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MACHINE MOTRICE, UTILISANT LA POUSSEE HYDROSTATIQUE.
La présente invention a pour objet une machine motrice utili- sant la poussée hydrostatique..
On sait que, suivant le principe d'Archimède, tout corps plon- gé dans un liquide est soumis de la part de celui-ci à une force verticale dirigée de bas en haut égale au poids du liquide déplacé et appliqué au cen- tre de gravité du liquide déplacé.
On sait aussi, suivant le principe de Pascal, que toute pres- sion exercée en un point d'un liquide au repos se transmet également à ce liquide dans toutes les directions.
'Enfin.3 suivant le théorème fondamental de Simon Stévin, la différence de pression qui s'exerce entre deux points d'un liquide au repos est égal au poids d'une colonne de ce liquide ayant pour base l'unité de surface et comme hauteur la distance qui sépare les niveaux de ces points.
Se basant sur ces principes, la machine motrice, objet de 1' invention, est caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux cylindres, le premier, extérieur, ouvert en bas et plongeant dans un liquide à niveau constant, le second, intérieur, ouvert en haut et coulissant à frottement doux dans une ouverture du fond supérieur du premier, des moyens étant pré- vus pour faire élever et abaisser le niveau des liquides dans l'intervalle compris entre les deux cylindres.
Dans la réalisation pratique de l'invention, ce moyen peut être constitué par toute source de dépression appliquée à la partie supé- rieure de l'intervalle ou par toute source de liquide sous pression (colon- ne ou charge, chute d'eau., etc...) appliquée au niveau inférieur de l'in- tervalle momentanément isolé du liquide à niveau constant.
L'utilisation mécanique du mouvement de soulèvement et d'abais- sement du cylindre intérieur est réalisée par tout moyen approprié, par ex- emple par bielle et manivelle à la manière des pistons dans les moteurs à explosion.
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Les dessins ci-joints montrent schématiquement un mode de ré- alisation de l'invention.
La fig. 1 représente la position des deux cylindres dans le li- quide à niveau constant, l'intervalle entre les deux cylindres étant vide de liquide.
La fig. 2 montre la position hypothétique des cylindres dans le cas ou l'intervalle a été rempli de liquide et en supposant que le cylindre intérieur n'a pas modifié sa position.
La fig. 3 représente les cylindres après la montée du cylindre intérieur sous la pression hydrostatique du liquide.
La machine est constituée par un cylindre extérieur 1 ouvert en bas en 2 et présentant un fond supérieur 3 qui possède une ouverture 4 dans laquelle coulisse à frottement doux un second intérieur 5 jouant le rôle de piston, fermé à sa partie inférieure par un fond 6 et ouvert en haut en 7.
Le cylindre 1 pénètre dans un récipient à niveau constant 8.
Il existe un intervalle 9 entre les deux cylindres.
Dans la position montrée fig. 1, la position d'équilibre est réalisée dans les conditions suivantes.
Soit s la section du piston. Celui-ci s'enfonce dans le liqui- de d'une hauteur h' telle que le poids d'eau déplacé équilibre le poids du piston. L'équilibre est obtenu pour le poids de liquide sh' # (fêtant la densité du liquide).
Si, dans la fig. 1, on fait par exemple le vide dans l'inter- valle 9, le niveau d'eau va monter dans cet intervalle jusqu'à remplir complè- tement celui-ci, le niveau 8 extérieur au cylindre 1 restant pratiquement constant.
La fig. 2 montre cette phase en supposant le piston maintenu en place pour la facilité de l'examen de ce qui se passe au point de vue des efforts.
A ce moment, si le piston est libéré il montera sous la pous- sée hydrostatique.
Si S est la section du cylindre 1 et H la hauteur d'élévation du niveau d'eau égale à la hauteur de ce cylindre au dessus du niveau cons- tant, la hauteur h à laquelle le piston s'arrêtera dans sa position d'équi- libre (fig. 3) est déterminée par les relations suivantes.
La poussée initiale sur ce piston (fig.2) égale s.H. #
A la hauteur h cette poussée vers le haut n'est que : s H # - sh # = s # (H - h)
La dépression de la colonne d'eau sous le piston, situé au- dessus du niveau constant 8, est égale à sh #
On a donc lors de l'équilibre de ces deux forces de directions opposées :
EMI2.1
Le fond du piston s'arrêtera à une hauteur théorique égale à la moitié de la hauteur du cylindre 1 ou plus exactement à la moitié du niveau supérieur auquel on aura amené le liquide dans l'intervalle entre les deux cylindres.
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Si l'on permet à la pression atmosphérique de se rétablir'dans cet intervalle, par exemple par simple ouverture d'un robinet à la partie supérieure de celui-ci, le niveau du liquide s'abaissera rapidement jusque au niveau constant et tout sera remis en position représentée fig. 1.
Le travail moteur réalisé par une machine de ce genre est dé- terminé comme suit.
Force sollicitant le cylindre en position initiale égale s H #
Force sollicitant à une hauteur h correspondant à l'équilibre,
EMI3.1
égale : s (H - h) A - shA = 0 d'où h = H 0) = s Pour un déplacement h = H la poussée moyenne est 2 ( s H Le travail pour un déplacement h = H est :
EMI3.2
Le travail résistant absorbé par le remplissage de l'espace cylindrique est par contre : @ volume de l'intervalle (S - s) H poids (S - s) H #
Le travail est :
EMI3.3
Le rapport entre les deux travaux est déterminé par :
EMI3.4
Il en résulte que [alpha] est d'autant plus grand que la différen- ce S - s est plus petite.
Ainsi cette machine permet d'accomplir un travail moteur sans dépense considérable d'énergie. Une simple source de dépression ou de li- quide sous pression permet de la mettre en condition d'utiliser la poussée hydrostatique et une manoeuvre des plus simple, telle que l'ouverture d'un robinet, la remet en position de départ.
On peut évidemment disposer plusieurs éléments de ce genre sur un seul arbre moteur à l'intervention d'un vilebrequin à la manière des cylindres Diesel ou des moteurs à explosion.
Il est évident d'autre part que l'on peut approprier cette machine théorique par l'emploi de nombreux équivalents fonctionnels. On peut, par exemple, remplacer le coulissement à frottement doux des deux cylindres par un raccord en accordéon de manière à éviter ces frottements.
On peut aussi placer aux endroits appropriés des simples vannes coulissan- tes pour régler les jeux de montée et de descente du liquide dans l'inter- valle sans sortir du cadre de l'invention.