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Hugo Johannes LENTZ
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¯¯¯¯¯¯,¯.¯--¯¯-,-¯¯ Comne4de de soupapes par causes oscillantes pour lo- -0 ------- ------------------;----- ------- comotives et bateaux à sapeur.
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Cette invention a. trait aux commandes de soupapes pour locomotives et bateaux à vapeur dans lesquelles les tiges de soupapes sont parallèles aux axes de cylindres et dont les extrémités dépassent à l'intérieur, d'une chambre que tra- versa l'arbre de commande et sont actionnées par exemple par deux, au moyen d'une came oscillante par l'intermédiaire de poussoirs articulés. Pour obtenir une ouverture sans heurt et cependant rapide des soupapes, l'arbre à cames oscillan- tes est situé dans le voisinage immédiat de l'axe des tiges de soupapes,
les cames oscillantes et les poussoirs artiou- lés ont leurs surfaces arrondies dirigées en sens contraire.
Les cames oscillantes sont en deux parties, une petite came et une grande, qui lorsqu'Pelles s'écartent de leur position moyenne font tout d'abord exécuter un léger mouvement tour- nant aux poussoirs articulés au moyen d'un petit levier, ce qui a pour résultat de surmonter la pression de la vapeur sur les soupapes et de les dégager légèrement avant qu'elles s'ouvrent rapidement sous la poussée grandissante qu'imprime au poussoir le profil croissant de la came principale.
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Dans les commandes par leviers à surface de roulement utilisés jusque maintenant la levée de la soupape avait lieu dès le début par la partie aplatie de l'arrondi de la came.
Ceci présente l'inconvénient que dès le commencement de la levée il faut surmonter non seulement l'effort de poussée mais encore la charge exercée sur la soupape, c'est à dire exercer un effort supplémentaire.
Cette invention a pour but de donner aux cames de com- mande une conformation telle que cet effort supplémentaire disparaît avant même que se produise l'ouverture pour qu'elle ne s'ajoute pas à celle-ci. C'est ce que l'on obtient en fai- sant intervenir cette petite came d'anticipation avant la surface de roulement proprement dite qui assure l'ouverture de la soupape, en lui donnant la forme d'un coin venant se placer sous le poussoir articulé afin de soulever de quelques dixièmes de millimètre la soupape sur son siège en exerçant sur elle une poussée intense, surmontant immédiatement la pression de la vapeur, pour la maintenir en quelque sorte dans le milieu vaporeux.
Ce ntest qu'à ce moment que se pro- duit l'action de la surface de roulement de la came pour ou- vrir aisément et sans heurt la soupape ; deplus, la surface de roulement de la came oscillante de même que celle du pous- soir articulé sont soumises à un effort moindre et par suite mieux ménagées.
Pour permettre un aménagement plus facile de la comman- de, il est recommandé de pouvoir régler les surfaces d'at- taque des cames osoillantes par rapport à la position du piston, pour pouvoir adapter aux exigences de l'exploitation les points de commande dépendant de ces surfaces. Pour en tenir compte, et conformément à cette invention, les cames oscillantes peuvent être en deux moitiés réglables l'une par rapport à l'autre sur l'arbre à oame.
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Le contact des parties commandant une soupape peut se faire comme d'habitude au moyen d'un ressort assurant la fer- meture de la soupape. Ce ressort peut toutefois être rempla- cé par un milieu de vapeur ou de gaz agissant sur un piston.
Cette invention utilise de préférence un dispositif qui, au lieu de ressorts de fermeture, peut être aménagé sur le cou- vercle du carter des soupapes et permet, suivant les besoins ou à volonté, d'assurer la fermeture de la soupape.
En outre on peut prévoir un dispositif permettant de laisser ouvertes, pendant la marche à vide de la machine, les soupapes d'admission sur les deux côtés des cylindres, ce qui permet d'équilibrer la pression des deux côtés du piston. Ces dispositifs, conformément à cette invention,. consistent en particulier en une deuxième came oscillante ajustable à la main, qui, en position de marche à vide, écar- te les poussoirs articulés d'admission des cames de commande.
Le dessin, annexé représente une des formes d'exécution de la présente invention donnée à titre d'exemple, dans le- quel :
La fig. 1 représente schématiquement une commande à surface de roulement sans la came d'ouverture anticipée.
La fige 2 une commande analogue mais avec came d'ouver- ture anticipée conforme à cette invention.
La fig. 3 représente la came d'ouverture anticipée à. grande échelle et légèrement déformée pour mieux indiquer sa conformation.
La fig. est un diagramme représentant les efforts d'ouverture et de fermeture pour les deux modes de commande précités.
Les fig. 5 à 8 représentent une autre forme d'exécu- tion de la commande. les leviers à surface de roulement avec came oscillante en deux parties et plus spécialement :
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La fig. 5 est une coupe horizontale du carter d'une machine à vapeur dans le plan où se trouvent les axes des soupapes.
La fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 5 à grande échelle.
La fig. 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la fig. 6 dans le sens des flèches montrant la commande d'échap- pement.
La fig. 8 est la même coupe mais dans la direction'des flèches B montrant la commande d'admission avec le disposi- tif de marche à vide.
La fige 9 indique le mécanisme de fermeture à pression d'une soupape à grande échelle en coupe longitudinale.
La fig. 10 représente la tige 9 vue par le c8té droit.
Dans la commande par leviers à face de roulement de la fig. 1 on a représenté le mode connu de commande de deux soupapes au moyen d'une came oscillante 14 fixée sur un arbre à cames 12, sur les deux cotés de laquelle se trou- vent deux poussoirs articulés 19 oscillant autour des tourillons 18 dont les extrémités, par l'oscillation de la came actionnent les tiges de soupape 4 et par suite la soupape en antagonisme avec l'effort de fermeture. Les sur- faces de poussée a de la came sont dans ce cas aplaties jusqu'à la partie cylindrique inaotive b. Ceci a pour inconvénient d'avoir à surmonter, dès le commencement de la poussée d'ouverture de la soupape, non seulement l'effort de poussée mais en outre la pression existant sur la sou- pape, c'est à dire une force supplémentaire.
La fig. 4 indique le diagramme d'ouverture d'une sou- pape s'ouvrant de cette manierez Dans ce diagramme, la li- gne o-f indique la courbe de la poussée d'ouverture et la ligne f-g la courbe de la charge supplémentaire à surmonter.
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Cette invention a pour objet principal de surmonter cette force parasitaire avant.l'intervention de l'effort d'ouverture. C'est ce que réalise le dispositif représenté par les fige 2 et 3 qui consiste à aménager entre la surface de roulement a et la surface cylindrique inaotive b une came d'ouverture anticipée. Celle-ci a de préférence la for- me d'un coin comme dans la fig. 3 obtenue en donnant à la surface a de rayon R un arrondissement cylindrique de rayon r1 devenant ensuite des tangentes à la partie cylindrique inactive de rayon r. La came ainsi formée en coin est con- ditionnée de façon que lorsqu'elle s'engage en-dessous du poussoir articulé 19 la soupape se soulève de quelques dixiè- mes de millimètre avant que se produise la poussée d'ouver- ture de la soupape résultant de l'attaque de la surface de roulement a.
Cette opération, que reproduit le diagramme d'ouverture de la fig. 4, a pour résultat un décalage de la ligne f-g en h-f si l'on suppose égaux, comme dans l'ex- périence pratique, les efforts d'ouverture et de fermeture.
On obtient ainsi une ouverture facile et sans heurt de la soupape. De plus, les surfaces de roulement de la came -oscillante et du poussoir articulé sont moins exposées et par suite plus épargnées.
Dans les fig. 5 à 8 on a représenté l'emploi d'une came de commande de ce type sur une machine à vapeur, avec cette différence toutefois que la came est divisée en parties réglables entre elles de même que par rapport à l'arbre à cames, Dans le mode de commande représenté, la référence 1 désigne sur la partie supérieure du cylindre à vapeur, le carter des soupapes coulé ou rapporté qui contient les cana- lisations pour l'admission et l'éohappement de la vapeur ainsi que les soupapes de commande réglant la répartition de la vapeur.
A chaque extrémité du cylindre se trouvent une
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soupape d'admission 3¯ et une soupape d'échappement 3. dont les tiges 4 et 5 sont parallèles à l'axe du cylindre et res- sortent dans une chambre 6 disposée au milieu du carter et comportant des dispositifs décommande des soupapes. La ti- ge de la soupape d'admission et respectivement celle de la soupape d'échappement sont disposées suivant le même axe.
Elles sont soutenues dans des guides 10 et étanchées par des rainures en labyrinthe.
La vapeur d'admission arrive dans une chambre '7 par un raccord non représenté. Lorsque la soupape d'admission s'ouvre et que la soupape d'échappement 3¯ est fermée, la vapeur se propage dans une chambre de compression en liai- son avec l'extrémité du cylindre. Lorsque le piston revient, la vapeur détendue s'échappe de la chambre de compression vers la chambre d'échappement 9, la soupape d'admission 2 étant fermée et la soupape d'échappement 5 étant ouverte.
La commande des soupapes se fait au moyen d'un arbre à came 12 situé dans une chambre 6 perpendiculaire au cy- lindre et cet arbre dépasse en dehors de la chambre d'arbre à came pour porter un bras dtentrainement 13 qui peut être mis en'mouvement par l'intermédiaire d'une coulisse, d'un excentrique ou de tout autre mode d'entraînement.
Sur l'arbre à came sont montées folles les cames de commande 14 et 15 pour les soupapes d'admission et les ca- mes de commande 16 et 17 pour les soupapes d'échappement.
De chaque côté des oames de commande sont aménagés dans la chambre de l'arbre à came 6 des poussoirs articulés 19 et 20 respeotivement oscillant autour des tourillons 18 qui reposent en contact par leurs extrémités libres sur les cames de commande d'une part et contre les tiges de soupape à soulever d'autre part.
La came de commande de la soupape d'admission se com-
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pose de deux moitiés 1!. -et 15 réglables entre elles et par rapport à l'arbre à came, dont l'une 14 commande la soupape 2 sur un des côtés du cylindre et ltautre moitié 15 la sou- pape a sur l'autre côté du cylindre. Ces deux parties éga- les se chevauchent de manière que la partie 14' portant la surface de levage s'étend jusqu'à, la partie centrale de l'au- tre moitié 15 et inversement. Les poussoirs articulés tou- chent donc les surfaces de commande dans toute leur largeur.
Pour assurer la position des deux moitiés de la came celles-ci butent contre un collet 21 de l'arbre à came 12 contre le- quel elles sont comprimées par l'intermédiaire d'une butée 22. D'une manière analogue les surfaces de contact peuvent être munies de saillies ou de dents pour éviter un décalage involontaire après le réglage. La butée 22 est fixée en même temps sur le bras d'entraînement 13 au moyen d'une cla- vette 23 aménagée sur l'arbre. à came 12. A l'extrémité de l'arbre à came se trouve un écrou 24 qui, au moyen de la rondelle Grover 25, sert à maintenir contre le collet 21 le bras 13, la butée 22 et les deux moitiés de came 14 et 15 pour les maintenir en position fixe afin que l'arbre à came puisse les entraîner simultanément.
Une disposition analogue est prévue pour les deux moi- tiés de came 16 et 17 commandant les soupapes d'échappement de façon qu'elles soient comprimées contre un deuxième collet 29 de 1+arbre à came, par 1''intermédiaire d'une lan- guette 26 maintenant une butée 27 sur l'arbre à came 12 au moyen d'un écrou de traction 28.
Lorsque l'on veut régler les cames, on retire d'abord le couvercle fermant la chambre de l'arbre à came, on dévis- se les écrous 24 et 28 que l'on resserre ensuite après avoir réglé les cames.
Pour soulever les soupapes d'admission 2 pendant la
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marche à vide de la machine on a aménagé comme l'indique la fig. 6 à côté des cames de commande 14 et 15 une autre came de levage 50 sur un manchon 31 formé sur la butée 22, qui peut être réglé de l'extérieur au moyen d'un bras 32 dont il est solidaire. Sur le trajet de la came 30 se trouvent disposés, de chaque côté des poussoirs articulés d'admis- sion 19, des taquets 33 qui servent à écarter les poussoirs articulés hors des cames 14 et 15 pour le réglage de la ca- me 30 et à maintenir également les soupapes d'admission 2 dans leur position d'ouverture.
La fermeture des soupapes peut se faire de la manière habituelle comme dans la fig. 5 au moyen de ressorts 35 aménagés à l'intérieur du oouvercle du carter des soupapes et agissant sur les tiges de celles-ci. Au lieu de la ten- sion d'un ressort on peut également utiliser un mode de pression par vapeur ou par gaz. Dans ce cas le milieu com- primant agit sur le piston 36 par l'intermédiaire d'un prolongement 37 de la tige de soupape correspondante qui ressort du couvercle du carter des soupapes 34. Ce pis- ton se déplace dans un cylindre 38 dont l'alésage 39 est relié à une conduite sous pression 41 par l'intermédiaire d'un bouchon 40, et dans cette conduite on fait passer la vapeur ou l'air comprimé pour aller au cylindre 38. Le cylindre est muni de brides servant à le fixer au couver- cle du carter des soupapes 34 au moyen de vis 42.
Le pis- ton 36 a la forme d'un piston plongeur dont le diamètre in- térieur entoure avec suffisamment de jeu la pièce de gui- dage 43 du prolongement 37 et cette disposition se trouve grandement facilitée par le fait que l'axe de la tige de soupape et l'axe du cylindre de compression n'ont pas be- soin d'être co-axiaux. En outre cette disposition permet l'utilisation d'air comprimé que l'on peut employer avan-
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tageusement lorsque la température extérieure ne permet pas l'emploi de la vapeur. D'autre part, rien ne s'oppose à donner au cylindre un diamètre suffisant pour permettre l'em- ploi de milieux comprimants à basse pression.