<Desc/Clms Page number 1>
Machine rotative à oscillations libres - (Invention due à Messieurs Ernest MERCIER & Marcel EHLINGER)
On connaît des machines, en particulier les machines dites "à pistons libres", qui utilisent la force vive de mas( ses animées de mouvements linéaires oscillatoires pour transmettre de l'énergie mécanique sans faire intervenir aucun système de transmission à déformations du type bielle et manivelle* Dans ces machines, pendant la première fraction de toute course motrice, l'action de l'agent moteur est utilisée, notamment pour accélérer les masses mobiles en leur imprimant une vitesse croissante, et, par conséquent, en accumulant dans ces masses une force vive croissante.
Pendant la deuxième fraction de la même course motrice, les masses mobiles restituent cette force vive en perdant progressivement leur vitesse, pour produire du travail utile. Ce travail utile T consiste généralement en la
<Desc/Clms Page number 2>
compression d'une @ nasse gazeuse déterminée. Il est donné par la formule T=1/2MV2m, M étant la valeur de. la :nasse mobile et Vm sa vitesse maximum.
La présente invention a pour objet une nouvelle classe de machines, qui présente autant de variatés que la classe des machines à pistons libres, et qui, en particulier, permet de réaliser à volonté des machines du type compresseur ou des ma- chibes du type générateur, les éléments moteurs étant à combus- tion interne, à vapeur, ou à gaz indifféremment.
Dans cette nouvelle classe de machines, on fait encore usage de l'énergie cinétique de masses en mouvement pour pro- duire du travail utile sans l'intervention d'aucun mécanisme de transmission à déformation, mais, au lieu d'utiliser la for- ce vive de masses en mouvement rectiligne de translation, on fait appel à l'énergie cinétique de masses animées d'un mouve-. ment de rotation autour d'un axe. Dans une première fraction de toute course motrice, les masses mobiles reçoivent un mou- vement de rotation sans cesse accéléré et accumulent de l'éner- gie cinétique I 2, I étant le moment d'inertie ,des masses et Le) leur vitesse angulaire à un instant donné.
A la fin de cette première fraction de course, l'accélération cesse, passe par un maximum @ . Dans la deuxième fraction de la même course, les pisses mobiles transforment leur énergie dytique en travail en se ralentissant et la valeur du travail fourni T au moment où les masses s'arrêtent est T = 1 I@2.
2 m
Le dessin annexé montre à titre d'exemple comment peut être réalisée la présente invention.
Les figs. 1 et 2 montrent schématiquement an coupe normale à l'axe et en coupe axiale le principe de la machine.
<Desc/Clms Page number 3>
Les fig.s3 et 4 sont des vues analogues d'un mode de réalisation.
La fig. 5 montre schématiquement un-détail.
L'appareil se compose de deux éléments distincts qui ont été marqués par des hachures différentes :
1 est l'élément extérieur, ou enveloppe; il se compo- se d'une paroi extérieure cylindrique 4, de deux fsques 8 et 9 terminés par une couronne centrale 10, et de deux ci.oisons entretoises 6 5'.
2 est l'élément intérieur, ou roue;'/il se compose d'un corps cylindrique 6 porté par un arbre 11 tournant dans des pa- liers 11'; le corps cylindrique 6 porte deux pales 7 - 7,
Des organes d'étanchéité 3 sont établis de telle sor- te que lorsque le corps intérieur tourne autour de son axe et que les pales 7 se déplacent à l'intérieur de l'enveloppe, les fluides gazeux ou autres que peut renfermer l'appareil ne p,uis- sent pas passer d'un côté à l'autre de ces paies, ni sortir de l'appareil..
La machine est munie d'obturateurs non représentés qui peuvent être d'un type quelconque, à soupape, tiroir, etc..
Ceci dit, l'appareil étant dans la position de la fi- gure, la pale supérieure 7 divise la capacité supérieure de l'enveloppe en deux fractions, marquées 12 et 13; de même la pale inférieure divise la capacité inférieure en deux parties 14 et 15,lesqielles peuvent ne pas être égales respectivement aux fractions 12 et 13. Supposons que 1'on admette en 12 un , fluide moteur comprima, ou que 12 contenant de lair préalable- ment comprimé soit le siège d'une combustion, tandis que 13 aura été mis en commumication avec l'atmosphère.
Supposons de
<Desc/Clms Page number 4>
même que 14 contienne un gaz, par exemple de l'air à la pression atmosphérique, et que 15 ait été mis en communication avec la conduite de refoulement de ce gaz ou de cet air après compression. Sous l'action double, du fluide mateur en 12 et de l'air comprimé- en 15 (15 étant ici assimilable à. un espace nuisible), les pales 7 vont entraîner le corps 2 qui va se mettre à tourner autour de son axe, sans rencontrer d'abord de résistance sensible, de la part de l'air contenu en 14. L'appareil se trouvera exactement dans les mêmes conditions qu'un appareil à pistons libre au démarrée, avec cette différence que ses masses mobiles, au lieu de se mouvoir en ligne droite, vont prendre un mouvement de rotation autour de l'axe de l'arbre 11.
Aux environs de la mi course, la pression croissante de l'air en 14 contrebalancera la pression des gaz détendus en 12 et la vitesse angulaire atteindra son maximum m. Dans la deuxième partie de la course, la vitesse angulaire ira en diminuant graduellement, d'au tant plus qu'avant la fin de course l'évacuation des gaz da compartiment. 13 sera fermée de usinière à assurer la compression de ces gaz pour les amener à la pression de départ telle qu'elle existait en 12 au début du mouvement. Pendant cette fraction de course, l'air comprimé en 14 sera envoyé à la conduite, tandis que 15 aspirera de l'air frais. La vitesse angulaire finira par s'annuler avant que la pale 7 n'entre en contact avec la cloison entretoise 5' voisine.
A ce moment, tout sera disposé pour que les mêmes opérations se répètent en sens inverse, l'introduction du fluide moteur, ou la combustion ayant liée en 13 et l'échappement en 12 -et du coté compresseur, l'aspiration ayant lieu en 14 et la compression en 15.
<Desc/Clms Page number 5>
On se trouve ici en présence d'une machine, rotative à oscillations libres à une impulsion motrice par battement dans laquelle les efforts sur les deux éléments 1 et 2 de la machine sont toujours strictement égaux, car les mêmes masses gazeuses agissent ..toujours sur des éléments homologues des deu machines de marnes dimensions géométriques. La fréquence des battements d'une telle machine sera en tous points comparable à celle d'une machine à pistons libres usuelle dont les éléments auraient des dimensions analogues.
La variation du débit par unité de temps d'une telle machine pourra s'obtenir par la variation, de la fraction d'admission du fluide récepteur. L'équilibre entre énergie motrice et énergie réceptrice pourra être réglé automatiquement par l'action du régulateur sur la quantité de fluide moteur admise;
la régulateur pourra.} par exemple) être actionné par les variations de l'amplitude du mouvements
On remarquera que, dans ce qui précède, il n'a été fait aucune allusion à l'état de mouvement ou. d'immobilité de 11 élément 1 ou enveloppe,et,,en effetla machine peut fanetionner indifférement, sait que l'on fixe fortement l'élément 1 ou enveloppe, soit qu'on le laisse tourner, le corpz cylindri* que 6 lui servant alors de touillons.
Comme le corps 1 sera toujours soumis à des efforts alternatifs pouvant atteindre une valeur élevée, il sera nécessaire, dans le cas où ce corps 1 ou.enveloppe est fixe, de prendre des précautiom particulières dans son installation, comme.o n le fait, par exemple, pour l'installation des gros moteurs à combustion interne du type normale
<Desc/Clms Page number 6>
Si le corps 1 ou enveloppe n'est pad fixé, il prendra un mouvement de rotation opposée à celui du corps 2.
Si on appelle I' et@' le m ornent d'inertie et la vitesse angulaire du corps 1, comme on a appelé I et @ les éléments homolo- gues du corps 2, on aura à tout i-nstant : @/@=I/I'
Les angles de rotation décrits par les deux molles à chaque battement seront donc dans le rapport inverse des inerties de ces mobiles.
Il est commode de mesurer les angles parcourus par les longueurs relevées sur la circonférence décrite par le centre de gravité de la surface des pales et d'appeler course la longueur totale parcourue le long de cette circonférence pendant un battement.. On voit que pour une machine ayant, par exemple, une course totale de Om25 et dans laquelle le moment d'inertie de l'ehveloppe serait égal à 10 fois le moment d'inertie du mpbile intérieur, l'enveloppe parcourait sur la circonférence en question Om0227 et le mobile intérieur Om227 en sens inverse, à chaque battement.
Bien entendu, la figure 1 ne représente qu'un cas élémentaire; elle n'est, en aucune manière, limitative. On peut envisager des machinasde types très différents, par exemple des machinas où l'enveloppe extérieure serait fixe et non soumise à un effort quelconque de rotation et où deux mobiles intérieurs oscilleraient dans cette enveloppe fixe, en sens inverse l'un de l'autre.
A titre indicatif, pour montrer toute la portée de l'invention, et sans que cela constitue en aucune manière uhe limitation quelconque de cette invention, o va donner ci-après
<Desc/Clms Page number 7>
la description d'une machine conçue suivant le principe de l'invention et destinée à la production d'air comprimé à une pression élevée. Cette machine comporte des éléments moteurs destinés à recevoir de la vapeur sous forte pression ou des.gaz chauds,, Ces éléments moteurs comprennent un corps à haute pres- 'sion et deux corps à basse pression. Cette machine comporte aussi des éléments compresseurs qui comprennent également deux corps basse pression et un corps haute pression.
Elle-est représentée en coupe le long de l'éxe et en coupe perpendiculaire à l'axes sur les fige. 3 et 4*
L'élément extérieur ou enveloppe comporte ici six sections toriques semi circulaires marquées la 16 lc ld le lf.
Ces sections ne, possèdent pas forcément la même longueur, le long de la circonféence g sur laquelle, comme il a été dit, on mesure la. course, parce que leur longueur individuelle comprend : la course qui est évidemment consente pour toutes les sections, mais en outre l'épaisseur des pales mobiles et les espaces morts géométriques qui peuvent différer d'une section à l'autre. (On pourrait d'ailleurs admettre au.besoin que le rayon de la demi circonférence engendrant le tore variât d'une section à l'autre). Chacune de ces sections est établie avec les épaisseurs et la qualité du métal convenant à la pression et à la température des gaz qui y agissent.
Les six sections susdites sont reliées entre elles par six blocs entretoises marqués 5a 5b 5c 5d 5e 5f -Sections, et entretoises sont assemblées par des boulons figurés en 16a sur la coupe longitudinale fig. 3. Chaque section est munie à cet effet de collerettes qui ont été marquées en 15a sur la section la.
<Desc/Clms Page number 8>
Les épaisseurs et le métal des blocs entretoisas, comme ceux des sections, sont déterminas pour assurer à l'ensemble la résistance mécanique voulue. L'ensemble est complété par les traquas 8 et 9 terminées par les portées cylindriques 10.
Le tout est établi de telle sorte que chacun des éléments constituant l'enveloppe puisse se dilater à la demande de la température de son contenu sans entraîner de fatigue mécanique pour les autres éléments auxquels il est associé.
L'élément intérieur, ou roue, comporte le carpe cylindrique 6, convenablement allégé, d'après la fréquence des battements à obtenir, muni de six pales venues de forge avec lui, et marquées 7a 7b 7c 7d 7e 7f.- Ce corps cylindrique est claveté sur l'arbre central. 11, lequel tourne dans les portée. cylindriques 10 des flasques 8 et 9 qui lui servent de paliers.
Ces portées cylindriques 10, à leur tour, reposent sur les paliers 16 et 16' qui constituent le bâti fixe.
Dans le cas de la figure, l'enveloppe est mobile, comme la roue, mais, comme gn l'a vu, elle pourrait, avec quelques précautions., aussi bien être fixe. L'arbre 11 se termine par une portée de diamètre réduit 18 destinée à porter les roues dentées actionnant le mécanisme de distribution, commeon le verra.
L'élément la reçoit la vapeur vive, ou le gaz moteur à sa. pleins, pression; il est marqué HPm. La vapeur ou le gaz, après travail dans cette section, passe simultanément dans les sections lb et of de part et d'autre de la précédente. Ces sections ont été marquées en conséquence Bpm et Hp'm.
L'air naturel, ou déjà comprimé par ailleurs, est introduit dans les sections le. et le¯ simultanément; ces sections ont été marquées BP et Bp'. Après compression dans ces deux
<Desc/Clms Page number 9>
sections, l'air est refoulé dans la section ld, marquée HP, où il est porté à la pression définitive et refoulé dans la conduite de refoulement.
Tous les orifices de distribution sont pratiqués sur les faces correspondantes des blocs entretoises. Ces orifices ont été marqués en 19, 19' et 20, dans la section la seulement pour ne pas surcharger le dessina Ces blocs portent également les obturateurs et leurs tiges de commande figurées achémati- quement en 21 dans les blocs 5a et 5f, seulement pour la. même raison,
Le dessin suppose qu'on a fait usage d'obturateurs genre tiroir, par exemple d'obturateurs à grille du type ayant fait 1.1 objet du Brevet francais du 12 Septembre 1942 pour : Perfectionnements aux générateurs à pistons libres". On pourrait aussi bien faire usage de soupapes, de tiroirs cylindriques, etc...
Les blocs entretoises reçoivent l'aboutissement de tous les tuyaux amenant ou remportant gaz ou vapeur, ainsi que de tous les tuyaux connectant entre elles les sections. 11 a été figuré sur le bloc Sa seulement, en 22 l'arrivée du fluide moteur, en 23 le départ du fluide moteur partiellement détendu vers le BPm, en 24 le départ du même fluide vers le BP'm (ce départ peut être remplacé avantageusement par une communication à l'intérieur du bloc entretois,e 5a lui-même, entre les lumières d'évacuation du HPm et les lumières d'admission du BP'm), enfin, en 25 le départ du fluide moteur après détente dans le BP'm.
Chaque bloc entretoise reçoit ainsi quatre trans... missions de commandes d'obturateurs et quatre aboutissements de tuyauteries (pouvant être réduites à trois dans les blocs 5a 5b 5d et 5e, comme on l'a dit).
<Desc/Clms Page number 10>
La distribution est obtenue .vu moyen de deux arbres de distribution parallèles à 1?arbre principal et symétriquement placés, marqués à la fige 4 par 26 et 27. Ces arbres bien qu'en. traînés par l'arbre principal qui est animé d'un mouvement d'oscillation alternatif d'amplitude limitée, sont animées d'un mouvement de rotation complet, à raison d'un tour pour deui battements aller et retour de l'arbre principal. Cette combinai. son de mouvements peut, par exemple, être obtenue par le procédé ayant fait l'objet du Brevet francais du 9 Décembre 1942 pour "Perfectionnements aux machines à pistons libres". Les arbres auxiliaires actionnent les obturateurs au moyen de cames telles que 28, de tringlages tels que 29, et de culbuteurs tels que 30.
Il y a, comme on l'a vu, quatre jeux de cames, tringlaces et culbuteurs par bloc entretoise, soit 24 en tout, ou 12 par arbre auxiliaire.
Pour le surplus, le fonctionnement est identique à la description du début du présent brevet.
Par un agencement de même nature, différent dans ses détails, au lieu d'un ensemble moteur à vapeur ou à gaz, il serait possible de prévoir aussi bien un ensemble moteur canportant un ou plusieurs éléments à combustion interne qui pourraient être, le plus commodément, à quatre temps et à double effet dans chaque section motrice.
Le tout, dans tous les cas, est complété par les ca- lorifugeages ou refroidissements par circulation classiques qui ne présentent ici aucure difficulté particulière d'installation.
Il est évident, d'autre part, qu'au prix de modifica- tion de détails, mais suivant les mêmes principes, des appareils analogues pourraient être établis pour aspirer et refouler dea
<Desc/Clms Page number 11>
liquides, et dune. manière plus générale, accomplir un travail mécanique quelconque*
Ces machines peuvent, en particulier, et c'est une des revendications spéciales des inventeurs, se prêter à des couplages extrêmement intéressants. Par exemple, dans le cas de la compression de l'air ou d'un gaz quelconque, à très haute pression (100 kos ou au-delà) nécessitant une compression en Quatre étages il sera indiqué d'établir deux compresseurs du même type que celui qui vient d'être décrit.
L'un de ces appa- reils sera chargé d'effectuer deux étages de la compression, l'autre appareil les deux autres étages. Le tracé et les poids de ces appareils seront déterminés de manière à leur donner la même fréquence de battement. Ceci fait; les deux enveloppes seront rigidement accouplées- et les roues seront accouplées au moyen d'un harnais, par exemple celui qui est représenté par la figure 5, obligeant les oscillations des deux roues à être en opposition. Dans ces conditions, les enveloppas seront fixes sans qu'll soit nécessaire de les ancrer dans le sol.
Le harnais d'accouplement est, par exemple, constitué comme suit (fig. 5):
Les deux arbres sont disposés l'un à la suite de l'autre, le long du même axe 0; sur le premier arbre est calée la manivelle a actionnant la bielle a c; sur le duxième est calée la manivelle .2. b symétrique de o a et actionnant la bielle b c . En c, les deux bielles sont attelées sur le même bloc muni de deux patins d e., guidés par deux glissières 1 g.
Quand la manivelle o décrira l'arc Ó, la manivelle Il décrira un arc identique, mais en tournant en sens inverse; le bloc c, pendant ce temps, effectuera une oscillation d'amplitude
Les indications qui précèdent ne sont nullement rectrictives, les machines du présent type étant susceptibles de
<Desc/Clms Page number 12>
recevoir tous les agencements et tous les accessoires utilisés dans les autres machines et notamment dans les machines à pistons libres, tels que : matelas, organes accélérateurs, (conformes au Brevet français N 873.751 du 6 Mars 1941) ainsi que des volants à inertie réglable, etc..
Ces machines pourront également être conçues pour fonctionner avec un temps moteur par course, ou par cycle, c'est-à-dire par deux courses* -:- REVENDICATIONS -:- l. Machine alternative actionnée par de la vapeur ou des gaz., ou par des systèmes à combustion interne, mettant en jeu l'énergie cinétique de ses éléments mobiles, pom effectuer, sans l'interposition d'aucun mécanispe à défomation, tous travaux utiles, ,tels que compression d'air ou de az à toutes pressions, par compressions successives étagées, ou autrement, ou refoulement de tous liquides caractérisée en ce que ses éléments mobiles sont animés de mouvements rotatifs oscillatoires.
<Desc / Clms Page number 1>
Rotary machine with free oscillations - (Invention due to Messrs Ernest MERCIER & Marcel EHLINGER)
Machines are known, in particular so-called "free piston" machines, which use the live force of mas (its oscillatory linear movements to transmit mechanical energy without involving any deformation transmission system of the connecting rod type and crank * In these machines, during the first fraction of any driving stroke, the action of the driving agent is used, in particular to accelerate the moving masses by imparting to them an increasing speed, and, consequently, by accumulating in these masses a growing force.
During the second fraction of the same driving stroke, the mobile masses restore this living force by gradually losing their speed, to produce useful work. This useful work T usually consists of the
<Desc / Clms Page number 2>
compression of a determined gas trap. It is given by the formula T = 1 / 2MV2m, M being the value of. la: mobile trap and Vm its maximum speed.
The object of the present invention is a new class of machines, which presents as many variations as the class of free piston machines, and which, in particular, allows machines of the compressor type or machines of the generator type to be produced at will. , the driving elements being internal combustion, steam, or gas indifferently.
In this new class of machines, use is still made of the kinetic energy of moving masses to produce useful work without the intervention of any deformation transmission mechanism, but, instead of using force. this quick movement of masses in rectilinear movement of translation, we call upon the kinetic energy of masses animated by a movement. ment of rotation around an axis. In a first fraction of any driving stroke, the moving masses receive an unceasingly accelerated rotational movement and accumulate kinetic energy I 2, I being the moment of inertia, of the masses and Le) their angular speed at any given time.
At the end of this first fraction of the stroke, the acceleration stops, goes through a maximum @. In the second fraction of the same stroke, the mobile pisses transform their dytic energy into work by slowing down and the value of the work done T at the moment when the masses stop is T = 1 I @ 2.
2 m
The accompanying drawing shows by way of example how the present invention can be implemented.
Figs. 1 and 2 schematically show a section normal to the axis and in axial section the principle of the machine.
<Desc / Clms Page number 3>
The fig.s3 and 4 are similar views of an embodiment.
Fig. 5 schematically shows one-detail.
The device consists of two separate elements which have been marked with different hatching:
1 is the outer element, or envelope; it is composed of a cylindrical outer wall 4, of two fsques 8 and 9 terminated by a central crown 10, and of two spacer sections 6 5 '.
2 is the inner element, or wheel; '/ it consists of a cylindrical body 6 carried by a shaft 11 rotating in bearings 11'; the cylindrical body 6 carries two blades 7 - 7,
Sealing members 3 are established in such a way that when the inner body rotates around its axis and the blades 7 move inside the casing, the gaseous or other fluids which the apparatus may contain. cannot switch from one side of these pays to the other, nor exit the machine.
The machine is provided with shutters, not shown, which may be of any type, with valve, spool, etc.
That said, the apparatus being in the position of the figure, the upper blade 7 divides the upper capacity of the envelope into two fractions, marked 12 and 13; likewise the lower blade divides the lower capacity into two parts 14 and 15, which may not be equal to the fractions 12 and 13 respectively. Let us suppose that one admits in 12 a compressed working fluid, or that 12 containing prior air - compressed is the seat of combustion, while 13 will have been placed in communication with the atmosphere.
Suppose to
<Desc / Clms Page number 4>
even that 14 contains a gas, for example air at atmospheric pressure, and that 15 has been placed in communication with the delivery pipe for this gas or this air after compression. Under the double action, of the matting fluid in 12 and of the compressed air in 15 (15 being here assimilated to a harmful space), the blades 7 will drive the body 2 which will begin to rotate around its axis. , without first encountering any appreciable resistance, from the air contained in 14. The device will be in exactly the same conditions as a device with free pistons when started, with this difference that its moving masses, when started. instead of moving in a straight line, they will take a rotational movement around the axis of the shaft 11.
Around mid-stroke, the increasing air pressure at 14 will counterbalance the pressure of the expanded gases at 12 and the angular velocity will reach its maximum m. In the second part of the race, the angular speed will decrease gradually, at most that before the end of the race the evacuation of gases da compartment. 13 will be closed to ensure the compression of these gases to bring them to the starting pressure as it existed at 12 at the start of the movement. During this fraction of the stroke, the compressed air at 14 will be sent to the pipe, while 15 will suck in fresh air. The angular speed will eventually cancel out before the blade 7 comes into contact with the neighboring spacer wall 5 '.
At this time, everything will be arranged so that the same operations are repeated in the opposite direction, the introduction of the driving fluid, or the combustion having linked in 13 and the exhaust in 12 - and on the compressor side, the suction taking place in 14 and compression in 15.
<Desc / Clms Page number 5>
We are here in the presence of a rotating machine with free oscillations with a driving pulse per beat in which the forces on the two elements 1 and 2 of the machine are always strictly equal, because the same gaseous masses act on ... homologous elements of the two marl machines geometric dimensions. The frequency of the beats of such a machine will be in all points comparable to that of a conventional free piston machine, the elements of which have similar dimensions.
The variation of the flow rate per unit of time of such a machine can be obtained by the variation of the intake fraction of the receiving fluid. The balance between motive energy and receiving energy can be adjusted automatically by the action of the regulator on the quantity of motive fluid admitted;
the regulator could.} for example) be actuated by variations in the amplitude of movement
It will be noted that, in the above, no allusion has been made to the state of motion or. immobility of 11 element 1 or envelope, and, in fact, the machine can fan it indifferently, knows that one strongly fixes the element 1 or envelope, or that it is left to rotate, the body cylindri * that 6 serving it then stirs.
As the body 1 will always be subjected to alternating forces which can reach a high value, it will be necessary, in the case where this body 1 or.envelope is fixed, to take particular precautions in its installation, as. example, for the installation of large internal combustion engines of the normal type
<Desc / Clms Page number 6>
If the body 1 or envelope is not fixed pad, it will take a rotational movement opposite to that of body 2.
If we call I 'and @' the m adorn with inertia and the angular velocity of body 1, as we have called I and @ the homologous elements of body 2, we will have at all times: @ / @ = I / I '
The angles of rotation described by the two soft at each beat will therefore be in the inverse ratio of the inertias of these mobiles.
It is convenient to measure the angles traversed by the lengths recorded on the circumference described by the center of gravity of the surface of the blades and to call stroke the total length traversed along this circumference during a beat. We see that for a machine having, for example, a total stroke of Om25 and in which the moment of inertia of the envelope would be equal to 10 times the moment of inertia of the internal mpbile, the envelope traveled on the circumference in question Om0227 and the mobile interior Om227 in reverse order, at each beat.
Of course, FIG. 1 represents only an elementary case; it is in no way limiting. We can consider machinas of very different types, for example machinas where the external envelope would be fixed and not subjected to any rotational force and where two internal mobiles would oscillate in this fixed envelope, in the opposite direction to each other. .
As an indication, to show the full scope of the invention, and without this constituting in any way whatsoever a limitation of this invention, o will give below
<Desc / Clms Page number 7>
the description of a machine designed according to the principle of the invention and intended for the production of compressed air at high pressure. This machine has driving elements for receiving high pressure steam or hot gases. These driving elements comprise a high pressure body and two low pressure bodies. This machine also includes compressor elements which also include two low pressure bodies and one high pressure body.
It is shown in section along the axis and in section perpendicular to the axis on the freezes. 3 and 4 *
The outer element or envelope here comprises six semi-circular toroidal sections marked the 16 lc ld the lf.
These sections do not necessarily have the same length along the circumference g on which, as has been said, the. stroke, because their individual length includes: the stroke which is obviously suitable for all the sections, but in addition the thickness of the movable blades and the geometric dead spaces which may differ from one section to another. (One could moreover admit au.neeed that the radius of the half circumference generating the torus varied from one section to another). Each of these sections is established with the thicknesses and the quality of the metal suitable for the pressure and the temperature of the gases which act there.
The six aforementioned sections are connected to each other by six spacer blocks marked 5a 5b 5c 5d 5e 5f -Sections, and spacers are assembled by bolts shown at 16a on the longitudinal section fig. 3. Each section is provided for this purpose with flanges which have been marked at 15a on section la.
<Desc / Clms Page number 8>
The thicknesses and the metal of the spacer blocks, like those of the sections, are determined to ensure the desired mechanical resistance. The set is completed by traquas 8 and 9 terminated by cylindrical spans 10.
The whole is established so that each of the elements constituting the envelope can expand at the demand of the temperature of its contents without causing mechanical fatigue for the other elements with which it is associated.
The interior element, or wheel, comprises the cylindrical carp 6, suitably lightened, according to the frequency of the beats to be obtained, provided with six blades from the forge with it, and marked 7a 7b 7c 7d 7e 7f.- This cylindrical body is keyed on the central shaft. 11, which rotates in staves. cylindrical flanges 8 and 9 which serve as bearings.
These cylindrical bearing surfaces 10, in turn, rest on the bearings 16 and 16 'which constitute the fixed frame.
In the case of the figure, the envelope is movable, like the wheel, but, as gn saw it, it could, with some precautions, as well be fixed. The shaft 11 ends with a reduced diameter bearing surface 18 intended to carry the toothed wheels actuating the distribution mechanism, as will be seen.
The element receives the live steam, or the driving gas at its. full, pressure; it is marked HPm. The steam or gas, after working in this section, passes simultaneously in sections 1b and of on either side of the previous one. These sections have been marked accordingly Bpm and Hp'm.
The natural air, or already compressed elsewhere, is introduced in the sections le. and lē simultaneously; these sections were marked BP and Bp '. After compression in these two
<Desc / Clms Page number 9>
sections, the air is discharged into section ld, marked HP, where it is brought to the final pressure and discharged into the discharge line.
All the distribution orifices are made on the corresponding faces of the spacer blocks. These orifices have been marked at 19, 19 'and 20, in section 1a only so as not to overload the drawing. These blocks also carry the shutters and their control rods shown in sequence at 21 in blocks 5a and 5f, only for the. same reason,
The drawing assumes that use has been made of drawer-type shutters, for example gate shutters of the type having been the subject of the French Patent of September 12, 1942 for: Improvements to free-piston generators. ”We could as well do use of valves, cylindrical drawers, etc.
The spacer blocks receive the termination of all the pipes bringing or carrying gas or steam, as well as all the pipes connecting the sections to each other. 11 has been shown on the Sa block only, in 22 the arrival of the working fluid, in 23 the departure of the partially expanded working fluid towards the BPm, in 24 the departure of the same fluid towards the BP'm (this departure can be replaced advantageously by a communication inside the spacer block, e 5a itself, between the exhaust ports of the HPm and the intake ports of the BP'm), finally, by the departure of the working fluid after expansion in the BP'm.
Each spacer block thus receives four transmissions of shutter commands and four pipe ends (which can be reduced to three in blocks 5a 5b 5d and 5e, as has been said).
<Desc / Clms Page number 10>
The distribution is obtained by means of two distribution shafts parallel to the main shaft and symmetrically placed, marked in the fig 4 by 26 and 27. These shafts although in. dragged by the main shaft which is driven by a reciprocating movement of limited amplitude, are driven by a complete rotational movement, at the rate of one revolution for two back and forth beats of the main shaft. This combination. sound of movements can, for example, be obtained by the process which was the subject of the French patent of December 9, 1942 for "Improvements to free piston machines". The auxiliary shafts operate the shutters by means of cams such as 28, linkages such as 29, and rocker arms such as 30.
There are, as we have seen, four sets of cams, linkage and rocker arms per spacer block, 24 in all, or 12 per auxiliary shaft.
For the rest, the operation is identical to the description at the beginning of this patent.
By an arrangement of the same nature, different in its details, instead of a steam or gas engine assembly, it would be possible to provide both an engine assembly carrying one or more internal combustion elements which could be, most conveniently. , four-stroke and double-acting in each drive section.
The whole, in all cases, is supplemented by the classic thermal insulation or cooling by circulation which does not present here any particular difficulty of installation.
It is evident, on the other hand, that at the cost of modification of details, but following the same principles, analogous apparatuses could be established for sucking up and discharging
<Desc / Clms Page number 11>
liquids, and dune. more generally, perform any mechanical work *
These machines can, in particular, and this is one of the special claims of the inventors, lend themselves to extremely interesting couplings. For example, in the case of compressing air or any gas, at very high pressure (100 kos or more) requiring compression in Four stages, it will be advisable to establish two compressors of the same type as the one just described.
One of these devices will be responsible for performing two stages of the compression, the other device the other two stages. The layout and weights of these devices will be determined so as to give them the same beat frequency. This does; the two envelopes will be rigidly coupled - and the wheels will be coupled by means of a harness, for example that shown in FIG. 5, forcing the oscillations of the two wheels to be in opposition. In these conditions, the envelopes will be fixed without it being necessary to anchor them in the ground.
The coupling harness is, for example, made as follows (fig. 5):
The two shafts are arranged one after the other, along the same axis 0; the crank a activating the connecting rod a c is wedged on the first shaft; on the second is the crank. 2. b symmetrical with o a and actuating the connecting rod b c. At c, the two connecting rods are hitched to the same block equipped with two e. Pads, guided by two 1 g slides.
When the crank o describes the arc Ó, the crank It will describe an identical arc, but turning in the opposite direction; block c, meanwhile, will perform an amplitude oscillation
The foregoing indications are in no way restrictive, machines of this type being liable to
<Desc / Clms Page number 12>
receive all the fittings and all the accessories used in other machines and in particular in free piston machines, such as: mattresses, accelerators (in accordance with French Patent N 873,751 of March 6, 1941) as well as adjustable inertia flywheels, etc ..
These machines may also be designed to operate with one engine time per stroke, or per cycle, that is to say by two strokes * -: - CLAIMS -: - l. Reciprocating machine powered by steam or gas., Or by internal combustion systems, bringing into play the kinetic energy of its mobile elements, to carry out, without the interposition of any defomation mechanism, all useful work, , such as compression of air or az at all pressures, by successive staged compressions, or otherwise, or delivery of all liquids characterized in that its movable elements are driven by oscillatory rotary movements.