Machine à pistons libres. L'invention a pour objet une machine à pistons libres, comprenant au moins un appa reil auxiliaire à mouvement rotatif.
Dans les machines connues de ce genre, il est difficile d'entraîner directement le ou les appareils auxiliaires par l'un des équipages alternatifs. Cette difficulté est due au fait que les équipages alternatifs d'une machine à pistons libres, servant à comprimer des gaz, atteignent le régime de vitesse normale presque instantanément du fait de l'absence de volant, tandis que lesdits appareils auxi liaires à mouvement rotatif ont besoin d'un certain temps pour atteindre leur régime nor mal.
Dans le but d'éliminer cette difficulté, la machine à pistons libres suivant l'invention, comporte une transmission hydraulique assu rant l'entraînement de l'appareil auxiliaire, cette transmission hydraulique comportant au moins une pompe, et au moins un élément tournant entraînant l'appareil auxiliaire et mis en mouvement par le liquide fourni par la pompe.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de 'l'objet de l'invention, ainsi que plusieurs variantes <B>dé</B> détails.
La fig. 1 représente, de façon schématique et en coupe axiale, une machine à pistons libres constituant la première forme d'exécu tion.
La fig. 2 montre une variante de détail de la transmission hydraulique de cette machine. La fig. 3 montre une autre machine à pis tons libres constituant la deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe de<B>l</B>a transmission hydraulique de la machine suivant la fig. 3. La fig. 5 est une coupe d'une variante de la transmission hydraulique de cette ma chine.
Les fig. 6 et 7 montrent, en coupe, une autre variante de la transmission hydraulique de la machine suivant la fig. 3. La fig. 8 montre une variante de la pompe de la deuxième forme d'exécution et la fig. 9 une variante de celle de la première forme.
La machine à pistons libres suivant la fig. 1, comporte, deux équipages-piston oppo sés dont chacun présente un piston moteur a se déplaçant dans un cylindre moteur b et un piston compresseur c se déplaçant dans un cy lindre compresseur d.
Les équipages alternatifs a. c sont reliés l'un à l'autre par des dispositifs de synchro nisation comprenant chacun un levier 6 os cillant autour d'un axe fixe 5 et des bielles 6a reliant les extrémités du levier 6 aux équi pages alternatifs a, c.
Cette machine à pistons libres est munie d'un ou de plusieurs appareils auxiliaires à mouvement rotatif, tels, par exemple, qu'une pompe à. eau, une pompe de graissage. ou un ventilateur.
Pour l'entraînement de cet ou de ces appa reils la. machine comporte une transmission hydraulique comprenant une pompe présen tant un piston 9 travaillant à, double effet, dans un cylindre 10, la distribution étant assurée par des clapets d'aspiration 11 et par des clapets de refoulement 12. Le piston 9 est attelé directement à l'équipage alterna tif a, c 4 à l'aide d'une tige de liaison 13 qui contribue en outre à guider les déplacements dudit piston 9. La transmission hydraulique comporte un accumulateur d'énergie branché sur le conduit. de refoulement 28 de la pompe.
Cet accumulateur comporte un matelas d'air et est constitué par une cloche étanche 29 dans laquelle le liquide peut s'accumuler mo mentanément lorsque le débit de la pompe est supérieur à la faculté d'absorption immé diate du dispositif 7 entraînant des appareils auxiliaires.
Un réservoir 38 branché sur la conduite d'aspiration de la pompe sert à mettre le liquide aspiré par celle-ci sous pression.
Dans une variante de cette machine repré sentée à la fig. 2, l'accumulateur d'énergie comprend un piston 30 soumis, d'une part, à la pression de refoulement et, d'autre part, à un ressort 31, ce piston 30 se déplaçant dans un cylindre 32 monté en dérivation sur le conduit de refoulement 28. Un conduit de dérivation 33, intercalé entre l'aspiration et le refoulement et débouchant dans le susdit cylindre 32 est démasqué par le piston 30 lorsqu'une certaine pression limite est atteinte au refoulement.
Dans la machine à pistons libres suivant la fig. 3. la pompe de la transmission hydrau lique comporte deux pistons creux 14 et 15, solidaires l'un de l'autre et de même diamètre, se déplaçant respectivement dans des cylin dres opposés 16 et 17. Le fond de chaque pis- Ion est muni d'un clapet d'aspiration 11', de sorte que l'aspiration se fait par l'intérieur des pistons et le fond de chaque cylindre comporte un clapet de refoulement 12'.
La machine est pourvue d'un dispositif de syn chronisation identique à. celui de la machine selon la fig. 1, les pistons de la pompe étant entraînés par le levier oscillant 6 de ce dis positif par l'intermédiaire d'un arbre mani velle 5a qui participe au mouvement oscillant du levier 6 et traverse une paroi du carter dans lequel est disposée la transmission hydrauli que.
La manivelle 18 (fig. 4) de cet arbre est engagée dans un coulisseau à quatre pans 19 se déplaçant dans une glissière 20 ména gée dans le corps central commun des pistons 14 et 15, un ergot 21 coulissant dans une rai nure 22 du corps central du piston est prévu pour éviter un coincement possible du susdit coulisseau 19 dans la susdite glissière 20.
L'arbre 5a traverse la paroi du carter dans un palier 23 et présente une collerette 24, une garniture 25 étant interposée entre cette colle rette et la paroi du carter. Un ressort à bou din 26 maintient la collerette appliquée contre la garniture 25 et assure ainsi l'étanchéité du joint entre l'arbre 5a et la paroi du carter.
Dans la variante suivant la fig. 5, l'arbre à manivelle 5a est relié au levier oscillant 6 au moyen d'un ressort, à. lame 2 7 qui, en même temps, joue le rôle du ressort 26 de la fig. 4 et assure l'étanchéité du joint entre l'arbre manivelle 5a et la paroi du carter de la transmission. Cet agencement présente l'avantage de ne pas nécessiter un montage si précis du carter de la transmission sur la machine.
La machine des fig. 3 -et 4 constitue un auto-compresseur dont le carter 37 est main tenu constamment sous pression. La transmis sion est, par suite, pourvue d'une purge d'air et, pour compenser les fuites éventuelles de liquide et les différences de dilatation entre ce dernier et le métal, d'un réservoir 38 bran ché sur l'aspiration de la pompe à l'aide d'un conduit qui peut servir en outre à assurer la susdite purge d'air.
Il y a .lieu de noter, à ce sujet, que l'on peut utiliser comme fluide moteur le lubré- fiant de la machine à pistons libres, comme dans la variante de la fig. 5. Dans cette va riante, il est prévu à cet effet une dérivation 39 sur le refoulement de la pompe de grais sage 2 pour alimenter le susdit réservoir 38.
Dans le cas où le liquide de la transmis sion est de l'huile lubrifiante, la pompe de la transmission pourrait refouler une partie de cette huile vers certains au moins des organes de la machine pour lubrifier ceux-ci, ou bien une partie de l'huile mise sous pres sion par la pompe de transmission peut servir à commander des organes accessoires de la machine, tels que des soupapes ou valves de distribution.
Le carter dans lequel la transmission de la machine des.fig. 3 et 4 et de la variante de la fig. 5 est disposé est muni d'ailettes de refroidissement 40 disposées dans la zone d'action du ventilateur 3 entraîné par cette transmission.
Les fig. 6 -et 7 représentent une autre va riante de la transmission - de la machine de la fig. 3. Cette transmission comprend une pompe identique à celle de la machine de la fig. 3 et un accumulateur d'énergie compre nant un piston différentiel 30, présentant un conduit longitudinal 34 à travers lequel s'é coule le refoulement du piston 15 de la pompe. Chaque piston de la pompe refoule dans un compartiment distinct, la pression régnant dans chaque compartiment agissant sur l'une des faces frontales du piston 30, qui est soumis à l'action d'un ressort de rap pel.
Des rainures longitudinales de court- circuitage 35 sont ménagées dans la jupe 36 du piston 30 et disposées de façon telle que lors qu'une pression de refoulement limite est atteinte (fig. 7), elles soient découvertes, met tant alors en court-circuit l'aspiration et le refoulement du corps de pompe 17, afin d'é viter les! surpressions.
Le fonctionnement des machines à pistons libres décrites, dont la transmission comporte un accumulateur d'énergie, est le suivant pen dant le démarrage.
Pendant le temps que les appareils auxi liaires mettent à atteindre leur régime nor mal, le liquide s'accumule dans l'accumula teur d'énergie et la pression au refoulement de la pompe croît, ce qui a pour effet de faci liter le démarrage des susdits appareils.
On pourrait agencer les machines décrites de façon que l'on puisse utiliser la pompe de la transmission comme dispositif moteur pour déplacer les équipages alternatifs et notam ment amener ceux-ci à prendre leur position la plus favorable au démarrage.
Les machines décrites présentent, entre autres avantages, celui d'être d'une réalisa tion simple et par suite d'un fonctionnement sûr, celui de permettre un démarrage progres sif des appareils auxiliaires, celui de fonc tionner avec un excellent rendement, et celui, surtout, de ne pas nécessiter l'emploi d'un moteur auxiliaire distinct pour entraîner les divers appareils auxiliaires dont il vient d'être question.
On sait que dans les machines à pistons libres .la course d'aller des équipages alterna tifs est généralement- plus rapide que leur course de retour. Il peut en .résulter, dans la transmission hydraulique des machines dé crites, des à-coups périodiques préjudiciables au rendement de la transmission et au bon fonctionnement des appareils auxiliaires. Afin de remédier à cet inconvénient, la va riante de la machine représentée partiellement à la fig. 8 présente une transmission dont la pompe comporte deux pistons de section dif- férente 14' et 15',
les sections de ces pistons étant choisies dans un rapport inverse des vi tesses moyennes d'aller et de retour des équi pages alternatifs, de façon que ce soit. le petit piston 14' qui refoule pendant les courses d'aller et le grand piston 15' pendant les courses de retour.
Cette disposition permet d'obtenir des dé bits instantanés moyens ayant sensiblement la même valeur pour les courses d'aller et de retour des susdits équipages alternatifs et par suite produit une amélioration sensible du rendement de l'ensemble de la transmission.
On pourrait bien entendu dimensionner différemment. les susdits pistons, notamment si l'on voulait entraîner un appareil auxi liaire dont la vitesse devrait être variable se lon une même période que celles des équi pages alternatifs.
La fig. 9 représente la. pompe de la. trans mission d'une variante de la. première forme d'exécution de la machine, cette pompe étant agencée de façon à assurer le freinage en fin de course des équipages alternatifs de la ma chine, pour les courses trop longues de ceux-ci.
Cette pompe comporte un piston 9 tra vaillant à double effet dans un cylindre 1(l. La paroi latérale de ce cylindre est. percée à ses extrémités d'orifices de refoulement commandés par les soupapes de refoulement, de façon que chacune des parties d'extrémité <B>du</B> cylindre fonctionne comme dash pot dés que le piston a dépassé l'orifice de refoule ment correspondant, le liquide s'échappant alors du cylindre par un conduit d'étrangle ment 41, respectivement 41', reliant l'inté rieur du cylindre au conduit de refoulement, ce qui a pour effet d'assurer un freinage effi cace et progressif des équipages alternatifs.
On notera, enfin, qu'il serait aussi possi ble de maintenir sous pression l'aspiration de la. pompe de la transmission, par exemple, à l'aide d'une pompe additionnelle servant. en outre à compenser les fuites, ce qui permet trait d'utiliser des pressions élevées et de ré duire l'encombrement de l'installation.
Free piston machine. The invention relates to a free piston machine, comprising at least one auxiliary device with rotary movement.
In known machines of this type, it is difficult to directly drive the auxiliary device (s) by one of the alternative crews. This difficulty is due to the fact that the reciprocating crews of a machine with free pistons, used to compress gases, reach the normal speed regime almost instantaneously due to the absence of a flywheel, while said auxiliary devices with rotary motion need a while to reach their normal diet.
With the aim of eliminating this difficulty, the free-piston machine according to the invention comprises a hydraulic transmission ensuring the drive of the auxiliary device, this hydraulic transmission comprising at least one pump, and at least one rotating element driving the auxiliary device and set in motion by the liquid supplied by the pump.
The accompanying drawing represents, by way of example, two embodiments of the object of the invention, as well as several variants <B> de </B> details.
Fig. 1 shows, schematically and in axial section, a free piston machine constituting the first embodiment.
Fig. 2 shows a detailed variant of the hydraulic transmission of this machine. Fig. 3 shows another free udder machine constituting the second embodiment.
Fig. 4 is a section through <B> l </B> with a hydraulic transmission of the machine according to FIG. 3. Fig. 5 is a sectional view of a variant of the hydraulic transmission of this machine.
Figs. 6 and 7 show, in section, another variant of the hydraulic transmission of the machine according to FIG. 3. Fig. 8 shows a variant of the pump of the second embodiment and FIG. 9 a variant of that of the first form.
The free piston machine according to fig. 1, comprises two opposing piston crews each of which has a motor piston a moving in a motor cylinder b and a compressor piston c moving in a compressor cylinder d.
Alternative crews a. c are connected to each other by synchronization devices each comprising a lever 6 bones flickering around a fixed axis 5 and connecting rods 6a connecting the ends of the lever 6 to the alternative equipment a, c.
This free piston machine is provided with one or more auxiliary rotary motion devices, such as, for example, a pump. water, a lubricating pump. or a fan.
For the training of this or these apparatus. The machine comprises a hydraulic transmission comprising a pump having a piston 9 working double-acting in a cylinder 10, the distribution being ensured by suction valves 11 and by discharge valves 12. The piston 9 is directly coupled to the alternating crew a, c 4 using a connecting rod 13 which further contributes to guiding the movements of said piston 9. The hydraulic transmission comprises an energy accumulator connected to the duct. 28 of the pump.
This accumulator comprises an air mattress and is constituted by a sealed bell 29 in which the liquid can accumulate momentarily when the flow rate of the pump is greater than the capacity of immediate absorption of the device 7 driving auxiliary devices.
A reservoir 38 connected to the suction pipe of the pump serves to put the liquid sucked by the latter under pressure.
In a variant of this machine shown in FIG. 2, the energy accumulator comprises a piston 30 subjected, on the one hand, to the delivery pressure and, on the other hand, to a spring 31, this piston 30 moving in a cylinder 32 mounted as a bypass on the discharge duct 28. A bypass duct 33, interposed between the suction and the discharge and opening into the aforesaid cylinder 32 is unmasked by the piston 30 when a certain limit pressure is reached at the discharge.
In the free piston machine according to fig. 3. the hydraulic transmission pump comprises two hollow pistons 14 and 15, integral with one another and of the same diameter, moving respectively in opposite cylinders 16 and 17. The bottom of each piston is provided with a suction valve 11 ', so that the suction takes place through the interior of the pistons and the bottom of each cylinder has a discharge valve 12'.
The machine is fitted with a synchronization device identical to. that of the machine according to fig. 1, the pistons of the pump being driven by the oscillating lever 6 of this positive device via a crank shaft 5a which participates in the oscillating movement of the lever 6 and passes through a wall of the casing in which the hydraulic transmission is arranged. than.
The crank 18 (FIG. 4) of this shaft is engaged in a four-sided slide 19 moving in a slide 20 formed in the common central body of the pistons 14 and 15, a lug 21 sliding in a groove 22 of the body central piston is provided to avoid possible jamming of the aforesaid slide 19 in the aforesaid slide 20.
The shaft 5a passes through the wall of the housing in a bearing 23 and has a flange 24, a gasket 25 being interposed between this glue and the wall of the housing. A coil spring 26 maintains the flange applied against the gasket 25 and thus seals the seal between the shaft 5a and the wall of the casing.
In the variant according to FIG. 5, the crank shaft 5a is connected to the oscillating lever 6 by means of a spring, to. blade 27 which, at the same time, acts as the spring 26 of FIG. 4 and seals the seal between the crank shaft 5a and the wall of the transmission housing. This arrangement has the advantage of not requiring such a precise mounting of the transmission housing on the machine.
The machine of fig. 3 -and 4 constitutes a self-compressor whose housing 37 is kept constantly under pressure. The transmission is, therefore, provided with an air purge and, to compensate for any leaks of liquid and the differences in expansion between the latter and the metal, with a reservoir 38 connected to the suction of the pump using a duct which can also serve to provide the aforesaid air purge.
In this connection, it should be noted that the lubricant of the free-piston machine can be used as motor fluid, as in the variant of FIG. 5. In this variant, there is provided for this purpose a bypass 39 on the delivery of the wise grease pump 2 to supply the aforesaid reservoir 38.
In the event that the transmission fluid is lubricating oil, the transmission pump could deliver part of this oil to at least some of the machine components to lubricate them, or even part of the machine. The oil pressurized by the transmission pump can be used to control accessory parts of the machine, such as valves or distribution valves.
The housing in which the transmission of the machine des.fig. 3 and 4 and the variant of FIG. 5 is arranged is provided with cooling fins 40 arranged in the zone of action of the fan 3 driven by this transmission.
Figs. 6 -and 7 represent another variant of the transmission - of the machine of FIG. 3. This transmission comprises a pump identical to that of the machine of FIG. 3 and an energy accumulator comprising a differential piston 30, having a longitudinal duct 34 through which the delivery of the piston 15 of the pump flows. Each piston of the pump delivers into a separate compartment, the pressure prevailing in each compartment acting on one of the front faces of the piston 30, which is subjected to the action of a return spring.
Longitudinal shorting grooves 35 are formed in the skirt 36 of the piston 30 and arranged such that when a limit discharge pressure is reached (Fig. 7) they are uncovered, thereby causing a short circuit. suction and discharge of the pump body 17, in order to avoid them! overpressures.
The operation of the described free-piston machines, the transmission of which includes an energy accumulator, is as follows during start-up.
During the time that the auxiliary devices take to reach their normal speed, the liquid accumulates in the energy accumulator and the pressure at the discharge of the pump increases, which has the effect of making it easier to start the pumps. the aforesaid devices.
The machines described could be arranged so that the transmission pump could be used as a driving device to move the reciprocating crews and in particular to cause them to take their most favorable position on starting.
The machines described have, among other advantages, that of being simple to produce and, as a result of safe operation, that of allowing a gradual start-up of the auxiliary devices, that of operating with excellent efficiency, and that of allowing above all, not to require the use of a separate auxiliary motor to drive the various auxiliary devices just discussed.
It is known that in free-piston machines the outward stroke of alternating crews is generally faster than their return stroke. This may result, in the hydraulic transmission of the machines described, periodic jolts detrimental to the efficiency of the transmission and the proper functioning of the auxiliary devices. In order to remedy this drawback, the variant of the machine shown partially in FIG. 8 has a transmission, the pump of which has two pistons of different cross-section 14 'and 15',
the sections of these pistons being chosen in an inverse ratio to the average outward and return speeds of the reciprocating teams, so that it is. the small piston 14 'which delivers during the outward strokes and the large piston 15' during the return strokes.
This arrangement makes it possible to obtain average instantaneous bit rates having substantially the same value for the outward and return strokes of the aforesaid reciprocating crews and consequently produces a significant improvement in the efficiency of the entire transmission.
We could of course size differently. the aforesaid pistons, in particular if one wanted to drive an auxiliary device whose speed should be variable over the same period as those of the alternative teams.
Fig. 9 represents the. pump from the. transmission of a variant of the. first embodiment of the machine, this pump being arranged so as to provide end-of-stroke braking for the reciprocating crews of the machine, for excessively long strokes thereof.
This pump comprises a piston 9 working double-acting in a cylinder 1 (1. The side wall of this cylinder is. Pierced at its ends with discharge ports controlled by the discharge valves, so that each of the parts of end <B> of the </B> cylinder functions as a dash pot as soon as the piston has passed the corresponding discharge port, the liquid then escaping from the cylinder through a throttle duct 41, respectively 41 ', connecting the interior of the cylinder to the delivery duct, which has the effect of ensuring efficient and progressive braking of the reciprocating crews.
It will be noted, finally, that it would also be possible to maintain the suction of the. transmission pump, for example, using an additional pump serving. furthermore, to compensate for leaks, which makes it possible to use high pressures and to reduce the size of the installation.