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"Pompe rotative ou machine à détente"
On connaît des pompes rotatives ou souffleries du type appelé à roues motrices rotatives, possédant deux organes ou roues motrices tournant dans l'enveloppe, et dans lesquelles l'en- veloppe possède en section transversale la forme de deux cylin- dres de même grandeur qui s'intersectent l'un l'autre. On peut ci- ter à titre d'exemple la pompe de Root qui présente deux rotors actionnés de l'extérieur, qui sont sensiblement en forme de $ en section transversale de sorte que chaque rotor possède deux "dents".
Les deux rotors ont la même section transversale et, pen- dant la rotation, un des rotors sera continuellement en contact
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par l'une de ses "dents" avec le cylindre entourant,le long d'une ligne, tandis que son autre "dent" touchera l'autre rotor de la même façon le long d'une ligne. Une telle pompe est connue par le brevet des E.U.A. n 1.746.885, et est construite de telle manière que l'ouverture d'aspiration est prévue dans l'enveloppe dans une position opposée à l'ouverture de sortie, tandis qu'une soupape rotative tournante est montée en même temps dans le ca- nal de sortie de la pompe, l'arbre de ladite soupape rotative tournant deux fois aussi vite que les deux rotors.
La soupape rotative est constituée par deux segments de cylindre montés en opposition, dont chacun correspond à un peu plus de 90 , et dont les côtés extérieurs cylindriques seront alternativement amenés, pendant la rotation, contre deux éléments de régulation parallèles et sensiblement en forme de tige, qui sont prévus sur chaque côté d'une rainure de passage ménagée dans le canal de sortie. Par le réglage desdits éléments de régulation, on peut modifier le point où commence l'échappement de manière qu'il n'ait lieu qu'au moment où la pression dans la chambre de pression de la pompe a atteint une valeur désirée, ce par quoi un écoulement de retour est rendu impossible.
De plus, on connaît des pompes rotatives pourvues de deux rotors qui ont une section transversale telle que chaque rotor ne possède qu'une"dent". A titre d'exemple, on peut citer la pompe de Repsold qui ne possède qu'une "dent" sur chaque ro- tor, ces dents étant très larges et correspondant en section transversale à environ la moitié de la section transversale du cylindre particulier.
Enfin, on connaît une machine à détente ou pompe rota- tive (brevet français 458.408) à trois rotors et avec une enve- loppe qui, en section transversale, a la forme de trois cylin- dres de même grandeur s'intersectant l'un l'autre, dont les axes reposent dans un plan commun. Le rotor central est monté à rotation sur un arbre tubulaire qui est constitué par deux
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tubes s'entourant l'un l'autre. L'alésage du tube intérieur for- me un conduit d'alimentation pour l'agent sous pression lorsque la machine travaille en tant que machine à détente ou machine à moteur à détente, mais forme un conduit de sortie si la machine joue le rôle de pompe. Dans la suite, la machine sera décrite en tant que machine à détente.
Dans les deux tubes qui s'entourent l'un l'autre et qui forment l'arbre du rotor central, deux rai- nures ou ouvertures de passage sont prévues, lesquelles sont dis- posées de façon diamétralement opposée. Les deux tubes peuvent tourner, de sorte que leurs ouvertures de passage peuvent être amenées plus ou moins en correspondance, tandis que les tubes pourront, en même temps, prendre une position de rotation telle que leurs ouvertures de passage correspondantes pourront tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou dansée sens contraire.
Le rotor central a la forme d'un cylindre pouvant tourner autour de l'arbre tubulaire et, dans la partie extérieure de ce cylindre, on a prévu deux renfoncements latéraux disposés de façon diamé- tralement opposée et approximativement semi-circulaires, dans le fond desquels est formé un conduit d'admission pour l'agent sous pression qui, par l'arbre tubulaire creux et les ouvertures de passage correspondantes de ce dernier,s'écoule dans lesdits ren- foncements latéraux du rotor central.
Les rotors latéraux sont placés de chaque côté du rotor central. Chaque rotor latéral est monté à rotation sur un arbre qui, à l'intervention de roues d'engrenage ou de pièces analogues, est relié de telle façon au rotor central que les deux rotors la- téraux sont forcés de tourner deux fois aussi vite que le rotor central. Les deux rotors latéraux ont la même forme et sont cons- titués, en plus d'un organe de tube entourant l'arbre, par un élément en forme de tige fixé à ce dernier, ledit élément en forme de tige étant circulaire en section transversale sauf à l'endroit d'une face assez petite le long de laquelle ledit élé- ment en forme de tige est fixé à l'organe tubulaire entourant l'arbre du rotor latéral.
Les organes latéraux ou "dents", sen-
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siblement en forme de tige en section transversale, des rotors latéraux possèdent dans leurs parties qui sont écartées de l'arbre une pièce d'étanchéité en forme de tige, introduite en- tre eux, pièce d'étanchéité qui est pressée à l'aide de ressorts dans une butée étanche à l'air, contre la paroi du cylindre de data l'enveloppe à l'intérieur de laquelle le rotor latéral con- sidéré tourne. Ledit dispositif d'étanchéité élastique des "dents des rotors latéraux servira également à créer une étanchéité à l'air contre les renfoncements latéraux formés dans le rotor central lorsque,pendant la rotation, les "dents" des rotors la- téraux saillent plus ou moins dans les renfoncements latéraux du rotor central.
Dans l'enveloppe de la machine, il est prévu dans le voisinage des quatre lignes suivant lesquelles les trois cylindres de même grandeur s'intersectent l'un l'autre, quatre forages cylindriques dont les axes sontarallèles auxdites quatre lignes d'intersection et,partant,parallèles. aux arbres des trois rotors. Deux canaux partent de chacun des forages.
Un de ces canaux est dirigé perpendiculairement au plan commun dans lequel sont situés les axes des arbres des trois rotors.
L'autre canal est disposé obliquement de façon à aller en dé- clinant vers l'arbre du rotor latéral qui se trouve le plus éloigné du forage cylindrique d'où partent les canaux mention- nés en premier lieu.
Il s'ensuit que de chacun des forages cylindriques partira, en partie, un canal qui se termine, pratiquement par- lant, sur la ligne où deux des cylindres de l'enveloppe s'in- tersectent l'un l'autre, et en partie un canal qui se termine dans le voisinage du milieu de la périphérie du cylindre central de l'enveloppe. Chacun desdits forages cylindriques contient une soupape rotative constituée par un tube cylindrique d'épaisseur assez considérable. La cavité ménagée dans l'intérieur des tubes cylindriques forme un conduit qui est en communication avec les tuyaux d'échappement de la machine, celle-ci étant supposée travailler en tant que machine à détente.
Les tubes cylindriques ont en partie une ouverture s'étendant au travers de la paroi
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du tube, et en partie, dans l'extérieur de la paroi du tube, une entaille, dont la longueur calculée dans la direction de la péri- phérie est suffisamment grande pour que ladite entaille puisse former un canal de communication entre les deux canaux partant du forage cylindrique, dans lequel ledit tube cylindrique est pla- cé à rotation et de façon à remplir ledit forage.
Lorsque la ma- chine travaille en tant que machine à détente, l'agent de pression amené est @ par l'arbre creux du rotor central vers les renfonce- ments latéraux approximativement semi-circulaires dudit rotor pen- dant la période où la "dent" formée sur le rotor latéral corres- pondant est sortie du renfoncement latéral du .'rotor- central.
Lorsque l'agent de pression par sa détente dans le renfoncement latéral pousse la "dent" du rotor latéral hors du renfoncement la- téral du rotor central, le rotor latéral tourne dans le sens de rotation opposé du rotor central. Pendant ce mouvement de la "dent" du rotor latéral sortant du renfoncement latéral du rotor central, le bord du renfoncement latéral qui se trouve le plus éloigné, calculé dans la sens de rotation du rotor central, butera contre la "dent" du rotor latéral, tandis que l'autre bord du renfonce- ment latéral du rotor central butera sur l'extérieur de l'organe tubulaire cylindrique entourant l'arbre du rotor latéral en for- mant une étanchéité à l'air.
Ce contact étanche à l'air sera maintenu pendant que la dent du rotor latéral sort entièrement du renfoncement latéral du rotor central, et ensuite il se formera un joint étanche à l'air entre l'extérieur cylindrique du rotor central et l'exté- rieur cylindrique de l'organe tubulaire entourant l'arbre du ro- tor latéral. Lorsque la "dent" du rotor latéral sort du renfonce- ment latéral du rotor central, celui-ci aura réalisé une rotation assez considérable. Cette rotation du rotor central continue pen- dant que la dent du rotor latéral s'écarte du renfoncement laté- ral du rotor central, l'agent de pression continuant à .se déten- dre de plus en plus pendant le mouvement de rotation commun des deux rotors.
Pendant la rotation continue du rotor central, le renfoncement latéral de ce dernier atteindra bientôt une position
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dans laquelle il découvre le conduit de dérivation qui est formé en partie par les deux canaux venant de l'un des quatre forages cylindriques, et en partie par le canal de communica- tion formé par l'entaille pratiquée dans l'extérieur du tube cylindrique, de sorte que l'agent de pression qui se détend continuera d'être en communication avec la chambre de pression du rotor latéral, jusqu'à ce que le renfoncement latéral du rotor central ait passé le canal oblique qui part du forage cylindrique considéré, prévu dans l'enveloppe, et qui se ter- mine dans le voisinage du milieu de la périphérie; du cylindre central de l'enveloppe.
En ce qui concerne ce qui a été dit ci-dessus, on a supposé que le tube cylindrique rotatif prévu dans le forage cylindrique particulier était tourné dans une position telle que l'entaille formée dans l'extérieur de la paroi du tube, correspond avec les deux canaux venant du fora- ge cylindrique et établit une communication entre eux. Dans cette position du tube cylindrique, l'ouverture du tube s'éten- dant au travers de la paroi sera fermée.
Tandis que l'agent de pression continue à se détendre, la dimension de la chambre de pression du rotor latéral aug- mente, la "dent" formée sur le rotor latéral approchant de plus en plus de l'ouverture d'échappement du rotor latéral et dépassant ladite ouverture d'échappement au même moment où elle se trouve sur le point de pénétrer dans le second renfon- cement latéral du rotor central. Celui-ci tourne la moitié moins vite que le rotor latéral. L'ouverture d'échappement susmentionnée formée dans la cavité de l'enveloppe, est cons- tituée par l'extrémité intérieure de l'un des deux canaux qui partent de l'un des quatre forages cylindriques prévus dans l'enveloppe de la machine. Le canal considéré est le canal qui est dirigé perpendiculairement au plan commun dans lequel sont situés les axes des trois rotors.
Par l'ouverture d'échap- pement et ledit canal, l'agent de pression détendu s'échappera vers l'intérieur du tube cylindrique rotatif monté dans ledit
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forage cylindrique, le tube étant tourné de telle façon que l'ouverture passant à travers la paroi du tube soit dans le prolongement dudit canal formé dans l'enveloppe. De la cavité dudit tube cylindrique, l'agent de pression détendu s'échappe vers l'une des conduites d'échappement de la machine. On a décrit ci-dessus comment l'un des rotors latéraux de la machine coopère avec le rotor central de la machine. L'autre rotor la- téral de la machine coopère avec le rotor central exactement de la même manière.
Comme mentionné ci-dessus, l'enveloppe de la machine possède un total de quatre forages cylindriques dans lesquels sont montés des tubes cylindriques rotatifs ou des soupapes rotatives. Deux des quatre soupapes rotatives ap- partiennent à l'un des rotors latéraux, en relation avec le rotor central, tandis que les deux autres soupapes rotatives appartiennent à l'autre rotor latéral, en relation avec le ro- tor central. Le sens de rotation des trois rotors peut être mo- difié par une rotation simultanée des quatre tubes cylindriques ou des quatre soupapes rotatives, dont deux fonctionnent comme des soupapes d'échappement tandis que, par suite de l'entaille formée dans l'extérieur de la paroi du tube, les deux autres fonctionnent comme parties des canaux de dérivation qui assu- rent de meilleures conditions de détente à l'agent de pression.
La machine décrite peut, comme mentionné, travailler soit comme machine à détente soit comme pompe rotative.
Toutes les pompes rotatives connues antérieurement, ou machines à détente, ont un rendement assez pauvre lorsqu'el- les travaillent avec de l'air atmosphérique, des gaz, et des vapeurs. En outre, les pompes Root aussi bien que les pompes Repsold ont l'inconvénient de ne pas être pourvues de soupape de sortie, ni d'une soupape de sortie munie d'un dispositif de régulation permettant la variation du degré de compression pendant le fonctionnement.
Le but de la présente invention est de construire une machine à deux rotors, qui peut être employée soit comme
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pompe rotative soit comme machine à détente, et qui en tant que pompe a l'avantage que la compression soit effectuée uniformément, presque comme c'est le cas dans un compresseur à piston, et au degré de compression désiré. Celui-ci peut, si on le désire, être modifié pendant le fonctionnement de la pompe. La machine selon l'invention présente un autre avantage constitué par le fait qu'elle aura un espace nuisible très petit et fonctionnera très économiquement, vu que par suite de la compression ou de la dé- tente uniforme combinée avec le très petit espace nuisible, elle possédera un rendement amélioré inconnu jusqu'à ce jour.
Si la machine dont il est question ici est utilisée en tant que machine à détente, les deux rotors seront mis en rotation à l'aide de la détente d'un agent de pression, par exemple de l'air atmosphérique, un gaz, une vapeur, la détente étant effectuée uni- formément, presque comme dans le cas d'une machine à vapeur à mou- vement alternatif, et au degré de détente désiré. Celui-ci peut, éventuellement, être modifié pendant le fonctionnement de la ma- chine à détente.
Plus explicitement, l'invention se rapporte à une pompe ro- tative ou machine à détente du genre comprenant deux rotors qui tournent dans une enveloppe, qui en section transversale a la for- me de deux cylindres s'intersectant l'un l'autre, et où l'un des rotors n'a qu'une"dent" et tourne autour d'un axe qui est excen- trique par rapport au centre de gravité géométrique de la section transversale du rotor, tandis que l'autre rotor possède au moins deux "dents", et tourne autour d'un axe central par rapport à la section transversale du rotor, et où la vitesse de rotation du rotor à plusieurs "dents" est égale à la vitesse de rotation du rotor à une "dent" divisée par un nombre entier qui est déterminé par le rapport des dents d'un rotor à l'autre, et qui est plus grand que 1.
La caractéristique principale de l'invention réside dans le fait que le rotor à une"dent" a une section transversale exactement ou approximativement circulaire ou une section trans-
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versale conformée de quelque autre manière appropriée , tandis que pendant toute ou pratiquement toute la rotation les deux rotors portent l'un sur l'autre le long d'une seule ligne.
Si la machine est utilisée en tant que pompe, le rotor rapide isolera,pendant chaque rotation,un volume fourni par l'ouverture d'aspiration, tandis que le rotor lent pendant chaque moitié, tiers quart, etc., de sa rotation isolera de même un volume fourni par l'ouverture d'aspiration, ces deux volumes étant peu après l'iso- lement du premier volume réunis et ensuite comprimés comme un tout, et, après l'achèvement de la compression, ils s'échapperont par une ou plusieurs ouvertures d'échappement. En ce qui concerne la ou les ouvertures d'échappement, on prévoit de préférence une soupape ou un dispositif/de soupape, par exemple, une soupape, dans un conduit d'échappement.
Ladite soupape ou dispositif de soupape est avantageusement combiné avec un dispositif de régulation au moyen duquel on peut modifier le point où commence l'échappement, de sorte que celui-ci ne commencera pas avant que la pression de la chambre de pression de la pompe n'ait atteint une certaine valeur.
Si la machine est utilisée en tant que machine à détente, l'ouverture d'aspiration susmentionnée deviendra l'ouverture d'é- chappement de la machine, et, en même temps, la ou les ouvertures d'échappement susmentionnées, avec lesquelles on prévoit de préfé- rence une soupape ou un dispositif de soupape avec dispositif de régulation associé, deviendront alors la ou les ouvertures d'ad- mission de la machine pour l'agent de pression, le tout ayant pour résultat que, lors de la détente dans la machine, ledit agent de pression fera tourner les deux rotors de celle-ci de sorte que les arbres desdits rotors deviendront des arbres d'entraînement à partir desquels du travail peut être fourni.
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En plus du fait d'être relative à la pompe rotative ou à la machine à détente, l'invention concerne également différents détails de la pompe ou de la machine à détente mentionnée ici.
Sur le dessin, différentes formes de réalisation d'une machine selon l'invention ont été représentées en partie schémati- quement, laquelle machine doit être considérée, dans les figures des dessins donnés ci-dessous, comme une pompe rotative selon l'in- vention.
Les figures 1 à 3 illustrent une coupe transversale par une forme de réalisation de pompe rotative selon l'invention, avec les deux rotors dans trois positions différentes l'un par rapport à l'autre.
Les figures 4 à 6 illustrent schématiquement une coupe transversale par la moitié supérieure d'une autre forme de réalisa- tion de pompe rotative selon l'invention, ces figures représentant, comme dans le cas des figures 1 à 3, les deux rotors de la pompe dans trois positions différentes l'un par rapport à l'autre.
La figure 7 est une coupe transversale par une pompe rota- tive similaire à celle représentée à la figure 1, mais avec une disposition de soupape modifiée dans le conduit d'échappement.
Les figures 8 et 9 sont deux coupes transversales par une pompe rotative sensiblement similaire à celle représentée à la fi- gure 1, mais avec des variantes de réalisation du dispositif de soupape dans les ouvertures d'échappement de la pompe.
A la figure 1, 1 désigne l'enveloppe de la pompe, ladite enveloppe ayant intérieurement la forme de deux cylindres 2 et 3 qui s'intersectent partiellement. Un conduit d'aspiration 4 se ter- mine dans l'intérieur de l'enveloppe par une ouverture d'aspira- tion 5 qui, sur la figure, est montrée comme menant au cylindre 2, mais qui peut tout aussi bien mener au cylindre 3 ou à la zone de transition entre les deux cylindres 2 et 3. L'ouverture d'échappe- ment 6 qui dans l'enveloppe 1 est placée dans une position essen-
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tiellement ou pratiquement opposée à l'ouverture d'aspiration 5 et qui peut être prévue dans l'un des cylindres, dans la zone de transition entre ces derniers, .mène'; à un conduit d'échappement 7 dans lequel est monté un clapet de retenue 8.
Dans le cylindre 2, un rotor 9 tourne autour d'un arbre 10 dont l'axe 11 coïncide avec l'axe du cylindre 2. Le rotor 9 ne possède qu'une "dent" c'est-à-dire une ligne 20 seulement le long de laquelle il peut toucher le cylindre 2 pendant la rotation. A la figure 3, cepen- dant, on a indiqué par la double flèche 120 que la "dent" du ro- tor 9 peut être conformée de façon à pouvoir toucher le cylindre 2 sur une face de contact de largeur assez considérable. L'arbre de rotation 10 est monté excentriquement par rapport au rotor 9, et ce dernier est formé de telle manière qu'en section transversale son centre de gravité géométrique tombe en dehors de l'axe de ro- tation 11 du rotor.
La section transversale du rotor 9 sera en principe exactement ou approximativement circulaire tout en pou- vant avoir également une autre forme, comme approximativement la forme d'un coeur. Dans le cylindre 3, un rotor 12 tourne autour d'un arbre 13 dont l'axe 14 est central par rapport à la section transversale du rotor 12.
Les rotors 9 et 12 sont, comme on le voit plus particuliè- rement à la figure 2, en contact l'un avec l'autre sur une seule ligne, pendant la rotation. Le rotor 12 a une section transversale approximativement triangulaire et, partant, trois "dents", de sor- te que le rotor 12 pourra toucher le cylindre entourant sur trois lignes de contact.
La vitesse de rotation du rotor 12 à plusieurs dents est égale à la vitesse de rotation du rotor 9 à une dent,divisée par un nombre entier qui est déterminé par le "rapport des dents" d'un rotor à l'autre, et qui est plus grand que 1. Vu que le ro- tor 9 possède une "dent" tandis que le rotor 12 possède trois "dents", le rotor 9 fera un tour complet pour chaque tiers de tour
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du rotor 12. Les sens de rotation des deux rotors 9 et 12 sont in- diqués par des flèches aux figures 1 à 3.
La figure 1 montre les deux rotors 9 et 12 dans les posi- tions respectives qu'ils prennent lorsque le rotor rapide 9 vient de fermer l'ouverture d'aspiration 5, ce qui a pour résultat d'iso- ler dans le cylindre 2 un volume 15 qui avait pénétré en avance par l'ouverture d'aspiration. En même temps, un volume 16 sera iso- lé dans le cylindre 3 à l'aide du rotor lent 12, volume qui avait pénétré en avance par l'ouverture d'aspiration 5 et se trouve main- tenant dans le voisinage de l'ouverture d'échappement 6, comme on le voit à la figure 1.
La figure 2 montre la position réciproque des deux rotors 9 et 12 après que le rotor rapide 9 a tourné d'environ 135 par rapport à la position de la figure 1. Les deux volumes 15 et 16 de la figure 1 seront réunis,à la figure 2, et cette réunion aura lieu peu de temps après la fermeture de l'ouverture d'aspiration par le rotor rapide, les volumes réunis étant simultanément com- primés comme un tout. Le volume total est désigné par 17 à la fi- gure 2, et l'air atmosphérique, du gaz, de la vapeur, ou quelque autre agent que la pompe doit comprimer, sera à la figure 2 com- primé jusqu'à la moitié environ de son volume.
La soupape 8 dans le conduit d'échappement est représentée, à la figure 2,en position ouverte, mais le point d'ouverture pour la soupape est déterminé par la charge de son ressort et celle-ci peut être conçue de façon que la soupape ne s'ouvre pas avant que la compression désirée n'ait été atteinte.
La figure 3 représente les rotors 9 et 12 dans des posi- tions correspondant à une nouvelle rotation de 150 du rotor ra- pide par rapport à sa position à la figure 2. La pompe a alors li- béré presque tout le volume total 17 représenté à la figure 2 , par le conduit d'échappement 7, et la soupape 8 est juste au point de fermeture, ce qui arrivera dès que la pression dans le conduit
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d'échappement devient plus grande que la pression dans la pompe.
L'espace nuisible de la pompe est désigné par 18 à la figure 3.
Il apparaît à la figure 3 que l'espace nuisible 18 peut devenir moindre si les deux rotors 9 et 12 peuvent être tournés étroitement ensemble sans qu'il soit possible pour l'agent com- primé de s'échapper par derrière dans la pompe dans le sens op- posé au sens de rotation du rotor 9. Ceci peut être obtenu en conformant le rotor 9 de telle façon qu'il ait une surface de contact plus large contre le cylindre 2, surface indiquée par la double flèche 120 à la figure 3. La large face de contact sert en partie à réduire le jeu nuisible de la pompe, en partie à empêcher la surpression de la chambre de pression de la pom- pe de s'écouler vers l'arrière et de pénétrer dans la chambre d'aspiration 19 du cylindre 2, figure 3.
Les figures 4 à 6 montrent schématiquement qu'une pompe selon l'invention peut être constituée de deux rotors 21 et 22, dont le rotor 21 ne possède qu'une "dent" et correspond prati- quement au rotor 9 des figures 1à 3, tandis que l'autre rotor présente deux "dents". Le rotor 22 tourne à une vitesse de ro- tation qui est la moitié de celle du rotor 21. Pour le reste, la pompe rotative suivant les figures 4 à 6 fonctionne, prati- quement parlant, exactement de la même manière que la pompe représentée aux figures 1 à 3, ce que l'on verra en comparant la figure 4 à la figure 1, la figure 5 à la figure 2 et la fi- gure 6 à la figure 3.
L'ouverture d'aspiration et l'ouverture d'échappement dans la pompe représentée aux figures 4 à 6 peuvent être ima- ginées montées exactement de la même manière que les ouvertures correspondantes des figures 1 à 3.
Dans le cas où le rotor à une "dent" 9 aux figures 1 à 3 ou 21 aux figures 4 à 6 s'écarte de la section transversale circulaire par le fait qu'il présente une face de contact assez large contre le cylindre, comme on l'a indiqué par la double
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flèche 120 à la figure 3, les deux rotors seront pendant la ro- tation en contact l'un avec l'autre sur une seule ligne sauf pour une courte période à la fin de la compression et au com- mencement de l'aspiration. Ces courtes périodes sont symétriques autour de la ligne reliant les axes des deux rotors.
Dans les deux courtes périodes précitées, le rotor à une dent 9 ou 21 se- ra en contact, par la partie aplatie indiquée par la double flè- che 120 à la figure 3, avec le rotor à plusieurs dents 12 ou 22 par deux ou plusieurs lignes différentes, renfermant entre elles un imperceptible petit volume qui est transporté du côté pres- sion au côté aspiration, mais que l'on peut parfaitement négliger.
Par une conformation spéciale des zones de transition entre la partie aplatie et la surface restante du rotor à une dent, qui est entièrement ou pratiquement une surface de cylindre, il sera cependant possible d'éviter ce transport d'un imperceptible pe- tit volume d'agent sous pression du côté pression de la pompe au côté aspiration.
Aux figures 7 à 9 on a représenté différentes formes de soupapes d'échappement qui peuvent être avantageusement employées avec la pompe rotative selon l'invention. La pompe rotative pro- prement dite possède aux figures 7 à 9 la même construction que la pompe représentée aux figures 1 à 3. Une caractéristique com- mune des trois différentes soupapes d'échappement représentées aux figures 7 à 9,est qu'elles permettent une variation de la compression de la pompe pendant le fonctionnement.
A la figure 7, les parties correspondantes ont été dési- gnées par les mêmes notations de référence qu'à la figure 1.
Dans le conduit d'échappement 7 de la pompe est prévu un disposi- tif de soupape consistant en une soupape rotative. Cette soupape rotative est formée par un cylindre 23 qui tourne à une vitesse de rotation correspondant à la moitié de la vitesse de rotation du rotor rapide 9 de la pompe. Dans le cylindre 23, dont le sens de rotation est indiqué par une flèche, on a prévu un conduit
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transversal 24 qui pendant la rotation du cylindre ouvrira et fer- mera alternativement le conduit d'échappement 7. Autour de l'exté- rieur de la soupape rotative Qu cylindre 23, on a prévu un tube en deux pièces 25, 26 qui forme coussinet pour la soupape rotative.
Une moitié 25, de toute façon, du tube en deux pièces peut être tournée de sorte que le bord 27 de la partie de tube 25 voisine de l'enveloppe de la pompe peut être tourné dans le conduit d'échap- pement, comme indiqué à la figure 7. De ce fait, on arrive à pou- voir modifier le point d'ouverture de la soupape rotative, de sor- te que l'échappement par le conduit 7 ne commencera pas avant que la pression dans la pompe n'ait atteint un certain degré. Il est possible que le cylindre 23,avec le conduit transversal 24 , puis- se tourner dans le sens opposé à celui indiqué par la flèche à la figure 7.
Dans ce cas, le dispositif de régulation ou réglage qui peut être ajusté par rotation est formé par la partie de tube 26 dont le bord adjacent à l'enveloppe de pompe 1 est tourné dans le conduit d'échappement 7, ce qui a pour résultat de pouvoir modi- fier le point d'ouverture de la soupape rotative. On peut imagi- ner, au lieu d'un dispositif de régulation réglable par rotation grâce auquel on peut faire vafier le point où commence l'échappe- ment par la soupape rotative, un plateau-coulisse mobile dans un guide, dont le bord avant correspondra alors au bord 27 de la fi- guee 7.
A la figure 8, des parties correspondantes sont désignées par les mêmes notations de référence qu'à la figure 1. Dans cette forme de réalisation, la pompe présente plusieurs ouvertures d'é- chappement qui sont prévues à l'une ou aux deux extrémités du rotor lent 12, la soupape rotative consistant en au moins un plateau ter- minal circulaire 28 qui est fixé au rotor et tourne avec lui, et dans lequel sont formées des entailles 29 ou des ouvertures corres- pondantes prévues entre les "dents" du rotor. A l'extérieur du plateauterminal- 28, dans le couvercle d'extrémité de la pompe, est logé un disque rotatif 30 qui est monté de façon à se trouver
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en contact avec l'extérieur de la soupape rotative circulaire ou plateau d'extrémité 28.
Dans ledit disque rotatif 30 est for- mée une entaille ou ouverture 31 qui est indiquée par des lignes en traits sur la figure. Le conduit d'échappement de la ompe ou la ou les chambres correspondantes seront imaginées se trouver derrière l'ouverture 31. Par réglage du disque rotatif 30 avec l'ouverture 31, on peut modifier le point d'ouverture de la sou- pape rotative de telle sorte que l'échappement ne commence avant que la pression dans la chambre de pression de la pompe n'ait atteint une certaine valeur. Le disque rotatif 30 forme ainsi le mécanisme de régulation du dispositif de soupape.
Aussi bien, les parties correspondantes ont été désignées à la figure 9 par les mêmes notations de référence qu'à la fi- gure 1. Dans cette forme de réalisation, les ouvertures d'échap- pement 32 de la pompe sont prévues dans lesdites surfaces du ro- tor lent 12 qui en même temps sert de soupape rotative. A l'in- térieur des ouvertures d'échappement 32, trois conduits d'échap- pement sont prévus dans le rotor 12, conduits qui mènent dans un canal cylindrique central 34 formé dans le rotor. Le canal 34 forme le conduit d'échappement de la pompe. Le rotor 12 est tou- rillonné sur le dispositif de régulation de la soupape rotative , lequel dispositif est constitué par deux tubes qui sont montés dans le canal cylindrique 34 de manière à s'entourer l'un l'au- tre et dans chacun desquels est formée une rainure oblongue de largeur assez considérable.
Lesdits tubes sont désignés par 35 et 36 et il apparaît sur la figure que le tube extérieur 35 possède un diamètre exté- rieur correspondant au diamètre du canal cylindrique 34 du rotor 12, tandis que le tube intérieur 35 le long d'un des côtés de sa rainure présente une languette 37 en saillie vers l'extérieur qui saille dans la rainure du tube extérieur 35, et se trouve en contact par sa face terminale avec la paroi du canal cylindrique
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34 du rotor. Le tube intérieur 36 est fixe, tandis que le tube extérieur 35 peut tourner, de telle sorte que la position du bord de rainure 38 peut être modifiée et le point d'ouverture de la soupape rotative changé, de ce fait, par une rotation du tube mo- bile extérieur 35 par rapport au tube fixe intérieur 36.
Le dispositif de régulation représenté à la figure 9, qui consiste en deux tubes 35 et 36 qui s'entourent l'un l'autre et sont montés dans le canal cylindrique 34, peut être modifié de fa- çon que le tube extérieur 35 devienne fixe tandis que le tube in- térieur 36 deviendra réglable. Le bord avant de la languette 37 devient le bord d'ouverture variable du dispositif de régulation tandis que le bord 38 du tube 35 devient un bord de fermeture fi- xe. Si le tube 35 est fixe et le tube 36 rotatif, le dispositif de régulation 35,36, 37,à la figure 9, doit être considéré comme monté symétriquement autour de la ligne A-B, de sorte que le bord d'ouverture variable de la languette 37 sera de ce fait placé au point où le bord de tube 38 est représenté à la figure 9.
Ceci est dû au fait que la ligne A-B passe en partie par l'axe du ca- et nal cylindrique 34,/en partie par le milieu de l'ouverture com- prise entre le bord de tube 38 et le bord avant de la languette 37, de sorte que le point où commence le passage par la soupape rotative peut être modifié en faisant tourner une partie du tube en deux pièces, par exemple la pièce 25.
La pompe rotative selon l'invention peut, comme on l'a représenté aux figures 4 à 6, comporter un rotor à course lente muni de deux "dents" et, comme on l'a représenté aux figures 1 à 3 et aux figures 7 à 9, comporter un rotor à course lente muni de trois "dents". Il est également possible d'avoir un rotor à course lente possédant quatre dents ou davantage, plus de quatre dents devenant cependant sans intérêt car alors le rotor lent deviendrait trop grand.
Les soupapes rotatives avec les dispositifs de régulation
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associés,décrits en relation avec les figures 7,8 et 9, peu- vent être employés dans des pompes selon l'invention avec un rotor lent possédant plus ou moins que trois "dents". Si ledit rotor comporte trois "dents" , il y aura, comme on le voit à la figure 9, un espace suffisant pour la soupape rotative avec son dispositif de régulation associé,montés en relation avec un ca- nal ou conduit d'échappement prévu dans le milieu du rotor à course lente.
Dans les figures du dessin/auxquelles on a fait référence ci-dessus, il a été expliqué comment la machine fonctionnait en 'tant que pompe rotative.
La machine selon l'invention peut, en étant d'une cons- truction non modifiée, avec toutefois suppression du clapet de retenue $ des figures 1 à 3, être utilisée comme machine à dé- tente, qui est actionnée par l'air atmosphérique, du gaz, ou de la vapeur fournie sous pression et amenée par ce qu'on a appelé ci-dessus le conduit d'échappement de la pompe, tandis que simultanément l'agent de pression est évacué,après détente dans la machine,par ce qu'on a appelé ci-dessus le conduit d'aspira- tion de la pompe.
Si, à titre d'exemple, on considère la figure 9, l'agent de pression peut être supposé amené par le canal cylindrique 34 dans le rotor à course lente 12.
Lorsque la machine travaille en tant que machine à dé- tente, les rotors 9 et 12 tourneront dans le sens opposé à ce- lui indiqué par les flèches. Le rotor 12 sera par conséquent, dans la position représentée à la figure 9, juste au point d'ou- verture de l'alimentation de l'agent de pression vers le petit espace en forme de coin qui est limité par les deux rotors et la partie de l'enveloppe 1 située à la gauche de la figure.
Ledit petit espace en forme de coin correspond à l'espace qui
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à la figure 3 est désigné comme étant l'espace nuisible 18 de la pompe. Lorsque l'agent de pression est admis sous une pression élevée dans le petit espace en forme de coin, il forcera - lors de la détente - les "dents" des deux rotors 9 et 12 limitant ledit espace, à se séparer, ce qui aura pour résultat que tout en don- nant du travail les rotors seront tournés dans des sens opposés aux flèches, et viendront bientôt prendre les positions respecti- ves correspondant aux positions représentées à la figure 2. Avant ceci, la rotation du rotor 12, à la figure 9, aura provoqué l'in- terruption de l'écoulement de l'agent de pression hors du tube cylindrique 34 par l'ouverture 32, figure 9.
Le volume renfermé entre les rotors 9 et 12 sera ensuite détendu pendant que simulta- nément de l'énergie est fournie aux rotors. Finalement, le rotor 9, à la figure 9, aura à ce point tourné dans le sens contraire à celui de la flèche qu'il permettra l'échappement du volume en- fermé et détendu par l'ouverture 5, à la figure 9, qui servira d'ouverture d'échappement. La machine, en bref, servira de machine à détente fonctionnant exactement de la manière opposée à la façon dont elle fonctionne lorsqu'elle est utilisée comme pompe rotative.
Le dispositif de régulation à soupape qui, lorsque la machine fonc- tionne comme une pompe, est utilisé pour déterminer la pression d'échappement de la pompe, servira, dans la machine à détente, à modifier le degré de remplissage de la machine relativement ax à l'agent de pression employé..
Si la machine est employée comme machine à détente, c'est- à-dire comme machine de force motrice, il ne sera pas possible de la faire démarrer dans toutes les positions des rotors, de sor- te qu'ils devront éventuellement être amenés dans une position de ensemble départ. On peut remédier à cet inconvénient en montant/- éventuel- lement avec application d'arbres communs - plusieurs machines à détente selon l'invention de telle manière qu'elles travaillent avec des tuyaux d'alimentation et d'échappement communs, respec-
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"Rotary pump or expansion machine"
Rotary pumps or blowers of the type known as rotary drive wheels are known, having two driving members or wheels rotating in the casing, and in which the casing has in cross section the shape of two cylinders of the same size which intersect each other. One example is the Root pump which has two externally operated rotors which are substantially-shaped in cross section so that each rotor has two "teeth".
Both rotors have the same cross section and during rotation one of the rotors will be in continuous contact.
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by one of its "teeth" with the surrounding cylinder, along a line, while its other "tooth" will touch the other rotor in the same way along a line. Such a pump is known from the U.S. patent. n 1.746.885, and is constructed in such a way that the suction opening is provided in the casing in a position opposite to the outlet opening, while a rotary rotary valve is mounted at the same time in the ca - output nal of the pump, the shaft of said rotary valve rotating twice as fast as the two rotors.
The rotary valve consists of two cylinder segments mounted in opposition, each of which corresponds to a little more than 90, and the cylindrical outer sides of which will be alternately brought, during the rotation, against two parallel and substantially rod-shaped regulating elements. , which are provided on each side of a passage groove formed in the outlet channel. By adjusting said regulating elements, it is possible to modify the point where the exhaust begins so that it does not take place until the pressure in the pressure chamber of the pump has reached a desired value, this by whereby a return flow is made impossible.
In addition, rotary pumps are known provided with two rotors which have a cross section such that each rotor has only one "tooth". As an example, we can cite the Repsold pump which has only one "tooth" on each rotor, these teeth being very wide and corresponding in cross section to about half of the cross section of the particular cylinder.
Finally, there is known an expansion machine or rotary pump (French patent 458.408) with three rotors and with a casing which, in cross section, has the shape of three cylinders of the same size intersecting one another. the other, whose axes rest in a common plane. The central rotor is rotatably mounted on a tubular shaft which consists of two
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tubes surrounding each other. The bore of the inner tube forms a supply duct for the pressurized medium when the machine works as an expansion machine or a machine with an expansion motor, but forms an outlet duct if the machine acts as an expansion machine. pump. In the following, the machine will be described as an expansion machine.
In the two tubes which surround one another and which form the shaft of the central rotor, two grooves or passage openings are provided, which are arranged diametrically opposed. The two tubes can rotate, so that their passage openings can be brought more or less in correspondence, while the tubes can, at the same time, assume a position of rotation such that their corresponding passage openings can rotate in the direction of the clockwise or danced counterclockwise.
The central rotor has the shape of a cylinder which can turn around the tubular shaft and, in the outer part of this cylinder, two lateral recesses are provided, arranged in diametrically opposed and approximately semi-circular manner, in the bottom. of which is formed an inlet duct for the pressurized medium which, through the hollow tubular shaft and the corresponding passage openings of the latter, flows into said lateral recesses of the central rotor.
The side rotors are placed on either side of the center rotor. Each side rotor is rotatably mounted on a shaft which, by means of gear wheels or the like, is connected in such a way to the central rotor that the two side rotors are forced to turn twice as fast as the central rotor. The two lateral rotors have the same shape and are constituted, in addition to a tube member surrounding the shaft, by a rod-shaped element attached to the latter, said rod-shaped element being circular in cross section. except at the location of a fairly small face along which said rod-shaped member is attached to the tubular member surrounding the shaft of the side rotor.
The lateral organs or "teeth", sens-
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Lateral rotors are rod-shaped alike in cross section, side rotors have in their parts which are spaced from the shaft a rod-shaped sealing part inserted between them, which sealing part is pressed with the aid of of springs in an airtight stop, against the wall of the cylinder of the casing inside which the side rotor in question rotates. Said resilient sealing device for the teeth of the lateral rotors will also serve to create an air seal against the lateral recesses formed in the central rotor when, during rotation, the “teeth” of the lateral rotors more or less protrude. in the side recesses of the central rotor.
In the casing of the machine, in the vicinity of the four lines along which the three cylinders of the same size intersect each other, four cylindrical boreholes are provided whose axes are parallel to said four lines of intersection and, starting, parallels. to the shafts of the three rotors. Two canals leave from each of the boreholes.
One of these channels is directed perpendicular to the common plane in which the axes of the shafts of the three rotors are located.
The other channel is disposed obliquely so as to descend towards the shaft of the lateral rotor which is furthest from the cylindrical borehole from which the first mentioned channels originate.
It follows that from each of the cylindrical boreholes will start, in part, a channel which ends, practically speaking, on the line where two of the cylinders of the casing intersect each other, and partly a channel which ends in the vicinity of the middle of the periphery of the central cylinder of the casing. Each of said cylindrical bores contains a rotary valve constituted by a cylindrical tube of fairly considerable thickness. The cavity formed in the interior of the cylindrical tubes forms a duct which is in communication with the exhaust pipes of the machine, the latter being supposed to work as an expansion machine.
Cylindrical tubes partly have an opening extending through the wall
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of the tube, and in part, in the outside of the wall of the tube, a notch, the length of which calculated in the direction of the periphery is sufficiently large so that said notch can form a communication channel between the two channels leaving cylindrical borehole, in which said cylindrical tube is rotated and so as to fill said borehole.
When the machine operates as an expansion machine, the pressure medium supplied is by the hollow shaft of the central rotor to the approximately semi-circular side recesses of said rotor during the period when the tooth. "formed on the corresponding side rotor has exited from the side recess of the center rotor.
When the pressure medium by its release in the side recess pushes the side rotor "tooth" out of the side recess of the center rotor, the side rotor rotates in the opposite direction of rotation from the center rotor. During this movement of the side rotor "tooth" coming out of the center rotor side recess, the edge of the side recess which is furthest away, calculated in the direction of rotation of the center rotor, will butt against the side rotor "tooth" , while the other edge of the side recess of the central rotor will abut the exterior of the cylindrical tubular member surrounding the shaft of the side rotor forming an air seal.
This airtight contact will be maintained while the tooth of the side rotor comes fully out of the side recess of the center rotor, and then an airtight seal will form between the cylindrical exterior of the central rotor and the exterior. cylindrical interior of the tubular member surrounding the shaft of the lateral rotor. When the side rotor "tooth" comes out of the side recess of the central rotor, the latter will have made a fairly considerable rotation. This rotation of the center rotor continues as the tooth of the side rotor moves away from the side recess of the center rotor, the pressure medium continuing to relax more and more during the common rotational movement of the wheels. two rotors.
During the continuous rotation of the central rotor, the lateral indentation of the latter will soon reach a position
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in which he discovers the bypass duct which is formed partly by the two channels coming from one of the four cylindrical bores, and partly by the communication channel formed by the notch made in the outside of the cylindrical tube , so that the expanding pressure agent will continue to be in communication with the pressure chamber of the side rotor, until the side recess of the central rotor has passed the oblique channel that starts from the cylindrical borehole in question, provided in the envelope, and which ends in the vicinity of the middle of the periphery; of the central cylinder of the casing.
With regard to what has been said above, it has been assumed that the rotating cylindrical tube provided in the particular cylindrical borehole is rotated into a position such that the notch formed in the exterior of the tube wall, corresponds with the two channels coming from the cylindrical borehole and establishing communication between them. In this position of the cylindrical tube, the opening of the tube extending through the wall will be closed.
As the pressurizing agent continues to relax, the size of the side rotor pressure chamber increases, with the "tooth" formed on the side rotor increasingly approaching the exhaust opening of the side rotor. and extending beyond said exhaust opening at the same time as it is about to enter the second lateral recess of the center rotor. This turns half as fast as the side rotor. The aforementioned exhaust opening formed in the cavity of the casing is formed by the inner end of one of the two channels which leave from one of the four cylindrical bores provided in the casing of the machine. . The channel considered is the channel which is directed perpendicular to the common plane in which the axes of the three rotors are located.
Through the exhaust opening and said channel, the expanded pressure medium will escape towards the interior of the rotating cylindrical tube mounted in said.
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cylindrical borehole, the tube being rotated such that the opening passing through the wall of the tube is in the extension of said channel formed in the casing. From the cavity of said cylindrical tube, the expanded pressure medium escapes to one of the exhaust pipes of the machine. It has been described above how one of the lateral rotors of the machine cooperates with the central rotor of the machine. The other side rotor of the machine cooperates with the central rotor in exactly the same way.
As mentioned above, the machine shell has a total of four cylindrical boreholes in which rotating cylindrical tubes or rotary valves are mounted. Two of the four rotary valves belong to one of the side rotors, in relation to the central rotor, while the other two rotary valves belong to the other side rotor, in relation to the central rotor. The direction of rotation of the three rotors can be changed by simultaneous rotation of the four cylindrical tubes or the four rotary valves, two of which function as exhaust valves while, as a result of the notch formed in the exterior of the wall of the tube, the other two function as parts of the bypass channels which provide better conditions for the pressure medium to be relieved.
The machine described can, as mentioned, work either as an expansion machine or as a rotary pump.
All the rotary pumps known previously, or expansion machines, have a fairly poor efficiency when they work with atmospheric air, gases, and vapors. In addition, the Root pumps as well as the Repsold pumps have the drawback of not being provided with an outlet valve, nor an outlet valve provided with a regulating device allowing the variation of the degree of compression during operation. .
The object of the present invention is to construct a machine with two rotors, which can be employed either as
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rotary pump is as an expansion machine, and which as a pump has the advantage that the compression is performed uniformly, almost as is the case in a piston compressor, and to the desired degree of compression. This can, if desired, be changed while the pump is in operation. The machine according to the invention has another advantage consisting in that it will have a very small nuisance space and will operate very economically, since as a result of the uniform compression or relaxation combined with the very small harmful space, it will have an improved performance unknown to date.
If the machine in question here is used as an expansion machine, the two rotors will be rotated with the aid of the expansion of a pressure agent, for example atmospheric air, gas, steam, the expansion being effected uniformly, almost as in the case of a reciprocating steam engine, and to the desired degree of expansion. This can, if necessary, be modified during the operation of the trigger machine.
More explicitly, the invention relates to a rotary pump or expansion machine of the kind comprising two rotors which rotate in a casing, which in cross section has the form of two cylinders intersecting with each other. , and where one of the rotors has only one "tooth" and rotates about an axis which is eccentric to the geometric center of gravity of the cross-section of the rotor, while the other rotor has at least two "teeth", and rotates about an axis central to the cross section of the rotor, and where the rotational speed of the multi-"tooth" rotor is equal to the rotational speed of the single "tooth" rotor "divided by an integer which is determined by the ratio of teeth from one rotor to another, and which is greater than 1.
The main feature of the invention is that the single "tooth" rotor has an exactly or approximately circular cross section or a cross section.
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versally shaped in some other suitable manner, while during all or substantially all of the rotation the two rotors bear on each other along a single line.
If the machine is used as a pump, the high speed rotor will isolate, during each rotation, a volume supplied by the suction opening, while the slow rotor during each half, third quarter, etc., from its rotation will isolate from its rotation. even a volume supplied by the suction opening, these two volumes being soon after the isolation of the first volume joined together and then compressed as a whole, and after the completion of the compression they will escape through a or more exhaust openings. With respect to the exhaust opening (s), there is preferably provided a valve or device / valve, for example a valve, in an exhaust duct.
Said valve or valve device is advantageously combined with a regulating device by means of which it is possible to modify the point at which the exhaust begins, so that the latter will not start before the pressure of the pressure chamber of the pump n 'has reached a certain value.
If the machine is used as an expansion machine, the aforementioned suction opening will become the exhaust opening of the machine, and, at the same time, the aforementioned exhaust opening (s), with which one preferably provides a valve or a valve device with associated regulating device, will then become the machine's inlet opening (s) for the pressurizing agent, all resulting in that, upon expansion in the machine, said pressure agent will rotate the two rotors thereof so that the shafts of said rotors will become drive shafts from which work can be provided.
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In addition to being relative to the rotary pump or the expansion machine, the invention also relates to various details of the pump or expansion machine mentioned herein.
In the drawing, various embodiments of a machine according to the invention have been shown in part schematically, which machine should be considered, in the figures of the drawings given below, as a rotary pump according to the invention. vention.
Figures 1 to 3 illustrate a cross section through an embodiment of a rotary pump according to the invention, with the two rotors in three different positions relative to each other.
Figures 4 to 6 schematically illustrate a cross section through the upper half of another embodiment of the rotary pump according to the invention, these figures showing, as in the case of Figures 1 to 3, the two rotors of the rotary pump. pump in three different positions relative to each other.
Figure 7 is a cross section through a rotary pump similar to that shown in Figure 1, but with a modified valve arrangement in the exhaust duct.
Figures 8 and 9 are two cross sections through a rotary pump substantially similar to that shown in Figure 1, but with alternative embodiments of the valve device in the pump exhaust openings.
In FIG. 1, 1 denotes the casing of the pump, said casing having internally the shape of two cylinders 2 and 3 which partially intersect. A suction duct 4 ends in the interior of the casing by a suction opening 5 which, in the figure, is shown as leading to cylinder 2, but which may just as well lead to cylinder. 3 or to the transition zone between the two cylinders 2 and 3. The exhaust opening 6 which in the casing 1 is placed in an essential position.
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partially or practically opposite to the suction opening 5 and which may be provided in one of the cylinders, in the transition zone between the latter, .mène '; to an exhaust duct 7 in which is mounted a check valve 8.
In cylinder 2, a rotor 9 rotates around a shaft 10 whose axis 11 coincides with the axis of cylinder 2. The rotor 9 has only one "tooth" that is to say a line 20. only along which it can touch cylinder 2 during rotation. In FIG. 3, however, it has been indicated by the double arrow 120 that the "tooth" of the rotor 9 can be shaped so as to be able to touch the cylinder 2 on a contact face of quite considerable width. The rotation shaft 10 is mounted eccentrically with respect to the rotor 9, and the latter is formed such that in cross section its geometric center of gravity falls outside the axis of rotation 11 of the rotor.
The cross section of the rotor 9 will in principle be exactly or approximately circular while also being able to have another shape, such as approximately the shape of a heart. In cylinder 3, a rotor 12 rotates around a shaft 13 whose axis 14 is central with respect to the cross section of rotor 12.
The rotors 9 and 12 are, as can be seen more particularly in FIG. 2, in contact with each other in a single line, during the rotation. Rotor 12 has an approximately triangular cross-section and hence three "teeth" so that rotor 12 will be able to touch the surrounding cylinder on three contact lines.
The rotational speed of the multi-tooth rotor 12 is equal to the rotational speed of the single-tooth rotor 9, divided by an integer which is determined by the "tooth ratio" of one rotor to another, and which is greater than 1. Since rotor 9 has one "tooth" while rotor 12 has three "teeth", rotor 9 will make one full revolution for every third of a turn.
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of rotor 12. The directions of rotation of the two rotors 9 and 12 are indicated by arrows in Figures 1 to 3.
Figure 1 shows the two rotors 9 and 12 in the respective positions which they assume when the high speed rotor 9 has just closed the suction opening 5, which results in isolation in the cylinder 2 a volume 15 which had entered in advance through the suction opening. At the same time, a volume 16 will be isolated in the cylinder 3 by means of the slow rotor 12, a volume which had entered in advance through the suction opening 5 and is now in the vicinity of the. exhaust opening 6, as seen in Figure 1.
Figure 2 shows the reciprocal position of the two rotors 9 and 12 after the high speed rotor 9 has rotated about 135 relative to the position of figure 1. The two volumes 15 and 16 of figure 1 will be joined together, at the figure 2, and this reunion will take place shortly after the closing of the suction opening by the high speed rotor, the combined volumes being simultaneously compressed as a whole. The total volume is denoted by 17 in figure 2, and the atmospheric air, gas, steam, or whatever medium the pump has to compress, will in figure 2 be compressed to half. about its volume.
The valve 8 in the exhaust duct is shown in Figure 2 in the open position, but the opening point for the valve is determined by its spring load and this can be designed so that the valve does not open until the desired compression has been achieved.
Figure 3 shows the rotors 9 and 12 in positions corresponding to a further rotation of 150 of the fast rotor with respect to its position in Figure 2. The pump has then released almost the entire total volume 17 shown. in figure 2, by the exhaust duct 7, and the valve 8 is just at the point of closure, which will happen as soon as the pressure in the duct
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exhaust becomes greater than the pressure in the pump.
The nuisance pump space is designated 18 in Figure 3.
It appears from Figure 3 that the nuisance space 18 may become less if the two rotors 9 and 12 can be rotated tightly together without it being possible for the compressed agent to escape from behind into the pump into the pump. the direction opposite to the direction of rotation of the rotor 9. This can be obtained by shaping the rotor 9 so that it has a larger contact surface against the cylinder 2, surface indicated by the double arrow 120 in the figure 3. The large contact face serves in part to reduce the harmful clearance of the pump, in part to prevent the overpressure of the pressure chamber of the pump from flowing backwards and entering the chamber of the pump. suction 19 of cylinder 2, figure 3.
Figures 4 to 6 show schematically that a pump according to the invention can consist of two rotors 21 and 22, of which the rotor 21 has only one "tooth" and corresponds practically to the rotor 9 of Figures 1 to 3, while the other rotor has two "teeth". The rotor 22 rotates at a speed of rotation which is half that of the rotor 21. Otherwise, the rotary pump according to Figures 4 to 6 operates, practically speaking, in exactly the same way as the pump shown. in Figures 1 to 3, which will be seen by comparing Figure 4 to Figure 1, Figure 5 to Figure 2 and Figure 6 to Figure 3.
The suction opening and the exhaust opening in the pump shown in Figures 4 to 6 can be imagined mounted in exactly the same way as the corresponding openings in Figures 1 to 3.
In the case where the rotor with a "tooth" 9 in Figures 1 to 3 or 21 in Figures 4 to 6 deviates from the circular cross section by the fact that it has a fairly wide contact face against the cylinder, as it was indicated by the double
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arrow 120 in Fig. 3, the two rotors will during rotation be in contact with each other in a single line except for a short time at the end of the compression and the start of the suction. These short periods are symmetrical around the line connecting the axes of the two rotors.
In the two short periods mentioned above, the rotor with one tooth 9 or 21 will be in contact, by the flattened part indicated by the double arrow 120 in FIG. 3, with the rotor with several teeth 12 or 22 by two or several different lines, enclosing between them an imperceptible small volume which is transported from the pressure side to the suction side, but which can perfectly be neglected.
By a special conformation of the transition zones between the flattened part and the remaining surface of the single-tooth rotor, which is entirely or practically a cylinder surface, it will however be possible to avoid this transport of an imperceptible small volume of 'agent under pressure from the pressure side of the pump to the suction side.
In FIGS. 7 to 9, various forms of exhaust valves have been shown which can be advantageously used with the rotary pump according to the invention. The rotary pump proper has in Figures 7 to 9 the same construction as the pump shown in Figures 1 to 3. A common feature of the three different exhaust valves shown in Figures 7 to 9 is that they allow a variation in the compression of the pump during operation.
In FIG. 7, the corresponding parts have been designated by the same reference notations as in FIG. 1.
In the exhaust duct 7 of the pump there is provided a valve arrangement consisting of a rotary valve. This rotary valve is formed by a cylinder 23 which rotates at a speed of rotation corresponding to half the speed of rotation of the high speed rotor 9 of the pump. In the cylinder 23, the direction of rotation of which is indicated by an arrow, a duct is provided
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transverse 24 which during the rotation of the cylinder will alternately open and close the exhaust duct 7. Around the outside of the rotary valve Qu cylinder 23, there is provided a two-piece tube 25, 26 which forms a cushion for the rotary valve.
A half 25, however, of the two piece tube can be rotated so that the edge 27 of the tube portion 25 adjacent to the pump casing can be rotated in the exhaust duct as shown. in FIG. 7. As a result, it is possible to modify the opening point of the rotary valve, so that the exhaust through line 7 will not start before the pressure in the pump has stopped. has reached a certain degree. It is possible that the cylinder 23, with the transverse duct 24, can turn in the opposite direction to that indicated by the arrow in figure 7.
In this case, the regulating or regulating device which can be adjusted by rotation is formed by the tube part 26 whose edge adjacent to the pump casing 1 is turned into the exhaust duct 7, which results in to be able to modify the opening point of the rotary valve. One can imagine, instead of a regulating device adjustable by rotation thanks to which one can make pass the point where the exhaust begins by the rotary valve, a sliding plate movable in a guide, of which the front edge will then correspond to edge 27 of fig. 7.
In Figure 8 corresponding parts are designated by the same reference notations as in Figure 1. In this embodiment the pump has several exhaust openings which are provided at one or both ends. of the slow rotor 12, the rotary valve consisting of at least one circular end plate 28 which is fixed to the rotor and rotates with it, and in which are formed notches 29 or corresponding openings provided between the "teeth" of the rotor. rotor. On the outside of the terminal plate 28, in the end cover of the pump, is housed a rotating disc 30 which is mounted so as to be
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in contact with the outside of the circular rotary valve or end plate 28.
In said rotating disc 30 is formed a notch or opening 31 which is indicated by dashed lines in the figure. The exhaust duct of the pump or the corresponding chamber (s) will be imagined to be behind the opening 31. By adjusting the rotary disc 30 with the opening 31, the opening point of the rotary valve can be modified. so that the exhaust begins before the pressure in the pressure chamber of the pump has reached a certain value. The rotating disc 30 thus forms the regulating mechanism of the valve device.
Also, the corresponding parts have been designated in Figure 9 by the same reference notations as in Figure 1. In this embodiment, the exhaust openings 32 of the pump are provided in said surfaces. slow rotor 12 which at the same time serves as a rotary valve. Within the exhaust openings 32, three exhaust ducts are provided in the rotor 12, which ducts lead into a central cylindrical channel 34 formed in the rotor. The channel 34 forms the exhaust duct of the pump. The rotor 12 is twisted on the regulating device of the rotary valve, which device consists of two tubes which are mounted in the cylindrical channel 34 so as to surround each other and in each of which an oblong groove of quite considerable width is formed.
Said tubes are designated 35 and 36 and it appears from the figure that the outer tube 35 has an outer diameter corresponding to the diameter of the cylindrical channel 34 of the rotor 12, while the inner tube 35 along one side of the tube. its groove has a tongue 37 projecting outwardly which projects into the groove of the outer tube 35, and is in contact by its end face with the wall of the cylindrical channel
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34 of the rotor. The inner tube 36 is fixed, while the outer tube 35 can rotate, so that the position of the groove edge 38 can be changed and the opening point of the rotary valve changed, thereby, by a rotation of the valve. outer movable tube 35 with respect to the inner fixed tube 36.
The regulating device shown in figure 9, which consists of two tubes 35 and 36 which surround each other and are mounted in the cylindrical channel 34, can be modified so that the outer tube 35 becomes fixed while the inner tube 36 will become adjustable. The leading edge of the tongue 37 becomes the variable opening edge of the regulator while the edge 38 of the tube 35 becomes a fixed closing edge. If the tube 35 is fixed and the tube 36 rotatable, the regulator 35, 36, 37, in Figure 9, should be considered as mounted symmetrically around the line AB, so that the variable opening edge of the tongue 37 will therefore be placed at the point where the tube edge 38 is shown in Figure 9.
This is due to the fact that the line AB passes partly through the axis of the cylindrical channel 34, / partly through the middle of the opening between the edge of the tube 38 and the front edge of the tongue. 37, so that the point where the passage through the rotary valve begins can be changed by rotating part of the two-piece tube, for example, piece 25.
The rotary pump according to the invention may, as has been shown in Figures 4 to 6, include a slow-stroke rotor provided with two "teeth" and, as shown in Figures 1 to 3 and in Figures 7 at 9, have a slow-stroke rotor fitted with three "teeth". It is also possible to have a slow-stroke rotor having four or more teeth, more than four teeth however becoming irrelevant because then the slow rotor would become too large.
Rotary valves with regulating devices
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associated, described in relation to FIGS. 7, 8 and 9, can be used in pumps according to the invention with a slow rotor having more or less than three "teeth". If said rotor has three "teeth", there will be, as seen in Figure 9, sufficient space for the rotary valve with its associated regulating device, mounted in relation to a channel or exhaust duct provided. in the middle of the slow-running rotor.
In the figures of the drawing / referred to above, it has been explained how the machine operates as a rotary pump.
The machine according to the invention can, being of an unmodified construction, but with the omission of the check valve $ of Figures 1 to 3, be used as a relaxation machine, which is actuated by atmospheric air. , gas, or steam supplied under pressure and brought by what was called above the exhaust pipe of the pump, while simultaneously the pressure medium is discharged, after expansion in the machine, by what has been called the suction line of the pump above.
If, by way of example, we consider Figure 9, the pressure medium can be assumed to be supplied through the cylindrical channel 34 in the slow-running rotor 12.
When the machine is working as a relaxation machine, the rotors 9 and 12 will rotate in the opposite direction to that indicated by the arrows. The rotor 12 will therefore, in the position shown in FIG. 9, be just at the point of opening of the supply of the pressure medium to the small wedge-shaped space which is bounded by the two rotors and the part of the envelope 1 located to the left of the figure.
Said small wedge-shaped space corresponds to the space which
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in Figure 3 is designated as the nuisance space 18 of the pump. When the pressure agent is admitted under high pressure into the small wedge-shaped space, it will force - during the relaxation - the "teeth" of the two rotors 9 and 12 limiting said space, to separate, which will have as a result that while giving work the rotors will be turned in opposite directions to the arrows, and will soon come to take the respective positions corresponding to the positions shown in figure 2. Before this, the rotation of the rotor 12, at the Figure 9, will have caused the interruption of the flow of the pressure agent out of the cylindrical tube 34 through the opening 32, Figure 9.
The volume enclosed between the rotors 9 and 12 will then be relaxed while simultaneously energy is supplied to the rotors. Finally, the rotor 9, in figure 9, will have turned to this point in the opposite direction to that of the arrow that it will allow the escape of the closed and relaxed volume through the opening 5, in figure 9, which will serve as the exhaust opening. The machine, in short, will serve as an expansion machine working exactly the opposite way to how it works when used as a rotary pump.
The valve regulator which, when the machine functions as a pump, is used to determine the exhaust pressure of the pump, will serve in the expansion machine to change the degree of filling of the machine relatively ax to the pressure agent employed.
If the machine is used as a trigger machine, that is to say as a motive power machine, it will not be possible to start it in all the positions of the rotors, so that they may have to be brought in. in a starting set position. This drawback can be remedied by fitting / - possibly with the application of common shafts - several expansion machines according to the invention in such a way that they work with common supply and exhaust pipes, respectively.