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PERFECTIONNEMENTS AUX MACHINES ROTATIVES, POMPES, COMPRESSEURS, COMPTEURS, etc.
La présente invention est relative aux machines rotatives, aux pompes, aux compresseurs, aux compteurs ou appareils du mê- me genre ; a pour objet général la construction d'une machine ro- tative, d'une pompe ou d'un appareil analogue, susceptible d'être fabriqué à bon marché, monté et mis en place facilement et capable de conserver un degré élevé d'efficacité sans qu'il soit nécessaire de recourir à de grandes vitesses de rotation,
La description ci-dessous fera ressortir d'autres caractéristiques avantageuses,
Conformément à la présente invention, la machine, la pompe, le compresseur, le compteur ou tout autre appareil analogue comportera :
une enveloppe cylindrique présentant une paroi cylindrique interne, des parois latérales, et une cloison intermédiaire, en forme de croissant, faisant saillie sur l'une des parois latérales, et constituant, avec la paroi cylindrique, une chambre de travail pour les pistons ; des orifices d'entrée et de sortie aboutissant à la chambre; un rotor ; despistons solidaires de ce rotor et se dépla- @
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çant à travers la chambre durant le fonctionnement de l'appareil; et un organe d'obturation à rotation excentrique porté par la paroi latérale, et tournant en concordance avec le rotor, cet organe d'obturation présentant des creux susceptibles de loger les pistons, et offrant aussi des parties périphériques circulaires qui relient les creux et qui isolent l'un de l'autre les orifices d' entrée et de sortie.
Dans certains modes d'exécution de l'invention qui sont destinés à être utilisés en qualité de pompes, on a prévu une enveloppe cylindrique ouverte solidaire d'une chaise et offrant un palier pour l'arbre du rotor, tandis qu'un couvercle à bride destiné à l'enveloppe possède un axe de pivotement pour l'obturateur.tour- nant; la chambre de travail des pistons, à l'intérieur de l'enveloppe, est également formée par une saillie en forme de croissant ou partiellement annulaire, appartenant au couvercle; la périphérie interne de cette saillie est concentrique à l'obturateur tournant; cet obturateur tournant est en contact théorique avec la dite périphérie interne, de façon à isoler l'un de l'autre les orifices d'entrée et de sortie pendant le fonctionnement de la pompe.
La rotation synchrone de l'obturateur et du rotor ou du piston rotatif peut être obtenue au moyen d'une transmission extérieure ou de toute autre manière appropriée, par exemple au moyen d'une broche prévue sur l'obturateur tournant et s'engageant dans une fente ou dans une pièce fendue du piston tournant, ou vice-versa, la longueur de la fente qui forme coulisse étant au moins égale au double de l'excentricité qui existe entre l'obturateur et le piston.
Lorsqu'on le désire, on peut employer plusieurs manivel- les pour assurer la synchronisation entre le rotor et l'obturateur tournant. Dans les constructions préférées de la pompe où le rotor possède trois pistons, on peut prévoir un nombre égal de manivelles sur l'obturateur tournant, les boutons de ces manivelles s'engageant dans des paliers appropriés prévus dans le corps du rotor ; cette disposition assure une commande synchrone absolument
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exempte de chocso
On se réfèrera aux dessins annexés, dans lesquels on a représenté, à titre d'exemple, des appareils ou des pompes conformes à la présente invention.
Les figures 1 à 4 sont relatives à un mode d'exécution particulièrement avantageux d'une pompe à trois pistons, la figure 1 étant une coupe longitudinale, la figure 2, une coupe transversale suivant la ligne 11-11 de la figure 1, la figure 3 étant une vue du couvercle à bride enlevé de l'appareil, et la figure 4 montre en détail l'obturateur rotatif.
La figure 5 montre en coupe longitudinale une variante de pompe, possédant un rotor à deux pistons, la rotation synchrone dé l'obturateur et du piston rotatif étant assurée par un bras de commande à joints universels.
Les figures 6 à 12 montrent une autre variante d'une pompe ou d'un moteur rotatif, ou la rotation synchrone de l'obturateur
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et du piston est obtenue par une 3% liaison comportant une manivel- le unique, la figure 6 étant une coupe longitudinale, la figure 7 une vue du couvercle enlevé de l'appareil, et la figure 8 une vue en bout de l'enveloppe.
Les figures 9 et 10 sont respectivement une élévation latérale et une élévation en coupe du rotor qui porte le piston, tandis que les figures 11 et 12 sont des vues analogues de l'obturateur rotatif
Les mêmes références désignent les mêmes pièces ou des pièces équivalentes dans toutes les figures.
Si l'on se rapporte aux dessins, mais plus particulièrement au mode d'exécution préféré de la pompe, qui est représenté aux figures 1 à 4, on voit que l'enveloppe de la pompe, laquelle est en général de forme cylindrique, est désignée par 1. Elle a été représentée comme formant une seule pièce avec une chaise à console 2 et un palier 3 pour l'arbre 4 de la pompe. Un rotor 5 constitué par un disque est d'une seule pièce avec l'arbre 4. Sur sa face antérieure font saillie trois pistons 6,7 et 8 disposés à 1200 les uns des au-
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tres et concentriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor 5.
9 désigne un presse-étoupe, qui sera d'un type approprié suivant la matière que la pompe doit refouler; ce presse- étoupe est prévu à l'extrémité externe du palier 3.
10 désigne, d'une façon générale, un couvercle à bride, qui est fixé à l'enveloppe par des goujons 11 ou par des boulons et des écrous. Sur ce couvercle ont été prévus les orifices d'en- trée et de sortie, respectivement 12 et 13 ; sens de rotation du rotor est supposé être celui des aiguilles d'une montre, ainsi qu' on l'a montré par la flèche de la figure 2, bien que l'on doive considérer que la pompe est réversible.
Le couvercle 10 est une pièce en forme de calotte, offrant une périphérie circulaire interne 14, constituant un cylindre le long duquel se déplacent les pistons lorsque la pompe fonctionne. Une cloison 15, en forme de croissant, ou constituant une por tion d'anneau, fait saillie sur le couvercle, et arrive jusqu'au contact théorique avec la face antérieure du rotor 5. La périphérie externe 16 de cette cloison est concentrique avec la paroi cylindrique 14 et par conséquent ces deux parois ont le même axe, qui est l' axe de rotation du rotor 5 ; régions se faisant face dès parois 14 et 16 délimitent la chambre de pompe ou chambre de travail 19, dans laquelle se déplacent successivement les pistons 6,7 et 8 au cours du fonctionnement de la pompe.
20 désigne un organe d'obturation rotatif monté excentri- quement de façon à tourner à l'intérieur du couvercle 10, sur un axe de pivotement 21 porté par la paroi frontale 18 du couvercle 10.
La cloison 15 en forme de croissant possède une surface interne 17 concentrique à l'obturateur rotatif 20, ainsi qu'on le voit nettement sur la figure 2.
L'obturateur rotatif 20 possède un grand alésage circulaire central 22 assurant une surface de portée appropriée sur l'axe de pivotement 21. Le bord périphérique de l'obturateur présente des creux 23,24 et 25 susceptibles de recevoir respectivement les pis-
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tons 6,7 et 8 pendant le fonctionnement de la pompe',. Les autres régions périphériques 26,27 et 28 sont circulaires et sont en contact théorique avec la surface périphérique interne 17 de la cloison 15, et aussi avec la région 29 de la paroi cylindrique 14, qui se trouve entre les orifices d'entrée et de sortie 12 et 13, de façon à isoler ces orifices l'un de l'autre.
Le synchronisme de rotation entre l'obturateur 20 et le rotor 5 est obtenu, dans ce mode d'exécution, grâce à trois disques 30, présentant des tourillons axiaux 31 montés dans des paliers 32, qui sont constitués par des perforations prévues à travers l'obturateur 20, ainsi qu'on le voit en figure 4. Des boutons de manivelle 33, faisant saillie sur les faces opposées des disques, s'engagent dans des colliers ou coussinets 34 prévus dans le rotor 5.
On conçoit que la distance des boutons 33'à l'axe des disques est égale au degré d'excentricité qui existe entre les axes respectifs de rotation du rotor 5 et de l'obturateur 20. En conséquence, lorsque le rotor est entrainé par l'arbre 4, l'obturateur 20 tourne en concordance, l'excentricité étant compensée par les boutons de manivelle 33 qui, avec leurs disques 30, tournent autour des axes des tourillons 310
La chambre de travail 19, qui est délimitée par la paroi extérieure 16 de la cloison 15 en forme de croissant et par la paroi cylindrique 14 du couvercle 10, s'étend sur la moitié de la circonférence du rotor 50 En conséquence chaque piston travaille pendant une demi-révolution, en sorte que, lorsqu'on utilise une pompe du type à trois pistons, comme celle qui est représentée, la décharge est continue;
le fluide est poussé à travers la chambre, vers le refoulement de la pompe par les pistons 8,7 et 6 successivement.
Dans la position représentée sur la figo 2, le piston 8 est sur le point de quitter la chambre après avoir terminé sa course efficace , et le piston 7 vient de pénétrer dans la chambre 19, commençant sa course efficace.
En quittant la chambre, les pistons pénètrent dans les
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Sur la figure 2 le piston b est montré dans le creux 23, pendant qu'il retourne vers le côté aspiration de la pompe. On constate que l'étendue périphérique de chaque creux est notablement moindre que l'étendue de la portion de paroi 29 qui relie le c8té d'entrée et le côté de sortie de la pompe. De la sorte une obturation efficace est assurée par la partie 26,27 ou 28 de la périphérie de l'obturateur, qui reste toujours en contact théorique avec la paroi 29.
On remarquera très nettement sur la figure 3 que la région 29 de la paroi entre les orifices, est concentrique à l'axe de pivotement 21 autour duquel tourne l'obturateur 20. Cette portion circulaire 29 coupe donc la paroi circulaire 14, laquelle est concen. trique au rotor 5; ce léger chevauchement entre l'obturateur et le rotor est effectivement nécessaire pour maintenir l'obturation périphérique.
118 désigne un disque réglable ou remplaçable prévu sur l'axe 21 au voisinage de la paroi frontale 18 du couvercle 10. L'obturateur 20 tourne entre la surface de ce disque et la surface du rotor 5, ce qui isole le côté entrée de la pompe de son côté sortie, suivant ces surfaces.
L'existence du disque remplaçable 118 permet de rattraper sans difficulté l'usure; il suffit d'enlever le couvercle 10 en dévissant les boulons 11, de retirer l'obturateur 20 de l'axe de pivotement 21, et de remplacer le disque 118 par un disque ayant uns épaisseur légèrement plus forte.
Le disque peut, soit tourner librement, soit être bloqué du fait de sa coopération avec l'épaulement qui sépare la région formant portée de l'axe 21 de son prolongement fileté 121, lequel porte un écrou assurant la position de l'axe de pivotement sur le couvercle 10. Quand on le désire, on peut rendre le disque 118 réglable afin de faciliter le rattrapage d'usure des pièces.
On remarquera que, pendant le fonctionnement de la pompe, le rotor 5 est soumis à une poussée axiale de la part du fluide sous pression. Pour compenser cette poussée, un espace annulaire 101 entre l'enveloppe 1 et la partie postérieure du rotor 5, peut
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être relié au côté refoulement de la pompe, de façon que la face posté: rieure du rotor soit également soumise à la pression de refoulement.
Si l'on se réfère maintenant au mode d'exécution représenté sur la figure 5, on voit que l'obturateur tournant est entrainé, à partir de l'arbre 4 de la pompe, par un bras 35 à joints universels Dans cette construction le rotor possède deux pistons 36 et 37 diamétralement opposés, et l'axe de pivotement porté par le couvercle 10 et sur lequel tourne l'obturateur, a la forme d'un anneau 38 faisant saillie à l'intérieur de l'enveloppe de la pompe 1, excentriquement par rapport à l'arbre 4. Cet anneau est fixé sur le couvercle 10 par une plaque terminale 39 et des vis 40.
Lorsqu'on utilise deux pistons, comme dans ce mode d'exécution, l'obturateur aura deux creux diamétralement opposés pour loger ces pistons 36 et 37, au lieu des trois creux 23, 24 et 25 qui existaient dans le type à trois pistons. Le bras à joints universels 35 transmet sa rotation à l'obturateur, qui est désigné par 41, par l'intermédiaire d'un manchon 42 monté dans l'anneau 38, et présentant à son extrémité interne une bride 43, faisant saillie extérieurement, et à laquelle l'obturateur 41 peut être relié, de façon à être entrainé en rotation, par des dents, des rivets, et de toute autre manière appropriée.
Lorsqu'on emploie ce mode d'entrainement, l'obturateur ne vient pas en contact avec la face du rotor, mais au lieu de cela la surface plane annulaire 44 de la bride 43, qui est concentrique à l'obturateur 41, et qui tourne avec lui, est juxtaposée à la face du rotor et en contact théorique avec elle; de la sorte, les orifices d'entrée et de sortie sont séparés l'un de l'autre grâce à la face du rotor. La bride 43 présente des creux qui coïncident avec ceux de l'obturateur, afin de loger les pistons 36 et 37.
Pour faciliter le démontage et le remontage des pièces qui composent la pompe, lorsque cela est nécessaire, l'extrémité en forme de rotule 45 du bras 35, laquelle coopère avec une broche 46 traversant l'alésage du manchon 42, est bifurquée; Il en résulte que,
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lorsaue les boulons il n"; mm;m+; m---+ 7 -...-.--¯¯-, ¯
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de pompe, sont enlevés, on peut retirer le couvercle portant l'obturateur et les organes qui lui sont reliés, - Un avantage de ce mode d'exécution réside dans la portée 38 exceptionnellement longue et large pour l'obturateur rotatif 41; ceci procure un accroissement de la durée de la pompe.
Un autre mode d'exécution de l'invention est représenté sur les figures 7 à 12. Il possède également deux pistons diamétralement opposés l'un à l'autre sur le rotor, Le synchronisme de rotation entre l'obturateur et le rotor est obtenu ici grâce à un bouton de manivelle 50 prévu sur l'obturateur et pénétrant dans un bloc 51 formant coulisseau dans une coulisse radiale prévue dans le corps du rotor.
Comme dans le premier mode d'exécution décrit l'obturateur 20 est monté sur un axe 21 porté par le couvercle 10, un dis-
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que remplaçable 118 ayant été prévu pour rpe rattraper l'usure mais, dans ce mode d'exécution, comme le montre plus nettement la figure 7, les orifices d'entrée et de sortie 12 et 13 débouchent horizontalement du couvercle 10, et sont dans le prolongement l'un de l'autre, cette disposition des orifices étant désirable pour certaines destinations.
Les pistons sont désignés par 52 et 53, et comme on le voit en figure 10, au lieu d'avoir la forme de segments et d'être symétriques, leur section a été prévue de façon à assurer une étendue relativement considérable de leur surface qui est en contact théorique avec les parois de la chambre 19, tout en diminuant, autant qu'il se peut, les dimensions des creux 54 et 55 qui sont destinés à les recevoir, dans l'obturateur. De la sorte on peut réserver une surface périphérique circulaire maxima sur l'obturateur 20, pour coopérer avec la surface interne 17 de la cloison en forme de croissant 15, et avec la région 29, qui sépare le côté refoulement du côté aspiration de la pompe.
On conçoit qu'un bouton de manivelle unique, tel que 50, prévu sur l'obturateur 20 et s'engageant dans un bloc 51 formant coulisseau dans une coulisse radiale prévue à cet effet dans le ro-
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tor 5, permet d'assurer le¯synchronisme de rotation du rotor et de l'obturateur. Cependant, afin de réduire les chocs qui proviennent du degré d'excentricité prévu entre le rotot 5 et l'obturateur 20, et par conséquent, afin d'accroitre l'efficacité de la transmission, le bloc 51 pourra être constitué comme un piston et la coulisse 56 comme un cylindre, des orifices 57 et 58 étant prévus dans la paroi postérieure du rotor et coopérant avec des canaux 59 et 60 s'étendant sur une partie de la circonférence et prévus dans la paroi de l'enveloppe 1, comme on le voit plus clairement a la figure 8.
Des orifices supplémentaires 61 et 62 ont été percés dans le corps du rotor et communiquent avec des canaux 63 et 64 s' étendant sur une partie de la circonférence et prévus dans le couvercle 10 ; le canal 63 est relié à la tubulure de sortie 13 par un trou 65, et le canal 64 est relié à la tubulure d'entrée 12 par un trou 66. La disposition est telle que, pendant les parties de chaque révolution de l'arbre de pompe 4, où le bouton de manivelle 50 tend à faire déplacer le bloc 51 vers l'intérieur, le fluide sous pression provenant du côté sortie de la pompe pénètre dans le cylindre 56 par l'orifice 57, poussant ainsi le bloc 51 vers l'intérieur.
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J6'F,j<I"di5 Le mouvement de retour du bloc 51 vers l'extérieur pendant chaque révolution, est également aidé par le fluide sous pression qui pénètre dans le cylindre 56 par l'orifice 58 et qui pousse le bloc 51 vers l'extérieur.
Dans le courant de la description, il a été dit que certaines surfaces sont en contact théorique ; on doit comprendre que ceci signifie que les pièces seront construites suivant la technique habituelle, de telle façon qu'il y ait un jeu indispensable entre les surfaces. Lorsqu'on désire fabriquer la pompe avec des pièoes métalliques coulées ou estampées du type standard, on pourra donner aux pistons et à la chambre des biseautages 'appropriés coopérant entre eux, pour faciliter la fabrication.
Grâce à l'élimination des obturations suivant des lignes droites, on évite les contacts à frottement entre les pièces travail
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résulte des progrès, au point de vue du silence et de la durée; si l'on désire augmenter l'efficacité des dispositifs d'étanchéité entre les surfaces juxtaposées, on pourra rendre rugueuses ou rainurer certaines de ces faces, et de préférence les surfaces rotatives, ce qui assurera une étanchéité labyrinthiforme.
En outre, les pompes peuvent comporter un seul piston, bien qu'il soit préférable de prévoir des types à deux ou trois pistons ainsi qu'on l'a montré dans les premiers modes d'exécution décrits et représentés, ce qui permet en effet d'obtenir un refoulecontinu. On peut doubler l'obturateur, un obturateur étant prévu de chaque côté d'un rotor central qui possède des pistons en saillie sur chacune de ses faces. Si l'on veut avoit une pompe à capacité variable, on peut y parvenir en montant les pistons, tels que 6, 7 et 8 ou 36 et 37, sur un collier entrainé en rotation par le rotor 16, mais susceptible de se mouvoir axialement par rapport à ce rotor.
Une culasse mobile de la chambre de travail 19 coopèrera avec le collier de façon à faire varier la chambre, par exemple grâce à une tige filetée qui déterminera la position de la culasse et du collier.
Bien que la description précédente soit relative à l'utilisation de ces machines comme pompes, les machines sont également utilisables comme sources d'énergie ou comme moteurs à fluide comprimé.
Grâce a la présente invention, on a réalisé une pompe ou une machine rotative susceptible d'être fabriquée à bon marché et possédant un rendement volumétrique élevé, avec une décharge sensiblement constante, et un refoulement et une aspiration exempte de chocs. Dans ces appareils, grâce à l'élimination de la nécessité de contacts de friction entre les pièces travaillantes, ces pièces peuvent comporter un revêtement isolant, ce qui permet de faire fonctionner la machine avec des fluides ayant une action destructive
Enfin, du fait de l'isolement des creux dans l'obturateur tournant, le fluide comprimé qui y est contenu peut être envoyé dans le cylindre ou ailleurs, de façon à assurer un balayage