<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux machines rotatives à fluide sous pression et machines analogues.
Cette invention est relative aux machines rotatives à fluide sous pression, pompes, moteurs, compteurs et machines analogues, agencées pour être actionnées par ou agir sur un fluide appelé ci-après fluide d'actionnement, qu'elles soient employées pour agir directement sur le fluide d'actionnement ou pour être directement actionnées par lui, ou quelles soient employées comme dispositifs tels que transmissions ou incorporées à ces dispositifs.
Pour la commodité, on appellera ci-après "machines rotatives" ces machines, pompes, moteurs, compteurs et machines analogues.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention concerne des machines rotatives du genre spécifié, comportant des organes qui délimitent entre eux une chambre à vannes annulaire et qui peuvent tourner l'un par rapport à l'autre autour de l'axe de la chambre à vannes, au moins une butée fixée à un des organes et faisant saillie à travers la chambre à vannes entre les lumières d'entrée et de sortie, et des vannes qui ont périphériquement une section transversale en forme de segment circulaire et tournent de manière continue autour de leurs propres axes dans des évidements ménagés dans une des périphéries radialement opposées de la chambre, cette périphérie étant portée par l'autre organe,
et qui sont conformées de manière que pendant une rotation relative des organes chaque vanne fasse saillie à travers la chambre à vannes et forme un joint étanche avec la périphérie opposée quand la vanne parcourt la ou les parties de la chambre non occupées par une butée, mais se retire dans son évidement et y soit contenue entièrement durant son passage devant la ou les butées.
Il est clair que, comme chaque vanne doit être entièrement contenue dans son évidement quand elle passe devant une butée, il y a une période transitoire immédiatement avant et après que chaque vanne passe devant une butée, durant laquelle, respectivement, la vanne se retire dans son évidement et en sort, et par conséquent ne fait pas joint étanche avec la périphérie opposée de la chambre à vannes bien qu'elle parcoure des parties de la chambre à vannes qui ne sont pas occupées par une butée.
La périphérie dans laquelle sont creusés les évidements à vanne sera appelée ci-après "périphérie à logements de vannes" et la périphérie opposée sera appelée "périphérie d'étanchéit". En outre, tout élément d'une vanne, qui est compris entre des éléments d'étanchéité circulaires périphériques de la vanne et constitue une interruption de la surface
<Desc/Clms Page number 3>
circulaire périphérique de la vanne pour permettre à celle-ci de passer devant une butée sera appelé ci-après ?élément de non-étanchéité" de la vanne. On suppose aussi, en décrivant l'invention, que l'organe portant la butée ou les butées est fixe et que l'organe portant la périphérie à logements de vannes tourne, mais il est clair que l'invention est applicable aussi à d'autres dispositions où une rotation relative se produit entre les deux organes.
Avec les machines rotatives de la construction générale citée ci-dessus, utilisant comme jusqu'à présent des vannes de section transversale approximativement en forme de segment, il est impossible de conformer le ou les éléments de non-étanchéité des vannes de manière à épouser la surface des butées près desquelles ils passent. Par conséquent, dans le cas d'une pompe ou d'un compresseur, une fraction du fluide d'actionnement est transférée du côté refoulement ou haute pression de la butée au côté entrée ou basse pression par l'espace ainsi laissé libre.
Un effet analogue peut se produire également du fait que pendant le passage de la vanne par la partie de la chambre à vannes, non occupée par la butée, (appelée ci-après partie balayée de la chambre à vannes) la vanne ne remplit pas entièrement l'évidement dans lequel elle tourne et un espace libre y est laissé par le ou les éléments de non-étanchéité de la vanne, cet espace communiquant d'abord avec le côté entrée de la chambre à vannes et ensuite, après avoir été fermé de part et d'autre, avec le côté sortie.
Dans le cas d'un moteur ceci a pour effet un certain degré de transfert de fluide d'actionnement du côté haute pression au côté basse pression de la vanne, et dans le cas d'une pompe, il en résulte un brusque afflux de fluide d'actionnement dans l'espace libre quand celui-ci vient communiquer avec le côté haute
<Desc/Clms Page number 4>
pression de la chambre à vannes, ce qui peut créer à un certain degré un effet de contrepression.
La présente invention a pour but d'apporter certains perfectionnements aux machines rotatives du genre précité, pour atténuer ou éliminer ces difficultés mentionnées.
A cet effet, suivant la présente invention, on donne aux vannes d'une machine rotative du genre spécifié une section transversale en forme de segment annulaire et on donne aux évidements de la périphérie à logements de vanne une section transversale pareillement en forme de segment annulaire, c'est- à-dire en forme de fente annulaire non fermée qui loge la vanne quand celle-ci passe devant la ou les butées, mais d'où la vanne fait saillie pendant sa rotation de son propre axe par rapport à la périphérie à logements de vanne pour former un joint sensiblement étanche au fluide avec la périphérie d'étanchéité.
De cette façon, la largeur de l'espace mort compris entre chaque vanne et la surface de la butée près de laquelle la vanne passe se limite à la largeur des extrémités de la fente annulaire non fermée dans laquelle la vanne tourne, au lieu de s'étendre sur la totalité de la largeur de 1'élément de non-étanchéité de la vanne comme dans la proposition précédente. On se rend aussi compte que pendant les périodes où la vanne parcourt la ou les parties balayées de la chambre à vannes, la partie non occupée de la fente annulaire est moindre qu'avec la forme précédente de la vanne, de sorte que les difficultés dues au fait que cette partie non occupée de l'évidement est amenée en communication, successivement, avec l'entrée et la sortie de la chambre à vannes se trouvent atténuées en conséquence.
<Desc/Clms Page number 5>
De préférence, la périphérie d'étanchéité est formée ou portée sur le même organe que la périphérie à logements de vanne, si bien que ces deux périphéries tournent ensemble.
Dans ce cas, la périphérie d'étanchéité est pourvue en regard de chaque évidement à vanne d'une cannelure ayant une surface en forme de segment circulaire de même centre et rayon de courbure que la surface extérieure de 1'.évidement à vanne, de manière à former un joint étanche avec la surface en forme de segment circulaire de la vanne quand la vanne fait saillie dans la chambre à vannes.
On se rend compte qu'avec cette disposition chaque évidement à vannes et sa cannelure peuvent être produits en une seule opération d'alésage, la cannelure constituant en fait une partie de la surface extérieure de l'évidement à vanne à l'endroit où cette surface extérieure, après avoir été interrompue par la chambre à vannes, se prolonge dans la périphérie d'étanchéité Non seulement cette disposition procure une étanchéité par surface entre les vannes et la périphérie d'étanchéité, mais encore elle présente l'avantage de rendre inutile une précision parfaite dans le placement des axes des vannes,
vu qu'une légère imprécision ne peut avoir pour résultat qu'une cannelure un peuplus large ou étroite sans influer sur l'obtention d'un joint sensiblement étanche à la pression entre les vannes et la périphérie d'étanchéité coopérant avec les vannes.
Dans les machines rotatives du genre spécifiée les vannes tournent, avantageusement, par rapport à la périphérie à logements de vannes en sens inverse de la rotation de cette périphérie. Avec la présente invention, quand le bord d'attaque de la vanne en forme de segment annulaire a dépassé le bord d'attaque d'une butée, une partie du fluide d'actionnement est emprisonnée dans l'extrémité ouverte de la fente annu-
<Desc/Clms Page number 6>
laire dans laquelle se déplace la vanne et le déplacement subséquent de la vanne tend à comprimer ce fluide emprisonné.
En outre, dans une machine à fluide gazeux lubrifiée à l'huile, de l'huile lubrifiante peut être emprisonnée de manière analogue. Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour faire face à cette difficulté, ce qui est avantageux notamment quand le fluide d'actionnement est sensiblement incompressible, on peut prendre des dispositions pour faire communiquer l'extrémité d'attaque de chaque vanne, quand elle passe devant une butée, d'abord avec le côté sortie de la chambre à vanne, puis quand l'extrémité de fuite de l'évidement à vanne a dépassé le bord d'attaque de la butée, avec l'extrémité de fuite de l'évidement à vanne.
De cette façon on empêche la production, dans l'évidement, d'une pression excessive par l'extrémité avançante de la vanne et on assure une sensible égalisation des pressions agissant respectivement sur les bords d'attaque et de fuite de la vanne. Par exemple, le rayon de courbure de la périphérie de l'organe concentrique dans lequel sont creusés les évidements peut, aux deux extrémités de chaque évidement à vanne, être légèrement moindre qu'aux parties restantes de cette périphérie qui fait joint étanche avec la butée. A titre d'alternative, on peut obtenir le même résultat en employant des fentes ou lumières appropriées.
Un autre avantage important de l'invention consiste en ce que, puisque l'organe concentrique dans lequel tournent les vannes comporte des parties qui font saillie axialement dans les vannes en forme de segment annulaire et constituent les parois intérieures des évidements à vanne annulaires, les portées servant à soutenir ces vannes peuvent être logées dans ces parties de l'organe concentrique et, par conséquent, elles peuvent être constituées par des roulements à rouleaux allongés
<Desc/Clms Page number 7>
sans accroître indésirablement la longueur axiale totale de la machine.
L'invention peut être mise en pratique de diverses manières, mais une seule construction conforme à l'invention est représentée assez schématiquement, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés qui montrent en outre une variante de l'invention et comportent des vues schématiques servant à illustrer le principe général de l'invention.
Dans les dessins annexés:
Fig. 1 est une coupe axiale longitudinale d'une construction de machine rotative conforme à l'invention,
Fig. 2 est une coupe transversale de la machine représentée sur la Fig. l, faite suivant la ligne II-II de la Fig.l, - Figs. 5, 4 et 5 sont des vues schématiques servant à illustrer plus clairement le principe général de l'invention, et
Fig. 6 représente une variante constructive de l'invention.
Dans la construction représentée sur les Figs. 1 et 2, la machine qui est de la même construction générale que celle décrite avec référence à la Fig. 10 des dessins du brevet n .418.169, mais à deux vannes simples, comporte un rotor 1 de forme générale cylindrique et un stator 2. Le stator 2 comprend deux flasques 3 et 4 dont l'un est traversé par un arbre de transmission 5 rigidement relié au rotor et supporté dans un roulement à billes 7 en vue de soutenir l'autre extrémité du rotor, comme représenté.
Dans le rotor 1, concentriquement à celui-ci, sont ménagés deux évidements annulaires 8 et 9 pénétrant le rotor depuis ses extrémités opposées et constituant des chambres à vannes annulaires. Dans chaque chambre annulaire, entre une entrée 10 et une sortie 11 pour un fluide d'actionnement, une butée fait saillie dans l'enveloppe statorique 1 2, ces butées
<Desc/Clms Page number 8>
étant désignées par les chiffres de référence 12 et 13. La partie intérieure du rotor 1 c'est-à-dire celle qui constitue les parois intérieures des évidements 8 et 9, est creusée de deux évidements 14 et 15 d'une section transversale en forme de segment circulaire, dont les axes sont parallèles entre eux et à l'axe de rotation du rotor et qui sont conformés comme représenté.
La longueur axiale des évidements 14 et 15 est sensiblement égale à l'écartement entre la paroi d'extrémité extérieure de la chambre à vannes 8 et la paroi d'extrémité extérieure de la chambre à vannes opposée 9, et dans chaque évidement tourne une vanne 16 de section transversale en forme de segment annulaire, dont la longueur axiale est égale à celle des évidements 14 et 15. On voit ainsi que la partie intérieure du rotor 1 constitue la périphérie à logements de vannes. Chaque vanne 16 est solidaire d'une bride médiane 17 qui sert à relier la partie périphérique en forme de segment annulaire de la vanne à un arbre de vanne 18 dont les extrémités sont logées dans des alésages 22 de la partie médiane du rotor.
La surface périphérique de chaque bride 17 est circulaire aux endroits où elle traverse la partie interrompue de la circonférence de la vanne et a un rayon de courbure égal à celui de la périphérie extérieure de la vanne. En outre, la partie de chaque bride, traversant la partie interrompue de la circonfé- rence de la vanne, peut être massive, tandis que sa partie située entre l'arbre 18 et la vanne peut être creuse de manière à assurer l'équilibre dynamique de la vanne quand celle-ci tourne autour de l'axe de son arbre.
Comme on s'en rend compte le rotor 1 est creusé de courts évidenents cylindriques 19 pour recevoir les brides 17, la longueur axiale de ces évidements étant sensiblement égale à celle des brides.
<Desc/Clms Page number 9>
Chaque arbre de vanne 18 est muni d'une paire de roulements à rouleaux allongés 20, 21 disposés dans des alésages 22 de la partie médiane du rotor 1, et aussi d'un roulement à billes 23 constituant un support supplémentaire.
Les arbres de vannes et, avec eux, les vannes sont montés pour tourner dans le rotor autour de leurs propres axes en sens inverse de la rotation du rotor et de manière que chaque vanne exécute,une révolution dans son évidement pour chaque révolution complète du rotor autour de l'axe de l'arbre 5. A cet effet, il est prévu un train de transmission épicycloidal qui comporte des satellites 24 fixés aux arbres à vanne 18, une roue planétaire rixe 25 montée sur l'enveloppe rotorique 2 et deux roues intermédiaires 26, 27 dont chacune engrène avec un des satellites 24 et avec la roue planétaire 25. Toutefois, on peut aussi employer des trains de transmission ou d'autres mécanismes analogues pour produire la rotation voulue des vannes dans leurs évidements autour de leurs propres axes quand le rotor tourne.
Dans la périphérie extérieure de chaque chambre à vannes, en regard de chaque évidement à vanne, c'est-à-dire dans la périphérie d'étanchéité coopérant avec les vannes, est creusée une cannelure axiale 28 dont la surface est concentrique aux évidements à vanne 14,15 et constitue en fait une continuation ou une partie de la surface extérieure de l'évidement à vanne, si bien que, quand pendant la rotation la périphérie extérieure de la vanne passe sur la surface de la cannelure, elle forme avec celle-ci un joint étanche à jeu minime.
De cette manière, en alésant les .évidements à vanne, on forme automatiquement les cannelures, et on voit que de cette manière on peut obtenir une étanchéité satisfaisante entre les vannes et la périphérie d'étanchéité, sans la nécessité d'assurer une
<Desc/Clms Page number 10>
précision parfaite dans le placement des axes des vannes, et qu'en outre on obtient entre la vanne et les périphéries extérieure et intérieure de la chambre à vannes une séparation étanche par surface, avec les avantages propres à ce mode de séparation étanche, sur une séparation étanche linéaire.
Il faut observer que les autres surfaces à mouvement relatif de la machine, qui pendant le fonctionnement forment joint étanche, assurent avantageusement elles aussi une séparation étanche à jeu minime. Ainsi, les périphéries intérieures des chambresà vannes 8 et 9 forment avantageusement un joint étanche à jeu minime avec les faces intérieures des butées 12 et 13 et, de même, les périphéries extérieures des chambres à vannes forment un joint étanche à jeu minime avec les surfaces extérieures des butées. D'autre part, les extrémités opposées des butées forment avantageusement un joint étanche à jeu minime non seulement avec la bride 17, mais encore avec la par tie médiane en forme de bride du rotor, qui est disposée radialement dans le plan de la bride 17 entre les extrémités adjacentes des chambres à vannes 8 et 9.
De manière analogue, la surface circonférentielle extérieure du rotor forme un joint étanche à jeu minime avec la partie entourante de l'enveloppe statorique 2.
Si on se reporte aux figs. 3, 4 et 5, qui sont des coupes transversales de machines de la construction spécifiée, faites dans le rotor, la butée et une vanne, on voit sur la Fig. 3 une disposition dans laquelle, comme jusqu'à présent, les vannes ont approximativement la forme de segment de cercle, et sont appliquées à une construction où l'enveloppe statorique constitue la périphérie extérieure de la chambre à vannes et où les vannes forment ainsi un joint linéaire étanche à jeu minime avec la périphérie extérieure quand elles tournent dans
<Desc/Clms Page number 11>
leurs évidements et d'une pièce avec le rotor.
Dans cette construction, le rotor est désigné par la, le stator par 2a, les lumières d'entrée et de sortie respectivement par 10a et lla, la chambre à vannes annulaire par 8a la butée par 12a et les vannes par 16a.
On voit que dans la construction représentée sur la Fig. 3 qui montre le rotor dans la position où une vanne passe devant la butée 12a, il y a un notable volume ou espace mort dans l'évidement à vanne entre la partie non hermétique de la vanne et la surface de la butée.
Les Figs. 4 et 5 montre schématiquement deux positions du rotor dans une construction conforme à l'invention où, au lieu de faire partie du rotor, comme dans la construction représentée sur les Figs. 1 et 2, la périphérie extérieure de la chambre à vannes est fixe et seule la périphérie intérieure tourne, les vannes formant ainsi avec la périphérie extérieure un joint étanche linéaire à jeu minime. Ainsi, dans cette construction, 1 est le rotor,,2 est le stator, et 12 est la butée disposée en travers de la chambre à vannes 8 entre les lumières d'entrée et de sortie 10 et 11, tandis que 16 représente une des vannes.
La Fig. 4 montre le rotor dans une position correspondant à celle de la Fig. 3 et on voit que dans la construction conforme à l'invention l'espace mort laissé dans l'évidement à vanne est très notablement inférieur vu qu'il se limite aux deux extrémités de l'évidement annulaire 14.
La Fig. 5 montre le rotor dans la position où l'extrémité d'attaque de l'évidement à vanne a dépassé le bord d'attaque de la butée 12, tandis que l'extrémité de fuite de l'évidement à vanne est encore dans la chambre à vannes.On voit que lorsque le rotor continue à tourner en approchant de la position représentée sur la Fig. 4, le mouvement de la vanne tend
<Desc/Clms Page number 12>
à comprimer le fluide entre le bord d'attaque de la vanne et la butée 12. Pour surmonter cette difficulté, on peut creuser une ou plusieurs rainures peu profondes 30 entre les extrémités de chaque évidement à vanne, ou on peut légèrement diminuer le rayon de courbure de la surface de l'évidement pour constituer un conduit d'évacuation.
Ce conduit fait office d'un passage par lequel le fluide d'actionnementpeut s'échapper de l'espace situé dans l'évidement à vanne en regard du bord avan- çant de la vanne. On voit que le conduit 30 communique avec le côté sortie de la chambre à vannes jusqu'à ce qu'il soit fermé par la partie de la périphérie du rotor, située immédiatement en arrière de l'extrémité de fuite de l'évidement à vanne, après quoi, jusqu'au moment où l'extrémité d'attaque de l'évidement dépasse l'extrémité de fuite de la butée, le conduit 30 peut servir de passage de communication par lequel le fluide peut passer d'une extrémité de l'évidement à vanne à l'autre.
Afin d'augmenter le rendement de la machine rotative conforme à l'invention, notamment quand le fluide d'actionnement est compressible comme dans le cas d'un compresseur d'air, une soupape de retenue peut éventuellement être aménagée dans la sortie de la chambre à vannes, cette sortie étant de préférence disposée aussi près que possible de l'extrémité de sortie de la chambre à vannes. De cette façon la contrepression qui autrement agirait sur les vannes pendant la majeure partie de leur course effective autour de la chambre à vannes est coupée par la soupape de retenue qui s'ouvre toutefois automatiquement quand le fluide se trouvant en regard de chaque vanne atteint la pression voulue pour permettre au fluide de passer à la sortie.
<Desc/Clms Page number 13>
La Fig. 6 montre une pareille variante de l'invention, appliquée à une construction qui peut de manière générale être analogue à celle représentée sur les Figs. 1 et 2. Ainsi, sur la Fig. 6, une soupape de retenue désignée par 31 est disposée dans le passage de sortie 11.
La Fig. 6 montre aussi une variante destinée à procurer un plus grand rapport de compression quand on opère sur ou avec de l'air ou un fluide d'actionnement compressible analogue et .qu'on emploie une soupape de retenue comme celle spécifiée cidessus. Dans cette construction, le côté de la butée adjacent à la sortie est prolongé, comme indiqué en 32 et reçoit sur toute la longueur de ce prolongement un contour intérieur qui suit approximativement le trajet parcouru par le bord de fuite de chaque vanne après que celle-ci a cessé de porter hermétiquement contre la périphérie extérieure de la chambre à vannes préalablement au passage devant la butée.
De cette manière, on voit que le volume de fluide compris entre chaque vanne et la butée immédiatement avant que la vanne cesse de porter hermétiquement contre la périphérie extérieure de la chambre à vannes est diminué et que le rapport de compression est ainsi augmenté.
Il est clair que la présente invention peut être appliquée aux machines rotatives du type décrit dans le brevet n .418169, où il est prévu des dispositifs pour faire varier la longueur effective de la chambre à vannes et, partant, la capacité de la machine.
Il est clair aussi que les formes constructives de l'invention peuvent varier notablement. Par exemple, dans une construction en général analogue à celle représentée sur les Figs. 1 et 2, le conduit 28 peut être omis et les périphéries des vannes peuvent faire joint étanche linéaire avec la pé- riphérie extérieure de la chambre à vannes. Toutefois, quand
<Desc/Clms Page number 14>
on désire des rendements volumétriques élevés, il est habituellement préférable de ménager les conduits qui procurent ainsi une séparation étanche par surface comme entre les vannes et la périphérie extérieure de la chambre à vannes.
Quand l'invention est appliquée à un dispositif de transmission, il faut observer que ce dispositif, si on l'utilise pour un embrayage à glissement, peut comporter une seule machine rotative conforme à l'invention avec des moyens d'étrangler ou de fermer à volonté la sortie, tandis que si on l'utilise comme un convertisseur de couple, il peut comporter deux machines rotatives conformes à l'invention accouplées entre elles de manière que le fluide débité par l'une d'elles, constituant une pompe, soit envoyé à l'autre, fonctionnant comme moteur, avec ou sans moyens de faire varier la capacité d'une ou de chacune des machines rotatives en vue de faire varier le rapport de couples ou de vitesses transmis par le dispositif.
En outre, il est à remarquer que le rotor, le stator et les autres éléments peuvent être assemblés de diverses manières ainsi qu'on le trouvera avantageux.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Improvements to rotary pressurized fluid machines and similar machines.
This invention relates to pressurized fluid rotary machines, pumps, motors, meters and similar machines, arranged to be actuated by or act on a fluid called hereinafter actuating fluid, whether they are used to act directly on the fluid. actuating fluid or to be directly actuated by it, or which are employed as devices such as transmissions or incorporated therein.
For convenience, these machines, pumps, motors, meters and the like will be referred to hereinafter as "rotary machines".
<Desc / Clms Page number 2>
The invention relates to rotary machines of the type specified, comprising members which define between them an annular valve chamber and which can rotate with respect to each other about the axis of the valve chamber, at least one stopper attached to one of the members and protruding through the valve chamber between the inlet and outlet ports, and valves which have peripherally a cross-section in the form of a circular segment and rotate continuously around their own axes in recesses formed in one of the radially opposite peripheries of the chamber, this periphery being carried by the other member,
and which are shaped so that during relative rotation of the members each valve protrudes through the valve chamber and forms a tight seal with the opposite periphery when the valve passes through the part or parts of the chamber not occupied by a stopper, but withdraws into its recess and is completely contained therein during its passage in front of the stop or stops.
It is clear that, as each valve must be completely contained in its recess as it passes a stopper, there is a transitional period immediately before and after each valve passes a stopper, during which, respectively, the valve withdraws into a stop. its recess and comes out, and therefore does not seal with the opposite periphery of the valve chamber although it passes through parts of the valve chamber which are not occupied by a stop.
The periphery in which the valve recesses are hollowed out will be referred to hereinafter as "valve housing periphery" and the opposite periphery will be called "sealing periphery". In addition, any element of a valve, which is between peripheral circular sealing elements of the valve and constitutes an interruption of the surface
<Desc / Clms Page number 3>
circular device of the valve to allow the latter to pass in front of a stopper will be referred to hereinafter as the “non-sealing element” of the valve. It is also assumed, in describing the invention, that the member carrying the stopper or the stops is fixed and the member carrying the periphery with valve housings rotates, but it is clear that the invention is also applicable to other arrangements where a relative rotation occurs between the two members.
With the rotary machines of the general construction mentioned above, using as heretofore valves of approximately segment-shaped cross-section, it is impossible to shape the non-sealing element (s) of the valves so as to match the surface of the stops near which they pass. Therefore, in the case of a pump or a compressor, a fraction of the actuating fluid is transferred from the discharge or high pressure side of the stopper to the inlet or low pressure side by the space thus left free.
A similar effect can also occur due to the fact that during the passage of the valve through the part of the valve chamber not occupied by the stopper (hereinafter called the swept part of the valve chamber) the valve does not completely fill. the recess in which it rotates and a free space is left there by the non-sealing element or elements of the valve, this space communicating first with the inlet side of the valve chamber and then, after having been closed by on both sides, with the side out.
In the case of a motor this results in a certain degree of transfer of actuating fluid from the high pressure side to the low pressure side of the valve, and in the case of a pump this results in a sudden influx of fluid. actuation in free space when this communicates with the high side
<Desc / Clms Page number 4>
valve chamber pressure, which can create a back pressure effect to some extent.
The object of the present invention is to provide certain improvements to rotary machines of the aforementioned type, in order to reduce or eliminate these difficulties mentioned.
For this purpose, according to the present invention, the valves of a rotary machine of the specified kind are given a cross section in the form of an annular segment and the recesses of the valve housing periphery are given a cross section similarly in the form of an annular segment. , that is to say in the form of an unclosed annular slot which accommodates the valve when it passes in front of the stop (s), but from which the valve protrudes during its rotation of its own axis with respect to the periphery valve housings to form a substantially fluid-tight seal with the sealing periphery.
In this way, the width of the dead space between each valve and the surface of the stopper near which the valve passes is limited to the width of the ends of the unclosed annular slot in which the valve rotates, instead of s Extend over the entire width of the seal member of the valve as in the previous proposal. We also realize that during the periods when the valve passes through the swept part (s) of the valve chamber, the unoccupied part of the annular slot is less than with the previous shape of the valve, so that the difficulties due the fact that this unoccupied part of the recess is brought into communication, successively, with the inlet and the outlet of the valve chamber are consequently attenuated.
<Desc / Clms Page number 5>
Preferably, the sealing periphery is formed or carried on the same member as the periphery with valve housings, so that these two peripheries rotate together.
In this case, the sealing periphery is provided opposite each valve recess with a groove having a surface in the form of a circular segment with the same center and radius of curvature as the outer surface of the valve recess, with so as to form a tight seal with the ring-shaped surface of the valve when the valve protrudes into the valve chamber.
It will be appreciated that with this arrangement each valve recess and its spline can be produced in a single boring operation, the spline in fact constituting part of the outer surface of the valve recess at the point where this outer surface, after being interrupted by the valve chamber, extends into the sealing periphery Not only does this arrangement provide surface sealing between the valves and the sealing periphery, but also has the advantage of rendering unnecessary perfect precision in the positioning of the valve axes,
since a slight imprecision can only result in a slightly wider or narrow groove without influencing the obtaining of a substantially pressure-tight seal between the valves and the sealing periphery cooperating with the valves.
In rotary machines of the type specified, the valves rotate, advantageously, relative to the periphery with valve housings in the opposite direction to the rotation of this periphery. With the present invention, when the leading edge of the ring-segment shaped valve has passed the leading edge of a stopper, some of the actuating fluid is trapped in the open end of the annular slot.
<Desc / Clms Page number 6>
The area in which the valve moves and the subsequent movement of the valve tends to compress this trapped fluid.
Further, in an oil lubricated gaseous fluid machine, lubricating oil may be trapped in a similar manner. According to another characteristic of the invention, in order to face this difficulty, which is advantageous in particular when the actuating fluid is substantially incompressible, arrangements can be made to communicate the leading end of each valve, when it passes a stopper, first with the outlet side of the valve chamber, then when the trailing end of the valve recess has passed the leading edge of the stopper, with the trailing end of the valve recess.
In this way, the production, in the recess, of excessive pressure by the advancing end of the valve is prevented and a substantial equalization of the pressures acting respectively on the leading and trailing edges of the valve is ensured. For example, the radius of curvature of the periphery of the concentric member in which the recesses are hollowed out can, at both ends of each valve recess, be slightly less than that of the remaining parts of this periphery which forms a tight seal with the stopper. . Alternatively, the same result can be obtained by employing suitable slits or lumens.
Another important advantage of the invention is that since the concentric member in which the valves rotate has parts which project axially into the valves in the form of an annular segment and constitute the inner walls of the annular valve recesses, the seats serving to support these valves can be accommodated in these parts of the concentric member and, therefore, they can be constituted by elongated roller bearings
<Desc / Clms Page number 7>
without undesirably increasing the total axial length of the machine.
The invention can be put into practice in various ways, but a single construction according to the invention is shown rather schematically, by way of example, with reference to the accompanying drawings which further show a variant of the invention and include schematic views serving to illustrate the general principle of the invention.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a longitudinal axial section of a rotary machine construction according to the invention,
Fig. 2 is a cross section of the machine shown in FIG. l, made along line II-II of Fig.l, - Figs. 5, 4 and 5 are schematic views serving to illustrate more clearly the general principle of the invention, and
Fig. 6 represents a constructive variant of the invention.
In the construction shown in Figs. 1 and 2, the machine which is of the same general construction as that described with reference to FIG. 10 of the drawings of patent n. 418,169, but with two simple valves, comprises a rotor 1 of generally cylindrical shape and a stator 2. The stator 2 comprises two flanges 3 and 4, one of which is crossed by a transmission shaft 5 rigidly. connected to the rotor and supported in a ball bearing 7 for supporting the other end of the rotor, as shown.
In the rotor 1, concentrically therewith, are formed two annular recesses 8 and 9 penetrating the rotor from its opposite ends and constituting annular valve chambers. In each annular chamber, between an inlet 10 and an outlet 11 for an actuating fluid, a stop protrudes into the stator casing 1 2, these stops
<Desc / Clms Page number 8>
being designated by the reference numerals 12 and 13. The inner part of the rotor 1, that is to say that which constitutes the inner walls of the recesses 8 and 9, is hollowed out by two recesses 14 and 15 of a cross section in shape of a circular segment, the axes of which are parallel to each other and to the axis of rotation of the rotor and which are shaped as shown.
The axial length of the recesses 14 and 15 is substantially equal to the spacing between the outer end wall of the valve chamber 8 and the outer end wall of the opposite valve chamber 9, and in each recess rotates a valve 16 of cross section in the form of an annular segment, the axial length of which is equal to that of the recesses 14 and 15. It can thus be seen that the inner part of the rotor 1 constitutes the periphery with valve housings. Each valve 16 is integral with a middle flange 17 which serves to connect the peripheral part in the form of an annular segment of the valve to a valve shaft 18, the ends of which are housed in bores 22 of the middle part of the rotor.
The peripheral surface of each flange 17 is circular where it passes through the interrupted portion of the circumference of the valve and has a radius of curvature equal to that of the outer periphery of the valve. In addition, the part of each flange, passing through the interrupted part of the circumference of the valve, can be massive, while its part located between the shaft 18 and the valve can be hollow so as to ensure dynamic equilibrium. of the valve when it rotates around the axis of its shaft.
As we realize the rotor 1 is hollowed out of short cylindrical recesses 19 to receive the flanges 17, the axial length of these recesses being substantially equal to that of the flanges.
<Desc / Clms Page number 9>
Each valve shaft 18 is provided with a pair of elongated roller bearings 20, 21 arranged in bores 22 of the middle part of the rotor 1, and also with a ball bearing 23 constituting an additional support.
The valve shafts and, with them, the valves are mounted to rotate in the rotor around their own axes in the opposite direction to the rotation of the rotor and in such a way that each valve performs one revolution in its recess for each complete revolution of the rotor. around the axis of the shaft 5. For this purpose, an epicyclic transmission train is provided which comprises planet wheels 24 fixed to the valve shafts 18, a fixed planetary wheel 25 mounted on the rotor casing 2 and two wheels intermediates 26, 27 each of which meshes with one of the planet wheels 24 and with the planetary wheel 25. However, transmission gears or other similar mechanisms can also be used to produce the desired rotation of the valves in their recesses about their own axes. when the rotor turns.
In the outer periphery of each valve chamber, opposite each valve recess, that is to say in the sealing periphery cooperating with the valves, an axial groove 28 is hollowed out, the surface of which is concentric with the recesses at valve 14,15 and in fact constitutes a continuation or part of the outer surface of the valve recess, so that when during rotation the outer periphery of the valve passes over the surface of the groove it forms with that here a tight seal with minimal clearance.
In this way, by reaming the valve recesses, the grooves are automatically formed, and it can be seen that in this way a satisfactory seal can be obtained between the valves and the sealing periphery, without the need to ensure a tight seal.
<Desc / Clms Page number 10>
perfect precision in the positioning of the axes of the valves, and that in addition, between the valve and the outer and inner peripheries of the valve chamber, a sealed separation by surface is obtained, with the advantages specific to this mode of sealed separation, over a linear sealed separation.
It should be observed that the other surfaces with relative movement of the machine, which during operation form a tight seal, advantageously also provide a tight separation with minimal play. Thus, the inner peripheries of the valve chambers 8 and 9 advantageously form a tight seal with minimal play with the inner faces of the stops 12 and 13 and, likewise, the outer peripheries of the valve chambers form a tight seal with minimal play with the surfaces. outside of the stops. On the other hand, the opposite ends of the stops advantageously form a tight seal with minimal clearance not only with the flange 17, but also with the middle part in the form of a flange of the rotor, which is disposed radially in the plane of the flange 17. between the adjacent ends of valve chambers 8 and 9.
Similarly, the outer circumferential surface of the rotor forms a tight seal with minimal clearance with the surrounding part of the stator casing 2.
If we refer to figs. 3, 4 and 5, which are cross sections of machines of the specified construction, made in the rotor, the stopper and a valve, seen in Fig. 3 an arrangement in which, as heretofore, the valves have approximately the shape of a segment of a circle, and are applied to a construction where the stator shell forms the outer periphery of the valve chamber and where the valves thus form a tight linear seal with minimal clearance with the outer periphery when rotating in
<Desc / Clms Page number 11>
their recesses and one piece with the rotor.
In this construction, the rotor is designated by la, the stator by 2a, the inlet and outlet ports respectively by 10a and 11a, the annular valve chamber by 8a, the stopper by 12a and the valves by 16a.
It can be seen that in the construction shown in FIG. 3 which shows the rotor in the position where a valve passes the stopper 12a, there is a significant volume or dead space in the valve recess between the non-hermetic part of the valve and the surface of the stopper.
Figs. 4 and 5 schematically shows two positions of the rotor in a construction according to the invention where, instead of being part of the rotor, as in the construction shown in Figs. 1 and 2, the outer periphery of the valve chamber is fixed and only the inner periphery rotates, the valves thus forming with the outer periphery a linear seal with minimal clearance. Thus, in this construction, 1 is the rotor ,, 2 is the stator, and 12 is the stopper disposed across the valve chamber 8 between the inlet and outlet ports 10 and 11, while 16 represents one of the valves.
Fig. 4 shows the rotor in a position corresponding to that of FIG. 3 and it can be seen that in the construction according to the invention the dead space left in the valve recess is very notably less since it is limited to the two ends of the annular recess 14.
Fig. 5 shows the rotor in the position where the leading end of the valve recess has passed the leading edge of stopper 12, while the trailing end of the valve recess is still in the chamber It can be seen that when the rotor continues to rotate, approaching the position shown in FIG. 4, the valve movement tends
<Desc / Clms Page number 12>
compressing the fluid between the leading edge of the valve and the stopper 12. To overcome this difficulty, one or more shallow grooves 30 can be cut between the ends of each valve recess, or the radius of the valve can be reduced slightly. curvature of the surface of the recess to form an exhaust duct.
This conduit acts as a passage through which the actuating fluid can escape from the space in the valve recess facing the leading edge of the valve. It is seen that the conduit 30 communicates with the outlet side of the valve chamber until it is closed by the portion of the periphery of the rotor, located immediately behind the trailing end of the valve recess. , after which, until the leading end of the recess passes the trailing end of the stopper, the conduit 30 can serve as a communication passage through which the fluid can pass from one end of the stopper. 'recess valve to the other.
In order to increase the efficiency of the rotary machine according to the invention, in particular when the actuating fluid is compressible as in the case of an air compressor, a check valve can optionally be fitted in the outlet of the valve chamber, this outlet preferably being disposed as close as possible to the outlet end of the valve chamber. In this way the back pressure which would otherwise act on the valves during the major part of their effective stroke around the valve chamber is cut off by the check valve which however opens automatically when the fluid located opposite each valve reaches the limit. pressure desired to allow fluid to pass to the outlet.
<Desc / Clms Page number 13>
Fig. 6 shows a similar variant of the invention, applied to a construction which can generally be similar to that shown in Figs. 1 and 2. Thus, in FIG. 6, a check valve designated 31 is disposed in the outlet passage 11.
Fig. 6 also shows an alternative for providing a greater compression ratio when operating on or with air or a similar compressible actuating fluid and employing a check valve such as that specified above. In this construction, the side of the stop adjacent to the outlet is extended, as indicated at 32, and receives over the entire length of this extension an interior contour which approximately follows the path taken by the trailing edge of each valve after that valve. this has ceased to wear hermetically against the outer periphery of the valve chamber prior to passing past the stop.
In this way, it is seen that the volume of fluid between each valve and the stopper immediately before the valve ceases to bear hermetically against the outer periphery of the valve chamber is reduced and that the compression ratio is thus increased.
It is clear that the present invention can be applied to rotary machines of the type described in patent no. 418169, where devices are provided for varying the effective length of the valve chamber and hence the capacity of the machine.
It is also clear that the constructive forms of the invention can vary considerably. For example, in a construction generally similar to that shown in Figs. 1 and 2, the conduit 28 can be omitted and the peripheries of the valves can form a linear seal with the outer periphery of the valve chamber. However, when
<Desc / Clms Page number 14>
high volumetric yields are desired, it is usually preferable to provide the conduits which thus provide a sealed separation by surface such as between the valves and the outer periphery of the valve chamber.
When the invention is applied to a transmission device, it should be observed that this device, if it is used for a slip clutch, can comprise a single rotary machine according to the invention with means of throttling or closing. at will the output, while if it is used as a torque converter, it can include two rotary machines in accordance with the invention coupled together so that the fluid delivered by one of them, constituting a pump, or sent to the other, operating as a motor, with or without means of varying the capacity of one or each of the rotary machines in order to vary the torque or speed ratio transmitted by the device.
Further, it should be noted that the rotor, stator and the other elements can be assembled in various ways as will be found advantageous.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.