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B. R. PLANCHE, résidant à VILLEFRANCHE s/Saône (France).
APPAREIL ROTATIF, TEL QUE COMPRESSEUR, "SOUFFLANTE" POMPE, OU AUTRE
PROVOQUANT OU TRAVAILLANT PAR LE DEPLACEMENT D'UN FLUIDE.
On connaît des appareils rotatifs qui, provoquant ou travaillant par le déplacement d'un fluide, comportent l'emploi en combinaison d'un ro- tor à au moins une pale et d'un organe intercepteur tournant tous deux de façon continue et à égale vitesse, mais en sens inverse, à l'intérieur de deux corps cylindriques à axes parallèles et en regard de la zone commune desquels se trouvent les orifices d'aspiration et de refoulement.
Dans ce genre d'appareils, l'organe intercepteur, qui est muni d'au moins un évidement pour permettre le passage de la pale du rotor, a le double rôle d'assurer l'étanchéité entre l'aspiration et le refoulement et de contribuer, avec le rotor lui-même, à faire varier le volume des chambres de travail.
La présente invention a pour objet un appareil rotatif de ce ty- pe, permettant des pressions, vitesses, débits, rendements et fonctionne- ments infiniment supérieurs à ce qui existe actuellement et présentant, dans ce but, les particularités suivantes: a/ - le canal d'aspiration débouche dans le cylindre à l'inté- rieur duquel se meut le rotor avec sa pale, c'est-à-dire le piston, et le canal de refoulement débouche dans le cylindre, à l'intérieur duquel se meut l'organe intercepteur, tandis qu'un canal de transfert complémentaire contri- bue à la distribution correcte; b/ - les différentes phases sont isolées par des joints en forme de labyrinthes;
c/ - les arbres, respectivement du piston et du volet intercep- teur, tournent dans des roulements qui sont isolés des phases de l'appareil par des joints en forme de labyrinthes, et par des capacités antipulsatrices au droitdes paliers;
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d - l'arbre du ou des pistons du compresseur porte au moins un volant d'équilibrage aux extrémités ainsi qu'un volant d'inertie muni de pa- les, de telle sorte qu'il forme ventilateur assurant, s'il y a lieu, le re- froidissement de l'appareil; e - les volets ont des alvéoles plus larges que les cylindres et constituent un tout assemblé,par soudure de préférence, et tournant au- tour d'un même arbre entraîné en rotation par l'arbre des pistons;
f - les pistons sont formés chacun par une partie cylindrique portant une pale munie, à son extrémité, d'un patin ou de palettes frôlant la paroi du cylindre, ledit patin ou lesdites palettes étant montés avec jeu sur ladite pale, pour que soient compensées les différences de dilatation dues à l'échauffement des pièces en contact; g/ - l'étanchéité entre le piston et le volet est assurée soit par une fourrure élastique montée sur la partie cylindrique du piston, soit par un recouvrement en matière plastique de cette partie du piston; h - l'étanchéité entre les différents étages du volet est assu- rée par des joints labyrinthe en forme de demi-lunes fixes rapportées dans des logements ménagés dans les plaques séparant les étages, lesdites demi- lunes s'encastrant dans d'autres logements ménagés dans le volet tournant.
L'appareil présente, enfin, des agencements internes différents, suivant qu'il s'agit, par exemple, d'une turbine motrice ou d'un compresseur.
Dans le cas d'une turbine motrice, la distribution du fluide se fait par l'évidement de l'organe intercepteur lui-même et par deux canaux qui, ménagés dans la paroi du cylindre, sont décalés longitudinalement et sont précisément mis en communication par ledit évidement, au moment où doit avoir lieu l'admission.
Dans le cas d'un compresseur, chaque cylindre comporte, ménagé sur toute sa largeur, un canal qui, débouchant dans le cylindre à l'inté- rieur duquel se-meut l'organe intercepteur, a pour rôle de décharger le com- presseur, avant son point mort, en permettant aux gaz comprimés dans l'alvéo- le de l'organe intercepteur de s'échapper dans le cylindre où se meut le pis- ton, lorsque ledit alvéole ne communique plus avec le canal de refoulement.
Le dessin schématique annexé représente, d'ailleurs, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet appareil, respec- tivement dans le cas d'une turbine à quatre étages et dans celui d'un com- presseur à deux étages;
Figs. 1, 2 et 3 sont des vues de la turbine, en coupe, respective- ment suivant 1-1 de fig. 2, 2-2 de fig. 1 et 3-3 de fig. 1;
Figs. 4, 5, 6 et 7 sont des vues schématiques, en coupe verti- cale, montrant le principe de fonctionnement d'un compresseur;
Figs. 8 et 9 sont des vues en perspective d'un autre genre de piston de ces machines, respectivement avant et après mise en place de sa plaque latérale d'obturation;
Figs. 10 et 11 sont des vues du compresseur, respectivement de côté en élévation avec coupe transversale partielle, et en coupe longitudi- nale;
Fig. 12 montre schématiquement une installation d'injection de liquide dans le circuit gazeux.
La turbine représentée en figures 1 à 3 se compose essentielle- ment de quatre blocs dans lesquels les mêmes organes ont été désignés par les mêmes références, bien qu'ils ne soient pas tous de la même dimension.
Ces blocs, constituant les cylindres, sont séparés entre eux par des pla- ques 25.
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Chacun de ces blocs 24 forme deux cylindres longitudinaux 26-2*7 d'axes parallèles, et dont celui 26 est de diamètre double de celui du cy-
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lindre 27 l'axe du cylindre gaz se trouvant placé suivant l'une des généra- trices du cylindre 26.
A l'intérieur du cylindre 26 (fig. 1) est placé le rotor ou pis- ton 28 comportant une seule pale 29: ce rotor 28 est calé sur un arbre cen- tral 1 qui, à l'extérieur du carter .32 (fig. 2) porte un accouplement 33.
Pour rendre impossible tout accrochage du rotor 28 aux extrémités du cylin- dre 26, celles-ci peuvent être chanfreinées, comme le montrent les traits pointillés 50 de fig. 1.
A l'intérieur du cylindre 27 est logé l'organe intercepteur ou
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volet rotatif 2k* Celui-ci comporte un alvéole longitudinal 3,, destiné à la distribution, et des perçages 36 destinés à son équilibrage.
A l'intérieur du grand cylindre 26 débouchent le canal d'alimen-
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tation 37 et le canal de transfert ,38. A l'intérieur du petit cylindre z débouchent le canal précité 38 et le canal d'échappement 39' Il est à re-
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marquer que ces deux canaux et 22 sont, comme montré en fig. 3, décalés longitudinalement dans le corps 24 et sont séparés entre eux par une cloi- son transversale.
La distribution des gaz se fait précisément par l'intermédiaire
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de ces canaux 38 et 39' et de l'alvéole 5. du volet rotatif 34.
Pour l'étanchéité nécessaire au bon fonctionnement de la turbine :
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- la pale 29 comporte, à son extrémité, un patin 1., rectifié au diamètre du cylindre 26 moins un léger jeu permettant le frôlement et la di- latation.
Il est à noter,d'autre part, que, comme montré en fig. 2, les cylindres haute-pression (partie gauche de la figure) peuvent être d'un dia- mètre inférieur à celui des cylindres basse pression.
Les volets 34 des quatre étages de compression constituent, en fait, un volet unique formé par l'assemblage, par soudure, de quatre tron-
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bons les fuites entre étages au niveau du passage du volet sont évitées grâce â des plaques cylindriques minces 42 introduites dans des gorges 48 ménagées dans les volets; ces plaques 47, en forme de demi-lune, sont main- tenues en place par des entretoises 49.
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L'ensemble du volet .J.4 est maintenu en place par deux roulements 51. Le volet 4 est entraîné en rotation par un pignon 52 engrenant avec un pignon 21 calé sur l'arbre z1 des rotors 28.
Dans le cas représenté au dessin, des masselottes 2.4 (fig. 2) ont été placées aux deux extrémités de l'arbre J31 et de l'axe du volet 34 afin de déterminer l'équilibre de la machine.
Mais il est possible, bien entendu, de supprimer totalement les
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masselottes j54 du côté opposé à la commande. Pour cela, il suffit d'évider ou d'alourdir chacune des pièces comportant des alvéoles, de façon à ce qu'elles ne donnent finalement que des couples qui s'annulent entre eux, sauf pour le dernier qui est compensé par un seul volant d'équilibrage.
Dans le cas du compresseur représenté en figures 4 à 7, 2 dési- gne le corps du compresseur à l'intérieur duquel sont ménagés deux cylin- dres 1 et 4., d'axes parallèles, et communiquant l'un avec l'autre. Suivant l'axe de ces deux cylindres sont placés deux arbres, respectivement 1 et 6, de même diamètre, mais tournant en sens inverse l'un de l'autre.
L'arbre 2. est porteur d'une pale 2 et constitue le piston du com- presseur, tandis que 1'arbre 6 présente un alcéole 8, plus large que le cy- lindre, permettant le passage de cette pale 7. L'arbre 6 constitue le volet
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intercepteur.
Dans le corps 2 du compresseur sont ménagés deux canaux, respec- tivement et 10. Celui ,2,débouchant dans le cylindre..1, constitue le ca- nal d'aspiration, et celui 10 débouchant dans le cylindre 4 constitue le canal de refoulement.
Un canal de décharge 12 est fraisé sur toute la largeur du cylin- dre 3 et débouche dans le cylindre 4, à proximité du canal de refoulement ILS
Le fonctionnement de ce compresseur se conçoit à la lecture des figures 4 à 7.
- en la position représentée en figure 4, le compresseur se trou- ve au début de la phase d'aspiration et de compression. L'orifice de refou- lement 10 est fermé par le volet 6. L'arbre 5 et sa pale 7,en tournant jus- qu'en la position représentée en figure 5, aspirent un certain volume d'air en arrière de la pale 7 et compriment un volume opposé en avant de cette pale. En continuant sa rotation, le piston 5-7 comprime ce volume d'air, ce- pendant que, simultanément, le volet 6 en tournant, a permis, comme montré en figure 6, par son alvéole 8, l'intercommunication entre le volume précé- demment comprimé et le canal de refoulement 10, C'est la période de refou- lement. Lorsque le piston 5-7 et le volet 6 arrivent en la position montrée en figure 7, la presque totalité des gaz comprimés a été refoulée.
Toute- fois, les gaz qui étaient encore comprimés dans l'alvéole 8 du volet 6 peu- vent brusquement s'échapper par le canal de décharge 12 ménagé dans le cy- lindre 3, et ce, selon la flèche 13 de figure 7. L'appareil se trouve ain- si déchargé, car, sans ce canal 12, il y aurait eu une contre-pression à vaincre pour continuer sa rotation.
Cette disposition permet de comprimer, dans la proportion des deux tiers environ,le volume précédemment aspiré, c'est-à-dire que si P1 dési- gne, en valeur absolue, la pression d'aspiration et P2, la pression de re- foulement, on a P2 = 3.
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Ainsi donc, pour comprimer à 7 Kgs. en pression effective, c'est- à-dire à 8 Kgs. en pression absolue (la racine de 8 étant 2,83, c'est-à- dire approximativement 3), il suffit de comprimer en deuxphases, ce rap- port étant le plus avantageux pour la compression.
Les figures 8 et 9 représentent différentes particularités du mon- tage du piston 5-7,dont est muni le compresseur à deux phases, qui sera ci-après décrit et est représenté en figures 10 et 11.
Le piston 5-7 est, comme montré en figure 8, constitué d'un ar- bre ,, sur lequel est fixé par soudure un tube creux 14, dont la paroi est découpée suivant deux génératrices diamétralement opposées. L'une de ces découpes permet précisément la fixation du tube 14 sur l'arbre 5, tandis que l'autre découpe permet la fixation, par soudure, d'un second tube cy- lindrique creux 15, qui sera ci-après dénommé porte-palettes.
Pour permettre le passage des palettes, ce tube 15 est fraisé suivant l'une de ses génératrices, et, après mise en place des palettes, l'ensemble est fermé, comme montré en fig. 9 par un flasque latéral 16 fai- sant corps avec le moyeu central 2-.
Pour l'étanchéité des pièces en contact, à savoir les arbres .2. et 6 (fig. 4), l'arbre ± peut être recouvert d'une fourrure élastique non représentée au dessin.
Les figures 10 et 11 représentent, en détail, un compresseur à deux phases fonctionnant selon le principe ci-dessus rappelé, et dont le piston est construit comme ci-dessus décrit.
En fig. 10, 126 et 127 désignent les deux cylindres séparés par
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deux cloisons 128 et 129. Pour que les alésages soient parfaitement en li- gne, condition primordiale du bon fonctionnement du compresseur, la machi- ne comporte deux broches relativement longues, non représentées au dessin, assurant l'assemblage à la fois des cylindres et des cloisons.
L'étanchéité entre les deux phases du compresseur est assurée par des joints labyrinthes 132 et 133 composés de lamelles de laiton, très minces, alternant avec des lamelles de même épaisseur,mais de diamètre in- térieur un peu plus grand, l'ensemble constituant, par rivetage, un bloc homogène.
D'autres joints labyrinthes identiques, respectivement 134 - 135 -
136 - 137, isolent du reste de la machine respectivement les roulements 138 - 139 de l'arbre 141 des volets obturateurs, et les roulements 142-143 de l'arbre 144 des pistons.
Entre les joints d'étanchéité, respectivement 35 - 134 et 136 - sont ménagés des espaces intercalaires respectivement 145 et 146 ayant pour rôle d'absorber les légères pulsations pouvant se produire dans ces zo- nes. Des trous,non visibles au dessin, permettent, en outre, aux faibles pulsations qui peuvent demeurer, de venir équilibrer les pressions dans les boîtes à huile ou à graisse 148 - 149 pour les roulements 138 et 142 et 172- 173 pour les roulements 139 et 143, sans risquer de faire sortir l'huile ou la graisse des boîtes correspondantes et sans que l'huile ou la graisse ris- que de pénétrer dans les gaz en travail dans la machine.
En outre, pour permettre un rattrapage de jeu automatique, en cas de léger faux rond du cylindre 3 le piston porte sur une partie bombée de l'arbre 144, comme il est montré en 140 en fig. Il.
Enfin, en bout de l'arbre 141 des volets obturateurs et en bout de l'arbre 144 des pistons, sont montés deux volants d'équilibrage, respec- tivement 151-152, et, à l'extrémité dudit arbre 144 est, en outre, monté un volant d'inertie 153 portant des pales 154, afin qu'il joue simultané- ment le rôle de ventilateur, permettant, s'il y a lieu, le refroidissement de la machine. Dans ce cas,l'ensemble du compresseur est logé à l'inté- rieur d'un carter en tôle 155, qui permet à l'air de refroidissement d'être aspiré à l'aide du ventilateur 154 par une ouverture 157 prévue à l'extré- mité opposée du compresseur, de telle sorte que l'air de refroidissement coure le long de celui-ci en léchant des ailettes 156, dont il est muni sur toute sa périphérie.
Pour augmenter l'étanchéité générale de l'appareil et par consé- quent pour augmenter son rendement, il est possible de lui adjoindre une installation permettant d'injecter un certain pourcentage de liquide pul- vérisé dans les gaz admis dans l'appareil.
C'est ainsi que, comme montré en fig. 12, de l'eau contenue dans un réservoir 158 et contenant, si nécessaire, en dissolution une faible pro- portion d'huile est aspirée dans l'appareil rotatif 159 au travers d'une tubulure 161 plongeant dans le réservoir, d'un dispositif 162 permettant de régler le débit de ce liquide, et d'un injecteur 163 placé dans la tubu- lure d'aspiration 164. 165 désigne un filtre épurateur placé sur cette tu- bulure et évitant les projections extérieures de liquide en cas de retour gazeux.
La tubulure de refoulement 166 communique, d'une part, avec un épurateur 167 placé sur la tubulure 168 évacuant le fluide et, d'autre part, avec le réservoir 158 par une tubulure 169. L'épurateur 167 communique lui- même directement avec le réservoir 158 par une tubulure 170.
De la sorte, après avoir à la fois augmenté l'étanchéité de l'ap- pareil et assuré son refroidissement et donc augmenté son rendement, le li- quide, qui a été prélevé dans le réservoir 158, retourne à ce réservoir par les tubulures 169 et 170. Un serpentin refroidisseur 171, peut, d'ailleurs,
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être logé à l'intérieur de ce réservoir.
REVENDICATIONS.
1. - Appareil rotatif comportant au moins un rotor et un organe intercepteur présentant un alvéole, le rotor et l'intercepteur tournant à vitesse égale, mais en sens inverse, caractériséen ce qu'il comporte l'em- ploi en combinaison de : - au moins une phase dont le rotor ou pale formant piston est mon- té légèrement oscillant sur son arbre d'entraînement; - au moins un rotor ou piston, dont l'extrémité de la pale com- porte au moins une palette à course radiale limitée; - au moins un alvéole intercepteur plus large que le cylindre; - des entrées et sorties de cylindre chanfreinées pour éviter les accrochages des palettes; - des paliers permettant les libres dilatations; - au moins un volant d'équilibrage supprimant les vibrations aux grandes vitesses;
- des joints d'étanchéité annulaires ou en forme de demi-lune pour éviter les fuites de part et d'autre des pales et des alvéoles, - des capacités antipulsatrices au droit des paliers afin de pré- server lesdits paliers au point de vue graissage notamment.