MACHINE TOURNANTE A PISTONS RADIAUX APTE A FORMER POMPE OU MOTEUR -RADIAL PISTON ROTATING MACHINE CAPABLE OF FORMING PUMP OR MOTOR -
La présente invention a pour objet une machine de type réversible, susceptible de fonctionner aussi bien à la manière d'une pompe qu'à celle d'un moteur, et dont la nouveauté essentielle est de comporter des pistons radiaux associés à un distributeur frontal auto-équilibré.The subject of the present invention is a machine of the reversible type, capable of functioning as well as a pump as with that of a motor, and the essential novelty of which is to include radial pistons associated with an automatic front distributor. -balanced.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
La technique moderne présente dans le secteur oléodynamique une vaste gamme de machines du type réversible aptes à former moteurs ou pompes. Les constructions qui figurent actuellement sur le marché peuvent être fondamentalemen divisées en trois catégories dont la différenciation repose principalement sur le rapport prix/performances.Modern technology presents in the oleodynamic sector a wide range of machines of the reversible type suitable for forming motors or pumps. The constructions currently on the market can basically be divided into three categories, the differentiation of which is mainly based on the price / performance ratio.
La première catégorie rassemble les moteurs et pompes qui travaillent à de basses pressions de l'ordre de 50 à 100 bars et à des vitesses variant de 50 à 750 tours/minute. Ces machines sont principalement du type à palettes ou à rotor orbital et leur coût est nettement limité ; elles sont généralement utilisées en agriculture ou dans des applications industrielles légères. Par suite de leurs caractéristiques constructives ell'es comportent un faible rendement volumétrique et mécanique, ainsi qu'une durée d'utilisation limitée.The first category brings together motors and pumps which work at low pressures of the order of 50 to 100 bars and at speeds varying from 50 to 750 revolutions / minute. These machines are mainly of the vane or orbital rotor type and their cost is clearly limited; they are generally used in agriculture or in light industrial applications. Owing to their constructive characteristics, they have a low volumetric and mechanical efficiency, as well as a limited period of use.
La seconde catégorie regroupe les machines réversibles le plus souvent pourvues de pistons axiaux, autorisant des régimes élevés (de 200 à 3000 tours), ainsi que des performances notables (de 100 à 150 bars). Lorsqu'elles sont utilisées comme moteurs hydrauliques, elles sont généralement associées à des réducteurs épicycloïdaux et sont employées dans des applications mobiles et dans des véhicules industriels variés. Leur construction compliquée et coûteuse, en même temps que leur bruit de fonctionnement important, limitent leur utilisation au secteur industriel des différentes machines opératrices.The second category includes reversible machines most often fitted with axial pistons, allowing high speeds (from 200 to 3000 revolutions), as well as notable performances (from 100 to 150 bars). When used as hydraulic motors, they are generally associated with planetary gearboxes and are used in mobile applications and in various industrial vehicles. Their complicated and costly construction, together with their high operating noise, limit their use to the industrial sector of different operating machines.
Enfin la troisième catégorie rassemble principalement
les moteurs à pistons radiaux qui par suite de leurs hautes pressions et de leur faible nombre de tours sont employés toutes les fois où il est nécessaire de développer des couples mécaniques élevés, en dispensant parfois du recours à des réducteurs de vitesse. Ces moteurs présentent des dimensions et un poids considérables, si bien qu'ils sont principalement appliqués à certains types de véhicules lourds, de treuils ou de machines pour le travail des matières plastiques ; il va de soi que leur incapacité à fonctionner à des vitesses de rotation élevées et à effectuer de rapides et fréquentes inversions de marche limite considérablement leurs autres applications.Finally the third category mainly brings together radial piston engines which, owing to their high pressures and their low number of revolutions, are used whenever it is necessary to develop high mechanical torques, sometimes dispensing with the use of speed reducers. These motors have considerable dimensions and weight, so that they are mainly applied to certain types of heavy vehicles, winches or machines for working plastics; it goes without saying that their inability to operate at high rotational speeds and to carry out rapid and frequent reversals of gait considerably limits their other applications.
DEFINITION DE L'INVENTIONDEFINITION OF THE INVENTION
Le but fondamental de la présente invention est de permettre la réalisation d'une machine de type réversible, susceptible de fonctionner aussi bien comme pompe que comme moteur et dont la caractéristique nouvelle est d'être équipée de pistons radiaux dont les têtes sont maintenues contre la bague interne d'un roulement disposé de manière excentrée par rapport à l'axe de rotation de l'ensemble, de façon à ce qu'au cours d'une rotation de 180° lesdits pistons agissent à l'aspiration tandis que pendant les 180° suivants ils agissent à la compression. "The fundamental object of the present invention is to allow the production of a reversible type machine, capable of functioning both as a pump and as a motor and whose new characteristic is to be equipped with radial pistons whose heads are held against the inner ring of a bearing arranged eccentrically to the axis of rotation of the assembly, so that during a rotation of 180 ° said pistons act at suction while during 180 ° following they act on compression. "
Un distributeur approprié prévu à l'extrémité antérieure du rotor permet de relier les cylindres d'un secteur au conduit d'alimentation en huile sous pression, les cylindres du secteur opposé étant de la même manière réunis au conduit de décharge, de façon à permettre ainsi le fonctionnement de la machine à la manière d'un moteur ; en intervertissant la disposition du distributeur susvisé, les cylindres d'un secteur sont reliés au réservoir d'huile à travers un conduit qui fait alors fonction de conduit d'aspiration, tandis que les cylindres de l'autre secteur sont réunis par un conduit de compression, le tout de manière à obtenir ainsi le fonction¬ nement d' une pompe.A suitable distributor provided at the front end of the rotor makes it possible to connect the cylinders of a sector to the pressurized oil supply duct, the cylinders of the opposite sector being likewise joined to the discharge duct, so as to allow thus the operation of the machine like a motor; by reversing the arrangement of the aforementioned distributor, the cylinders of one sector are connected to the oil tank through a conduit which then acts as a suction conduit, while the cylinders of the other sector are joined by a conduit of compression, the whole so as to obtain the functioning of a pump.
Les essais ont permis de constater que la machine suivant l'invention était susceptible d'atteindre des
nombres de tours très élevés sous des pressions de fonctionne¬ ment considérables, et ce avec un rendement et une durée de fonctionnement tels que l'ensemble devient susceptible d'être appliqué dans le domaine industriel des machines opératrices en tant que moteurs ou pompes, tαut en restant apte à convenir à des utilisations typiques des catégories ci-dessus exposées, en raison aussi bien de leur faible bruit de fonctionnement que de leur capacité de travail, même dans le cas de surcharges ou de fréquentes inversions. La machine suivant l'invention comporte une structure particulièrement simplifiée tout en fournissant des performan¬ ces qui peuvent seulement être obtenues à l'aide de machines à pistons axiaux, et en présentant des dimensions et un poids beaucoup plus réduits par rapport à celles-ci. Moyennant une simplification sensible sur le plan de la construction on peut obtenir des performances qui ne peuvent être fournies par les autres machines tournantes à pistons radiaux, notamment dans l'utilisation en tant que moteurs.Tests have shown that the machine according to the invention was capable of reaching very high number of revolutions under considerable operating pressures, and with a yield and an operating time such that the assembly becomes capable of being applied in the industrial field of operating machines as motors or pumps, tαut remaining able to suit typical uses of the above categories, due to their low operating noise as well as their working capacity, even in the case of overloads or frequent reversals. The machine according to the invention has a particularly simplified structure while providing performan¬ these which can only be obtained using machines with axial pistons, and having much smaller dimensions and weight compared to these. . With a significant simplification in terms of construction, performance can be obtained which cannot be provided by other rotary machines with radial pistons, in particular in use as motors.
ENUMERATION DES FIGURESLIST OF FIGURES
L'invention va être maintenant décrite de manière plus détaillée, en référence au dessin annexé dans lequel :The invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawing in which:
Fig. 1 est une coupe axiale"d' une machine tournante suivant l'invention.Fig. 1 is an axial section "of a rotary machine according to the invention.
Fig. 2 en est une vue en élévation par l'avant, suivant la flèche II de fig. 1.Fig. 2 is an elevational view from the front, along arrow II of FIG. 1.
Fig. 3 est une coupe transversale suivant le plan indiqué en III-III en fig. 1.Fig. 3 is a cross section along the plane indicated in III-III in FIG. 1.
Fig. 4 est une vue axiale "explosêe". Fig. 5 est une vue en élévation du distributeur, suivant la flèche V de fig. 4.Fig. 4 is an "exploded" axial view. Fig. 5 is an elevational view of the dispenser, along the arrow V of FIG. 4.
Fig. 6 montre la face opposée de ce distributeur, suivant la flèche VI de fig. 4.Fig. 6 shows the opposite face of this dispenser, along arrow VI of FIG. 4.
Fig. 7 et 8 illustrent en coupe partielle deux variantes de réalisation de la machine tournante suivant 1' invention.
FORMES DE REALISATION PARTICULIERESFig. 7 and 8 illustrate in partial section two alternative embodiments of the rotary machine according to the invention. SPECIFIC EMBODIMENTS
Comme montré en fig. 1 la machine suivant l'invention comprend essentiellement deux boîtiers 1 et 2 qui constituent une carcasse à l'intérieur de laquelle est logé un rotor 3 monté sur un arbre 4 ; vers l'avant celui-ci est associé à un presse-étoupe 5 et est soutenu latéralement par un roulement 6 séparé d'un roulement de poussée 8 par une entretoise annulaire d'espacement 7. Dans le rotor 3 sont ménagées des cavités cylindriques à l'intérieur desquelles se déplacent des pistons radiaux 9 propres a venir au contact de la bague interne d'un roulement 10 montée de manière excentrée par rapport au rotor 3 et à l'arbre 4. Un roulement analogue 11 porté par le rotor 3 assure le soutien de l'ensemble tournant.As shown in fig. 1 the machine according to the invention essentially comprises two housings 1 and 2 which constitute a carcass inside which is housed a rotor 3 mounted on a shaft 4; forward this is associated with a cable gland 5 and is supported laterally by a bearing 6 separated from a thrust bearing 8 by an annular spacer spacer 7. In the rotor 3 are formed cylindrical cavities to inside of which radial pistons 9 move which are capable of coming into contact with the inner ring of a bearing 10 mounted eccentrically relative to the rotor 3 and to the shaft 4. A similar bearing 11 carried by the rotor 3 ensures the support of the rotating assembly.
Le boîtier arrière 1 renferme l'un des organes les plus importants de la machine, à savoir le distributeur référencé 12.The rear housing 1 contains one of the most important organs of the machine, namely the distributor referenced 12.
Ce dernier est formé-par un disque dans lequel sont montés quatre petits pistons perforés d'équilibrage 13 qui sont pourvus d'une garniture annulaire d'étanchéitê 14 et d'un ressort de poussée 15, lequel tend à maintenir chaque piston appliqué contre la face interne du boîtier 1. On observera que celui-ci est creusé de conduits 16 (fig. 5) reliés d'un côté à un conduit 17, de.,1'autre à un conduit 18 (fig. 2).The latter is formed by a disc in which are mounted four small perforated balancing pistons 13 which are provided with an annular seal 14 and a thrust spring 15, which tends to keep each piston applied against the internal face of the housing 1. It will be observed that the latter is hollowed out from conduits 16 (fig. 5) connected on one side to a conduit 17, from., the other to a conduit 18 (fig. 2).
Suivant que la machine fonctionne comme pompe ou comme moteur, les conduits 17 et 18 peuvent être reliés, dans le premier cas au réservoir d'huile, respectivement au conduit de refoulement, dans le second à l'arrivée d'huile sous pression, respectivement au conduit de décharge.Depending on whether the machine operates as a pump or as a motor, the conduits 17 and 18 can be connected, in the first case to the oil tank, respectively to the discharge conduit, in the second to the arrival of pressurized oil, respectively to the discharge line.
Dans le cas de fonctionnement en pompe, la moitié des pistons 9 qui se déplacent suivant l'arc de cercle compris entre les points E et F (fig. 3) dans le sens indiqué par la flèche A de fig. 3, vont comprimer l'huile ainsi refoulée dans le conduit 17 pendant que l'autre moitié desdits pistons 9 qui se déplacent entre les points F et E suivant la même flèche A, sont chassés sous l'action de la force centrifuge en aspirant l'huile à travers le conduit 18.
Par contre dans le cas de fonctionnement en moteur, l'huile sous pression agit, à travers le conduit 18, sur les pistons qui se déplacent suivant la demi-circonférence comprise entre F et E, pour être refoulée dans le réservoir d'huile à travers le conduit 17 par les pistons qui se déplacent suivant l'arc de cercle compris entre E et F.In the case of pump operation, half of the pistons 9 which move along the arc between the points E and F (fig. 3) in the direction indicated by the arrow A in fig. 3, will compress the oil thus discharged into the conduit 17 while the other half of said pistons 9 which move between points F and E according to the same arrow A, are driven out under the action of centrifugal force by sucking l through the line 18. On the other hand, in the case of engine operation, the pressurized oil acts, through the conduit 18, on the pistons which move along the half-circumference between F and E, to be discharged into the oil tank at through the conduit 17 by the pistons which move along the arc between E and F.
Les ressorts 15 assurent d'une part l'application parfaite des petits pistons 13 contre la face antérieure interne du boîtier arrière 1 lors de la phase initiale, d'autre part l'adhérence étroite du distributeur 12 contre la tête du rotor 3 en sOpposant ainsi à tout passage d'huile entre les surfaces en contact, ce qui permet l'obtention d'un rendement maximal pour la machine.The springs 15 ensure on the one hand the perfect application of the small pistons 13 against the internal front face of the rear housing 1 during the initial phase, on the other hand the close adhesion of the distributor 12 against the head of the rotor 3 while being thus with any passage of oil between the surfaces in contact, which allows obtaining a maximum output for the machine.
En fait la caractéristique essentielle du distributeur décrit est d'être auto-équilibrê pour chaque type de fonction¬ nement, en assurant de la sorte un rendement optimal à tous les régimes.In fact, the essential characteristic of the dispenser described is to be self-balanced for each type of operation, thereby ensuring optimum performance for all regimes.
Effectivement, par suite de la pression de fonctionnement, les petits pistons 13 repoussent le distributeur 12 contre la face frontale du rotor 3, ce qui a pour effets d'une part de supporter la poussée exercée axialement sur ledit rotor par le roulement 8, d'autre part d'assurer l'auto-équilibrage de l'ensemble et 1' êtanchêité hydraulique dans le sens frontal comme dans le sens radial par rapport aux conduits 17 et 18.In fact, as a result of the operating pressure, the small pistons 13 push the distributor 12 against the front face of the rotor 3, which has the effect of supporting the thrust exerted axially on said rotor by the bearing 8, d on the other hand to ensure the self-balancing of the assembly and the hydraulic seal in the frontal direction as in the radial direction with respect to the conduits 17 and 18.
Fig. 5 et 6 permettent de bien comprendre l'agencement du distributeur 12. En fig. 5 on voit notamment les conduits arqués 16 qui s'élargissent ensuite dans les cavités cylindri¬ ques 16' (fig. 6) renfermant les petits pistons d'équilibrage 13 de fig. 4.Fig. 5 and 6 allow a good understanding of the arrangement of the distributor 12. In FIG. 5 in particular we see the arcuate conduits 16 which then widen in the cylindrical cavities 16 '(fig. 6) containing the small balancing pistons 13 of fig. 4.
Toujours en fig. 5 on notera deux cavités cylindriques 26 et 27 pratiquées dans la face du distributeur 12 qui est au contact du rotor 3, afin d'améliorer la lubrification dans les zones comprises entre les conduits 16, c'est-à-dire au niveau des parties qui ne sont pas intéressées par ceux-ci. Des cavités 28 ménagées à l'intérieur de la couronne extérieure 29 constituent de petits réservoirs d'huile qui sont de nature à faciliter le laminage de l'huile dans l'espace compris entre la tête du rotor et la surface adjacente du
distributeur 12.Still in fig. 5 two cylindrical cavities 26 and 27 will be noted formed in the face of the distributor 12 which is in contact with the rotor 3, in order to improve lubrication in the zones comprised between the conduits 16, that is to say at the level of the parts who are not interested in these. Cavities 28 formed inside the outer ring 29 constitute small oil reservoirs which are such as to facilitate the rolling of the oil in the space between the head of the rotor and the adjacent surface of the distributor 12.
Dans les variantes de construction illustrées en fig. 7 et 8, la machine comprend deux rangées de pistons disposées suivant deux plans différents. En fig. 7 on a prévu deux roulements distincts 19 séparés l'un de l'autre par une entretoise d'espacement 20 ; contre ces roulements s'appliquent les pistons 21 des deux rangées parallèles portées par un rotor 22 unique. En fig. 8 les deux rangées de pistons 24 montées sur le rotor 25 coopèrent avec un roulement unique 23, évidemment prévus plus large à cet effet.In the construction variants illustrated in fig. 7 and 8, the machine comprises two rows of pistons arranged in two different planes. In fig. 7 two separate bearings 19 are provided, separated from each other by a spacer 20; against these bearings apply the pistons 21 of the two parallel rows carried by a single rotor 22. In fig. 8 the two rows of pistons 24 mounted on the rotor 25 cooperate with a single bearing 23, obviously provided wider for this purpose.
On conçoit que dans l'une et l'autre de ces deux variantes à deux rangées de pistons le fonctionnement reste identique à celui décrit pour la machine à une seule rangée.It will be understood that in both of these two variants with two rows of pistons the operation remains identical to that described for the machine with a single row.
FONCTIONNEMENT DE LÀ MACHINEOPERATION OF THE MACHINE
Dans la description qui précède on a indiqué que la machine est susceptible de fonctionner indifféremment comme pompe ou comme moteur. Effectivement la machine est parfaitement réversible, sans qu'il soit nécessaire de recourrir à des modifications sur le plan constructif.In the foregoing description, it has been indicated that the machine is capable of operating either as a pump or as a motor. Indeed the machine is perfectly reversible, without it being necessary to resort to modifications on the constructive level.
Pour le fonctionnement en tant que pompe, la partie de l'arbre 4 qui dépasse en dehors de la machine est reliée à un moteur d'actionnement, par exemple5 électrique, propre à animer le rotor 3 d'un mouvement de rotation, de telle sorte que les pistons 9 sont maintenus par la force centrifuge appliqués contre la bague intérieure du roulement 10. Grâce au distributeur 12, l'huile aspirée par le conduit 18 lorsque les pistons 9 se trouvent dans l'arc de cercle compris entre les points F et E de fig. 3 est refoulée par lesdits pistons dans le conduit 17 lorsque ceux-ci se trouvent dans la partie arquée qui va du point E au point F.For operation as a pump, the part of the shaft 4 which protrudes outside the machine is connected to an actuation motor, for example 5 electric, capable of animating the rotor 3 with a rotational movement, of so that the pistons 9 are held by centrifugal force applied against the inner ring of the bearing 10. Thanks to the distributor 12, the oil sucked in through the conduit 18 when the pistons 9 are in the arc of a circle between the points F and E of fig. 3 is discharged by said pistons into the conduit 17 when they are in the arcuate part which goes from point E to point F.
Le débit de l'huile obtenu lorsque la machine fonctionne à la manière d' une pompe dépend de la vitesse de rotation du rotor 3 ainsi que du nombre et des dimensions des pistons 9. Pour le fonctionnement en tant que moteur, l'huile sous pression pénètre dans la machine par exemple par le conduit 18 en déterminant une action de poussée sur les pistons qui
Se trouvent dans l'arc de cercle compris entre F et E de fig. 3, le sens de rotation étant celui défini par la flèche A. Cette huile est renvoyée à travers le conduit 17 lorsque les pistons de trouvent dans l'arc de cercle compris entre E et F, toujours dans le même sens de rotation.The oil flow rate obtained when the machine operates as a pump depends on the speed of rotation of the rotor 3 as well as on the number and dimensions of the pistons 9. For operation as an engine, the oil under pressure enters the machine for example through the conduit 18 by determining a thrust action on the pistons which Are in the arc between F and E of fig. 3, the direction of rotation being that defined by arrow A. This oil is returned through the conduit 17 when the pistons are in the arc between E and F, always in the same direction of rotation.
En résumé, en alimentant convenablement en huile sous pression le conduit 18, il est possible de faire tourner le rotor 3 et avec lui l'arbre 4 dont il est solidaire. En faisant opportunément varier le débit et la pression de l'huile, il est possible de modifier dans de larges limites le couple moteur et le nombre de tours du moteur, c'est-à-dire en fait la puissance mécanique fournie par celui-ci.In summary, by properly supplying pressurized oil to the conduit 18, it is possible to rotate the rotor 3 and with it the shaft 4 of which it is integral. By suitably varying the flow rate and pressure of the oil, it is possible to modify the engine torque and the number of revolutions of the engine within wide limits, that is to say in fact the mechanical power supplied by it. this.
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.
It should moreover be understood that the foregoing description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents.