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" Moteur à air comprimé " @
Il existe à l'heure actuelle de nombreux types de moteur à air comprimé dont la partie motrice est composée de cylindres dentés, engrenant les uns dans les autres, qui peuvent se classer en deux catégories différentes.
Les moteurs d'une première catégorie comportent un ensemble mobile constitué par deux volumes cylindriques dentés à denture droite rectifiée qui utilisent l'air comprimé à pleine admission et sans détente.
Les moteurs d'une seconde catégorie comportent deux cy- lindres dentés et la denture est du type à chevrons taillés fortement inclinés, utilisant l'air comprimé et permettant à ce dernier une certaine détente en l'emprisonnant dans le losange déformable constitué par deux chevrons opposés se fai-
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sant face, losenge qui s'agrandit au cours de la rotation relative aes cylindres dentés, offrant ainsi une chambre dilatable d'ex- pansion à l'air comprimé.
Les moteurs du premier type ont pour principal mérite une grande simplicité d'exécution et la possibilité de renversement de marche instantanée sous l'effet de la manoeuvre d'un simple robinet d'inversion du courant d'air comprimé.
Les moteurs du second type ont pour double inconvénient de ne pouvoir être munis que d'une surface de denture taillée, mais non rectifiée, par suite de l'inclinaison très importante des deux portions d'hélicoide constituant le chevron de la denture, incli- naison qui est nécessaire à leur bonne marche économique. Ils ne permettent pas le renversement de marche autrement que par l'adjone- tion d'un inverseur mécanique spécial car pour utiliser le cycle de détente suivant son principe d'établissement, le moteur doit tou- jours tourner dans le même sens.
Le but de la présente invention est de remédier aux incon- vénients des moteurs du premier type en conservant toutefois tous ses avantages et en alliant ceux-ci à la grande économie de force motrice partiellement réalisée dans les moteurs du second type. cet effet, le moteur de l'invention comporte des rotors dentés dont la denture est droite ou légèrement hélicoïdale, tail- lée ou rectifiée, utilisant l'air comprimé dans des étages succes- sifs constitués par ces rotors, lies cinématiquement de façon posi- Live entre eux, et récupérant de ce chefune part très sensible de l'énergie contenue dans le fluide moteur au cours d'un cycle de détentes étalées.
pour réaliser le cycle de détente, des soutirages sont pratiqués aux niveaux radiaux convenables des roLors successifs, ces soutirages étant dirigés, par une distribution réversible, à l'admission ou rotor suivant.
Cette détente a lieu exclusivement dans des canaux du moteur qui servent à la distribution du fluide comprimé sans pro- duire de travail extérieur et sans recevoir de chaleur. Il est à
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présumer que cette détente est isotherme car il est probable que le fluide moteur qui a tendance à se refroidir par suite de sa détente doit d'autre part se réchauffer du fait des résistances propres de son écoulement.
Les différents rotors sont liés positivement entre eux par l'engagement mutuel de leurs dentures, le fluide moteur com- primê"est introduit tout d'abord dans le volume qui sépare deux dents successives du premier rotor, et, en écoulement régulier, au cours du soutirage, sans tenir compte des volumes inter,nédiai- res des canalisations, dont on ne tient pas compte en fonctionne- ment continu, rencontre un volume double de celui qui lui était primitivement offert. Le volume offert varie dans la proportion indiquée, du fait de l'identité des dentures des rotors, mais pour- rait varier selon une autre loi.
Les volumes offerts doublant chaque fois qu'un soutirage a été effectué, les pressions du fluide moteur diminuent approxi- mativement de moitié pour chaque soutirage.
Le gain d'énergie, se traduisant finalement par une dimi- nution de consommation par cheval heure, peut atteindre et dépasser 30 % pour des pressions de l'ordre de 5 kgs/cm2 dans le fluide moteur, résultat particulièrement intéressant étant donné le coût élevé de la production d'air comprimé, par exemple, et à son transport, particulièrement dans les installations minières sou- terraines.
Ce gain est dû à l'utilisation d'une partie du fluide soutiré qui, dans le cas du moteur normal à marche réversible, est pratiquement perdue à l'atmosphère.
Le moteur de l'invention comporte, de plus, un dispositif inverseur de marche très simple constitué par des vannes qui in- versent les sens de circulation du fluide comprimé au travers des rotors.
Une particularité très intéressante du moteur de l'inven- tion est que l'on peut lui faire fournir momentanément des couples très importants de l'ordre du double de ceux qu'il peut exercer normalement en mettant les rotors successifs tous directement
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en communication avec la source de fluide comprimé, sans bénéfi- cier des détentes obtenus par soutirage.
D'autres particularités avantageuses seront mises en évidence dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexes, donnés à titre d'exemples non limitatifs et qui feront bien comprendre cornment l'invention peut être mise en pratique.
La figure 1 représente un diagramme des pressions en fonction des volumes.
La figure 2 représente, en coupe, un moteur à trois rotors et à une détente.
La figure 3 représente une coupe longitudinale du moteur.
La fleure 4 est une vue en plan du moteur avec coupe partielle par l'axe IV-IV de la fleure 3.
La figure 5 est, à plus petite échelle, une coupe par la ligne V-V de la figure 3.
La figure 6 est également, à plus petite échelle, une coupe par la ligne VI-VI de la figure 4.
La figure 7 représente de façon analogue à la fleure 2 une coupe d'une variante de réalisation.
La figure 8 représente, en coupe, une variante de réali- sation d'un boisseau de distribution.
La figure 9 est un profil correspondant à la figure 8.
La figure 10 est une vue en plan du corps du boisseau.
La figure 11 est un profil correspondant à la figure 10.
La figure 12 représente, de façon quelque peu schémati- que en coupe, un servo-moteur de commande de changement de marche.
La figure 13 est une vue en coupe d'une variante de réali- sation d'un robinet de distribution.
La figure 14 montre, à plus grande échelle, une coupe effectuée selon la ligne XIV-XIV de la figure 3.
Le moteur se compose, comme cela est clairement montré
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sur la figure 3, d'un stator 1, venu de fonderie par exemple, et comportant les cavités nécessaires au logement des rotors, à l'éta- blissement de tubulures de communication et, entre autres, au lo- gement des robinets de changement de marche et dé la soupape de surcouple.
La surface extérieure du stator 1 comporte des ailettes de refroidissement 2. A l'intérieur du rotor sont pratiquées trois cavités cylindriques d'axes parallèles dont les cercles générateurs sont sécants, deux cavités latérales 3 et 4 étant égales, la cavité centrale 5 pouvant être différente. Dans ces cavités cylindriques sont montés des rotors dentés 6 et 7 égaux entre eux, un rotor 8 étant disposé dans la cavité centrale. Les dentures des rotors en- grènent entre elles de manière que le rotor 6 engrène sur le rotor 8 et que le rotor 7 engrène également sur le rotor 8. Les rotors dentés sont montés par leurs arbres dans le stator 1 conformément à des dispositions qui seront décrites ci-après.
Les boîtiers contenant les roulements sont séparés du circuit d'air comprimé des,rotors par des joints d'étanchéité maintenus par ces circlips.
Les chambres séparant ces joints du circuit d'air'compri- mé sont reliées par des canaux à une chambre, elle-même à la pres- @ sion atmosphérique, ou plus exactement à la pression d'échappement, qui ne diffère de la précédente que par la pression résiduelle cor- respondant aux pertes de charge dans les orifices d'échappement.
Moyennant cette disposition les joints d'étanchéité 9 ne sont soumis qu'à une très légère pression résiduelle provenant' des fuites très faibles, trouvant un passage par les espaces très réduits, ( de l'ordre de quelques centièmes de millimètres ) existant entre les faces latérales du stator et des rotors.
Les dentures 10,11 et 12.des rotors sont conjuguées et engrènent mutuellement. Elles peuvent être droites ou hélicoi- dales. Elles sont rectifiées.
Une précision extrême étant nécessaire, pour éviter toutes les fuites, le montage du rotor est prévu comme suit :
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Le rotor central 8, du coté de l'arbre de sortie 11, repose sur un roulement à très faiblejeu radial 12, du type à rouleaux cylindriques ou à aiguilles, dont les éléments sont faci- lei,ient séparables pour permettre un montage aisé. Ce roulement 12 est contenu dans un boîtier 13 lui-même inséré dans un second boîtier 14, sur lequel sont pratiquées les rainures qui contiennent les dispositifs d'étanchéité 9 retenus en place par des circlips 15. Ces boîtiers sont maintenus en place par un fond 16, fixé par des boulons 17, le solidarisant du stator 1, des boulons 18 solidarisant également le boîtier 14 avec le fond 16.
Le fond 16 comporte également des rainures où sont logés des dispositifs d'étanchéité 9 et des circlipsde retenue 15, pour limiter une chasse éventuelle de suisse hors du roule- nient sous l'effet d'une fuite d'air comprimé laissée passer par la dernière garniture étanche.
L'arbre du rotor central 8 se termine par un embout 19 sur lequel seront fixés, angulairement, grâce à une clavette 20, des organes entraînés par le moteur.
Sur le fond opposé à l'arbre de sortie, l'arbre du rotor central 8 repose sur un roulement 21 à double contact oblique et à jeu axial négatif ( roulement préchargé ), ou sur deux roulements coniques montés en opposition. Ces roulements sont montés entre deux bagues filetées 22 et 23 par exemple, la bagne 22 servant à régler la position axiale du rotor par rapport au boitier 24 qui contient le roulement et les dispositifs d'étanchéité, ledit boîtier 24 étant lui-même fixé par des moyens qui seront décrits ultérieurement au stator 1, la bague 23 permettant ensuite le rapprochement des bagues extérieures 25 et 26 des roulements 21 pour assurer ainsi une mise en compres- sion des roule.nents coniques, qui justifie du jeu axial négatif précité.
Dans le cas d'emploi d'un roulement unique du 'type à double contact oblique , à jeu axial nul ou négatif, les deux roulements sont remplacés par un seul, de cote rigoureuse en lar- geur. Dans ce cas, le boîtier 24 est usiné exactement aux cotes de
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largeur du roulement et aucun réglage'axial n'est nécessaire.
Les roulements des rotors latéraux 6 et 7, du côté de l'arbre de sortie sont analogues à celui qui a été décrit pour le rotor central 8.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les dessins les rotors latéraux sont montés, du côté du fond arrière, sur des roulements à double contact oblique 27, à jeu axial nul ou négatif ( roulement pré-chargé ), comme ci-dessus mentionné.
Le boîtier du stator comporte, à sa partie supérieure, et intérieurement, une chambre cylindrique 28 d'axe parallèle aux axes des rotors précités et dans laquelle est introduit un fourreau 29 comportant des lumières 30. Le fourreau 29 est creux et le volume intérieur qui est délimité est un volume conique dont le sommet est du côté de l'arbre de sortie 19 précité.
Dans ce volume conique est introduit un robinet 31 également, conique reposant par des portées 32 et 33 sur les parties non évidées du fourreau 29. Le robinet 31 comporte un cloisonne- ment qui assure la distribution nécessaire entre les lumières telles que la lumière 30.
Sur la face 'arrière 34; convenablement dressée du stator 1, est posée une pièce intermédiaire 35 qui comporte les épaule- ments convenables s'engageant dans les creusures correspondantes pratiquées sur la face 34. La pièce intermédiaire 35 est fixée par des boulons tels que 36.
Dans la pièce intermédiaire 35 est pratiqué un alésage 37 où est insérée une pièce de centrage 38 en forme de segment élastique, Cette pièce de centrage 38 sert à la mise en place cor- recte, par rapport au stator 20, d'unboîtier :se, grâce à un alésage 40 semblable à l'alésage 37. Le boîtier 39 est fixé sur le stator 1 par des goujons et des écrous 41,
Le boîtier 39 contient un dispositif régulateur d'admis- sion du fluide comprimé. Ce dispositif régulateur est attaqué par des masselottes 42 portées en bout d'arbre 19 par des axes
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d'articulation 43.
Le talon 44 des masselottes attaque la garniture externe 45 d'un roulement à billes 46 de poussée, dont la garnitu- re centrale 47 est solidaire d'un axe 48 de manoeuvre du boisseau d'admission 49.
Le boisseau d'admission 49 circule dans une douille 50 à la surface externe de laquelle sont pratiquées des perforations 51 qui peuvent être masquées ou démasquées par la surface externe du boisseau circulant sous elles, la surface externe du boisseau 49 étan elle-même pourvue d'orifices analogues 52.
Le boisseau 49 est solidaire longitudinalement de l'axe 48 grâce à une douille interne 55 reliée par un voile ajouré 54 à la périphérie du boisseau, les perforations du voile permettant l'établissement de la pression du fluide comprimé sur les deux faces du voile laissant par conséquent libre le jeu du boisseau indépendamment de ladite pression La douille interne s'appuie sur l'épaulement convenable de l'axe 48.
La douille 53 reçoit, grâce à un épaulèrent convenable, les spires extrêmes d'un ressort 55 concentrique à l'axe 48. L'au- tre extrémité du ressort 55 pénètre dans une douille fixe 5G blo- quée par une portée 57 de la paroi arrière du botier 39. Cette douille 56 comporte un alésage lisse 58 et une partie filetée 59.
Dans la douille 56 peut circuler une glissière cylindrique 60 qui comporte un épaulèrent 61 sur lequel s'appuient les spires extrêmes du ressort 55 et qui suit cette glissière dans son mouve- ment de rotation et d'avance grâce au iiletage porté par cette dernière. Ce filetage est conjugué des filets 59 de la douille 56.
Intérieurement à la glissière 60, est pratiqué un alésage 62 qui sert de portée d'appui à l'axe 48 du boisseau.
La partie arrière de l'axe 60 pivote dans une portée 65 d'une bague d'arrêt 64 fixée sur la cloison arrière du boîtier 39 par des vis 65. Entre cette bague d'arrêt et l'axe 60 formant glissière est interposé un dispositif d'étanchéité 66 retenu par un circlip 67.
L'extrémité de la glissière 60 comporte une fente radiale
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68 où peut s'engager une clavezte 69 dont les deux extrémités sont goupillées sur un bouton de réglage 7o qui peut être manoeuvré à la main. Le bouton 70 est prisonnier de la bague d'arrêt 64 grâce au rebord qu'elle comporte. L'épaulèrent 71 qui maintient le bou- ton de réglage 70 sous l'épaulement de la bague d'arrêt est denté et la denture qu'il comporte permet son blocage en position an- gulaire par l'engagement de la tête de vis moletée 72 de blocage, la tige filetée de cette vis d'arrêt pénétrant dans un alésage fi- leté correspondant 73 de la bague d'arrêt 64, Un roulement à billes 74 est interposé entre le.bouton de réglage 70 et la portée conve- hable de la bague d'arrêt 64.
Le boîtier 39 comporte à sa partie supérieure et inté- rieurement une chambre cylindrique 75 d'axe parallèle aux axes des rotors précités et qui est située dans le prolongement de la chambre 28 contenant le robinet 31.
Dans cette chambre 75 est introduit un fourreau 76 terminé par un épaulement 77. L'épaulement 77 est recouvert par un secteur 78 et l'ensemble du fourreau 77 et du secteur 78 est fixé par des vis 79 sur le boîtier 39.
Un volume intérieur conique est pratiqué dans le fourreau 76 pour y loger un robinet 80 analogue au robinet 31 précité.
Le robinet 80 est de conicité dirigée en sens inverse de celle du robinet 31; le robinet 80 est solidaire angulairement du robi- net 31 et ils tendent à être écartés l'un de l'autre par un res- sort 81 logé entre eux dans des alésages borgnes 82 et 83 apparte- nant respectivement aux robinets 31 et 80.
Le robinet 80 est terminé extérieurement par, un embout 84 sur lequel sont goupillés un levier de manoeuvre 85 par son oeil 86 d'une part, et un taquet d'arrêt 87 également par son oeil 88 d'autre part. Le taquet d'arrêt 87 comporte un canon dans lequel est logé un ressort 89 chassant vers l'extérieur une bille 90, ladite bille venant s'engager dans une denture interne 91 du secteur 78 pour fixer en position avec sécurité le levier de manoeuvre 85 qui commande la rotation des robinets ;il et 80.
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Dans la face arrière du stator 1, est enfonce dans une perforation 92 un siège tubulaire 93 d'une soupape 94. La queue 95 de la soupape porte un plateau 96 qui est attaqué tangentielle- ment par une came de levée 97. La came 97, comme on le voit clai- Teillent sur la figure 14, est solidaire de l'extrémité d'un arbre 98 pivotant dans une portée 99 du stator 1. Un épaulement 100 assure la butée axiale de l'axe 98 du fond d'un évidement 101 coaxial à la portée 99. Un second épaulement 102 de l'arbre vient s'appuyer sur l'extrémité d'une portée d'étanchéité 103 contenant une garniture d'étanchéité 104 maintenue par un circlip 105. La boite d'étanchéité 103 est fixée dans le corps du stator 1. L'ex- trémité de l'axe 98 est solidarisée d'un levier de manoeuvre 106.
Le levier de manoeuvre 106 est constamment rappelé contre une butée 107 du corps du stator 1 par un ressort de torsion 108 dont une extrémité 109 est solidaire du corps du stator, l'autre extrémité 110 étant solidaire de 1'épaulement 102. le disque 96 est monté fou sur un épaulement 111 de la queuo de soupape 95, de manière que Inaction de la came taneen- tielle 84 entraîne le disque 96 sans tendre à faire pivoter la soupape 94.
Le siège tubulaire 93 sur lequel s'appuie la soupape 94 comporte, au-delà de la tête de la soupupe, un prolongement 112 muni d'orifices d'admission 113. Le fond du prolongement 112 est ternie par une couronne 114 goupillée, qui assure l'arrêt du ressort 115 de rappel de la soupape sur son siège, l'autre extré- mité du ressort 115 s'appuyant sur un épaulement de la tête de la soupape et entourant un prolongement 116 clindrique de cette dernière.
Le guidage de la soupape est assurépar troislongues ailettes 95a solidaires de la tige 95 s'appuyant par leur s tran- elles externes sur toute la longueur de la portée interne du bois- seau 93.
Les canaux de mise en communication des différents espaces d'admission, des chambres de travail dans les rotors, de soutira-
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ge et d'échappement sont ,disposés dans le corps du moteur comme cela va être décrit ci-après. Les dimensions de ces canaux sont déterminées de manière à assurer, pour un débit donné en i'luide moteur, des vitesses de circulation comprises entre 15 et 30 mè- tres par seconde.
Comme cela .est clairement montre sur la figure 2, pour le sens de marche indiqué par les flèches, la tubulure A sert d'espace d'admission pour le fluide moteur alors que la tubulure H sert d'échappement. La tubulure A comporte une lumière d'admis- sion 120 qui débouche sur toute la largeur de la denture des rotone 6 et 8. Comme l'indiquent les fleches, le fluide moteur pénètre dans la denture de ces deux rotors en les faisant tourner et en se dirigeant vers l'échappement. En un point de la périphérie de l'espace cylindrique 3 qui contient le rotor 6, s'ouvre une lumière 121 qui met en communication les espaces de la denture avec une tubulure B.
La tubulure B est mise en communication avec un canal D que l'on peut voir sur la figure 5; Le canal D débouche dans un espace V qui contient par ailleurs le pied de la soupape de surcouple 95 et son disque de commande 96.
Dans l'espace V s'ouvre une lumière 122 pratiquée dans le fourreau 29 qui contient le robinet-51, La paroi de ce dernier convenablement orientée assure la communication entre l'espace V et l'espace F par la lumière 123. L'espace F par une lumière 124, analogue à la lumière 120, débouche sur toute la longueur des dentures des rotors 7 et 8 et le fluide comprimé moteur pénétrant dans les espaces des dentures selon les flèches, se dirige, au cours de la rotation des rotors, d'une part, vers,l'espace G et, d'autrepart,vers l'espace H.
Une lumière 125 met en communication l'espace G avec l'in- térieur du fourreau 29 et le robinet 31, par l'autre face de la cloison, assure la communication entre la lumière 125 et la lumière 126 qui débouche au droit d'un orifice d'échappement 127 qui sera décrit plus loin.
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Une lumière 128 pratiquée à la périphérie de la chambre 5 et analogue à la lumière 121 met en communication la denture du rotor 8 avec un espace C qui communique avec la tubulure D préci- tée. Une lumière 129 symétrique de la lumière 121 met en communi- cation un espace B1avec la denture du rotor 7,la tubulure B1 communiquant avec la tubulure E constituant une branche symétri- que de la tubulure D.
Comme on le voit sur la figure 6, un espace T contenant la douille 50 où circule le boisseau d'admission 49 communique avec une lumière 131 avec l'intérieur du fourreau 76. La cloison du robinet 80 sépare ce fourreau en deux espaces qui peuvent être alternativement mis en communication avec la lumière 131. Comme le représente la figure 6, le robinet 80 met en communication la lumière 131 et la lumière 132,mettant en communication l'espace T avec l'espace L'autre face de la cloison du robinet 80 met en communication l'espace H d'échappement, par une lumière 133 du i'ourreau 76, avec une lumière 134 qui débouche dans un conduit d'échappement 135 qui sera décrit ci-après.
Le fonctionnement de l'appareil ainsi décrit est le sui- vant :
Le fluide moteur, de l'air comprimé par exemple, à la pression absolue de 5 kilogrammes par cm2, travaille d'abord entre 5 kilogrammes et 2,5 kilogrammes. A ce stade,il est détendu dans des canaux du moteur qui l'amènent dans un volume égal à ce- lui qu'il occupait précédemment.
Cette détente, étant isothermique, est tout à fait ana- logue à celle qui est constatée dans l'expérience connue sous le nom d'expérience de Gay-Lussac et justifie le fait qu'un volume offert doublé ( correspondant à un volume double de dentures ), la pression diminue de moitié. L'air à 2,5 kilogrammes est amené sur le second rotor à l'intérieur duquel il travaille pour s'échap- per à l'atmosphère sous la pression de 1 kilogramme par cm2.
Comme on le voit clairement sur la figure 1, qui repré- sente un diagramme des pressions en fonction des volumes offerts, on a représenté en abscisses le volume d'air comprimé et débité dans un volume spécifique donné des dentures des rotors 6 et 8
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@ -correspondant par exemple.au volume d'air admis par la lumière
120 pendant le temps unité - l'énergie contenue dans l'air compri- mé et utilisée par le moteur sera représentée par la surface a b c d e g, tandis qu'un moteur ordinaire à deux rotors, fonction- nant à pleine., admission, n'utiliserait que l'énergie représentée par la surface a b f .
Si l'on prend comme unité de volume le mètre cube d'air comprimé à la pression de p kilogrammes par cm2.
La surface a b f g est représentée par ( p-1 ) .
La surface c d e f est représentée par ( p/2-1 ); on voit donc que le gain d'énergie, est théoriquement de : surface 0 d e f p/2-1 surface a. b f g p-1 Ce gain, qui se traduit finalement par une diminution de consomma- tion par cheval/heure, atteint théoriquement 37,5 % pour de ,l'air comprimé à 5 kilogrammes/cm2 en pression absolue et à 41,5 % pour de l'air comprimé à 7 kilogrammes/cm2 'en pression absolue.
Des essais ont montré que pratiquement, en se limitant des à/dimensions acceptables, le moteur de l'invention apportait ef- fectivement, compte tenu des fuites et pertes de chargé, des économies de consommation de l'ordre de 28 % pour une pression absolue de 5 kilogrammes/cm2.
Le fonctionnement du moteur, théoriquement indiqué ci- dessus, est pratiquement le suivant : - l'air comprimé est admis dans l'espace T après son pas- sage par les orifices 51 qui sont obturés de la quantité convena- bles par les orifices correspondants 52 du boisseau 50. L'air com- primé est amené à l'intérieur du boisseau 50 par l'espace U séparé de 1 espace T par la cloison 118, l'espace U étant en communication avec le raccord d'air comprimé 119 muni du filtre 119a. De l'es- pace T, par l'orifice 131, la cloison du robinet 80 étant orientée comme l'indique la figure 6 pour mettre en communication cet ori- fice 131 avec l'orifice 132, l'air comprimé est amené à l'espace A.
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Par la lumière 120, l'air comprimé est débité dans les den- tures des rotors 6 et 8. Les rotors tournent dans le sens indiqué pa.r les flèches. Sur le parcours des dentures des rotors 6 et 8, une partie de l'air comprimé s'échappe par les lumières 121 et 128 où. règne une pression réduite de moitié par rapport à la pres- sion d'admission. Par les canaux B et C l'air comprimé est amené dans la tubulure D qui conduit ledit air à l'espace V.
Le rotor 6, en continuant sa course, amène l'air comprimé restant dans sa den- ture après passage au droit de la lumière 121, au niveau du conduit B, et, par la lumière 125 mise en communication avec la lumière 126 par l'orientation convenab le du robinet 31, s'échappe à l'at- mosphère. la même cloison du robinet 31 dans la même orientation que précédemment met en communication la lumière 122 avec la lumière 123, permettant le passage de l'air comprimé à 2,5 kilogrammes/cm2 amené dans l'espace V, dans l'espace F où, par la lumière 124, il est débité par les dentures des rotors 7 et 8.
Pour le rotor 8, l'air comprimé admis par la lumière 129 est dirigé vers l'échappement dans la conduite D. Pour le rotor 7, cet air comprimé est amené à l'échappemet par la lumière 130 dans l'espace H. Par la lumière 130 arrive également l'air comprimé amené par la denture du rotor 8 à la suite de son passage d.evant la lumière 128.
L'espace H formant un échappement d'air secondaire est mis en communication avec l'atmosphère par la lumière 133 et la lumière 134 par suite de l'orientation convenable de la cloison du robinet 80 déjà citée.
Au cours de ce fonctionnement, il apparaît clairement que un volume spécifique de denture rempli d'air comprimé à 5 kilogram- mes/cm2 trouve, compte non tenu en écoulementrégulier des volumes des canalisations, après les soutirages effectués par les lumières 121 et 1;::;8. un volume spécifique de deux dentures, L'air comprimé se détend et cette détente se produit sans fourniture de travail extérieur et sans réception de chaleur. Il peut être considéré comme
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possible que l'air comprime se refroidit du fait de la détente, mais subit un échauffement équivalent du fait des résistances propres à son écoulement.
La détente étant considérée comme isothermique sans produc- tion de travail extérieur, l'occupation d'un volume doubla conduit sa pression à diminuer de moitié.
S'il est admis que la pression uniforme dans les espaces
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B, C, D, E et F, est de 2,5 Idlogramme/cm, dans l'hypothèse d'une pression initiale de 5 kilograles/cm2, l'air comprimé à 2,5 kil06ramus/cm2 dans .les alvéoles des dentures est admis à l'échappement à la pression de 1 kilogrlme/cm2 ( pression atmos- phérique ) dans les espaces B et H du fait de la rotation des en- grenages.
Le processus de remplissage des alvéoles ou creux des dentures, et la répartition théorique des diverses pressions étant admis, il reste à démontrer que le gain de puissance correspond bien à ce qui est recherché.
Dans ce but, on considère une dent particulière sur chaque rotor située entre les divers orifices et-les pressions respecti- ves de chacun des deux orifices qui encadrent ladite dent, il sera affecté le signé positif pour les pressions qui agissent dans le sens de rotation des rotors et le signe négatif aux pressions qui agissent en sens contraire.
Dans le raisonnement qui va suivre, il sera supposé que les dents sont réduites à un élément de surface sans épaisseur ayant la hauteur totale d'une dent.
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<tb>
La <SEP> dent <SEP> 1 <SEP> est <SEP> sollicitée <SEP> par <SEP> les <SEP> pressions <SEP> : <SEP> 1 <SEP> kg <SEP> -, <SEP> 5 <SEP> kgs
<tb>
EMI15.3
La dent J - - - - - : 5 kgs - 2,5 kgs La dent K - - - - - : û,5 kt;s -- 1 lcg La dent L - - - - - : 5 kgs a,5 hQ1S La dent M - - - - - ; ; 5 S ¯ 1 La dent N - - - - - z kg - 2,5 kgs La dent 0 - - - - - :
2,5 kgs - l kg La dent'P - - - - - 2,5 kgs - 2,5 kgs La dent - - - 5 s - 1
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<tb> Soit <SEP> au <SEP> total <SEP> :24,5 <SEP> kgs <SEP> - <SEP> 19 <SEP> kgs
<tb>
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La différence de pression rapportée à une dent correspon- dant donc au total à une pression agissante de 5,5 kilogrammes/cm2 effectifs, soit : ( p-l ) + (p/2-1)
On voit que dans un moteur normal à deux engrenages droits la pression agissante ne serait, dans les mêmes conditions que de 4 kilogrammes/cm2 effectifs soit : ( p-1 ) kilogramme/cm2.
L'évaluation des pressions ainsi faite montre donc que le moteur de l'invention offre un gain de puissance ou un gain de consommation équivalent à ( p/2-1 ) ou, un rapport relatif mon- trant le gain égal à ( p/2-1 ) : ( p-1 ).
Ce gain important est obtenu maigre la faible complica- tion mécanique relative à la présence du troisième rotor.
L'inversion du sens de marche est obtenue en inversant simultanément le rôle des espaces A et H d'une part, F et C d'autre par-c.
En marche inversée, le schéma de répartition des pressions du fluide moteur sur les dentures sera l'inverse de celui qui est montré sur la. figure 3et, par conséquent, le sens de rotation du rotor sera contraire à celui qui y est indiqué par les flèches.
L'obtention ùe l'inversion du courant d'air aussi bien entre les orifices A et H d'une part, qu'entre les orifices F et G d'autre part, est réalisée grâce au dispositif des deux robinets d'inversion 31 et 80 dont les conicités sont opposées et qui sont loges dans des fourreaux 29 et 76 formant le cône femelle d'appli- cation des robinets et formant également boîtes à orifices.
Le robinet 81 d'écartement mutuel agit simultanément sur les deux robinets coniques et les applique sur leurs sièges.
Le levier 85 agit simultanément sur les deux robinets qui sont solidarisés entre eux angulairement. Ce levier, amovible, voit ses positions contrôles par la conjugaison des crans du secteur 78 avec la bille 90 repoussée élastiquement entre eux.
Le robinet 31 assure la commutation de communication suivante :
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Admission par l'espace A, échappement par l'espace H ( marche avant );
Admission par l'espace H, échappement par l'espace A ( marche arrière ).
Le robinet 80 assure les mêmes fonctions respectivement pour :
Admission par l'espace F, échappement par l'espace G ( marche avant );
Admission par l'espace G, échappement par l'espace F ( marche arrière).
En marche avant,l'échappement à l'atmosphère du premier groupe de dentures des rotors 6 et 8, a lieu par le canal G. L'admission'se fait à partir de l'espace A mis en communication avec l'espace T contenant le régulateur.
L'échappement du deuxième groupe de dentures des rotors 7 et 8 a lieu par le canal H, l'admission se faisant par le canal F à partir de l'espace intermédiaire V et les canaux D et E, sièges de la pression intermédiaire comme ci-dessus mentionné.
En marche arrière,l'admission se fait sur les dentures des rotors 7 et 8 par l'espace H mis en communication avec l'espace T, l'échappement à l'atmosphère se faisant par l'espace F. L'ad- mission sur le second groupe de dentures constitué par les rotors 6-et 8 se fait par l'espace G et l'échappement à l'atmosphère par l'espace A.
La manoeuvre du levier 106 fait tourner la came 97 en antagonisme à l'action du ressort 108. La came 97 attaque le plateau pivotant 96 formant 1'extrémité de la tige de soupape 95.
La soupape 94 se soulève en antagonisme au ressort 115 et démasque les orifices 113. A ce moment, l'espace T est mis en communication directe avec l'espace intermédiaire V.
En marche avant,le second groupe des dentures des rotors 7 et 8 est attaqué sous une pression égale à la pression d'admission.
Un calcul, analogue à celui qui a été conduit précédemment, montre la répartion des pressions sur les dents ainsi changées et
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et donne pour résultat, rapporte à une dent, une pression de 8 kilogrammes/cm2 au lieu de 5,5 kilogrammes/cm2. Le couple du moteur se trouve donc augmenté de 45 % pour une pression d'admission de 5 kilogrammes/cm2. Le moteur se comporte donc comme deux moteurs ordinaires à deux rotors Juxtaposes l'un à l'autre au détriment de l'avantage économique de consommation réduite.
Pour éviter que cette marche à haut couple puisse être prolongée au détriment de l'économie, le levier 106 est constamment rappelé vers sa position de repos, auquel correspond la fermeture de la soupape 94, par le ressort 108.
Il est à remarquer que l'action de la carne 97 sur un pla- teau 96 susceptible de tourner par rapport à la tige de soupape 95, reporte la direction de l'effort produit parallèlement à l'axe de la tige de cette soupape, supprimant les risques de coincement.
Le rappel de la soupape est obtenu à la fois par l'action de son ressort 115 et par l'action de la pression qui est plus forte sur la surface supérieure de sa tête qu'au-dessous de celte dernière.
Dans des formes de réalisation particulières, il serait aisé de lier l'action de la soupape de surcouple à celle du régula- teur à boisseau 50.Le limiteur de vitesse comporte alors deux pas- sages : un passage normal vers l'espace T eLun passage faisant communiquer directement l'espace U avec l'espace V. jeu démarrage, le boisseau 50 poussé par les masselottes 42 comprime un premier ressort aboutissant en fin de course de compression de ce ressort, à l'obturation des commutations entre l'espace U et l'espace V.
un second ressort, plus fort, mis en action à partir d'une vitesse de 500 tours par minute, par exemple, constituant le ressort nor- mal de régulation et étant mis en action dès l'obturation desdits passages et l'ouverture des lumières normales de régulation 51 et 52.
L'action des Joints d'étanchéité 9 constitués, par exemple, par des petits cuirs emboutis ou des équerres circulaires de caout- chouc synthétique, pressés sur l'arbre par des ressorts circulaires, est telle que toute fuite est pratiquementnulle au palier et qu'aucun balayage de la graisse contenue dans les boîtiers de roulement n'est à craindre.
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D'ailleurs, les faces latérales du rotor ne sont soumises ( surtout pour le rotor central )à la haute pression d'admission que sur un très faible arc de cercle, le reste des surfaces latérales n'étant soumis qu'à la pression d'échappement ou à la pression in- termédiaire. Ceci est un avantage considérable du moteur de l'inven- tion par rapport aux moteurs déjà existants, Il est d'ailleurs loisi- ble delimiter encore cette zone de fuite en augmentant la longueur de l'arc occupé par les lumières 121, 125 ou 129 qui sont les lu- mières d'échappement primaires.
Une précaution supplémentaire est de plus prévue par le montage d'un joint 9 au-delà du roulement de sortie de l'arbre 20 par la disposition du dispositif d'étanchéité 9 faisant obstacle à toute sortie éventuelle de graisse.
Des variantes de réalisation des dispositions des tu- bulures d'échappement sont montrées sur la figure 7. Alors que sur la figure 6,l'échappement secondaire effectué par l'orifice 134 était dirigé à l'atmosphère par une tubulure 135 recouverte par une cloison 136 qui empêche l'obturation par chute de corps étrangers, par exemple, et que sur la figure 2, l'orifice 126 de la tubulure 127 était recouvert par un couvercle analogue 137 venu de fonderie et ayant la même fonction que le couvercle 136, 'sur la,figure 7, l'échappement primaire canalisé par la vanne 31 est dirigé vers un espace 138 et débouche à l'extérieur dans un tube rectiligne 139 traversant le corps de l'appareil. L'échappement secondaire reste le même que celui qui est précédemment décrit.
Dans cette disposition, l'espace où règne la pression in- termédiaire entoure complètement le moteur proprement dit, ce qui est une disposition favorable à la légèreté du dispositif, car toutes les cloisons ne supportent plus que les différences de pressions au plus égales, en service normal, à la pression intermé- diaire.
Du fait de la détente de la pression d'admission à la pression intermédiaire, détente qui se produit sans travail exté- rieur, le refroidissement est théoriquement nul. Par contre,
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l'échappement à l'atmosphère travaillant contre cette dernière même, i produit un refroidissement intense et il est indispensable d'éviter que le gel de l'humidité atmosphérique n'obstrue les échappements.
C'est aans ce but que des conduits d'échappement sont en forme ap- proximativement rectiligne pour pouvoir être facilement ringardes.
Dans des variantes de réalisation, on a prévu des disposi- tifs destinés à faciliter la manoeuvre des robinets coniques 31 et 80 dans leurs fourreaux respectifs constituant des boîtes à orifices.
Sur la figure 8, on a montré un robinet 80 monté dans son fourreau 76 et appuyé sur ce dernier par un ressort 82 agissant à -la. fois sur ledit robinet 80 et sur le robinet 31 opposé. Dans l'évi' dément 83 du robinet 80 est disposé une crapaudine à billes 138 s'appuyant sur une rondelle creuse 139 dont les bords servent de surface d'appui aux dernières spires du ressort 82.
Pour régler la poussée du ressort 82 et,par conséquent, la pression d'application des portées coniques du robinet 80 sur les portées correspondantes du fourreau 76, ce dernier comporte à son extrémité un écrou 140 se vissant dans un filetage fin 141 du fourreau, grâce à l'action d'une clé dans les créneaux 142 et, s'appuyant sur la butée à billes réglables 143, appliquée sur l'épau- lement 144 de l'extrémité du robinet 31; de cette façon,la pression au contact des portées coniques peut être réglée strictement pour assurer l'étanchéité, limitant au minimum les efforts à exercer pour provoquer la rotation des robinets.
Il estd'ailleurs prévu que la manoeuvre des robinets, comportant ou non des dispositifs de butée à billes, un servo-moteur soit monté en bout d'arbre 84 comme montré sur la figure 1. A cet effet, l'arbre 84 est creux et est mis en relation par une canalisa- tion appropriée avec l'espace 0 où est admis le fluide sous 'pression,
Le levier 85, dont la douille de manoeuvre 86 est creuse, tcurne fou dans cet arbre. La douille 86 comporte deux orifices 145 et 146 et pivote dans une douille 147 munie d'orifices conjugués 148 et 149. La douille 147 est munie a'une palette 150 qui oscille de façon étanche dans un boîtier 151 déterminant ainsi deux compar- timents 152 et 153, où débouchent les orifices 148 et 149 respecti-
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vement.
Deux oril'ices de fuite 154 et 155 mettent les espaces 152 et 153 en relation avec l'atmosphère. La douille 147 est liée angu- lairement et de façon étanche avec le bout d'arbre 84.
La manoeuvre du levier 85, selon les flèches, assené l'un ou l'autre des orifices 145 et 146 en coïncidence avec les orifices 148 et 149, réalisant l'admission, dans l'un des espaces 152 ou 153, du fluide sous pression. La palette 150 pivote en suivant le mouvement du levier. La faible section des orifices de fuite permet à l'air contenu dans la cavité où n'est pas admis le fluide sous pression de s'échapper et limite la brutalité avec laquelle steffec- tue la manoeuvre.
On voit que le mouvement de la palette 150 suit le mouve- ment du levier 85 de proche en proche et il suffit que la surface de cette palette soit suffisante pour vaincre aisément la résistan- ce à la rotation des robinets à boisseau de changement de marche.
On pourrait munir le servo-moteur d'un amortisseur hydrauli- que, conçu d'ailleurs sur le même type de boîtier et de palette que le servo-moteur lui-même, mais rempli d'un fluide suffisamment visqueux, la palette étant simplement munie d'un trou calibré per- mettant audit fluide de passer de l'un à l'autre des compartiments.
Cet amortisseur évite les mouvements brusques, d'amplitude dépassant celle qui est acceptable et de trop grande vitesse, et évite égale- ment tout battement élastique inhérent à un servo-moteur à air du type à piston.
Une autre variante de réalisation évite l'emploi de servo- moteur et de butée à billes tels que mentionnés ci-dessus. A cet effet, les robinets 31 et 80 pivotant dans les fourreaux 29 et 76 comportent un perçage axial 156, dans le prolongement l'un de l'au- tre dans lequel pénètre une tige filetée 157. La.tige filetée 157 comporte deux filetages 158 et 159 à pas contraires, séparés par une portée lisse 160.
L'extrémité 161 de la tige 157 .comporte une molette de manoeuvre 162'clavetée sur elle, la rotation dans le sens convena-
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ble de la molette de manoe'uvre 162 permet à volonté de rapprocher ou d'éloigner mutuellement les deux robinets 31 et 80 pour faire varier la pression d'appui des cônes dans leurs fourreaux respec- tifs. On pourra ainsi assurer le blccage des robinets ou donner aux jeux de leurs contacts avec leurs fourreaux l'amplitude désirable à l'obtention d'une manoeuvre du levier 85 avec un effort aussi réduit que possible, sans avoir de fuites appréciables.
Pour éviter que le dispositif ne se desserre pas lui-même, les pas contraires de la tige filetée 157 sont fins. De même, on pourrait prévoir en bout du côté de manoeuvre un petit collier en deux pièces solidaire de ce carré et pouvant être plus ou moins serrd, pour assurer une fixité relative contre une rotation intem- pestive de la molette 162.
Il est à remarquer que dans cecte variante de réalisation, le ressort 81 d'écartement des robinets 31 et 80 peut être supprimé,
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on pourra, apporter des modifications aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites.
- REVENDICATIONS -
1. Dispositif moteur à action volumétrique comprenant un premier moteur combiné avec un second moteur, caractérisé par le fait que le premier moteur comporte un orifice de soutirage partiel du fluide comprimé situé entre l'admission et l'échappement, orifice mis en communication avec l'admission du second moteur.