Machine volumétrique motrice et réceptrice à mouvement alternatif

Abstract

 La présente invention concerne une machine à mouvement alternatif.
Cette dernière comprend un cylindre 1 et un piston libre 2 à double effet monté dans ce cylindre, ce dernier et le piston étant agencés pour délimiter, à chacune des extrémités du cylindre, au moins deux chambres 3-3' et 4-4' séparées l'une de l'autre, des moyens 5 étant prévus pour l'aspiration et le refouiement alternatifs d'un fluide dans les chambres 4 et 4' de la machine situées de part et d'autre du piston, ainsi que des moyens de distribution 18 pour l'admission et l'échappement alternatifs d'un fluide moteur dans les deux autres chambres 3 et 3' situées de part et d'autre du piston.

Description

[0001] La présente invention est relative à une machine volumétrique, motrice et réceptrice, à mouvement alternatif.

[0002] L'invention a pour but de procurer une machine qui groupe, à l'intérieur d'un seul cylindre, au moins deux machines volumétriques, motrices et réceptrices, à mouvement alternatif, cette machine présentant, par rapport aux machines volumétriques connues dont les parties motrices, distinctes des parties réceptrices, sont réunies à ces dernières par des moyens de transmission, de nombreux avantages. En effet, tout d'abord, l'absence, dans la machine suivant l'invention, de moyens de transmission entre les parties motrices et réceptrices permet de simplifier considérablement sa construction, vu le nombre réduit et les profils simples des pièces que la machine comprend, et son entretien, en supprimant la surveillance et le remplacement de bourrages ainsi que les réglages et alignements nécessités par des machines à parties motrices et réceptrices séparées. La machine suivant l'invention, toujours grace à l'absence de moyens de transmission, a une étanchéité plus simple à réaliser que celle des machines connues et n'est pas soumise aux pertes mécaniques et à l'usure engendrées dans ces dernières par lesdits moyens de transmission.

[0003] La machine suivant l'invention offre également l'avantage, pour un encombrement réduit lui assurant une puissance spécifique élevée, de constituer une unité, particulièrement robuste, pouvant, avec comme agent moteur un fluide sous pression, être utilisée tout aussi bien comme moto-pompe que comme moto-compresseur à un ou plusieurs étages, groupe autonome pour la production de froid par le cycle de Rankine, pompe à chaleur, transformateur de pression, générateur d'électricité, générateur de fluide sous pression destiné à actionner tout dispositif mécanique, pompe à vide, etc...

[0004] A cet effet, suivant l'invention, la machine comprend un cylindre et un piston libre à double effet monté dans ce cylindre, ce dernier et le piston étant agencés pour délimiter, à chacune des extrémités du cylindre, au moins deux chambres séparées l'une de l'autre, des moyens étant prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs d'un fluide dans deux des chambres de la machine situées de part et d'autre du piston, ainsi que des moyens de distribution pour l'admission et l'échappement alternatifs d'un fluide moteur dans les deux autres chambres situées de part et d'autre du piston.

[0005] Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le cylindre et le piston, considérésen position médiane, sont symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre et situé à distances égales des extrémités de celui-ci.

[0006] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les chambres précitées et le cylindre sont coaxiaux.

[0007] D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation particulières de la machine suivant l'invention.

La figure 1 est une vue schématique, en élévation et partiellement en coupe, montrant la machine suivant l'invention, les moyens d'admission et d'échappement du fluide moteur ainsi que l'aspiration et le refoulement du fluide récepteur dans les diverses chambres n'étant pas représentés.

Les figures 2 et 3 sont des vues analogues à la figure 1 et montrent des variantes de la machine représentée à ladite figure 1.

La figure 4 est une vue schématique, en élévation et partiellement en coupe, montrant la machine représentée à la figure 1 et équipée des moyens de distribution susdits du fluide moteur dans deux des chambres de la machine et des moyens d'aspiration et de refoulement du ou des fluides récepteurs dans les deux autres chambres de la machine.

La figure 5 est une vue schématique, en élévation et partiellement en coupe, montrant la machine représentée à la figure 1 et équipée de moyens de distribution du fluide moteur constituant une variante des moyens de distribution représentés à la figure 4.

[0008] Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues

[0009] La machine suivant l'invention, montrée aux dessins, comprend un cylindre 1 et un piston libre à double effet 2, monté dans ce cylindre, qui sont agencés pour délimiter, à chacune des extrémités du cylindre, au moins deux chambres 3 - 3' et 4 - 4' séparées l'une de l'autre, des moyens 5 (figure 4) étant prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs d'un ou deux fluides récepteurs dans les chambres 4 et 4', ainsi que des moyens de distribution 6 (figure 4) pour l'admission et l'échappement alternatifs d'un fluide moteur dans les chambres 3 et 3°. Dans les formes de réalisation représentées, le cylindre 1 et le piston 2, considéré en position médiane, sont symétriques par rapport à un plan perpendiculaire, de trace 7 (figure 1), à l'axe 8 du cylindre et situé à distanceségales des extrémités dudit cylindre, les chambres susdites étant coaxiales à ce dernier. Le cylindre 1 est constitué par un élément tubulaire 9 obturé à chacune de ses extrémités, par une culasse 10 - 10'. Dans la machine montrée à la figure 1, une pièce 11 - 11', coaxiale à l'élément tubulaire 9, est fixée à chacune des culasses, le piston 2 présentant, à chacune de ses extrémités, un évidement 12 - 12', coaxial à l'élément 9 et de section correspondante à celle de la pièce 11 - 11¹ avec laquelle il est destiné à coopérer pour former une des chambres 4 - 4'. Dans la machine montrée à la figure 2, chacune des culasses 10 - 10¹ est profilée de manière à présenter un évidement 13 - 13' coaxial à l'élément 9, le piston 2 présentant, à chacune de ses extrémités, une saillie 14 - 14' coaxiale à l'élément 9 et de section correspondante à celle de l'évidement de la culasse avec lequel elle est destinée à coopérer pour former une des chambres 4 - 4'. Quand le fluide moteur se détend dans la chambre 3, il imprime au piston 2 une force qui est communiquée par ce dernier au fluide récepteur, compris dans la chambre 4', pour le comprimer ; lorsque le fluide moteur se détend dans la chambre 3', le piston comprime le fluide récepteur dans la chambre 4. Dans les machines montrées aux figures 1 et 2, les chambres 4 - 4' peuvent soit remplir les mêmes fonctions, par exemple être utilisées comme compresseur, soit remplir des fonctions différentes, par exemple une chambre peut être utilisée comme compresseur, tandis que l'autre chambre peut être utilisée comme pompe.

[0010] Suivant l'invention, la machine peut comprendre, à chacune des extrémités du cyclindre 1, un nombre de chambres supérieur à deux et ce, sans accroître pour autant l'encombrement de la machine. En effet, comme montré à la figure 3, les pièces 11 - 11' susdites présentent chacune un évidement 15 - 15' coaxial à l'élément 9 tandis que le piston 2 présente, dans chacun de ces évidements 12 - 12', une saillie 16 - 16' coaxiale à l'élément 9 et de section correspondante à celle de l'évidement 15 - 15', cet évidement 15 - 15' et la saillie 16 - 16' correspondante délimitant une troisième chambre 17 - 17' à chaque extrémité du cylindre. Les chambres 4 et 17 et 4' et 17° peuvent soit, comme montré à la figure 3, ne pas communiquer entre elles, soit communiquer entre elles. Les chambres 4 et 4' de la machine montrée à la figure 3 peuvent constituer un compresseur à double effet, tandis que les chambres 17 = 17' peuvent constituer une pompe à double effet.

[0011] La détente motrice assurant le fonctionnement de la machine suivant l'invention peut bien entendu s'inscrire dans tout processus en cycle ouvert ou fermé, avec ou sans combustion, cette dernière pouvant être interne ou externe au cylindre, avec allumage commandé ou non. On peut prévoir, dans le piston 2, un dispositif d'amortissement du mouvement de ce dernier et/ou un dispositif d'équilibrage dynamique de la machine, comme on pourrait également prévoir, dans ledit piston, un générateur de fluide sous pression, des canalisations de distribution de fluides, et notamment du fluide moteur, comme montré à la figure 4, ces canalisations offrant l'avantage de permettre une injection partielle du fluide, sans organes mécaniques supplémentaires, qui assure un meilleur rendement du cycle moteur de la machine. Le piston 2 pourrait encore, suivant l'invention, comporter des éléments permettant à la machine de fonctionner comme un générateur d'électricité ou un générateur de fluide sous pression destiné à actionner tout dispositif mécanique.

[0012] La distribution du fluide moteur dans les chambres 3 et 3' de la machine ainsi que son échappement sont assurés, comme montré à la figure 4, par un distributeur à tiroir 18 dont le tiroir 19 est mû, entre ses deux positions de repos, par une commande appropriée, en parfait synchronisme avec le piston 2 afin que le fluide moteur soit admis alternativement dans les chambres 3 et 3'. Dans la forme de réalisation représentée à la figure 4, les chambres 3 et 3' sont mises en communication, par des tubulures 20 et 20', avec les chambres 21 et 21' du distributeur et la commande susdite est réalisée par une onde de pression créée dans une des chambres 3 - 3', lorsque le piston 2 arrive à une de ses fins de course, et transmise via la tubulure correspondante à la chambre 21 - 21' pour déplacer le tiroir 19, en sens opposé de celui du piston 2, vers une de ses deux positions de repos.

[0013] Dans la position du piston 2 et du tiroir 19 montrée à la figure 4, le fluide moteur haute pression provenant d'une source extérieure à la machine traverse le distributeur 18, via les orifices 22 et 23 et est admis dans la chambre 3, via la tubulure 24, l'orifice d'admission 25 du cylindre, la rainure annulaire de distribution 26 réalisée dans le piston 2 et les canalisations 27 réalisées dans ce dernier et débouchant dans lesdites rainures 26 et la chambre 3. Dès l'admission du fluide dans ladite chambre 3, le piston 2 se met en mouvement suivant la flèche 28 étant donné que l'orifice d'échappement 29 de la chambre 3' est ouvert et mis en communication avec l'échappement via la tubulure 30 et les orifices d'échappement 31 et 32 du distributeur 18, le tiroir de celui-ci coupant l'admission du fluide sous pression dans la chambre 3' ainsi que l'échappement de la chambre 3. L'admission a lieu dans la chambre 3 jusqu'au moment où le piston 2 obture l'orifice 25, la largeur de la rainure annulaire 26 déterminant donc la course d'admission du piston. Dès que l'orifice 25 est obturé, le fluide se détend en communiquant son énergie au piston 2 qui poursuit sa course, suivant la flèche 28, et provoque l'échappement du fluide détendu, contenu dans la chambre 3°, via l'orifice 29, la tubulure 30 et les orifices précités 31 et 32 du distributeur et ce, jusqu'au moment où l'orifice d'échappement 29 est obturé par le piston 2. A ce moment, le mouvement du piston 2 est amorti par le coussin de fluide qui se forme dans la chambre 3° er dont la pression augmente. Comme le fluide est en phase de fin de détente dans la chambre 3, il règne dans cette dernière comme dans la chambre 21 du distributeur une pression basse qui est inférieure à celle du coussin formé dans la chambre 3'. La pression régnant dans cette dernière, qui communique avec la chambre 21_' du distributeur, fait basculer le tiroir 19, suivant la flèche 33, vers sa seconde position de repos, ce qui a pour effet de découvrir l'orifice 34 du distributeur et d'autoriser l'admission du fluide haute pression dans la chambre 3', via l'orifice 22, l'orifice 34, la tubulure 35', l'orifice 25' du cylindre 1, la rainure annulaire 26' du piston 2 et les canalisations 27' de ce dernier, l'échappement de la chambre 3, via l'orifice 29' du cylindre 1, la tubulure 30' et les orifices 31 et 32 du distributeur, étant ouvert tandis que l'admission du fluide haute pression dans la chambre 3 et l'échappement de la chambre 3' sont fermés. Le mouvement alternatif du piston se poursuit donc tant que l'alimentation en fluide sous pression est assurée, via l'orifice 22, et la force communiquée au piston 2 comprime alternativement un fluide dans les chambres 4 et 4', l'aspiration et le refoulement du fluide dans ces dernières chambres étant réalisées grâce à des conduits 35 réalisés dans les pièces 11 et 11' et par des soupapes classiques, non représentées, à pression différentielle. Tout comme le piston 2, le tiroir 19 peut être équipé d'un dispositif d'amortissement de fin de course. Pour le démarrage de la machine, il est utile de prévoir une phase de démarrage au cours de laquelle le piston 2 et le tiroir 19 sont positionnés correctement l'un par rapport à l'autre. Ce positionnement peut être réalisé au cours d'une séquence d'ouverture/fermeture d'électrovannes judicieusement disposées dans le circuit. Cette séquence fixée une fois pour toutes permettant, lorsque le fluide haute pression est admis, que le piston et le tiroir se placent automatiquement en position de démarrage et ce, quelles que soient leurs positions antérieures.

[0014] Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre du présent brevet.

[0015] En effet, on pourrait notamment prévoir, comme montré à la-figure 5, une distribution du fluide moteur dans les chambres 3 et 3' et l'échappement dudit fluide réalisés de manière beaucoup plus simple que celle illustrée à la figure 4. Ces distribution et échappement, pour lesquels on ne fait pas appel à un distributeur, mettant en oeuvre deux orifices d'admission 25 et deux orifices d'échappement 29 agencés dans l'élément 9 de_' telle sorte que les orifices d'échappement 29, prévus au voisinage des extrémités de l'élément 9, et les orifices d'admission 25, ménagés entre les orifices 29, soient situés, deux à deux, à distances sensiblement égales desdites extrémités. Des tubulures 36 relient les orifices 25 à une source de fluide moteur sous pression tandis que les tubulures 37 relient les orifices 29 à la basse pression, des soupapes tarées 38 étant prévues dans ces tubulures 37 pour autoriser le passage du fluide moteur détendu des chambres 3 et 3' vers la basse pression et pour interdire ce passage lorsque la pression régnant dans les chambres 3 et 3' est supérieure à une basse pression déterminée. Deux rainures périphériques 39 sont ménagées dans le piston 2, ainsi que des canalisations 40 mettant chacune des rainures 39 en communication avec la chambre 3 ou 3° correspondante pour distribuer le fluide sous pression dans ces chambres. Les rainures 39 sont agencées de manière à venir alternativement en regard des orifices d'admission 25 avant la fin de course correspondante du piston 2 et lorsque la lumière 29 d'échappement correspondante est fermée par le piston. Il n'est toutefois pas indispensable que cette lumière 29 soit fermée par le piston, car l'échappement se ferme, grâce à la soupape 38, dès qu'il y a élévation de pression dans la chambre 3 ou 3'.

Revendications

1. Machine volumétrique, motrice et réceptrice, à mouvement alternatif, caractérisée en ce qu'elle comprend un cylindre et un piston libre à double effet monté dans ce cylindre, ce dernier et le piston étant agencés pour délimiter, à chacune des extrémités du cylindre, au moins deux chambres séparées l'une de l'autre, des moyens étant prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs d'un fluide dans deux des chambres de la machine situées de part et d'autre du piston, ainsi que des moyens de distribution pour l'admission et l'échappement alternatifs d'un fluide moteur dans les deux autres chambres situées de part et d'autre du piston.

2. Machine volumétrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le cylindre et le piston, considéré en position médiane, sont symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre et situé à distances égales des extrémités de celui-ci.

3. Machine volumétrique suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les chambres précitées et le cylindre sont coaxiaux.

4.-Machine volumétrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le cylindre précité est constitué par un élément tubulaire obturé à chacune de ses extrémités par une culasse, une pièce, coaxiale à l'élément tubulaire, étant fixée à chacune des culasses de manière à s'étendre à l'intérieur de l'élément tubulaire, le piston présentant, à chacune de ses extrémités;un évidement, coaxial à l'élément tubulaire et de section correspondante à celle de la pièce avec laquelle il est destiné à coopérer pour former une des chambres susdites.

5. Machine volumétrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le cylindre précité est constitué par un élément tubulaire obturé à chacune de ses extrémités par une culasse, chacune de ces culasses étant profilée de manière à présenter un évidement coaxial à l'élément tubulaire et s'étendant dans le prolongement de ce dernier, le piston présentant, à chacune de ses extrémités, une saillie coaxiale à l'élément tubulaire et de section correspondante à celle de l'évidement de la culasse avec lequel elle est destinée à coopérer pour former une des chambres susdites.

6. Machine volumétrique suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la pièce précitée présente un évidement coaxial à l'élément tubulaire tandis que le piston présente, dans son évidement précité correspondant à la pièce, une saillie coaxiale à l'élément tubulaire et de section correspondante à celle de l'évidement réalisé dans la pièce, ce dernier évidement et cette saillie délimitant une troisième chambre à l'extrémité considérée du cylindre, des moyens étant prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs d'un fluide dans cette troisième chambre.

7. Machine volumétrique suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'évidement susdit réalisé dans la culasse présente une saillie coaxiale à l'élément tubulaire tandis que la saillie du piston correspondante présente un évidement coaxial à l'élément tubulaire et de section correspondante à celle de la saillie réalisée dans l'évidement précité, cette dernière saillie et l'évidement réalisé dans la saillie du piston délimitant une troisième chambre à l'extrémité considérée du cylindre, des moyens étant prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs d'un fluide dans cette troisième chambre.

8. Machine volumétrique suivant l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que chacune des troisièmes chambres susdites est mise en communication avec la chambre correspondante délimitée par les saillie, et évidement précités.

9. Machine volumétrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens susdits prévus pour l'aspiration et le refoulement alternatifs du fluide précité sont constitués par des soupapes à pression différentielle.

10. Machine volumétrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de distribution précités du fluide moteur comprennent un distributeur à tiroir et une commande pour déplacer le tiroir en synchronisme avec le piston susdit, le distributeur et les admissions et échappements des deux chambres de la machine dans lesquelles est introduit alternativement le fluide moteur étant agencés, d'une part, pour que l'admission d'une desdites chambres soit ouverte et mise en communication, via le distributeur, avec une source de fluide moteur, tandis que l'échappement de l'autre chambre est ouvert et mis en communication, via le distributeur, avec l'échappement du fluide moteur détendu et, d'autre part, pour que l'admission de la chambre dont l'échappement est ouvert soit fermée et pour que l'échappement de la chambre dont l'admission est ouverte soit fermé.

11. Machine volumétrique suivant la revendication 10, caractérisée ne ce que le distributeur est. agencé pour communiquer avec les deux chambres précitées afin que son tiroir soit piloté par le fluide compris dans ces chambres, avec repos aux deux positions du tiroir.

12. Machine volumétrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de distribution précités du fluide moteur dans les chambres précitées comprennent deux orifices d'admission et deux orifices d'échappement agencés dans le cylindre de telle sorte que les orifices d'échappement, prévus au voisinage des extrémités du cylindre, et les orifices d'admission, ménagés entre les orifices d'échappement, soient situés, deux à deux, à distances égales desdites extrémités, des tubulures reliant les orifices d'admission à une source de fluide moteur sous pression tandis que des tubulures relient les orifices d'échappement à la basse pression , des soupapes tarées étant prévues dans ces dernières tubulures pour autoriser le passage du fluide détendu des chambres vers la basse pression et pour interdire ce passage lorsque la pression régnant dans les chambres est supérieure à une basse pression déterminée, deux rainures périphériques étant ménagées dans le piston ainsi que des canalisations mettant chacune de ces rainures en communication avec la chambre correspondante pour distribuer le fluide sous pression dans lesdites chambres, ces rainures étant agencées de telle sorte.qu'elles viennent alternativement en regard des orifices d'admission avant la fin de course du piston correspondante et lorsque l'échappement correspondant est fermé.

13. Machine volumétrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend , associés au piston, des moyens agencés pour transformer, par exemple en énergie électrique, l'énergie communiquée au piston par le fluide moteur.

Dessins