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Perfectionnement aux appareils à fluide tels que moteurs, pompe compresseurs et compteurs, comportant un organe animé d'un mouvement orbitaire.
Il existe des appareils rotatifs pour fluide tels que pompes, compresseurs, moteurs ou compteurs, réalisés par capsulisme spirale, c'est-à-dire à l'aide d'un organe de déplacement de forme spiralée, mobile dans une chambre de même forme, le tracé de cette forme spiralée étant obtenu soit à l'aide d'éléments d'arcs de cercle ou de dé- véloppante de cercle, soit à l'aide d'éléments de véritables
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spirales - spirale logarithmique ou spirale d'Archimède - l'organe de déplacement subissant un mouvement appelé mouve- ment de translation circulaire, c'est-à-dire mouvement dans lequel tous les points décrivent des cercles de même rayon.
La présente invention a trait à divers perfection- nements, les uns s'appliquant aux appareils ci-dessus, les autresà tous appareils à capsulisme spiralé ou circulaire, ces perfectionnements consistant:
1. en la double tangence d'une bielle accouplant deux manivelles idéales, égales et antirotatives avec les parois d'un canal déterminé par les deux courbes enveloppes des deux profils limitant la bielle pendant son déplacement antirotatif.
Ces deux profils sont des demi-cercles raccordés en forme d'S. Les points de tangence de ces 2 profils se trouvent à chaque instant de la rotation sur les extensions des 2 boutons des manivelles idéales antirotatives, en constituant des portées réelles et guident par leurs contacts la bielle, dans un mouvement antirotatif.
2. en un piston mobile ayant une section en queue d'aronde de même que le corps de pompe, ce qui est avantageux pour assurer l'étanchéité latérale quelle que soit l'usure, ce dispositif étant du reste applicable à tous les capsu- lismes, spiralé ou circulaire, et la section de la base de la queue d'aronde du piston étant égale ou supérieure à l'ouverture du col du corps de pompe.
3. en la liaison de l'un des points du piston, point animé d'un mouvement circulaire et d'une manivelle dont l'axe de rotation coïncide avec celui du mouvement circulaire dudit point par des moyens assurant une composante radiale fonction du couple d'entraînement selon le bras de manivelle en vue d'appliquer le piston contre la paroi du corps de
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pompe et d'assurer l'étanchéité radiale.
Les figs. 1 à 16 représentent à titre d'exemple diverses réalisations de l'invention, du domaine de laquelle on ne sort pas si l'on se tient aux principes énoncés ci- dessus.
@ La fig. 1 représente schématiquement la disposi- tion d'un piston à 2 spires opposées avec mouvement antirota- tif.
Les figs. 2,-,3, 4 représentent la réalisation du piston avec plateau et profil en queue d'aronde.
Les figs. 5 à 16 représentent le dispositif de guidage du piston.
La fig. 1 représente une bielle à manivelles antirotatives 1, 2. Les parois du corps de pompe sont des demi-circonférences 3-4 et 5-6 de mêmes rayons, mais elles pourraient être différentes. Une seule manivelle suffit à l'entraînement, le centre de la manivelle étant confondu avec le centre d'un des capsulismes.
L'indétermination des points morts est levée sim- plement par les frottements quand la manivelle d'entraînement tourne dans un sens judicieux.
Dans le dispositif des figures 2 à 5, les parois 7-8 de chaque chambre de capsulisme sont des cônes d'incli- naisons opposées pour chaque chambre et tels que la surface de la grande base du solide 9 constituant l'organe mobile soit égale ou même supérieure à l'ouverture 10 du corps de pompe. Dans ce cas, la force latérale exercée par toute pression sur la flasque 11 nervurant l'organe mobile est compensée ou dépassée par la composante axiale exercée sur les surfaces coniques de l'organe mobile. Dans le premier cas,l'organe mobile au montage pénètre juste dans l'ouver- ture du corps de pompe. Dans le second cas, corps de pompe
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et organe mobile doivent être démontables pour permettre le montage.
L'organe mobile s'appuie donc sur deux glaces 12 et 13 du corps de pompe à l'analogue d'un tiroir de machine à vapeur. Il est judicieux de diminuer les surfaces de contact de ces glaces et de pratiquer, dans la grande base de l'organe mobile, une gorge 14 fermée mais reliée par un petit canal 15 soit à l'extérieur pour que la pression atmosphérique soit maintenue dans cette gorge 14, soit avec une enceinte à la pression amont du système rotatif; l'appui des glaces étant orienté axialement dans le même sens, ces gla.ces s'usent en même temps des mêmes quantités.
Ce dispositif en queue d'aronde s'applique à la généralité des dispositifs de capsulisme simples ou complexes, spiralés ou circulaires.
Dans tous les appareils à capsulisme, le piston est à tout moment en contact tangentiel avec la paroi interne du corps où il se meut, et la préoccupation d'assurer l'étan- chéité de ce contact tangentiel, donc théoriquement linéaire, conduit à rechercher un moyen permettant d'appliquer constam- ment le piston contre la paroi du corps avec une pression convenable, en principe et de préférence proportionnelle au couple engendré ou subi par le piston, et sans égard aux jeux nés de l'usure ou d'autres causes.
Le perfectionnement ci-dessous a pour but de résoudre ce problème technique.
Il se caractérise de manière générale en ce que l'un des points du piston animé de mouvement orbitaire et une manivelle dont l'axe de rotation coïncide avec celui du mouvement orbitaire dudit point, sont reliés par des moyens imposant aux efforts transmis par eux une direction relative déterminée, présentant une composante radiale appliquant
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le piston contre la paroi du corps qui le contient.
Les moyens visés ci-dessus peuvent être l'un quel- conque de ceux bien connus dans la technique, pour trans- mettre un effort entre deux organes selon une direction relative déterminée, mais l'invention comprend particulière- ment l'application entre le piston et la manivelle : a) d'une bielle inclinée de telle manière que les efforts transmis par cette bielle tendent à produire la composante radiale désirée; b) de surfaces directes de contact dont l'une est une surface de révolution (cylindre ou sphère de préférence) tandis que l'autre est ou bien de révolution avec un rayon différent, ou bien plane, ou bien conformée comme une came; dans.ce cas particulier, le profil de ladite came sera de préférence :
- ou bien celui d'une spirale logarithmique, ayant pour pôle le centre commun de mouvement circulaire au piston et de la rotation de la manivelle, pour que la direction imposée à la réaction du contact fasse un angle constant avec le rayon vecteur au point de contact quel que soit ce point, et qu'ainsi la composante radiale soit en proportion constante avec la composante tangentielle quelle que soit la place du point de contact.
- ou bien celui d'une spirale d'Archimède, ayant @ pour pôle le centre commun du mouvement circulaire du piston et de la rotation de la manivelle, pour que la composante radiale de la réaction aù point de contact soit en proportion constante avec le couple transmis quelle que soit la place du point de contact.
Le premier moyen selon l'invention (figures 5 et 6) consiste à lier, par une bielle 16, le point M du corps 17 à une manivelle 18 ayant pour centre de rotation le centre 0
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du mouvement circulaire du point M, de telle manière que les efforts transmis par cette bielle tendent à créer la compo- sante radiale désirée.
Si, par exemple, la manivelle 18 est motrice dans le sens de la flèche f et entraîne le corps 17 et qu'on désire obtenir une composante radiale centrifuge, la disposi- tion de la figure 5 peut être adoptée. Dans ce cas, en effet, l'effort transmis par la bielle 16 a la direction de cette bielle et a le sens F. Il est visible que cet effort donne lieu à une composante tangentielle T et à une composante radiale R.
Dans les figs. 6 et 7 on a représenté un mode de réalisation pratique du dispositif.
La forme extérieure du corps 17 n'a pas été repré- sentée ; on n'a pas représenté non plus comment ce corps est guidé pour n'avoir qu'un mouvement circulaire. Par contre, selon l'invention, le corps 17 est articulé sur un excentrique 19 dont le centre est en M; l'excentrique 19 est articulé sur un second excentrique 19 dont le centre est en C.
Celui-ci tourne autour de l'axe 0. Les lettres C et Mont été reportées sur la fig. 5, pour faire voir que le méca- nisme des figs. 6 et 7 est la réalisation du schéma de la fig. 5.
Le second moyen, selon l'invention, consiste à mettre directement en contact la manivelle 18 et le corps 17 par des surfaces propres à donner, comme le faisait la bielle 16 de l'exemple précédent, une direction déterminée à la réaction F du contact, cette direction étant choisie comme précédemment pour donner la composante radiale R que l'on désire. En d'autres termes, ce second moyen ne diffère du premier que par la manière d'imposer à la réaction F une direction relative déterminée.
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Dans l'exemple schématique de la fig. 8, les surfaces de contact sont cylindriques. La manivelle 18 porte.un tourillon 20 placé à l'intérieur d'un évidement circulaire 21 taillé dans le corps 17 et ayant pour centre le point M du précédent exemple. La longueur de la manivelle 18 est choisie de manière que l'inclinaison du rayon E M de contact par rapport à 0 E ait la direction relative qu'on veut donner à la réaction F, pour l'obtention de la réaction radiale R.
On remarquera qu'au cours de la rotation de la manivelle 18 et du mouvement circulaire du corps 17, le point de contact entre 20 et 21 se déplace; le mouvement circulaire amené E en E1 par la trajectoire t montrée en pointillé, alors que, dans la deuxième position, le contact a lieu en E2. Pour éviter les frottements, le tourillon 20 est donc de préférence garni d'un roulement à billes, à aiguilles ou à rouleaux, comme montré par la fig. 9.
L'exemple de la fig. 10 diffère de celui de la fig. 8 uniquement par le fait que le tourillon 20 est porté par le corps 17 au lieu d'être porté par la manivelle 18 tandis que l'évidement cylindrique 21 est porté par la manivelle 18, au lieu d'être porté par le corps 17. Les deux moyens sont équivalents.
Il n'est pas nécessaire que les surfaces cylin- driques 20-21 soient l'une convexe et l'autre concave, elles peuvent être toutes deux convexes, comme montré par la fig.
11. Dans ce cas, l'un au moins des tourillons 20 ou 21 porte avantageusement un roulement à billes ou à rouleaux.
La surface portée par la manivelle 18 n'est pas nécessairement cylindrique, comme décrit jusqu'à présenta Elle peut être plane, comme montré en 21 par la fig. 12, pourvu qu'elle soit convenablement orientée, ou affecter
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un profil de came, comme on le verra plus loin. Par contre, la surface 24 portée par le corps 17 est nécessairement de révolution pour que le mouvement relatif du corps et de la bielle ne modifie pas la direction de la réaction de contact relativement au rayon réunissant le point de contact au centre de rotation de la manivelle.
L'usure ou tout autre cause peut faire varier le rayon du mouvement circulaire. Dans ce cas, avec les dis- positifs déjà décrits, l'angle de la réaction de contact qui est la normale aux surfaces au point où elles se touchent, avec le rayon qui aboutit en ce point, varie ; le bras de levier de cette réaction varie aussi. On peut se poser le problème de donner à la surface 22 de la fig.12 un profil tel que l'angle ci-dessus défini né change pas, de sorte que la composante radiale R et la composante tangentielle T soient toujours dans la même proportion. Ce problème est facilement résolu en donnant à cette surface 23 le profil d'une spirale logarithmique ayant son pôle en 0, car on sait que cette courbe jouit de la propriété qu'en tous points l'angle de la normale et du rayon vecteur est constant.
Dans la-même hypothèse, on peut se proposer de donner à la surface 23 une forme telle que la réaction radiale R soit toujours proportionnelle au couple transmis, avec un facteur de proportionnalité constant, quelle que soit la,place du point de contact sur 22.
Si r est le rayon 0 E et a l'angle formé par la normale E F sur le rayon 0 E (fig.13), on voit que le couple C est :
C = R r sin a De plus R = F x cos a
1 R = C r. tg a
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Il faut donc que r tg a qui est la sous-normale polaire, soit constant. Or, on sait que la spirale d'Archi- mède jouit de la propriété d'avoir une sous-normale polaire constante. On donnera donc dans ce cas à la surface 23, un profil de spirale d'Archimède ayant son pôle en 0.
Pour que la poussée radiale ait lieu de la même manière quel que soit le sens de rotation, on utilisera, comme montré par la fig. 14, deux surfaces 22a et 23b au lieu d'une seule, ces deux surfaces étant symétriques par rapport à un plan radial. On ne s'écarterait pas de l'in- vention si l'on utilisait des surfaces dissymétriques,dans le cas où l'on voudrait que la composante radiale ne soit pas la même dans les deux sens de rotation.
Pour les mêmes raisons que celles indiquées plus haut, on garnira de préférence le tourillon 20 d'un roulement à billes, à aiguilles ou à rouleaux.
Ces derniers dispositifs s'appliquent à tous les 'moteurs., compteurs, compresseurs ou pompes, à capsulisme spiralé ou circulaire, même aux appareils dits à piston rotatif.
La fig. 15 est relative, à titre d'exemple à l'application du dispositif à un capsulisme à une seule manivelle. Dans cet exemple, on a considéré qu'il s'agissait d'une pomperais bien entendu l'appareil pourrait être un moteur. Le piston 25¯¯,est constitué par le raccordement de deux arcs de cercle,.tandis que l'espace ou corps de pompe
26 où se meut le piston est l'enveloppe des positions succes- sives prises par ce piston au cours d'une translation cir- culaire de rayon déterminée Dans ces conditions, si on entraîne le piston 85'par-une manivelle tournante et.qu'on imprime ainsi à ce piston un effort moteur, ledit piston 25 se déplace en translation circulaire dans le corps 26.
Si cette translation circulaire a lieu dans le sens inverse
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des aiguilles d'une montre (sur la fig. 15), le refoulement a lieu suivant la flèche F1 et la pression oblige le piston 25 à s'appuyer en 28 et 29 sur les parois du corps mais cette poussée est variable selon la position du piston. L'inven- tion permet d'augmenter cette pression d'appui du piston 25 sur les parois du corps 26 et à cet effet le point M du piston 26 est relié par la biellel6àla manivelle motrice 18, comme expliqué à la figure 5. La composante radiale R qui s'exerce sur le point M. est équilibrée par les réactions de contacts en 28 et 29.
La fig. 16 représente l'application du guidage par cames d'un piston d'appareil à capsulisme spirale 23a et 23b représentant les profils symétriques de la came, 25 le piston spiralé, 26 l'enveloppe. On aurait. pu représenter l'applica- tion de ce dernier dispositif à l'une quelconque des autres formes d'exécution décrites, le type moteur ou de pompe pourrait être différent de celui donné à titre d'exemple il peut être d'un type de capsulisme quelconque.