Brevet FR2033309A1 — publié le 19701204

A La présente invention concerne tin appareillage générateur de flux et se réfère particulièrement, mais non exclusivement, à un appareillage générateur de flux destiné â être utilisé à la manière de ventilateurs. 5 Les ventilateurs ordinaires utilisent une lame ou une série de lames animées d'un mouvement rotatif destiné à entraîner le fluide pompé d'un point â un autre; normalement il en résulte un ventilateur présentant une section circulaire. La présente invention 10 a pour objet un appareillage dans lequel le flux peut être pompé par un impulseur non rotatif. L'appareillage objet de la présente invention comprend une canalisation de fluide dont un côté au moins est constitué par une lame flexible, un certain 1S nombre d'éléments disposés longitudinalement par rapport à la lame flexible et reliées à celle-ci, ces éléments étant contraints da développer un mouvement séquentiel tel que le mouvement de la lame flexible suit le mouvement d'une onde transversale progressive, 20 le long de la lame. Les éléments peuvent être oscillants. Les extrémités.de la lame flexible peuvent être reliées entre elles de façon à former une boucle capable, à l'état de marche, de transférer une tension 25 d'une extrémité de la lame flexible à l'autre extrémité, extérieurement à la lame. La lame flexible peut être prévue de façon à transmettre une tension le long d'elle-même, sans augmentation apnréciable de la longueur de la lame. 30 La présente invention a également pour objet un appareillage comprenant une canalisation de fluide dont un côté au moins est constitué par une lame flexible, un certain nombre d'éléments oscillants étant contraints de développer un mouvement séquentiel tel que le mouve-35 ment de la lame flexible suit le mouvement d'une onde transversale progressive, le long de la lame, les côtés de la lame flexible se déplaçant avec un mouvement adjacent à, et dans le plein de, plaques latéral^^ 70 04222 2033309 % La présente invention a également pour objet un appareillage comprenant une canalisation de fluide constituée par deux parois opposées non reliées entre elles, dont l'une au moins est constituée par une lame 5 flexible avec un certain noiribre d'éléments oscillants disposés le long de la lame flexible et reliés Si celle-ci, ces éléments oscillants étant contraints de développer un mouvement séquentiel tel que le mouvement de la lame flexible suit le mouvement d'une onde 10 transversale progressive le long de la lame. Les éléments oscillants peuvent comprendre chacun une tige de poussée reliée à la lame par une extrémité et à un excentrique par l'autre. La lame flexible peut avoir un certain noiribre 15 de poids répartis, de préférence uniformément, le long de la lame. Les tiges de poussée peuvent Stre constituées par des tubes creux. La masse de chaque poids relié à une tige de poussée, ainsi que la masse de la portion correspondante de tige de poussée 20 peuvent être essentiellement égales & la masse de n'importe lequel des poids non reliés à une tige de poussée. Ainsi, dans un cas. particulier, si la masse d'un poids non relié à une tige de poussée est de 5 unités 25 et que la masse d'une tige de poussée actionnant quatre lames est de 8 unités, la portion correspondante de la tige de poussée aura une masse de 8/4 c'est-à-dire de 2 unités, chaque lame supportant un quart de la charge, la masse du poids reliée S la tige de poussée sera de 30 3 unités, ce qui donne une masse totale de 2 + 3 = 5 unités pour le poids relié, ce qui est égal à la masse d'un poids non relié. La lame flexible peut avoir une longueur égale cl la longueur d'onde d'une onde transversale progressive 35 et les extrémités opposées de la lame flexible peuvent être reliées entre elles de manière rigide. Dans la disposition selon laquelle la longueur de la lame est égale â une longueur d'onde d'une onde transversale®^ ORIGINAL» 70 04222 2033309 progressive, les tiges de poussée peuvent être disposées selon des positions distantes les unes des autres d'une longueur égale au 1/4 d'une longueur d'onde le long de la lame. Les tiges de poussée terminales peuvent être 5 actionnées par le même excentrique. Les tiges de poussée peuvent comprendre chacune au moins un joint universel sur leur longueur. Les tiges de poussée peuvent être supportées par des paliers, qui peuvent être lubrifiés sous pression, de préférence 10 avec un lubrifiant compatible avec le fluide traversant l'appareillage. Les excentriques peuvent tous être montés sur un arbre commun. Selon une version de l'invention, des leviers coudés peuvent être utilisés pour transmettre 15 le mouvement des excentriques aux tiges de poussée. Une dérivation peut être prévue pour le fluide entre l'extrémité de sortie et l'extrémité d'entrée. La dérivation peut comporter un gicleur, de sorte qu'à l'état de marche le fluide soit ramené directement 20 de l'extrémité de sortie S l'extrémité d'entrée dans le sens de flux. La dérivation peut comporter une vanne de commande du débit du fluide. Selon une autre version de l'invention, la lame flexible peut avoir une longueur supérieure à 1% 25 longueurs d'onde de l'onde transversale progressive, et une portion utile d'une longueur égale E 1% longueurs d'onde de l'onde transversale progressive, et les extrémités de la lame peuvent être reliées l'une à l'autre de manière rigide. 30 Cette version peut comprendre un certain nombre de lames flexibles qui peuvent être disposées par paires. Ces paires de lames flexibles peuvent être séparées par une plaque rigide. Inversement, les paires de lames flexibles peuvent être disposées dans un rapport de 35 contre-flexion et se faire directement face. Un compresseur comprenant au moins une lame flexible d'une longueur supérieure à 1% longueurs d'onde de l'onde transversale progressive peut être /U ii42là, 2033309 prévu et présenter une conicité dans sa 1 argue tir, la lame flexible étant, plus large â l'entrée qu'à la sortie. Une autre forme de compresseur peut comprendre une lame flexible ayant des ondes transversales progres-5 sives d'une longueur d'onde allant en diminuant le long de la lame dans le sens d'écoulement du fluide. La présente invention comorend en outre une méthode permettant d'imprimer un flux dans un fluide, cette méthode consistant à contraindre le fluide à 10 passer dans une canalisation ayant au moins une paroi flexible, et à exercer des forces cycliques sur la paroi flexible de façon à lui imposer un mouvement d'onde transversale progressive qui oblige le fluide à s'écouler dans la canalisation dans le sens du mouve-15 ment de l'onde, l'énergie cinétique dans la paroi flexible étant utilisée comme réservoir d'énergie pour diriger l'apport d'énergie des forces cycliques vers la paroi, en vue de minimiser les "fluctuations de l'énergie apportée au fluide à partir de la paroi, 20 sur toute la longueur de celle-ci, dans le sens de l'écoulement du fluide. La présente invention comprend aussi une méthode permettant d'engendrer une énergie mécanique 5. partir d'un fluide soumis S une pression relative-25 ment élevée, selon laquelle le fluide est contraint de passer dans une canalisation ayant au moins une paroi flexible, cette dernière éteint contrainte de se déplacer S. la manière d'une onde transversale progressive, en détendant le fluide injecté sous une pression 30 relativement élevée jusqu'à une pression relativement basse, en obligeant une portion de l'onde progressive à se déplacer dans le sens de la pression relativement basse. A titre d'exemple seulement, plusieurs versions 35 de l'invention vont être décrites maintenant, en référence aux dessins d'accompagnement dont: BAD ORIGINAL 70 04222 La figure 1 La figure 2 La figure 3 La figure 4 2033309 10 15 20 25 30 35 La figure La figure La figure La figure La figure La figure La figure 8 10 La figure 11 La figure La figure La figure La figure 12 13 14 15 La figure 16 est une vue schématique d'un arrangement de lames flexibles dans une canalisation de fluide. représente le développement d'une onde le long d'une lame flexible. est un graphique illustrant les lieux géométriques des points de poussée sur les lames flexibles. est un graphique illustrant le rapport entre le déplacement des points de poussée, la puissance totale et la puissance par point de poussée, illustre une forme possible de commande de ventilateur. illustre une méthode de jonction de la lame à une tige de poussée. illustre une méthode de jonction d'un poids à la lame. illustre une pompe de compression. 8a est une coupe suivant la ligne VIIIA - VIIIA de la figure 8. 9 est une vue schématique d'une autre forme de compresseur. est une représentation schématique d'autres arrangements possibles des lames flexibles. est une coupe verticale, partiellement sectionnée, d'une deuxième version de l'invention. est line coupe pratiquée selon les lignes XXIA et XXIB de la figure 11. est une vue schématique d'une lame flexible unique. illustre une coupe de la figure 13. représente un joint entre une lame flexible et une plaque latérale, est une vue de côté, partiellement sectionnée, d'une autre version de l'invention. 70 04222 L 2033309 La figure 17 est une vue en plan selon la ligne XVII - xvil de la figure 15. La figure 18 est une coupe transversale pratiquée le long de la ligne XVIII - XVIII de 5 la figure 16. La figure 19 est un détail de la figure 16. La figure 20 est une coupe transversale le long de la ligne XX - XX de la figure 16. La figure 21 est une vue partielle dans le sens 10 de la flèche XXI de la figure 20. La figure 22 est un détail d'une partie de cette version de l'invention. La figure 23 est une vue agrandie d'une lame. La figure 24 est une coupe transversale pratiquée 15 suivant les lignes XXIV - XXIV de la figure 23. La figure 25 est une vue en plan dans le sens de la flèche XXV de la figure 24. La figure 26 est un détail d'un joint d'extrémité 20 de la lame. . La figure 27 est une coupe transversale pratiquée suivant la ligne XXVII - XXVII de la figure 24, et La figure 28 est un graphique du déplacement des 25 lames. L'une des formes de l'invention est illustrée sur la figure 1, qui-montre quatre lames flexibles 1, 2, 3 et 4 entre deux parois 5 et 6. Chacune des lames flexibles peut être mise en vibration de façon 30 à engendrer une onde t reins vers aie progressive, ci-après désignée onde progressive dans la lame, qui se déplace dans le sens de la flèche 7. Il en résulte un débit de fluide dans le sens de la flèche 8. La longueur de chaque lame, L, est égale à une longueur d'onde de l'onde 35 progressive et la distance entre les parois 5 et 6 est égale & 8^, où ^ égale 1'amplitude de l'onde progressive dans une direction. 70 04222 > 2033309 En ce qui concerne la figure 2, l'avance de la position d'amplitude maximale peut être suivie le long de l'onde progressive. La figure montre neuf positions de la lame flexible, de 0 à 1 d'une fraction de cycle, 5 suivant une progression par huitième de cycle. Les positions d'amplitude maximale vers la gauche de la lame flexible (considérée sur le dessin) sont désignées par Al et les positions d'amplitude maximale vers la droite de la lame flexible par A2. Si l'on imagine 10 une "masse" de fluide emprisonnée entre la position Al et la tangente à la courbe en A2, (partie hachurée sur la figure 2), on voit que la "masse" se déplace du haut vers le bas de la figure. Par conséquent, si une onde progressive est engendrée dans une lame 15 flexible conçue de manière à accepter des "masses" de fluide, le fluide sera transféré de l'entrée vers la sortie. Il s'agit évidemment d'une action de pompage. On voit que la distance parcourue suivant les 20 contours de la lame flexible est supérieure & la longueur d'onde de l'onde progressive dans la lame et qu'elle est en fait égale à la longueur superficielle de l'onde progressive. Si l'on suit les lieux géométriques d'une série de-points fixes sur 25 une paire de lames de contre-flexion, au fur et à mesure des oscillations des lames, on verra que différentes parties de la lame suivent différents lieux géométriques. Si l'on examine les lames représentées sur la figure 3, on voit que les lieux géométriques 30 des points E B C D et E' B* C' D* (E et E' se présentent deux fois du fait qu'ils se trouvent au début d'une longeur d'onde et à la fin d'une longueur d'onde adjacente) suivent des lignes droites dans le cas des points et C, et des figures en forme de huit 35 dans le cas des points B et D. Lorsque les points B', B et D', D sont déphasés de 180°, leur hauteur Z à un moment quelconque est la même. 70 04222 2033309 L'onde progressive est engendrée dans la lame par une série de tiges de poussée gui seront décrites plus en détail ci-après. Ces tiges de poussée sont reliées à la lame aux points B, C, D et I et engendrent 5 l'oscillation de la lame. Les points E et C ont des lieux géométriques suivant des lignes droites, de sorte qu'il suffit d'une seule tige de poussée pour assurer un mouvement alternatif en ligne droite. Cependant les points B et D se déplacent en décrivant 10 un huit, ce qui revient à dire que la tige de poussée doit Stre capable d'un mouvement alternatif mais aussi d'un mouvement latéral. La figure 4 montre la relation existant entre, sur la partie supérieure, le temps et le déplacement 15 pour chacun des points B, C, D et E; sur la partie inférieure, le temps et la puissance qu'il faudra fournir à chaque point de poussée pour maintenir la lame en oscillation; dans la partie centrale, la puissance totale appliquée, qui est l'addition des 20 forces exercées en chaque point de poussée. Les points B, C, D et E correspondent à ceux représentés sur la figure 3, et le déplacement X s'effectue dans le sens indiqué sur la figure 3. La puissance à exercer sur le point de poussée est proportionnelle 25 au carré de la vitesse, c'est-à-dire qu'elle est maximale chaque fois que le graphique de déplacement coupe l'axe central et égale à zéro chaque fois que le graphique de déplacement indique un maximum ou un minimum. 30 En conséqueiîce, pour que les besoins en puis sance soient uniformas, il faut que la lame flexible subisse des oscillations en cinq points, à savoir: l'entrée, la sortie, le centre et deux points intermédiaires. Cependant, dans le cas d'une lame occupant 35 une longueur d'onde, on voit, par la description qui précède que l'entrée et la sortie de la lame se déplacent simultanément. Il suffit donc de quatre efforts de déplacement pour imprimer des oscillations à la lame. 70 04222 1 2033309 Jusqu'à présent, seule a été décrite uns lame oscillante d'une longueur égale à une longueur d'onde, comportant cinq barres réparties sur sa longueur et animées d'un mouvement oscillatoire par des tiges de 5 poussées. Les détails concernaient une forme particulière de l'invention dans laquelle certaines des tiges de poussée ont des déplacements suivant des figures en forme de huit. On a très brièvement décrit le rôle de la lame flexible. Cependant cette lame est 10 très importante et son rôle sera examiné maintenant du double point de vue de son mouvement réel et de sa participation au transfert d'énergie entre les tiges de poussée. La lame doit Stre flexible dans un plan parallèle à son axe longitudinal et perpendiculaire 15 à sa surface. La lame ne doit pas nécessairement être flexible dans les deux autres plans, à savoir: le plan parallèle à son axe transversal et perpendiculaire à sa surface, et le plan parallèle à la surface de la lame. 20 II est un autre problème qui peut être résolu par la lame, à savoir la quantité d'énergie mise en cause lors de l'accélération et de la décélération de la lame et des tiges de poussée. Si l'on considère une tige, elle est d'abord accélérée à partir de la 25 position de repos à une extrémité jusqu'à ce qu'elle atteigne le centre, d'où elle subit une décélération jusqu'à l'autre position extrême, où elle retrouve une position de repos. Ainsi l'énergie est impartie à la tige de poussée au cours de la période d'ac-30 célération du mouvement et doit être dissipée au cours de la période de décélération de ce mouvement. Une manière de faire consisterait à relier la tige de poussée à un système d'accumulation d'énergie, par exemple un ressort ou des ressorts. Toutefois, ce 35 serait ajouter une complication. Revenant à la figure 3, on voit que les points E et C sont exactement déphasés, de même que les points B et D. Ainsi le point E subit uno accélération sous l'effet d'une 70 04222 2033309 force qui est à tout moment égale à la force nécessaire pour imprimer une décélération au point C, et vice versa. Le total des besoins en puissance du système, s'il devait osciller dans le vide, serait donc égal à 5 zéro. En conséquence, si les tiges de poussée sont considérées comme étant une partie de la lame, les portions de la laine qui ralentissent engendrent le long de cette dernière des tensions juste suffisantes pour vaincre les forces d'inertie dans les sections 10 de la lame qui accélèrent. Sur les figures 13 et 14, la lame flexible est représentée schéroatiquement. La lame 220 est représentée avec son point moyen 221 alors qu'il est prêt à entrer en contact avec une plaque latérale 15 222. La lame sera sous tension dans les deux sens, ces tensions étant T1 et T2. Sur la vue agrandie de la figure 14 du point de la lame qui est sur le point d'entrer en contact avec la plaque latérale, un diagramme des vecteurs de tension a été superposé. 20 Le vecteur de tension T1 peut être considéré comme étant composé de deux autres vecteurs T3 et T4. De même, le vecteur de tension T2 peut être décomposé en deux éléments T5 et 1*6. On voit que las deux vecteurs T3 et T5 s'annulent et que le résultat de 25 l'addition des deux vecteurs T1 et T2 est équivalent aux vecteurs T4 et T6. Ainsi une force exercée à une tige de poussée au point 221 peut être décomposée en tensions le long de la lame. Sur toute une longueur d'onde de la lame, ces tensions s'annuleront. 30 Les seuls points de" la lame qui soient différents sont les extrémités de celle-ci. Cependant, si les extrémités sont reliées entre elles par un élément capable de supporter des tensions, toute la lame es-Ç alors en équilibre. 35 Les tiges de poussée sont plus lourdes que la lame et, pour une lame plate, la force nécessaire pour imprimer une accélération aux tiges de poussée est supérieure à celle fournie par la lame en 70 04222 li 2033309 décélération. Le problème est résolu en augmentant le moment de la lame, ce que l'on obtient en lui ajoutant des poids et en réduisant le poids du système de tiges de poussée le plus possible. La lame peut donc trans-5 fërer de l'énergie des tiges de poussée en décélération aux tiges de poussée en accélération. Una lame ainsi lestée peut donc accomplir les deux fonctions apparemment contradictoires susmentionnées. La lame peut être flexible, ce qui n'empêche 10 pas que les forces d'inertie engendrée par les poids en accélération et en décélération donnent naissance, dans la ceinture# à des tensions qui lui permettent de résister à des forces de pression, de la même manière qu'un ballon gonflé est capable de résister à des 15 forces de déformation lorsqu'il est sous tension, en raison de sa pression interne. Cette résistance empêche que la ceinture soit poussée vers un côté par le fluide du côté de la haute pression de la lame, dans le cas où cette dernière est utilisée 20 comme pompe. Pour résumer les exigences matérielles de la lame, pour compenser sa légère flexion cyclique, le matériau qui la constitue doit avoir: 1. Un faible diamètre de fibres ou être une lame 25 constituée de plusieurs couches de faible épaisseur. 2. De bonnes propriétés de résistance à la fatigue. 3. Pour les applications S. haute température, 30 de bonnes propriétés de fluage. 4. Un module d'élasticité de Young peu élevé. 5. Dans le cas des fibres ou des lames multi-couches, de bonnes propriétés d'auto-lubrifi-cation. 35 Pour compenser la tension nécessaire, le matériau doit avoir: 1. Pour les applications à haute température, de bonnes propriétés de fluage. u 0422k 2033309 2. Un module d'élasticité de Young élevé, pour un minimum d'allongement, et/ou 3. Une faible déformation dans la paroi afin d'assurer un minimum d'allongement. Si l'on utilise une ceinture épaisse, ayant un module d'élasticité peu élevé, il en résultera les difficultés suivantes• 1. Limitation des propriétés d'auto-lubrification. 2. Division de la charge entre les fibres sur la largeur, ce qui causera ultérieurement la rupture 3. l'extérieur d'un rayon et des tensions égales à zéro à l'intérieur du rayon. 3. Plus la ceinture est épaisse, plus la section totale d'un ventilateur est grande pour une section utile donnée. 4. Si l'épaisseur augmente, il devient difficile d'assurer une fixation adéquate des fibres dans la coucha moyenne de la ceinture. Il faut donc établir un compromis entre les besoins contradictoires du module de Young; le choix dépendra des caractéristiques de rendement et des conditions de fonctionnement d'une version donnée. L'une, des formes de 1'invention est illustrée sur les figures 11 et 12. Elle comprend quatre lames 95, 96-, 97 et 98, animées d'un mouvement alternatif engendré par les cinq excentriques 99, 100, 101, 102 et 103. En ce qui conerne las lames 95 et 96, elles sont disposées de part et d'autre d'une plaque centrale 104 et fixées â chaque extrémité entre des butées de caoutchouc 105, 106; 107, 108; 109, 110; et 111, 112. Les butées 106 et 111 définissent deux côtés d'une canalisation d'entrée ét les butées 108 et 109 deux côtés d'une canalisation de sortie. L'excentrique 99 se présente sous la forme d'une cercle intérieur 113 monté excentriquemant sur un arbre 114 et dont la rotation sur l'arbre est rendue impossible par 1'emploi d'une clavette 115. Autour du cercle intérieur 113 se trouve un cercle 70 04222 2033309 extérieur 116, fixé entre deux colliers 117 et 113. Le collier supérieur 118 comprend une emboîture hémisphérique 119, qui coopère avec une emboîture hémisphérique 120 pour bloquer une bille 121 et former un 5 joint universel. La bille 121 est reliée à une autre bille 122 par une tige de poussée 123, la bille 122 étant, elle aussi, emprisonnée dans une seconde paire d'eniboîtures hémisphériques 124 et 125 et formant un second joint universel. 10 Le second joint universel est relié à un pied de bielle 126 et le premier joint universel comprend un élément d'arrêt 127 de son palier, qui a pour but de contrebalancer le couple engendré lorsque l'excentrique est en marche. La partie droite de la figure 12 15 illustre la méthode selon laquelle les lames flexibles sont fixées à leurs supports. Partant du pied de bielle 126a, il y a une tige de poussée 128 qui supporte une barre de renforcement 129. La lame flexible 95 est rivetëe entre la barre de renforcement 129 et une 20 barre de serrage 130 d'un côté, tandis que la lame flexible 96 est rivetée entre une barre de serrage 131 et une barre de renforcement 132. Les lames flexibles sont rivetées en haut et en bas à un cadre d'embout 133. Les lamas flexibles 25 97 et 98 sont reliées à leurs barres de renforcement et de serrage respectives. On voit que la lame flexible est supportée par la barre de serrage de part et d'autre de la plaque 104. L'arbre 114 est monté dans des paliers 134 et 30 135 et pourvu de deux jeux de poids équilibrés 136 et 137, chacun d'eux comprenant une paire de curseurs 138, 139 et 140, 141 réglables séparément, que l'on peut déplacer angulairement pour équilibrer l'arbre 114. Les quatre lames flexibles sont pourvues d'une 35 série de poids 142, 143, 144 et 145, dont la fonction a été expliquée ci-dessus. L'appareillage est mis en marche par la rotation de l'arbre 114, qui à son tour entraîne les excentriques, 70 04222 .Au 2033309 ce qui détermine la mise en action des tiges de poussée, qui impriment tin mouvement alternatif aux pieds de bielles et aux lames flexibles. Les points 146 et 147, tels qu'on les voit sur la figure 11, se déplaceront 5 latéralement, le mouvement éteint repris par les joints universels 148, 149 et 150, 151. En référence à la figure 6, la lame flexible est protégée par une paire de coussins de caoutchouc 153 et 154 à l'endroit où elle est reliée à une tige 10 de poussée 155. Deux plaques 156 et 157 sont maintenues contre les coussins 153 et 154 par des anneaux de retenue 158 et 159. Les coussins sont fixés â la lame flexible et augmentent le rayon de courbure selon lequel la lame se plie, en réduisant ainsi la tendance 15 de la lame au flambage là où elle se joint à la tige de poussée, et en réduisant aussi par conséquent les tensions de pliage dans la lame. La figure 15 montre une forme de joint entre une lame flexible 224 et une plaque latérale 225. Le 20 joint 226 présente, en coupe, la forme générale d'un H dont les deux bras supérieurs, tels qu'on les voit sur la figure 15, sont écartés l'un de l'autre du fait de leur contact avec les plaques latérales. Dans certains cas, si l'étanchéité ne pose pas un trop 25 grave problème, on peut laisser un petit espace entre les plaques latérales et les bords des lames. La figure 7 illustre l'arrangement utilisé pour fixer des poids à la lame flexible 152. Ici encore, deux coussins annulaires 160 et 161 sont 30 fixés à la ceinturé» tandis que deux poids 162 et 163 sont fixés à la ceinture par un rivet 164. L'arrangement de la figure 5 présente cinq Ccinalisations 176 à 150 dont chacune comprend une ou plusieurs lames flexibles, et des moteurs 181 S 185 35 pour entraîner la lame ou les lames flexibles dans la canalisation. Pour commander l'ensemble, on arrête un ou plusieurs des moteurs et on place une soupape dans la canalisation pour empêcher le fluide qui a - 15 - 70 04222 a{ 2033309 été pompé de revenir en arrière au-delà de la lame fixe. Une forme de compresseur est celle illustrée schématiquemant sur les figures 8 et 8a. L'effet de 5 compression de cet ensemble est obtenu en obligeant le gaz à passer à vitesse constante dans une canalisation à section décroissante. Ce compresseur comprend une canalisation conique 186 qui comporte quatre lames flexibles 187, 188, 189 et 190. Les lames ont une 10 longueur égale à douze longueurs d'onde, mais sont coniques en hauteur en ce sens que la largeur de la lame va en diminuant. Cette conicité est bien illustrée sur la figure 3 et chacun des espaces délimités par les lignes, par exemple 191 et 192 sur 15 la figure 3, indique un échelon du compresseur. Comme on le voit, le neuvième échelon présente une canalisation intermédiaire d'évacuation 193. Chacune des canalisations de sortie, à savoir la canalisation intermédiaire 193 et la canalisation normale de sortie 20 194, est équipée de deux vannes à papillon 195, 196 et 197, 198, que l'on peut utiliser pour régler le débit à la sortie du compresseur. Dans l'arrangement illustré sur la figurç 8, les vannes de la canalisation intermédiaire sont fermées, tandis que celles de la 25 canalisation normale de sortie sont ouvertes, ce qui donne le maximum de compression. Une autre formes de compresseur est celle de la figure 9. L'effet de compression est. obtenu ici en obligeant le gaz à passer à vitesse réduite dans 30 une canalisation à section constante. Ce compresseur utilise la flexibilité de la lame flexible. Le compresseur comprend une canalisation d'écoulement de fluide 199, dans laquelle une lame flexible 200 est entraînée par une série de tiges de poussée 201, 35 animées d'un mouvement alternatif engendré par les excentriques 202 sur l'arbre 203. L'arbre est représenté monté dans des paliers 204 et 205 aux deux extrémités. On distingue cinq chambres 206, 207, 208, - 16 - /0 04222 2033309 209 et 210. Les deux chambres extrêmes 206 et 210 sont représentées ouvertes vers l'entrée et la sortie respectivement. On peut voir que ces chambres deviennent progressivement plus petites de l'entrée 5 vers la sortie. La forme et la dimension des chambres changent d'une manière continue -orsque l'arbre est mis en rotation, et ces chambres semblent se déplacer vers la sortie et diminuer de dimension. Cela est rendu possible par le fait que l'une de leurs parois est 10 constituée par la lame flexible, qui peut adopter n'importe quel angle et former une onde ayant différentes longueurs d'onde sur sa longueur. La figure 9 montre une lame flexible dont la partie fonctionnelle a une longueur égale S deux 15 longueurs d'onde, mais l'invention peut être utilisée par des lames dont la longueur ne correspond pas nécessairement à un multiple de longueur d'onde. La figure 10 montre deux arrangements utilisant des lames flexibles d'une longueur d'onde chacune. L'arrange-20 ment du haut montre un flux d'impulsion avec une seule lame flexible 211, montée en chacune des extrémités, au point moyen d'une canalisation 212. L'arrangemsnt du bas est différent de celui des autres ensenfoles décrits précédemment donnant un débit 25 régulier; au lieu de comporter deux parois rigides et une seule lame flexible entre ces parois il utilise deux lames flexibles 213 et 214 séparées par une plaque 215. La longueur minimale de la plaque est égale à une longueur d'onde de l'onde progressive, 30 ce qui revient S dire qu'au moins un point de la lame flexible est toujours en contact avec la plaque et qu'il n'y a aucun retour anormal du fluide de pompage. One autre version de l'invention est celle illustrée sur les figures 16 S 27. Sur la figuré 16, 35 on voit deux lames flexibles 200A S 200H. Les quatre lames 200A, C, E et G sont reliées afin de vibrer à l'unisson, de même que les quatre lames 200B, D, F et H. Les lamss sont montées dans uns canalisation - 17 - 70 04222 |> 2033309 201 définie par les parois 202, 203, 204 et 205. Les brides 206 et 207 sont fixées aux extrémités de la canalisation en vue de faciliter sa mise en place dans le système de canalisation du fluide. Cinq paires 5 de tiges de poussées 208, 209, 210 et 211 sont reliées aux laines 200A, C, E et G. Les deux tiges extrêmes 211 sont actionnées ensemble et désignées par le même numéro de référence. De même, cinq paires de tiges de poussée-212, 213, 214 et 215 sont reliées aux lames 10 200B, D, F et H. Les tiges de poussée de chacune de ces paires sont reliées à des pieds de bielles 216, 217, 218, 219, 220, 221, 222, 223, 224 et 225. Les pieds de bielles sont reliés par des éléments appropriés à un arbre à excentrique 226. Six excen-15 triques 227, 228, 229, 230, 231 et 232 sont reliés d'une part à l'arbre et d'autre part à six arbres 227A ... 232A au moyen des paliers 227B ... 232B. On peut voir que les deux paliers 228 et 231 sont plus grands que les quatre autres. Cela tient 20 au fait qu'il faut quatre mouvements au total, dont deux sont fournis par les grands paliers, tandis que les deux aiitres mouvements sont fournis chacun par deux autres paliers. En conséquence, les paliers 227 et 229 agissent ensemble, de même que les paliers 25 230 et 232. En alignant les paliers de la manière très clairement illustrée sur la figure 20, les paliers 227 et 229 équilibrent le palier 228 et les paliers 230 et 232 équilibrent le palier 231. Deux arbres transversaux 223B et 218B sont 30 reliés à l'arbre 227A. Les arbres restants sont reliés de la manière suivante (dans le souci d'être complet, le premier arbre a été repris); Arbre Arbres transversaux reliés 227A 223B 218B 35 228A 2223 219B 229A 223B 218B 230A 217B 220B 225B 231A' 224B 216B 232A 225B 220B 217B - 13 - 70 04222 2033309 Chacun des arbres transversaux est supporté en ses deux extrémités par des paliers. Un seul groupe de ces paliers, 219C et 219D, est représenté, pour des raisons de clarté, mais il est évident que chacun 5 des arbres transversaux est supporté de la même manière. Chacun des arbres transversaux forme une barre 3. pivot destinée à recevoir un levier coudé, l'un de3 bras du levier 216A ... 225A étant relié par une manille d'assemblage 2165 ... 225E aux pieds 10 de bielles 216 ... 225, et l'autre bras du levier 216F ... 225F aux arbres 227A ... 232A. Les arbres et les excentriques sont logés entre les parois 240, lesquelles sont reliées Si la canalisation principale 201 par une rondelle en feutre anti-15 vibrations 241, montée entre le fond de la canalisation 202 et une bride 242 entourant les parois 240. La lame flexible est représentée plus en détail sur les figures 23, 24, 2.5, 26 et 27. Ainsi qu'il ressort clairement de la figure 23, la lame flexible 20 250 est presque entièrement recouverte d'une série ~ de lamelles 251. Chacune de ces lamelles est en deux éléments 251A et 251B, toutes deux étant métalliques et creuses, et rivetées ensemble à la lame flexible. Les bords de ces pièces sont recoupés, ainsi qu'en 25 252, afin d'empêcher qu'elles ne se détériorent les unes les autres lors de la flexion de la lame. La barre de rigidité 253 utilisée tous les quarts de longueur d'onde diffère des lamelles 251. Afin d'éliminer la nécessité de paliers en ces points, elle n'est pas rotative, et 30 c'est pourquoi ellô a une forme qui empêche une flexion excessive des fibres dans la lame, la barre comprenant deux canaux en forme d'auge 254 et 255 entre lesquels deux couches d'étoupe 256 et 257 sont pressées. Là où les tiges de poussée sont fixées à la lame, la barre 35 est renforcée par une paire de plaques 25S, 259 et 260, 261, rivetées sur elle. Les tiges de poussée 208 traversent les perforations 262 prévues dans la barre 253. La ceinture est reliée aux tiges de poussée - 19 - 70 04222 2033309 extrêmes 215 en passant autour d'une tige 263, fixée dans un trou 264, ménagé dans un bloc d'embout 265. ta tension sur la lame a pour effet de tirer la tige contre les parois intérieures 266 du bloc et de la 5 coincer dans celui-ci à la manière d'un serre-câble. Pour transférer les tensions de la laine flexible au bâti, on utilise une attache, comme le montre bien la figure 26. Un bloc d'ancrage 267 est fixé au bâti de la manière convenable et maintient une extrémité 10 de l'attache flexible 268. L'autre extrémité de l'attache est fixée au bloc d'ancrage. Comme on le voit sur le dessin, 1'attache est constituée de plusieurs couches du matériau constitutif de la ceinture» enroulées autour d'extrémités profilées 269 et 15 270, lesquelles sont emprisonnées dans les blocs où elles sont coincées comme dans un serre-cSble. L'ouverture 271 du bloc 265 et l'ouverture 272 du bloc 267 sont profilées de façon â maintenir un grand rayon de courbure de l'attache au point de contact 20 avec les blocs. La partie terminale des côtés des lames, sur le côté de la canalisation, est illustrée très clairement sur les figures 17 et 18. Les lames 200A ... 200H sont emprisonnées sur toute leur longueur entre des 25 prismes triangulaires tronqués 275, et elles peuvent se déplacer entre les faces inclinées des deux prismes adjacents. Par exemple, la lame 200G peut se déplacer entre les faces 276 et 277. Les lames sont ainsi maintenues sur toute leur longueur et peuvent former 30 un joint au niveau de leurs bords lorsque deux lames se trouvent côte à côte en n'importe quel point, comme dans le cas, par exemple, des lamas 200E et 200F. La figure 17 montre une forme de commande du ventilateur. Entre les parois latérales 204 et 205 35 de la canalisation et les rangées de prismes tronqués 275 se trouvent deux canaux 280 et 281, qui vont de la sortie 282 à l'entrée 283 donnant accès au ventilateur. Ces canaux sont pourvus en chacune de leurs extrémités — 20 — u 04222 2033309 d'une soupape 284, qu'il est possible d'amener d'une position de fermeture, illustrée sur le dessin, à une position d'ouverture par rotation du volant 285. Le volant fait tourner une broc&e filetée 286 qui, à son tour, met en mouvement des bossages 287, lesquels tirent les bras mobiles 288 vers l'intérieur et font ainsi pivoter les plaques 284, en déterminant leur ouverture, autour des points de pivot 289. Un déflecteur 290 est prévu à une extrémité de chacun des canaux et un déflecteur 291 à l'autre extrémité de ces canaux. Des éléments profilés 292, 293, 294 et 295 sont prévus pour faciliter le passage du fluide dans la canalisation. Si l'on utilise le ventilateur avec les soupapes dans la position illustrée sur la figure 17, les canaux 280 et 281 sont inopérants? cependant, si l'on ouvre progressivement ces soupapes, le fluide reflue dans les canaux et revient dans la canalisation d'où il est envoyé directement au ventilateur sous pression. Le fluide entraîne le ventilateur, de sorte qu'une très faible quantité de travail effectif est perdue par le système de remise en circulation. Les matériaux constitutifs du système dépendraient de la fonction de ce dernier: par exemple, le ponçage d'air froid ne poserait pas de très graves problèmes, en ce qui concerne l'usure de la ceinture, de sorte qu'une simple ceinture en térylène, dont la fabrication est senblable à celle d'une ceinture transporteuse, suffirait. A haute température, il.faudrait prévoir une ceintura en fibre de verre imprégnée de caoutchouc aux silicones. Pareille ceinture devrait permettre d'utiliser l'appareillage jusqu'à une température de 230°C. Pour des températures encore plus élevées, il faudrait utiliser des fibres au carbone. Les propriétés d'auto-lubrification des fibres devraient permettre d'utiliser un tissage serré, présentant une bonne résistance aux fuites de gaz au travers de la lame, afin d'éviter d'avoir S résoudre le problème d'un 70 04222 a, 2033309 élément d*étanché1fication flexible, capable de résister à des hautes températures. Les autres pièces seraient en un matériau rigide, c'est-à-dire en un métal ou en un plastique renforcé, présentant une rigidité satis-5 faisante et une bonne résistance à la corrosion, appropriées aux conditions d'utilisation. - 22 - 70 04222 2033309 10 15 20 25 30 35 L'analyse théorique suivante de la fonction et de la construction de l'appareillage est réputée intégralement correcte et jugée utile à la compréhension du rôle exact que jouent les éléments constitutifs de la ceinture. La nomenclature suivante est utilisée dans l'analyse: Symbole Définition .Unités A B CL CRB CRD D E F G L m N *P A PRB iPRD Amplitude de l'onde d'impulsion Profondeur du canal de re-circulation Coefficient de perte de pression du courant de fuite Coefficient de perte de pression du courant de re-circulation dans le canal Coefficient de perte de pression du courant de re-circulation dans la tuy&re de diffusion Tolérance du gicleur Largeur du canal de re-circulation Force des cadres de poussée Consommation de puissance pied oied g Constante de gravitation Longueur de l'onde d'impulsion Indice représentant tin maximum Fréquence Augmentation de pression du ventilateur Perte de pression dans le canal de re-circulation Perte de pression dans la tuyère de diffusion pied pied livre pied livre/seconde pied carré/seconde pied Hz livre/pied carré livre/pied carré livre/pied carré - 23 - 70 04222 2033309 10 15 20 25 30 35 Q Débit volumëtrique du ventilateur qR Courant de re-circulation du ventilateur qL Courant de fuite du ventilateur R S T t U V VLt VRB VRD W w y z «a rw Force de tension de la ceinture Nombre d'impulseurs par ventilateur ou module Temps Tolérance de la ceinture Poids de la masse propre de la ceinture Vitesse de l'onde d'impulsion Vitesse dur courant de fuite pour une ouverture minimale Vitesse du courant de re-circu- lation dans le canal Vitesse du courant de re-circu- lation à la sortie du gicleur Largeur de 1'irapulseur Poids de la ceinture plus les poids par unité de surface Coordonnées définissant la forme de 1* impulseur Rapport non dimensionnel défini par l'équation (31) Densité de l'air 3. la pression moyenne du ventilateur Densité de l'eau Rendement total du ventilateur piad cube/seconde pied cube/seconde pied cube/seconde livre secondes pied livre pied/seconde pied/seconde pied/seconde pied/seconde pied livre/pied carré pied livre/pied cube livre/pied cube - 24 - 70 04222 2033309 na Rendement aérodynamique du. ventilateur rjm Rendement mécanique du ventilateur - Exposant utilisé lorsqu'une quan-5 tité est présentée en d'autres unités - }*■ Viscosité de l'air à la température et à la pression moyennes du ventilateur livre/pied 10 , seconde Courant principal avec fuite» La vitesse d'avance de l'onde progressive est donnée par l'équation suivante: V « L.N. (1) Lorsque le ventilateur n'est soumis à aucune 15 différence ds pression, il n'y a pas de fuite de retour et l'air est propulsé vers l'avant à la vitesse de l'onde progressive. Il y aura aussi un certain courant d'écoulement vers l'avant dans l'ouverture de fuite. * Qm « LN x 2 (A + 4?) W.S. (2) * • 4 20 Lorsqu'une différence de pression est créée dans le ventilateur, un courant de fuite se superpose au courant d'écoulement vers l'avant et cette fuite n'est limitée que par la résistance du canal d'écoulement formé par les lames* La résistance du canal sera la 25 somme des pertes par contraction, des pertes par dilatation et des pertes par frottement, qui différent selon le régime d'écoulement. On peut raisonnablement évaluer la perte totale en fonction de la vitesse d'attaque du courant de fuite au niveau de la section 30 minimale. g c'est-à-dire: *P » ^ Pa VLt (3) 5g h? 2g VLt =* CL pk (4) - 25 70 04222 2033309 qL » VLt x 2t x W x S çrL *= 2t et CL = îatWtsA 2 (6) pa j qL J On peut s'attendre que le coefficient de perte 5 CL est une fonction du nombre de Reynolds du courant de fuite dans l'ouverture. Re = ?a ^ 511 (7) Pour une fente étroite très large, on a: dh = 4 %xXt » 2t (8) 10 où x désigne la largeur de la fente _ ca ctL 2t . . Re = 2t W.S. fi Les données expérimentales CL peuvent donc être obtenues 5. partir de l'équation (6) et représen-15 têes graphiquement en fonction du noiribre de Reynolds de 1'équation (9). Calcul de l'équation d'écoulement total applicable à un ventilateur; O = Qm - qL (10) 20 * Q ■ LN 2 (A + t) W.S. - 2t W.S. Av j*f • • tç y yci ou q « W.S. lui (A + h - t v/3jCSj Un cas particulier qu'il est intéressant d'évaluer est l'augmentation maximale de pression pour un écoulement zéro. 25 En d'autres termes, sPm lorsque 0=0 cl «a l2n2 (a + i' 2 . . ûPm = CL^a - -2—2 (12) - 26 - 70 04222 ^ 2033309 Notes s i) En utilisant l'équation (11), si le rapport entre CL et Re et si les dimensions voulues du ventilateur sont connues, la relation 5 caractéristique entre Q et P peut être calculée. Les résultats expérimentaux peuvent être représentés graphiquement comme coefficient de perte en fonction du nombre de Reynolds. ii) Les lois de représentation graphique k l'échelle 10 sont très précises et on ne saurait mieux faire pour les apprécier que d'examiner les équations (2) et (12). Si l'ouverture de fuite est petite par rapport 8 l'amplitude de l'onde, le courant maximal augmente directement en fonction 15 de l'augmentation du volume et de la vitesse du ventilateur. L'élévation maximale de pression augmente directement en fonction du coefficient de perte de pression, du carré de la vitesse, de 1'anplitude et de la longueur, et inversement 20 en fonction du carré de l'ouverture de fuite. Courant principal avec fuite et re-circulationt Le courant qui reflue par-dessus la lame représente une perte sèche d'énergie, et toute méthode de commande de l'écoulement d'un fluide qui ne peut 25 empêcher ce reflux est nécessairement peu efficace. Pareilles méthodes comprennent la commande par soupape et la variation de l'amplitude pour augmenter l'ouverture de fuite. Une méthode satisfaisante consiste à faire 30 varier la vitesse"du ventilateur, et il en est de même pour la méthode par variation de l'amplitude, à condition de disposer des moyens permettant d'assurer que l'ouverture de fuite reste constante. Cependant, l'une et l'autre seraient relativement coûteuses, et 35 une manière économique de parvenir 21 cette fin consiste à remettre en circulation l'air indésirable, à l'extérieur du courant principal, et de le ramener dans le courant par 1'intermédiaire d'un gicleur Si ouverture - 27 - 70 04222 2033309 variable débouchant dans le sens du courant. L'énergie de la pression d'amont est alors convertie en une énergie de vitesse au niveau du gicleur, et lorsque le jet d'air est contraint 'de se diffuser sous l'effet de 5 la résistance des iiapulseurs, il agit effectivement sur le système. Les seules pertes du courant de re-circu-lation sont dues S des frottements et constituent les pertes par résistance d 1'avancement dans la canalisation et dans le gicleur et les pertes associées au 10 processus de diffusion, h condition d*apporter l'attention nécessaire aux détails, on peut s'attendre que ces pertes seront très faibles. Les pertes seront exprimées sous forme de deux cxaqposantes, l'une étant associée à la canalisation, qui 15 sera une fonction de la vitesse d'attaque dans la canalisation, et l'autre associée au débit du gicleur, gui sera une fonction de la vitesse d'attaque au niveau du gicleur. 20 4 PRB a &PRD « (13) (14) En appliquant l'équation de Bernoulli au courant de re-circulation au point d'entrée et au point de sortie du gicleur aV2 ftP - IPRB» fa RD 5g 25 -2£_ + CRB ?a VRB 3 5g— (15) Par continuité: qR » VRB X B X E = VRD X D x E qR fi . (16) (17) - 28 - 70 04222 . 2033309 r j • i ' . . qR-E!i2-|S , 1 , Ctt (18) *- Pa (DÎ + ^ Avec re-circulation ï 0 - Q» - qL - qfc (19) r- % .*. Q = 2LN W.S» (A + |) - 2 t W.S. |(** jg)| - E.S. 5 Ï 4pa2 L r %5 + 15"^ Notess i) On verra que lorsque D est égal à zéro le dernier terme de l'équation (20) disparaît et que 1"équation revient ft l'équation (11), comme on 10 s'y attendait. ii) Pour différentes valeurs de D on obtient toute une famille de caractéristiques différentes du ventilateur. On obtient donc la commande de 11 écoulement en faisant varier D, ce qui donne 15 une caractéristique différente du ventilateur en traversant la ligne de résistance du système sous des conditions d'écoulement différentes. Rendement: 20 Le rendement aérodynamique du système est défini par l'équation:- ^2i) Travail utile sur le gaz rça i ; Travail utile Pertes d'énergie sur le gas + aérodynamique 25 Le rendement total du ventilateur peut être déterminé en multipliant par le rendement mécanique. « îja . 17» (22) Les pertes d'énergie aérodynamiques sont de trois types, à savoir: 30 i) La perte résultant du courant de fuite, qui se produit pendant l'élévation de la pression totale du ventilateur. ii) La perte résultant du courant de re-circulation qui se produit en traversant une différence de 29 - 70 04222 ^ 2033309 pression égale aux pertes dans le circuit de re-circulation. iii) La perte résultant du passage du courant total 5. travers une différence de pression égale aux 5 pertes par frottement dans les lames. Travail utile sur le gaz = 0x,P (23) Perte par fuites = qL x $P (24) Perte par ré-circulation = qR x (25) Perte par frottement » Qm x ^Pf (26) • OaP 10 . . » (q + qDjjP + qR(PRB + jPRD) + QmjPf *27* Notes: i) L'équation (27) pourrait être décomposé davantage, mais elle devient encombrante, et il est préférable d'évaluer les composants 15 de l'équation tels qu'ils sont. ii) Les pertes de pression par frottement peuvent être déterminées en utilisant l'équation des pertes dans des canalisations, en recourant & un diamStre hydraulique équivalent pour les 20 lames. iii) A partir de l'équation (27), il est clair que si l'on néglige les pertes par frottement, et si l'on fait en sorte que le courant de re-circulation soit égal à 2éro, le rendement est 25 égal au rapport du courant principal divisé par le courant principal plus les fuites. Plus les fuites sont réduites, plus le rendement est grand. Consommation de puissance et taux de.travailr 30 Le travail de l'impulseur sur le gaz est effectué à un régime constant. Cette énergie provient de l'énergie cinétique des poids de l'impulseur et la perte d'énergie qui en résulte est compensée par l'action des cadres de poussée sur les poids. La lame peut donc être considérée 35 comme un réservoir d'énergie alimenté en énergie par - 30 - 70 04222 * 2033309 les cadres de poussée et dont l'énergie est extraite par le gaz. Cette notion peut être utilisée en vue d'établir un critère pour la masse de la ceinture, en ce sens 5 que si le rapport de l'énergie extraite par le gaz â l'énergie présente dans l'impulseur est faible, les déformations de la lame seront réduites à un minimum. On détermine la valeur pour laquelle le rapport. devient critique par des essais pratiqués pour dif-10 férents rapports d'énergie. Il est également probable que si l'énergie de l'impulseur décroît, l'impulseur aura tendance â accroître sa demande d'énergie aux tiges de poussée. Ainsi l'énergie fournie par les tiges de poussée aura 15 tendance à être constante avec le temps. Cela étant posé, il est possible de déterminer la force qui dans chaque cadre est due aux .besoins en énergie du gaz. Les équations relatives à la lame, si l'on admet une forme sinusoïdale, sont les suivantes: 20 y » A cos (21 HT + 2fl £) (28) y « -A 2irN sin X2wNT + 2* 2) (29) $ « -A 4«2N2 cos (2tï NT + 2*~) (30) Force sur l'élément dx = w.W.dx i - 9 Taux d'énergie fournie = w.W.dx 5 f 25 S l'élément dx . . Taux total d'énergie fournie à la lame à un moment donné: L rw.W _2 _ 3 „3 . 2*x 2nx = J A 8 n N sin v cos _ ax. 0 g L L Ce taux d'énergie est égal S zéro, éteint donné 30 qu'une moitié de la lame fournit un travail égal à celui demandé par l'autre iaoitié. Le taux de transfert d'énergie interne sera donc donné par: , L ,w.W.A2 81T3 N3 sin 2itx v, " - 1 sî 2 4 ~g~ ~L~ ' o 91 31 - 70 04222 2033309 - 2 ~f"A* 2sir3R3 ^1 *é » 4 **w W.A. VL . 9 Le taux du transfert d'énergi» au gaz est donné par: QB * jP » LN 2&W ÔP * * fcatfx du transfert d'énergie interne de' la lame taux du transfert d*énergie au ga2 4*2w WA2 N3 L g L N 2AW ÔP 2 *2 wA H2 (31) ~ ? J Cotte expression est le paramètre permettant 10 d1 apprécier la stabilité de la lasse, et l'expérience permettra de déterminer la valeur minimale de Z utilisable en pratique. Plus la valeur de Z est élevéer plus la stabilité sera grande. On notera que la stabilité peut être améliorée en augmentant la valeur 15 de w, A et ï! et réduite en augmentant l'élévation da pression du gaz. On déterminera maintenant pour le système des cinq cadres de poussée comment l'énergie est com-anxniquée S 1* impulseur et quelles forces sont impli-20 quéôs. On supposera que pour une valeur élôvée de Z l'apport d'énergie est constant et égal S l'énergie fournie au gaz. L'énergie sera aussi réputée être également fournie par quatre cadres de poussée, séparés d'un quart 25 de longueur d'onde. Les deux cadres extrêmes accompliront chacun la moitié du travail des cadres du centra. On montrera qu'une force variant selon une sinusoïdale déphasée de 90° par rapport au mouvement satisfait 8. toutes les conditions. 30 F = Fm sin (2jf NT + 2*2) (32) Taux de travail » F y = -Fm.A 201 sin2(2ffNT + - 32 - /Û 04222 11 2033309 Cette équation s'appliquait pour des cadres de poussée pour x»o» §«•!»!£ * - . . Taux total de travails r .2, Fm & 2rf N sin (2jtNT) + sin (2ïïNT + + sin2(2^NT +w) + sin2(27ïNT + |S) G ■ 4» Rn A 11 .(33) Il s * agit ici de l'énergie par lame, et on peut 1*utiliser pour déterminer la force de travail en un point quelconque du système, compte tenu du nombre de 10 lames montées en série au-delà de ce point. On notera que cette équation démontre que les besoins en énergie sont constants avec le temps. Pour un cadre de poussée on as «-*«**» Piat>nàTe 15 Forme de la lame et forces de tension: Jusqu'à présent on a admis que la forme de la lame était une onde sinusoïdale. On sait que les coordonnées de la lame déterminées par les cadres de poussée sont sur une courbe sinusoïdale, car ceci peut 20 être obtenu par un grand rapport de la longueur des tiges de poussée au rayon du vilebrequin. Cependant, il semble que théoriquement la ceinture entre ces positions fixes ne se situe pas sur une courbe sinusoïdale continue. Dans la pratique, pour le rapport 25 de la longueur à 1 * amplitude que concerne maintenant l'invention, on démontrera que le fait d'admettre une courbe sinusoïdale représente une bonne approximation. Les expressions.des tensions qui se développent dans la lame seront aussi calculées. 30 Une portion de la ceinture égale à un quart de longueur d'onde à un moment donné et ayant un rapport de la longueur d'onde à l'amplitude, de 24:1 approximativement, va maintenant Stre étudié. - 33 - 70 04222 te 2033309 Sn admettant que les poids rassemblas des impulseurs se situent 3ur une courbe sinusoïdale, leurs coordonnées sont celles de la figure 28. Pour un poids identique D en chaque point de la 5 lame, et si l'on néglige le poids de la lame elle-même, on a: F = O ^ livres ÇF soit à partir des écruations (28) et (30) „ „ 4tt2N2 F » tJ X — y 9 2 2 10 ou F = ky où k =■ ** (35) g . . FI a 0,5 x k F2 = 0,433 x k F3 - 0,25 x k Si l'on résout l'équation pour Fl, on a: 15 2.RI x °'°67 « 0,5K PI ss ^^ = 3 73k R1 2 X 0,067 J'/JK Si l'on résout l'équation pour F2, on a: Verticalement R2 x 0,183 - RI x 0,067 » F2 ~ 0,433k _ (0,433 + 3,73 x 0,067) k 0'183 20 R2aSffl^ 58 3'73k Vérification horizontalement R2 x 0,983 y* .RI' x 0,998 Si l'on résout l'équation pour P3, on a; Verticalement R3 x 0,25 ~ R2 x 0,183 = F3 = 0,25k (0,25 + 3,73 x 0,183) k " —^ fr& 25 = k ■ 3»73k Horizontalement R3 x 0,968 ^ R2 x 0,933 - 34 - 70 04222 ^ 2033309 Ces résultats montrent qu'une courbe sinusoïdale n:est pas la forme réelle de la ceinture vibrante. Cependant, les équilibres dans les forces horizontales présentent, au plus, une erreur de 2%, de sorte que 5 nous pouvons affirmer qu'en pratique l'onde sinusoïdale est une bonne approximation de la courbe réelle. Dans ce cas la tension de la ceinture est constante et elle est donnée par: ~2 R » 3,73k x -jjïj s 3,73. (36) 10 Considérant la lame, dans le cas d'une lame renforcée en fibre de verre: Les fibres de la lame doivent transmettre des forces de traction d'une extrémité à l'autre et elles doivent aussi être capables de résister aux efforts 15 de pliage résultant de la flexion. Lorsqu'on utilise de la fibre de verre, on emploi les données suivantes, comme base du projet: Diamètre des fibres d * 0;0005" Module de Young E* = 11 x 106 livres/pouce carré 20 Résistance h la traction de fibres récemment étirées = 500.000 livres/pouce carré Il ne semble pas qu'il existe de données sûres en matière dé résistance S la fatigue des fibres de verres 25 simples. Comme exemple, on élaborera un projet sur une base de prudence? Supposons alors un effort de pliage admissible, f * 5.000 livres/pouce carré. L'effort de pliage d'une fibre enroulée autour 30 d'une section sourbe de rayon r, sera: _ E'd f * r"T _ _ E'd • * r - T1 . 11 x 106 x 0.0005 _ 5.066 x 2 * °'55 * - 35 - 70 04222 * 2033309 Sn conséquence, S condition que les surfaces desquelles se déroule le matériau constitutif de la laine aient un rayon de 0,55 pouce au moins, il ne devrait y avoir aucun problème de fatigue. 5 La raison d'être de la barre de rigidité est de transmettre le gaz et les forces de décélération sur toute la largeur de la lame. Le nombre de tiges de commande peut varier de un à l'infini. Dans le cas de deux tiges de commande, on peut choisir de les disposer 10 aux extrémités ou au centre de la barre de rigidité. Si on les place aux extrémités, on évite toute pénétration au travers des impulseurs en même temps que toute obstruction dans l'écoulement d'air, mais les moments de pliage sont plus grands et le poids des 15 constituants prend, pour une portés raisonnable, une valeur élevée. Si les tiges cîe commande sont placées dans les limites de la portée des barres de rigidité, il existe une position qui donne le moment de pliage minimal et garantit qu'aucune force de pliage n'est 20 transmise aux tiges de commande. Cette situation peut être représentée de la manière suivante: Au point d'appuiï Moment de pliage _Fxl 1 _ f x l2 attache/extrémité libre * W x "5 " 5vr 25 Moment de pliage (w - 21)2 attache/attaches ~ F x W ï? La situation est correcte si ces moments de pliage sont rendus égaux: "î . r tw-2»2 IzT wT5 W2 - 212 - 4wl = 0 (W>2 _ 4(W)_ 2 _ 0 1 * 1 £ U W _ 4+ V 4 -t- 4.2 Œ , .5 1 2 . 1 = 0,224 W (39) - 36 - 70 04222 2033309 « - 21 - 0,552 * (40) B M - F °'2l^2 B M » 0,0252 FmW (41) On a montré ci-dessus qu'une forme d'onde 5 sinusoïdale de la ceinture satisfait aux besoins des forces variables de la masse propre de la lame et que ce processus se développe selon une valeur pratiquement constante des forces de tension. Cette situation ne sera maintenue que si toutes les masses 10 sont identiques. En d'autres termes, si l'on veut que les forces d'inertie des tiges de commande soient . équilibrées par la tension de la lame, il faut que la masse de chaque barre de rigidité libre soit augmentée de façon â égaler la somme de la masse des barres de 15 rigidité commandées et de la masse des tiges de poussée attachées. Les conditions existantes aux extrémités de la lame sont particulières. Lorsque les barres de rigidité extrêmes sont dans la position moyenne, la force 20 d'inertie qui s'exerce sur la barre de rigidité est égale & zéro et la composante verticale de la tension de la lame doit être équilibrée par une force s'exerçant dans les tiges de commande. La force exercée dans les tiges en une extrémité de la lame est égale et contraire 25 â la force exercée â. l'autre extrémité de la lame, de sorte que le résultat net est un équilibre des forces d'inertie au niveau de la timonerie. Les réactions horizontales sont -égales et contraires, de sorte que, étant interconnectées, elles s'annulent. Les réactions 30 verticales sont égales et contraires et engendrent un couple qui peut être équilibré par un couple égal et contraire engendré par une lame de contre-flexion. Lorsque les barres de rigidité extrêmes se trouvent au maximum de leur course, elles développent 35 une force d'inertie qui n'est que partiellement compensée par la composante verticale de la tension de la - 3? - 70 04222 2033309 lame. Cependant, il est possible de prévoir 1*angle de 1*élément de retenue de manière à assurer que les composantes horizontales des forces de tension des éléments de retenue et de la lame s'annulent et que la somme de 5 leurs composantes verticales équilibre la force d'inertie des barres de rigidité. Ainsi les forces subies par les tiges de commande sont réduites au minimum. En ce qui concerne les timoneries, elles doivent transmettre quatre mouvements, lesquels peuvent être 10 convenablement engendrés par quatre manivelles à angle droit. Cependant, avec un pareil système de manivelles, bien que les forces s'équilibrent, il subsiste un couple primaire résiduel dont la dimension dépend de l'arrangement en cause. Pour éliminer ce couple, l'arrangement 1S illustré sur la figure 20 a été adopté. Les manivelles sont divisées en deux groupes dont chacun consiste en deux manivelles séparées par un angle de phase de 180°. L'une des deux manivelles est divisée en deux et montée de chaque côté de l'autre. Ainsi on obtient un 20 . équilibre parfait du couple au niveau de l'arbre-manivelle, de même qu'un équilibre parfait des réactions horizontales au niveau des leviers coudés. Les réactions verticales au niveau des leviers coudés s'annulent, mais il faut veiller à assurer un schéma de couples 25 symétrique, afin qu'il ne reste aucun couple. Bien qu'en principe toutes les forces et tous les couples primaires puissent être équilibrés, certains déséquilibres secondaires subsisteront, mais ils ont une fréquence supérieure à celle des déséquilibres 30 primaires, et dans les petits appareillages ile peuvent être traités par des techniques anti-vibrations. On remarquera que bien que la description concerne une pompe, le même appareillage fonctionnerait comme moteur si on lui injectait un fluide, le raouve-35 ment du fluide au-delà de la lame flexible pousserait les tiges de poussée vers le bas, faisant tourner l'arbre d'entraînement de l'excentrique et maintenant le mouvement de la lame en phase, de telle sorte qu'il engendre une onde progressive. Lorsque cette onde - 38 - 70 04222 2033309 progressive a été engendrée, elle est maintenue par le passage du fluide dans la canalisation d'écoulement et elle fait fonctionner l'annareiliage comme un moteur. L'utilisation du ventilateur de la manière 5 décrite ci-dessus, avec référence aux figures 16 à 27 comme compresseur, iimlique le passage du fluide vers une région de haute pression. Bien que le ventilateur soit capable de réaliser cette opération, si la pression de retour est très élevée, elle pourrait engendrer une 10 onde de choc traversant brusquement le fluide expulsé, étant donné qu'elle est prévue pour une pression plus élevée. Pareil arrangement est inopérant, et ce qu'il faut, c'est une méthode permettant de comprimer le gaz. lorsqu'il passe dans 1*impulseur, ce qui peut être 15 réalisé par la réduction de la longueur d'onde de la lams vers la sortis, la réduction de 1'amplitude de l'onde ou la réduction de la largeur de la lame. Dans le cas où un gaz comprimé devrait être dirigé vers l'entrée d'un compresseur du type qui vient 20 d'Stre mentionné, il se dilaterait et, ce faisant, engendrerait des différences de pression qui pourraient avoir un effet sur les lamas. En d'autres termes, il fonctionnerait comme une turbine. La turbine aurait exactement la même forme que le com-25 presseur, mais présenterait des différences dans sa construction en raison des températures plus élevées régnant dans une turbine. Il est possible de former les lames de telle manière qu'elles résistent 5. de hautes températures, sans avoir besoin de refroidisse-30 ment, en les fabriquant à partir de fibres d'oxyde ou de fibres de carbone, si l'on obtient un milieu non oxydant. Ce dernier cas pourrait être celui d'une turbine â gaz, au prix d'une certaine réduction dans le rendement de la turbine, si la combustion est prévue 35 avec un faible manque d'oxygène et si un espace suffisant est prévu pour tm mélange complet. Le réglage de la température serait possible en remettant le gaz utilisé en circulation. La turbine et - 39 - 70 04222 % 2033309 le compresseur pourraient Stre directement couplés, et le seul arbre d'entraînement nécessaire serait le dernier arbre du côté de sa sortie vers l'alternateur. Même cet arbre ne serait pas indispensable, s'il était 5 possible de réaliser un alternateur linéaire spécial, adapté S l'effet linéaire. Il est également possible d'utiliser le ventilateur comme une pompe pour liquides incompressibles. Cependant, en raison de la dimension de la plupart des 10 petites pompes, les avantages du présent ventilateur ne seraient que peu apparents, et son principal emploi consisterait S traiter de grands volumes de boues et de semi-fluides. One autre utilisation du ventilateur concerne 15 les aéronefs S décollage et à atterrissage vertical (ADA.V). Eu égard à ses rapports puissance/volume et puissance/poids élevés, le ventilateur pourrait être très utile dans de telles applications. Bien que l'on ait décrit des excentriques 20 mécaniques, on notera que d'autres formes d'excentriques sont utilisables, et notamment qu'un système hydraulique d'accouplement pourrait être utilisé, fonctionnant selon le principe d'une pompe à plateau oscillant. On pourrait aussi envisager un système 25 électrique, dans lequel les tiges de poussée seraient actionnées par des solénoïdes. - 40 - /G 04222 2033309 1. On appareillage comprenant au moins une canalisation d'écoulement de fluide, dont un côté au moins de la canalisation ou de chacune des canalisations est constitué par une lame flexible, un certain nombre d'éléments disposés longitudinalement et selon un certain intervalle par rapport 1 la lame flexible ou à chacune des lamas flexibles et reliés S la lame flexible, ces éléments étant contraints de développer un mouvement séquentiel tel que le mouvement de la lame flexible ou de chaque lame flexible suivra le mouvement d'une onde transversale progressive le long de la lame. 2. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 1 et dans lequel les extrémités de la lame flexible sont reliées entre elles de façon & former une boucle capable, â l'état de marche, de transférer une tension d'une extrémité de la lame flexible R l'autre extrémité, extérieurement à la lame. 3. Un appareillage tel qu'il est décrit dans les revendications 1 ou 2 et dans lequel la lame flexible est capable de transmettre une tension le long d'elle-même, sans augmentation appréciable de la longueur de la lame. 4. Un appareillage tel qu'il est décrit dans les revendications 2 ou 3 et dans lequel les côtés de la lame flexible ou de chaque lame flexible suivent un mouvement adjacent à, et dans le plan de, plaques latérales. 5. Un appareillage comprenant au moins une canalisation de fluide, laquelle comporte deux parois opposées non reliées entre elles, dont l'une au moins est constituée par une lame flexible, avec un certain nombre d'éléments oscillants disposés le long de la lame flexible et reliés S celle-ci, ces éléments oscillants étant contraints de développer un mouvement séquentiel tel que le mouvement de la lame flexible suivra le mouvement d'onde transversale progressive le long de la lame. 70 04222 2033309 6. On appareillage toi qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel deux lames flexibles délimitent au moins partiellement les canalisations de fluide. 7. On appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 5 et dans lequel les deux lames flexibles délimitant au moins partiellement la canalisation de fluide sont disposées dans un rapport de contre-flexion. 8. On appareillage tel qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel les éléments comprennent chacun au moins une tige de poussée reliée & la lame en une extrémité et fonctionnellement reliée S un moyen de déplacement à l'autre extrémité. 9. On appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 8 et dans lequel la moyen de déplacement comprend un excentrique. 10. On appareillage tel qu'il est décrit dans l'un quelconque des revendications précédantes et dans lequel la lame flexible comprend un certain nombre de poids répartis sur sa longueur. 11. On appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 10 et dans lequel les poids sont répartis uniformément le long de la lame. 12. On appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 11 et dans lequel la masse de chaque poids relié à une tige de poussée ainsi, que la masse de la portion correspondante de la tige de poussée est essentiellement égale à la masse de n'importe lequel des poids non reliés S une tige de poussée. 13. On appareillage tel qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel la lame flexible a une longueur égale â la longueur superficielle d'une longueur d'onde de l'onde progressive» 14. On appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 13 et dans lequel les extrémités opposées de la lame flexible sont reliées entre elles de telle - 42 - 70 04222" Kv- 2033309 manière qu'à l'état de marche elles soient capables de transmettre une tension d'une extrémité de la lame flexible S l'autre, extérieurement S la lame flexible. 15. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 14 et dans lequel les tiges de poussée sont disposées à chaque extrémité de la lame et dans certaines positions le long de la lame, distantes les Unes des autres d'une longueur égale au 1/4 d 'une longueur d'onde de l'onde progressive. 16. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 15 en tant qu'elle complète la revendication 5 et dans lequel l'une des lames flexibles est reliée ?. un certain nombre de tiges de poussée qui traversent l'autre lame. 17. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 16 et dans lequel les tiges do poussée destinées â 1'autre lame sont reliées à celle-ci dans leê mômes positions le long de la lame que les tiges de poilssée reliées à la première lame flexible, les deux jeùx de tiges de ïxmssée pouvant être reliés pour fonctionner avec un déphasage de 180" l'un par rapport à l'autre. 18. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la tevendication 17 et dans lequel chacune des tiges de poussée est actionnée par un excentrique, les excentriques étant entraînés par un atf»re commun. 19. Un appareillage tel qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes et dans lequel une dérivation est prévue pour le fluide entra l'extrémité de sortie et l'extrémité d'entrée. 20. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 19 et dans lequel la dérivation comprend un gicleur, de telle sorte que 3. l'état de marche le fluide soit ramené directement de l'extrémité de sortie 3. l'extrémité d'entrée, dans le sens d'écoulement du courant principal de fluide. - - 43 70 04222 2033309 21. TJn appareillage tel qu'il est décrit dans las revendications 19 ou 20 et dans lequel la dérivation comprend une soupape de commande du débit de fluide. 22. Un appareillage tel qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications 1 S 11 et dans lequel la lame flexible a une longueur supérieure à une longueur d'onde de l'onde progressive. 23. Un appareillage tel qu'il est décrit dans la revendication 22 et dans lequel la lame flexible est conique dans sa largeur, étant plus large à l'entrée qu'à la sortis. 24. Un appareillage tel qu'il est décrit dans les revendications 22 ou 23 et dans lequel la longueur d'onde de l'onde progressive va en diminuant le long de la lame flexible, le maximum étant atteint à l'entrée. 25. Un appareillage tel qu'il est décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes et dams lequel les éléments sont oscillants. 26. Une méthode pernattant d'engendrer un courant dans un fluide, cette méthode consistant à contraindre le fluide dans une canalisation ayant au moins une paroi flexible et à exercer des forces cycliques sur la paroi flexible de façon S lui imposer un mouvement d'onde transversale progressive qui oblige le fluide S s'écouler dans la canalisation dans le sens du mouvement de l'onde, l'énergie cinétique dans la paroi flexible étant utilisée comme réservoir d'énergie pour diriger l'apport d'énergie vers la paroi, en vue de minimiser les fluctuations de l'énergie apportée au fluide le long de la paroi, dans le sens de l'écoulement du fluide. 27. Une méthode permettant d'engendrer une énergie mécanique à partir d'tin fluide soumis à une pression relativement élevée, selon laquelle le fluide est contraint dans une canalisation ayant au moins une paroi flexible, cette dernière étant contrainte de se déplacer à la manière d'une onde transversale progressive, ce qui fait se détendre le fluide à une pression 70 04222 2033309 relativement élevée jusqu'à une pression relativement basse, en obligeant lronde progressive à se déplacer dans le sens de la pression relativement basse. 28. Une raêthode telle qu'elle est décrite dans la revendication 27 et dans laquelle la détente se produit par suite d'une augmentation de 1'amplitude de l'onde progressive. 29. Une méthode telle gu'elle est décrite dans la revendication 27 et dans laquelle la détente se produit par suite d'une augmentation de la longueur d ' onde de l'onde progressive. 30, Une méthode telle qu'elle est décrite dans la revendication 27 et dans laquelle la détente se produit par suite d'une augmentation de la largeur de la canalisation, 31, Un appareillage tel qu'il est décrit en référence aux figures 8 et 8a, à la figure 9, aux figures 11 et 12 et aux figures 16 S 27. 32. Une méthode permettant de comprimer un gaz telle qu'elle a été décrite en référence aux dessins d'accompagnement, qui en sont l'illustration, 33, Une méthode permettant d'engendrer une puissance mécanique à partir d'un gaz comprimé tel qu'elle a été décrite. - 45 -