords latéraux opposés du piston 10c, pénètrent respectivement dans chacune des rainures circonférentielles extérieures 14c , tandis que les éléments de segment principaux 16c comportent chacun quatre nervures 19c , se logeant dans toutes les rainures circonférentielles 14c du piston. Comme on le voit sur la fig. 9, les éléments
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de segment supplémentaires 16c sont soumis à l'action des anneaux extérieurs 20c travaillant à l'expansion, lesquels agissent en même temps sur les éléments de segment principaux 16c , de façon à les maintenir élastiquement en contact étanche avec la paroi 15c du cylindre.
Les variantes de l'invention représentées sur les fige 6-7 et 8-9 sont avantageuses du fait qu'elles assurent un mode de construction plus économique du segment formant bague de centrage, étant donné que les éléments de segment principaux 16b , 16c , peuvent tous être découpés à partir d'un flan usiné annulaire, préalablement conformé, sans déchet, sauf en ce qui concerne celui dû aux cavités d'extré- mités-25 ou 28 . Les éléments de segment des formes de réalisation représentées sur les fig. 1 à 3 et 4-5 , d'autre part, peuvent évidemment être tous faits à partir d'un flan an nulaire unique, du fait que leurs extrémités opposées sont décalées.
D'après ce qui précède, il est évident que le segment formant bague de centrage selon l'invention se compose d'un petit nombre de parties, quton peut le monter facilement et rapidement, que, de même, on peut ltintroduire au début facilement et rapidement dans le cylindre, aussi bien que le retirer facilement de ce cylindre, lorsqu'il devient nécessaire de le remplacer, qu'il est auto-lubrifiant et que l'on peut compter sur lui pour maintenir un joint étanche, efficace, entre le piston et la paroi du cylindre pendans un temps de service considérable.