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Groupe constitue par une machine à gaz chaud et une Tachine à piston.
L'invention' concerne un groupe constitua par une ma- chine à piston à gaz chaud et par une machine à piston entreî- nant la machine à gaz chaud ou entraînée par celle-ci. Par machine à piston à gaz chaud, il y a lieu d'entendre ici un moteur à gaz chaud ou une machine frigorifique fonctionnant suivant le prin- cipe inverse de celui du moteur à gaz chaud.
L'invention permet de combiner la machine à gaz chaud et la machine à piston entraînée ou motrice de manière à consti- tuer un groupe très compact, léger et simple. En outre, ce groupe peut être réalisé d'une manière telle que les forces vives et les moments des parties mobiles se compensent pratique- ment.
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En outre, le rendement mécanique d'un groupe réalisé conformément à l'invention, est plus élevé que celui des groupes connus.
Enfin, dans un groupe réalisé conformément à l'invention, on peut admettre pour le gaz des pressions plus élevées que dans les groupes connus, ce qui exerce aussi un heureux effet sur le rendement, les dimensions et le poids du groupe.
Les groupes réalisés conformément à l'invention présen- tent la particularité que la course des pistons de la machine à piston à gaz chaud ainsi que le décalage entre ces pistons sont maintenus constants par un mécanisme exclusivement constitué par des organes animés d'un mouvement de va et vient. Ces mécanis- mes, utilisés dans les moteurs à combustion ainsi oue dans les machines à vapeur, sont connus.
Commecependpnt les moteurs à combustion ou les machines à vapeur comportent certaines sou- papes ou certains tiroirs oui doivent être commandés à des mo- ments précis et que le mouvement de ces organes peut se déduire beaucoup plusfacilement d'un arbre animé d'un mouve-ment de rota- tion que d'organes animés d'un mouvement rectiligne alternatif, les mécanismes uniquement constitués par des organes animés d'un mouvement rectiligne alternatif, donc sans arbre de rotât]on, ne conviennent pas particulièrement pour des groupes dont la machi- ne motrice est un moteur à combustion ou une machine à valeur.
Il n'en est pas de même pour les groupes conformes à l'invention, car ni les moteurs à gaz chpud, ni la plupart des machines entraînées, par exemple des compresseurs ou des pompes, ne comportent des soupapes ou des tiroirs à commande mécanique.
Au contraire, les moteurs à gaz chaud, ainsi que les machines frigo- rifioues fonctionnant suivent le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud nécessitent uniquement des mouvements de pis- ton judicieusement décalés entre deux pistons agissant dans une enceinte.-
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Comme, pour des raisons d'ordre cinématique, les mécanis- mes utilises dans les groupes conformes à l'invention doivent toujours être construits de manière ou'un décalage de 90 sub- siste entre les déplacements de deux pistons, ces mécanismes conviennent particulièrement bien pour synchroniser les mouve- ments de pistons des dernières machines mentionnées.
Dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention, le groupe présente la particularité que le décalage entre les mouvements de deux pistons appartenant à un même cycle d'un mo- teur à gaz chaud, s'obtient en rendant ces mouvements de pistons solidaires à l'aide d'un ou de plusieurs organes qui se déplacent d'un mouvement alternatif rectiligne perpendiculairement aux mouvements de ces pistons et à une fréquence double des mouve- ments de va-et-vient de ces pistons.
On peut obtenir ainsi une construction très simple lors- que les pistons du moteur à gaz chaud et les pistons de la ma- chine entraînée sont accouplés à l'aide de manivelles.
En outre, il peut être avantageux que les pistons mo- teurs du moteur à gaz chaud se déplacent en opposition avec les pistons de la machine entraînée. Dans une forme d'exécution avan- tageuse du groupe conforme à l'invention, le guidage rectiligne des tiges de piston s'effectue à l'aide de guides droits, qui se déplacent à une fréquence double perpendiculairement aux tiges du piston, et par des leviers qui articulent ces organes aux tiges de piston, disposition dans laquelle le milieu de chaque levier est forcé de décrire une trajectoire circulaire par des manivelles articulées en ce milieu.
Ceci permet d'obtenir une construction très simple lorsque le groupe considéré comporte un moteur à gaz chaud à 4 cylindres et que la machine à entraîner est aussi à 4 cylin- dres; dans ce cas, les quatre tiges de piston dont chacune relie un piston du moteur à un piston de la machine à entraîner, peuvent @
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couper un plan perpendiculaire à ces tiges de piston, eux sommets d'un carré, d'un rectangle ou d'un parallélogramme;
dans ce groupe, un décalage déterminé est obtenu entre les deux tiges de pistons d'une paire et les quatre tiges sont groupées en deux paires à l'aide d'un organe, perpendiculaire à ces tiges de piston, animé d'un mouvement alternatif rectiligne à fréquence double, articulé par rapport à ces -tiges de piston et de plus, chaque fois deux tiges de piston dont les mouvements sont décalés d'un montant double au premier décalage mentionné, sont relises à l'aide d'un organe d'accouplement.
Pour obtenir un ensemble très simple, il peut être important oue le mécanisme de commande se trouve entre les cylindres du moteur à gaz chaud et le cylindre de la machine entraînée.
L'invention' est particulièrement intéressante lorsque les tiges de piston du moteur à gaz chaud sont rendues soli- daires des tiges de piston correspondantes d'une machine frigo- rifique fonctionnant suivant le principe inverse de celui. du moteur à gaz chaud et entraînées par ce moteur à gaz chaud.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exem- ple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de t'invention.
Les figs.l, 2 et 5 représentent schématiquement des groupes construits conformément à l'invention.
La fig.l montre schématiquement un exemple d'un groupe constitué par un moteur à gaz chaud qui entraîne une machine à piston qui, dans le cas représenté sur le figure, est une ma- chine frigorifique.
Les pistons de la machine entraînée sont rendus soli- daires des pistons du moteur à gaz chaud.
La. fig.2 représente schématiquement un exemple d'un groupe constitué par un moteur à gaz chaud qui entraîne une
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machine à piston, qui, dans le cas reprisent? sur la figure, est un compresseur ou une pompe.
Dans cet exemple, les pistons de la machine entraînée sont accouplés aux pistons moteurs du moteur à gaz chaud, de manière à se déplacer en opposition par rapport à ces derniers.
La représente schématiquement un exemple d'un mo- teur à gaz chaud à 4 cylindres, qui entraîne un compresseur à 4 cylindres ou une machine frigorifique à 4 cylindres. La fig.3a est une coupe par les cylindres suivant le plan C-D de la fig.
3c, et une coupe par le mécanisme de commande suivant le plan A-B de la fig.3c. La fig.Sb est une coupe par les cylindres sui- vant le plan E-F de la fig.3c et une vue du mécanisme suivant la flèche G de la fig.3c. La fig.3c est une coupe horizontale par le mécanisme de commande, tandis que la fig.3b est une vue suivant la flèche H de la fig.3b.
Dans l'exemple considéré, les pistons de la machine entraînée, sont rendus solidaires des pistons du moteur à gaz chaud, à lapide de tiges de piston communes.
Outre les exemples mentionnés de groupes conformes à l'invention, on peut évidemment imaginer un grand nombre de va- riantes basées sur les principes de l'invention, par exemple, en combinant plusieurs groupes ou en prélevant le mouvement des pistons de la machine entraînée à d'autres organes du mécanisme de commande etc.
Le groupe représenté sur la fig.l fonctionne de la ma- nière suivante : le piston 1 dans le cylindre 2 du moteur à gez chaud est relié, par l'intermédiaire de la tige de piston 3, au piston 4 qui se déplace dans le cylindre 5 de la machine en- traînée, qui est ici une machine frigorifique fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud.
De même, le piston 6 du cylindre 2 est relié, à l'aide de la tige de piston 8, au piston 9 du cylindre 5. Les deux
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pistons 6 et 9 font office de balayeurs dans l'enceinte active du moteur à gaz chaud ou de le machine frigorifique. L'enceinte active du moteur à gaz che.ud est constituée par une partie chaude 10, une partie froide 11 et par le réchauffeur (W) 12, le récupé- rateur (R) 13 et le réfrigérant (K) 14, qui sont montas entre ces parties. L'enceinte active de la machine frigorifiaue est cons- tituée par la chambre froide 15 et la chambre chaude 16, ainsi que par le réfrigérant (K) 17, le récupérateur (R) 18, et l'absorbeur de chaleur (W) 19.
La tige de piston 13 est articulée, par l'intermédiaire des leviers 20 et 21 ainsi que des paliers 22 et 23, respective- ment 24 et 25, aux organes animés d'un mouvement alternatif rec- tiligne 26 et 27, organes qui sont disposés symétriquement pour éviter les efforts latéraux sur les tiges de piston.
Dans le cas représenté, les deux organes animés d'un mouvement de va-et-vient, sont constitués par deux balanciers.
Ces balanciers sont supportés en leur milieu dans les coussi- nets 28 et 29.
Le mouvement des paliers 23 et 25 de ces balanciers est pratiquement perpendiculaire aux tiges de piston.
On voit immédiatement que la fréquence des culbutes des balanciers 26 et 27 est égale au double de la fréquence du mou- vement alternatif rectiligne de la tige de piston.
De manière analogue, la tige de piston 8 est articulée à l'aide de leviers 30 et 51, et de paliers 32 et 33, respective- ment 34 et 35, avec l'autre côté des balanciers 26 et 27.
Lorsque la tige de piston 8 passe par le milieu de la course, les leviers 30 et 31 sont perpendiculaires à cette tige et limitent donc la déviation des balanciers 26 et 27 d'un coté, de ce fait, la course de la tige de piston 3 est limitée dans les deux sens.
La limitation de la course de la tige de piston 8 dans les deux sens est obtenue de manière analogue par le fait aue,au A
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milieu de la course de la tige de piston 3, les leviers 20 et 21 limitent la course des balanciers 26 et 27 dans l'autre sens.
De cette manière, les deux tiges de piston limitent donc la course l'un de l'autre et, en même temps, on entretient un décalage de 90 entre les déplacements des deux tiges de piston.
Pour équilibrer les forces vives provenant de l'équilibrage des parties mobiles, les leviers 20 et 21, respectivement 30 et 31 portent des contrepoids 36, 37, 38 et 39.
Le groupe représenté sur la fig.2, diffère de celui re- présenté sur la fig.l, uniquement par le fait qu'au lieu de deux contrepoids aux leviers 20 et 21, deux pistons 40, respectivement 41, de la machine entraînée, sont commandés en sens inverse, par le mouvement du piston 1 du moteur à gaz chaud.
Dans le cas représenté, la machine entraînée est un compresseur à double effet; comportant deux cylindres 42 et 43.
Sur cette figure, le cylindre 5 et les deux pistons 4 et 9 représentent un second cylindre d'un moteur, de sorte oue dans ce cas, le groupe comporte deux moteurs.
Le fonctionnement de ce groupe ne demande aucune expli- cation.
Dans certains cas, un tel groupe présentera des avant- ges comparativement au groupe représenté sur la fig.l, car les mouvements opposés des pistons permettent de supprimer certains contrepoids, et de réaliser la machine de manière très simple avec deux moteurs.
Dans le groupe représenté sur la fig.3, on utilise un mécanisme de commande qui comporte certains perfectionnements.
Les mécanismes de commande utilisés dans les groupes représentés sur les fig.l et 2, ainsi que les mécanismes men- tionnés dans les brevets cités au début de ce mémoire, sont à double effet, c'est-à-dire qu'ils sont constitués par des par- ties qui sont symétriques par rapport aux tiges de piston.
Cette disposition était nécessaire, car de cette manière, les
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forces de réaction latérale que les leviers exercent sur les tiges de piston, se compensent. Inutile de dire, qu'une double exécution du mécanisme de commande entraîne une complication in- désirable. Le mécanisme de commande du groupe, montra sur la fig.3, constitue un mécanisme de commande simple, qui maintient constante la course des pistons, et le décalage entre les dépl- cements de ces pistons.
Ce résultat est obtenu en assurant aux organes 50 et 51, qui se déplacent à une fréquence double perpendiculairement aux tiges de piston 1, 2, 3 et 4, un guidage rectiligne et en forçant le milieu de chacun des leviers 11,21, 31, 41, leviers qui assu- rent l'articulation des divers organes par rapport aux tiges de piston, à décrire une trajectoire circulaire. A cet effet, le milieu de chaque levier est articulé par rapport à une manivelle 12, 22, 32 et 42 dont le milieu se trouve sur l'axe des tiges de piston 1, 2, 3 et 4, et dont le rayon est égal à la moiti de la longueur du levier.
De cette manière, le guidage des tiges de piston est aussi rectiligne, de sorte que ces tiges ne sont plus soumises à des forces de réaction latérales, de sorte qu'il n'y a plus le moindre inconvénient à utiliser cette forme d'exécution simple du mécanisme de commande.
Une seconde différence entre ce groupe et ceux représen- tés sur les fig.l et 2 réside dans le fait que le groupe est constitué par quatre cylindres parallèles 13, 23, 33 et 43 du moteur à gaz chaud et par quatre cylindres coaxiaux par rapport aux premiers, 14,24, 34 et 44 de la machine entraînée.
Les cylindres sont disposés de manière que les tiges de piston numérotées 1, 2, 3 et 4 qui relient les pistons 15, 25, 35 et 45 des cylindres 13, 23, 33 et 43 du moteur à gaz chaud aux pistons 16,26, 36 et 46 des cylindres 14, 24, 34 et 44 de la machine entraînée, coupent un plan perpendiculaire aux tiges de piston aux sommets d'un carré. Eventuellement, les cylindres
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peuvent aussi être disposés de manière que l'intersection préci- tée affecte la forme d'un rectangle ou d'un parallélogramme.
Une telle disposition des cylindres d'un moteur à gaz chaud est connue.
Entre les mouvements des pistons 15 et 25, 25 et 35, 35 et 45, 45 et 15 existe un décalage de 90 tel que le piston 15 soit décalé en avant de 90 par rapport au piston 25, le piston 25 de 90 par rapport au piston 35, le piston 35 de 90 par rapport au piston 45 et le piston 45 de 90 par rapport au piston 15. De manière connue, la face inférieure de chaque piston peut agir sur une chambre froide (la partie inférieure de chaque cy- lindre, par exemple 13) qui communique, par l'intermédiaire d'un réfrigérant, par exemple 63, d'un récupérateur, par exemple 62, et d'un réchauffeur, par exemple 61, avec la partie supérieure chaude d'un cylindre, par exemple 23, de sorte que la face in- férieure d'un piston et la face-supérieure d'un piston suivant agissent toutes deux sur une même enceinte.
Lorsque la machine entraînée est une machine frigorifioue fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud, celle-ci peut être réalisée de la même manière. Le mécanisme de commande fonctionne alors de la manière suivante :
Lorsque la tige de piston 1 se trouve au milieu de sa course, le levier 11 est perpendiculaire à cette tige et limite donc la déviation vers la droite de l'organe 50.
De ce fait, la course de la tige de piston 2 qui est aussi reliée à cet organe, par l'intermédiaire du levier 21, est limitée dans les deux sens de la même manière oue celle obtenuedans les mécanismes de commande représentés sur les fig.l et 2. Lorsque la tige de piston 2 se trouve au milieu de sa cour- se, elle limite la déviation vers la gauche de l'organe 50 ce qui limite la course de la tige de piston 1 dans les deux sens.
Les tiges de piston 1 et 2 sont donc animées de mouvements de va- et-vient décalés de 90 et limitent la course l'une de l'autre.
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Le même fait se présente entre les tiges de piston 3 et 4. La condition que le mouvement des tiges de piston 2 et 3 respectivement 4 et 1 s'effectue aussi avec un décalage de 90 , peut aussi être formula d'une autre manière, à savoir que les tiges de piston 1 et 3 respectivement 4 et 1, doivent se depla- cer avec un décalage de 180 . Ce résultat s'obtient de la me- nière suivante :
La manivelle 12 qui agit au milieu du levier 11, et qui tourne dans les paliers 17, du châssis, est rendue solidaire de la manivelle 19. La manivelle 32 qui agit au milieu du levier 31 et qui peut tourner dans les paliers 37 du châssis, est rendue solidaire de la manivelle 39.
Comme les deux manivelles 19 et 39 sont relies entre elles par une bielle d'accouplement 53, les manivelles 12 et 32 doivent se déplacer en synchronisme. Il est facile de voir, que, de ce fait, les tiges de piston 1 et 3 sont forcées de se dépla- cer avec un décalage de 180 .
De la même manière, les manivelles 22 et 42 sont synchro- nisées à l'aide de la bielle d'accouplement qui relie entre elles les deux manivelles 29 et 49 qui constituent un ensemble avec les manivelles 22 et 42, de sorte que les tiges de piston 2 et 4 sont forcées de se déplacer en sens opposés, donc avec un décalage de 180 . Pour équilibrer le groupe, on a. prévu aux ma- nivelles 12, 22, 32 et 42 des contrepoids. En outre, les arbres de ces manivelles sont prolongés au-delà des paliers et portent d'autres contrepoids indiqués par 18, 28, 38 et 48.
Ces contrepoids qui sont animés d'un mouvement rectili- gne alternatif, opposé à celui des pistons, permettent d'équili- brer pratiquement le groupe.
Il y a lieu de noter encore, oue les organes 50 et 51 peuvent se réaliser de diverses manières.
Le guidage rectiligne de ces organes peut s'effectuer à l'aide de patins qui se déplacent le long des guides de la
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manière représentée sur le dessin, ou à l'aide de cylindres sectoraux qui roulent sur des trajectoires droites, ou bien d'une autre manière connue.