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La présente invention concerne une machine de travail et motrice pour fluides gazeux ou liquides ou. une machine transporteuse de milieux liquides ou secs, qui com- porte une roue à aubes tournant dans une enveloppe et sur la périphérie de laquelle sont disposées plusieurs ailettes
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d'aubes fonctionnant à la manière de pistons, et un tiroir de batée monté à l'extrémité de l'enveloppe du côté d'un tuyau de refoulement et mobile dans l'enveloppe par rapport à la roue à aubes, séparant le côté de 1'aspiration du côté du refoulement et dont le mouvement est commandé posi- tivement vers le contour de la roue à aubes par un dispositif de commande en fonction de la commande de la roue à aubes.
L'invention a pour but d'améliorer le rendement de ces machines et de les rendre autant que possible suscepti- bles d'être universellement appliquées. On arrive à ce résul- tat suivant 1'invention en disposant sur la roue à aubes, pour remplir complètement les chambres de propulsion formées entre les ailettes de ses aubes, des ailettes de forme courbe dans le sens de rotation, fonctionnant à la manière de pis- tons et dont l'extrémité est à arête vive, et en appliquant ,une portion cylindrique du tiroir de butée en contact d'étan- chéité contre la périphérie de la roue à aubes et en le for- çant à passer, pendant que la roue à aubes tourne, sur la surface de poussée concave ainsi que sur la surface posté- rieure convexe de chaque ailette des aubes au moyen du dis- positif de commando,
en supprimant ainsi les phénomènes de cavitation dans les chambres de propulsion.
La roue à aubes comportant des prolongements de forma courbe dans le sens de rotation a l'avantage de pouvoir tour ner à la vitesse angulaire maximum lorsqu'elle fait partie par exemple d'une madhine de propulsion de fluides gazeux ou de faible viscosité, tandis que les chambres de propul- sion sont toujours complètement pleines puisque le remplis- sage de ces chambres est obtenu non seulement par la roue dont les'aubes fonctionnent à la. manière de pistons, mais encore du fait que les aubes courbes dans le sens de rota- tion poussent en outre le fluide à propulser dans les cham-
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bras de propulsion.
La section considérable de la tubulure d'admission da la pompe devant laquelle passent les aubes forme en même temps une surface d'attaque à balayer assez grande pour assurer le remplissage complet des chambres de propulsion. La force centrifuge provoquée par la vitesse angulaire élevée de la roue à aubes ne peut pas faire revenir en sens inverse de la direction d'aspiration le fluide à propulser aspiré et refoulé par les aubes dans les chambres de propulsion, car le temps qui est nécessaire à la force centrifuge pour exercer sa réaction est plus long que le temps qui est nécessaire pour faire passer les chambres de propulsion devant la section d'aspiration de l'enveloppe, les aubes courbes dans le sens de rotation empochant en outre la projection du fluide à propulser hors des chambres de pro- pulsion.
Pour supprimer les pulsations nuisibles du courant de fluide à propulser, qui se produisent surtout lorsque les conduites de transport sont de grande longueur, le volume de déplacement de l'extrémité du tiroir ou obturateur oscil- lant qui pénètre dans la chambre de refoulement est égal à celui d'une aube. Etant donné que, pondant que l'ailette des aubes passe du côté du refoulement au côté de l'aspiration, l'extrémité de l'obturateur pénètre dans la chambre de re- foulement, les pulsations qui se produisent dans les pompes volumétriques connues sont supprimées.
Lorsqu'il s'agit de matériaux qui ne peuvent être aspirés, tels que des produits résineux solidifiés, des ter- res argileuses, des matériaux de déblai, etc, l'enveloppe de la machine est ouverte en bas et la roue à aubes pénétra directement et librement dans la masse de matériaux à pro. pulser. De préférence, la machine de propulsion à roue à aubes destinée à des applications de cette nature est dis-
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posée sur un chariot mobile qui lui permet d'avancer dans la masse de matériaux à entraîner. Les ailettes des aubes de cette machine servent principalement d'aubes de propulsion; qui refoulent en marne temps à la manière de pistons dans une conduite de refoulement les matériaux qu'elles recueillent.
S'il s'agit de transporter des matériaux secs, on donne de préférence à la conduite de refoulement une forme s'évasant légèrement en forme de c8ne, de façon à réduire au minimum la résistance de frottement dans cette conduite.
On obtient la grande vitesse angulaire admissible de la roue à aubes de la machine en actionnant ou commandant positivement l'obturateur oscillant par une commande à mani velle ou à excentrique à masses d'inertie équilibrées, dont les vilebrequins sont accouplés avec l'arbre de la roue à aubes par exemple par des roues dentées.
Le nombre . de tours du vilebrequin par tour de la roue à aubes est alors égal au nombre d'ailettes de la roue' aubes.En don- nant une forme déterminée à la partie de l'obturateur qui pénètre dans la chambre de refoulement et des dimensions dé- terminées à cet organe par rapport à la roue à aubes et à sa position, l'extrémité de l'obturateur actionné par les éléments- de la machine et coopérant avec eux suit exactement: la forme désirée et la plus avantageuse du contour de la roue à aubes, qui doit comporter deux aubes au moins. En particulier lorsqu'il s'agit de transporter des fluides ga- zeux par exemple s'il s'agit d'une pompe à vide ou d'un compresseur, la machine peut tourner à la vitesse angulaire maximum, par exemple à celle d'un moteur à explosion à grande vitesse.
Pour des applications de cette nature, la commande à manivelle est disposée de préférence dans la sec- tion d'aspiration de l'enveloppe de la machine, de façon à articuler directement la biell'e de la commande à manivelle ou à excentrique sur le bras oscillant de l'obturateur. On
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supprime ainsi les phénomènes d'oscillations nuisibles de l'obturateur très rigide, et on peut rendre très faible et maintenir le jeu entre le contour de la roue à aubes et l'extrémité d'étanchéité de l'obturateur.
Le réglage de précision de la position de la roue à aubes, qui doit condor exactement avec celle de l'ob- turateur, s'effectue en posant d'abord sans la fixer sur son arbre une roue dentée ou élément analogue qui accouple l'ar- bre de la roue à aubes et le vilebrequin de façon à détermi- ' ner sa position exacte, et en la fixant ensuite sur l'arbre.
La roue dentée peut être fixée par exemple par un cône de serrage ou en la partageant en un moyeu et une couronne den- tée. Le réglage du jeu qu'on désire entre le contour des aubes et l'obturateur s'effectue en faisant varier la lon- gueur de la bielle de commande de la manivelle au moyen d'un tendeur ou par des ,colliers d'excentrique réglables montés dans les oeils de la bielle.
Si la machine doit ramasser et transporter des maté- riaux qui contiennent des pierres, on dispose immédiatement en avant du point où les chambres de propulsion pénètrent dans l'enveloppe un râteau oscillant qui ne laisse passer que les pierres dont la grosseur correspond au volume des chambres de propulsion. Sons la forme la plus simple du râ- teau, son mouvement en arrière est provoqué par exemple par son propre poids, tandis que son mouvement de levée est pro- voqué par les ailettes des aubes, qui comportent un long bras da levier correspondant pour saisir le râteau.
Pour emptcher des petites pierres de se coincer entre le bord d'entrée de l'enveloppe et l'arête des ailettes, on dispose devant le bord d'entrée de l'enveloppe un ressort qui pénètre entre les dents du râteau de façon à écarter dans tous les cas ces pierres du bord d'entrée de l'enve- loppe vers l'intérieur des chambres de propulsion.
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En disposant au moins deux roues à aubes et des ob- turateurs correspondants, séparés par une cloison, dans l'enveloppe d'une machine qui comporte pour chacune d'elle une tubulure d'entrée et une tubulure de sortie de façon que les aubes d'une des roues pénètrent en direction axiale entre celles de l'autre, la machine peut servir de machine motrice qui démarre dans toutes les positions des roues à aubes, étant donné que le fluide moteur qui arrive est tou- jours prêt à exercer un couple sur la surface totale d'un piston qui correspond à la projection de la surface d'une aube.
C'est-à-dire que si l'extrémité d'un des obturateurs se trouve entre deux aubes au point le plus bas d'une des roues à aubes, la projection de la totalité de la surface de l'aube peut servir de surface de piston, tandis que l'extré- mité de l'obturateur voisin se trouve à la pointe de l'aube et n'exerce pas un couple de compensation pour la roue à aubes. Si les deux obturateurs se trouvent par exemple à mi- ,hauteur des aubes'des roues, chaque demi-projection des deux aubes constitue une surface de piston efficace.
Dans les positions intermédiaires, une des surfaces efficaces de l'aube est plus.petite que l'autre, mais elles forment constamment ensemble une surface de piston qui correspond à la projection de la totalité de la surface d'une aube, Si l'on dispose plusieurs groupes de roues à aubes les uns-= à côté des autres, on obtient pour un même diamètre des roues à aubes une plus forte puissance résultante. Lorsque la machine fonctionne comme moteur, on fait arriver de préfé- rence le fluide moteur en renversant le sens de rotation de la roue à aubes par rapport à celui de la machine fonction- nant comme pompe, c'est-à-dire que la cour bure des aubes se dirige en sens inverse de la direction du mouvement de rota- tion.
La roue à aubes fonctionne alors non seulement sous
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forme de piston rotatif, mais encore sous forme de turbina en utilisant 3. énergie du courant d'échappement. De plus, l'extrémité cylindrique de l'obturateur formant en projec- tion surface de piston-fonctionne pendant son mouvement vers l'extérieur sous forme de piston et contribue ainsi, par l'intermédiaire de la transmission à manivelle et à roues dentées, à la commande de la roue à aubes de façon à compenser l'irrégularité du travail de commande provoquée par le volume des ailettes des aubes,
Sur les dessins ci-joints, qui représentent schéma- tiquement et à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention :
la fig. 1 est une coupe verticale par l'enveloppe d'une machine à roue à aubes, la fig. 2 est une coupe horizontale de la machine, la fig. 3 est un graphique de la construction ciné- matique au moyen de laquelle on obtient la forme du contour des aubes, par exemple de la pompe de la fig.1, la fig.4 représente le déplacement volumétrique créé par la portion de l'obturateur pénétrant dans la chambre de refoulement par rapport au volume des ailettes des aubes, là fig.5 est une coupe verticale de l'enveloppe d'une machine à roue à aubes ouverte en'bas, la fig. 6 est une élévation de face du râteau de la machine de la fig. 5.
La roue à aubes 2¯ calée sur un arbre 4 tourne dans l'enveloppe 1 de la machine,qui comporte une tubulure d'as- piration lb et une tubulure de refoulement la de façon à diriger la courte des aubes dans le sens de rotation ou de la flèche. L'extrémité cylindrique formant joint 3a de l'obturateur oscillant 3 épouse le contour de la roue à aubes pendant son mouvement de'va-et-vient, qui est provo- qué par un vilebrequin 1 à contre-poids de masses d'iner-
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tie 5a et par une bielle 6 qui est articulée par un axe 7 sur le bras oscillant de l'obturateur.
La roua à aubes 2 est actionnée par le vilebrequin 1 qui est accouplé avec l'ar. bre 4 de la roue à aubes par des roues dentées 9 et 10 (cet- te dernière étant constituée sur un disque 11 du moyeu de la roue dentée). Pour régler avec précision la position exacte de la roue à aubes 2 dont'la surface du contour doit venir en contact avec la portion d'étanchéité 3a de l'obturateur 3, on fixe d'abord par une clavette le disque 11 du moyeu de la roue dentée sur l'arbre 4, mais en rendant réglable la cou- ronne dentée 10 par rapport au disque du moyeu dans le sens de rotation, en perçant dans ce disque 11 des trous oblongs en arc de cercle (non représentés) qui servent à fixer la couronne dentée 10 et permettent de la régler ou de la faire tourner d'une division de dent.
Après avoir réglé avec précision la position de la roue à aubes 2 par rapport à l'obturateur 3, on visse la couronne dentée
10 sur le disque du moyeu 11 et on fixe encore leurs posi- tions relatives au moyen d'un prisonnier. On peut aussi fixer la couronne dentée 10 sur le disque du moyeu 11 par un cône de serrage ou organe analogue,
Pour régler avec précision et dans les conditions voulues la largeur, du jeu entre la portion d'étanchéité 3a et le contour de la roua à aubes, on peut régler la longueur de la bielle 6, par exemple au moyen d'un tendeur.
On détermine la forme du contour de la roue à aubes qui convient le mieux aux conditions techniques de transport positivement au moyen de la construction cinématique de la commande à manivelle et en donnant une forme et des dimen- sions déterminées aux éléments de la commanda à manivelle,
Le graphique de la fig. 3 indique de quelle manière on déter. mine la forme du contour de la'roue à aubes de la fig. 1
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comportant quatre ailettes . Pour rendre cette figure plus claire, on n'a détermina graphiquement la forme que d'une seule ailette, c'est -à-dire d'un quart du contour de la roue à aubes.
Etant donné que dans sa représentation graphique la roue à aubes ne peut pas tourner, il est nécessaire de faire avancer l'obturateur, dont le centre d'oscillation est désigné par 0 et le rayon par R et dont l'arc de cercle passe par le centre de la portion cylindrique d'étanchéité
3a, de 90 dans la direction X jusqu'au point 8. Les arcs de cercle correspondants sont désignés par les chiffres 0' à
8'. Pour rendre la figure plus claire, la bielle hypothéti- que réunit le point 0 de l'arc de cercle décrit par le mane- ton de manivelle et représenté en haut et à droite de la figure au point 0' qui doit être considéré comme remplaçant l'axe 2 d'oscillation de l'organe de fermeture 3. La lon- gueur de la bielle, représentée par hypothèse par une droi- te, reste la même dans toutes ses positions.
On trace à par- tir du centre de la roue à aubes des arcs de cercle qui réunissent les points fixés de l'arc de cercle 0' aux arcs de cercle 1' à 8'. Les points ainsi déterminés sont les centres de la portion d'étanchéité 3a. Les circonférences tracées avec ces -points comme centres et dont le diamètre correspond à celui de la portion d'étanchéité 3a forment l'enveloppe exacte d'une ailette de l'aube. Pour donner aux ailettes des aubes la forme en pointe nécessaire aux condi- tions techniques du transport, le rayon de la portion d'é- tanchéité cylindrique la doit être dans un rapport exact avec son rayon R ou avec les rayons R2 et R3 des circonfé- . ronces du pied et de la tête des aubes.
Si le rayon de la portion cylindrique d'étanchéité était plus grand que celui qui résulte du graphique, la pointe de 1' ailette se- rait trop courte et la portion d'étanchéité 3a se trouverait
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au-dessus de la pointe de l'ailette avec un jeu trop large, de sorte qu'il s'établirait une communication entre les cô- tés de l'aspiration et du refoulement.' Par contre,. si le rayon de la portion d'étanchéité la était plus petit que celui qui résulte du graphique, il serait nécessaire d'arron- dir fortement la. pointe de l'ailette et les conditions tech- niques du transport ne seraient plus remplies.
Si, pour des raisons techniques de transport, le rayon de la portion d'étanchéité de l'obturateur 15 doit être très petit, comme l'indique la fig.5, qui repré- sente une machine à roue à aubes à transporter des matériaux contenant du sable et des pierres et dahs laquelle l'obtura- teur 15 sert en même temps d'extracteur, on peut cependant donner une forme en pointe aux ailettes en donnant une grande valeur à la différence entre R1 et R2, R étant sensi- blement égal à R2, et une faible valeur à la différence entre R2 et R3 par rapport à R3, et prévoir plusieurs ailet- tes de façon à maintenir faible la distance d'une ailette à l'autre par rapport à la hauteur des ailettes.
La fig. représette schématiquement le déplacement volumétrique qui résulte de la pénétration de l'obturateur dans la chambre de refoulement et qui est désigné par F. La fig. 4 représente aussi le volume égal Fs des ailettes, s ' qui sert à compenser les pulsations qui se produisent dans les pompes volumétriques connues.
La fig. 5 représente schématiquement et à titre d'exemple une machine à roue à aubes dont l'enveloppe est ouverte en bas de façon à faire pénétrer la roue à aubes 13 directement dans les matériaux à transporter, cette roue à aubes étant montée à rotation dans l'enveloppe 12 au moyen d'un arbre 14. L'obturateur 15, pivotant sur un axe 16, reçoit un mouvement d'oscillation par une manivelle 17 par l'intermédiaire d'une bielle 18 articulée par un axe 16a
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sur l'obturateur 15, en réalisant ainsi une fermeture perma- nente de la machine du côté du refoulement. La roue à aubes
13 est commandée par l'arbre de la manivelle 17 par l'in- termédiaire de deux roues coniques 21, d'une vis hélicoïdale
12 et d'un pignon hélicoïdalk 20.
Pour empêcher des pierres
St trop grosses pour les chambres de propulsion de pénétrer dans la machine, on dispose un râteau d'écartement 22 pivotant sur un axe fixe 24. Le mouvement de descente du râteau est obtenu par son propre poids et son mouvement de levée est provoqué par chaque ailette qui, à cet effet, comporte un bras de levier assez long pour saisir le râteau d'écartement. Le râteau d'écartement 22 peut cependant être aussi actionné par une came de commande disposée en dehors de l'enveloppe 12, et il n'est pas nécessaire qu'il suive exactement la forme du contour de la roue à aubes.
Un ressort 23 monté sur le râteau d'écartement 22 pénètre entre ses dents 25 et empêche des pierres plus peti. tes de pénétrer entre,le bord d'entrée de l'enveloppe et l'arête des aubes, La fig. 6 est une élévation de face du râteau d'écartement 22 avec ses dents 25 et ses ressorts 23.