Machine à piston rotatif. L'invention a pour objet une machine à piston rotatif tournant à l'intérieur d'un cylindre.
Dans les machines de ce genre l'admis sion et l'échappement se sont faits générale ment par des orifices prévus sur le pourtour du cylindre.
L'expérience a montré que cette- situa tion des orifices en question, a l'inconvénient, après un certain temps de fonctionnement des palettes du piston, de provoquer des usures prématurées du bord, puis de créer ensuite des bosses. Les parties usées et les bosses nuisent au bon fonctionnement de la machine. En outre, cette situation des ori fices d'admission a l'inconvénient de dimi nuer les rendements volumétriques.
La machine objet de l'invention est ca ractérisée par la disposition symétrique de deux orifices d'admission, chacun dans un des deux fonds du cylindre où tourne le pis ton en forme de fuseau, à un emplacement tel, par rapport à, l'orifice d'échappement qui se trouve pratiqué dans le cylindre et à la partie supérieure de celui-ci, que les bords des palettes et les extrémités des segments que comporte le piston, passent en dehors desdits orifices d'admission et que la ferme ture par le piston, de ces orifices, s'effectue bien avant l'ouverture de l'orifice d'échappe ment, tandis que la fermeture de ce dernier s'effectue à son tour, bien avant l'ouverture des orifices d'admission.
Le dessin ci-joint montre, schématique ment et à titre d'exemple, une forme d'exé cution de cette machine.
La fig. 1 est une coupe verticale trans versale au cylindre et à l'arbre moteur, d'un compresseur; La fig. 2 est une coupe verticale suivant AABBC de la fig. 1; Les fig. 3, 4 et 5 sont des schémas mon trant trois positions du piston rotatif.
La machine représentée est du type con nu dans lequel un piston plat b, ayant le pro fil d'un fuseau, tourne à l'intérieur d'une chambre a dont la section affecte la forme d'une conchoïde de cercle, conchoïde dont la. corde est équivalente .à la longueur du pis ton. Ce dernier est évidé en son centre pour recevoir un cylindre e qui porte excentrique ment deux tourillons constituant. l'arbre d de la, machine.
Le cylindre qui traverse le piston constitue un excentrique dont le piston lui-même forme le collier; ce piston comporte sur ses deux faces planes deux couronnes à denture intérieure f qui engrènent constam ment, perdant la rotation de l'arbre, avec. deux pignons g fixes et solidaires des flasques i du cylindre renfermant le piston. Ces flasques fixés à un bâti a' -sont percés excentrique ment pour donner passage aux extrémités de l'arbre moteur, lesquelles tournent dans des coussinets et reçoivent chacune en bout un volant la comportant des masses convenables pour constituer l'équilibrage de la machine.
Le centre du piston décrit un cercle d'un mouvement uniforme et le piston lui-même tourne autour de son centre clans le même sens, mais à demi-vitesse; les extrémités du piston sont terminées par des palettes ra diales c mobiles, qui sont maintenues légère ment appliquées contre les parois du cylindre par la force centrifuge.
Les orifices d'admission se trouvent en 1 dans les deux flasques i qui ferment les ex trémités du cylindre a. Ces deux orifices d'ad mission sont pratiqués dans les parties in ternes des flasques ï (fig. 1 et ?) et commu niquent avec l'extérieur par des canaux 3 ménagés dans l'épaisseur des parois laté rales et aboutissant à l'orifice d.
L'emplace ment des orifices 1. ainsi que leur forme et leurs dimensions sont choisis pour satisfaire aux conditions suivantes: <B>10</B> Les bords des palettes e et les extré mités .s' des segments s doivent passer en dehors [le ces orifices 1 afin de ne pas risquer d'accrocher le bord de ceux-ci pendant la ro tation du piston.
2e La. fermeture, par le piston, de ces orifices d'admission 1, doit s'effectuer avant l'ouverture de l'orifice d'échappement 9, et la fermeture de ce dernier doit s'effectuer, à son tour, avant l'ouverture des orifices d'ad mission. On utilise pour cela. la largeur de la partie du piston b qui se déplace en face des- dits orifices d'admission et qui les obture complètement pendant une fraction de tour.
Ces conditions sont remplies en donnant aux orifices d'admission 1, la forme, les di mensions et l'emplacement qui sont montrés par les fin. 1, 2, 3, d et 5. La. forme est celle d'un triangle rectangle déformé dont le som met est tourné vers le haut et situé à un ni veau plus bas que celui de l'arbre d.
Les trois côtés sont formés par des portions de cercle se coupant et qui sont décrites des points suivants: Le côté l' est. décrit du cen tre de l'arbre d avec un rayon tel que la cir conférence des couronnes f qui peuvent com porter des segments, côtoie ledit bord l', mais sans le toucher pendant la fraction de tour effectuée par le piston pour passer de la po sition fig. 3 à la position fi;-. 5;
le côté 1" et la base 1"' sont décrits de points diffé rents, mais avec un même rayon R' qui est celui décrivant chaque bord du fuseau du piston. La base 1"' est située de telle façon qu'elle se confonde avec l'un des bords de l'extrémité du piston quand celui-ci est dans la position montrée fin. 3, tandis que le côté 1" doit coïncider avec le bord opposé de cette.même extrémité lorsque le piston oc cupe la position montrée fis. 5.
La position et la forme décrites des ori fices d'admission 1, donnent les avantages suivants La cylindrée volumétrique effectivement aspirée et qui occupe la capacité H quand le piston est à la position fis. ? où les orifices d'admission 1 sont entièrement découverts, peut être beaucoup plus complète que la cy lindrée normale. si l'on produit un retard suffisant, mais non trop grand, dans la fer meture de cette capacité H.
En effet, par un retard approprié, on peut réaliser une première surcompression des gaz contenus clans cette capacité en utilisant la puissance vive qu'ils possèdent en raison de leur vitesse linéaire dans la tuyauterie d'as piration.
Si, par contre, la position des orifices dé terminait un retard trop grand pour la fer meture, cette surcompression pourrait. dis- paraître; les gaz précédemment introduits dans la capacité et ayant créé à cet endroit une augmentation de pression, auraient en effet, le temps de ressortir.
De plus cet emplacement des orifices d'admission permet d'obtenir une surcom pression des gaz par l'égalisation des pres sions de chaque côté du piston lorsque les plaquettes d'étanchéité c des extrémités du piston traversent l'orifice d'échappement.
Cette égalisation se fait, comme l'indique la flèche fie. 4, à l'endroit de l'orifice d'é chappement 2. Elle est due au travail de dé tente qui resterait encore à obtenir des gaz comprimés dans l'espace nuisible et impar faitement détendus par les seuls retards don nés aux positions des orifices. On récupère donc partiellement ainsi ce travail et l'on prépare plus facilement aussi l'aspiration du tour suivant, aspiration qui se trouve faci litée par la position des orifices I qui ne s'ou vrent qu'après que la communication égali sant les pressions de chaque côté du piston a été interrompue depuis un certain temps (fig. 5), créant ainsi un commencement de dépression extrêmement favorable au moment de l'ouverture de l'admission.
De ce qui précède, il résulte que la dé tente des gaz contenus dans l'espace nuisible s'effectue en trois phases: La première est comprise entre les posi tions représentées fie. 1 et 2, par suite des retards donnés aux positions correspondantes des orifices d'admission 1 et d'échappement 2; quand le piston arrive à la position fie. 3, les orifices d'admission 1 sont obturés.
La deuxième phase (fig. 4) résulte de l'intercommunication entre les deux côtés du piston, comme le montre la flèche. A cette position, les orifices d'admission se trouvent encore obturés par la. largeur dudit piston.
. La troisième phase résulte de la Conti nuation du déplacement du piston dans le cylin.dre0avant l'ouverture de l'admission, c'est-à-dire depuis la. position approximative du piston (fie. 4) jusqu'à celle fig. 5.
La forme extérieure du piston joue Lin très grand .rôle car elle influe notablement sur l'espace nuisible. La base du cylindre a étant une conchoïde de cercle, on ne peut utiliser une courbe analogue pour le piston, car ce dernier talonnerait contre le cylindre.
On remédie à cet inconvénient en adop tant pour forme du fuseau du piston, la courbe enveloppante de toutes les positions du piston montrée par la. fi-. 1, quand la base du cylindre a est une conchoïde de cercle. Cette courbe enveloppante peut être rem placée plus simplement, pour chaque côté du piston, par un arc de .cercle médian x de rayon R décrit du point X et par deux arcs de 0 cercle extrêmes<I>x' x'</I> de rayon R' décrits tous deux du point X'.
Pour éviter tout brassage de l'air, il est indispensable de pouvoir évacuer à l'exté rieur ou dans la tuyauterie d'aspiration ce qui peut rester d'air libre dans le cylindre ou ce qui peut être aspiré par les fuites in hérentes à toutes machines. A cet effet, on emploie, en plus du clapet de refoulement, un second clapet de retenue 7 (fie. 1) qui laisse entre eux un volume 5 que l'on peut faire communiquer avec la pression d'aspiration ou la pression atmosphérique lorsque le ré gulateur agit.
Rotary piston machine. The invention relates to a rotary piston machine rotating inside a cylinder.
In machines of this kind the admission and the exhaust are generally made through orifices provided on the circumference of the cylinder.
Experience has shown that this situation of the orifices in question has the disadvantage, after a certain period of operation of the vanes of the piston, of causing premature wear of the edge, then of creating bumps. Worn parts and dents interfere with the proper functioning of the machine. In addition, this situation of the intake ports has the drawback of reducing the volumetric yields.
The machine which is the subject of the invention is characterized by the symmetrical arrangement of two intake ports, each in one of the two bottoms of the cylinder where the spindle-shaped udder rotates, at a location such, with respect to, exhaust port which is made in the cylinder and at the upper part of the latter, which the edges of the vanes and the ends of the segments which the piston comprises, pass outside the said intake ports and which the closing by the piston of these orifices takes place well before the opening of the exhaust orifice, while the latter is closed in turn, well before the opening of the intake orifices.
The attached drawing shows, schematically and by way of example, one embodiment of this machine.
Fig. 1 is a transverse vertical section through the cylinder and the motor shaft of a compressor; Fig. 2 is a vertical section along AABBC of FIG. 1; Figs. 3, 4 and 5 are diagrams showing three positions of the rotary piston.
The machine shown is of the known type in which a flat piston b, having the profile of a spindle, rotates inside a chamber a whose section affects the shape of a conchoid of a circle, conchoid whose . chord is equivalent to the length of the uppermost. The latter is hollowed out in its center to receive a cylinder e which eccentrically carries two constituting journals. the shaft of the machine.
The cylinder which passes through the piston constitutes an eccentric of which the piston itself forms the collar; this piston has on its two flat faces two rings with internal teeth f which mesh constantly, losing the rotation of the shaft, with. two pinions g fixed and integral with the flanges i of the cylinder enclosing the piston. These flanges fixed to a frame a '-are eccentrically drilled to give passage to the ends of the motor shaft, which rotate in bearings and each receive at the end a flywheel having suitable masses to constitute the balancing of the machine.
The center of the piston describes a circle of uniform motion, and the piston itself turns around its center in the same direction, but at half speed; the ends of the piston are terminated by mobile radial paddles which are held lightly pressed against the walls of the cylinder by centrifugal force.
The intake ports are located at 1 in the two flanges i which close the ends of cylinder a. These two intake openings are made in the internal parts of the flanges ï (fig. 1 and?) And communicate with the outside through channels 3 formed in the thickness of the side walls and ending in the orifice d.
The location of the orifices 1. as well as their shape and dimensions are chosen to satisfy the following conditions: <B> 10 </B> The edges of the pallets e and the ends .s' of the segments s must pass outside [these holes 1 in order not to risk catching the edge of these during the rotation of the piston.
2nd Closing, by the piston, of these inlet ports 1 must be carried out before the opening of the exhaust port 9, and the latter must be closed, in turn, before the opening of the admission ports. We use for that. the width of the part of the piston b which moves opposite said intake ports and which completely blocks them during a fraction of a turn.
These conditions are fulfilled by giving the inlet ports 1 the shape, dimensions and location which are shown by the ends. 1, 2, 3, d and 5. The shape is that of a distorted right-angled triangle with the top facing upwards and one level lower than that of tree d.
The three sides are formed by intersecting portions of a circle which are described in the following points: The east side. described from the center of the shaft d with a radius such that the circle of crowns f which may include segments, runs alongside said edge l ', but without touching it during the fraction of a turn made by the piston to pass from the position fig. 3 to position fi; -. 5;
side 1 "and base 1" 'are described at different points, but with the same radius R' which is that describing each edge of the spindle of the piston. The base 1 "'is located in such a way that it merges with one of the edges of the end of the piston when the latter is in the position shown end. 3, while the 1" side must coincide with the end. opposite edge of this same end when the piston oc cupes the position shown fis. 5.
The position and the shape described of the inlet ports 1 give the following advantages. The volumetric displacement effectively sucked and which occupies the capacity H when the piston is in the fis position. ? where the intake ports 1 are fully uncovered, may be much more complete than normal cylinder capacity. if one produces a sufficient delay, but not too great, in the iron metering of this capacity H.
Indeed, by an appropriate delay, it is possible to achieve a first over-compression of the gases contained in this capacity by using the live power which they possess due to their linear speed in the suction pipe.
If, on the other hand, the position of the orifices determined a delay too great for the closing, this over-compression could. vanish; the gases previously introduced into the capacity and having created an increase in pressure at this point would indeed have time to come out.
In addition, this location of the intake ports makes it possible to obtain an overcomplacement of the gases by equalizing the pressures on each side of the piston when the sealing plates c of the ends of the piston pass through the exhaust port.
This equalization is done, as indicated by the arrow fie. 4, at the location of the exhaust port 2. It is due to the de-tent work which would still remain to obtain compressed gases in the harmful space and imperfectly relaxed by the only delays given to the positions of the orifices. This work is therefore partially recovered in this way and the suction for the next round is also prepared more easily, suction which is facilitated by the position of the orifices I which only open after the communication equalizing the pressures. on either side of the piston has been interrupted for some time (fig. 5), thus creating an extremely favorable onset of vacuum when opening the intake.
From the foregoing, it follows that the expansion of the gases contained in the harmful space is carried out in three phases: The first is between the positions represented fie. 1 and 2, as a result of the delays given to the corresponding positions of the intake 1 and exhaust 2 ports; when the piston arrives at the fie position. 3, the intake ports 1 are blocked.
The second phase (fig. 4) results from the intercommunication between the two sides of the piston, as shown by the arrow. In this position, the intake openings are still blocked by the. width of said piston.
. The third phase results from the continued movement of the piston in the cylin.dre0 before the opening of the inlet, that is to say from the. approximate position of the piston (fie. 4) up to that in fig. 5.
The external shape of the piston plays a very large role in that it significantly influences the nuisance space. The base of the cylinder a being a conchoid of a circle, we cannot use a similar curve for the piston, because the latter would bottom out against the cylinder.
This drawback is overcome by adopting both the shape of the spindle of the piston, the enveloping curve of all the positions of the piston shown by the. fi-. 1, when the base of cylinder a is a conchoid of a circle. This enveloping curve can be replaced more simply, for each side of the piston, by an arc of median circle x of radius R described from point X and by two arcs of extreme 0 circle <I> x 'x' </I> of radius R 'both described from point X'.
To avoid any stirring of the air, it is essential to be able to evacuate to the outside or in the suction pipe what may remain free air in the cylinder or what may be sucked in by the leaks inherent in the cylinder. all machines. For this purpose, in addition to the discharge valve, a second check valve 7 (fie. 1) is employed which leaves between them a volume 5 which can be made to communicate with the suction pressure or the atmospheric pressure when the regulator acts.