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Piston pour machines à pistons hélicoïdaux.
L'invention se rapporte à des machines dites à pistons héli- coïdaux, c'est-à-dire à des machines dans lesquelles des parois parallèles, en étant guidé-es le long de surfaces ondulées, sont animées d'un mouvement alternatif dans une direction de guidage qui ne coïncide pas avec la direction des lignes de jonction des points de contact de ces parois parallèles avec les surfaces ondu- lées.
Pour de telles machines, l'invention crée la possibilité de construire les pistons de façon à ce qu'ils puissent être fabri- qués d'une manière particulièrement simple. Cette possibilité est surtout obtenue en ce que les surfaces du piston actives pour le refoulement sont planes.
Sur les dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, quelques formes de réalisation de l'objet de l'in- vention :
La figure 1 représente le principe, déjà connu, de ces machi-
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nes à pistons hélicoïdaux ;
La figure 2 montre en perspective une autre forme de réali- sation, également connue déjà ;
La figure 3 montre de la même façon une autre forme de réa- lisation également connue ;
La. figure 4 représente un détail de la figure 3 ;
La. figure 5 montre une variante de ce détail, toutes ces figures étant des vues en perspective ;
Les figures 6 à 8 représentent, également en perspective, trois formes de réalisation de la construction selon l'invention de ces éléments de détail ;
La figure 9 montre, d'une fagon schématique analogue à celle de la figure 1, comment se comportent les éléments indivi- duels formant les parois parallèles dans leur mouvement entre les parois ondulées, lorsque ces parois parallèles ne sont pas d' une épaisseur uniforme et délimitées par des plans parallèles, .nais construites suivant l'invention.
La figure 10 est une coupe axiale par une machine en appli- cation de l'invention.
La figure 11 est une coupe transversale correspondant à la figure 10 ;
La figure 12 montre une vue en plan de la machine suivant la figure10.
Les figures 13 à 23 montrent ces dispositifs de réglage du débit de refoulement indépendants de la vitesse de rotation de la machine ; plus particulièrement :
La figure 13 représente une machine à pistons hélicoïdaux d'un type connu; devant Sure perfectionnée par le montage du dis- positif de réglage, ainsi qu'il est expliqué par les figures ci- après :
La figure 14 montre la construction suivant l'invention, des disques poussoirs de telles machiens;
La'figure 15 représente schématiquement le fonctionnement
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d'un dispositif de réglage automatique ;
La figure 16 représente d'une faon semblable une autre forme de'réalisation ;
La figure 17 représente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de réglage pour le cas où plusieurs machines à pistons hélicoïdaux sont réunies en des transmissions automati- ques ;
La figure 18 représente d'une façon semblable une autre forme de réalisation pour le même cas ;
La figure 19 montreun autre dispositif selon l'invention pour le réglage du débit ;
La figure 20 est une vue de face correspondant à la figure 19 ;
La, figure 21 montre un exemple de réalisation des pistons pour des'machines suivant la figure 19 ;
La figure 22 est un développement des pistons suivant la figure 21 pour un nombre pair de points de refoulement
La figure 23 est un développement des pistons pour un nombre impair de points de refoulement.
Suivant la figure 1, des parois parallèles a, en étant gui- dées le long de surfaces ondulées b, sont animées d'un mouvement alternatif dans une direction [alpha] qui ne coïncide pas avec la direction ss de la ligne de jonction B-C des points de contact des parois parallèles à avec les surfaces ondulées b. Ce mouve- ment produit entre les parois a des grands intervalles, c'est-à- dire des grands espaces utiles là où la direction momentanée des ondulations b forme avec la direction [alpha] un petit angle et avec la direction de la paroi ss un grand angle, et des petits espa- ces utiles là où les va,leurs relatives des angles avec [alpha] et/0 sont inverses.
Lorsque les parois a se déplacent dans le sens de la flèche D, le fluide moteur est aspiré par les lumières E et refoulé par les lumières A.
Lorsqu'on enroule les parois a en des hélices c, ainsi que
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le montre la figure 2,les surfaces ondulées b se transforment en des disques poussoirs d à une ou plusieurs courses. Ce dis- positif peut être actionné par une rotation des disques poussoirs d' mais aussi en maintenant les disques poussoirs d fixes et en faisant tourner les pistons hélicoïdaux c, qui sont ainsi animés d'un mouvement de va-et-vient suivant la flèche double e.
Les extrémités des pistons hélicoïdaux c de la figure 2 sont avantageusement équipées, suivant la figure 3, de guides f en forme de secteurs annulaires, lesquels remplissent l'espace annu- laire entre le boîtier et l'arbre, et obturent d'une fagon très étanche les espaces utiles compris entre ces derniers et les pistons, vers les extrémités du dispositif.
La surface utile g d'un piston hélicoïdal sera d'abord la surface d'une hélice. Toutefois, il est aussi possible de rempla- cer la surface d'une hélice par des surfaces d'une autre forme, par exemple par des surfaces planes h suivant la figure 5 sans que rien ne soit changé dans le fonctionnement de'la machine. Ce fait est mis à profit par l'invention pour rendre possibles des formes de construction de pistons hélicoïdaux d'une fabrication particulièrement simple.
Le plus petit nombre de pistons avec lequel on peut construi- re une macnine à pistons hélicoïdaux est deux. Dans ce cas, le guide f (figure 3) d'un piston remplit à moitié l'espace annulaire entre le boîtier et l'arbre. On obtient la forme la plus simple du piston où la surface utile du piston (g dans la figure 4 et h dans la figure 5) ne consiste qu'en une surface plane lorsqu'on dispose, suivant la figure 6, la surface plane i du piston obli- quement par rapport à l'axe k du piston, Dans un tel piston sui- vant la figure 6, la surface du piston active pour le refoulement est égale à la. projection axiale de la surface i, soit à la demi- surface annulaire. La surface utile du piston est donc égale à la section transversale .1 d'un secteur de guidage f.
Lorsqu'il s'agit par contre de rendre la surface utile du
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piston plus grande, il y a lieu de choisir une forme correspon- dant sensiblement à la figure 4 ou à la figure 5.
Lorsque le processus de fonctionnement à.réaliser exige plus de deux pistons, la surface des secteurs de guidage doit être. plus petite dans une mesure correspondante.
Une forme particulièrement simple du piston est obtenue lorsque la surface utile du piston peut être inférieure à la section transversale des guides f. Dans ce cas, représenté sur la figure 7, la surface du piston qui est désignée ici par n peut être disposée perpendiculairement à l'axe k du piston. La surface n du piston suivant la figure 7 est égale au quart de la surface annulaire entre le boîtier et l'arbre. Elle pourrait tout aussi bien être choisie plus petite.
Les pistons suivant la nouvelle construction peuvent être combinés avantageusement en des pistons à effet multiple, par exemple pour l'utilisation dans des pompes doubles ou triples ou dans d'autres dispositifs, en réunissant un nombre correspondant de pistons élémentaires d'une forme quelconque en soi. Lorsqu'on utilise des pistons de même sens de torsion (les figures 6 et 7 représentent des pistons avec pas à gauche), les pistons à surfa- ce de piston perpendiculaire suivant la figure 7 montrent aussi des caractéristiques de pistons "hélicoidaux".
On obtient des formes particulièrement favorables à l'usinage en réunissant des pas opposés.
La, figure 8 montre à titre d'exemple un piston où un élément de piston o avec pas à droite est réuni à un élément de piston p avec pas à gauche. Dans ces pistons, la surface annulaire des sec- teurs de guidage est égale au tiers de la surface annulaire entre le'boîtier et l'arbre, la surface de piston au sixième de cette surface.
Au lieu de deux pistons seulement, on peut aussi réunir de cette manière trois ou plusieurs pistons. Ainsi que le montre la figure 7, des pistons de ce type peuvent être munis de perçages
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longitadinaux c pour la canalisation de lubrifiants ou de liqui- de de refroidissement.
La figure 9 montre de quelle façon se comportent des pis- tons construits selon l'invention lorsqu'on les déplace entre des surfaces ondulées, d'une façon analogue à la représentation scnématique de la figure 1. Les pistons r, r forment entre les surfaces utiles tournées l'une vers l'autre des intervalles s et t, lesquels augmentent et diminuent alternativement quand on déplace les pistons le long des surfaces ondulées b dans le sens de la flèche indiquée. Les petits intervalles s passent en aug- mentant sous les lumières d'entrée E, de sorte qu'un effet d'as- piration est produit en ce point, tandis que les grands inter- valles t passent en diminuant sous les lumières de sortie A en refoulant ainsi du liquide vers les sorties.
Dans la machine suivant la figure 10, dans l'alésage du boîtier u de la machine sont disposées des pièces terminales v avec des surfaces terminales planes parallèles, tournées l'une vers l'autre qui agissent comme des surfaces ondulées sur les deux pistons r1 et r2 montés sur l'arbre de commande commun w de façon à pouvoir coulisser axialement, mais non pas tourner par rapport à l'arbre.
Pendant la rotation de l'arbre w, les pistons r1 et r2 re- çoivent entre les surfaces tournées l'une vers l'autre des pièces terminales v un mouvement alternatif, mais avec un tel déphasage que l'intervalle entre les surfaces utiles tournées l'une vers l'autre du piston augmente à l'intérieur de la zone de périphérie où il se trouve en face de l'entrée E, et diminue dans la zone où il se trouve sous la sortie A.
Lorsqu'on dispose les disques poussoirs, par exemple les disques d de la figure 2 ou les guides 2 de la figure 13, de telle façon que leur inclinaison puisse être modifiée, on obtient un moyen simple de faire varier la course et, par suite, le débit pendant le fonctionnement de la machine.
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La figure 14 montre un exemple de réalisation de cette idée de l'invention 3 et 4 sont les pistons, 2 les disques pous- soirs mobiles, articulé.s dans les rotules 5.
La variation de l'inclinaison des disques poussoirs peut être réalisée, soit par action extérieure, soit par une combinai- son avec un dispositif de réglage. Dans une application à des pompes,, on peut par exemple envisager le réglage du refoulement . soit suivant le débit, soit suivant la pression de refoulement.
La figure 15 montre le schéma d'un réglage du débit ;3 et 4 sont les pistons, 2 les disques poussoirs mobiles. Le débit est mesuré par la différence de pression P1-P2 produite en un -1 -2 point d'étranglement 6, laquelle est transmise, par les canali- sations 7 et 8, aux chambres de commande 9 ou 10 où elle agit sur le piston 11 sollicité par ressort, lequel piston est à son tour relié par une timonerie 12 à un disque poussoir 2. Lors- que le débit dépasse la valeur désirée, la différence de pression P1 P2, en croissant, déplace le piston de distribution 11 vers -1 -2 la droite, ce par quoi l'obliquité du disque poussoir 2 est di- minuée et, par suite, le débit de la machine réduit.
Lorsqu'il s'agit de régler la pression de refoulement, une seule canalisation de pression 13 suivant la figure 16 suffit pour réaliser le réglage.
Quand on réunit deux. ou plusieurs machines de telle sorte que l'un des groupes fonctionne en générateur en produisant du gaz ou du liquide sous pression, tandis que l'autre groupe, en fonctionnant en moteur, retransforme l'énergie de pression du fluide refoulé en énergie mécanique, on obtient une transmission à réglage progressif. La variation du rapport de transmission peut être effectuée par action extérieure, suivant les possibili- tés de réglage mises en lumière.
On peut aussi utiliser un réglage automatique ; la figure 17 montre, à titre d'exemple, une possibilité de réglage où la vitesse de rotation de l'arbre menant reste constante, tandis que
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la vitesse de rotation et le couple de la. commande varient. 14 est la machine recevant la puissance à transmettre (générateur) où la vitesse de rotation de commande n1 doit rester constante ; 15 est la machine devant fournir de nouveau la puissance (moteur).
Le génerateur 14 possède ces disques poussoirs fixes, tandis que dans le moteur 15 à disques poussoirs mobiles 2, un réglage du débit suivant la figure 15 est réalisé. Les disques poussoirs fixes du générateur imposent à celui-ci, pour un même débit, une vitesse de rotation constante que l'on peut ajuster en agissant sur la tension du ressort 16.
Un mode de réglage particulièrement intéressant pour le fonctionnement économique de moteurs consiste en ce que la vi- tesse de rotation du moteur n'est pas maintenue constante, mais réglée automatiquement de telle sorte qu'on obtient, pour chaque valeur de la puissance utile,soit la consommation de carburant minimum, soit un autre état de fonctionnement du moteur particu- lièrement favorable.
Ce cas nécessite Inexistence d'une certaine relation, déter- minée par les caractéristiques du moteur, entre la. vitesse de rotation ni du générateur (figure 18) et la puissance passant par la transmission. Ce problème est résolu en ce que le débit est d'abord réglé du côté moteur comme suivant la figure 18. Or, pour un même débit, la puissance en jeu est proportionnelle à la pression P1 du fluide refoulé, et la vitesse de rotation de com- mande n1 proportionnelle a l'obliquité des disques poussoirs 2.
Il faut donc qu'entre l'obliquité des disques poussoirs 2 et la pression p1, il y ait la même relation qu'entre la vitesse de rotation de la commande n1 et la puissance en jeu. Cette relation voulue est réalisée par l'utilisation d'une came 17 de forme appro- priée, concurremment avec la piston 18 sollicité par un ressort et soumis à la pression P1.
Le reglage du débit au moyen d'une variation de l'obliquité du disque poussoir suppose un disque poussoir essentiellement plan
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qui ne produit par'tour qu'un seul aller et retour des pistons.
Pour des disques poussoirs à plusieurs courses, il faut utiliser un autre mode de réglage. On subdivise les disques poussoirs en deux ou en plusieurs et on les décale l'un par rapport à l'autre, de sorte que lé déphasage du mouvement des pistons est modifié.
Les figures 19 et 20 montrent un exemple d'application de l'idée de l'invention à une machine à pistons hélicoïdaux à deux pistons effectuant deux courses par tour. 19 et 20 sont les pis- tons dont l'un (19) glisse sur le disque poussoir à deux courses 23 fixe dans le boîtier 21, tandis que l'autre (20) glisse sur le disque poussoir mobile 24. Les pistons sont appliqués sur leurs disques poussoirs respectifs au moyen de ressorts 25 et 26. En faisant tourner le disque poussoir 24, on modifie la phase du mouvement des deux pistons, ce qui permet de régler d'une façon continue le débit.
Lorsque, dans une telle machine, on décale axialement les plans de symétrie F et G des espaces utiles ? et J suivant les figures 19 à 21 l'un par rapport à l'autre, une même quantité de fluide est refoulée successivement par tour en quatre points K, L, M et N, cette quantité pouvant être ajustée par une rotation relative des disques poussoirs ; les points de refoulement K et M sont situés dans le plan utile G, les points de refoulement L et M dans le plan utile F.
La figure 22 montre le développement des pistons pour ce cas ; lorsqu'on désire un nombre impair de points de refoulement, on utilise un seul espace utile suivant la figure 23.
REVENDICATIONS.
1. Piston pour machines à pistons hélicoïdaux, caractérisé par ce que les surfaces de pistons agissant pour le refoulement sont construites sous forme de surfaces planes.