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" Perfectionnements apportés aux machines rotatives, telles que des pompes rotatives, moteurs à ailettes, souffleries, ventilateurs, exhausteurs ".
L'invention est relative aux machines rotatives, t les que des pompes rotatives, moteurs à ailettes, souffleri ventilateurs, exhausteurs, désignées ci-dessous par les ter "machines rotatives" du genre de celles comportant des élém stator et rotor, ce dernier étant propre à tourner et compo tant des ailettes susceptibles de coopérer avec la surface l'élément stator en produisant le refoulement du fluide déb ou faisant agir l'énergie du fluide sur le rotor.
La présente invention a pour but d'améliorer la c truction des machines du genre en question et de rendre ces machines telles que leur puissance motrice puisse être modi
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être utilisées au pompage de liquides tels que l'huile ou 13 eau..
Selon la présente invention, les ailettes sont sus- ceptibles de se déplacer par rapport au rotor et ce dernier, ainsi que le stator, sont susceptibles d'être déplacés l'un par rapport à l'autre en vue de faire varier le volume de flui- de. expulsé par une ailette pour un déplacement angulaire donné du rotor, de manière à faire varier la puissance mécanique de la machine ou. à faire varier le volume du fluide débité par la machine pour une rotation donnée du rotor ,des moyens étant prévus pour solliciter les ailettes par la pression du fluide pour les mettre en contact coactif avec la surface adjacente du stator au cours de la rotation du rotor et pour diverses positions relatives de ce dernier par rapport au stator,
la surface des ailettes coopérant avec la surface de stator étant agencée pour être en contact roulant avec cette dernière, le contact glissant étant pour ainsi dire remplacé par du contact roulant de sorte que l'usure des ailettes et de ladite surface du stator est considérablement réduite.
A titre d'exemple, le rotor peut comporter au voisi- nage de la surface du stator une pluralité de logements ou en- coches, établis autour de la surface du stator, les ailettes étant susceptibles de coulisser par rapport auxdits logements pour permettre la variation du volume de fluide expulsé par une ailette pendant un mouvement angulaire donné du rotor et les logements peuvent être agencés pour contenir du fluide, les logements non-adjacents pouvant être en communication en- tre eux et les communications peuvent être arrangées de manière que pendant le mouvement d'une ou plusieurs ailettes, vers l'intérieur des logements correspondants, une ou plusieurs au- tres ailettes non-adjacentes de dégagent vers l'extérieur de son ou de leurs logements par la pression du fluide qui se produit dans les logements communiquant,
de manière que les ailettes
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' ' -'-#.-# .,+. en contact avec la surface
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du stator pendant la rotation continue du rotor et pour les diverses positions relatives de ce dernier par rapport au sta tor.
Chaque ailette peut comporter un rouleau ou élémeni analogue de forme cylindrique, susceptible de coulisser et de tourner dans une encoche, faisant partie de plusieurs encoche établies longitudinalement par rapport au rotor ou elle peut comporter une lame susceptible de coulisser dans une encoche de ce genre, chaque lame pouvant être munie à son extrémité voisine de la surface du stator d'un rouleau ou élément @ de forme cylindrique qui est agencé de manière à être en contact avec ladite surface du stator et les rouleaux peu- vent être montés de manière à pouvoir tourner par rapport aux lames autour d'un axe qui est parallèle à l'axe de rotation d rotor.
Un passage ou une ouverture peut être ménagé dans chaque ailette ou dans le rotor à proximité de chaque ailette et ce passage ou cette ouverture peut être agencé de manière telle, lorsque l'ailette occupe sa position extrême extérieur par rapport au rotor, qu'il permette l'accès du fluide sous pression dans une chambre ménagée dans le rotor pour mainteni: ladite ailette en contact avec l'élément stator. Chaque ailet te peut être agencée de manière telle que, lorsqu'elle occupe sa position extrême intérieure, elle ferme ledit passage ou ladite ouverture et maintient la pression du fluide à l'inté- rieur de ladite chambre.
Le stator peut comporter une lumière pour l'admissic du fluide sous pression dans le rotor ou pour l'évacuer sous pression hors de celui-ci et la lumière peut communiquer avec un passage ou une ouverture ménagé dans un autre organe-voisin de ladite lumière, ledit passage étant propre à fournir ou à décharger du fluide vers ou hors de ladite lumière.
Le stator peut être mobile par rapport au rotor et audit organe suivant
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une direction transversale relativement à la lumière, le stator ou ledit organe peuvent comporter au voisinage de ladite lumiè- re un élément d'étanchéité mobile transversalement par rapport à la direction de mouvement du stator et des moyens peuvent ê- tre prévus pour solliciter ledit élément d'étanchéité par la pression du fluide pour le mettre en contact avec la surface adjacente de l'autre élément pour former un joint étanche en- tre le stator et la partie voisine de ladite lumière tout en permettant le mouvement relatif entre ces éléments.
L'élément d'étanchéité peut avoir une forme annulaire et @l peut s'étendre d'une manière continue et complète autour de ladite lumière ou dudit passage.
Des moyens appropriés peuvent être prévus pour régler la position relative du stator par rapport au rotor, de manière que la puissance motrice de l'appareil puisse être aisément modifiée.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation de l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent, respectivement en coupe transversale et en coupe horizontale selon 2-2 fig. 1, une ma- chine rotative constituée sous forme d'une pompe rotative et établie selon l'invention.
La fig. 3 montre en coupe à plus grande échelle, un détail de cette machine.
Les fig. 4 et 5 montrent, respectivement en coupe transversale et en coupe selon 5-5 fig. 4 une pompe établie d'après une variante.
Pour la disposition selon les fig. 1 à 3, la pompe comporte un bâti ou carter fixe 10, un stator 11 susceptible de coulisser dans celui-ci et un rotor 12 propre à tourner par rapport au bâti et logé dans le stator.
Le bâti comporte un cadre creux 13, en fonte, ayant une forme sensiblement crarrée et fermé de chaque coté par une
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plaque 14 de forme correspondante, une desdites plaques por tant une console de fixation 15, faisant partie de ladite plaque pour maintenir la pompe en place.
Le rotor a la forme d'un cylindre ou d'un disque chacune de ses extrémités porte une tige de support 16, un( desdites tiges constituant également un arbre 17 pour entre ner la pompe.
Chaque tige est supportée par un palier à rouleau 18, logé dans un rebord annulaire formé par un prolongemeni axial de la plaque terminale correspondante du bâti. Pour mer le palier au voisinage de l'arbre moteur on a prévu un couvercle annulaire 19 fixé à un des rebords annulaires su dits, ce couvercle comportant vers sa partie centrale une : nure annulaire servant de logement à un joint à huile appr prié 20 tel qu'une rondelle en feutre.
L'autre palier est fermé par un couvercle circul 21 monté sur la plaque terminale du bâti.
Pour empêcher que le fluide puisse pénétrer dans paliers, on fait comporter à chaque plaque terminale du bâ et à proximité du rotor une gorge annulaire dans laquelle logée une bague d'étanchéité 22, avantageusement du type G une telle bague comportant une cage annulaire 23 de sectio en forme de "U", bien visible sur la fig. 3. Dans cette ca et contre chacun de ses côtés on établit une paire d'annea métalliques 24.
Un de ces anneaux sert de butée à une rond en cuir 25 ayant une section en forme de "L" et présentant rebord dirigé vers l'intérieur pour être maintenu par la p sion du fluide en contact avec la périphérie de la tige lE
Pour être certain que le fluide sollicite la ror le en cuir de manière qu'elle bute contre la tige, l'année tanchéité comporte une bande 26, de forme annulaire qui fa dévier le fluide et qui est munie d'un bord aigu 27 s'éter vers l'intérieur jusqu'à proximité de la tige, ce bord sei
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à couper le film adjacent de fluide et à diriger le fluide vera l'intérieur de la bague d'étanchéité de manière à refou- ler la rondelle 25 en contact avec la tige.
Avantageusement un ou plusieurs ressorts 28, de for- me plane sont prévus pour solliciter la bande 26 en contact avec la rondelle 25.
Le stator 11 a une allure générale annulaire et sa cavité interne a une forme circulaire avec un diamètre un peu plus grand que le diamètre du rotor, et les faces opposées du stator comportent respectivement une lumière d'admission 29 et une lumière d'échappement 30 pour l'introduction et la dé- charge du fluide dans et hors du rotor, ces lumières ayant une section rectangulaire et ils sont établis diamétralement en regard et respectivement dans les faces latérales du rotor.
Les bords supérieur et inférieur 31 desdites lumiè- res s'écartent vers l'intérieur de la pompe de manière que ces bords soient plus ou moins tangents à la périphérie du rotor pour faciliter le passage du fluide au travers des lu- mières.
Bans le bâti et dans les parois opposées de celui- ci, au voisinage des lumières d'admission et de décharge, sont prévus des passages ou ouvertures d'admission 32 et de décharge 33 communiquant respectivement avec lesdites lumiè- res en étant agencés de manière à assurer l'alimentation et l'évacuation du fluide par ces lumières. Avantageusement le bâti 13 comporte, à proximité de chacun desdits passages, une face usinée pour qu'on puisse y raccorder des conduits d'ad- mission et de décharge appropriés.
L'extérieur du stator, au voisinage desdites lu- mières d'admission et de décharge, est usiné pour qu'on dis- pose, de part et d'autre dudit stator, de deux faces vertica- lea planes parallèles 34 qui sont en contact glissant avec des surfaces correspondantes formées à l'intérieur du bâti
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de la pompe au voisinage des passages de celui-ci pour per- mettre les mouvements relatifs nécessaires entre le stator et le rotor de la pompe.
De cette manière un mouvement coulissant limité @ rotor est permis suivant une direction verticale et perpend culairement à l'axe de l'arbre moteur. Les dimensions du si peuvent être telles que lorsque celui-ci est déplacé par cc lissement de la quantité maximum suivant une direction par port au rotor, la face interne d'un de ses côtés bute conti la périphérie du rotor, alors que la face externe du coté c sé bute contre la surface horizontale adjacente du bâti con bien visible sur la fig. 1.
Bien que la disposition montrée sur les fig. 1 à concerne une pompe rotative, il est bien entendu qu'elle pe être appliquée tout aussi bien à un moteur à ailettes, les lumières de décharge et d'admission 30 et 31 devenant alors respectivement les lumières d'admission et d'échappement po fournir du fluide sous pression au moteur et pour assurer 1 vacuation dudit fluide.
Afin d'assurer un joint étanche entre les surface en contact du stator et du bâti à proximité de la lumière 3 qui sert à l'admission on à la décharge du fluide sous pres vers ou hors du rotor suivant que l'appareil est utilisé co@ moteur ou comme pompe, tout en permettant le mouvement cou. sant dont question plus haut, la surface 34 du stator à pro: mité de la lumière 30 comporte une gorge 35 qui s'étend ann@ lairement autour de la lumière et à l'intérieur de celle-ci peut coulisser un organe annulaire ou bague d'étanchéité 36 s'étend d'une manière continue et complète autour de la lum: re.
Avantageusement la bague est constituée en métal tel, q@ de la fonte ou du bronze phosphoreux ou encore en cuir et e@ est propre à venir en contact avec la surface adjacente du @ ti.
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Afin d'obtenir un tel contact, la gorge 35 comporte plusieurs passages 37 s'étendant vers l'intérieur du stator et communiquant avec la lumière à proximité de la périphérie du rotor, de sorte qu'au cours du fonctionnement de l'appareil comme pompe ou comme moteur, le fluide est refoulé sous pries- sion au travers de ces passages pour appliquer l'élément d'é- tanchéité contre le bâti. On a prévu autour de la lumière un joint d'étanchéité qui permet le mouvement relatif entre le stator et le bâti.
Des moyens d'étanchéité similaires sont prévus à pro- ximité de la lumière 31 pour permettre que la direction du mouvement du rotor soit inversée, pendant de courtes périodes si cela est nécessaire quand l'appareil est utilisé comme une pompe, la lumière 31 servant, dans ce cas, pour débiter du fluide sous pression hors de la pompe.
En¯ayant recours à des moyens d'étanchéité de ce gen- re, il n'y a aucune nécessité à usiner exactement les faces en contact du stator et du bâti et il en résulte une réduction considérable des dépenses, pour la raison que l'étanchéité est obtenue par des moyens dont les résultats sont supérieurs à ceux obtenus avec les dispositifs existants.
De même, chaque face terminale du stator peut compor- ter une gorge s'étendant annulairement autour de celle-ci et même munie de bagues d ' étanchéité analogues établies de la/manière pour constituer un *oint étanche ente le stator et les plaques terminales du bâti.
En outre, les bagues d'étanchéité peuvent être por- tées par le bâti lui-même, bien qu'il soit préférable de les monter dans l'élément mobile.
Le rotor 12 de la pompe comporte plusieurs logements ou encoches périphériques 38, s'étendant longitudinalement sur toute la longueur de celui-ci, ces logements étant de préfé- rence en nombre pair et par exemple quatre de ces logements
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peuvent être établis symétriquement autour de la périphérie du rotor.
Les logements ou encoches ont une section en forme de "U" et dans chacun de ces logements peut coulisser et tou ner une ailette 39 de dorme cylindrique et s'étendant sur to te la longueur du rotor, la disposition étanttelle que les a lettes soient susceptibles de se déplacer dans une direction radiale et puissent donc rester en contact avec la face inte ne du stator pendant la rotation complète du rotor pour les diverses positions relatives du stator.
Pour maintenir les ailettes en contact avec la fac interne du stator, les logements opposés ou non-adjacents so reliés entre eux par un passage 40-qui s'étend diamétralemez dans le rotor, chaque passage étant susceptible de contenir fluide. Il'en résulte que lorsque le stator est excentré par rapport au rotor, le déplacement vers l'intérieur d'une aile te, résultant de la rotation du rotor, est accompagné du mou vement vers l'extérieur de l'ailette opposée qui se produit dans les logements opposés et dan s le passage qui les relie de sorte que cesailettes sont maintenues en contact avec la surface adjacente du stator.
Pour conserver la pression du fluide dans les lo- gements 38 et dans les passages de liaison 40 au cours du mouvement continu du rotor, le bord longitudinal 41 qui se trouve du "côté pression" dans chaque logement comporte une rainure 42 dirigée vers l' intérieur et propre à établir la communication entre l'intérieur de la pompe et la base de chaque logement quand l'ailette occupe sa position extrême extérieure et au cours de son passage de la lumière d'aspir tion à la lumière de refoulement.
Avantageusement la profondeur de chaque logement est telle que pour tout mouvement ultérieur de l'ailette au delà de la lumière de refoulement vers la lumière d'admissi
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communication entre le logement et l'intérieur de la pompe et empêche le passage du fluide.
Pour 1*expression "côté pression" on entend le c8té du logement qui est normalement soumis à la pression du flui- de au cours du fonctionnement de l'appareil c'est-à-dire, quand ce dernier est utilisé comme pompe, le c8té qui est en avance sur l'ailette dans le sens normal de rotation.
En donnant aux ailettes une forme cylindrique et en les montant de manière qu'elles puissent tourner par rapport au rotor, le contact entre les ailettes et la surface adja- cente du stator est seulement un contact roulant, de sorte que la friction par glissement est, en substance, éliminée d'où il résulte une usure notablement moindre des ailettes et . du stator.
Afin que la position du stator par rapport au ro- tor puisse être contrôlée, le stator comporte à ses parties supérieure et inférieure des doigts 43 qui traversent les par- ties correspondantes du bâti par des ouvertures y ménagées.
A proximité de l'extrémité extérieure de chaque doigt 43 est établie une came 44 propre à venir en contact avec le doigt correspondant et chaque came est montée sur une tige appropriée qui s'étend longitudinal anent par rapport à la pompe. Les extrémités de ces tiges peuvent porter des le- viers 46 dont les extrémités libres sont reliées entre elles par une bielle 47 de forme courbe pour contourner ainsi l'arbre moteur alors que 1$'extrémité libre d'un des leviers 46 peut être reliée à un levier de commande approprié ou à tout autre organe de manoeuvre.
Les cames sont disposées de manière que leurs bossa- ges fassent 90 entre eux de sorte que chaque came sert seu- lement à déplacer le stator dans une direction.
Un autre mode de réalisation pour faire varier la position du stator de la pompe par rapport à son rotor peut
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comporter un cylindre établi au-desus ou latéralement par rapport au bâti, le piston de ce cylindre pouvant coulisse dans celui-ci et étant relié par un mécanisme approprié au stator de la pompe à proximité de la partie supérieure dud stator, un mécaniqme distributeur étant prévu pour admettr du fluide sous pression, débité par la pompe, dans ledit c lindre pour actionner le piston comme et quand on le désir
Suivant une variante les doigts 43 peuvent être remplacés par des bras, 1-*extrémité externe de chaque bras pouvant être articulée à un levier,
dont le pivot est état en un point intermédiaire et dont l'extrémité libre porte une vis montée de manière à pouvoir tourner par rapport à dite extrémité, les vis étant dirigées l'une vers l'autre et étant reliées entre elles par un écrou commun portant t manette de commande, la disposition étant telle que lorsqt agit sur la manette, les leviers pivotent dans le même ser pour faire coulisser le stator verticalement dans le bâti.
Avec une pompe établie comme indiqué plus haut, fluide estfaspiré par la lumière d'admission et déchargé par la lumière de décharge, le volume du fluide débité étant variable en faisant coulisser le stator de la pompe par r @ port au bâti et au rotor.
Comme il résulte de la description, le stator p être amené dans une position pour laquelle il présente un excentricité maximum par rapport au rotor pour lequel la longueur effective des ailettes est au maximum au cours d leur passage de la lumière d'admission jusqu'à la lumière décharge, de sorte que dans cette position le volume maxi de fluide est débité pour une rotation donnée du rotor.
En outre, pour @ette position, la périphérie du tor est en contact avec l'intérieur du stator, au cours d mouvement depuis la lumière de décharge jusqu'à la lumièr d'admission et la circulation de tout fluide autour de l'
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térieur du stator est évitée. Ainsi un maximum de puissance utile est fourni par le rotor quand le stator occupe,sa po- sition de plus grande excentricité.
Le volume du fluide débité par la pompe peut être diminué en faisant fonctionner la commande pour faire coulis- ser le stator depuis sa position d'excentricité maximum. jus- ce que qu'à/sa partie interne soit concentrique à. la périphérie du rotor et, pour cette position, la pompe ne débite aucun flui- de, ce dernier circulant simplement autour de l'intérieur du stator.
En continuant à agir sur la commande pour faire cou- lisser le stator au delà de sa position concentrique, la di- rection de 1*écoulement du fluide à. l'intérieur de la pompe est inversée et le fluide peut être aspiré par l'orifice de décharge et expulsé par l'orifice d*admission.
Ainsi la quantité de fluide débité par la pompe peut être modifiée indéfiniment depuis un maximum jusqu'à zé- ro et vice-versa, et en outre son sens d'écoulement peut être inversé si on le désire.
Une telle pompe peut être @@lisée dans tous les cas où. on désire faire varier la quantité du fluide débité et elle peut être utilisée aussi bien pour le pompage de l'eau, de l'huile ou de tout autre liquide.
Quand on l'utilise comme moteur à ailettes, la puissance mécanique de l'appareil peut être modifiée en ma- noeuvrant le dispositif de commandenpour faire coulisser le stator 11 transversalement par rapport au rotor 12.
Pour le mode de réalisation montré sur les fig. 4 et 6, la constitution de la pompe est, d'une manière générale, analogue à celle décrite plus haut. Toutefois dans ce cas le stator 11 comporte une partie 48 établie annulairement autour du rotor et son diamètre interne est un peu plus grand que le diamètre de ce dernier. Cette partie annulaire est munie, à ses extrémités opposées { de disques . / circulaires 49 et 50 éta-
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blis à proximité de chaque extrémité du totor, le disque faisant partie intégrale de la partie annulaire et le dit 50 étant fabriqué séparément.
Pour cette disposition, au lieu de donner aux ments ou encoches des ailettes la forme d'un "U", en cou transversale, on leur donne une section de forme rectal re et on prévoit également un nombre pair de ces logemer par exemple quatre, établis symétriquement autour de la phérie du rotor, alors que chaque ailette comporte une @ 51 de section rectangulaire et qui s'étend sur toute la gueur du rotor et qui peut glisser dans chacun des logen ou encoches de manière que les lames puissent se déplace dialement par rapport auxdits logements.
La face périphérique de chaque lame comporte t rainure longitudinale 52 de forme circulaire dans laquer peut tourner un rouleau 53 de longueur égale à celle de rainure et ce rouleau est également en'contact roulant la surface adjacente du stator, l'ensemble de chaque lam avec son rouleau formant une ailette complète.
Avantageusement la profondeur de chaque logeme 52 est un peu moindre que le diamètre du rouleau corresp dant et les bords. longitudinaux de chaque logement sont gés l'un vers l'autre de manière que les rouleaux soient tenus dans les logements et en vue de réduire la frictio ces rouleaux sont maintenus hors contact du fond des log
Comme pour la disposition précédente, les fond des logements opposés 38 sont reliés entre eux par des p sages 40 qui s'étendent diamétralement par rapport au ro et qui sont établis aux extrémités opposées dudit rotor.
Le diamètre de ces passages est un peu moindre la largeur des lames 51 et ces dernières sont munies cha suivant leurs faces internes, d'un plongeur 64 de forme culaire et qui s'étend vers l'intérieur dans les passage
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longueur de chacun des plongeurs étant telle que les extrémi- tés opposées des plongeurs soient légèrement écartées pour toutes les positions du stator de la pompe dans le bâti.
Pour une telle disposition, comme pour la réalisa- tion précédente, quand une ailette est refoulée vers l'inté- rieur du rot@, pendant la rotation de celui-ci, par la face adjacente du stator, l'ailette opposée à celle indiquée plus haut étant refoulée vers l'extérieur par la pression du flui- de existant entre les plongeurs opposés et les rouleaux sont maintenus constamment en contact avec le stator au cours de la rotation du rotor.
Afin de conserver la pression du fluide à l'inté- rieur des passages 40 pendant la rotation continue du rotor, la face avant de chaque lame comporte une rainure semi-circu- laire 55, établie longitudinalement par rapport à celle-ci et comm@niqu@nt avec un canal ou passage 56 qui s'étend centra- lement par rapport au plongeur vers l'extrémité interne de celui-ci, chacune de ces rainures étant disposée de manière telle qu'elle communique avec le fluide à l'intérieur du sta- tor au cours du déplacement des ailettes depuis la lumière d'admission vers la lumière de décharge, le mouvement vers l'intérieur des lames 51 pendant la partie restante du dé- placement empêchant le passage du fluide pendant que les ai- lettes passent de la lumière de décharge à la lumière d'as- piration.
Pour cette disposition, la position du stator à l'intérieur du bâti et, par conséquent, la puissance de la pompe est contrôlée par un dispositif de commande comportant un manchon de commande 57 qui peut tourner autour de l'arbre moteur 17, le manchon étant muni à son extrémité arrière d'un rebord périphérique 58 portant un ergot 59, dirigé vers l'arrè re et qui est engagé dans une encoche radiale 60 ménagée dans la face adjacente du disque terminal 49 du stator.
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L'extrémité avant du manchon comporte une manette de commande 61, la disposition étant telle qu'en déplaçant la manette pour faire pivoter le manchon, le stator coulisse transversalement par rapport au- rotor pour faire varier la quantité de fluide débité par la pompe.
Suivant une variante, des cames appropriées peu- vent être prévues pour faire coulisser le stator de la pompe comme pour la disposition précédente.
Suivant une autre variante, l'élément 12 peut être fixe et servir de stator, alors que l'élément 11 peut être agencé de manière à pouvoir tourner et jouer le rôle de rotor et dans ce cas., au lieu de monter les ailettes sur l'élément 12, elles peuvent être montées à l'intérieur de l'élément 11.
Pour cette disposition, la variation de la puissanoe transmis ae peut être obtenue en faisant coulisser l'élément 12 par rapport à l'élément 11 qui de son côté est empêché de se dé- placer transversalement.
En outre, pour la disposition selon les Fig. 1 à 3, en vue de réduire au minimum l'usure entre les ailettes et les surfaces adjacentes des logements 42, ces surfaces peux vent comporter des revêtements en métal dur et peuvent, en outre, être recuits ou durcis de toute autre manière.
Bien qu'on ait décrit, pour les deux modes de réa- lisation, des rotors comportant quatre ailettes, il est bien entendu que dans l'un ou l'autre appareil tout nombre pair d'ailettes peut être utilisé suivant le diamètre du rotor de la pompe.
Si on le désire, les moyens utilisés pour modifier la position du stator de la pompe, montré sur les Fig. 4 et 6 peuvent être tout aussi bien utilisés pour la pompe montrée sur les Fig. 1 à 3.
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"Improvements made to rotary machines, such as rotary pumps, vane motors, blowers, fans, exhausters".
The invention relates to rotary machines, such as rotary pumps, vane motors, blowers, fans, exhausters, designated below by the ter "rotary machines" of the kind including those comprising stator and rotor components, the latter being capable of rotating and comprising fins capable of cooperating with the surface of the stator element by producing the discharge of the fluid deb or causing the energy of the fluid to act on the rotor.
The object of the present invention is to improve the construction of machines of the kind in question and to make these machines such that their motive power can be modified.
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be used for pumping liquids such as oil or water.
According to the present invention, the fins are capable of moving relative to the rotor and the latter, as well as the stator, are capable of being moved relative to one another in order to vary the volume of the rotor. flui- de. expelled by a fin for a given angular displacement of the rotor, so as to vary the mechanical power of the machine or. in varying the volume of the fluid delivered by the machine for a given rotation of the rotor, means being provided for biasing the fins by the pressure of the fluid to bring them into coactive contact with the adjacent surface of the stator during the rotation of the rotor and for various relative positions of the latter with respect to the stator,
the surface of the fins cooperating with the stator surface being arranged to be in rolling contact with the latter, the sliding contact being replaced, so to speak, by rolling contact so that the wear of the fins and of said surface of the stator is considerably reduced .
By way of example, the rotor may comprise in the vicinity of the surface of the stator a plurality of housings or notches, established around the surface of the stator, the fins being capable of sliding relative to said housings to allow the variation. of the volume of fluid expelled by a vane during a given angular movement of the rotor and the housings may be arranged to contain fluid, the non-adjacent housings being able to be in communication with each other and the communications being arranged so that during rotation. movement of one or more fins, towards the interior of the corresponding housings, one or more other non-adjacent fins to release outwards from its or their housings by the pressure of the fluid which occurs in the communicating housings ,
so that the fins
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'' -'- # .- #., +. in contact with the surface
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of the stator during the continuous rotation of the rotor and for the various relative positions of the latter with respect to the stator.
Each fin may comprise a roller or similar element of cylindrical shape, capable of sliding and rotating in a notch, forming part of several notches established longitudinally with respect to the rotor or it may comprise a blade capable of sliding in a notch of this kind, each blade being able to be provided at its end close to the surface of the stator with a roller or element of cylindrical shape which is arranged so as to be in contact with said surface of the stator and the rollers can be mounted so as to be able to rotate with respect to the blades about an axis that is parallel to the axis of rotation of the rotor.
A passage or an opening may be formed in each fin or in the rotor near each fin and this passage or this opening may be arranged in such a way, when the fin occupies its outermost position relative to the rotor, that it allows the access of the pressurized fluid into a chamber formed in the rotor for mainteni: said fin in contact with the stator element. Each fin can be arranged in such a way that, when it occupies its extreme interior position, it closes said passage or said opening and maintains the pressure of the fluid inside said chamber.
The stator may include a lumen for the admission of fluid under pressure into the rotor or for discharging it under pressure out of the latter and the lumen may communicate with a passage or an opening made in another member adjacent to said lumen. , said passage being adapted to supply or discharge fluid to or out of said lumen.
The stator may be movable relative to the rotor and to said next member
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a transverse direction relative to the light, the stator or said member may include in the vicinity of said light a sealing element movable transversely with respect to the direction of movement of the stator and means may be provided for biasing said element sealing by the pressure of the fluid to bring it into contact with the adjacent surface of the other element to form a tight seal between the stator and the neighboring part of said lumen while allowing relative movement between these elements.
The sealing member may be annular in shape and it may extend continuously and completely around said lumen or passage.
Appropriate means may be provided for adjusting the relative position of the stator with respect to the rotor, so that the motive power of the apparatus can be easily changed.
The accompanying drawings show, by way of example, some embodiments of the invention.
Figs. 1 and 2 show, respectively in cross section and in horizontal section according to 2-2 fig. 1, a rotary machine constituted in the form of a rotary pump and established according to the invention.
Fig. 3 shows a section on a larger scale, a detail of this machine.
Figs. 4 and 5 show, respectively in cross section and in section according to 5-5 fig. 4 a pump established according to a variant.
For the arrangement according to fig. 1 to 3, the pump comprises a fixed frame or casing 10, a stator 11 capable of sliding in the latter and a rotor 12 able to rotate relative to the frame and housed in the stator.
The frame comprises a hollow frame 13, made of cast iron, having a substantially crarred shape and closed on each side by a
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plate 14 of corresponding shape, one of said plates carrying a fixing bracket 15, forming part of said plate to hold the pump in place.
The rotor has the shape of a cylinder or of a disc each of its ends carries a support rod 16, one of said rods also constituting a shaft 17 for entering the pump.
Each rod is supported by a roller bearing 18, housed in an annular flange formed by an axial extension of the corresponding end plate of the frame. To sea the bearing in the vicinity of the motor shaft, an annular cover 19 fixed to one of the said annular flanges is provided, this cover comprising towards its central part an annular groove serving as a housing for an appropriate oil seal 20 such as than a felt washer.
The other bearing is closed by a circul cover 21 mounted on the end plate of the frame.
To prevent the fluid from entering the bearings, an annular groove is provided at each end plate of the housing and near the rotor in which housed a sealing ring 22, advantageously of the G type, such a ring comprising an annular cage 23 of sectio in the form of "U", clearly visible in fig. 3. In this ca and against each of its sides we establish a pair of metal rings 24.
One of these rings serves as a stopper for a leather round 25 having an "L" shaped section and having an inwardly directed rim to be held by the pressure of the fluid in contact with the periphery of the rod 11.
To be sure that the fluid urges the leather ring so that it abuts against the upper, the sealing year comprises a band 26, of annular shape which deflects the fluid and which is provided with a sharp edge 27 s 'be inward until close to the rod, this edge sei
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cutting the adjacent film of fluid and directing the fluid to the interior of the seal ring so as to force the washer 25 into contact with the rod.
Advantageously, one or more springs 28, of planar shape, are provided to urge the strip 26 into contact with the washer 25.
The stator 11 has a general annular shape and its internal cavity has a circular shape with a diameter a little larger than the diameter of the rotor, and the opposite faces of the stator respectively comprise an intake port 29 and an exhaust port 30. for the introduction and the discharge of the fluid in and out of the rotor, these openings having a rectangular section and they are established diametrically opposite and respectively in the lateral faces of the rotor.
The upper and lower edges 31 of said lights move apart towards the interior of the pump so that these edges are more or less tangent to the periphery of the rotor to facilitate the passage of the fluid through the lights.
In the frame and in the opposite walls thereof, in the vicinity of the intake and discharge ports, there are provided admission 32 and discharge 33 passages or openings communicating respectively with said lights, being arranged in such a manner. to ensure the supply and evacuation of the fluid through these ports. Advantageously, the frame 13 comprises, near each of said passages, a machined face so that suitable inlet and discharge conduits can be connected thereto.
The outside of the stator, in the vicinity of said intake and discharge lights, is machined so that, on either side of said stator, two parallel plane vertical faces 34 are placed. sliding contact with corresponding surfaces formed inside the frame
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of the pump in the vicinity of the passages thereof to allow the necessary relative movements between the stator and the rotor of the pump.
In this way a limited sliding movement @ rotor is allowed in a vertical direction and perpendicular to the axis of the motor shaft. The dimensions of the si can be such that when the latter is moved by the maximum quantity smoothing in a direction by port to the rotor, the inner face of one of its sides abuts against the periphery of the rotor, while the outer face the side c abuts against the adjacent horizontal surface of the frame con clearly visible in fig. 1.
Although the arrangement shown in Figs. 1 to relates to a rotary pump, it is understood that it can be applied just as well to a finned motor, the discharge and admission ports 30 and 31 then respectively becoming the intake and exhaust ports in. supplying pressurized fluid to the engine and to ensure 1 evacuation of said fluid.
In order to ensure a tight seal between the contacting surfaces of the stator and the frame near the port 3 which serves for the admission or the discharge of the fluid under pressure towards or out of the rotor depending on whether the device is used co @ motor or as a pump, while allowing neck movement. As mentioned above, the surface 34 of the stator pro: mity of the light 30 comprises a groove 35 which extends ann @ larly around the light and inside the latter can slide an annular member or ring seal 36 extends continuously and completely around the light: re.
Advantageously, the ring is made of metal such, q @ of cast iron or phosphor bronze or even of leather and e @ is able to come into contact with the adjacent surface of the @ ti.
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In order to obtain such contact, the groove 35 has several passages 37 extending inwardly of the stator and communicating with the lumen near the periphery of the rotor, so that during operation of the apparatus as pump or as a motor, the fluid is pumped under pressure through these passages to apply the sealing element against the frame. A seal is provided around the lumen which allows relative movement between the stator and the frame.
Similar sealing means are provided near the lumen 31 to allow the direction of movement of the rotor to be reversed, for short periods if necessary when the apparatus is used as a pump, the lumen 31 serving as a pump. , in this case, to deliver pressurized fluid out of the pump.
By having recourse to sealing means of this kind, there is no need to machine exactly the contacting faces of the stator and the frame and the result is a considerable reduction in expenditure, for the reason that the sealing is obtained by means the results of which are superior to those obtained with existing devices.
Likewise, each end face of the stator may have a groove extending annularly around it and even provided with like sealing rings established in the manner to form a sealed seal between the stator and the end plates. of the frame.
Furthermore, the sealing rings can be carried by the frame itself, although it is preferable to mount them in the movable member.
The rotor 12 of the pump comprises several housings or peripheral notches 38, extending longitudinally over the entire length of the latter, these housings preferably being an even number and for example four of these housings.
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can be drawn symmetrically around the periphery of the rotor.
The housings or notches have a "U" -shaped section and in each of these housings can slide and rotate a fin 39 of cylindrical form and extending over the length of the rotor, the arrangement being such that the vanes are capable of moving in a radial direction and can therefore remain in contact with the inner face of the stator during the complete rotation of the rotor for the various relative positions of the stator.
To keep the fins in contact with the internal face of the stator, the opposite or non-adjacent housings so connected to each other by a passage 40 which extends diametrically into the rotor, each passage being capable of containing fluid. As a result, when the stator is eccentric with respect to the rotor, the inward movement of a wing you, resulting from the rotation of the rotor, is accompanied by the outward movement of the opposing fin which is moving. produced in the opposing housings and in the passage which connects them so that these fins are kept in contact with the adjacent surface of the stator.
To maintain fluid pressure in the housings 38 and in the connecting passages 40 during the continuous movement of the rotor, the longitudinal edge 41 which is on the "pressure side" in each housing has a groove 42 directed towards the end. interior and suitable for establishing communication between the interior of the pump and the base of each housing when the vane occupies its extreme exterior position and during its passage from the suction port to the discharge port.
Advantageously, the depth of each housing is such that for any subsequent movement of the fin beyond the discharge port towards the admission port.
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communication between the housing and the interior of the pump and prevents the passage of fluid.
By the term "pressure side" is meant the side of the housing which is normally subjected to the pressure of the fluid during the operation of the apparatus, that is to say, when the latter is used as a pump, the apparatus. side which is ahead of the fin in the normal direction of rotation.
By giving the vanes a cylindrical shape and mounting them so that they can rotate relative to the rotor, the contact between the vanes and the adjacent stator surface is only rolling contact, so that sliding friction is achieved. , in substance, eliminated, resulting in a significantly less wear of the fins and. stator.
So that the position of the stator relative to the rotor can be controlled, the stator comprises at its upper and lower parts fingers 43 which pass through the corresponding parts of the frame by openings formed therein.
Near the outer end of each finger 43 is established a cam 44 adapted to come into contact with the corresponding finger and each cam is mounted on a suitable rod which extends longitudinally relative to the pump. The ends of these rods can carry levers 46, the free ends of which are interconnected by a connecting rod 47 of curved shape to thus bypass the motor shaft while the free end of one of the levers 46 can be connected. to an appropriate control lever or to any other operating device.
The cams are arranged so that their bosses make 90 between them so that each cam serves only to move the stator in one direction.
Another embodiment for varying the position of the stator of the pump relative to its rotor can
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comprise a cylinder established above or laterally with respect to the frame, the piston of this cylinder being able to slide therein and being connected by an appropriate mechanism to the stator of the pump near the upper part of the stator, a distributor mechanism being designed to admit pressurized fluid, delivered by the pump, into said cylinder to actuate the piston as and when desired
According to a variant the fingers 43 can be replaced by arms, 1- * outer end of each arm can be articulated to a lever,
the pivot of which is at an intermediate point and the free end of which carries a screw mounted so as to be able to rotate relative to said end, the screws being directed towards one another and being interconnected by a common nut bearing the control handle, the arrangement being such that when the handle is acted on, the levers pivot in the same ser to slide the stator vertically in the frame.
With a pump set up as indicated above, fluid is sucked in through the inlet port and discharged through the outlet port, the volume of fluid delivered being variable by sliding the stator of the pump through to the frame and the rotor.
As it follows from the description, the stator p be brought into a position for which it has a maximum eccentricity with respect to the rotor for which the effective length of the fins is at the maximum during their passage from the admission port to the light discharges, so that in this position the maximum volume of fluid is delivered for a given rotation of the rotor.
Further, for this position, the periphery of the tor is in contact with the interior of the stator, during movement from the discharge lumen to the inlet lumen and the flow of any fluid around it.
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lower stator is avoided. Thus a maximum useful power is supplied by the rotor when the stator occupies its position of greatest eccentricity.
The volume of fluid delivered by the pump can be decreased by operating the control to slide the stator from its maximum eccentricity position. until / its internal part is concentric with. the periphery of the rotor and, for this position, the pump does not deliver any fluid, the latter simply circulating around the interior of the stator.
By continuing to act on the control to slide the stator past its concentric position, the direction of fluid flow will be. The interior of the pump is inverted and fluid can be drawn in through the discharge port and expelled through the inlet port.
Thus the quantity of fluid delivered by the pump can be varied indefinitely from a maximum to zero and vice versa, and furthermore its direction of flow can be reversed if desired.
Such a pump can be used in all cases. it is desired to vary the quantity of fluid delivered and it can be used equally well for pumping water, oil or any other liquid.
When used as a vane motor, the mechanical power of the apparatus can be changed by operating the controller to slide the stator 11 transversely with respect to the rotor 12.
For the embodiment shown in figs. 4 and 6, the constitution of the pump is generally similar to that described above. However in this case the stator 11 comprises a part 48 established annularly around the rotor and its internal diameter is a little larger than the diameter of the latter. This annular part is provided at its opposite ends {with discs. / circulars 49 and 50 states
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blis near each end of the totor, the disc forming an integral part of the annular part and said 50 being manufactured separately.
For this arrangement, instead of giving the elements or notches of the fins the shape of a "U", in transverse neck, they are given a section of rectal shape and an even number of these housings is also provided, for example four, established symmetrically around the artery of the rotor, while each fin has a @ 51 of rectangular section and which extends over the entire length of the rotor and which can slide in each of the logen or notches so that the blades can move dialement with respect to said housing.
The peripheral face of each blade has a longitudinal groove 52 of circular shape in which the lacquer can turn a roller 53 of length equal to that of the groove and this roller is also in contact rolling the adjacent surface of the stator, the assembly of each lam with its roll forming a complete fin.
Advantageously, the depth of each housing 52 is a little less than the diameter of the corresponding roll and the edges. longitudinal sections of each housing are directed towards each other so that the rollers are held in the housings and in order to reduce the friction, these rollers are kept out of contact with the bottom of the log
As for the previous arrangement, the bottoms of the opposite housings 38 are interconnected by steps 40 which extend diametrically with respect to the ro and which are established at the opposite ends of said rotor.
The diameter of these passages is a little less than the width of the blades 51 and the latter are provided cha according to their internal faces, with a plunger 64 of cular shape and which extends inwardly into the passages.
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length of each of the plungers being such that the opposite ends of the plungers are slightly apart for all positions of the pump stator in the frame.
For such an arrangement, as for the previous embodiment, when a fin is forced back inside the rot @, during the rotation of the latter, by the adjacent face of the stator, the fin opposite to that indicated. higher being forced outwards by the pressure of the fluid existing between the opposing plungers and the rollers are kept in constant contact with the stator during the rotation of the rotor.
In order to maintain the fluid pressure within the passages 40 during the continuous rotation of the rotor, the front face of each blade has a semi-circular groove 55, established longitudinally with respect to it and as follows. niqu @ nt with a channel or passage 56 which extends centrally with respect to the plunger towards the inner end thereof, each of these grooves being arranged in such a way that it communicates with the fluid therein. stator during movement of the fins from the inlet lumen to the discharge lumen, the inward movement of the leaves 51 during the remainder of the movement preventing the passage of fluid while the fins change from discharge light to suction light.
For this arrangement, the position of the stator inside the frame and, therefore, the power of the pump is controlled by a control device comprising a control sleeve 57 which can rotate around the motor shaft 17, the sleeve being provided at its rear end with a peripheral flange 58 carrying a lug 59, directed towards the rear and which is engaged in a radial notch 60 formed in the adjacent face of the terminal disc 49 of the stator.
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The front end of the sleeve has a control handle 61, the arrangement being such that by moving the handle to rotate the sleeve, the stator slides transversely with respect to the rotor to vary the amount of fluid delivered by the pump.
According to a variant, suitable cams can be provided to slide the stator of the pump as for the previous arrangement.
According to another variant, the element 12 can be fixed and serve as a stator, while the element 11 can be arranged so as to be able to rotate and act as a rotor and in this case, instead of mounting the fins on element 12, they can be mounted inside element 11.
For this arrangement, the variation of the transmitted power ae can be obtained by sliding the element 12 with respect to the element 11 which, for its part, is prevented from moving transversely.
Further, for the arrangement according to Figs. 1 to 3, in order to minimize wear between the fins and the adjacent surfaces of the housings 42, these surfaces may include hard metal coatings and may further be annealed or hardened in any other way.
Although rotors comprising four fins have been described for both embodiments, it is understood that in either device any even number of fins can be used depending on the diameter of the rotor. of the pump.
If desired, the means used to modify the position of the pump stator, shown in Figs. 4 and 6 can equally well be used for the pump shown in Figs. 1 to 3.