<Desc/Clms Page number 1>
la présente invention concerne une machine à pistons rotatifs pour fluide gazeux - moteur ou mani- pulé - cette machine comportant des pistons rotatifs disposés excentriquement l'un dans l'autre et couplés directement, au moins le piston rotatif extérieur de cette machine étant monté en porte-à-faux.
De telles machines sont connues en soi; toutefois, elles ne satisfont pas aux exigences actuel- les, plus rigoureuses.
Afin d'augmenter notablement la puissance de la machine et la rendre apte à fournir des puissan- ces élevées, et conformément à la présente invention, les pistons rotatifs sont conformés de telle façon que la totalité de l'espace situé entre les pistons rotatif extérieur et-intérieur participe constamment, de façon
<Desc/Clms Page number 2>
.connue en soi, au travail d'échange de gaz, de compres- sion ou de détente, avec ceci que le fluide moteur ou manipulé est amené et évacué par les parois en bout ouver- tes du piston rotatif extérieur, ce dernier fournissant seul la puissance utile par l'entremise de son tourillon, , cependant que le piston rotatif intérieur, entraîné, tour- ne à vide avec le piston extérieur, en tant que butée d'ai pui, en raison de sa forme qui assure un équilibrage des couples.
Une telle machine peut fournir de grands dé- bits, avec un encombrement réduit, une grande vitesse périphérique et une usure peu importante des dents des pistons rotatifs, si elle comporte d'autre part une gran- de excentricité. Ce dernier résultat ne peut être obtenu que lorsque les pointes des dents du piston rotatif inté- rieur ne sont que légèrement arrondies et que leur nombre n'est pas trop élevé.
En plus de la faible importance des pertes dues à l'encombrement réduit au minimum, d' où des inter- stices à bourrer d'une très faible longueur, le système préconisé assure un rendement volumétrique et global éle- vé, d'autant plus qu'il n'existe pas d'espaces nuisibles ou morts dans les pistons rotatifs. Alors que le piston rotatif extérieur doit être monté en porte-à-faux en rai- son de sa face en bout ouverte, le piston rotatif intérieur peut également être monté en porte-à-faux, ou bien, être monté directement sur un palier prévu en son intérieur.
Pour améliorer la machine, l'invention préco- nise les détails ci-après.
<Desc/Clms Page number 3>
L"admissin et l'évacuation du fluide moteur ou manipulé ont lieu, respectivement, à travers deux grandes lumières d'entrée et de sortie prévues soit dans une paroi en bout de l'enveloppe, soit dans un disque distributeur qui peut être ou bien mobile et susceptible d'être bloqué, ou bien rotatif, disque qui peut être uti- lisé de façon simple pour la distribution et le réglage.
Les grandes dimensions des lumières ont pour effet de réduire les'pertes de charge importantes qui se produï- sent souvent dans les autres machines connues, pendant l'admission et l'évacuation des gaz.' Comme, d'autre part la distribution est assurée principalement par les flancs du piston rotatif intérieur, flancs qui, au.voisinage des pointes, sont orienté's de façon presque radiale, on peut .obtenir une obturation rapide à la fin de l'admission et une ouverture rapide au début de l'évacuation.
Soit la nappe extérieure du piston rotatif intérieur, soit la nappe intérieure du piston rotatif extérieur, 'peut être chanfreinée sur le côté d'entrée et le côté de sortie du fluide moteur ou manipulé. Il est vrai qu'il en ré'sulte un espace nuisible de volume peu important ; cependant, cette disposition se justifie par- faitement par. l'important accroissement supplémentaire de la section d'entrée et de sortie entre les pistons rotatifs extérieur et intérieur. En outre, les flancs des pointes des dents du piston rotatif intérieur présen, tent une allure sensiblement plus radiale.
Etant donné la grande vitesse périphérique, la'surface de guidage cycloidale du piston rotatif exté- 'rieur, surface qui guide le piston rotatif intérieur,,
<Desc/Clms Page number 4>
doit être façonnée avec la plus grande précision. A cette fin, ce dernier piston se compose de deux parties. La partie intérieure, ou de fourrure, qui comporte la sur- face cycloïdale, est ouverte vers les deux côtés en bout, de sorte que la forme cycloïdale peut être obtenue par rabotage, mortaisage, fraisage ou meulage. La pièce de fourrure, à parois relativement minces, est reliée à la paroi en bout de la partie extérieure à l'aide de vis relativement peu résistantes. Ces vis, qui sont solli- citées au cisaillement, n'assurent pas une fixation effi, cace entre les parties intérieure et extérieure pendant la marche de la machine.
Cette fixation est plutôt assu, rée par le fait que la pièce de fourrure est pressée contre la partie extérieure pleine, en tirant parti de la force centrifuge due à la forme non cyclique et à l'expansion non uniforme de cette pièce de fourrure..
Pour obtenir cet effet, il suffit que la nappe latérale de la partie extérieure enveloppe la pièce de fourrure sur une fraction seulement de la longueur de celle-ci.
Dans les machines à pistons rotatifs, dans lesquelles l'étanchéité des chambres de cylindres est. assurée uniquement par des interstices, comme représenté ici à titre d'exemple, il n'est pas recommandé de faire en sorte que les fuites de gaz, qui parviennent dans l'intérieur de l'enveloppe et de la chambre du-palier du piston rotatif intérieur, soient évacuées à l'atmos- phère ou vers la conduite d'aspiration. En considérant les pertes par fuites, il est plutôt indiqué de soumet- tre ces espaces à une pression de gaz inférieure à la contre-pression, mais supérieure à la pression d'aspira- tion de la machine.
Ceci est réalisé de façon simple
<Desc/Clms Page number 5>
par le fait que, d'une part, le carter de la machiner et d'autre part, la chambre de palier du piston rotatif intérieur, sont des espaces clos. De cette façon, et vu le volume des pertes de gaz par les fuites, il s'établit automatiquement une pression intermédiaire. Le graissa- ge des paliers présente des difficultés particulières dans le cas,de machines à pistons rotatifs à grande vi- tesse de rotation. Dans les machines connues, on emploie habituellement des paliers à roulement lubrifiés à la graisse ou des paliers lisses à circulation d'huile.Les deux systèmes comportent de grands inconvénients.
Dans le premier cas, il est impossible d'assurer en permanen- ce une arrivée parfaite de la graisse ; plus, le grais. sage est plus fortement tributaire 'de la température; dans le second cas, on est obligé de prévoir une pompe à huile, ainsi que des conduites, une soupape de déchar- ge et un refroidisseur d'huile.. Cet inconvénient est éliminé dans l'objet. de l'invention par le fait que l'huile de graissage est amenée aux paliers à l'aide de mèches qui glissent sur des organes en mouvement,l'huile de graissage étant puisée dans des collecteurs qui peu- vent faire corps avec le carter ou le tourillon, ou enco, re, avec le couvercle du carter.
Lorsqu'il s'agit de pressions de gaz importan- tes, ce qui entraîne des températures plus élevées dans les paliers, il est nécessaire de procéder au refroidis- sement de ceux-ci. Ce refroidissement - notamment celui du palier, difficilement accessible, du piston rotatif intérieur - est rendu possible dans l'objet de l'inven- tion, lorsque le tourillon est immobilisé, par le fait qu'un espace parcouru par le fluide réfrigérant est pré- vu au voisinage du collecteur d'huile. Comme cet espace
<Desc/Clms Page number 6>
enclave partiellement ou complètement le collecteur d'huile, il en résulte que l'huile de graissage est empê- chée de se réchauffer.
Lorsque la machine est bridée . un carter de boîte de vitesse, il est avantageux à plusieurs égards de monter le .piston rotatif extérieur dans une enveloppe dont l'extrémité cêté commande est ouverte.. En particu- lier, on rend ainsi possible l'interposition du'pignon de commander entre les paliers du piston rotatif exté- rieur, conformément à la solution préconisée.
Grâce au montage du pignon sur le tourillon du piston rotatif, tourillon qui présente un diamètre important et qui est donc rigide à la flexion, on obtient une marche silen- cieuse des pignons, sans faire appel à des organes spé- ciaux. Dans ce cas, un forage pratiqué dans le tourillq qui s'étend en porte-à-faux dans le carter des vitesses permet d'assurer le graissage du piston intérieur d'une manière très simple, soit, à partir de ce carter. Le forage lui-même peut être établi de diverese manières, en tenant compte des conditions de fonctionnement.
L'invention est représentée dans les figures
1 à 15 des dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 2 et 3 montrent respectivement une vue extérieure, une coupe transversale et une coupe longitudinale d'un compresseur à pistons rotatifs, dont le piston extérieur et le piston intérieur sont disposé, en porte-à-faux; la figure 4 est une coupe transversale d'un disque de distribution non bloqué, monté à mouvement angulaire et comportant un segment rigidement encastré, la 'figure 5 est un diagramme à charge partiel le.
<Desc/Clms Page number 7>
. Le. figure 6 est un diagramme à vide;, la figure 7 est une vue en coupe transversa le d'un disque frontal bloqué rigidement et muni d'un segment de distribution; la figure 8 montre un diagramme à charge ' partielle y relatif; la figure 9 montre un diagramme ' à vide; la figure 10 est une ,vue fragmentaire de chacun des deux corps de piston rotatifs, à une échelle plus grande que les figures précédentes; les figures 11 et 12 sont des vues en coupe longitudinale et en coupe transversale, respectivement, d'une machine à pistons rotatifs dont le piston rotatif extérieur présente une forme particulière ; la figure 13 représente un tourillon de la même machine, pourvu d'une chambre de refroidissement;
la figure 14 est une vue en coupe longitudi- nale du palier destiné au piston rotatif extérieur et disposé dans une enveloppe ouverte, ainsi que du pignon de commande ; la figure 15 représente la même.disposition, mais avec arbre creux pour le graissage du palier du piston rotatif' intérieur.
Dans les figures 2 et 3, le piston extérieur commandé 1, qui effectue le travail, tourne autour de son axe 2 dans le sens des aiguilles d'une montre et entraine ainsi le piston rotatif intérieur 3, qui tourne autour de son propre axe. Le piston rotatif extérieur est monté par un côté (en porte-à-faux) dans le carter ou enveloppe 5, le piston rotatif intérieur étant égale-, ment monté par un seul côté dans le couvercle 6 du carter
<Desc/Clms Page number 8>
Dans ce couvercle est encastré rigidement un disque fron tal rotatif 7 qui contient la lumière d'admission 8 et la lumière d'échappement 9 et dont la mise au point peut être modifiée selon les besoins.' Ce disque frontal peut être creux et être rempli d'un agent réfrigérant ou par- couru par un tel agent.
Le piston rotatif intérieur pré- sente des surfaces obliques 10 sur le côté tourné vers le disque frontal. Les rotors déterminent entre eux des chambres de travail 11, 12, 13, 14 et 15. Lorsque les pistons rotatifs tournent, les chambres 11 et 12 augmen- tent de volume et aspirent du gaz à travers la lumière 8, La chambre 13 diminue de volume ; toutefois, comme cette chambre ne communique à ce moment avec aucune des lumiè- res 8 et 9, il s'y produit une compression. Les chambres 14 et 15 diminuent également de volume et chassent le gaz comprimé', à travers la lumière 9, dans la conduite de refoulement. En considérant en particulier la cham- bre 15, on aperçoit dans quelle mesure importante la sur, face oblique 10 du piston augmente l'orifice libre d'échap pement latéral entre les pistons rotatifs.
La figure 4 représente une coupe transversale par un disque de distribution 16 non bloqué, dont les déplacements angulaires sont gouvernés par un organe de, commande extérieur. Les lignes délimitant les pistons rotatifs, extérieur et intérieur 17 et 18, sont repré- sentées ici, en traits mixtes, dans des positions légère, ment différentes de celles de la figure 2. L'organe 19 est une pièce de remplissage située dans le plan du dis- que de distribution et réunie rigidement au carter.-Cette pièce de garniture est surtout nécessaire lorsque le compresseur est,le siège de pressions élevées. Derrière le disque de distribution se trouve le couvercle de
<Desc/Clms Page number 9>
l'enveloppe, qui porte les tubulures d'admission et d'échappement, (d'aspiration et de refoulement), non représentées.
En outre, ce disque comporte un autre orifice, délimité par la ligne en traits interrompus 20.
Cet orifice est en communication avec l'atmosphère ou avec'la conduite d'aspiration et rend possible la marche à vide du compresseur.
A pleine charge, le fonctionnement est exacte-. ment le même que celui du système de la figure 2.. Une différence réside uniquement dans le fait que la fin du processus d'aspiration est déterminée non pas par une arête du disque de distribution, mais par une. arête 21 de la pièce intercalaire ou de remplissage 19., Le dia- gramme de travail correspondant de chacune des chambres est représenté dans la figure 5 par le tracé plein. On a en outre représenté dans la figure 4, en traits inter- rompus, une position du disque de distribution relative à une charge partielle, position obtenue après déplace- ment angulaire dans le-sens de la flèche 22.
Ici, l'arê te 23 commande la fin de l'aspiration au lieu et place de l'arête 21 de la pièce de remplissage, de telle façon que l'air aspiré en excès peut retourner à la conduite d'aspiration à travers l'interstice aui s'est constitué entre le disque de distribution et la pièce intercalaire
Ce processus est représenté par le tronçon 24 dans le diagramme de la figure 5. L'arête 25, qui commande le début de l'échappement, s'est déplacée vers la droite, de sorte que l'échappement ne peut commencer que plus tard, pour une pression de compression sensiblement iden- tique. Le tronçon 26' indique, dans le diagramme, le décalage correspondant du point de -travail ou de distri- bution.
L'arête 27 qui commande la fin de l'échappement,
<Desc/Clms Page number 10>
et qui est également décalée vers la droite, permet l'établissement d'une communication entre la lumière. d'échappement du disque de distribution et la chambre de travail 28 qui augmente déjà'de volume, de sorte que le gaz déjà comprimé reflue de la tubulure de refoule- ment vers la chambre du cylindre. Cette réduction du débit effectif est indiquée dans le diagramme par le tronçon 29. Les pistons rotatifs poursuivant leur rota- tion, l'arête de travail 27 isole la chambre 28 de l'écha pement, de sorte que le gaz comprimé, emprisonné dans cette chambre, se détend. Le volume de gaz détendu est représenté dans le diagramme par le tronçon 30. Le débi effectif n'est plus représenté désormais que par le volu- me de gaz correspondant au tronçon 31.
Lorsque le disque de distribution 16 a été décalé, dans le sens de la flèche 22, d'une quantité telle que l'arête de distribution 27 déborde l'ouverture de marche à vide 20 du carter, il s'établit une communia cation directe entre le canal de marche à vide et la tubulure de refoulement. Il n'y aura donc plus de débit de gaz, à condition que l'on ait prévu une soupape de retenue dans la conduite de refoulement.
D'autre part, lorsqu'il est fait usage d'une soupape de réglage disposée dans la conduite d'aspiratin soupape qui se ferme aussitôt que l'orifice de marche à vide est démasqué, la tubulure d'aspiration se vide presque complètement de gaz, c'est-à-dire, il n'y subsiste qu'une faible pression de gaz dont la valeur ne dépend que du volume des pertes. On obtient ainsi un très petit dia- gramme de marche à vide. Un tel diagramme est représen- té dans:la figure 6. L'arête 23, qui commande la fin de
<Desc/Clms Page number 11>
l'aspiration, détermine dans le diagramme le point de travail 32, tandis que l'arête 27, qui commande la fin de l'échappement, détermine le point de travail 33. Le tronçon'34- représente ,le volume' aspiré restant, qui cor-. respond au volume des fuites de gaz.
L'effet de l'arête 27, qui commande la fin de l'échappement ou le reflux, peut être renforcé grâce à une course de réglage plus importante, cela dans'une mesure telle que le réglage du débit par l'arête 23 de- vienne superflu. Toutefois, dans ce cas, l'organe de distribution doit présenter une forme différente.. La figure 7 est une vue en coupe transversale d'un disque frontal 35 rigidement encastré.. Ce disque frontal pour- rait tout aussi bien constituer un élément du'couvercle du carter.
Dans le même plan que ce disque est disposé un segment de distribution 36, qui peut être mû, dans le sens de la flèche 37 ou dans le sens opposé, au moyen d'un système de réglage. les pistons rotatifs, exté- rieur et intérieur 38 et 39, sont représentés en traits mixtes, dans la même position que dans la figure 4. Le couvercle de l'enveloppe,' situé derrière le disque fron- tal, comporte, ici également, un orifice 40, qui sert à obtenir la marche à vide. Le fonctionnement à charge partielle, lequel peut être obtenu par exemple en ame- nant le segment de distribution 36 dans la position re- présentée en traits interrompus, se déroule comme suit.
L'arête 41 qui commande la fin de l'aspira- tion et l'arête 42 qui commande le début de l'échappe- ment ou du refoulement, ne sont pas à position réglable. de sorte que l'on obtient toujours la même courbe de compression dans le diagramme. L'arête 43,'qui commande, la fin de l'échappement et qui est décalée vers la droits
<Desc/Clms Page number 12>
permet, ici également, l'établissement d'une communica- tion entre la. tubulure¯ de refoulement et la chambre de travail 44, dont le volume va en augmentant, de sorte qu'un reflux de gaz déjà comprimé pénètre dans la machi, ne. Ce processus est représenté dans le diagramme par le tronçon 45.
Les pistons, rotatifs continuant à tour- ner, la communication entre la chambre de travail 44 qui est remplie de gaz comprimé - et la tubulure d'échap, pement est interrompue, de sorte qu'une détente a lieu aussitôt après dans cette chambre, jusqu'à ce que l'arête décalée 46 permette l'établissement d'une communication entre cette chambre et la tubulure d'aspiration. Le vol me de gaz effectivement aspiré par le compresseur corres- pond au tronçon 47 du diagramme.
Ici également, on peut établir la marche à vide en imprimant une nouvelle rotation au segment de distribution 37; à cet effet, il est nécessaire de pré- voir une soupape de retenue dans la conduite de refoule- ment et une soupape d'obturation commandée dans la con- duite d'aspiration. Dans ces conditions, on obtient le diagramme selon la figure 9.
Lors de ce processus, l'arête de distribu- tion 45 s'est déplacée vers la droite d'une distance telle qu'il s'établit une communication entre la tubulu- re de refoulement et l'orifice de marche à vide 40 La pression dans..la tubulure de refoulement et dans la cham bre 44 est ramenée à la pression atmosphérique. Cette dernière pression se maintient dans la chambre de tra- vail jusqu'à ce que l'arête 43 ait interrompu la commu- nication entre les deux espaces, ce qui se produit à la suite de la rotation ultérieure des pistons rotatifs.
<Desc/Clms Page number 13>
Ce processus de distribution est représenté par le point 48 dans le diagramme de la figure 9. Après que le volume de gaz.enfermé dans la chambre 44 s'est détendu jusqu'à la pression existant dans la tubulure d'aspiration, il demeure un volume aspiré correspondant au tronçon 49. La pression d'aspiration et le volume d'aspiration sont.dans ce cas déterminés par le volume des pertes de gaz.
Les systèmes de réglages décrits ci-dessus peu- vent aussi être'utilisés dans le sens inverse pour le ré- glage de machines à expansion ; toutefois, dans ce cas, on omettra d'incorporer une pièce de remplissage et il ne sera pas prévu un orifice de marche à vide.
Ainsi, dans une variante du principe de distri bution représenté dans la figure 7, la distribution peut être réalisée, par exemple, en bloquant rigidement le segment de distribution 36 dans le carter, le disque fron- tal étant par contre rendu réglable au moyen d'un organe de commande extérieur.
Les organes de distribution préconisés ici sont également applicables aux pompes et aux moteurs fonctionnant avec des liquides.
On exposera ci-après une amélioration qui en- traîne une élévation de la durée utile du piston rotatif muni d'arêtes de garniture.
La figure 10 représente, à une échelle plus grande que les figures précédentes, un fragment des deux corps de piston rotatifs. La dent 50 du piston rotatif intérieur vient de s'appliquer contre le piston rotatif extérieur 51 et est entraînée par celui-ci, tandis que la dent 52 s'est séparée au même instant du piston rotatif
<Desc/Clms Page number 14>
extérieur. Toutes les autres dents, non représentées, sont également séparées du piston rotatif extérieur par un interstice. Il ressort donc de la figure 10 qu'une même dent n'entre en contact, par son bout extrême, avec le piston rotatif extérieur, que pendant un déplacement angulaire relativement réduit, les vitesses de glisse- ment étant peu importantes.
Pour éviter des pressions d'application appréciables, le rayon de chaque soumet d rotor représente tout au plus 1 à 3% environ du diamè- tre du piston rotatif. Pour obtenir une faible usure par frottement et un amortissement parfait, on peut pré- voir, comme il est connu en soi, des pièces de garniture 53, établies en une matière possédant des caractéristi- ques de glissement particulièrement favorables ou une élasticité élevée.
Dans les figures 11 et 12, on a représenté une machine à pistons rotatifs où seul le piston rotatif extérieur, par exemple, est monté en porte-à-faux sur des roulements à billes, tandis que le palier à billes du piston rotatif intérieur est monté à l'intérieur de celui-ci. Ici, le piston rotatif extérieur se compose, d'une part, d'un élément plein qui comprend la nappe 55, le disque frontal 66 et le tourillon 56 et, d'autre part une pièce de fourrure à parois-ninces constituée, par exemple, par les tôles 58 et 60. Cette pièce de fourru re - qui, pour des raisons de façonnage, est ouverte sur ses deux faces en bout - est glissée dans l'enveloppe 55 sans frottement et est vissée à la paroi en bout 66 à l'aide de vis non représentées.
La paroi de tôle non cyclique 60 provoque, sous l'influence de la force cen- trifuge, une expansion non uniforme de l'enveloppe
<Desc/Clms Page number 15>
en tôle 58, de sorte que cette dernière devient non cir- culaire. Les angles ainsi formés se pressent contre la nappe 55 de la partie pleine du piston rotatif et empê- chent un décalage de la pièce de fourrure par rapport à cette partie extérieure pleine.
La machine à pistons rotatifs selon la figure
11 ne comporte par exemple aucun corps de bourrage à glissement pour l'obturation hermétique du cylindre.
L'espace 62 et 63 du carter, espace qui entoure le pis- ton rotatif extérieur et qui est isolé de l'atmosphère, ainsi que les espaces intérieurs 64 et 65, également isolés, voisins du palier du piston rotatif intérieur, sont donc soumis à une pression de gaz inférieure à la contre-pression, mais supérieure à la pression d'aspira, .tion de la machine.
Dans tous les cas où le fluide moteur ou mani. pulé ne doit pas pénétrer dans les chambres des paliers des pistons rotatifs, on complète le bourrage des cham- bres des cylindres en disposant des bourrages à glisse- ment. La figure 11 représente en outre le système de graissage pour les paliers. Sur la buselure d'écarte- ment rotative 67 du palier du piston rotatif extérieur glissent des mèches 68, dans lesquelles on a entrelacé des fils 69 qui plongent dans un bain d'huile contenu dans une chambre distincte 70 de l'enveloppe de la machi ne. De même, des mèches 71 glissent sur le couvercle 72 du piston rotatif intérieur, tandis que les fils 73 de ces mèches plongent dans le.bain d'huile contenu dans la chambre 74 du tourillon.
La figure 13 représente une variante du tou- rillon 75, lequel comporte ici non seulement une chambre à huile 76 pour le graissage des paliers, mais aussi une
<Desc/Clms Page number 16>
chambre de refroidissement 77, parcourue par un réfrigé- rant. Pour améliorer l'effet de refroidissement, on. peut diviser la chambre de refroidissement en un grand nombre d'alésages communiquant les uns avec les autres.
Ceci a pour effet d'augmenter considérablement la surfa- ce en contact avec l'eau.
La figure 14 montre une machine à pistons rotatifs bridée à une boîte de vitesses et dont l'enve- loppe est ouverte à son extrémité 78 qui porte le piston rotatif extérieur. Ceci permet en premier lieu un grais sage simplifié des paliers 79.
En outre, cette exécution de l'enveloppe permet de disposer le pignon moteur 80 entre les paliers 79, sur le tourillon 81, de grande épaisseur, du piston rotatif extérieur 82, de sorte que la longueur d'encom-'- brement de la machine à pistons rotatifs peut être rédui te, ce qui permet d'obtenir les avantages qui seront indiqués dans la suite.
Etant donné que l'extrémité du tourillon n'est. pas masquée par un accouplement qui la relie à un arbre intermédiaire de pignon moteur, ni par le palier spécial d'un tourillon prolongé, le graissage des paliers 83 du piston rotatif intérieur peut être assuré d'une manière simple, à partir du carter de changement de vitesse, au moyen d'un forage 84 prévu dans le tourillon 81. Comme montré dans.la figure 15, ce forage présente une forme conique, par exemple, et aboutit à des canaux 85 qui relient le forage 84 à la chambre 86 du palier du piston rotatif intérieur.
Le forage 84 peut éventuellement .être cylindrique et traverser le tourillon de part en part, ce forage étant partiellement masqué par un disque annulaire au voisinage de l'extrémité du tourillon. Le choix du mode d'exécution est déterminé uniquement par
<Desc/Clms Page number 17>
les impératifs concernant la rigidité mécanique, ainsi que par le prix de revient.
<Desc / Clms Page number 1>
the present invention relates to a rotary piston machine for gaseous fluid - motor or manipulated - this machine comprising rotary pistons disposed eccentrically one inside the other and directly coupled, at least the external rotary piston of this machine being mounted in cantilevered.
Such machines are known per se; however, they do not meet the current, more stringent requirements.
In order to significantly increase the power of the machine and make it capable of delivering high powers, and in accordance with the present invention, the rotary pistons are shaped such that the entire space between the outer rotary pistons and-interior participates constantly, so
<Desc / Clms Page number 2>
.Known per se, the work of gas exchange, compression or expansion, with this that the driving fluid or handled is brought and discharged by the open end walls of the outer rotary piston, the latter providing only the useful power through its journal, while the internal rotary piston, driven, idles with the external piston, as a thrust stop, due to its shape which ensures a balancing of the couples.
Such a machine can provide large throughputs, with reduced bulk, high peripheral speed and little wear on the teeth of the rotary pistons, if it also has a large eccentricity. The latter result can only be obtained when the tips of the teeth of the internal rotary piston are only slightly rounded and their number is not too great.
In addition to the low importance of losses due to the space requirement reduced to a minimum, hence the inter- stices to be packed with a very short length, the recommended system ensures a high volumetric and overall efficiency, all the more so that there are no harmful or dead spaces in the rotating pistons. While the outer rotary piston must be cantilevered due to its open end face, the inner rotary piston can also be cantilevered, or, alternatively, be mounted directly on a bearing. planned inside.
In order to improve the machine, the invention advocates the following details.
<Desc / Clms Page number 3>
The admission and discharge of the driving or handled fluid take place, respectively, through two large inlet and outlet openings provided either in an end wall of the casing, or in a distributor disc which can be either movable and capable of being blocked, or else rotatable, disc which can be used in a simple way for dispensing and adjustment.
The large dimensions of the ports have the effect of reducing the large pressure drops which often occur in other known machines during the admission and discharge of gases. As, on the other hand, the distribution is ensured mainly by the flanks of the internal rotary piston, flanks which, in the vicinity of the tips, are oriented almost radially, it is possible to obtain a rapid sealing at the end of the admission and rapid opening at the start of evacuation.
Either the outer ply of the inner rotary piston, or the inner ply of the outer rotary piston, may be chamfered on the inlet side and the outlet side of the working fluid or handled. It is true that this results in a harmful space of small volume; however, this provision is fully justified by. the further significant increase in the inlet and outlet section between the outer and inner rotary pistons. In addition, the flanks of the tips of the teeth of the internal rotary piston present, tent a substantially more radial appearance.
Given the high peripheral speed, the cycloidal guiding surface of the outer rotary piston, which surface guides the inner rotary piston,
<Desc / Clms Page number 4>
must be shaped with the greatest precision. To this end, the latter piston consists of two parts. The inner, or furring, portion which has the cycloidal surface is open to both sides at the end, so that the cycloidal shape can be achieved by planing, slotting, milling or grinding. The fur piece, with relatively thin walls, is connected to the end wall of the outer part by means of relatively weak screws. These screws, which are stressed in shear, do not ensure an effective fixing between the inner and outer parts while the machine is running.
Rather, this fixation is ensured by the fact that the piece of fur is pressed against the solid outer part, taking advantage of the centrifugal force due to the non-cyclic shape and the non-uniform expansion of this piece of fur.
To obtain this effect, it suffices for the lateral ply of the outer part to envelop the piece of fur over only a fraction of the length thereof.
In rotary piston machines, in which the tightness of the cylinder chambers is. provided only by interstices, as shown here as an example, it is not recommended to ensure that gas leaks, which enter the interior of the casing and the chamber of the piston-bearing rotary inside, are exhausted to the atmosphere or to the suction line. Considering the losses by leaks, it is rather advisable to subject these spaces to a gas pressure lower than the back pressure, but higher than the suction pressure of the machine.
This is done in a simple way
<Desc / Clms Page number 5>
by the fact that, on the one hand, the machine housing and on the other hand, the bearing chamber of the internal rotary piston, are closed spaces. In this way, and given the volume of gas losses through leaks, an intermediate pressure is automatically established. The lubrication of the bearings presents particular difficulties in the case of machines with rotary pistons having a high rotational speed. In known machines, grease-lubricated rolling bearings or oil-circulating plain bearings are usually employed. Both systems have great drawbacks.
In the first case, it is impossible to ensure a perfect arrival of the fat at all times; more, the grease. sage is more highly dependent on temperature; in the second case, it is necessary to provide an oil pump, as well as lines, a relief valve and an oil cooler. This inconvenience is eliminated in the object. of the invention in that the lubricating oil is supplied to the bearings by means of wicks which slide on moving parts, the lubricating oil being drawn from collectors which can be integral with the crankcase or the journal, or again, with the housing cover.
In the case of high gas pressures, which leads to higher temperatures in the bearings, it is necessary to cool them. This cooling - in particular that of the bearing, which is difficult to access, of the internal rotary piston - is made possible in the object of the invention, when the journal is immobilized, by the fact that a space traversed by the refrigerant fluid is pre - seen near the oil collector. Like this space
<Desc / Clms Page number 6>
partially or completely encloses the oil collector, as a result the lubricating oil is prevented from heating up.
When the machine is clamped. a gearbox housing, it is advantageous in several respects to mount the outer rotary piston in a casing the control end of which is open. In particular, this makes it possible to interpose the control pinion. between the bearings of the external rotary piston, in accordance with the recommended solution.
By mounting the pinion on the journal of the rotary piston, a journal which has a large diameter and which is therefore rigid in bending, a silent operation of the pinions is obtained, without having to use special components. In this case, a borehole made in the dowel which extends in cantilever into the gear housing makes it possible to lubricate the internal piston in a very simple manner, that is, from this housing. The borehole itself can be established in various ways, taking into account the operating conditions.
The invention is shown in the figures
1 to 15 of the accompanying drawings, in which: FIGS. 1, 2 and 3 show respectively an external view, a transverse section and a longitudinal section of a rotary piston compressor, of which the external piston and the internal piston are arranged as a door - false; Figure 4 is a cross section of an unblocked, angularly mounted distribution disc including a rigidly recessed segment, Figure 5 is a partial load diagram.
<Desc / Clms Page number 7>
. The. Figure 6 is a vacuum diagram; Figure 7 is a cross-sectional view of a front disc rigidly blocked and provided with a distribution segment; Figure 8 shows a related partial load diagram; Figure 9 shows a vacuum diagram; Figure 10 is a fragmentary view of each of the two rotary piston bodies, on a larger scale than the preceding figures; Figures 11 and 12 are views in longitudinal section and in cross section, respectively, of a rotary piston machine of which the outer rotary piston has a particular shape; FIG. 13 shows a journal of the same machine, provided with a cooling chamber;
Figure 14 is a longitudinal sectional view of the bearing for the outer rotary piston and disposed in an open casing, and of the drive pinion; Figure 15 shows the same arrangement, but with a hollow shaft for lubricating the bearing of the internal rotary piston.
In Figures 2 and 3, the controlled outer piston 1, which performs the work, rotates around its axis 2 in a clockwise direction and thus drives the inner rotary piston 3, which rotates around its own axis. The outer rotary piston is mounted on one side (cantilever) in the housing or casing 5, the inner rotary piston also being mounted on one side only in the housing cover 6
<Desc / Clms Page number 8>
In this cover is rigidly embedded a rotating front disc 7 which contains the intake port 8 and the exhaust port 9 and whose focus can be changed as needed. ' This front disc can be hollow and be filled with a cooling agent or run through by such an agent.
The internal rotary piston has oblique surfaces 10 on the side facing the front disc. The rotors determine between them working chambers 11, 12, 13, 14 and 15. When the rotary pistons rotate, the chambers 11 and 12 increase in volume and suck gas through the lumen 8. The chamber 13 decreases by volume; however, as this chamber is not communicating at this time with any of the lights 8 and 9, there is compression. The chambers 14 and 15 also decrease in volume and expel the compressed gas', through the port 9, into the delivery pipe. Looking in particular at chamber 15, it will be seen to what extent the oblique surface 10 of the piston increases the free lateral exhaust port between the rotary pistons.
FIG. 4 shows a cross section through an unblocked distribution disc 16, the angular movements of which are governed by an external control member. The lines delimiting the rotary pistons, outer and inner 17 and 18, are shown here, in phantom lines, in positions slightly different from those of FIG. 2. The member 19 is a filling part located in the chamber. plane of the distribution disc and joined rigidly to the crankcase.-This piece of packing is especially necessary when the compressor is the seat of high pressures. Behind the timing disc is the cover for
<Desc / Clms Page number 9>
the casing, which carries the intake and exhaust pipes (suction and delivery), not shown.
In addition, this disc has another orifice, delimited by the dotted line 20.
This orifice is in communication with the atmosphere or with the suction line and makes it possible to run the compressor without load.
At full load, operation is exact. ment the same as that of the system of Figure 2. A difference is only that the end of the suction process is determined not by an edge of the distribution disc, but by a. edge 21 of the intermediate or filling piece 19. The corresponding working diagram of each of the chambers is represented in FIG. 5 by the solid line. In addition, FIG. 4 shows in broken lines a position of the distribution disc relative to a partial load, a position obtained after angular displacement in the direction of arrow 22.
Here the edge 23 controls the end of the suction instead of the edge 21 of the filling piece, so that the excess sucked air can return to the suction line through the. 'interstice which is formed between the distribution disc and the intermediate piece
This process is represented by section 24 in the diagram of figure 5. The ridge 25, which controls the start of the escapement, has moved to the right, so that the escape can only start later. , for a substantially identical compression pressure. The section 26 'indicates, in the diagram, the corresponding offset of the working or distribution point.
The ridge 27 which controls the end of the exhaust,
<Desc / Clms Page number 10>
and which is also shifted to the right, allows the establishment of communication between the light. exhaust from the distribution disc and the working chamber 28 which is already increasing in volume, so that the already compressed gas flows back from the discharge port to the cylinder chamber. This reduction in the effective flow rate is indicated in the diagram by section 29. As the rotary pistons continue to rotate, the working edge 27 isolates the chamber 28 from the exhaust, so that the compressed gas, trapped in this room, relax. The volume of expanded gas is represented in the diagram by section 30. The effective flow rate is now only represented by the volume of gas corresponding to section 31.
When the distribution disc 16 has been offset, in the direction of arrow 22, by such an amount that the distribution edge 27 extends beyond the idle opening 20 of the housing, direct communication is established. between the idling channel and the delivery pipe. There will therefore be no more gas flow, provided that a check valve has been provided in the discharge line.
On the other hand, when use is made of a regulating valve arranged in the suction line valve which closes as soon as the vacuum port is unmasked, the suction line is almost completely empty of gas, that is to say, there remains only a low gas pressure, the value of which depends only on the volume of losses. This results in a very small no-load diagram. Such a diagram is represented in: FIG. 6. The edge 23, which controls the end of
<Desc / Clms Page number 11>
the suction, determines in the diagram the working point 32, while the edge 27, which controls the end of the exhaust, determines the working point 33. The section '34- represents, the remaining suction volume, who cor-. corresponds to the volume of gas leaks.
The effect of the ridge 27, which controls the end of the exhaust or the reflux, can be reinforced by a longer adjustment stroke, this to an extent such that the flow rate adjustment by the ridge 23 of - come superfluous. In this case, however, the dispensing member must have a different shape. Figure 7 is a cross-sectional view of a rigidly recessed front disc. This front disc could just as easily be a component of the front disc. 'crankcase cover.
In the same plane as this disc is arranged a distribution segment 36, which can be moved, in the direction of arrow 37 or in the opposite direction, by means of an adjustment system. the rotary pistons, outer and inner 38 and 39, are shown in phantom, in the same position as in figure 4. The cover of the casing, located behind the front disc, has, here also, an orifice 40, which is used to obtain idling. Partial load operation, which can be obtained, for example, by bringing the distribution segment 36 to the position shown in broken lines, proceeds as follows.
The ridge 41 which controls the end of the suction and the ridge 42 which controls the start of the exhaust or the delivery, are not in an adjustable position. so that the same compression curve is always obtained in the diagram. The ridge 43, 'which controls the end of the escapement and which is shifted to the right
<Desc / Clms Page number 12>
allows, here also, the establishment of a communication between the. discharge tubulurē and the working chamber 44, the volume of which is increasing, so that a reflux of already compressed gas enters the machi, no. This process is represented in the diagram by section 45.
As the rotating pistons continue to rotate, the communication between the working chamber 44 which is filled with compressed gas - and the exhaust pipe, is interrupted, so that an expansion takes place immediately after in this chamber, until the offset ridge 46 allows communication to be established between this chamber and the suction pipe. The volume of gas effectively sucked in by the compressor corresponds to section 47 of the diagram.
Here too, it is possible to establish idling by imparting a new rotation to the distribution segment 37; for this purpose, it is necessary to provide a non-return valve in the discharge line and a controlled shut-off valve in the suction line. Under these conditions, we obtain the diagram according to figure 9.
In this process, the dispensing edge 45 has moved to the right a distance such that communication is established between the discharge pipe and the idle port 40. the pressure in the delivery pipe and in the chamber 44 is brought back to atmospheric pressure. This latter pressure is maintained in the working chamber until the edge 43 has interrupted the communication between the two spaces, which occurs following the subsequent rotation of the rotary pistons.
<Desc / Clms Page number 13>
This dispensing process is represented by point 48 in the diagram of Figure 9. After the volume of gas enclosed in chamber 44 has expanded to the pressure existing in the suction manifold, there remains a suction volume corresponding to section 49. The suction pressure and the suction volume are in this case determined by the volume of gas losses.
The adjustment systems described above can also be used in reverse for the adjustment of expansion machines; however, in this case, we will omit to incorporate a filler piece and no idling orifice will be provided.
Thus, in a variant of the distribution principle shown in FIG. 7, the distribution can be achieved, for example, by rigidly blocking the distribution segment 36 in the casing, the front disc being on the other hand made adjustable by means of 'an external control unit.
The distribution members recommended here are also applicable to pumps and motors operating with liquids.
An improvement which results in an increase in the useful life of the rotary piston provided with packing ridges will be described below.
FIG. 10 represents, on a larger scale than the preceding figures, a fragment of the two rotary piston bodies. The tooth 50 of the internal rotary piston has just applied against the external rotary piston 51 and is driven by the latter, while the tooth 52 has separated at the same instant from the rotary piston
<Desc / Clms Page number 14>
outside. All the other teeth, not shown, are also separated from the outer rotary piston by a gap. It therefore emerges from FIG. 10 that the same tooth only comes into contact, via its end end, with the external rotary piston, during a relatively small angular displacement, the sliding speeds being low.
To avoid appreciable application pressures, the radius of each rotor subject is at most about 1 to 3% of the diameter of the rotary piston. In order to obtain low frictional wear and perfect damping, it is possible, as is known per se, to provide packing pieces 53, made of a material having particularly favorable sliding characteristics or high elasticity.
In Figures 11 and 12, there is shown a rotary piston machine where only the outer rotary piston, for example, is cantilevered on ball bearings, while the ball bearing of the inner rotary piston is mounted inside of it. Here, the outer rotary piston consists, on the one hand, of a solid element which comprises the web 55, the front disc 66 and the journal 56 and, on the other hand, a piece of pliers-walled fur formed, by example, by the sheets 58 and 60. This piece of fur - which, for reasons of shaping, is open on both sides at the end - is slid into the casing 55 without friction and is screwed to the end wall 66 using screws not shown.
The non-cyclic sheet wall 60 causes, under the influence of the centrifugal force, a non-uniform expansion of the envelope.
<Desc / Clms Page number 15>
sheet 58, so that the latter becomes non-circular. The angles thus formed press against the web 55 of the solid part of the rotary piston and prevent the fur piece from being offset with respect to this solid outer part.
The rotary piston machine according to the figure
11 does not include, for example, any sliding stuffing body for hermetically sealing the cylinder.
The space 62 and 63 of the housing, the space which surrounds the external rotary piston and which is isolated from the atmosphere, as well as the internal spaces 64 and 65, also isolated, adjacent to the bearing of the internal rotary piston, are therefore subjected at a gas pressure lower than the back pressure, but higher than the suction pressure, .tion of the machine.
In all cases where the driving fluid or mani. The pulp must not penetrate into the chambers of the bearings of the rotary pistons, the jamming of the cylinder chambers is completed by placing sliding jams. Figure 11 further shows the lubrication system for the bearings. On the rotary spacer nozzle 67 of the bearing of the outer rotary piston slide wicks 68, in which threads 69 have been interwoven which are immersed in an oil bath contained in a separate chamber 70 of the casing of the machine. born. Likewise, the wicks 71 slide on the cover 72 of the internal rotary piston, while the threads 73 of these wicks immerse in the oil bath contained in the chamber 74 of the journal.
FIG. 13 shows a variant of the journal 75, which here comprises not only an oil chamber 76 for lubricating the bearings, but also a
<Desc / Clms Page number 16>
cooling chamber 77, traversed by a refrigerant. To improve the cooling effect, we. can divide the cooling chamber into a large number of bores communicating with each other.
This has the effect of considerably increasing the surface area in contact with water.
Fig. 14 shows a rotary piston machine clamped to a gearbox and the casing of which is open at its end 78 which carries the outer rotary piston. This firstly allows a simplified wise greasing of the bearings 79.
In addition, this embodiment of the casing makes it possible to have the motor pinion 80 between the bearings 79, on the journal 81, of great thickness, of the outer rotary piston 82, so that the overall length of the machine with rotary pistons can be reduced, which makes it possible to obtain the advantages which will be indicated below.
Since the end of the journal is. not masked by a coupling which connects it to an intermediate shaft of a motor pinion, nor by the special bearing of an extended journal, the lubrication of the bearings 83 of the internal rotary piston can be ensured in a simple way, from the housing of change of speed, by means of a borehole 84 provided in the journal 81. As shown in FIG. 15, this borehole has a conical shape, for example, and results in channels 85 which connect the borehole 84 to the chamber 86 of the inner rotary piston bearing.
The borehole 84 may optionally be cylindrical and pass right through the journal, this borehole being partially masked by an annular disc in the vicinity of the end of the journal. The choice of execution mode is determined only by
<Desc / Clms Page number 17>
the requirements concerning mechanical rigidity, as well as the cost price.