<Desc/Clms Page number 1>
Machine rotative à oscillations libres - (Invention due à Messieurs Ernest MERCIER & Marcel EHLINGER)
On connaît des machines, en particulier les machines dites "à pistons libres", qui utilisent la force vive de mas( ses animées de mouvements linéaires oscillatoires pour transmettre de l'énergie mécanique sans faire intervenir aucun système de transmission à déformations du type bielle et manivelle* Dans ces machines, pendant la première fraction de toute course motrice, l'action de l'agent moteur est utilisée, notamment pour accélérer les masses mobiles en leur imprimant une vitesse croissante, et, par conséquent, en accumulant dans ces masses une force vive croissante.
Pendant la deuxième fraction de la même course motrice, les masses mobiles restituent cette force vive en perdant progressivement leur vitesse, pour produire du travail utile. Ce travail utile T consiste généralement en la
<Desc/Clms Page number 2>
compression d'une @ nasse gazeuse déterminée. Il est donné par la formule T=1/2MV2m, M étant la valeur de. la :nasse mobile et Vm sa vitesse maximum.
La présente invention a pour objet une nouvelle classe de machines, qui présente autant de variatés que la classe des machines à pistons libres, et qui, en particulier, permet de réaliser à volonté des machines du type compresseur ou des ma- chibes du type générateur, les éléments moteurs étant à combus- tion interne, à vapeur, ou à gaz indifféremment.
Dans cette nouvelle classe de machines, on fait encore usage de l'énergie cinétique de masses en mouvement pour pro- duire du travail utile sans l'intervention d'aucun mécanisme de transmission à déformation, mais, au lieu d'utiliser la for- ce vive de masses en mouvement rectiligne de translation, on fait appel à l'énergie cinétique de masses animées d'un mouve-. ment de rotation autour d'un axe. Dans une première fraction de toute course motrice, les masses mobiles reçoivent un mou- vement de rotation sans cesse accéléré et accumulent de l'éner- gie cinétique I 2, I étant le moment d'inertie ,des masses et Le) leur vitesse angulaire à un instant donné.
A la fin de cette première fraction de course, l'accélération cesse, passe par un maximum @ . Dans la deuxième fraction de la même course, les pisses mobiles transforment leur énergie dytique en travail en se ralentissant et la valeur du travail fourni T au moment où les masses s'arrêtent est T = 1 I@2.
2 m
Le dessin annexé montre à titre d'exemple comment peut être réalisée la présente invention.
Les figs. 1 et 2 montrent schématiquement an coupe normale à l'axe et en coupe axiale le principe de la machine.
<Desc/Clms Page number 3>
Les fig.s3 et 4 sont des vues analogues d'un mode de réalisation.
La fig. 5 montre schématiquement un-détail.
L'appareil se compose de deux éléments distincts qui ont été marqués par des hachures différentes :
1 est l'élément extérieur, ou enveloppe; il se compo- se d'une paroi extérieure cylindrique 4, de deux fsques 8 et 9 terminés par une couronne centrale 10, et de deux ci.oisons entretoises 6 5'.
2 est l'élément intérieur, ou roue;'/il se compose d'un corps cylindrique 6 porté par un arbre 11 tournant dans des pa- liers 11'; le corps cylindrique 6 porte deux pales 7 - 7,
Des organes d'étanchéité 3 sont établis de telle sor- te que lorsque le corps intérieur tourne autour de son axe et que les pales 7 se déplacent à l'intérieur de l'enveloppe, les fluides gazeux ou autres que peut renfermer l'appareil ne p,uis- sent pas passer d'un côté à l'autre de ces paies, ni sortir de l'appareil..
La machine est munie d'obturateurs non représentés qui peuvent être d'un type quelconque, à soupape, tiroir, etc..
Ceci dit, l'appareil étant dans la position de la fi- gure, la pale supérieure 7 divise la capacité supérieure de l'enveloppe en deux fractions, marquées 12 et 13; de même la pale inférieure divise la capacité inférieure en deux parties 14 et 15,lesqielles peuvent ne pas être égales respectivement aux fractions 12 et 13. Supposons que 1'on admette en 12 un , fluide moteur comprima, ou que 12 contenant de lair préalable- ment comprimé soit le siège d'une combustion, tandis que 13 aura été mis en commumication avec l'atmosphère.
Supposons de
<Desc/Clms Page number 4>
même que 14 contienne un gaz, par exemple de l'air à la pression atmosphérique, et que 15 ait été mis en communication avec la conduite de refoulement de ce gaz ou de cet air après compression. Sous l'action double, du fluide mateur en 12 et de l'air comprimé- en 15 (15 étant ici assimilable à. un espace nuisible), les pales 7 vont entraîner le corps 2 qui va se mettre à tourner autour de son axe, sans rencontrer d'abord de résistance sensible, de la part de l'air contenu en 14. L'appareil se trouvera exactement dans les mêmes conditions qu'un appareil à pistons libre au démarrée, avec cette différence que ses masses mobiles, au lieu de se mouvoir en ligne droite, vont prendre un mouvement de rotation autour de l'axe de l'arbre 11.
Aux environs de la mi course, la pression croissante de l'air en 14 contrebalancera la pression des gaz détendus en 12 et la vitesse angulaire atteindra son maximum m. Dans la deuxième partie de la course, la vitesse angulaire ira en diminuant graduellement, d'au tant plus qu'avant la fin de course l'évacuation des gaz da compartiment. 13 sera fermée de usinière à assurer la compression de ces gaz pour les amener à la pression de départ telle qu'elle existait en 12 au début du mouvement. Pendant cette fraction de course, l'air comprimé en 14 sera envoyé à la conduite, tandis que 15 aspirera de l'air frais. La vitesse angulaire finira par s'annuler avant que la pale 7 n'entre en contact avec la cloison entretoise 5' voisine.
A ce moment, tout sera disposé pour que les mêmes opérations se répètent en sens inverse, l'introduction du fluide moteur, ou la combustion ayant liée en 13 et l'échappement en 12 -et du coté compresseur, l'aspiration ayant lieu en 14 et la compression en 15.
<Desc/Clms Page number 5>
On se trouve ici en présence d'une machine, rotative à oscillations libres à une impulsion motrice par battement dans laquelle les efforts sur les deux éléments 1 et 2 de la machine sont toujours strictement égaux, car les mêmes masses gazeuses agissent ..toujours sur des éléments homologues des deu machines de marnes dimensions géométriques. La fréquence des battements d'une telle machine sera en tous points comparable à celle d'une machine à pistons libres usuelle dont les éléments auraient des dimensions analogues.
La variation du débit par unité de temps d'une telle machine pourra s'obtenir par la variation, de la fraction d'admission du fluide récepteur. L'équilibre entre énergie motrice et énergie réceptrice pourra être réglé automatiquement par l'action du régulateur sur la quantité de fluide moteur admise;
la régulateur pourra.} par exemple) être actionné par les variations de l'amplitude du mouvements
On remarquera que, dans ce qui précède, il n'a été fait aucune allusion à l'état de mouvement ou. d'immobilité de 11 élément 1 ou enveloppe,et,,en effetla machine peut fanetionner indifférement, sait que l'on fixe fortement l'élément 1 ou enveloppe, soit qu'on le laisse tourner, le corpz cylindri* que 6 lui servant alors de touillons.
Comme le corps 1 sera toujours soumis à des efforts alternatifs pouvant atteindre une valeur élevée, il sera nécessaire, dans le cas où ce corps 1 ou.enveloppe est fixe, de prendre des précautiom particulières dans son installation, comme.o n le fait, par exemple, pour l'installation des gros moteurs à combustion interne du type normale
<Desc/Clms Page number 6>
Si le corps 1 ou enveloppe n'est pad fixé, il prendra un mouvement de rotation opposée à celui du corps 2.
Si on appelle I' et@' le m ornent d'inertie et la vitesse angulaire du corps 1, comme on a appelé I et @ les éléments homolo- gues du corps 2, on aura à tout i-nstant : @/@=I/I'
Les angles de rotation décrits par les deux molles à chaque battement seront donc dans le rapport inverse des inerties de ces mobiles.
Il est commode de mesurer les angles parcourus par les longueurs relevées sur la circonférence décrite par le centre de gravité de la surface des pales et d'appeler course la longueur totale parcourue le long de cette circonférence pendant un battement.. On voit que pour une machine ayant, par exemple, une course totale de Om25 et dans laquelle le moment d'inertie de l'ehveloppe serait égal à 10 fois le moment d'inertie du mpbile intérieur, l'enveloppe parcourait sur la circonférence en question Om0227 et le mobile intérieur Om227 en sens inverse, à chaque battement.
Bien entendu, la figure 1 ne représente qu'un cas élémentaire; elle n'est, en aucune manière, limitative. On peut envisager des machinasde types très différents, par exemple des machinas où l'enveloppe extérieure serait fixe et non soumise à un effort quelconque de rotation et où deux mobiles intérieurs oscilleraient dans cette enveloppe fixe, en sens inverse l'un de l'autre.
A titre indicatif, pour montrer toute la portée de l'invention, et sans que cela constitue en aucune manière uhe limitation quelconque de cette invention, o va donner ci-après
<Desc/Clms Page number 7>
la description d'une machine conçue suivant le principe de l'invention et destinée à la production d'air comprimé à une pression élevée. Cette machine comporte des éléments moteurs destinés à recevoir de la vapeur sous forte pression ou des.gaz chauds,, Ces éléments moteurs comprennent un corps à haute pres- 'sion et deux corps à basse pression. Cette machine comporte aussi des éléments compresseurs qui comprennent également deux corps basse pression et un corps haute pression.
Elle-est représentée en coupe le long de l'éxe et en coupe perpendiculaire à l'axes sur les fige. 3 et 4*
L'élément extérieur ou enveloppe comporte ici six sections toriques semi circulaires marquées la 16 lc ld le lf.
Ces sections ne, possèdent pas forcément la même longueur, le long de la circonféence g sur laquelle, comme il a été dit, on mesure la. course, parce que leur longueur individuelle comprend : la course qui est évidemment consente pour toutes les sections, mais en outre l'épaisseur des pales mobiles et les espaces morts géométriques qui peuvent différer d'une section à l'autre. (On pourrait d'ailleurs admettre au.besoin que le rayon de la demi circonférence engendrant le tore variât d'une section à l'autre). Chacune de ces sections est établie avec les épaisseurs et la qualité du métal convenant à la pression et à la température des gaz qui y agissent.
Les six sections susdites sont reliées entre elles par six blocs entretoises marqués 5a 5b 5c 5d 5e 5f -Sections, et entretoises sont assemblées par des boulons figurés en 16a sur la coupe longitudinale fig. 3. Chaque section est munie à cet effet de collerettes qui ont été marquées en 15a sur la section la.
<Desc/Clms Page number 8>
Les épaisseurs et le métal des blocs entretoisas, comme ceux des sections, sont déterminas pour assurer à l'ensemble la résistance mécanique voulue. L'ensemble est complété par les traquas 8 et 9 terminées par les portées cylindriques 10.
Le tout est établi de telle sorte que chacun des éléments constituant l'enveloppe puisse se dilater à la demande de la température de son contenu sans entraîner de fatigue mécanique pour les autres éléments auxquels il est associé.
L'élément intérieur, ou roue, comporte le carpe cylindrique 6, convenablement allégé, d'après la fréquence des battements à obtenir, muni de six pales venues de forge avec lui, et marquées 7a 7b 7c 7d 7e 7f.- Ce corps cylindrique est claveté sur l'arbre central. 11, lequel tourne dans les portée. cylindriques 10 des flasques 8 et 9 qui lui servent de paliers.
Ces portées cylindriques 10, à leur tour, reposent sur les paliers 16 et 16' qui constituent le bâti fixe.
Dans le cas de la figure, l'enveloppe est mobile, comme la roue, mais, comme gn l'a vu, elle pourrait, avec quelques précautions., aussi bien être fixe. L'arbre 11 se termine par une portée de diamètre réduit 18 destinée à porter les roues dentées actionnant le mécanisme de distribution, commeon le verra.
L'élément la reçoit la vapeur vive, ou le gaz moteur à sa. pleins, pression; il est marqué HPm. La vapeur ou le gaz, après travail dans cette section, passe simultanément dans les sections lb et of de part et d'autre de la précédente. Ces sections ont été marquées en conséquence Bpm et Hp'm.
L'air naturel, ou déjà comprimé par ailleurs, est introduit dans les sections le. et le¯ simultanément; ces sections ont été marquées BP et Bp'. Après compression dans ces deux
<Desc/Clms Page number 9>
sections, l'air est refoulé dans la section ld, marquée HP, où il est porté à la pression définitive et refoulé dans la conduite de refoulement.
Tous les orifices de distribution sont pratiqués sur les faces correspondantes des blocs entretoises. Ces orifices ont été marqués en 19, 19' et 20, dans la section la seulement pour ne pas surcharger le dessina Ces blocs portent également les obturateurs et leurs tiges de commande figurées achémati- quement en 21 dans les blocs 5a et 5f, seulement pour la. même raison,
Le dessin suppose qu'on a fait usage d'obturateurs genre tiroir, par exemple d'obturateurs à grille du type ayant fait 1.1 objet du Brevet francais du 12 Septembre 1942 pour : Perfectionnements aux générateurs à pistons libres". On pourrait aussi bien faire usage de soupapes, de tiroirs cylindriques, etc...
Les blocs entretoises reçoivent l'aboutissement de tous les tuyaux amenant ou remportant gaz ou vapeur, ainsi que de tous les tuyaux connectant entre elles les sections. 11 a été figuré sur le bloc Sa seulement, en 22 l'arrivée du fluide moteur, en 23 le départ du fluide moteur partiellement détendu vers le BPm, en 24 le départ du même fluide vers le BP'm (ce départ peut être remplacé avantageusement par une communication à l'intérieur du bloc entretois,e 5a lui-même, entre les lumières d'évacuation du HPm et les lumières d'admission du BP'm), enfin, en 25 le départ du fluide moteur après détente dans le BP'm.
Chaque bloc entretoise reçoit ainsi quatre trans... missions de commandes d'obturateurs et quatre aboutissements de tuyauteries (pouvant être réduites à trois dans les blocs 5a 5b 5d et 5e, comme on l'a dit).
<Desc/Clms Page number 10>
La distribution est obtenue .vu moyen de deux arbres de distribution parallèles à 1?arbre principal et symétriquement placés, marqués à la fige 4 par 26 et 27. Ces arbres bien qu'en. traînés par l'arbre principal qui est animé d'un mouvement d'oscillation alternatif d'amplitude limitée, sont animées d'un mouvement de rotation complet, à raison d'un tour pour deui battements aller et retour de l'arbre principal. Cette combinai. son de mouvements peut, par exemple, être obtenue par le procédé ayant fait l'objet du Brevet francais du 9 Décembre 1942 pour "Perfectionnements aux machines à pistons libres". Les arbres auxiliaires actionnent les obturateurs au moyen de cames telles que 28, de tringlages tels que 29, et de culbuteurs tels que 30.
Il y a, comme on l'a vu, quatre jeux de cames, tringlaces et culbuteurs par bloc entretoise, soit 24 en tout, ou 12 par arbre auxiliaire.
Pour le surplus, le fonctionnement est identique à la description du début du présent brevet.
Par un agencement de même nature, différent dans ses détails, au lieu d'un ensemble moteur à vapeur ou à gaz, il serait possible de prévoir aussi bien un ensemble moteur canportant un ou plusieurs éléments à combustion interne qui pourraient être, le plus commodément, à quatre temps et à double effet dans chaque section motrice.
Le tout, dans tous les cas, est complété par les ca- lorifugeages ou refroidissements par circulation classiques qui ne présentent ici aucure difficulté particulière d'installation.
Il est évident, d'autre part, qu'au prix de modifica- tion de détails, mais suivant les mêmes principes, des appareils analogues pourraient être établis pour aspirer et refouler dea
<Desc/Clms Page number 11>
liquides, et dune. manière plus générale, accomplir un travail mécanique quelconque*
Ces machines peuvent, en particulier, et c'est une des revendications spéciales des inventeurs, se prêter à des couplages extrêmement intéressants. Par exemple, dans le cas de la compression de l'air ou d'un gaz quelconque, à très haute pression (100 kos ou au-delà) nécessitant une compression en Quatre étages il sera indiqué d'établir deux compresseurs du même type que celui qui vient d'être décrit.
L'un de ces appa- reils sera chargé d'effectuer deux étages de la compression, l'autre appareil les deux autres étages. Le tracé et les poids de ces appareils seront déterminés de manière à leur donner la même fréquence de battement. Ceci fait; les deux enveloppes seront rigidement accouplées- et les roues seront accouplées au moyen d'un harnais, par exemple celui qui est représenté par la figure 5, obligeant les oscillations des deux roues à être en opposition. Dans ces conditions, les enveloppas seront fixes sans qu'll soit nécessaire de les ancrer dans le sol.
Le harnais d'accouplement est, par exemple, constitué comme suit (fig. 5):
Les deux arbres sont disposés l'un à la suite de l'autre, le long du même axe 0; sur le premier arbre est calée la manivelle a actionnant la bielle a c; sur le duxième est calée la manivelle .2. b symétrique de o a et actionnant la bielle b c . En c, les deux bielles sont attelées sur le même bloc muni de deux patins d e., guidés par deux glissières 1 g.
Quand la manivelle o décrira l'arc Ó, la manivelle Il décrira un arc identique, mais en tournant en sens inverse; le bloc c, pendant ce temps, effectuera une oscillation d'amplitude
Les indications qui précèdent ne sont nullement rectrictives, les machines du présent type étant susceptibles de
<Desc/Clms Page number 12>
recevoir tous les agencements et tous les accessoires utilisés dans les autres machines et notamment dans les machines à pistons libres, tels que : matelas, organes accélérateurs, (conformes au Brevet français N 873.751 du 6 Mars 1941) ainsi que des volants à inertie réglable, etc..
Ces machines pourront également être conçues pour fonctionner avec un temps moteur par course, ou par cycle, c'est-à-dire par deux courses* -:- REVENDICATIONS -:- l. Machine alternative actionnée par de la vapeur ou des gaz., ou par des systèmes à combustion interne, mettant en jeu l'énergie cinétique de ses éléments mobiles, pom effectuer, sans l'interposition d'aucun mécanispe à défomation, tous travaux utiles, ,tels que compression d'air ou de az à toutes pressions, par compressions successives étagées, ou autrement, ou refoulement de tous liquides caractérisée en ce que ses éléments mobiles sont animés de mouvements rotatifs oscillatoires.