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Machine hydraulique rotative.
Il existe une grande quantité de machines hydrau- liques rotatives fonctionnant soit comme pompe, soit comme réoepteur ou moteur. Les unes, comme les turbines par exem- ple, comportent une partie fixe présentant des aubes direc- trices dirigeant le fluide sur une roue rotative munie d'au- bes d'inclinaison réglable en fonction du débit du fluide.
D'autres oomportent une roue à palettes tournant excentri-
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quement dans un cylindre, les palettes coulissant dans des logements prévus dans la roue, leur extrémité libre res- tant toujours en contact avec la paroi intérieure du cylin- dre fixe. L'excentricité de la roue par rapport au cylindre pouvant être variable en fonction du débit de fluide. Si les machines à aubes conviennent Spécialement dans le oas de machines prévues pour de grandes puissances, celles 4 palettes par contre conviennent mieux pour les machines prévues pour de très faibles puissances et lorsqu'il s'a- git d'obtenir une vitesse de rotation proportionnelle au débit et indépendante de la pression.
Les machines hydrau- liques rotatives satisfaisant à ces conditions, connues à ce jour, ne conviennent pas pour des puissances moyennes, leur rendement étant alors assez défectueux. En effet, les machines à aubes ne sont pas suffisamment étanches, de sor- te que le fluide fuit entre les aubes directrioes et les aubes rotatives ; oelles à palettes par contre présentent des frottements très importants dans les guides des palet- tes, de sorte que ces dernières ne fonctionnent plus conve- nablement.
Dans les changements de vitesses hydrauliques par exemple actuellement réalisés, on emploie couramment des pompes ou réceptrices à palettes, dans lesquelles la variation du volume balayé par les palettes est obtenue en excentrant plus ou moins deux cylindres de rayons différents, l'un constituant le rotor, l'autre le stator de la maohine.
Les palettes coulissent dans des rainures radiales, prati- quées dans le stator. Dans ces conditions, la pression du fluide sur les palettes s'exerce dans une direction perpen- diculaire au déplacement des palettes dans les rainures du
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stator ; ces palettes ont donc tendance à coincer, ce qui limite énormément l'emploi de telles machines. Pour dimi- nuer le frottement des palettes sur le stator, on est obli- gé de les guider par un système de bagues coulissant dans des rainures circulaires, centrées sur le stator. Un tel montage est très compliqué et exige une très grande préci- sion de réalisation, si l'on veut éviter les fuites de flui- de entre les extrémités des palettes et le stator.
La présente invention a pour objet une machine hydraulique rotative qui tend à éliminer les inconvénients oités, par le fait qu'elle comporte au moins un organe ro- tatif sur la périphérie du quel sont articulés des organes d'étanohéité oscillants destinés à subir la poussée du flui- de, qui s'appliquent sur la paroi intérieure d'un cylindre dans lequel l'organe rotatif tourne excentriquement, des moyens étant prévus pour assurer l'étanchéité sur les côtés latéraux de l'organe rotatif.
Des disques d'étanchéité peuvent assurer l'étan- ohéité sur les côtés latéraux de l'organe rotatif, ces dis- ques étant prévus d'un diamètre plus grand que celui de l'organe rotatif, les organes d'étanchéité étant logés dans la gorge formée entre les deux disques et pivotés suivant des axes parallèles à l'axe de rotation de l'organe rotatif.
Ces organes d'étanchéité peuvent être tourillonnés par leurs deux extrémités dans les disques d'étanchéité, ces tourillons pouvant être disposés sur un cercle d'un diamètre tel que les organes d'étanchéité affleurent la surface péri- phérique de l'organe rotatif.
Les organes d'étanchéité peuvent s'appliquer sur la paroi intérieure du cylindre excentré, par l'intermédiaire
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de patins dont la surface est convexe et présente un rayon de courbure égal au rayon du cylindre excentré. n outre, chaque organe d'étanchéité peut oompor- ter un doigt arqué engagé dans un logement aménagé dans l'organe rotatif, et ce dans le but d'améliorer l'étanchéi- té par allongement de la ligne de fuite.
Le cylindre excentré peut être constitué par une surface cylindrique de diamètre plus grand que celui de l'organe rotatif muni de ses organes d'étanchéité, des moyens de réglage pouvant être prévus pour régler la posi- tion de l'axe du cylindre par rapport à celui de l'organe rotatif .
Le cylindre excentré peut être constitué par deux surfaces demi-cylindriques dont l'une est ooaxiale à l'or- gane rotatif tandis que l'autre, de même rayon que la pre- mière, est excentrée par rapport à cet organe rotatif.
Cette surface demi-cylindrique excentrée peut être pratiquée sur une pièce présentant des dégagements d'amenée et d'évacuation du fluide.
La surface demi-cylindrique axée sur l'organe ro- tatif peut être pratiquée sur une pièce maintenue rigidement par rapport à l'axe de rotation de l'organe rotatif, tandis que l'autre surface demi-cylindrique peut être pratiquée sur une pièce coulissant entre deux flasques assurant l'étanchéi- té sur les côtés latéraux de l'organe rotatif en coopérant avec les disques d'étanchéité, des moyens de réglage pouvant être prévus pour positionner la dite pièce coulissante en fonction du débit de la machine.
La pièce coulissante peut être reliée mécanique- ment a un relais hydraulique dont la position est fonction @
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de la pression du fluide régnant dans l'un des dégagements prévus pour l'amenée et l'évacuation du fluide.
Ce relais hydraulique peut être constitué par un cylindre, relié par une conduite à l'un des dits dégage- ments, dans lequel coulisse un piston soumis à l'action d'un ressort et relié mécaniquement à la pièce coulissante,.
Deux organes rotatifs semblables peuvent être pi- votés dans un même bâti, leurs organes d'étanchéité étant disposés de manière à obtenir un même Sens de rotation des deux organes rotatifs, les dégagements d'amenée et d'éva- cuation de fluide étant reliés entre eux deux à deux et les deux pièces coulissantes étant solidaire l'une de l'au- tre de manière à former un ensemble dans lequel l'un des or- ganes rotatifs est aotionné mécaniquement et travaille com- me une pompe tandis que l'autre est un récepteur aotionné hydrauliquement et travaille comme une turbine, le rapport de transmission des vitesses entre les deux organes étant fonction des rapports des couples moteur et résistant appli- qués aux deux organes rotatifs.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple et sché- matiquement, une forme d'exécution d'une machine selon l'in- vention.
La f ig. 1 en est une vue en coupe suivant l'axe de rotation de la machine ;
La fig. 2 en est une vue en coupe suivant la ligne
II-II de la fig. 1 ;
La fig. 3 en est une vue en coupe suivant la ligne
III-III de la fig. 2 ;
La fig. 4 est une vue de détail à plus grande échelle ; @
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La fig. 5 montre schématiquement un changement de vitesse hydraulique réalisé au moyen de deux machines selon l'invention.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, la partie rotative est constituée par un organe rotatif 1 fixé rigidement sur un arbre 2, Cet organe rotatif est muni, sur chacun de ses côtés latéraux, de disques d'étan- chéité 3 solidaires de l'organe rotatif 1. et destinés à transmettre l'effort des organes 4. Ces disques sont de plus grand diamètre que l'organe rotatif 1, et dans la gorge ainsi formée sont logés des organes d'étanchéité os- oillants 4, articulés sur les disques 3 au moyen de touril- lons 9. Ces derniers sont disposés sur un cercle ayant pour centre l'axe de rotation de l'organe rotatif. Le diamètre de ce cercle est choisi de manière que les organes d'étan- chéité affleurent la surface périphérique de l'organe rota- tif. Ces organes d'étanchéité peuvent donc osciller sur des axes parallèles à l'arbre 2.
La force centrifuge applique ces organes sur la paroi intérieure d'un cylindre excentré par rapport à l'arbre 2 et de même diamètre que le plus pe- tit cylindre formé par les organes d'étanchéité. Ce cylin- dre est constitué par deux parties ; l'une des parties 5 est usinée dans une pièce fixe 6, l'autre 7 dans une pièce 8 mobile radialement par rapport a l'organe rotatif.
La partie fixe de la machine est constituée par un bâti comportant deux flasques latéraux 10 entre lesquels est serrée la pièce .6. d'une part et d'autre part une pièce 22 en forme de U qui constitue la carcasse extérieure de la machine et sert d'entretoise entre les deux flasques laté- raux 10.
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La paroi 5 est usinée de manière a former un demi-cylindred'un diamètre égal au plus petit diamètre de l'organe rotatif muni de ses organes d'étanchéité. La pièce 6 est prévue de même épaisseur que l'organe rotatif 1. Ainsi cette pièce peut s'engager sans jeu entre les disques d'étanchéité 3, de manière que la surface cylin- drique 5 soit oentrée sur l'arbre 2. Des logements circu- laires sont prévus dans les flasques 10 pour recevoir les disques 3. La paroi 7 est usinée de manière a former un demi-cylindre de même diamètre que celui formé par la sur- face 5. Cette paroi 7 est usinée dans une pièce 8 présen- tant la forme d'un U ayant la même épaisseur que la pièce 6.
Cette pièce 8 coulisse entre les disques 3, guidée par les flasques 10, et pr'ésente deux dégagements 11 et 12 qui correspondent a des ouvertures 13 et 14 aménagées dans la pièce 6 et destinées à être reliées l'une à une condui- te d'amenée de fluide et l'autre à une conduite d'évacua- tion de fluide (non représentées).
Les organes d'étanchéité s'appliquent sur les parois cylindriques 5 et 7 par l'intermédiaire de patins 15 articulés sur leurs extrémités libres. Ces patins pré- sentent une face extérieure convexe, de même rayon de cour- bure que les parois 5 et 7. En vue d'éviter un frottement métallique, ce qui entraînerait une usure rapide des surfa- ces en présence, la face extérieure des patins comporte des rainures 16. Celles-ci se remplissent de liquide à chaque passage de l'organe d'étanchéité devant le dégagement d'ad- mission de liquide. Ce liquide, enfermé dans les alvéoles limitées par les parois des rainures 16 et la paroi cylin- drique, agit comme lubrifiant.
On peut prévoir le profil de
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ces rainures de manière a former un coin de liquide qui s'étale en un fin film capable de supporter, sans se dé- chirer, de fortes pressions et de grandes actions de frot- tement.
Les organes d'étanchéité présentent des doigts 17 arqués, destinés 'Il s'engager dans des logements 18 pra- tiqués dans l'organe rotatif. Ces doigts permettent de réa- liser une bonne étanchéité entre l'organe rotatif et les organes d'étanchéité, par allongement de la ligne de fuite.
La pièce 8 est suspendue à la carcasse par l'in- termédiaire d'un boulon 19 soumis à l'action d'un ressort 20 tendant à éloigner la paroi 7 de l'arbre 2. Un poussoir 21, agissant sur le boulon 19 contre l'action du ressort, permet de régler à volonté et selon le débit de fluide, la position radiale de la paroi 7 par rapport a l'arbre 2, po- sition qui détermine le volume balayé par les organes d'é- tanchéit é.
Le fonctionnement de la machine hydraulique rota- tive décrite se comprend sans autre.
Lorsque l'arbre 2 est entraîné en rotation, en sens contraire des aiguilles d'une montre, le fluide est aspiré par le canal 11 et refoulé dans le canal 12. Au cours de la rotation de l'organe rotatif 1, les organes d'étanchéi- té accomplissent un mouvement osoillant sur leurs tourillons, grâce auquel leurs patins 15 restent toujours en contact avec les parois cylindriques 5 et 7. On remarque que les poussées exercées par le fluide sur les organes d'étanchéité n'entra- vent en rien leurs mouvements oscillants. En effet, ces mou- vements s'effectuent dans le plan des poussées, en sorte qu'aucun coincement ne peut se produire. De plus, ces organes
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étant tourillonnés chacun par leurs deux extrémités dans les disques 3, leur guidage est aisé à réaliser.
Cette machine hydraulique est réversible, c'est- à-dire qu'elle peut fonctionner comme pompe, l'arbre 2 étant actionné par un couple moteur comme décrit ci-dessus, mais elle peut aussi fonctionner comme moteur. Dans ce cas, le fluide est introduit sous pression par l'ouverture 14 et dirigé sur les organes d'étanchéité par le canal 12.
L'organe rotatif est entraîné en rotation, contre l'action d'un couple résistant appliqué à l'arbre 2, par la poussée que le fluide exerce sur les organes d'étanchéité. Le flui- de transporté dans les alvéoles formées par les organes d'é- tanohéité, l'organe rotatif et le cylindre, est déchargé dans le canal 11 et sort par l'ouverture 13.
On pourrait aussi prévoir les parois cylindriques 5-7 usinées en une seule pièce et suivant un cylindre de plus grand diamètre que le plus petit diamètre formé par l'organe rotatif muni de ses organes d'étanchéité. En modi- fiant l'excentricité de ce cylindre par rapport à l'arbre 2, on a la possibilité de régler le volume balayé par les orga- nes d'étanohéité selon le débit de fluide. Toutefois, cette solution n'est pas très heureuse, car pour toutes les posi- tions du cylindre, sauf pour sa position la plus excentrée, le volume balayé par les organes d'étanchéité sur leur tra- jectoire inactive ne peut être nul. En conséquence, après avoir traversé la machine, une certaine quantité de fluide retourne dans le dégagement d'amenée de fluide,ce qui dimi- nue le rendement d'autant.
Par contre, en formant le cylindre domme décrit en référence au dessin, on a la possibilité de varier en quelque sorte le rayon du cylindre et donc son ex- @
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centricité par rapport , l'arbre 2, en maintenant l'un des demi-cylindres coaxial a l'organe rotatif.
La machine hydraulique rotative décrite peut être utilisée dans une foule d'applications diverses, et présente sur les machines de ce genre existantes l'avan- tage d'un réglage aisé et rapide de son débit. De plus, elle convient spécialement pour des applications dans les- quelles la pression du fluide est relativement élevée, le débit étant relativement faible, car-l'étanchéité est as- surée par de larges surfaces de contact et de longues li- gnes de fuite.
La fin. 5 montre schématiquement l'application de la machine décrite a un changement de vitesse hydrauli- que dont le rapport de transmission est variable en fonc- tion d'un couple résistant, le couple moteur étant supposé constant.
Deux machines semblables, et ayant même sens de marche, sont enfermées dans un même carter 24. Les organes des deux machines sont désignés par les mêmes chiffres de référence munis des indices a et b.
Les deux pièces 6a et 6b sont fixées rigidement l'une a l'autre, ainsi que les deux pièces 8a - 8b. La hau- teur de cette dernière est choisie de manière que lorsque le volume balayé par les organes d'étanchéité de l'une des machines est nul, le volume balayé par les organes de l'au- tre machine soit maximum. Les canaux lla et llb sont reliés l'un , l'autre, ainsi que les canaux 12a et 12b.
Si l'organe rotatif la est entraîné en sens in- verse des aiguilles d'une montre, le fluide est aspiré dans le canal lla et refoulé dans le canal 12a. La pression aug-
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mentedonc dans le canal 12b, et le fluide exerce une pous- sée sur les organes d'étanchéité attachés à l'organe rota- tif lb qui entraîne ce dernier en sens inverse des aiguilles d'une montre, contre l'action d'un couple résistant appliqué à l'arbre 2b. Le fluide circule en circuit fermé, la machine a fonctionnant comme pompe, la machine b fonctionnant comme récepteur ou moteur.
Si les volumes balayés par les organes d'étanohéi- té de chacune des deux machines sont égaux, les deux machi- nes tournent à la même vitesse et le couple exercé par le fluide sur l'arbre 2b est approximativement égal au couple moteur appliqué à l'arbre 2a.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 5, la position des cylindres mobiles 8a et 8b est fonction de la pression régnant dans le. canal 12a-12b. A cet effet, une conduite 25 relie ce canal à un cylindre 26 dans lequel cou- lisse un piston 27. Ce dernier est soumis à l'action d'un ressort 28, et sa tige de piston est attachée rigidement aux pièces 8a et 8b.
Si le couple résistant appliqué à l'arbre 2a aug- mente, la pression augmente dans la conduite 25. Le piston 27 se déplace contre l'action de son ressort et modifie les volumes balayés par les organes d'étanchéité de chacune des deux machines. Le volume balayé par les organes de la pompe diminue, tandis que celui balayé par les organes de la ma- ohine réceptrice augmente. En conséquence, la vitesse d'en- traînement de l'arbre 2a restant constante, la vitesse de ro- tation de l'arbre 2b diminue en fonction de l'augmentation du couple résistant qui lui est appliqué.
L'adaptation du rapport de transmission au couple résistant à vaincre est donc automatique.