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,La présente invention a pour objet une machine rotative reversible pouvant fonctionner en pompe, compresseur ou moteur, de construction simple et d'un rendement élevé.
Cette machine est remarquable notamment en ce qu'elle comporte en com- binaison : un stator pourvu d'une cavité sphérique dans laquelle débouchent, par d e u x l u m i è r e s, deux orifices de distribution diamétralement op- posés ; dans cette cavité une noix sphérique comportant deux rainures fermées à leurs extrémités et symétriques, chacune, par rapport à un plan diamétral, les deux plans diamétraux étant perpendiculaires entre eux; deux fourchettes mobiles, chacune, dans l'une de ces rainures à raison d'une par rainure, le développement circonférentiel de chaque fourchette étant inférieur à celui de la rainure cor- respondante et sa section transversale radiale étant identique à celle de la rai nure;
et deux arbres solidaires rigidement, chacun, de l'une desdites fourchettes, les axes de ces deux arbres étant concourants au centre de la cavité sphérique et faisant entre eux un angle différant de 1800 et l'un de ces arbres étant, d' une part, rotatif autour de son axe et, d'autre part, animé d'un mouvement re- latif de rotation par rapport à l'autre arbre autour de l'axe de ce derniero,
Chaque fourchette ayant un développement circonférentiel inférieur à celui de la rainure correspondante, entre les extrémités de la fourchette et celles de la rainure sont ménagées deux chambres dont les volumes varient lors- que la fourchette oscille dans la cavité autour du centre de la noix. C'est la variation du volume des quatre chambres ménagées par les deux fourchettes qui est mise à profit pour l'utilisation de la machine comme moteur, compresseur ou pom- pe.
L'invention a également pour objet les applications diverses de la machine ci-dessus, soit seule soit en combinaison avec une autre machine du même type ou avec toute autre machine connue.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va sui- vre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est une coupe verticale du stator d'une machine suivant l' invention, la noix, les fourchettes et les arbres étant représentés en élévation à 1:'intérieur de ce stator ; la Fig. 2 est une coupe verticale transversale, suivant la ligne 2-2 de la Fige 1; la Fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1 ; la Fig. 4 est une vue en perspective et éclatée de la noix, des four- chettes et de leurs arbres ; la Fig. 5 est une vue de face, côté chambre sphérique, de l'une des moitiés du stator; la Fig. 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5 et montre l'une des lumières d'admission ou d'échappement dans le cas d'une pompe à liqui- de ; la Fige 7 est une coupe analogue montrant la forme des lumières dans le cas d'un compresseur pour fluide compressible ;
la Fig. 8 est un diagramme pression-volume dans le cas de ce compres- seur ; la Fig. 9, analogue à la Fige 4, représente une variante dans la for- me des rainures de la noix et des fourchettes correspondantes ; la Fig. 10 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 d'une variante de machine dans laquelle l'un des arbres est fixe, l'autre étant animé d'un dou-
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ble mouvement de rotation autour de son propre axe et autour de l'axe de l'arbre fixe ; la Fig. 11 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 et montre un moyen mécanique pour faire varier l'obliquité entre les deux arbres ; la Fig. 12 est une coupe transversale suivant la ligne 12-12 de la Fige 11 ; la Fig. 13 est une coupe suivant la ligne 13-13 de=la Figo 11.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Fige 1 à 6, qui est relatif à une machine reversible utilisable en pompe à liquide ou moteur, la ma- chine comporte deux ensembles, l'un fixe A ou stator et l'autre mobile 3 ou rotor logé à l'intérieur de ce stator.
Le stator est formé, en vue des nécessité du montage, de deux par- ties 1 et 2, réunies entre elles rigidement par des vis 3 ou autrement. La par- tie 2 comporte, en outre, des moyens de fixation à un support quelconque, par exemple des trous filetés 4 (Fig. 2).
Ces deux pièces 1 et 2 sont creuses de manière à ménager une cavité rigoureusement sphérique 5, de centre 0.
Dans cette cavité, débouchent deux alésages cylindriques 6 et 7 dont les axes OX et OY sont situés dans un même plan (celui de la Fige 1) et forment entre eux un angle a (Fig.l) différent de 180 . perpendiculairement au plan XX dans la cavité sphérique 3, débouchent deux conduits de distribution 8 et 9 diamétralement opposés, d'ae commun ZZ per- pendiculaire à ce plan. Ces deux conduits, sur lesquels peuvent'être branchées des tubulures de distribution 10 et 11 (Fig.2) débouchent, en fait, dans la ca- vité 5 par l'intermédiaire de deux lumières, de distribution 12 et 13, ménagées dans la tranche d'assemblage de la partie 1 du stator Ao Ces deux lumières ont un contour qui, projeté suivant la direction ZZ;. est en forme de trapèze bc de (Fig. 5,6).
La raison. de cette forme sera donnée plus loin.
L'ensemble mobile ou rotor B comporte trois pièces représentées sépa- rément à la Fig. 4 :une noix sphérique 14, une première fourchette 15 prolongée par un arbre 16 et une deuxième fourchette 17, prolongée par un arbre 18.
La noix 14 a un rayon égal, à un très léger jeu de montage près, à celui de la cavité sphérique 5, de telle sorte que cette noix peut tourner prati- quement sans jeu dans cette cavité. Elle comporte deux rainures 19 et 20, fer- mées à leurs extrémités en 21 ét 22 respectivement. Ces rainures sont symétriques, chacune, par rapport à un plan diamétral, les deux plans diamétraux étant per- pendiculaires. Le plan diamétral de la.rainure 19 est déterminé par les axes OX et ZZ, tandis que le plan diamétral de la rainure 20 est déterminé par les axes OX et OY.
Transversalement,, c'est-à-dire en coupe par des plans radiaux pas- sant par le centre 0 et perpendiculaires au plan diamétral correspondant précité, chaque rainure a une section en forme de trapèze, visible sur la Fig.2.
Les deux fourchettes 15 et 17 sont circulaires et ont des formes tel- les que : lenrs sections radiales correspondent exactement à celles des rai- nures respectives 19 et 20, leurs surfaces externes sont sphériques, de telle sorte que lorsque ces fourchettes sont engagées dans les rainures 19 et 20, elles prolongent la surface externe sphérique de la noix comme on peut le voir sur la Fige 2 dans la coupe de la branche supérieure de la fourchette 17; enfin. elles ont un développement circonférentiel inférieur à celui
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des rainures 19 et 20, de telle sorte que chacune d'elles ménage, dans sa rainu-
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re corre-oondante, deux chambres.
Les deux fourchettes forment donc tiguatre chambres les chambres I et II ménagées par la fourchette 15, diamétralement opposées, et visibles notam- ment sur les ig.. 2 et 3, la chambre II étant en outre visible àur la Fige. 1 et les deux chambres III et IV, ménagées par la fourchette 17 dans la rainure .0 et visibles sur la Fig.1 la chambre IV l'étant en outre sur la Figo , 2.
Les deux arbres 16 et 18 afférents aux fourchettes 15 et 17 tourillon- nent respectivement suivant les axes OX et CY dans les alésages 6,et 7 du sta- tor. A. L'arbre 16 émerge de ce stator et, sur sa partie externe, est claveté un élément d'entraînement 2$' constitué, par exemple, par un élément d'engrenage.
Par contre, l'arbre ou tourillon 18, relatif à la fourchette 17, est de plus courte longueur. Il tourillonne dans l'alésage 7 et est recouvert par une plaque obturatrice 24, rapportée par des vis 25 sur une face oblique 26 de la partie 2 du stator A.
Le fonctionnement est le suivant. A l'aide de l'élément d'engrenage 23, on fait tourner l'arbre 16 et,la fourchette 15. 'L'ensemble des deux four- chettes 15 et 17 et de la'noix 14 qui les relie se comporte alors comme un joint de Cardan. Les deux fourchettes 15 et 17 tournent respectivement autour de leurs axes OX et OY. '
Au cours de ce mouvement, chacune des quatre chambres I à IV varie de volume, chacune d'elles présentant un,volume minimum quand cette cavité se trouve à cheval dans le plan XOY dans l'angle saillant formé par les deux axes OX et OY (position de la chambre III sur la Figel)' le volume'.étant, au contraire, maximum quand cette chambre se trouve dans l'angle rentrant formé par ces mêmes
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,axes (position de la chambre IV sur la Fiv.1).
Par contre, les deux chambres af- férentes à une même fourchette ont des volumes égaux lorsqu'elles sont.tsymétriques par rapport au plan XOY (position des chambres I et II sur la Fig. 5)..
En conséquence, si l'on examine le volume d'une chambre au cours de la rotation'à partir du moment où elle se trouve dans l'angle saillant'XOY, on voit que pendant un demi-tour le volume va croître (de la position de la cham-
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bre III à celle de ,^kambre IV) jusqu'à -un certain maximum et que pendant ce même temps cette chambre est en communication par l'une des ,deux lumières avec l'une des deux tubulures d'admission. Si,, par exemple, les sens de rotation des
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,o""n8fm.7, ceux indiqués par les flèches fl et ¯f2 sur les Fig. 1 et 3, cette chambre est en communication ,avec la tubulure 10 par l'intermédiaire de la lumière 12 et de l'orifice 8,,cependant que pendant le demi-tour suivant le volume de cette chambre décroîtra pour retrouver sa valeur minimum initiale et,
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pendant ,Le même temps, la chambre sera en communication avec l'autre tubuinre Il par l'intermédiaire de la lumière 13 et de l'orifice 9.
Il y a, par conséquent, dans le fonctionnement on pompe, aspiration par la tubulure 10 dans le sens de la flèche f 3 (Fige 2) et refoulement par la -tubulure 11 dans le sens de la flèche f4 et le fonctionnement de la machine en pompe ou compresseur on résulte alors avec évidence.
A titre de simple indication, des essais effectués par le demandeur sur une-machine expériméntale comportant un stator dont la cavité sphérique 5 a un rayon de 60 mm, le volume de chacune des quatre chambres variant entre 1 et
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13 cm ,j et avec une vitesse de rotation des deux arbres de 2000 tJm, ont permis de débiter de l'huile à une press ion de 100 kg/om2, le. débit étant de ,1560 cm3/ sec.
- De ces premiers essais on peut en conclure que cette pompe permet de réaliser de hautes pressions avec des vitesses de rotation élevées (la,vitesse
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de 2000 t/m n'ayant pu être dépassée du fait de l'installation d'essai et non du fait de la pompe) avec des rendements des plus satisfaisants, d'où il résulte de par la compacité de la machine une puissance massique très élevée.
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Il est à remarquer-que la machine est!-meversible, c'est-à-dire qu'el- le peut fonctionner en moteur. Si, en effet, on envoie par la tubulure 10 par
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exemple, un gaz ou un liquide sous pression, celui-ci va provoquer la rotati'on du rotor dans un sens tel (celui de la flèche f1) que la chambre, en communication avec la tubulure 10 augmentera de volume, cependant que lorsque cette chambre se- ra 'en communication avec la tubulure 11, son volume ira en diminuant et le fluide détendu sera expulsé par l'orifice 9 et cette tubulure 11.
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En ce qui concerne la forme des lumires de distribution, celle bcde représentée aux Fig. 5 et 6, correspond au pompage d'un fluide incompressible tel que eau, huile,.etc.... Les deux'positions caractéristiques des chambres sont celles de volume minimum (pqsition III) et de volume maximum (position IV)o Le calcul montre que la loi de variation du volume des cavités est très sensiblement une fonction sinusoidale de l'angle de rotation de l'arbre d'entraînement 16, le débit du fluide suivant la même loi de variation. Il est nul quand la chambre est dans les positions (III et IV) de volumes maximum et minimum et il est maxi-
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mum pour les positions intermédiaires 1 et II..
Les lumières 12 et 13 de commu- nication avec les conduits d'aspiration 10 et de refoulement 11 doivent donc pré- senter, dans ee cas, une section partant de zéro en ¯c et ¯d quand les chambres sort de volume maximum ou lIlinimum et atteindre en ¯b, ¯c un maximum quand les chambres ont un volume moyen, e qui justifie la forme représentée sur les Fi go 5 et 6a
Il est à remarquer que les lumières 12 et 13 symétriques par rapport au plan XOY sont correctement disposées pour les quatre chambres, si par le choix des dimensions des fourchettes, les demi-angles (Figo 1 et 3) correspondants aux demi-développements de ces fourchettes e aux éléments.obturateurs sont égaux comme représenté,
Il en résulte donc que les diverses chambres opcupent succes- sivement par rapport aux lumières les mêmes positions en cours de'rotation.
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Si cette condition relative aux àemi-angles g n'était pas réalisée, il serait nécessaire de prévoir des lumières soit plus larges pour assurer la communication dans tous les cas, soit en¯nombre deux fois plus élevé.
Dans le cas d'un compresseur pour fluide compressible, tel que de l' air ou autre gaz quelconque on doit utiliser les lumières représentées à la Figo
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te Leurs contours découlent du diagramme pression-volume représenté à la Fig. 8 dans lequel les volumes v sont portés en abscisses et les pressions n en ordon- nées,
Le gaz, pris à la pression pl est comprimé par diminution du volume
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jusqu'à la pression de refoulement 22 (ligne 0-D), puis il est refoulé à cette pression,12 (ligne D-E)o Le gaz qui restait enfermé dans le -volume minimum Ve se détend, lors de l'augmentation de volume, jusqu'à la pression p1 (ligne E-F) et, à ce moment, se produit l'aspiration (ligne F-C)
o
Il apparaît alors clairement que la communication avec le refoulement doit débuter quand le volume de la chambre considérée atteint le volume vd et doit continuer jusqu'à ce que le volume ait atteint la valeur minimum ve.
De même, on voit que la communication avec l'aspiration doit débuter
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quand le volume de la chambre a atteint la valeurs et continuer jusqu'au volume maximum zoo Il en résulte la forme des lumières représentées à la Fig-7. Ces ,lumières sont cette fois-ci dissymétriques du fait des valeurs différentes yà et v.o La lumière de refoulement h3a a le contour ¯bl¯cldle , cependant que la lu- mière d'admission 12a représentée en traits mixtes a un contour similaire à celui des deux lumières 12 et,13 de la pompe à liquide du premier exemple, ce contour étant blcld2e2
Naturellement, la forme des rainures de la noix peut être différente
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de celle trapézoïdale représentée dans le premiér exemple.
C'est ainsi que la Fig. 9 représente, sous forme d'une perspective éclatée, une noix 14a et des four- chettes 15a et 17a qui ont des formes telles que leurs sections passant par le centre de la noix ont une forme circulaire. Le fonctionnement n'est évidemment pas changé.
Comme on peut le constater par l'exposé du fonctionnement du preer exemple, ce fonctionnement résulte du mouvement relatif .des éléments du rotor, c'est-à-dire de la noix 14',et des fourchettes 15 et 17 liées aux arbres 16 et 18 qui tournent autour de leurs axes respectifs OX et OY dans les sens indiqués par les flèches f1 et f2, mais on constate tout de suite que ce mouvement relatif n' est pas modifié si l'ensemble est animé d'un mouvement de rotation identique à celui de la fourchette 15.
Dans ces conditions, cette fourchette 15 devient immobile et la four- chette 17 est alors animée'd'un double mouvement de rotation, d'une part, autour de l'axe OY de son propre arbre et, d'autre part, d'un mouvement de rotation au- tour de 1 axe OX de la fourchette 15 et de son arbre 16 (Fig. 10).
Il suffit pour cela, d'une part, de claveter en 27 l'arbre 16 dans la partie 1 du stator A1 et, d'autre part, de prévoir l'alésage 7b dans lequel tourne l'arbre 18 de la fourchette 17 dans une pièce auxiliaire 28 qui tourillon- ne à l'intérieur de ce stator A1, dans le prolongement de l'axe XO. Cette pièce 28 comporte, dans ce but, un tourillon 29, monté rotatif dans un alésage 30 pré- vu dans un couvercle 31 que des vis 32 rapportent sur le stator. Le tourillon 29 se prolonge au delà de l'alésage 30 et, sur ce prolongement, est claveté un élément d'entraînement, par exemple un élément d'engrenage 33 permettant d'entraî- ner le support.28 dans le sens de la flèche f5, c'est-à-dire dans le sens inverse qui correspondait à celui indiqué par la flèche f1 dans le premier exemple pour la rotation de l'arbre 16.
Rien n'est changé au fonctionnement de la machine qui, pourra être utilisée comme pompe ou comme compresseur, ornais, en outre, grâce au fait que la fourchette 15 et son arbre 16 ne tournent plus, les quatre chambres à volume va- riable ne sont plus entraînées dans un mouvement de rotation. Il est alors pos- sible de prévoir, pour chacune d'elles, un clapet d'aspiration et un clapet de refoulement sur le stator fixe A et avoir ainsi un fonctionnement tout à fait a- nalogue à celui d'une pompe classique. Si pour chaque chambre on prévoit, par ailleurs, une soupape d'admission, une soupape de refoulement et une bougie d'al- lumage, on se trouve dans les conditions de fonctionnement d'un moteur à explo- sions classique.
On notera que l'usinage des différentes pièces ne présente aucune dif- ficulté. La noix 14 ou 14a et les fourchettes 15 et 16 ou 15a, 16a peuvent ve- nir de moulage sous pression et être ensuite rectifiées ou encore être usinées et, dans ce cas, pour la noix, on partira d'une sphère pleine dans laquelle on effectuera, dans deux plans diamétraux, deux saignées airconférentielles, des- tinées à donner les deux rainures 19 et 20 puis ces rainures' seront limitées.
En d'autres termes, on réalisera les faces d'extrémité telles que 21 et 22 on reportant, dans les saignées, des blocs de séparation dont l'un est représenté sur la Fig.4 par le contour externe hijk.
Dans les deux exemples précités, la valeur de l'angle à formé entre les axes OX et OY est constante et il en résulte que la variation du volume de chacune des quatre chambres est également constante. Mais il est facile de dé- montrer, cela va d'ailleurs de soi, que cette;variation de volume est proportion- nelle à l'angle (180 -a). Il est donc possible de donner à cette variation de volume une valeur variable si, par un montage approprié, on peut faire varier 1' angle a.
Les Fig. 11 à 13 représentent un mode de réalisation simple permettant de modifier à volonté ledit angle a et même de changer le sens de l'écoulement
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du fluide, l'aspiration devenant refoulement et réciproquement.
Ce mode de réalisation s'apparente à celui du premier exemple en ce sens que l'arbre 16 de la fourchette 15 est entraîné en rotation à l'extérieur du stator A2, cependant que l'arbre 18-de la fourchette 17 tourne purement et simplement autour de son axe OY. @
Cet arbre 18 est monté dans un palier 34 pourvu de deux tourillons 35 parallèles à l'axe ZZ passant par le centre 0 de la sphère, Ce palier 34 est engagé, par ces tourillons 35, dans deux rainures en regard 36, ménagées entre des pièces jumelées'37 et 38, réunies par des goupilles 39 et destinées à facili- ter le montage.
Les tourillons 35 traversent ces lumières 36 et sont engagés, en outre, dans des rainures transversales 40 d'un étrier 41, emboîté sur les piè- ces 37 et 380 Cet étrier 41 comporte un trou fité 42, dans lequel est vissée une vis 43, montée rotative dans la pièce 44 rapportée sur le stator A3. Cette vie est solidaire d'un volant de manoeuvre 45.
Le fonctionnement est évident. La rotation de la vis 43 à l'aide du volant 45 assure la translation de l'étrier 41, guidé par les pièces 37 et 380 Les deux tourillons 35 sont donc entraînés dans cette translation et se dépla- cent dans les lumières 36 dont le rôle est de maintenir le palier 34 et d'éviter un glissement important le long de l'axe OX de l'arbre 18. Pour éviter en toute rigueur tout glissement de bette nature, les lumières devraient être à ligne mo- yenne circulaire, centrée sur le centre 0 de la cavité sphérique 5. En réali- sant, par conséquent des lumières rectilignes comme représenté, on admet un lé- ger déplacement longitudinal du palier 34 sur l'axe 18 mais ce déplacement est sans inconvénient du fait qu'il est peu important.
On notera que si, dans son déplacement, l'axe OY franchit vers le bas (Fige 11) le prolongement de l'axe OX l'angle (180 -a) change de signe et .on ob- tient ainsi automatiquement une permutation des orifices d'admission et d'échap- pement comme il a été précisé plus hauto
Naturellement la variation de l'angle a formé entre les axes OX ét OY peut être assurée de toute manière, par exemple hydrauliquemento
Il est bien évident que les machines décrites permettent toutes les combinaisons connues des pompes, moteurs, compresseurs, etc....
Elles peuvent être utilisées séparément ou en combinaison. @
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécu- tion décrits et représentés, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.