Machine volumétrique rotative L'objet de l'invention est une machine volu métrique rotative. Dans une forme d'exécution, cette machine peut comprendre une partie tour nante, rotor, qui délimite, avec une partie fixe stator, des volumes variables au cours d'un mouvement relatif. Elle peut donc servir de pompe, compresseur, moteur, etc. Le rotor est une pièce en forme générale de cylindre creux dont la section, par un plan perpendiculaire aux génératrices, est limitée, sur son pourtour, par une courbe ovale ayant deux axes de symétrie, l'un longitudinal, l'autre transversal.
Le dispo sitif qui sera décrit, ci-après assujettit l'axe longi tudinal de cette section à passer par un point fixe et l'axe transversal de cette même section à passer par un autre point fixe. Dans ces condi tions le rotor aura un mouvement complexe que l'on peut définir géométriquement comme étant le mouvement d'un angle droit dont les deux côtés passent chacun par un point fixe. Au cours de ce mouvement le rotor aura une enveloppe (au sens géométrique du mot)
c'est-à-dire qu'il restera constamment tangent (et même bi- tangent à cause de sa double symétrie) à une certaine surface cylindrique.
Si on construit un stator qui matérialise cette enveloppe géométrique, on réalise une double étanchéité par frôlement sans frotte ment, les deux génératrices de contact se dé plaçant à chaque instant et les volumes situés de part et d'autre du rotor variant d'une façon continue et périodique.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de la machine objet de l'invention.
La fig. 1 montre la machine dans son ensem ble vue en perspective avec partie coupée enle vée. Les fig. 2, 3, 4 représentent schématiquement le fonctionnement de la machine volumétrique.
Les fig. 5, 6, 7, 8 montrent également schéma tiquement les applications possibles.
Les fig. 9, 10, 11 représentent une variante de construction du croisillon.
Le rotor 1 comprend une partie centrale 2 évidée, et quatre glissières radiales 3, 4, 5, 6 dont les axes sont situés dans le plan médian du rotor et font entre eux 900. Ces axes cdin- cident avec les axes de symétrie de deux sec tions médianes du rotor. A l'intérieur de ces glissières radiales coulissent des doigts 7, 8, 9 et 10 montés sur des croisillons 11, 12 portés eux-mêmes par les arbres moteurs ou récep teurs 13, 14 ; ces arbres moteurs ou récepteurs ne sont pas dans le prolongement l'un de l'au tre, mais décalés tout en étant parallèles.
Les doigts 7 et 8 sont perpendiculaires à l'arbre 14 qui les entretoise par l'intermédiaire du croisillon 12; les doigts 9 et 10 sont perpen diculaires à l'arbre 13 qui les entretoise par l'intermédiaire du croisillon 11. Les deux croisil lons 11 et 12 sont usinés en forme de fourche pour permettre le montage.
L'ensemble des éléments constituant le rotor est placé dans le stator 15 qui a une forme ovale bien déterminée.
Le stator 15 et le rotor 1 sont des cylindres droits à bases parallèles dont la directrice est pour le stator un ovale de forme particulière. Les dimensions et formes du rotor ainsi que son mouvement sont tels que les extrémités de son grand axe sont constamment en contact avec le stator par frôlement sans frottement suivant deux génératrices qui se déplacent à chaque instant. Les volumes situés de part et d'autre du rotor varient d'une façon continue et périodique, la période étant de un tour pour chaque volume considéré.
Le rotor peut être refroidi et graissé par cir culation à travers des conduits que présentent les arbres.
Le fonctionnement de la machine est le sui vant: Suivant la fig. 2, le rotor 1 est vertical, déplacé vers la gauche par les doigts du grand axe (9, 10 de la fig. 1). Il détermine dans le stator deux volumes différents 19, 20 délimité par les faces 21, 22 du rotor et les deux génératrices de contact 23, 24 à l'intérieur du stator. Le volume 20 est plus grand que le volume 19.
Sur la fig. 3, le rotor est horizontal, son grand axe dans le plan de symétrie<I>X- Y</I> de la machine (plan des axes de rotation 16, 16'), les volumes 19 et 20 délimités par les faces 21, 22 et les génératrices 17, 18 sont identiques.
Sur la fig. 4, le rotor a fait un demi-tour et a été ramené vers la gauche par les doigts de son grand axe; les volumes 19, 20 sont toujours délimités par les faces 21, 22, mais les généra trices de contact sont cette fois 25, et 26 autre ment dit le volume 20 est devenu le volume 19 et inversement.
Il est possible de réaliser ainsi des pompes ou moteurs hydrauliques (fig. 5). En ce cas les fiasques du stator sont percés d'ouvertures symé- triques masquées par le rotor lorsque ce dernier se trouve dans une position perpendiculaire au plan de symétrie<I>X- Y.</I> Pendant la rotation, les volumes 19, 20 se trouvent respectivement en communication avec les ouvertures 27, 28 par lesquelles la circulation du fluide s'effectue.
La compensation des volumes pendant les temps d'obturation des ouvertures (recouvre ment) s'effectue parles canaux 29, 30 (fig. 6), en communication avec les orifices radiaux et les doigts 9, 10 jouant le rôle de pistons et cylindres volumétriques.
Les compresseurs (fig. 7) ont des dispositions analogues, mais la forme du rotor est telle que le volume 19 (espace neutre) est réduit au mini mum. Les lumières sont placées dans le voisi nage du grand axe et disposées de façon à récu pérer le travail de détente du gaz qui reste dans l'espace neutre.
Enfin, dans le cas d'un moteur thermique (fig. 8) le rotor est analogue à celui des compres seurs mais découpé diamétralement suivant 31 et 32. Les flasques portent une bougie d'allumage ou un injecteur 33 et une lumière d'échappement 34 ainsi qu'une lumière d'admission 35 par laquelle l'air surpressé assure le balayage des gaz brûlés et le remplissage du moteur en air carburé ou en air pur. Sur la tubulure d'admis sion 35, une soupape antiretour 36 est prévue.
Dans certaines applications il apparaît néces saire de répartir les efforts sur deux paliers et de choisir une disposition symétrique afin de supprimer les porte-à-faux suivant la fig. 1. A cet effet (fig. 9, 10, 11) les croisillons 11, 12 et les arbres 13, 14 sont remplacés par les pièces 37, 38, 39 (fig. 9, 10). L'arbre 38 porte, montés sur le collier 37, les doigts 40 et 41. Le croisillon évidé 39 porte les doigts 42, 43 et est pourvu d'orifices 44, 45 par lesquels passent les doigts 40 et 41. L'arbre 38 (fig. 3) tourne dans les paliers 46, 47 des flasques 48, 49. Le croisillon 39 tourne sur des organes de guidage 50 et 51.
Les doigts 40 et 41 du croisillon 37 et les doigts 42 et 43 du croisillon 39, coulissent dans les canaux radiaux 3, 4, 5, 6 du rotor et l'en semble, lorsque l'un des arbres est moteur, donne au rotor le mouvement désiré. Suivant ce montage l'un des axes est constitué par un croi- sillon entraîné par l'arbre moteur. L'autre axe est constitué par un croisillon creux qui tourne autour des organes de guidage portés par les flasques.
Les applications de cette machine sont mul tiples et il est possible d'obtenir aussi bien des pompes à vide, des moteurs à gaz, des moteurs thermiques, des pompes, des moteurs hydrau liques, des turbines volumétriques à applications industrielles que toutes autres applications équi valentes.
Il est possible également de monter en série plusieurs appareils pour leur utilisation combi née rationnelle aux fins de réaliser des compres seurs étagés, turbines à gaz à détentes multiples et autres.
Volumetric rotary machine The object of the invention is a volumetric rotary machine. In one embodiment, this machine may include a rotating part, rotor, which defines, with a fixed stator part, variable volumes during relative movement. It can therefore be used as a pump, compressor, motor, etc. The rotor is a part in the general shape of a hollow cylinder, the section of which, by a plane perpendicular to the generatrices, is limited, on its periphery, by an oval curve having two axes of symmetry, one longitudinal, the other transverse.
The device which will be described hereinafter subjects the longitudinal axis of this section to pass through a fixed point and the transverse axis of this same section to pass through another fixed point. Under these conditions the rotor will have a complex movement which can be defined geometrically as being the movement of a right angle, the two sides of which each pass through a fixed point. During this movement the rotor will have an envelope (in the geometric sense of the word)
that is, it will constantly remain tangent (and even bi-tangent because of its double symmetry) to a certain cylindrical surface.
If we build a stator which materializes this geometrical envelope, we achieve a double seal by brushing without friction, the two contact generators moving at every moment and the volumes located on either side of the rotor varying in a way continuous and periodic.
The appended drawing represents by way of example an embodiment of the machine which is the subject of the invention.
Fig. 1 shows the machine as a whole, perspective view with the cut part removed. Figs. 2, 3, 4 schematically represent the operation of the volumetric machine.
Figs. 5, 6, 7, 8 also show schematically the possible applications.
Figs. 9, 10, 11 show an alternative construction of the spider.
The rotor 1 comprises a recessed central part 2, and four radial slides 3, 4, 5, 6, the axes of which are located in the median plane of the rotor and form 900 between them. These axes coincide with the axes of symmetry of two median sections of the rotor. Inside these radial guides slide fingers 7, 8, 9 and 10 mounted on crosses 11, 12 themselves carried by the driving or receiving shafts 13, 14; these motor or receiver shafts are not in the extension of one of the other, but offset while being parallel.
The fingers 7 and 8 are perpendicular to the shaft 14 which spacers them by means of the cross member 12; the fingers 9 and 10 are perpendicular to the shaft 13 which spacers them via the cross 11. The two cross lons 11 and 12 are machined in the form of a fork to allow assembly.
All the elements constituting the rotor are placed in the stator 15 which has a well-defined oval shape.
The stator 15 and the rotor 1 are straight cylinders with parallel bases, the directrix of which is for the stator an oval of particular shape. The dimensions and shapes of the rotor as well as its movement are such that the ends of its major axis are constantly in contact with the stator by rubbing without friction following two generators which are moving at each moment. The volumes located on either side of the rotor vary continuously and periodically, the period being one revolution for each volume considered.
The rotor can be cooled and lubricated by circulating through conduits in the shafts.
The operation of the machine is as follows: According to fig. 2, the rotor 1 is vertical, moved to the left by the fingers of the major axis (9, 10 of fig. 1). It determines in the stator two different volumes 19, 20 delimited by the faces 21, 22 of the rotor and the two contact generators 23, 24 inside the stator. Volume 20 is larger than volume 19.
In fig. 3, the rotor is horizontal, its major axis in the <I> X- Y </I> plane of symmetry of the machine (plane of the axes of rotation 16, 16 '), the volumes 19 and 20 delimited by the faces 21 , 22 and the generators 17, 18 are identical.
In fig. 4, the rotor made a U-turn and was brought back to the left by the fingers of its major axis; the volumes 19, 20 are still delimited by the faces 21, 22, but this time the contact generators are 25, and 26 otherwise said volume 20 has become volume 19 and vice versa.
It is possible to make hydraulic pumps or motors in this way (fig. 5). In this case the stator flaps are pierced with symmetrical openings masked by the rotor when the latter is in a position perpendicular to the <I> X- Y. </I> plane of symmetry. During rotation, the volumes 19 , 20 are respectively in communication with the openings 27, 28 through which the circulation of the fluid takes place.
The volumes are compensated during the times of closing the openings (covering) is effected by the channels 29, 30 (fig. 6), in communication with the radial orifices and the fingers 9, 10 playing the role of volumetric pistons and cylinders .
The compressors (fig. 7) have similar arrangements, but the shape of the rotor is such that the volume 19 (neutral space) is reduced to a minimum. The lights are placed in the vicinity of the major axis and arranged so as to recover the work of expanding the gas which remains in the neutral space.
Finally, in the case of a heat engine (fig. 8) the rotor is similar to that of the compressors but cut diametrically along 31 and 32. The flanges carry an ignition plug or an injector 33 and an exhaust port. 34 as well as an intake port 35 through which the pressurized air ensures the scavenging of the burnt gases and the filling of the engine with fuel air or clean air. On the intake manifold 35, a non-return valve 36 is provided.
In certain applications, it appears necessary to distribute the forces over two stages and to choose a symmetrical arrangement in order to eliminate the overhangs according to fig. 1. For this purpose (fig. 9, 10, 11) the cross members 11, 12 and the shafts 13, 14 are replaced by the parts 37, 38, 39 (fig. 9, 10). The shaft 38 carries, mounted on the collar 37, the fingers 40 and 41. The hollow spider 39 carries the fingers 42, 43 and is provided with orifices 44, 45 through which the fingers 40 and 41 pass. The shaft 38 (fig. 3) rotates in the bearings 46, 47 of the flanges 48, 49. The spider 39 rotates on the guide members 50 and 51.
The fingers 40 and 41 of the spider 37 and the fingers 42 and 43 of the spider 39, slide in the radial channels 3, 4, 5, 6 of the rotor and together, when one of the shafts is driving, gives the rotor the desired movement. According to this assembly, one of the axes is constituted by a crosstrain driven by the motor shaft. The other axis is formed by a hollow spider which rotates around the guide members carried by the flanges.
The applications of this machine are manifold and it is possible to obtain vacuum pumps, gas engines, heat engines, pumps, hydraulic motors, positive displacement turbines for industrial applications as well as any other equi valentes.
It is also possible to assemble in series several devices for their rational combined use for the purposes of producing step compressors, multiple expansion gas turbines and others.