Machine hydraulique fonctionnant comme moteur ou comme pompe à haute<B>pression.</B> La présente invention a pour objet une machine hydraulique < < liautc pression, pou vant fonctionner, suit comme pompe hydrau lique. soit comme moteur hydraulique, suivant qu'on lui fournit.
de l*énergie mécanique qu'elle transforme en débit de liquide à haute pression, ou qu'on l'alimente avec un liquide à haute pression et qu'elle restitue de I'éiier- tyie mécanique.
Cette machine comporte des cylindres disposés régulièrement autour de l'arbre de la machine et renfermant des pistons dont les axes individuels sont parallèles audit arbre et qui sont en rapport (l'actionnenient par une de leurs extrémités avec une cuvette capable d'un mouvement de nictation autour de l'axe de l'arbre de la machine et d'un second axe incliné suivant un angle aigu sur ledit *,axe,
ladite cuvette servant à la trans- mission du mouvement entre lesdits pistons et l'arbre@de.la machine.
Les figures 1 à 4 (lu dessin annexé mon- trent., à titre d'exemple, mie forme d'exécu tion de la machine supposée fonctionner comme moteur.
La fig. 1. représente un ensemble de la machine cil coupe axiale; La fig. 2 représente un graphique dit dé placement des pistons, indiquant une dispo sition par laquelle il est possible de les faire servir chacun de distributeur à l'un des autres cylindres ;
La fig. 13 représente le développement d'un certain nombre de cylindres successifs, de façon à faire comprendre les coinmiiiiica- tions qui les relient les uns aux autres- Lit fig. 4 représente, à grande échelle, une bille servant à la transmission de la, pression entre n ri piston et la cuvette oscillante:
La fig. 5 représente utile variante de la disposition de la fig. 4.
L'arbre qui doit être commandé, c'est-à- dire recevoir la puissance se compose d'une pièce a dont la partie extérieure sert à trans mettre le mouvement et dont. la partie inté rieure porte un plateau incliné b qui supporte lui-mëme un chemin de roulement c servant de butée ii des billes dont deux<I>cl</I><B>(Il</B> sont visibles sur la fig. l;
et dont l'autre chemin de roulement e, constitue la cuvette à iriou- vement de irritation. Cette cuvette porte titi nombre de bossages f égal au nombre de pistons<I>l l'</I><B>...</B> de la machine, ainsi qu'un prolongement extérieur conique g qui se termine par une denture conique h en prise avec une denture identique i qui est centrée et clavetée sur le corps fixe j de la machine.
Si l'on appelle U l'angle que forme l'axe dur plateau incliné G avec l'axe de l'arbre, les deux dentures coniques précitées doivent évidemment, pour être identiques, avoir cha- cuire une ouverture totale ait sommet égale à (-- ()).
La cuvette e est maintenue concentrique ment sur l'axe 0, z par titi roulement à bil les k et comme d'autre part, elle rie peut tourner, à cause de l'action des dentures h et i, elle rie peut qu'accomplir titi mouvement de nutation et les bossages f restent ainsi constamment en face des pistons, tout en se déplaçant longitudinalement.
Comme le liquide agissant sur les piston l<B>Il</B> . . . possède toujours une certaine pres sion, même dans les tuyauteries d'échappe ment, lesdits pistons d Ii . . . se trouvent toujours appliqués contre les billes m et celles-ci contre les bossages f. La distribu tion est réglée de manière que la pression qu'exercent sur les bossages f les pistons l<B>Il</B> . . . soumis à l'action du liquide sous pression admis dans les cylindres n'a lieu que sur l'une des moitiés du plateau b dont ils provoquent ainsi par l'intermédiaire de la cuvette e et des billes d <B><I>dl</I></B> . . . la rotation et conséquemment aussi celle de l'arbre a qui en est solidaire.
La pression totale qui s'exerce sur la butée c est, de l'autre côté, reçue par la butée à billes ii.
Les efforts centrifuges dus à l'excentrage du plateau b et de la couronne c, ainsi que les efforts d'inertie dits aux billes<I>d</I><B>cl',</B> art mouvement de nutation de la cuvette et de ses bossages f, de soir prolongement g et de sa denture h, ainsi qu'aux mouvements alternatifs des pistons <B>1</B><I>il</I> . . . sont contreba- lancés par titre masse o déterminée cri foirc- tion de toutes ces donnes.
Le liquide soirs pression arrive par le conduit central p, qui porte à son extrémité intérieure un épanouissement q permettant audit liquide d'atteindre la portion de chaque cylindre, qui sert de tiroir pour l'un des autres, comme il sera indiqué plus loin.
Pour la simplification de la figure, des garnitures entre les cylindres et les pistons ont été figurés schématiquement cri r.
Sur la fig. 1, le piston l est figuré à l'ex- tréinité droite de sa course et l'on voit que, dans cette position, la rainure circulaire xi qu'il porte met en communication le tuyau d'arrivée de liquide p et soir épanouissement q avec la chambre de travail d'tin autre pis ton, par l'intermédiaire du conduit s. Le piston<B>Il</B> est montré sur la même figure dans la position extrême opposée et l'on voit qu'il met ainsi ci)
communication l'orifice si du cylindre auquel il sert de distributeur, avec l'espace annulaire t, communiquant avec le tuyau d'échappement tt.
L'or) voit également sur cette figure les extrémités c î-i des canaux qui font cominti- niquer les chambres de travail des pistons l et lr avec les rainures de ceux qui leur ser vent respectivement de tiroir distributeur.
Pour éviter que la pression dans les chambres de travail des pistons puisse dépas ser accidentellement la pression qui règne dans la tuyauterie d'admission 3r, des sort papes de sûreté P sont disposées sur chacune de ces chambres.
La distribution sera bien comprise par les considérations suivantes: La fig. 2 est un graphique sur lequel les abscisses représentent soit les temps, soit les déplacements angulaires de l'arbre a, et les ordonnées les élongations des pistons, par rapport à leur position moyenne.
La sinusoïde en trait plein représente les élongations du piston n 1, (l, par exemple) et, pour la simplification de la figure, il n'a été représenté, pour les autres pistons, que certains sommets de leurs sinusoïdes respec tives, portant chacun son numéro. Les pistons agissent ainsi (taris l'ordre successif du iiti- mérotage.
La disposition des canaux de communica- tion de cylindre à. cylindre nécessite qu'à une position extérieure, chaque pistou fasse communiquer le cylindre qu'il commande avec l'admission, et à l'autre position extrême avec l'échappement.
De l'examen de la fig.2, oit comprend que le pistou n 1 doit être commandé par le piston il" S, (lui jolie, vis-à-vis de lui, le rôle de tiroir et établit les communications de la façon représentée par les lignes 0-4- FA et OR-FR dont les extrémités corres pondent respectivement à l'ouverture et il la,
fermeture de l'admission et de l'échappement.
La fig. 3 représente les pistons successifs l', 1j, 13, <B>le.</B> 1.', qui sont supposés développés sur le plain de la figure, ainsi que la tuyau terie d'admission pi et la tuyauterie d'écïritp- peinent t schématiquement figurées sous forure tubulaire.
On y retrouve les orifices il' q= <I>. . .</I> qui font communiquer chaque cylindre, par sa portion formant boîte de tiroir, avec la tuyauterie d'adinissiori, ainsi que les orifices et canaux .,', c'_ ,=, V -. . . . qui fout c.oniniit- niquer chaque boite de tiroir avec lit ehaul- bre de travail d'titi pistou.
Dans la disposition réelle de lit fi-. 1. toutes ces communications sont constituées par des trous convenablement orientés et percés dans la masse même du corps de l'appareil, de façon à. faire communiquer les cavités voulues les unes: avec les autres.
Le fonctionnement des billes de butée des pistons a lieu comme il vit être indiqué ci-après.
La fig. 4 représente, à grande échelle, lit position de l'une des billes<B>ni</B> entre le piston 1, qu'elle commande, et le bossage f de la cuvette e.
Pour plus de clarté dans l'exposé. on fera d'abord abstraction du déplacement lon gitudinal du piston et l'on admettra que le bossage<I>f</I> est conique autour de l'axe 0'-Z, lequel forme avec l'axe 0'-,Y, titi angle B égal à celui dont il a été parlé.
()ii supposera dans ces conditions, chie le bossage f accomplit simplement titi Mouve- ment de nutation, c'est-à-dire que son aie 0'-Z tourne autour de 0'-I, d'un motive- ment uniforme.
Dans ces conditions, si le cône qui cons titue le bossage f a une ouverture totale égale à (.-. - ? 0) c'est-à-dire si la génératrice m c est parallèle ait plan J' y de l'extrémité dit piston, la bille se trouve constamment pressée coutre ce fond de piston et une gé nératrice dur bossage f parallèle au plan y' y.
Lit bille rie tend donc pas à s'échapper et l'expérience démontre due si le point c' est convenablement placé ait voisinage de la surface y' y, la bille prend une position d*é- quilibre, pour laquelle soit point de contact décrit autour du centre ci' du piston, titi cercle de rayon<I>or' 13,</I> tandis que soir autre point de contact ï décrit sur le cône un cercle de rityorr ;
- èt peu prés égal au pre mier. La bille cesse alors de tourner sur elle-même, oui tout au moins n'est soumise qu'à titi mouvement extrêmement réduit.
L'expérience prouve également que, si la cuvette f tourne tout d'une pièce autour (le 0'--_I, au lien de suivre le mouvement de nutation qui a été indiqué, la bille n'a pas de position stable et s'échappe sur le. côté.
Il est maintenant compréhensible que, si l'axe 0'-Z du bossage, au lieu d'être l'axe (le nutation proprement dit se trouve, comme sur la fi-. 1, reporté hors de cet axe, le mouvement qui vient d'être indiqué subsiste, mais il s'y ajoute un déplacement longitudi- nal co rresporidarit à des élongations d'autant plus grandes que l'axe du bossage est plus éloigné de l'axe de nutation, cet éloignement permettant (le régler la course que l'on désire obtenir pour les pistons.
Pour diminuer la fatigue des billes, il petit être favorable de remplacer la cuvette conique des bossages f par une cuvette sphérique, comme il est visible sur la fig. ô.
Dans ce cas, il suffit que le centre de cette cuvette sphérique se trouve ait point d'intersection 0' (fig.4) de l'axe secondaire de nutation 0'-Z et dit diamètre qui joint les deux points de contact de la bille. Il est également possible de ménager. dans la face du piston, un chemin en forme de tore, comme on le voit dans la partie supérieure de la fig. â.
Si la machine devait servir de pompe. c'est-à-dire à refouler un liquide sous pression, lorsqu'on ferait tourner l'arbre a., les pistons l <B>Il</B> ... recevraient par l'intermédiaire de la bille interposée entre chaque piston et le bossage f correspondant au mouvement alternatif d'amplitude déterminée par l'incli naison du plateau b et par son rayon.
Hydraulic machine operating as a motor or as a high pressure pump. The present invention relates to a hydraulic <<pressure liautc machine, able to operate, as a hydraulic pump. or as a hydraulic motor, depending on whether it is supplied.
mechanical energy that it transforms into a flow of liquid at high pressure, or that it is supplied with a liquid at high pressure and that it releases mechanical energy.
This machine comprises cylinders arranged regularly around the shaft of the machine and enclosing pistons whose individual axes are parallel to said shaft and which are in relation (actuating it by one of their ends with a cup capable of a movement of nictation around the axis of the machine shaft and a second axis inclined at an acute angle on said *, axis,
said cup serving for the transmission of movement between said pistons and the shaft of the machine.
Figures 1 to 4 (the accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the machine supposed to function as a motor.
Fig. 1. represents an assembly of the eyelash axial cut machine; Fig. 2 represents a graph called displacement of the pistons, indicating an arrangement by which it is possible to make them each serve as a distributor for one of the other cylinders;
Fig. 13 represents the development of a number of successive cylinders, so as to understand the coinmiiiiica- tions which connect them to each other. 4 shows, on a large scale, a ball used for the transmission of the pressure between the piston and the oscillating cup:
Fig. 5 represents a useful variant of the arrangement of FIG. 4.
The shaft which is to be controlled, that is to say to receive the power, consists of a part a, the outer part of which is used to transmit the movement and of which. the internal part carries an inclined plate b which itself supports a raceway c serving as a stop ii for the balls, of which two <I> cl </I> <B> (Il </B> are visible in fig. l;
and of which the other raceway e, constitutes the bowl with iriouement irritation. This cup bears titi number of bosses f equal to the number of pistons <I> l '</I> <B> ... </B> of the machine, as well as a conical external extension g which ends in a conical toothing h engaged with an identical toothing i which is centered and keyed on the fixed body j of the machine.
If we call U the angle formed by the hard inclined plate axis G with the axis of the shaft, the two aforementioned conical toothings must obviously, in order to be identical, have a total opening with apex equal to (- ()).
The cup e is kept concentrically on the axis 0, z by titi rolling with bil les k and as, on the other hand, it can rotate, because of the action of the teeth h and i, it can only perform titi nutation movement and the bosses f thus remain constantly in front of the pistons, while moving longitudinally.
As the liquid acting on the piston l <B> It </B>. . . always has a certain pressure, even in the exhaust pipes, said pistons d Ii. . . are always applied against the balls m and these against the bosses f. The distribution is adjusted so that the pressure exerted on the bosses f the pistons l <B> Il </B>. . . subjected to the action of the pressurized liquid admitted into the cylinders takes place only on one of the halves of the plate b which they thus cause by means of the bowl e and the balls d <B> <I> dl </I> </B>. . . the rotation and consequently also that of the shaft a which is integral with it.
The total pressure exerted on the stop c is, on the other side, received by the ball stop ii.
The centrifugal forces due to the eccentricity of the plate b and the crown c, as well as the so-called inertia forces to the balls <I> d </I> <B> cl ', </B> art movement of nutation of the cup and its bosses f, evening extension g and its teeth h, as well as the reciprocating movements of the pistons <B>1</B> <I> il </I>. . . are counterbalanced by titer mass o determined cri foirc- tion of all these data.
The liquid under pressure arrives through the central duct p, which carries at its inner end an expansion q allowing said liquid to reach the portion of each cylinder, which serves as a drawer for one of the others, as will be indicated below.
To simplify the figure, the linings between the cylinders and the pistons have been shown schematically cri r.
In fig. 1, the piston l is shown at the right extremity of its stroke and it can be seen that, in this position, the circular groove xi which it carries puts in communication the liquid inlet pipe p and even expansion q with the working chamber at a different bottom, via duct s. The piston <B> It </B> is shown in the same figure in the opposite extreme position and we see that it puts this)
communicating the orifice si of the cylinder to which it serves as a distributor, with the annular space t, communicating with the exhaust pipe tt.
The gold) also sees in this figure the ends c î-i of the channels which make the working chambers of the pistons l and lr comintinate with the grooves of those which serve them respectively as the distributor slide.
To prevent the pressure in the working chambers of the pistons from accidentally exceeding the pressure prevailing in the intake pipe 3r, safety fates P are placed on each of these chambers.
The distribution will be well understood from the following considerations: FIG. 2 is a graph on which the abscissas represent either the times or the angular displacements of the shaft a, and the ordinates the elongations of the pistons, relative to their mean position.
The sinusoid in solid lines represents the elongations of piston n 1, (l, for example) and, for the simplification of the figure, it has been shown, for the other pistons, only certain vertices of their respective sinusoids, bearing each his number. The pistons act in this way (dry the successive order of initialization.
The arrangement of communication channels from cylinder to. cylinder requires that at an outer position, each piston makes the cylinder it controls communicate with the intake, and at the other extreme position with the exhaust.
From the examination of fig. 2, oit understands that the piston n 1 must be controlled by the piston he "S, (he pretty, vis-à-vis him, the role of drawer and establishes communications in the way represented by lines 0-4- FA and OR-FR, the ends of which correspond respectively to the opening and there,
closing of the intake and exhaust.
Fig. 3 represents the successive pistons l ', 1j, 13, <B> le. </B> 1.', which are supposed to be developed on the plain of the figure, as well as the inlet pipe pi and the pipe of They are schematically illustrated under a tubular borehole.
We find there the orifices il 'q = <I>. . . </I> which communicate each cylinder, by its portion forming a drawer box, with the adinissiori piping, as well as the orifices and channels., ', C'_, =, V -. . . . who fout c.oniniit- nicate each drawer box with high work bed of titi pistou.
In the actual fi- bed layout. 1. all these communications are formed by properly oriented and drilled holes in the mass of the body of the device, so as to. make the desired cavities communicate with each other.
The operation of the thrust balls of the pistons takes place as described below.
Fig. 4 shows, on a large scale, the position of one of the balls <B> ni </B> between the piston 1, which it controls, and the boss f of the bowl e.
For greater clarity in the presentation. we will first disregard the longitudinal displacement of the piston and we will admit that the boss <I> f </I> is conical around the 0'-Z axis, which forms with the 0'- axis, Y, titi angle B equal to that of which it was spoken.
() ii will suppose under these conditions, shit the boss f simply accomplishes titi Nutation movement, that is to say that its aie 0'-Z revolves around 0'-I, with a uniform motivation .
Under these conditions, if the cone which constitutes the boss has a total opening equal to (.-. -? 0) that is to say if the generator mc is parallel has plane J 'y of the end said piston , the ball is constantly pressed against this piston bottom and a hard generator boss f parallel to the plane y 'y.
The ball bed therefore does not tend to escape and experience shows that if the point c 'is suitably placed near the surface y' y, the ball assumes a position of equilibrium, for which the point of contact is described around the center ci 'of the piston, titi circle of radius <I> or' 13, </I> while another point of contact ï describes on the cone a circle of rityorr;
- and roughly equal to the first. The ball then ceases to turn on itself, yes at least is subject only to an extremely reduced movement.
The experiment also proves that, if the bowl f turns all of a part around (the 0 '--_ I, to the link of following the nutation movement which has been indicated, the ball does not have a stable position and s 'escapes on the side.
It is now understandable that, if the 0'-Z axis of the boss, instead of being the axis (the actual nutation is found, as in Fig. 1, carried out of this axis, the movement which just indicated remains, but there is added a longitudinal displacement co rresporidarit to elongations all the greater as the axis of the boss is farther from the nutation axis, this distance allowing (to adjust it the stroke that one wishes to obtain for the pistons.
To reduce the fatigue of the balls, it may be favorable to replace the conical cup of the bosses f by a spherical cup, as can be seen in fig. oh.
In this case, it suffices that the center of this spherical cup is located at the intersection point 0 '(fig. 4) of the secondary nutation axis 0'-Z and said diameter which joins the two points of contact of the ball. It is also possible to spare. in the face of the piston, a torus-shaped path, as seen in the upper part of fig. at.
If the machine were to serve as a pump. that is to say to deliver a liquid under pressure, when the shaft a. is rotated, the pistons l <B> Il </B> ... would receive through the ball interposed between each piston and the boss f corresponding to the reciprocating movement of amplitude determined by the inclination of the plate b and by its radius.