Machine rotative. La présente invention concerne une ma: chine rotative qui est établie de façon à pou voir fonctionner comme pompe, moteur, compteur, etc., ainsi qu'un procédé de fabri cation d'une telle machine.
La machine rotative suivant l'invention se caractérise par le fait qu'elle comprend un groupe de pistons roulants, espacés, dis posés à l'intérieur d'une enveloppe et com mandés de façon à se rapprocher et à s'éloi gner l'un de l'autre pendant un cycle d'opé rations pour former avec l'enveloppe et un noyau central des chambres opératoires de capacités variantes. Dans une machine de ce genre, le frottement en glissement clés parties dans les machines rotatives connues est pra tiquement remplacé par un frottement en roulement; il en résulte que la machine per fectionnée peut marcher à très grandes vi tesses et avec un débit de grande régularité.
Plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: Les fig. 1 et 2 montrent des coupes transversale et longitudinale d'une pompe rotative à deux pistons; La fig. 3 est une coupe d'une pompe à trois pistons; Les fig. 4 et 5 sont des coupes transver sale et longitudinale d'une pompe à six pis tons, les pistons étant omis à la fig. 5; La fi-. 6 montre une forme d'exécution avec enveloppe elliptique et avec quatre pis tons; Les fig. 7 et 8 montrent une pompe à quatre pistons avec des moyens pour empê cher des fuites le long de l'arbre de pompe;
La. fig. 9 montre un dispositif accessoire servant à. établir mécaniquement l'étude d'une machine suivant l'invention.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig 1 et 2, la pompe rotative comporte un organe de support excentrique ou disque de commande a qui entraîne deux pistons cy lindriques roulants b, b' à l'intérieur d'une chambre annulaire c formée dans l'enveloppe d entre" la.
paroi périphérique de celle-ci et un noyau ou manchon, fixe ou fou, e, con centrique à l'enveloppe d, la connexion d'en traînement de chaque piston cylindrique étant constituée par un maneton de mani velle dont le bras de manivelle correspond au bras virtuel ou au bras effectif, entre le centre du piston cylindrique et son axe d'oscillation f qui est monté dans l'organe de support excentrique ou disque de com mande a, de telle façon par rapport au sens de rotation x du groupe de pistons que, lors que la machine fonctionne comme pompe, il se trouve situé en avant du centre du piston roulant.
La position des axes d'oscillation f ayant été déterminé en tenant compte de la valeur d'excentricité avec laquelle la machine doit travailler, le prochain facteur à établir pour la construction de la. machine est de fixer la longueur des bras de manivelle effectifs ou virtuels, c'est-à-dire les distances entre les axes d'oscillation f et les centres des pistons. Afin d'éviter des frictions inutiles, cette dis tance devrait être pratiquement plus grande que l'excentricité précédemment mentionnée, c'est-à-dire si l'excentricité est égale à 1, cette longueur devrait être établie à partir de 1, 2.
\Une fois ces deux facteurs fixés, la position de chaque piston roulant par rapport à son bras d'oscillation f sera nécessairement fixée dans une position donnée de sa trajectoire, comme le sont les limites du rapprochement et de l'éloignement des pistons l'un par rap port à l'autre. Ces positions et ces limites peuvent être déterminées à l'aide de calculs mathématiques, mais on donnera dans la suite une méthode pour les déterminer gra phiquement.
De cette façon, dans leur déplacement de roulement à l'intérieur de la chambre opé ratoire c, les pistons cylindriques b, V effec tueront un mouvement oscillatoire autour des axes d'oscillation f, d'un côté par la. surface extérieure y et nouveau en retour par la sur face intérieure h de façon que les pistons b, b1 se meuvent dans la chambre c en un contact pratiquement roulant et non glissant, grâce à quoi on peut non seulement faire marcher la machine à des vitesses plus .élevées, mais aussi le rendement mécanique de celle-ci est augmenté.
A chaque rotation du groupe de pistons, d'un groupe de deux, fig. 1 et 2, ou d'un groupe de trois, fig. 3, ou d'un groupe de quatre, fig. 6 et 7, ou d'un groupe de six, fig. 4, par exemple, déplacés de _1800, ou de 1200, ou de 900, ou de 600, le mouvement oscillatoire précité des pistons obligera.
ceux-ci à se rapprocher et à s'éloigner alter nativement l'un de l'autre, de manière à ré duire ou à élargir l'espace entre eux, ces réductions et élargissements étant réglés par rapport au temps de façon .à se produire en une relation de coopération appropriée avec des lumières d'admission et de décharge ap propriées j, 7o, qui peuvent être des lumières librement ouvertes ou, si on le désire, des lumières à commande par soupapes.
Le roulement des pistons peut, en outre, être facilité par une construction de chaque piston cylindrique et du noyau central e avec des manchons ou douilles folles, ou l'un ou les deux desdits organes peuvent être établis avec des roulements à. billes ou à rouleaux annulaires. Une douille intérieure folle peut également être prévue à l'enveloppe de la machine.
Les lumières d'admission et de décharge j, 7c peuvent être prévues latéralement à l'en veloppe d comme en<I>1,</I> Ira (fig. 3) ou dans les faces de bout (fig. 1) de l'enveloppe<B>d</B>.
Il y a des cas dans lesquels il est indi que d'empêcher la. formation de fuites par le presse-étoupe de l'arbre de pompe, comme, par exemple, lorsque le fluide .à transporter est de caractère volatil et inflammable, tel que du pétrole. Une manière de réaliser cette étanchéité est représentée aux fig. 7 et 8. A cet effet, la. rainure hélicoïdale 11 prévue dans l'arbre de pompe 12 est mise en com munication avec le côté d'aspiration de la. pompe de telle manière qu'il se produit une différence de pression sur les côtés opposés de la rainure de l'arbre de pompe, de façon qu'il y ait une tendance à aspirer tout 1i- quide qui aurait pu faire fuite le long de l'arbre, pour le ramener à l'intérieur de la pompe.
La communication susmentionnée peut être disposée de façon à être établie lors que les pistons se trouvent près de la fin de la course d'aspiration.
Dans l'exemple représenté, la rainure 11 de l'arbre de pompe 12 peut comuniquer avec les côtés d'aspiration de la pompe par un es pace annulaire 13, formé entre une face de bout 14 de l'enveloppe de la pompe et le disque-support des pistons 15, un passage en forme de boucle 16 dans l'enveloppe de pompe servant à mettre l'espace annulaire 13 en communication avec le côté d'aspira tion de la pompe vers la fin de la course d'aspiration. A la fig. 7, la lumière d'aspi ration est marquée en 17 et l'orifice de dé charge du passage en forme de boucle 16 est marqué en 18.
La rainure 11 dans l'arbre de pompe peut aussi communiquer avec un tuyau à huile 19 amenant du lubrifiant à. l'arbre de pompe de telle façon que cette alimentation d'buile se trouve également sous l'influence de la différence de pression précédemment men tionnée, en vue de présenter de ce fait une sûreté additionnelle contre les fuites de li quide à pomper et de faciliter également la lubrification des paliers, etc.
La fig. 6 montre une forme d'exécution de pompe, dans laquelle l'enveloppe annulaire 3 est elliptique et la douille centrale 2 de forme également elliptique correspondant à celle de l'enveloppe elliptique 3, avec laquelle elle forme la. chambre de travail 1, de façon que les pistons roulants 4 roulent en contact avec cette douille centrale 2 et en contact avec l'enveloppe elliptique 1. Deux lumières d'as piration 5, 5 et deux lumières de décharge 6, 6 sont prévues dans l'enveloppe 3.
La fig. 5 montre un exemple pour le montage de l'arbre de commande a' des pis tons sur des roulements à billes 7a et mon trent la commodité avec laquelle la machine peut être fabriquée et montée. L'arbre a' porte une paire de disques a de support des pistons à l'intérieur de l'enveloppe d for- mant avec la douille centrale e la chambre de travail c, tandis que la fig. 2 n'indique qu'un seul disque de support a pour les pis tons; l'emploi de deux disques a comme en fig. 5 procure une disposition de com mande symétrique.
Une machine avec une disposition de com mande symétrique de ce genre se prête par ticulièrement bien à l'emploi comme pompe. Grâce à. cet arrangement, on évite des effets pulsatoires avec une réduction ou une élimi nation des coups d'eau qui les accompa gnent, et l'on obtient une marche relative ment silencieuse à des vitesses élevées, par exemple entre 500 et 4000 révolutions par minute.
Le réglage pour faire varier le facteur de temps ou la capacité de débit peut être effectué à la main ou automatiquement, le réglage par un régulateur de vitesse ou dis positif analogue étant un exemple des moyens automatiques qui peuvent être employés à cet effet. Mais une autre méthode très com mode peut consister à faire varier l'excentri cité de l'arbre commandant les disques porte- pistons. Un simple moyen pour effectuer cette variation consiste en la construction de l'enveloppe et de la douille centrale de telle manière qu'on peut les faire coulisser à dif férentes positions par rapport audit arbre.
Plusieurs unités peuvent être combinées pour former un groupe de travail; ainsi on pourra, par exemple, établir une combinai son de deux unités juxtaposées pouvant tra vailler en tandem, soit les deux comme pompe, soit l'une comme pompe et l'autre comme moteur.
On pourrait aussi coupler une machine rotative du genre décrit avec un moteur élec trique servant à l'actionner lorsqu'elle fonc tionne en pompe. Mais elle pourrait aussi fonctionner comme moteur primaire et être alimentée d'air comprimé, par exemple, comme fluide sous pression.
Un autre avantage très important des pompes décrites est celui qu'elles peuvent aussi servir au transport de liquides qui con tiennent du gravier, dont le déplacement cause bien des ennuis dans les pompes de construction ordinaire. Pour cette applica tion, les pistons, ou leurs douilles extérieures, seront avantageusement garnis d'une matière élastique, comme, par exemple, de caout chouc. A titre de variante, une telle garniture élastique peut être appliquée à l'enveloppe et au noyau, ou ces deux-là et les pistons peuvent être garnis de la sorte.
Cette forme de machine est aussi très ap propriée à l'usage comme compteur, en fixant par exemple un enregistreur de révolutions sur elle.
Il va de soi que l'agencement des parties de la machine peut être renversé en ce sens que l'enveloppe peut être la partie rotative et la pièce de support des pistons roulants la partie stationnaire de la machine.
Pour la construction de ces machines avec chambre annulaire circulaire, on a jugé utile et avantageux de prévoir des moyens permet tant par voie graphique d'établir les don nées de construction de toute pompe ou autre machine analogue.
A cet effet, on a prévu un dispositif" gabarit tel que représenté à la. fig. 9, com portant un disque central 30 avec trois in dex de données 31, 32, 33 pour régler le dispositif par rapport au centre de la pompe ou autre machine, les deux index 31 et 32 étant par exemple prévus pour déterminer une ligne horizontale et l'index 33 pour dé terminer une ligne verticale, ces lignes inter- sectant l'une l'autre au centre de la machine.
Le disque central 30 est pourvu d'une rainure verticale 34 avec graduation et dans laquelle est montée, de façon à pouvoir cou lisser, une cheville 35 portant une aiguille 36. A la cheville 35 sont articulés deux bras rayonnants, gradués angulairement, régla bles 37 et 38, reliés entre eux par exemple par une bielle articulée réglable 39 de telle façon que les bras peuvent être ajustés à tout angle désiré l'un par rapport à l'autre. La cheville 35 doit être considérée comme repré sentant le centre du disque de commande de la pompe ou autre machine.
Aux bras 37 et 38 sont prévus, ajustables sur eux, deux bras tracteurs gradués angulairement mo biles 40 et 41, reliés à l'aide de chevilles réglables 42 et 43 à des bras suiveurs gra dués 44 et 45 qui sont montés de façon à pouvoir tourner indépendamment l'un de l'autre sur le disque central 30. Les chevil les 42 et 43 doivent être considérées comme représentant les centres des pistons roulants de la pompe ou autre machine.
Au bras de gauche 44 des bras suiveurs est relié un rapporteur 46 sur lequel on peut obtenir des lectures montrant les variations des distances entre les centres des pistons roulants en des points donnés de leur rota tion.
En supposant, à titre d'exemple, qu'il faut construire une pompe à six pistons rou lants avec un volume balayé de 20% du volume de l'enveloppe, on procédera de la manière suivante: Des lignes verticale et horizontale ayant été tracées par le centre de la pompe, l'ins trument est placé en une position dans la quelle les index indicateurs de centre 31, 32 et 33 sont situés sur les lignes horizontale et verticale respectives. La cheville 35, à la quelle les bras rayonnants 37 et 3.8 sont articulés, est alors placée en position suivant la valeur d'excentricité désirée entre le cen tre 35 du disque de commande des pistons et le centre 30a du disque 30.
Dans le cas d'un réglage pour six pis tons roulants, les bras 37 et 38 sont mainte nant placés à une distance angulaire de 6011 l'un de l'autre en réglant de façon appro priée les bielles 39 entre elles.
Un de ces bras 37, 38, par exemple 38, est alors placé centralement sur la ligne ver ticale de sommet et le bras tracteur corres pondant 43 est amené à un angle de par exemple 450 par rapport à celui-ci et en s'é loignant de la direction de rotation et fixé sur le bras suiveur correspondant 45 à la graduation correspondante de façon que les longueurs du bras menant 38 et du bras suiveur 45 sont égales.
De cette manière, le réglage de l'instru ment est complété. Si les bras menants 37 et 38 sont main tenant mis en rotation, on verra que les bras suiveurs 44 et 45 sont entraînés par les bras menants à des vitesses variantes, et que la distance entre les bras suiveurs augmente et diminue une fois à. chaque révolution, exac tement comme les distances entre les pistons varieront.
La différence entre l'augmentation et la diminution de distance est indiquée sur le rapporteur 46 mobile avec le premier (dans le sens du mouvement) des bras suiveurs et franchissant le second des bras suiveurs, tan dis que les positions aussi de la séparation d'espace la plus petite et la plus grande sont indiquées dans chaque révolution. La position des lumières d'admission et de dé charge doit être fixée de telle manière que pendant la période d'augmentation d'espace, ce soit seulement la lumière d'aspiration qui soit en communication avec les espaces entre les pistons et que pendant la période de di minution d'espace, ce soit seulement la, lu mière de décharge qui soit reliée auxdits es paces.
Si la variation de distance en degrés indiquée sur le rapporteur 46 est de 120 avec emploi de six pistons roulants, la capacité (le la. pompe est égale à 120 X 6 = 720, ce qui est un cinquième de 360 ou 20% du volume de la chambre annulaire contenant les pistons roulants.