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Perfectionnements aux machines rotative. telles que des com- presseurs rotatifs*
La présente Invention concerne des machines rotatives et en particulier des compresseurs rotatifs.
Dans une machine rotative connue, un bloo cylindrique prin- cipal tourne concentriquement dans une chambre de rotor cylindrique en substance de même diamètre et le bloc comporte un alésage diamé- tral de section rectangulaire qui le traverse perpendiculairement à son axe de rotation.
Cet alésage contient un autre cylindre de diamè- tre en substance égal à la largeur de l'alésage dans le plan de rota tion et dont l'axe est parallèle à l'axe de rotation du bloc, la lar leur axiale de cet autre cylindre étant en substance égale à la di- mens Ion de l'alésage dans le sens axial du bloc principal de sorte qu'il occupe la totalité ou presque la totalité de la section de l'alésage et forme ainsi en fait un piston dans l'alésage, Le pis-
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ton est fixé concentriquement sur un arbre qui est lui-même paral- lèle à l'axe de rotation du bloc de rotor principal et concentrique à ce dernier.
Le bloc de rotor principal est accouplé par engrena- ges à l'abre de manière à tourner dans le infime sens et 11 désir Vites- se, avec pour résultat que cette rotation t'accompagne d'un dépla- cement alternatif du piston dans l'alésage.
Un problème dans cette construction de machine à cylindre rotatif est que la conversion qui s'opère entre le mouvement rotatif de l'arbre et le mouvement alternatif du piston exigeait une construction de piston et de cylindre qui, par suite de la forme de leurs surfaces de contacta ne permettait guère de rendre la machine étanche aux fuites intérieures. Les fuites dépendent entièrement des aisances de fonctionnement qui doivent être suffisantes pour permettre une dilatation duc à la différence de température entre les conditions en marche et à l'arrêt. Les fuites représentent une perte directe et, en outre, en chauffant le fluide qui s'échappe, elles augmentent le travail nécessaire pour la compression.
Suivant la présente invention, une machine à cylindre rotatif,telle qu'un compresseur rotatif, comprend un bloc-cylindre rotatif extérieurement cylindrique pourvu d'un alésage cylindrique diamétral, et un piston cylindrique travaillant dans l'alésage de la façon classique, c'est-à-dire que son axe coïncide avec celui de l'alésage, ce piston étant monté d'une manière rotative sur un organe qui travaille excentriquement par rapport à un arbre perpen- diculaire à l'axe du piston, l'arbre étant lui-même excentrique par rapport à l'axe de rotation du bloc cylindre dans la chambre de rotor.
Comme précédemment, la rotation de l'arbre s'accompagne d'une rotation du bloc-cylindre à demi-vitesse et d'un mouvement alterna- tif du piston dans l'alésage du cylindre.
Ce montage d'un piston cylindrique coulissant normalement en va-et-vient dans un alésage cylindrique permet de diminuer les fuites dans ce piston du fait que le piston peut tire équipé
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de segments d'étanchéité classiques. Les fuites entre le cy- lindre et le piston sont négligeables et les fuites totales sont réduites environ de moitié, ce qui entraîne une augmentation d'ef- ficacté correspondante. Des pertes par friction supplémentaires sont dues aux segments d'étanchéité du piston mais elles n'attei- gnent qu'un très faible pourcentage de la puissance totale fournit*
De plus, il est bien plus facile de former un alésage cylindrique que l'alésage rectangulaire de la machine précitée. La machine peut évidemment être mise en oeuvre comme compresseur ou comme moteur.
.Dans la construction préférée, le piston comporte des sur- faces d'extrémité convexes, en forme de parties de cylindre, d'un rayon correspondant à la courbure de la surface intérieure de la cham bre de rotor dans laquelle le bloc cylindre tourne. Ces surfaces d'extrémité peuvent être facilement usinées au tour. Cette construc- tionde piston permet de réduire en substance à zéro le volume de l'espace mort à l'extrémité de la course de compression, évitant ain- si les pertes de puissance et de capacité dues à re-détente de l'air ou du gaz restant dans cet espace.
Quoique la forme préférée de l'organe qui travaille excen- triquement par rapport à l'arbre soit celle d'un excentrique fixé sur l'arbre, cet organe peut en variante avoir la forme d'un bloc coulissant en va-et-vient dans un alésage ménagé dans le piston, cet alésage étant perpendiculaire à l'axe du mouvement alternatif du piston.
Un compresseur suivant l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans' lesquels! la Fig. 1 est une coupe longitudinale du compresseur} et, la Fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2de la Fig. 1.
Le compresseur comporte une chambre de rotor cylindrique 1 dans laquelle est logé un rotor cylindrique 2 formant un bloc cylin- dre à alésage diamétral 3. Pendant la rotation du bloc, cha- que extrémité de l'alésage du cylindre communique alternativement
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avec une entrée 4 et une sortie $ du carter.
Un piéton cylindrique 6 peut coulisser dans l'alésage 3 et est pourvu de surfaces d'extrémité convexes 7 dont la courbure correspond à la courbure de la paroi intérieure de la chambre 1.
Le piston 6 comporte un moyeu 0 susceptible de tourner librement dans ce piston et le moyeu 8 forme un excentrique fixé sur un arbre d'entraînement 9. Les axes du moyeu excentrique 8 et de l'ar- bre 9 sont parallèles à l'axe de rotation du bloc cylindre 2, l'ar- bre étant excentrique par rapport à cet axe de rotation.
Comme le montre la Fig. 1, le bloc 2 est monté sur des rou- lements à billes 10 dans la chambre 1. Le moyeu 8 est monté sur des roulements à galets 12 dans le piston 6. L'arbre d'entraînement 9 et un prolongement 14 de cet arbre sont montés dans des culames 11 du carter dans des roulements 13. Le piston 6 est pourvu de segments d'étanchéité 15.
Dans la construction représentée dans les dessins, le bloc 2 et le piston 6 sont représentés comme étant creux pour diminuer la masse des parties mobiles.
Dans le fonctionnement de la machine représentée, des dents d'engrenages 16 sur le prolongement 14 de l'arbre entraînent une cou ronne à denture intérieure 17 sur le bloc-cylindre 2, de sorte quel@ bloc 2 tourne dans le même sens que l'arbre et à demi-vitesse. L' agencement est tel que pendant que l'arbre 9 et le moyeu excentrique 8 opèrent une révolution, le bloc-cylindre 2 tourne de 180 seule- ment et le piston 6 passe d'une extrémité de l'alésage cylindrique 3 à l'autre.
En accouplant deux de ces machines avec leurs parties rotatives décalées de 90 , il est possible de supprimer les engrena- ges. Il ressort, par exemple de la Fig. 2, que le piston peut exer- cer une poussée sur l'alésage du cylindre dans une direction suscep. tible de faire tourner le cylindre. Cette poussée varie cependant d'un maximum lorsque le piston est à l'une ou l'autre extrémité de sa course, jusqu'à zéro à mi-course.
Il est donc nécessaire de pré-
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voir des engrenages (16 et 17) dans la réalisation représentée) pour assurer qu'un compresseur ne comportant qu'un piston et un cy- lindre puisse être démarré de n'importe quelle position, Si, capendant, on utilise deux cylindres rigidement accoupler ou un cylin- dre comportant des alésages pour deux pistons, on peut omettre les engrenages à condition de placer les deux alésages cylindriques perpendiculairement l'un à l'autre.
La machine peut être complètement équilibrée en prévoyant des contrepoids d'équilibrage appropriés compensant les forces cen- trifuges et les couples.
REVENDICATIONS.
1. Machine à cylindre rotatif telle qu'un compresseur rotatif, caractérisée en ce qu'elle comporte un bloc-cylindre rotatif extérieurement cylindrique pourvu d'un alésage cylindrique diamé tral, et un piston cylindrique travaillant dans l'alésage de la faça classique, c'est-à-dire avec son axe coïncidant avec l'axe de l'alé- sage, ce piston étant monté de façon rotative sur un organe qui travaille excentriquement par rapport à un arbre perpendiculaire . l'axe du piston, l'arbre lui-même étant excentrique par rapport 1 l'axe de rotation du bloc-cylindre dans la chambre de rotor.
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Improvements to rotary machines. such as rotary compressors *
The present invention relates to rotary machines and in particular rotary compressors.
In a known rotary machine, a main cylindrical block rotates concentrically in a cylindrical rotor chamber of substantially the same diameter and the block has a diametric bore of rectangular cross section which passes through it perpendicular to its axis of rotation.
This bore contains another cylinder of diameter substantially equal to the width of the bore in the plane of rotation and whose axis is parallel to the axis of rotation of the block, the axial width of this other cylinder being substantially equal to the di- mens ion of the bore in the axial direction of the main block so that it occupies all or nearly all of the section of the bore and thus in fact forms a piston in the bore, the pis-
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ton is fixed concentrically on a shaft which is itself parallel to the axis of rotation of the main rotor unit and concentric with the latter.
The main rotor block is meshed with the shaft so as to rotate in the smallest direction and desire for speed, with the result that this rotation accompanies you with a reciprocating displacement of the piston in the direction of speed. 'bore.
A problem with this rotary cylinder machine construction is that the conversion between the rotary motion of the shaft and the reciprocating motion of the piston required a piston and cylinder construction which, owing to the shape of their surfaces contacta did little to seal the machine against internal leaks. The leaks depend entirely on the ease of operation which must be sufficient to allow expansion of the horn at the temperature difference between the conditions on and off. Leaks represent a direct loss and, in addition, by heating the escaping fluid, they increase the work required for compression.
According to the present invention, a rotary cylinder machine, such as a rotary compressor, comprises an externally cylindrical rotary cylinder block provided with a diametrical cylindrical bore, and a cylindrical piston working in the bore in the conventional manner, ie. that is to say that its axis coincides with that of the bore, this piston being mounted in a rotary manner on a member which works eccentrically with respect to a shaft perpendicular to the axis of the piston, the shaft being itself eccentric with respect to the axis of rotation of the cylinder block in the rotor chamber.
As before, rotation of the shaft is accompanied by rotation of the cylinder block at half speed and reciprocating movement of the piston in the cylinder bore.
This mounting of a cylindrical piston sliding normally back and forth in a cylindrical bore makes it possible to reduce the leaks in this piston because the piston can pull equipped
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conventional sealing rings. The leaks between the cylinder and the piston are negligible and the total leaks are reduced to about half, resulting in a corresponding increase in efficiency. Additional friction losses are due to the piston rings but are only a very small percentage of the total power delivered *
In addition, it is much easier to form a cylindrical bore than the rectangular bore of the above machine. The machine can obviously be used as a compressor or as a motor.
In the preferred construction, the piston has convex end surfaces, in the form of cylinder parts, of a radius corresponding to the curvature of the inner surface of the rotor chamber in which the cylinder block rotates. These end surfaces can be easily lathe machined. This piston construction allows the volume of the dead space at the end of the compression stroke to be reduced to substantially zero, thus avoiding losses of power and capacity due to re-expansion of the air or of the gas remaining in this space.
Although the preferred form of the member which works eccentrically with respect to the shaft is that of an eccentric fixed on the shaft, this member may alternatively have the form of a reciprocating sliding block. in a bore formed in the piston, this bore being perpendicular to the axis of the reciprocating movement of the piston.
A compressor according to the invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which! Fig. 1 is a longitudinal section of the compressor} and, FIG. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
The compressor comprises a cylindrical rotor chamber 1 in which is housed a cylindrical rotor 2 forming a cylinder block with a diametral bore 3. During the rotation of the block, each end of the cylinder bore alternately communicates
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with an inlet 4 and an outlet $ from the housing.
A cylindrical pedestrian 6 can slide in the bore 3 and is provided with convex end surfaces 7 whose curvature corresponds to the curvature of the inner wall of the chamber 1.
The piston 6 comprises a hub 0 capable of rotating freely in this piston and the hub 8 forms an eccentric fixed on a drive shaft 9. The axes of the eccentric hub 8 and of the shaft 9 are parallel to the axis. of rotation of the cylinder block 2, the shaft being eccentric with respect to this axis of rotation.
As shown in Fig. 1, the block 2 is mounted on ball bearings 10 in the chamber 1. The hub 8 is mounted on roller bearings 12 in the piston 6. The drive shaft 9 and an extension 14 of this shaft are mounted in cylinder heads 11 of the housing in bearings 13. The piston 6 is provided with sealing rings 15.
In the construction shown in the drawings, the block 2 and the piston 6 are shown as being hollow to reduce the mass of the moving parts.
In the operation of the machine shown, gear teeth 16 on the extension 14 of the shaft drive an internally toothed crown 17 on the cylinder block 2, so that block 2 rotates in the same direction as the cylinder block 2. 'shaft and at half speed. The arrangement is such that while the shaft 9 and the eccentric hub 8 revolve, the cylinder block 2 rotates only 180 and the piston 6 moves from one end of the cylindrical bore 3 to the end. other.
By coupling two of these machines with their rotating parts offset by 90, it is possible to eliminate the gears. It emerges, for example from FIG. 2, that the piston can exert pressure on the cylinder bore in a suspect direction. tible to rotate the cylinder. However, this thrust varies from a maximum when the piston is at either end of its stroke, to zero at mid-stroke.
It is therefore necessary to pre-
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(see gears (16 and 17) in the embodiment shown) to ensure that a compressor with only one piston and one cylinder can be started from any position. If, however, two cylinders are used rigidly coupled or a cylinder with bores for two pistons, the gears can be omitted provided the two cylindrical bores are placed perpendicular to each other.
The machine can be completely balanced by providing suitable balancing counterweights to compensate for centrifugal forces and torques.
CLAIMS.
1. Rotary cylinder machine such as a rotary compressor, characterized in that it comprises an externally cylindrical rotary cylinder block provided with a cylindrical diameter bore, and a cylindrical piston working in the bore of the conventional face, that is to say with its axis coinciding with the axis of the bore, this piston being rotatably mounted on a member which works eccentrically with respect to a perpendicular shaft. the axis of the piston, the shaft itself being eccentric with respect to the axis of rotation of the cylinder block in the rotor chamber.