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"Perfectionnements apportés aux machines à pistons libres".
Monsieur PATERAS PESCARA (Raul) et Sté dite : SOCIETE D'ETUDES & DE PARTICIPATIONS,
EAU. GAZ, ELECTRICITE, ENERGIE, S.A Demandes de brevets français en leur faveur du 30 Mai 1944 et du 26 Février 1945 (Addition).
L'Intention est relative aux machines à pistons libres comportant au moins un équipage mobile constitue par un piston moteur solidaire d'au moins un piston compresseur, 11-expression piston compresseur pouvant dési- gner ici aussi bien un piston assurant un refoulement effectif de gaz, qu'un piston coagissant avec un cylindre contenant un matelas. de gaz: ser- vant d'accumulateur d'énergie pour- assurer le retour du susdit équipage mobile, ou encore un piston assurant simultanément ces deux fonctions.
Elle concerne plus particulièrement, parce due c'est dans leur cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, panai ces machines, les auto-compresseurs ou auto-géné- rateurs à pistons libres, c'est-à-dire les machines du genre indiqué com ' portant au moins une capacité motrice et une capacité compresseur, et dans lesquelles l'air comprimé est envoyé aux machines ou éléments récepteurs, soit directement (cas des auto-compresseurs), soit après avoir traversé en partie au moins la capacité, motrice (cas des auto-générateurs).
Elle a pour but, surtout, de rendre lesdites machines telles que leur équipage mobile soit mieux guidé que jusqu'à présent.
Elle consiste principalement à prévoir au moins une articulation, de préférence en forme de rotule, dans les moyens qui guident par coulisse- ment ledit, équipage mobile dan.s les cylindres à l'intérieur desquels il se déplace.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps ,.et dont il sera plus explicitement parlé ci-après., notamment :
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en une seconde disposition consistant à assurer un guidage supplé- mentaire des équipages mobiles des machines du genre en question par une tige excentrée fixe, parallèle à la direction de déplacement des- dits équipages, cette tige traversant à frottement doux le piston com- presseur de ces mêmes équipages.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application, ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les machines du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, les élémentsspéciaux propres à leur établisse- ment, ainsi que les engins ou installations comportant de semblables machines.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin seul, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. l de ce dessin montre, en coupe axiale schématique, un auto-générateur à pistons libres établi conformément à l'invention.
Les fig. 2 et 3 montrent, respectivement, en coupe selon la ligne II-II de la fig. 3 et III-III de la fig. 2, une partie du piston compresseur avec les moyens de guidage qui traversent ce piston parallè- lement à son axe, à une certaine distance de celui-ci.
La fig. 4, enfin, montre en perspective un élément de ces derniers moyens de guidage.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses di- verses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préfé- rence, se proposant, par- exemple-, d'établir un auto-générateur de gaz sous pression comportant deux équipages mobiles symétriques l'un de l'autre et reliés entre eux par un dispositif de synchronisation (non représenté sur le dessin), on s'y prend comme suit, ou de façon analogue.
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En ce qui concerne tout d'abord l'ensemble de cette machine, à l'exception des moyens de guidage de ses équipages mobiles, on peut J'établir de n'importe quelle manière appropriée, par exemple de celle
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qu'illustre le dessin ef selon laquelle on procède de la façon suivante.
On. prévoit un cylindre moteur 1 entouré par un carter d'alimentation 2 et comportant des lumières d'admission. 3 et des lumières d'échappement 4 découvertes respectivement par des pistons moteurs 5 et 5' lorsque- ces derniers' atteignent leurs positions extrêmes.
On rend solidaire de chacun, de ces pistons moteurs, de la façon, usuelle, un piston compresseur 6, 6;, de plus grand diamètre que le piston moteur correspondant, coagissant avec un cylindre. ?.
On ferme chacun des cylindres 7, du côté du point mort extérieur du- piston compresseur correspondante par unje culasse 8 et, du côté du point mort intérieur, par une. cloison annulaire 9.
On ménage, intérieurement à chacun- des équipages mobiles et selon son axe, un logement 10 dans lequel puisse s'engager et coulisser un tube 11 fixé axialement à chaque culasse 8.
On prévoit, pour les capacités de volume variable situées du côté des points morts Intérieurs des pistons, des clapets d'aspiration 12 et des clapets de refoulement 13, ces derniers étant avantageusement disposés dans les cloisons 9 de façon à conduire l'air comprimé par les pistons 6, 6' dans le carter 2 situé entre les cloisons 9, l'air pénétrant ensuite dans le cylindre moteur par les lumières d'admission 3 qui débouchent directement dans ce carter.
Enfin.,. on agence les capacités de volume variable situées du: coté des points morts extérieurs des pistons de telle façon qu'elles jouent, comme connu., le râle d'accumulateurs d'énergie assurant le retour des équipages mobiles vers leurs points morts intérieurs.
Cela étant, au. lieu: de prévoir, comme on le faisait jusqu'à présent, un simple coulissement, d'une part, du piston moteur 5 ou 5' dans le cylindre moteur 1 et, d'autre part, du tube 11 dans le logement 10, on fait coagir une articulation, de préférence en forme de rotule, aussi bien avec les moyens de guidage axial du. piston moteur dans le cylindre moteur qu'avec le guidage du piston compresseur réalisé par le coulissement du. tube 11 dans le logement 10; on évite ainsi toute possibilité de coincement ou de frottement qui pourrait être causé par un
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défaut d'alignement des axes respectifs, d'une part, du cylindre 1 et du piston 5 ou 5' et, d'autre part, du logement 10 et du tube 11 et on assure un excellent centrage de l'équipage mobile.
L'articulation prévue pour le guidage axial du piston compres- seur est constitué, selon le dessin, par une rotule 14 interposée entre ledit tube Il et le logement 10. On situe ladite rotule de préférence près de la face externe du piston.
Pour ce qui est du guidage axial du piston moteur, on le réa- lise avantageusement au moyen d'un élément cylindrique 30 divisé en deux moitiés et dont la surface cylindrique extérieure coagit avec la surface cylindrique intérieure du cylindre moteur. Cet élément porte à l'intérieur une surface sphérique creuse 31 qui repose sur une surface correspondante
32 solidaire du piston moteur. Les deux: surfaces sphériques SI, 32 consti- tuent la rotule coagissant avec le guidage axial en question. Pour faci- liter le montage, on constitue chacun des pistons moteurs 5, 5' en trois parties 5a, 5b et 5c.
La partie 5a porte le fond du piston, la partie 5c est solidaire directement du piston compresseur correspondant, tandis que la partie 5b relie les deux parties 5c et 5a l'une avec l'autre; c'est cette partie intermédiaire 5b qui porte la surface sphérique 32 sur laquelle repose l'élément cylindrique de guidage 30.
Vers l'extrémité libre du tube 11, on peut prévoir un presse- étoupe 15 à l'intérieur duquel coulisse de façon étanche une douille 16 ouverte à ses deux extrémités et assemblée au fond du piston 5, 5' de telle façon que l'intérieur de cette douille communique avec une cavité
17 prévue intérieurement au..'fond. dudit piston.
Il suffit alors de fixer, intérieurement au tube 11, un conduit
18 pénétrant avec jeu dans la douille 16 et dont l'extrémité libre ou- verte se trouve, lorsque le piston correspondant est à son point mort extérieur extrée, à proximité de la cavité 17, pour que, si l'on injecte par ce conduit 18 un liquide de refroidissement, ce liquide s'écoule dans la catité 17 puis revienne en arrière par l'intérieur de la douille
16 et du tube Il pour être ensuite,évacué par un passage de sortie 19 approprié.
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Et, ou bien.. on. se contente de procéder ainsi qu'il vient d'être exposé, ou bien, at mieux/on a recours à certaines autres dispositions, telles que la suivante, laquelle pourrait, bien entendu, être utilisée isolément.
Selon cette disposition, ayant établi une machine à pistons libres, par exemple de la faon susindiquée, on: assure un guidage supplé- mentaire de chacun des équipages mobiles de cette machine par une tige excentrée 20, fixe et parallèle à l'axe commun des cylindres, cette tige traversant à frottement dôme 101 coulisseau 21 prévu, dans les pistons compresseurs desdits équipages. De préférée-ce, on fait en sorte que ledit coulisseau ait la possibilité d'un. certain mouvement radial par rapport au piston compresseur pour permettre à ce dernier une libre dilatation.
De plus, on prévoit un presse-étoupe qui assurera l'étanchéité entre les deux espaces situés de part et d'autre du piston compresseur. A cet effet, on munit ledit coulisseau de surfaces radiales planes 21a qui coagissent avec des surfaces de guidage correspondantes 33 solidaires du piston 6 6', Les surfaces de guidage 33 sont portées par un chapeau 34 dont la forme ressort de la fig. 4 et qui, sous l'action de moyens de serrage, par exemple de vis, non preprésemtées, met sous pression la garniture 35 du presse-étoupe. L'ensemble- des éléments :?il. 54, 35 peut étre logé dans une douille 36 qui est fixée à l'intérieur' du: piston 6.
On fixe avantageusement la tige 20 à la susdite cloison annulaire 2 et on la prolonge suffisamment, du coté du point mort extérieur du piston compresseur considéré, pour que ledit piston soit constamment guidé, quelle que soit la longueur de sa course.
Avantagensement, les deux: tiges 20 de la même machine pouvant être situées dans le prolongement l'une de l'autre, on les fait tubulaires et ouvertes à leurs deux extrézités et on réunit leurs extrémités internes par un. tube 20a situé à l'intérieur du carter- 2, ce tube ayant ainsi pour effet de faire communiquer en permanence entre eux les deux accumulateurs d'énergie.
Dans le cas où la démarrage de la machine doit être assuré par de l'air comprimé agissant dans les susdits accumulateurs, on pourra alors
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très simplement introduire l'air de démarrage, à partir du dispositif de démarrage 22, dans l'intérieur du tube 20a pourvu à cet effet d'une ou- verture 23.
En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on a réalisé une machine dont le fonctionnement et les avantages ressor- tent suffisamment de ce qui précède pour- qu'il soit inutile d'entrer, à leur sujet, dans aucune explication supplémentaire. crame il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus particulièrement envisagés;
elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celle où la machine à pistons libres à établir ne serait pas symétrique et celle où les capacités con- presseurs, ainsi que les accumulateurs d'énergie, seraient disposés de n'importe quelle façon autre que celle décrite à titre d'exemple; en outre, celle où une articulation n'est prévue que, soit dans les moyens de gui- dage du piston moteur dans le cylindre moteur et non pas dans ceux du piston compresseur,, soit dans les moyens de guidage du piston compresseur et non pas dans ceux du piston moteur.
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"Improvements made to free piston machines".
Mr. PATERAS PESCARA (Raul) and Company known as: SOCIETE D'ETUDES & DE PARTICIPATIONS,
WATER. GAZ, ELECTRICITE, ENERGIE, S.A French patent applications in their favor of May 30, 1944 and February 26, 1945 (Addition).
The Intent relates to machines with free pistons comprising at least one movable unit constituted by a motor piston integral with at least one compressor piston, 11-expression compressor piston which may here also designate a piston ensuring an effective delivery of gas. , than a piston coacting with a cylinder containing a mattress. gas: serving as an energy accumulator to ensure the return of the aforesaid mobile unit, or a piston simultaneously performing these two functions.
It concerns more particularly, because it is in their case that its application seems to be of the most interest, but not exclusively, for these machines, the self-compressors or self-generators with free pistons, it is i.e. machines of the type indicated having at least one driving capacity and one compressor capacity, and in which the compressed air is sent to the machines or receiving elements, either directly (in the case of self-compressors), or after having at least partially crossed the driving capacity (case of auto-generators).
Its aim, above all, is to make said machines such that their mobile equipment is better guided than until now.
It mainly consists in providing at least one articulation, preferably in the form of a ball joint, in the means which guide said movable assembly by sliding means the cylinders inside which it moves.
It consists, apart from this main provision, of certain other provisions which are preferably used at the same time, and which will be discussed more explicitly below, in particular:
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in a second arrangement consisting in ensuring additional guidance of the mobile units of machines of the type in question by a fixed eccentric rod, parallel to the direction of movement of said units, this rod passing gently through the compression piston of these same crews.
It relates more particularly to a certain mode of application, as well as certain embodiments, of said provisions; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to machines of the type in question comprising the application of these same provisions, to the special elements specific to their establishment, as well as to machines or installations comprising similar machines.
And it can, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows as well as the appended drawing, which supplement and drawing alone, of course, given above all by way of indication.
Fig. 1 of this drawing shows, in schematic axial section, a self-generator with free pistons established in accordance with the invention.
Figs. 2 and 3 show, respectively, in section along the line II-II of FIG. 3 and III-III of fig. 2, a part of the compressor piston with the guide means which pass through this piston parallel to its axis, at a certain distance therefrom.
Fig. 4, finally, shows in perspective an element of the latter guide means.
According to the invention and more especially according to that of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing, for example-, to establish a self-generator of pressurized gas comprising two mobile units symmetrical to each other and connected to each other by a synchronization device (not shown in the drawing), we do it as follows, or analogously.
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With regard first of all to the whole of this machine, with the exception of the means of guiding its mobile crews, one can I establish in any suitable manner, for example from that
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as illustrated by the drawing ef according to which the procedure is as follows.
We. provides an engine cylinder 1 surrounded by a supply housing 2 and comprising intake ports. 3 and exhaust ports 4 respectively discovered by engine pistons 5 and 5 'when the latter' reach their extreme positions.
One makes integral with each of these driving pistons, in the usual way, a compressor piston 6, 6 ;, of larger diameter than the corresponding driving piston, coacting with a cylinder. ?.
Each of the cylinders 7 is closed on the outside dead center side of the corresponding compressor piston by a cylinder head 8 and, on the inside dead center side, by one. annular partition 9.
Internally, each of the mobile units and along its axis is provided with a housing 10 in which a tube 11 fixed axially to each cylinder head 8 can engage and slide.
For the capacities of variable volume located on the side of the internal dead centers of the pistons, suction valves 12 and discharge valves 13 are provided, the latter being advantageously arranged in the partitions 9 so as to conduct the compressed air through the pistons 6, 6 'in the casing 2 situated between the partitions 9, the air then entering the engine cylinder through the intake ports 3 which open directly into this casing.
Finally.,. the capacities of variable volume located on the side of the external dead points of the pistons are arranged in such a way that they play, as known., the energy accumulator rattle ensuring the return of the mobile crews to their internal dead points.
However, at. place: to provide, as was done until now, a simple sliding, on the one hand, of the engine piston 5 or 5 'in the engine cylinder 1 and, on the other hand, of the tube 11 in the housing 10, an articulation, preferably in the form of a ball joint, is made to coact with the axial guide means of the. engine piston in the engine cylinder only with the guidance of the compressor piston produced by the sliding of the. tube 11 in housing 10; this avoids any possibility of jamming or friction that could be caused by a
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misalignment of the respective axes, on the one hand, of the cylinder 1 and of the piston 5 or 5 'and, on the other hand, of the housing 10 and of the tube 11, and excellent centering of the moving equipment is ensured.
The articulation provided for the axial guidance of the compressor piston is constituted, according to the drawing, by a ball 14 interposed between said tube II and the housing 10. Said ball is preferably located near the outer face of the piston.
As regards the axial guiding of the driving piston, this is advantageously carried out by means of a cylindrical element 30 divided into two halves and the outer cylindrical surface of which coacts with the inner cylindrical surface of the driving cylinder. This element carries inside a hollow spherical surface 31 which rests on a corresponding surface
32 integral with the motor piston. The two: spherical surfaces SI, 32 constitute the ball joint coacting with the axial guide in question. To facilitate assembly, each of the driving pistons 5, 5 'is made up of three parts 5a, 5b and 5c.
Part 5a carries the bottom of the piston, part 5c is directly secured to the corresponding compressor piston, while part 5b connects the two parts 5c and 5a with one another; it is this intermediate part 5b which carries the spherical surface 32 on which the cylindrical guide element 30 rests.
Towards the free end of the tube 11, a stuffing-box 15 can be provided inside which a bush 16 open at both ends and assembled at the bottom of the piston 5, 5 'slides in such a manner that the interior of this socket communicates with a cavity
17 provided internally at the bottom. of said piston.
It is then sufficient to fix, internally to the tube 11, a duct
18 penetrating with play into the bush 16 and the free open end of which is, when the corresponding piston is at its external dead center, near the cavity 17, so that, if one injects through this duct 18 a cooling liquid, this liquid flows into the catité 17 then comes back through the inside of the socket
16 and the tube II to then be evacuated through a suitable outlet passage 19.
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And, or else .. we. merely proceed as it has just been explained, or alternatively, certain other provisions are used, such as the following, which could, of course, be used in isolation.
According to this arrangement, having established a machine with free pistons, for example in the aforementioned manner, there is: additional guidance of each of the mobile units of this machine by an eccentric rod 20, fixed and parallel to the common axis of the cylinders, this rod passing through friction dome 101 slider 21 provided in the compressor pistons of said crews. Preferably, it is ensured that said slide has the possibility of one. certain radial movement relative to the compressor piston to allow the latter a free expansion.
In addition, a stuffing box is provided which will ensure the seal between the two spaces located on either side of the compressor piston. For this purpose, said slide is provided with planar radial surfaces 21a which coact with corresponding guide surfaces 33 integral with the piston 6 6 '. The guide surfaces 33 are carried by a cap 34, the shape of which emerges from FIG. 4 and which, under the action of tightening means, for example screws, not pre-pre-assembled, pressurizes the packing 35 of the stuffing box. The set of elements: eye. 54, 35 can be accommodated in a socket 36 which is fixed inside the piston 6.
The rod 20 is advantageously fixed to the aforesaid annular partition 2 and it is extended sufficiently, on the side of the external dead center of the compressor piston in question, so that said piston is constantly guided, regardless of the length of its stroke.
Advantageously, the two: rods 20 of the same machine can be located in the extension of one another, they are made tubular and open at their two ends and their internal ends are joined by one. tube 20a located inside the housing 2, this tube thus having the effect of making the two energy accumulators communicate permanently with each other.
In the event that the starting of the machine must be ensured by compressed air acting in the aforesaid accumulators, it is then possible
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very simply introduce the starting air, from the starting device 22, into the interior of the tube 20a provided for this purpose with an opening 23.
As a result and whatever the embodiment adopted, a machine has been produced, the operation and advantages of which are sufficiently apparent from the above for it to be unnecessary to enter into any subject matter. additional explanation. It goes without saying and as it follows moreover already from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts having been more particularly considered;
it embraces, on the contrary, all the variants, in particular the one where the free piston machine to be established would not be symmetrical and the one where the compressor capacities, as well as the energy accumulators, would be arranged in any way other than that described by way of example; in addition, that where an articulation is provided only, either in the means for guiding the engine piston in the engine cylinder and not in those of the compressor piston, or in the means for guiding the compressor piston and not in those of the engine piston.