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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION pour @ PERFECTIONNEMENTS AUX MACHINES ROTATIVES
TELLES QUE MOTEURS POMPES, COMPTEURS
ET ANALOGUES @ formée par
Ernest FEUERHEERD et James Aratoon MALCOLM
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux machines rotatives telles que moteurs, pompes compteurs ou analogues .
Cette invention a pour but d*offrir une machine rotati- ve du type mentionné ci-dessus qui soit de construction sim- ple et cependant robuste et durable de fonctionnement sur, avec un bon rendement et avantageuse au point de vue des éco- nomies de fabrication et d'entretion
Dans ses grandes lignes, l'invention consiste en une ma- chine rotative 9 moteur, pompe ,compteur, ou analogue dans laquelle se trouve une série de pistons tournants 9, espaces
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actionnés dans la chambre de travail de façon, à avoir un mouvement d'approche et de recul réciproque pendant.un cy- cle d'opérations .
Dans une machine rotative moteur/pompe,compteur ou analogue conforme à la présente invention, le frottement qu'il y a lieu d'éviter est essentiellement remplacé par un roulementl'appareil est capable de travailler à de très grandes vitesses et on obtient une grande régularité de débita même si la pression contre laquelle ce débit agit, varie dans de grandes proportions .
De façon à mieux faire comprendre la présente in- vention ,on va décrire ci-dessous à titre d'exemple seule- ment,, une forme d'exécution de celle-ci avec référence au dessin annexé dans lequel :
Les figs. 1 et 2 sont des coupes verticales en travers et en long d'une pompe à deux pistons .
La fig. 3 est une vue d'une pompe à trois pistons.
Les figs. 4 et 5 sont des coupes verticales en travers et en long d'une pompe à six pistons, les pistons étant enlevés dans la fig. 5 .
La fig 6 est une vue d'une chambre elliptique avec quatre pistons
Les figs. 7 et 8 représentent une pompe à quatre pistons pourvue d'un dispositif permettant d'éviter les fuites le long de l'arbre de pompe .
La fig. 9 représente un dispositif permettant de tracer mécaniquement le dessin d'une machine rotative ,moteur pompe, compteur ,ou analogue construite conformément à la présente invention.
Conformément au dessin annexée, on peut réaliser prati- quement la présente invention en l'employant comme pompé ou analogue .Pour cela un support ou disque moteur excen-
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trique entraîne des pistons cylindriques b b etc... en les faisant tourner le long de la paroi intérieure d'une chambre annulaire ± ménagée dans la machine, entre le carter ou stator.!! et un manchon ou douille fixe ou libre!.. ayant le même centre que ce stator;
la liaison qui permet d'en- traîner chacun des pistons cylindriques b et b etc.. est,. virtuellement ou réellement, une liaison par manivelle, le bras de manivelle est un bras virtuel ou réel joignant le centre du piston cylindrique 1* ou b etc avec son axe oscillant f qui est monté dans le support ou disque de commande excentrique a ,de façon telle qu'il soit en avant du centre du piston b ou b etc par rapport au sens de rotation x de la série de piratons de la machine lorsque celle-ci est utilisée comme pompe ou analogue.
La position des axes oscillants '±¯ ayant été déterminée, en tenant compte du degré d'excentricité suivant lequel on désire faire travailler la. machine, il convient ensuite de fixer la longueur des bras de manivelle virtuels ou -réels c'est-à-dire les distances entre les bras oscillants f et les centres des pistons. Pour éviter un. frottement inutile, cette distance doit être sensiblement plus grande que l'ex- centricité mentionnée ci-dessus. En d'autres termes, si l'ex- centricité est 1 cette longueur peut être de 1,2 ou plus.
Une fois que ces deux facteurs ont été déterminés,'la posi- tion de chacun des pistons b par rapport à son bras oscillant f en un point donné de sa course sera nécessairement fixée ainsi que le seront les distances réciproques maxima et minima des pistons .Ces positions et ces limites peuvent être déterminées par un calcul mathématique évident ,mais ci-des- sous, on indique une méthode graphique permettant de les déterminer .
De cette façon en même temps qu'ils tournent autour de la chambre de travail annulaire , les pistons cylindri-
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ques b , 'b' etc.... ont autour des axes oscillants: !. , un mouvement oscillant les faisant porter d'un coté, sur la surface extérieure de et de l'autre côté, sur la sur-
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face intérieure de I de sorte que les pistons b et bl se déplacent dans la chambre de travail. sensiblement en rou
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lant et non en glissant .
IL en résulte qu*ee non seulement, il est possible d'obtenir ainsi de plus grandes vitessea,s mais encore le rendement mécanique de la machine est aug menté
A chaque tour de l'ensemble des pistons, ensemble com- posé de deux pistons sur les fig. 1 et 2 , de trois sur la
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fig.. 3- , de quatre sur les fig.. 6 et 7 ou de six sur la fig.. 4par exemple, lesquels sont situés à 180 ou 1200
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ou 90 , ou 60 l'un de l'autre, il résultera du mouvement oscillant mentionné ci-dessus des pistons b b que ceux-ci s'approcheront ou s'éloigneront alternativement l'un de l'autre de façon à contracter ou dilater l'espace compris entre eux ..
Ces- dilatations et ces contractions sont espa- cées de façon, à. communiquer au moment voulu avec des orifi-
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ces d'admission et d'échappement convenables k qui peuvent être des orifices ouverts de façon permanente ou, si on le désire, fermés au moyen de soupapes .
Le roulement peut encore être facilité en munissant de
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manchons fous les pistons cylindriques b' etc...- ou la douil le centrale ou les deux ensemble ; les uns ou les autres peuvent etreponstruits avec des roulements à rouleaux ou à billes ...Le carter peut être également prévu avec un man- chon intérieur fou .
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Les orifices d'admission et d'êchappement 1 peuvent être disposés: aux extrémités 1. , m. , ( ( fig. 3) ou sur les cotés , ( fig. 1)dïi stator ou carter- d¯ ..
Il y a des cas dans lesquels par e xemple il est essen- tiel d'empêcher que des fuites se produisent à travers le
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presse-étoupe de l'arbre de la pompe, par exemple lorsque cette pompe contient des fluides volatils et inflammables tels que l'essence .
Sur les fig 7 et 8 , on a représenté un mode de réali- sation d'un dispositif satisfaisant à cette condition .
Dans ce but, une rainure ,qui peut être une rainure hélicoï- dale 11. de l'arbre 12 de la pompe, est mise en communication avec l'aspiration de la pompe de façon à produire une diffé- rence de pression sur les faces opposées de la rainure de l'arbre de la pompe, ce qui a pour but de ramener dans la pompe le liquide qui peut s'être glissé le long de l'ar- bre . Cette communication peut être disposée de façon à entrer en jeu lorsque les pistons arrivent près de la fin de la course d'aspiration.
Dans l'exemple représenté , la rainure 1!.. de l'arbre 12 de la pompe peut communiquer avec le coté d'aspiration de la pompe par un espace annulaire aménagé entre la face 14 du carter de la pompe et la pièce 15 portant les pistons .
Un passage 16 en forme d'U ménagé dans le carter de la pompe, met en communication l'espace annulaire 13 avec le coté d'aspiration de la pompe vers la fin de la course d'aspira- tion .Dans la fig 7 l'orifice d'aspiration est indiqué en 17 et l'orifice d'échappement du passage 16 en forme d'U est indiqué en 18
La rainure 11 de la tige de la pompe peut aussi commu- niquer avec un tuyau d'huile 19 qui envoie un lubrifiant à l'arbre de la pompe de. telle façon que cette alimentation en huile se trouve soumise à l'action de la différence de pression mentionnée ci-dessus. Ceci donne ainsi une sécurité supplémentaire contre les fuites et facilite le graissage des paliers etc......
La fig. 6 représente une machine moteur pompe compteur ou analogue, dont la chambre 1.. est elliptique et le manchon central 1 est une pièce centrée fixé.. ayant la même forme
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que le carter elliptique 3 ,de sorte que les galets ou pis- tons 4 tournent au voisinage immédiat de cette pièce centrale 2 et en contact avec le carter elliptique 3 Deux orifices d'admission 5, 5, et deux orifices d'échappement Ç , peuvent être prévus dans le carter ou stator 3, .. la fig. 5 représente à titre d'exemple le montage de l'arbre moteur a dans des roulements à bille n et montre la facilité avec laquelle l'appareil peut être fabriqué et assemblé..
Dans la fig2 il n'est représenté qu'un seul disque moteur a . Dans la fig. 5 . on emploie deux disques moteurs a a de façon à avoir une commande symétrique ,
Une machine avec un système symétrique de pistons cy- lindriques convient particulièrement bien pour pomper . Avec ce dispositif, on évite ou on réduit au minimum les effets de la pulsation avec les inconvénitents du coup de bélier et l'on peut travailler de façon relativement silencieuse à de grandes vitesses, par exemple , on peut tourner entre 500 et 4.000 tours par minute .
On peut effectuer à la main ou automatiquement les réglages permettant de faire varier le facteur de temps ou le débit ,cette commande peut se faire par un régulateur de vitesse, ou autre système analogue, à titre d'exemple de dis- positifs mécaniques ou de dispositifs automatiques pouvant être employés Mais une autre méthode très commode consiste à faire varier l'excentricité de l'arbre commandant les têtes oscillantes .Ceci peut être réalisé de façon simple en cons- truisant le cylindre et le manchon central de façon à ce qu'ils puissent être amenés par glissement dans différentes positions par rapport à cet arbre .
Plusieurs unités combinés peuvent former une ins- tallation complète ; par exemple , on peut employer une combinaison en parallèle ou bien deux unités peuvent travail- ler en tandem soit toutes deux comme pompes, soit l'une comme
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pompe et l'autre comme moteur .. la présente invention peut à titre d'exemple être appliquée comme pompe accouplée directement à. un moteur électrique ou comme moteur primaire,. en employantpar exemple de l'air comprimé comme fluide sous pression.
Un autre point important de la présente invention consiste en ce que les pompes peuvent être construites pour fonctionner avec des liquides susceptibles de donner des ennuis,contenant des matières sableuses qui endommagent les pompes de construction ordinaire Dans ce but, les pistons ou leurs manchons extérieure:.', peuvent être cou- verts d'une substance élastique telle que du caout- chouc .Gamme variante, ce recouvrement peut être. employé pour le carter ou la douille, ou tous les deux et le pis- ton peuvent en être recouverts .
La. régularité du débit permet d'appliquer cette forme d'appareil de façon très convenable comme compteur en fixant un enregistreur de tours .Il peut fonctionner ainsi lorsqu'il travaille comme pompe ou lorsqu'il est entraîné par le passage d'un liquide sous pression à l'inté- rieur de celui-ci,
Il est bien entendu que la présente invention comprend également l'inversion des différentes parties c'est-à-dire que le carter d peut être la partie tournante et le sup- port a le stator .
Pour construire des pompes ou analogues conformes à l'invention, il a été trouvé avantageux de prévoir un dis- positif permettant de réaliser mécaniquement- ou graphique- ment le dessin d'une pompe donnée ou autre machine analogue.
Dans ce but il est prévu un dispositif tel que celui qui est représenté sur la fig dont le centre 30 est muni de trois index permettant de placer le système exactement au centre de la pompe. Dans ce but, il y a par
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exemple deux index 31 et 32 pour la ligne horizontale et un index 33 pour la ligne verticale Ces lignes se coupent au centre du système
La partie centrale du système ,qui peut être une pièce en forme de disque, est munie d'une fente verticale 34 graduée et dans laquelle est monté à glissement un axe 35 portant un index 36 Deux bras gradués 37 et 38 sont ar- ticulés sur l'axe 35 leur angle est variable et ils sont reliés l'un à l'autre par exemple au moyen d'une pièce 39 en forme de ciseaux de telle façon que l'on puisse amener ces bras à former un angle quelconque désiré .
L'axe 35mentionné ci -dessus, doit être regardé. comme représentant le centre du disque moteur de la pompe ou ana- logue .
Deux bras 40 et 41 gradués et pouvant se déplacer angu- lairement sont montés à pivot sur les bras 37 et 38 ; ils peuvent également être déplacés le long de ceux-ci . Des bras 44 et 45 montés de façon à pouvoir tourner de façon indépendante l'un de l'autre, sur la pièce centrale 30 sont reliés aux bras 40 et 41 au moyen d'axes 42 et 43 dé- placables et réglables
Les axes 42 et 43 doivent être regardés comme représen- tant le centre des pistons de la pompe ou analogue .
Au bras le plus à gauche 44 est assujetti un secteur 46 permettant d'obtenir par lecture les variations de dis- tance entre les centres des galets en différents points de leur rotation.
Par exemple, en supposant que l'on désire avoir une pompe à six galets: avec un volume d'aspiration égal à 20 % du volume du carter on peut effectuer la construction comme suit :
On traces des lignes verticale et horizontale par le cen- tre du système t l'instrument est mis en place,, les index 31 et 32 étant placés sur la ligne horizontale et l'index 33
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sur la ligne verticale .L'axe 35 sur lequel sont articulés les bras 37 et 38 dont il a été fait mention en premier lieu ,
est ensuite mis dans ]La positin voulue suivant le de- gré d'excentricité désiré entre le centre.35 du disque moteur et le centre du système 30a
Dans le cas où l'on désire avoir six galets les bras
37 et 38 sont mis à 60 l'un de l'autre en réglant de façon convenable l'assemblage par ciseaux 39
L'un de ces bras, par exemple 38 est alors placé au centre sur la partie supérieure de la verticale et le bras correspondant 43 est placé de façon, à former un angle de, par exemple ,45 en sens contraire de la direction de rotation ;il est fixé avec le bras 45 correspondant sur la graduation voulue pour que les longueurs du bras 38 et du bras 45 soient égales La mise en place de l'instrument est alors complète.
Si maintenant on fait tourner les- bras meneurs 37 et 38 on voit que les bras menés 44 et 45 sont entraînés par les bras meneurs à des vitesses différentes et que la distance entre les bras. meneurs augmente ou diminue une fois à chaque tour exactement comme varieront les distances entre les pistons .
@ La différence entre l'augmentation et la diminution se lit sur le secteur 46 qui se déplace avec le premier des bras menés et qui glisse à arrière sur les bras menés indi- quant en même temps à chaque tour la position du plus grand , et du plus petit intervalle séparant les pistons Les cham bres d'admission et d'échappement doivent être placées de fa- çon telle que durant la.période où. les galets s'écartent, l'o rifice d'aspiration, communique uniquement avec les espaces compris entre les galets et que pendant la période où ces galets se rapprochent, l'orifice de refoulement soit unique- ment en communication avec ces espaces. Si la variation lue
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