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LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES,
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre les délais en matiere de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention ;
Considérant qu'aucune réclamation n'a été introduite, dans le délai réglementaire, à la suite de cette publicaticn ;
Considérant qu'il résulte des justifications fournies à l'appui de la requête que le brevet No 410.394 pour
Perfectionnements aux moto-compresseurs asymétriques à pistons libres n'a pu être exploité , par suite de l'état de guerre, pendant une période équivalent à cinq années d'exploi- tation normale ;
Considérant, d'autrepart, que le maximum de prolongation prévu par l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 est fixé à cinq ans;
ARRETE:
ARTICLE PREMIER, - La durée du brevet No 410.394 pour : Perfectionnements aux moto-compres- seurs asymétriques à pistons libres est prolongée de cinq années,,,
ART. 2. - La prolongation est accordée sous.,condition du paiement, dans le mois de son octroi, de la taxe spéciale prévue à l'art. 6 de l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 .précité.
ART. 3. - Le présent arrêté sera anexé au titre du brevet.
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BREVET D'INVENTION.
" Perfectionnements apportés aux moto-compresseurs asymétriques à pistons libres ".
L'invention est relative aux moto-compresseurs asy- métriques et à pistons libres, c'est-à-dire aux machines com- prenant un ou plusieurs étages de compression établis d'une ma- nière non-symétrique de part et d'autre de l'ensemble moteur, en désignant, par cette dénomination générale, toutes les ma- chines transformant directement -- donc sans intervention d'une énergie mécanique -- l'énergie calorifique d'un combustible (liquide, gazeux, voire même solide) en énergie emmagasinée sous forme de pression dans un fluide comprimé.
Elle a pour but, surtout, de simplifier ces machi- nes et d'en réduire le poids, l'encombrement et le prix de re- vient.
Elle consiste, principalement -- et en même temps qu'à faire travailler au moins deux pistons moteurs, des ma-
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chines du genre en question, dans un même cyli ndre moteur, -- à transmettre l'énergie, recueillie par au moins un des pistons moteurs, non-attelés directement à un piston compresseur ou at- telés à des pistons compresseurs en nombre ou de dimensions dif férents de ceux de l'autre équipage, par l'intermédiaire de mé- canismes qui, avantageusement, sont les mêmes que ceux servant à assurer la synchronisation et la sécurité des équipages mo- biles, animés de mouvements alternatifs inverses.
Elle consiste, mise à part cette disposition princi- pale, en certaines autres dispositions, qui s'utilisent de pré- férence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment: en une deuxième disposition, consistant à assurer la com- pensation de l'énergie de renvoi des équipages alternatifs, des machines du genre en question, pendant la course non-motrice, par un accumulateur d'énergie, connu per se et établi du coté opposé à l'élément compresseur unique ou du côté de l'élément compresseur à plus basse pression;
en une troisième disposition, consistant à établir les caractéristiques manométriques et volumétriques de l'accumula- teur d'énergie, des machines du genre en question, de manière qu'en fonctionnement normal les efforts, transmis par les mé- canisnies reliant les équipages alternatifs, soient seulement une fraction réduite des efforts exercés sur les pistons mo- teurs ;
et en une quatrième disposition, consistant à animer les équipages alternatifs, des machines du genre en question, de déplacements inégaux proportionnels en choisissant la masse desdits équipages, sans nuire à l'équilibrage de la machine, d'une manière.inversement proportionnelle à leur déplacement, et à prévoircavantageusement le déplacement le plus grand pour le piston le plus chaud (du côté de l'échappement) afin d'en faciliter le refroidissement.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'ap-
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plication ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions ; et elle vise plus particulièrement/ encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les moto-compresseurs du genre en question, comportant application desdites disposi- tions, les éléments et outils spéciaux propres à leur établis- sement, ainsi que les installations, fixes et mobiles, compor- tant de semblables dispositions.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1 montre, en coupe schématique, un moto-com- presseur à pistons libres asymétriques, établi conformément à l'invention et comportant un seul accumulateur d'énergie com- pensatrice situé à l'opposé du cylindre compresseur par rapport au cylindre moteur.
La fig. 2 montre un schéma représentant les varia- tions linéaires et angulaires des organes cinématiques pendant. une évolution complète de la machine.
Les fig. 3, 4, 5, 6, 7 montrent des diagrammes repré- sentant les efforts transmis par les organes de liaison en fonction du déplacement des pistons.
La fig. 8 montre, en coupe schématique, un autre mo- to-compresseur établi conformément à l'invention et dont l'ac- cumulateur d'énergie compensatrice est alimenté sous pression.
Les fig. 9 et 10 montrent des diagramues se rappor- tant à cette variante.
La fig. 11 montre, en coupe schématique, un moto- compresseur asymétrique à trois étages, établi conformément à l'invention.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application ainsi que ceux des modes d'applica- tion de ses diverses parties auxquels il semble qu'il y ait lieu
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presseurs à pistons libres asymétriques dans lesquels les orga- nes cinématiques de liaison des équipages mobiles sont suscepti- bles de transmettre un taavail de l'un à l'autre des équipages, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On sait que l'une des caractéristiques essentielles des machines à pistons libres est de ne pas comporter de volant mais d'utiliser comme tels les équipages pistons eux-mêmes, aux- quels on donne à cet effet une masse convenable.
De telles machines sont en conséquence susceptibles de transmettre du travail dans d'excellentes conditions de ré- gularité, car l'énergie absorbée en force vive par les masses mobiles, soumises aux très hautes pressions des gaz moteurs pendant la combustion, n'est restituée que progressivement par lesdites masses, alors que dans les moteurs comportant un vile- brequin qui entraine un volant,les efforts très variables, aux- quels sont soumis les pistons, sont intégralement transmis aux organes de liaison (bielles et vilebrequin) dont la fonction est d'accélérer le volant qui résiste par inertie.
Lorsque l'équipage moteur desdites machines à pis- tons libres est constitué par deux pistons qui se déplacent en sens inverse, il est en outr indispensable de synchroniser lesdits pistons par des organes de liaison cinématique qui doivent être suffisamment robustes pour transmettre éventuel- lement, en cas de grippage par exemple, l'énergie recueillie par l'un des pistons.
. Plus particulièrement lorsque lesdits organes sont constitués par des bielles articulées à des balanciers oscil- lants, ils assurent avantageusement en même temps la sécurité des machines en s'alignant dans le cas où, pour une cause for- tuite, les élongations ne seraient plus limitées par une résis- tance suffisante.
/Dans ce dernier cas, le calcul montre que les organes de liaison peuvent avoir à subir des efforts considérables.
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En conséquence, les organés de liaison cinématique prévus pour assurer la synchronisation et la sécurité dans les machines à pistons libres subissent des efforts à peine accrus même lorsqu'ils transmettent un travail utile important, et le calcul montre que, dans le cas où 'le travail transmis est égal à la moitié du travail moteur (machines comportant deux pis- tons moteurs et un seul piston compresseur), les efforts trans- mis par les organes cinématiques peuvent n'être que de l'ordre du sixième ou même du dixième des efforts maxima auxquels sont soumis les pistons.
Lorsque, selon l'invention, ,l'accumulateur d'énergie est convenablement disposé et dimensionné ainsi qu'il sera ex- pliqué dans ce qui suit, les efforts transmis par la cinémati- que peuvent être réduits jusquà ne pas dépasser les efforts maxima auxquels lesdits organes sont normalement soumis par l'inertie dans les machines symétriques pour lesquelles ils ne transmettent pourtant aucun travail utile en fonctionnement nor- mal.
A cet effet on constitue, par exemple et à la maniè- re connue, la partie moteur par un cylindre 1 dans lequel on fait travailler deux pistons 21 et 2 2 se déplaçant en sens in- verse, les deux pistons faisant corps respectivement, l'un 21 avec au moins un piston compresseur 3 travaillant dans au moins un cylindre compresseur 4 et l'autre 22 faisant ccrps avec le piston d'un accumulateur d'énergie 6.
Les équipages pistons 21-3, d'une part, et 2 -5,d'au- tre part,sont établis de manière qu'ils aient des masses égales afin que la machine soit équilibrée, lesdites masses étant con- venablement calculées pour que ces équipages constituent des volants régulateurs suffisants accumulant sous forme cinétique l'énergie d'expansion des gaz du moteur et restituant ladite énergie au fluide à comprimer. Une partie du travail moteur est ainsi transmise directement au fluide à comprimer par les équipages 21-3, et la totalité ou une partie de l'énergie ac-
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qupage 21-3 par les organes de liaison cinématique tels que des bielles 10 1 et 102 et par les balanciers 11.
D'après les positions angulaires extrêmes des biel- les 10 et des balanciers 11, montrées sur la fig. 2 par les angles a1 et a, on peut déduire les efforts d'inertie transmis par les équipages alternatifs aux organes cinématiques (courbe A B C D fig. 3).
L'on voit que pendant la première partie A B de la course, lesdits organes reçoivent une forte impulsion due à l'accélération des masses alternatives, puis que, pendant une deuxième partie B C de la course, les efforts d'inertie sont peu importants, et qu'enfin, pendant la dernière partie C D de la course, l'accélération des équipages alternatifs inverse les efforts transmis aux organes de liaison.
Pour certaines caractéristiques volumétriques et ma- nométriques du compresseur 4 et de l'accumulateur 6, qui cor- respondent à des efforts égaux exercés aux points morts sur les pistons 3 et 5, les diagrammes montrés sur la fig. 4 (M N P Q, diagramme compresseur et 1 P, diagramme accumulateur) indiquent les efforts pneumatiques auxquels sont soumis les pistons 3 et 5 pendant une évolution complète de la machine (effort fc sur le piston 3, :Ce sur le piston 5).
On voit que, pendant la course motrice, le piston compresseur 3 est soumis à des efforts plus élevés que le pis- ton 5 de l'accumulateur 6 et que, par contre, pendant la course non motrice, le piston 5 est soumis à des efforts plus consi- dérables'que le piston compresseur 3. La différence de ces ef- forts (différence 'des ordonnées des diagrammes) est transmise par les organes--de liaison.
Le diagramme de la fig. 5 montre les efforts diffé- rentiels aux différents points de la course aller ( m n r) et de la côtoie retour ( r. g m).
La superposition des efforts, indiqués sur les dia- grammes des fig: 3 et 5, donne la courbe des efforts résultants
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auxquels sont soumis, en toutes leurs positions, les organes de liaison cinématique (courbe I J K L 0 J I). On constate que, dans le cas qui vient d'être considéré,) les efforts auxquels sont soumis les organes de liaison peuvent ne pas être supé- rieurs au maximum des seuls efforts d'inertie pour lesquels les dits organes sont établis. Lesdits organes de liaison sont donc asceptibles, sans alourdissement, de transmettre la différence des travaux résistants du compresseur 4 et de l'accumulateur 6.
Généralement, les organes cinématiques sont établis pour pouvoir transmettre des efforts beaucoup plus considéra- bles que les efforts d'inertie; l'onpeut en conséquence choisir les conditions manométriques et volumétriques du compresseur 4 et de l'accumulateur 6 pour que le travail transmis par le ci- nématique soit en moyenne très réduit et admettre au point mort extérieur un effort maximum quelque peu supérieur aux seuls ef- forts d'inertie.
On peut, par exemple et comme montré sur la fig. 7, agencer l'accumulateur 6 pour que les différences maxima entre les efforts exercés sur le piston compresseur 3 (M N P Q) et qu le piston 5 de l'accumulateur (M P' M ) soient sensible-
2 3 ment égales (différence p1, p, p ). Par exemple, si la pres- sion de refoulement du compresseur est de 7 kgs par centimètre carré, en choisissant 1,15 comme rapport entre les diamètres du compresseur 4 et de l'accumulateur 6, le maximum de l'effort transmis de l'un à l'autre équipage par les organes cinémati- ques est seulement de 250 kgs alors que l'effort moteur est d'environ 2. 300 kgs.
Suivant une autre variante, montrée sur la fig. 8, on peut réduire à la fois le travail transmis et l'effort ma- ximum, en alimentant l'accumulateur 6 à une pression supérieu- re à la pression extérieure, par exemple en mettant ledit accu- mulateur 6 en communication avec le refoulement du compresseur 4 au voisinage du point mort antérieur.
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Suivant le diagramme de la fig. 9, on voit que l'é- cart maximum des efforts exercés sur les pistons 3 et 5 peut ê- tre très réduit et qu'en choisissant convenablement les condi- tions manométriques et volumétriques des capacités 4 et 6, on peut rendre les deux écarts maxima 12.1 et p2 sensiblement égaux, par exemple en prenant 2,5 comme rapport entre les diamètres de pistons 3 et 5 pour une pression de refoulement de 5 kgs par
2 cm .
On peut encore admettre une pression constante dans l'accumulateur 6 pendant toute une partie de la course, par exemple en établissant la communication avec le refoulement du compresseur en un point convenable de la course du piston 5, ce qui peut encore permettre de rendre égaux les écarts maxima p1 et p2 ainsi qu'il est montré sur la fig. 10.
On peut même dans ce cas dimensionner convenablement la capacité 6, pour qu'elle puisse être utilisée comme pompe de balayage pendant la première partie de la course.
La pression d'alimentation de l'accumulateur 6 peut aussi être maintenue inférieure à la pression de refoulement, par exemple en intercalant un détendeut dans la communication établie entre ledit accumulateur et ledit refoulement.
Dans les machines multi-étagées telles que celle montrée à titre d'exemple sur la fig. 11, l'accumulateur d'é- nergie 6 est, conformément à l'invention, établi du coté de l'étage à la plus basse pression 41. Si par exemple la machine comporte trois étages de compression, on dispose d'un côté l'é- tage basse pression 41 et l'accumulateur 6, et de l'autre côté
2 3 les deux étages moyenne pression 4; et haute pression q .
Contrairement aux dispositions déjà connues qui con- sistent à équilibrer les efforts sur les équipages alternatifs en choisissant convenablement les rapports volumétriques et ma- nométriques des différents étages, on conserve auxdits étages leurs aapports normaux correspondant au meilleur rendement (rap-
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prts des pressions en progression géométrique), et conformément à l'invention 'on dimensionne convenablement l'accumulateur d'é- nergie unique 6 de manière à réduire les)efforts transmis par les organes cinématiques.
Bien qu'une partie du travail moteur soit transmis par lesdits organes, on sait que le rendement mécanique desdi- tes transmissions est excellent et par conséquent le rendement général de la machine est encore meilleur que si les rapports volumétriques et manométriques des étages ont été choisis spé- cialement pour réduire à leur minimum les efforts transmis.
De toute manière, les organes de liaison cinématique, transmettant des efforts même réduits, sont avantageusement disposés symétriquement par rapport au plan de symétrie longi- tudinal de la machine, de manière à éviter la formation d'un couple de torsion.
Contrairement à la disposition généralement adoptée dans les machines symétriques, où. les bielles attelées sur deux balanciers: symétriques sont croisées, on préfère dans les ma-
2 chines asymétriques atteler les bielles symétriques 101 et 10 , par paires sur un même axe 12 auquel elles sont avantageusement fixées rigidement ainsi qu'il est montré sur la fig. 8, ledit axe tourillonnant dans de longues portées 13 pratiquées dans les équipages pistons. Chaque paire de bielles forme ainsi avec l'a- xe 12 un cadre rigide qui permet de diminuer ou même de suppri- mer la portée des glissières de guidage.
On peut aussi, conformément à l'invention, animer les équipages alternatifs de déplacement différents et proportiony nels, en faisant en sorte que les quantités de mouvements des dits équipages restent égales en tous points, c'est-à-dire que les masses desdits équipages soient choisis inversement propor- tionnel à leur vitesse et pour ce faire on peut consti- tuer, par exemple, lesdits équipages en des matériaux de densi- tés différentes.
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On peut aussi, par exemple et comme montré sur la fig. 11, utiliser des balanciers 11 dissymétriques.
Dans le cas où les courses des équipages sont diffé- rentes, on prévoit de préférence pour le piston moteur le plus chaud (piston côté échappement) le déplacement le plus grand, de façon à faciliter l'écoulement de ses calories par la paroi du cylindre en contact avec lui sur une plus grande surface.
Pour les moto-compresseurs fonctionnant suivant un cycle à deux temps, il'convient d'adjoindre aux capacités de travail résistant 4 et 6 au moins une pompe de balayage, qui peut avantageusement être constituée, comme montré sur la fig.
1, par le cylindre compresseur 4, et limitée par la face du piston 3 opposée à la face de compression (capacité 15). Bien entendu on soustrait, dans ce cas, l'énergie de ladite pompe de l'énergie absorbée par le compresseur.
On peut également, comme montré sur la fig. 1, utili- ser la pression de l'air de balayage pour alimenter l'accumula- teur 6, ladite pression pénétrant dans la'capacité 6 vers le point mort intérieur paf exemple par des rainures 17 pratiquées dans la tige du piston 5 et par des canaux de communication 18.
Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réali- sation de aes diverses parties, ayant plus spécialement été in- diqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
R É S U M É.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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THE MINISTER OF ECONOMIC AFFAIRS AND MIDDLE CLASSES,
Considering the decree-law of July 8, 1946, extending, because of the events of war, the deadlines in matters of industrial property and the duration of patents for invention;
Considering that no complaint has been lodged, within the regulatory period, following this publicaticn;
Considering that it follows from the justifications provided in support of the request that patent No. 410,394 for
Improvements to asymmetric free-piston motor-compressors could not be operated, owing to the state of war, for a period equivalent to five years of normal operation;
Considering, on the other hand, that the maximum extension provided for by the decree-law of July 8, 1946 is set at five years;
STOPPED:
ARTICLE 1, - The duration of patent No. 410,394 for: Improvements to asymmetric motor-compressors with free pistons is extended by five years ,,,
ART. 2. - The extension is granted subject to the condition of payment, in the month of its granting, of the special tax provided for in art. 6 of the decree-law of July 8, 1946.
ART. 3. - This decree will be annexed under the patent.
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PATENT.
"Improvements made to asymmetric free-piston motor-compressors".
The invention relates to asymmetric and free-piston motor-compressors, that is to say to machines comprising one or more compression stages established in a non-symmetrical manner on both sides. other of the engine assembly, by designating, by this general name, all the machines transforming directly - therefore without intervention of a mechanical energy - the calorific energy of a fuel (liquid, gas, even solid ) in energy stored in the form of pressure in a compressed fluid.
Its main aim is to simplify these machines and to reduce their weight, size and cost.
It consists mainly - and at the same time of making work at least two engine pistons, ma-
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chines of the type in question, in the same engine cylinder, - to transmit the energy, collected by at least one of the engine pistons, not directly coupled to a compressor piston or attached to a number of compressor pistons or different dimensions from those of the other crew, by means of mechanisms which, advantageously, are the same as those serving to ensure the synchronization and the safety of the mobile crews, animated by reverse reciprocating movements.
It consists, apart from this main provision, of certain other provisions, which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below, in particular: in a second provision, consisting in ensuring the compensation of the return energy of the reciprocating crews, of the machines of the type in question, during the non-driving race, by an energy accumulator, known per se and established on the side opposite the single compressor element or the lower pressure compressor element side;
in a third arrangement, consisting in establishing the manometric and volumetric characteristics of the energy accumulator, of the machines of the type in question, so that, in normal operation, the forces transmitted by the mechanisms connecting the alternative crews , or only a small fraction of the forces exerted on the motor pistons;
and in a fourth arrangement, consisting in animating the alternative crews, machines of the type in question, with proportional unequal displacements by choosing the mass of said crews, without harming the balancing of the machine, in a manner that is inversely proportional to their displacement, and to provide advantageously the greatest displacement for the hottest piston (on the exhaust side) in order to facilitate cooling.
It is aimed more particularly at certain methods of
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plication as well as certain embodiments of said arrangements; and it relates more particularly / again, and this as new industrial products, to motor-compressors of the type in question, comprising application of the said provisions, the special elements and tools specific to their establishment, as well as the installations, fixed and mobile, having similar arrangements.
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
Fig. 1 shows, in schematic section, a motor-compressor with asymmetric free pistons, established in accordance with the invention and comprising a single accumulator of compensating energy situated opposite the compressor cylinder with respect to the engine cylinder.
Fig. 2 shows a diagram showing the linear and angular variations of the pendant kinematics. a complete evolution of the machine.
Figs. 3, 4, 5, 6, 7 show diagrams showing the forces transmitted by the connecting members as a function of the displacement of the pistons.
Fig. 8 shows, in schematic section, another motor-driven compressor established in accordance with the invention and of which the compensating energy accumulator is supplied under pressure.
Figs. 9 and 10 show diagrams relating to this variant.
Fig. 11 shows, in schematic section, an asymmetrical motor compressor with three stages, established in accordance with the invention.
According to the invention and more especially according to that of its modes of application as well as those of the modes of application of its various parts to which it seems necessary
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Asymmetric free-piston pressers in which the kinematic connecting components of the mobile units are capable of transmitting a task from one of the units to the other, this is done as follows or in a similar manner.
It is known that one of the essential characteristics of free-piston machines is not to include a flywheel but to use as such the piston assemblies themselves, to which a suitable mass is given for this purpose.
Such machines are consequently capable of transmitting work under excellent regularity conditions, because the energy absorbed in force by the moving masses, subjected to the very high pressures of the driving gases during combustion, is not returned. that gradually by said masses, whereas in engines comprising a crankshaft which drives a flywheel, the highly variable forces to which the pistons are subjected are fully transmitted to the connecting members (connecting rods and crankshaft), the function of which is to accelerate the flywheel which resists by inertia.
When the engine assembly of said free piston machines consists of two pistons which move in the opposite direction, it is also essential to synchronize said pistons by kinematic linkage members which must be sufficiently robust to possibly transmit, in the event of seizure, for example, the energy collected by one of the pistons.
. More particularly when said members are constituted by connecting rods articulated to oscillating balances, they advantageously ensure at the same time the safety of the machines by aligning themselves in the event that, for an unforeseen cause, the elongations are no longer limited. by sufficient resistance.
/ In the latter case, the calculation shows that the connecting members may have to undergo considerable forces.
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As a result, the kinematic linkage members provided for ensuring synchronization and safety in free-piston machines undergo hardly increased forces even when transmitting a large useful work, and the calculation shows that, in the case where 'the The work transmitted is equal to half of the motor work (machines comprising two motor pistons and a single compressor piston), the forces transmitted by the kinematic components may be only of the order of a sixth or even a tenth of maximum forces to which the pistons are subjected.
When, according to the invention, the energy accumulator is suitably arranged and dimensioned as will be explained in what follows, the forces transmitted by the kinematics can be reduced until they do not exceed the maximum forces. to which said organs are normally subjected by inertia in symmetrical machines for which they nevertheless transmit no useful work in normal operation.
For this purpose, for example and in the known manner, the engine part is constituted by a cylinder 1 in which two pistons 21 and 2 2 are made to work moving in the opposite direction, the two pistons respectively forming one body, the 'one 21 with at least one compressor piston 3 working in at least one compressor cylinder 4 and the other 22 forming part of the piston of an energy accumulator 6.
The piston crews 21-3, on the one hand, and 2 -5, on the other hand, are established so that they have equal masses so that the machine is balanced, said masses being suitably calculated for that these crews constitute sufficient regulating flywheels accumulating in kinetic form the expansion energy of the engine gases and restoring said energy to the fluid to be compressed. Part of the engine work is thus transmitted directly to the fluid to be compressed by the 21-3 crews, and all or part of the energy ac-
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qupage 21-3 by the kinematic connecting members such as connecting rods 10 1 and 102 and by the balances 11.
According to the extreme angular positions of the connecting rods 10 and of the rockers 11, shown in FIG. 2 by the angles a1 and a, one can deduce the inertia forces transmitted by the alternative crews to the kinematic components (curve A B C D fig. 3).
It can be seen that during the first part AB of the race, said members receive a strong impulse due to the acceleration of the alternating masses, then that, during a second part BC of the race, the inertia forces are not very important, and that finally, during the last CD part of the race, the acceleration of the alternate crews reverses the forces transmitted to the connecting members.
For certain volumetric and nominal characteristics of the compressor 4 and of the accumulator 6, which correspond to equal forces exerted at the dead points on the pistons 3 and 5, the diagrams shown in fig. 4 (M N P Q, compressor diagram and 1 P, accumulator diagram) indicate the pneumatic forces to which pistons 3 and 5 are subjected during a complete evolution of the machine (force fc on piston 3,: Ce on piston 5).
It can be seen that, during the driving stroke, the compressor piston 3 is subjected to higher forces than the piston 5 of the accumulator 6 and that, on the other hand, during the non-driving stroke, the piston 5 is subjected to more considerable forces than the compressor piston 3. The difference of these forces (difference of the ordinates of the diagrams) is transmitted by the connecting members.
The diagram in fig. 5 shows the differential forces at the various points of the outward run (m n r) and of the return side (r. G m).
The superposition of the forces, indicated on the diagrams of figs: 3 and 5, gives the curve of the resulting forces
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to which the kinematic linkage members are subjected in all their positions (curve I J K L 0 J I). It can be seen that, in the case which has just been considered,) the forces to which the connecting members are subjected may not be greater than the maximum of the inertia forces for which said members are established only. Said connecting members are therefore noticeable, without increasing the load, of transmitting the difference in the resistive work of the compressor 4 and of the accumulator 6.
Generally, the kinematic members are established so as to be able to transmit much greater forces than the inertia forces; one can consequently choose the manometric and volumetric conditions of the compressor 4 and of the accumulator 6 so that the work transmitted by the kinematics is on average very reduced and admit at the external dead center a maximum force somewhat greater than only ef - strong inertia.
It is possible, for example and as shown in FIG. 7, arrange the accumulator 6 so that the maximum differences between the forces exerted on the compressor piston 3 (M N P Q) and that the piston 5 of the accumulator (M P 'M) are perceptible.
2 3 are equal (difference p1, p, p). For example, if the discharge pressure of the compressor is 7 kgs per square centimeter, choosing 1.15 as the ratio between the diameters of the compressor 4 and the accumulator 6, the maximum of the force transmitted from the one to another crew by the kinematics is only 250 kgs while the motor effort is about 2.300 kgs.
According to another variant, shown in FIG. 8, it is possible to reduce both the work transmitted and the maximum force, by supplying the accumulator 6 at a pressure greater than the external pressure, for example by placing said accumulator 6 in communication with the discharge. compressor 4 in the vicinity of the previous dead center.
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Following the diagram of fig. 9, it can be seen that the maximum deviation of the forces exerted on the pistons 3 and 5 can be very reduced and that by suitably choosing the manometric and volumetric conditions of the capacities 4 and 6, the two maximum deviations 12.1 and p2 substantially equal, for example by taking 2.5 as the ratio between the diameters of pistons 3 and 5 for a delivery pressure of 5 kgs per
2 cm.
It is also possible to admit a constant pressure in the accumulator 6 during a whole part of the stroke, for example by establishing communication with the discharge of the compressor at a suitable point of the stroke of the piston 5, which can also make it possible to make equal the maximum deviations p1 and p2 as shown in fig. 10.
In this case, the capacity 6 can even be suitably sized, so that it can be used as a scavenging pump during the first part of the stroke.
The supply pressure of the accumulator 6 can also be kept lower than the discharge pressure, for example by inserting a pressure reducer in the communication established between said accumulator and said discharge.
In multi-stage machines such as that shown by way of example in fig. 11, the energy accumulator 6 is, in accordance with the invention, established on the side of the stage at the lowest pressure 41. If, for example, the machine has three compression stages, one has a side the low pressure stage 41 and the accumulator 6, and on the other side
2 3 the two medium pressure stages 4; and high pressure q.
Contrary to the arrangements already known which consist in balancing the forces on the alternative crews by suitably choosing the volumetric and nominal ratios of the different stages, the normal contributions corresponding to the best output are kept at said stages (ratio).
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(pressures in geometric progression), and in accordance with the invention 'the single energy accumulator 6 is suitably sized so as to reduce the forces transmitted by the kinematics.
Although part of the engine work is transmitted by said organs, it is known that the mechanical efficiency of said transmissions is excellent and consequently the general efficiency of the machine is even better than if the volumetric and pressure ratios of the stages have been chosen. especially to reduce the transmitted forces to a minimum.
In any case, the kinematic linkage members, transmitting even reduced forces, are advantageously arranged symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry of the machine, so as to avoid the formation of a torque.
Unlike the arrangement generally adopted in symmetrical machines, where. the connecting rods coupled to two balances: symmetrical are crossed, we prefer in the
2 asymmetric chines hitch the symmetrical connecting rods 101 and 10, in pairs on the same axis 12 to which they are advantageously fixed rigidly as shown in FIG. 8, said journaling axis in long spans 13 practiced in the piston crews. Each pair of connecting rods thus forms with the pin 12 a rigid frame which makes it possible to reduce or even eliminate the range of the guide rails.
It is also possible, in accordance with the invention, to animate the alternative crews of different and proportional displacement, by ensuring that the quantities of movements of said crews remain equal in all points, that is to say that the masses of said crews are chosen inversely proportional to their speed and to do this it is possible, for example, to constitute said crews from materials of different densities.
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It is also possible, for example and as shown in FIG. 11, use asymmetrical balances 11.
If the races of the crews are different, the hottest engine piston (piston on the exhaust side) is preferably provided with the greatest displacement, so as to facilitate the flow of its heat through the cylinder wall. in contact with it over a larger area.
For motor-compressors operating according to a two-stroke cycle, it is appropriate to add to the resistive working capacities 4 and 6 at least one scavenging pump, which can advantageously be constituted, as shown in FIG.
1, by the compressor cylinder 4, and limited by the face of the piston 3 opposite the compression face (capacity 15). Of course, in this case, the energy of said pump is subtracted from the energy absorbed by the compressor.
It is also possible, as shown in FIG. 1, use the pressure of the purging air to supply the accumulator 6, said pressure entering the capacity 6 towards the internal dead center eg through grooves 17 made in the piston rod 5 and by communication channels 18.
As goes without saying, and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application nor to those of the embodiments of aes various parts, having more specially indicated; on the contrary, it embraces all the variants.
ABSTRACT.
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