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Appareil à usages multiples pouvant servir d'appareil de forage à trépan rotatif de pompe, de compresseur, ou de turbine.
L'appareil objet de la présente invention se compose (fig.I, planche 1) d'un axe A tournant dans trois coussinets (susceptibles d'être remplacés par des roulements) insérés dans trois bouchons, le premier supérieur coiffant le bout terminal de l'axe, le second intermédiaire et le troisième inférieur.
Dans le bouchon supérieur -B- (fig. 3, planche II) l'ar- bre vient buter sur une butée dans laquelle s'insère la partie terminale de l'arbre avec un ergot formant came et qui à chaque tour de l'axe soulève une bille logée dans un canal d'amenée de lubrifiant sous pression permettant de graisser les trois coussi- nets et la butée.
L'axe -A- est percé de part en part de son diamètre de deux fentes à 90 degrés l'une par rapport à l'autre, la première
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allant du bouchon supérieur-B- au bouchon intermédiaire-C- et la seconde, du bouchon intermédiaire-C- au bouchon inférieur-D-.
Dans ces deux fentes sont logés et coulissent deux volets-E- et -E'-, l'un supérieur et l'autre inférieur de directions perpendi- culaires entre elles.
Au-dessous de l'emplacement sur l'arbre du bouchon infé- rieur-D- l'arbre-A- comporte une courette -F- venant buter sur une butée à billes -G- (fig. 1, planche I).
Le bout inférieur de l'arbre comporte un filetage sur le- quel vient se visser un trépan si on se sert de l'appareil comme sondeuse ou une poulie si on s'en sert pour d'autres usages.
Les volets-E- et -E'- comportent sur leurs tranches verticales un évidemment -h- (fig. 19, planche V) en forme d'arc de circonférence. Dans cet évidement se loge une baguette de la forme des figures 10 et 11 de la planche IV.
La face eu arc de circonférence de la baguette vient se loger dans l'évidement -h- et peut y tourner en marche vers la droite ou vers la gauche suivant la position occupée par les volets dans les chambres -H- et -H'- (fig. 2 planche I), permet- tant ainsi à l'autre face(externe) en arc de cercle de la baguette, d'épouser, dans toutes les positions successives des volets en marche, une portion de la paroi intérieure de la chambre -H- et d'assurer ainsi l'étanchéité et une auto-compensation du jeu par usure ou de l'ovalisation des chambres, ovalisation que provoquerait l'usure qu'affecterait, par tolérance et très légèrement, la cham- bre par construction.
La face de la baguette de volet frictionnant sur la paroi des chambres-H- et -H'- a un arc de cercle identique au rayon des chambres-H- et -H'-.
La baguette est pleine dans les appareils de petit cali- bre et prend la forme de la figure 11 planche IV dans les gros appareils où l'épaisseur plus grande des volets permet d'avoir
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assez de place pour la faire de la forme 11 en deux pièces distinc- tes avec, à l'intérieur du logement-i- du caoutchouc comprimé faisant office de ressort et repoussant la pièce -Y- pour assurer une compensation du jeu et le serrage de cette pièce -y- contre la paroi des chambres-H- et -H'-.
Les figures 16,17 et 18 (planche V) donnent une vue de trois positions occupées successivement par la baguette et du râle joué par cette dernière.
CYLINDRE INTERIEUR -I- fige 2. (planche I)
L'arbre -A-, muni de ses volets-E- et -E'- tourne dans ses coussinets b-, -b'- et -b"- dans les bouchons -B--C- -D- fig. 3 - 4 et 5 plache II, lesquels sont emboîtés et fixés, le bouchon-B- dans l'extrémité supérieure d'un cylindre -I-, dit intérieur, le bouchon-C- dans la partie médiane de ce cylindre et le bouchon-D- dans sa partie inférieure.
Le cylindre intérieur -I- est donc obturé à son extrémité supérieure (fig. 9 planche III) par le bouchon supérieur-B- et à son extrémité inférieure par le bouchon inférieur-D- et est parta- gé en deux chambres-H- et -H'- l'une supérieure -H- et l'autre inférieure -H'- par le bouchon intermédiaire -C-.
Le volet supérieur-E- tourne dans la chambre supérieure -H- et le volet inférieur -E'- dans la chambre inférieure-H'-.
Deux coquilles-K- et -K'- de la forme indiquée sur la figure 8, plache III, viennent coiffer les fenêtres-L- et -L'- (fig. 9, planche III) pratiquées sur une partie du cylindre inté- rieur -I- (voir fig. 7, planche II le cylindre -I- coiffé de ses deux coquilles). Ces coquilles sont fixées par des goujons sur des épaulements-N- et -N'- placés de part et d'autre sur la pa- roi extérieure du cylindre -I- avec lequel elles forment, une fois fixées, un tout rigide et d'un seul bloc. Dorsalement les coquilles portent une baguette -M- (M) longitudinale dont une face vient porter et se fixer par des goujons sur et à l'intérieur du tube -C- (fig. 7, planche II), dit tube extérieur.
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A droite et à gauche de la baguette dorsale -M- des coquil- les existent des lumières (P) servant, d'un- coté, à l'admission et, de l'autre, à l'échappement.
L'épaisseur des coquilles est telle qu'elles viennent en contact intérieur avec l'axe -A- tout le long de ce dernier dans les chambres-H- et -H'- sur une ligne longitudinale sise dans le plan intérieur de symétrie des coquilles au point-n- des figures 16, 17 et 18 de la planche V.
En -Q- et -Q'- le cylindre-I- porte extérieurement dés élé- ments de baguette dorsale (fig.2, planche I) qui viennent se raccorder aux baguettes dorsales -M- et -M'- (fig. 7, planche II) des coquilles pour former, par leur assemblage bout à bout, une baguette dorsale continue, les coquilles étant fixées à leur place. A l'opposé de cette baguette ainsi constituée par la jux- taposition de ses éléments, figure symétriquement sur la paroi extérieurs du cylindre-I- une baguette-R- qui porte jointivement sur le tube extérieur-0-) (fig. 7, planche II).
Le cylindre-I- nanti de son axe, de ses volets, de ses bouchons, de ses coquilles et de ses baguettes, forme alors, un ensemble inséré et fixé à l'intérieur du tube-0- dit extérieur.
Les baguettes dorsales symétriques portent jointivement, de part et d'autre, sur la paroi intérieure du tube-0- et forment ainsi deux compartiments-m- et-r- (fig. 20, planche VI), longitudinaux, distincts l'une de l'autre, séparés et situés entre la paroi intérieure du tube-0- et la paroi extérieure du cylindre-I-.
Un de ces deux compartiments comporte les lumières d'admission des coquilles et sert de compartiment d'admission ouvert au haut et obturé au bas par la demi-flasques S fixée au bas du cylindre -I- sous les extrémités inférieures des baguettes dorsales (fig.7, planche II).
Cette demi-flasque arrête l'eau injectée sous pression de haut en bas par un tube raccordé à l'extrémité supérieure filetée
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du tube extérieur-0-. Ladite demi-flasque, empêchant l'écoulement de l'eau à l'extérieur du compartiment d'admission contraint l'eau à pénétrer par les lumières d'admission des coquilles à l'intérieur des deux chambres (dont le nombre peut être supérieur à deux).
L'eau, contrainte de pénétrer, comme il a été dit, à l'intérieur des chambres dans le cylindre -I-, pousse devant elle les volets qu'elle met en marche, imprimant ainsi à l'axe -A- un mouvement de rotation. Dans leur marche les volets refoulent l'eau sur leur autre.face et l'expulse hors des chambres par les lumiè- res d'échappement qui l'éjectent dans le second des deux comparti- ments susindmqués dit compartiment d'échappement. Ce compartiment est obturé, on sa partie supérieure par la demi-flasque -T- fixée au haut de la paroi extérieure du cylindre-I- au-dessus des ex- trémités supérieures des baguettes dorsales. Cette demi-flasque-T- empêche l'eau d'injection de pénétrer directement dans le compar- tiement d'échappement.
Elle ferme autrement dit le haut de ce compartiment et contraint l'eau éjectée des chambres à s'écouler par le bas dudit compartiment dans la partie inférieure du tube -0- d'où elle s'échappe à l'extérieur.
Dans la demi-flasque -S- du bas est pratiqué un évidement dans lequel viennent se loger, pour moitié, la butée à billes in- férieure-G- et la collerette de butée-F- de l'axe -A-, l'autre moitié des dites butée etcollerette se logeant dans le demi-boitier -U- (fig. 6, planche II) dont la cavité est symétrique à l'évide- ment pratiqué dans la demi-flasque S sur laquelle vient se fixer le demi-boîtier -U- dont il s'agit.
GRAISSAGE.
Sur le cylindre-I- (planche II) deux trous-V- et -V'- sont pratiqués traversant la paroi du cylindre -I-, une partie des bou- chons intermédiaires-C et inférieur-D- et les coussinets -b'- et -b"-. Un troisième trou est pratiqué en -V"- dans le bouchon supérieur-B-. Un tube-X- relie ces trois trous entre eux et
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permet l'arrivée du lubrifiant qui est injecté sous pression par le conduit µ bille sis en haut du bouchon-B- et ce chaque fois que l'ergot ou came placé au bout de l'axe -A- soulève, en passant, la bille placée au bas du conduit susdit.
Le lubrifiant injecté par le conduit provient du réser- voir de graissage constitué par un cylindre-t- qui s'emboîte et se fixe (fig. 14, planche IV) sur le sommet du bouchon supérieur -B-. Dans ce cylindre est logé un piston muni de deux garnitures en cuir embouti ou autre et d'un goujon dont le dévissage permet le remplissage ou l'introduction d'air quand on veut sortir le piston et ses garnitures.
Le cylindre réservoir (t) est ouvert en sa partie supé- rieure et se trouve placé dans un tube d'amenée d'eau raccordé à l'extrémité supérieure du tube extérieur-0- sur le filetage de ce dernier.
L'eau sous pression pousse le piston vers le bas, le pis- ton pousse à son tour le lubrifiant dans le conduit 'à bille, le lubrifiant maintient, par sa pression la bille sur son siège et ce n'est que lorsque l'ergot-came la soulève qu'une petite quanti- té de lubrifiant est injectée au sommet de la butée à billes supé- rieure et va , de là, aux coussinets par le canal du tube de graissage-X-.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT (fig. 20, planche VI).
La paroi intérieure des chambres -H- et -H'- a, par cons- truction, une forme telle que toute droite passant perpendic ulai- rement par la ligne d'axe de rotation de l'arbre -A- (c'est-à-dire perpendiculairement à cette ligne) et joignant deux points opposés de la paroi intérieure de la chambre-H- ou -H'- ait la même lon- gueur dans toutes les positions qu'elle occupe successivement autour de sa rotation pendant un tour complet.
Autrement dit et pratiquement un volet plein et d'une seule pièce dont les tranches longitudinales seraient aiguës, placé dans la fente de l'arbre et frictionnant par ses deux tranches longitudinales sur la paroi
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intérieure du cylindre-I- doit frictionner continuellement par ses tranches longitudinales, en même temps, sur la paroi Inté- rieure de la chambre-H- dans toutes les positions que le volet prend, en cours de marche de l'appareil, en tournant avec l'axe A.
Ladite forme particulière des chambre peut, entre autres, s'obtenir, à quelque chose près, par le choix judicieux ( et va- riable suivant la grosseur de l'appareil) des rayons à donner,l'un à l'arc de cercle intérieur de la coquille -H-, et l'autre à l'arc de cercle du cylindre-I- dans la chambre et par le choix de la cote d'entre axes des dits arcs ; exemple, si l'on donne au cylindre-I- un rayon intérieur de 52m/m, à la coquille -K- un rayon intérieur de 50m/m5 et à l'antre axesdes demx arcs de cer- cle (celui du cylindre et celui de la coquille);
une cote de 8m/m5, on aura avec un arbre de 64m/m de diamètre tangent à la chambre comme sur la figure 20 planche VI, des différences dans la longueur des droites passant comme il a été dit plus haut perpendiculairement à et par la ligne d'axe de rotation de l'arbre -A-, différences comprises entre la longueur 94m/m et la longueur tolérables et 94m/m8. Les différences susénoncées sont/tolérées dans l'appareil présentement décrit parce que facilement compensées en marche par le mouvement sur elles-mêmes des baguettes autocompensatrices -W- (planche V- figures 16, 17 et 18).
De toute manière, que le cylindre-I- comporte des co- quilles ou soit fait sans coquilles, d'un seul bloc, avec des lumières d'admission et d'échappement y pratiquées, par usinage ou par coulée de fonderie, le principe de l'appareil, objet de la présente demande de brevet est celui de la forme intérieure de la chambre telle que toute droite passant perpendiculairement /et/ à par la ligne d'axe de rotation de l'arbre -A- et joignant deux points opposés de la paroi intérieure de lachambre ait la même longueur (avec le cas échéant une légère tolérance dans toutes les positions occupées successivement par cette droite au cours
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de la rotation de cette dernière pendant un tour complet.
A l'intérieur de la chambre l'arbre ou axe est tangent à la coquille comme sur la figure 20, planche VI et frictionne à frotte- ment doux avec cette dernière. Cet arbre a un diamètre tel par rapport à la chambre et est placé excentré à l'intérieur de cette dernière de manière telle que le principe de fonctionnement soit réalisé.
L'eau injectée sous pression arrive de haut en bas par le compartiment d'admission, passe par les lumières d'admission des coquilles -K- et -K'-,entre dans les chambres -H- et -H'-, pousse devant elle la face des volets qu'elle trouve devant elle tandis que l'autre face éjecte-, par refoulement, l'eau par les lumières d'échappement dans le compartiment d'échappement, d'où elle est expulsée à l'extérieur, de haut en bas et le cycle se poursuit.
La figure 7 (planche III) montre le tube extérieur -0-, les baguettes dorsales du cylindre et des coquilles et leur assem- blage entre les demi-flasques-T- et -S-.
Notons que les coquilles permettent en les démontant la visite des volets et des baguettes de volets et leur remplacement facile et qu'on peut fort bien faire exécuter un cylindre d'une seule pièce remplissant les caractéristiques ci-desus avec lumières propres et baguettes, le tout sans coquilles amovibles permettant la visite facile et rapide susindiquée.
FONCTIONNEMENT EN POMPE ROTATIVE
La demi-flasque -S- (fig. 7 (planvhe II) est remplacée par la flasque entière 12 de la planche IV et on obture ainsi le tube -0- à sa partie inférieure. Par un orifice -d- pratiqué au milieu de cette flasque sort et dépasse le bout de l'axe -A- (éventuelle- ment à travers un presse étoupe -e-).
Un tuyau d'aspiration d'eau est branché ensuite sur l'ori- fice-f- de la flasque entière susdite et aboutit au compartiment qui habituellement sert de compartiment d'échappement dans l'appa- reil ci-dessus décrit à usage de sondage. Ce compartiment devient ainsi un compartiment d'aspiration d'eau grâce au tuyau sus-indiqué
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qu'on fait plonger à son autre extrémité dans un bassin d'alimen- tation. A l'aide d'un moteur on fait tourner l'arbre -A- de la pompe. Les volets prennent alors à l'intérieur des chambres -H- et -H'- un mouvement de rotation créant une dépression sur une de leurs faces, dépression qui amorce la pompe laquelle refoule par l'autre face des volets l'eau dans le second compartiment puis à l'extérieur.
Notons que l'eau qui sort sous pression de ce second compartiment fait jouer normalement le système de graissage en pressant sur le piston du réservoir de lubrifiant situé dans le tube de raccord vissé sur le tube extérieur-0- lequel raccord devient tube d'échappement vers l'extérieur.
Ajoutons que suivant le caractère plus ou moins boueux de l'eau on pourra utiliser le volet de la figure 13 (planche IV) représenté vu sur sa tranche et comportant longitudinalement deux logements rectangulaires dans lesquels se loge une baguette d'é- tanchéité (figure 15, planche IV). Dans la partie évidée de cette baguette se loge du caoutchouc faisant office de ressort ou encore on pourra utiliser le volet (fig.21, plancheVII) au tranchant diffé- rant légèrement du précédent, -g- représente le caoutchouc faisant office de ressort, on pourra enfin utiliser le volet de la figure 22, planche VII, comportant outre les caoutchoucs-g'- une baguette d'étancheité dans laquelle est encastrée une bande de caoutchouc très dur -a-.
FONCTIONNEMENT EN COMPRESSEUR ET EN APPAREIL DE FORAGE A AIR COMPRIME
En laissant le tuyau d'aspiration ouvert à l'air libre, la pompe aspire de l'air et le comprime ensuite. Elle sert alors de compresseur. Un compresseur de ce genre injectant à l'appareil moteur rotatif de forage décrit plus haut de l'air comprimé le fait tourner tout comme le fait de l'eau sous pression. L'air comprimé éjecté ainsi dans un forage sèche les débris et poussières de ce dernier et les fait remonter dans le puits foré comme l'eau fait remonter les boues et les débris de sondages.
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Il est bon d'intercaler entre le compresseur et la colonne d'injection d'air de la sondeuse un réservoir d'air comprimé régularisant le débit.
Notons que le compresseur ci-dessus décrit peut servir à tous usages d'air comprimé.
FONCTIONNEMENT EN TURBINE.
En éjectant de l'air comprimé, ou de la vapeur ou de l'eau sous pression dans la pompe décrite plus haut on lafait tourner en turbine et on recueille sur l'axe la force ainsi produite.