Brevet FR2235267A1 — publié le 19750124

La présente invention est relative à des vibreurs ou à des moteurs, actionnés par un fluide. lorsqu'elle est appliquée à un vibreur, l'invention concerne plus spécialement un vibreur du type "endorme de tige" destiné à être immergé dans un matériau noncompact, tel que du béton dépotez pour former une fondation ou un ouvrage analogue, en vue de le rendre compact, et d'en chasser les bulles d'air. La présente invention concerne un vibreur ou un moteur faction~ né par un fluide, comprenant un corps cylindrique logé à liinté rieur de, et en contact roulant avec un autre corps cylindrique creux, de plus grand diamètre et des moyens pour diriger un courant d'un fluide sous pression dans une direction sensiblement tangentielle, ou ayant une composante sensiblement tangentielle, vers une surface cylindrique de l'un desdits corps, afin de faire tourner l'un desdits corps par rapport à l'autre, et en contact avec lui. les surfaces de contact et de roulement desdits corps cylindriques sont de préférence des surfaces cylindrinues, lisses, dont aucune ne présente de protubérance. le corps interne peut tourner comme un rotor dans le corps externe, ou stator, ou bien le corps interne peut constituer un sta.tor, autour duquel le corps externe tourne comme un rotor. Comme les surfaces de contact des deux corps ont des diamètres différents, l'axe du rotor est excentré par rapport à l'axe du stator, et la rotation excentrique du rotor peut etre aménagée de manière à produire des vibrations, ou à entraîner un mécanisme, par exemple une manivelle, sur laquelle de la puissance peut etre prélevée. le fluide moteur peut être un gaz comprimé, par exemple de l'air, ou bien un liquide. On comprendra mieux la présente invention à partir de la description suivante de formes de réalisation qu'elle peut prendre, et qui ne seront cependant indiquées qu'à titre d'exemple; cette description sera faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une coupe par un plan axial d'un vibreur en forme de tige selon la présente invention. La figure 2 et ia figure 3 représentent en coupe par un plan diamétral et par un plan axial respectivement un mécaniste simple illustrant le fonctionnement d'un vibreur selon la présente invention. les figures 4,5,6 et 7-sont respectivement des coupes par les plans diamét-rauxA-B, B-B C-C et D-D de la figure 1. La figure 8 représente d'une façon un peu schématique une partie d'une coupe par un plan axial, d'une variante du vibreur selon la présente invention. la figure 9 est une coupe par le plan diamétral E-E de la figure 8. La figure 10 est une coupe par un plan axial d'une autre forme de réalisation du vibreur selon la présente invention. La figure 11 est une coupe par le plan diamétral F-F de la figure 10. La figure 12 est une coupe par un plan axial d'une variante du vibreur selon la présente invention. La figure 13 est une coupe par un plan diamétral d'un stator adapté à des formes de réalisation du vibreur ou du moteur selon la présente invention; et La figure 14 est une coupe par un plan axial d'un moteur selon la présente invention. Ainsi qu'on le verra ci-après, le principe qui est à la base de toutes les formes de réalisation de la présente invention consiste à loger un élément interne dans une enveloppe externe en ménageant entre eux un espace libre ayant une section transversale en forme de croissant, et à entretenir un mouvement relatif de rotation entre les éléments interne et externe à l'aide d'un fluide dirigé tangentiellement dans l'espace annulaire Far application de ce principe à un vibreur en forme de tige selon la présente invention, comme illustré sur les figures 1 à 7, un stator logé dans un carter externe reçoit un rotor que le fluide fait tourner dns le stator.Dans un carter cylindrique externe 1 muni d'une pointe 2, avant la forme classique pour un vibreur du type en forme de tige est monté un stator de diamètre plus petit, formé par un élément tubulaire inférieur 3, et un élément tubulaire supérieur 4, fixé l'un à l'autre du fait de lten- gagement d'une extrémité en gradin de l'élément inférieur dans l'extrémité ouverte de l'autre élément. A son extrémité inférieure le stator stadapte au carter 1 par une collerette 5, munie d'une bague d'étanchéité 6, et venant s'appliquer contre l'extrémité vissée de la pointe 2.Vers son extrémité supérieure, l'élément statorique 4 présente, sur une longueur 7, un plus grand diamètre, de manière à s'adapter également au carter 1, et cette partie de l'élément statorlque 4 porte une bague d'étanchéité 8. L'un ou l'autre des éléments du stator peut aussi être muni d'une collerette intermédiaire 9 servant de portée. Tout près de l'extrémité interne de sa partie de plus grand diamètre, le stator est traversé par un tube transversal 10 (figure 7) qui s'étend diamètralement d'un côté à l'autre,et dont chaque extrémité s'ouvre dans l'espace annulaire compris entre le stator et le carter 1. Un tube coaxial 11, solidaire de la partie 7 du stator, communique avec un orifice médian aménagé sur le côté supérieur du tube transversal 10 L'extrémité externe du tube 11 est reliée à un tuyau flexible 12. Une pièce terminale tubulaire 17 vissée dans l'extrémité supérieure du stator et l'extrémité d'un autre tuyau flexible 14 coaxial au tuyau 12 est fixée sur une partie de cette pièce terminale présentant un diamètre réduit. A l'intérieur du stator, un rotor tubulaire 15, de diamètre inférieur au diamètre interne de la partie voisine du stator, est monté librement en dessous du tube transversal 10. Près de ses extrémités, la surface externe du rotor peut former des gradins comme en 16, pour s'engager sur les extrémités de ltélément interne 3 du stator. Comme on peut le voir sur les figures 2 à 7,-les surfaces adjacentes du rotor et du stator sont des surfaces cylindriques circulaires lisses dont aucune-ne présente de protubérance. Afin de produire des vibrations, des moyens sont prés pour communiquer au rotor un mouvement giratoire, de roulement, excentriquement par rapport à l'axe du stator, et contre la surface dista- tor. Pour entraîner le rotor de cette façon, un fluide sous pression, par exemple de l'air comprimé ou un autre gaz, est envoyé, par l'intermédiaire du tube 11 et du tube transversal 10 dans l'es- pace annulaire compris entre le carter 1 et le stator 3,4 (dont lacollerette 9 est munie de canaux traversants 17). De cet intervalle annulaire le fluide passe dans le stator par l'intermédiaire de canaux aménagés dans les parois du stator, et selon une caractéristique importante de la présente invention, ces canaux (tels que 18; figure 2) sont inclinés sur le rayon du stator, ou bien disposés d'une autre façon, de telle sorte que le fluide pénètre dans l'espace annulaire compris entre le stator et le rotor, dans une direction sensiblement tangentielle, ou presentant une composante importante qui est tangentlelle à la surface cylindrique du stator ou du rotor. Lorsque le fluide sous pression est injecté à travers les canaux 18, il s'établit une pression différentielle dans l'intervalle en forme de croissant compris entre le rotor et le stator (figure 2), cette pression différentielle faisant tourner le rotor -dans le stator. On constate qu'il s'établit un accroissement de pression très important dans une partie a de cet intervalle, un accroissement de pression moins important dans la partie b, et un très faible accroissement de pression dans la partie c (figure 2). le trajet du fluide moteur a été indiqué par des flèches sur la figure 1 où l'on voit que le fluide arrivant par le tube d'entrée 11 traverse le tube transversal 10; pour parvenir dans l'intervalle compris entre le carter et le stator, d'ou il passe par les canaux 18 dans le stator pour entrainer le rotor; ensuite, ou bien le fluide moteur remonte directement autour de la surface extérieure du rotor, ou bien il descend vers l'extrémité inférieure ouverte du rotor et remonte à travers le rotor creux, pour stéchap- per à travers l'espace annulaire compris entre le tube li et le tube 10 et les parties voisines. On a présenté sur les figures 8 et 9 une variante du vibreur selon la -présente invention, qui convient par exemple pour être fi xé en permanence sur une surface ou une structure, à maintenir dans un état vibratoire. Dans un stator creux 19, en forme de cylindre circulaire creux est logé un rotor libre plein 20 en forme de cylindre circulaire de plus petit diamètre. Les extrémités du sa tor 19 sont fermées partiellement par des anneaux plats 21 définissant des ouvertures extrêmes centrales ayant un diamètre tel que le rotor roulant contre la paroi interne du stator ferme partiellement chacune de ces ouvertures, mais dégage à chaque extrémité un orifi ce 22 en forme de croissant (figure 9) pour servir de sortie de fluide.Un canal d'entrée du fluide aménagé dans la paroi du stator y délivre du fluide sous pression dans une direction sensiblement tangentielle à la surface cylindrique interne du stator, pour communiquer un mouvement rotatif de roulement au rotor dans le stator. le rotor tourne autour de son propre axe dans le sens indiqué par les flèches d, et par suite, il roule en bloc sur la surface interne du stator dans le sens indiqué par la flèche e. les orifices 22 en forme de croissant servant de sortie paur le fluide se déplacent ainsi continuellement autour de l'axe du stator 19 lors de la rotation du rotor comme dans d'autres formes de réalisation de l'invention décrites ci-inclus. le stator peut être assujetti à une semelle 24 par laquelle il peut être fixé sur un socle quelconque. Dans des variantes du vibreur selon la présente invention le stator peut être un élément interne autour duquel le rotor tourne en tant qu'élément externe. Dans une telle forme de réalisation illustrée sur les figures 10 et Il uncylindre creux 25 muni de plaques terminales 26 et à une extrémité d'un tube coaxial d'amenée 27 est monté de façon fixe dans un carter 28 de façon à former un stator. Un rotor cylindrique 29 ayant un diamètre interne supérieur à celui du stator 25 est monté librement sur et autour du stator. les diamètres des nlaques extrêmes 26 et le diamètre interne du rotor 29 sont choisis de manière à dégager à chaque extrémité de l'ensemble un orifice 30 en forme de croissant pour la sortie du fluide semblable aux orifices 22 représentés sur les figures 8 et 9. La paroi du stator 25 est traversée par une fente 31 destinée au passage du fluide en provenance de l'intérieur du stator et à sa distribution dans l'espace compris entre le stator et le rotor dans une direction ayant une composante sensiblement tangentielle aux surfaces de roulement du rotor et du stator (figure 11).Le fluide pénètre dans le stator par l'intermédiaire d'un raccord de tuyau 32 et du tube d'amenée 27 et il s'échappe par les orifices 30 en forme de croissant et par les trous de sortie 33 aménagés dans une paroi, par exemple dans la plaque de fermeture du carter 28. Le courant de fluide sous pression agit intérieurement sur le rotor 29 sensiblement de la façon décrite ci-dessus à propos des rotors représen tés sur les figures 1 à 9, entralnant-lerotor en rotation autour du stator 25 alors que, par suite de son excentricité, il produit des vibrations. Dans une autre forme de réalisation du vibreur selon la présente invention qui est illustrée sur la figure 12 un rotor cy lindrique 74 est monté concentriquement sur un arbre 36 par l'intermédiaire de paliers 35. le rotor 34 est entouré excentriquement par un stator cylindrique creux 37 muni de plaques terminales dont les dimensions des ouvertures centrales sont choisies par rapport au diamètre du rotor 34 de manière à dégager aux extrémités des orifices en forme de croissant comme décrit ci-dessus; le stator cylindrique 37 comporte un canal d'entrée 38 pour délivrer du fluide sous pression amené par un tuyau flexible 39 dans une direction sensiblement tangentielle à la surface du rotor 34. Dans-ce cas, le courant de fluide fait tourner le rotor 34, ce qui met le stator 37 en vibration. Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que le courant de fluide doit être dirigé vers le rotor dans une direction sensiblement tangentielle à la surface du rotor ou bien ayant une composante importante qui est tangentielle à cette surface, et pour mieux faire ressortir cette particularité on a présenté sur la figure 13 une forme de réalisation préférée d'un canal d'amenée 40 dont l'axe est orientée dans une direction tangentielle à la surface interne du stator 41. La présente invention s'applique également à un moteur actionné par un fluide et la figure 14 représente une application de ce genre. Un rotor cylindrique 42 monté sur un arbre 43 est logé excentriquement dans un stator cylindrique 44 pourvu d'un canal 45 d'amenée du fluide disposé de façon à délivrer tangentiellement un fluide sous pression de manière à communiquer au rotor42 un mouvement de roulement sur la surface interne du stator, comme prócé- demment décrit.L'arbre 43 est monté commefpisant partie d'un vilebrequin, son axe étant excentré par rapport à celui du tourillon principal et de l'élément de prise de force 46 du vilebrequin, monté dans des paliers 47 dans des prolongements du stator. le vile brequin est pourvu de contrepoids 48 pour le rotor et les prolongements du stator sont pourvus d'orifices 49 pour le passage du fluide qui s'échappe par les orifices en forme de croissant aux extrémités du rotor après lui avoir communiqué de l'énergie. le- fluide fait tourner le rotor comme précédemment décrit, mais dans ce cas au lieu que l'énergie produise des vibrations elle est prélevée par le vilebrequin et transmise pour un autre emploi. Si on le désire n importe lequel des dispositifs décrits cidessus peutkomporter plusieurs stators de longueur relativement petite fixés les uns aux autres avec leurs axes alignés, chaque stator renfermant un rotor court- correspondant. Une telle disposition réduit la diffusion du fluide moteur longitudinalement à l'intérieur du dispositif et améliore le rendement de la transmission d'énergie. Bien que les dispositifs décrits ci-dessus soient envisagés plus particulièrement pour être actionnés avec de l'air comprimé ou un autre gaz, à titre de variante, ils peuvent être actionnés par de la vapeur, ou bien par de l'huile ou un aut-re liquide. La présente invention permet donc de réaliser un dispositif simple et utile actionné par un fluide pour produire des vibrations ou une force motrice, mais la présente invention n'est cependant pas limitée exclusivement aux détails des formes de réalisation cidessus décrites qui peuvent être modifiés pour satisfaire aux diverses conditions et exigences rencontrées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1.- Vibreur ou moteur actionné- par un fluide caractérisé par le fait qu'il comprend un corps- cylindrique logé à lsintérleur de, et en contact roulant avec un autre corps cylindrique creux, de plus grand diamètre et des moyens pour diriger un courant d'un fluide sous pression dans une direction sensiblement tangentielle, ou ayant une composante importante tangentielle à une surface cylindrique de l'un desdits corps, afin de mettre en rotation de roulement l'un desdits corps par rapport à l'autre, et en contact avec lui. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps cylindrique est un stator, et le corps cylin drique interne est un rotor que le fluide fait tourner--sur la surface interne du corps -externe. 3.- Dispositif selon la revendication 2,caractérisé par le fait que le fluide est dirigé suivant un ou plusieurs jets, à partir d'orifices aménages dans la paroi du stator sur laquelle roule le rotor, la direction des jets de fluide présentant une composante d'impact importante sur la-surface du rotor. 4.- Dispositif selon les revendications 2 ou 3 caractérisé par le fait que le corps cylindrique externe comporte deux parois séparées par un espace annulaire à travers lequel du fluide est injecté de manière à traverser des orifices aménagés dans la paroi interne dudit corps externe d'ou les jets de fluide sont dirigés vers le rotor. 5.- Dispositif selon la revendication -4 caraétérisé par le fait que l'extrémité du tube formé par la paroi interne du corps externe. voisine de l'extrémité du rotor est fermée partiellement par une cloison destinée à dévier le fluide injecté vers l'espace annulaire compris entre les deux parois du corps externe. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le fluide après son impact sur le corps interne stéchap- pe par des orifices aménagés dans ladite cloison. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le corps interne est en forme de tube creux. 8.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que le fluide après son impact sur l'extérieur du corps interne s'échappe par un canal traversant le corps interne. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le corps externe creux a une longueur supérieure à celle du corps interne et qu'il renferme un tube interne coaxial à travers lequel passe du fluide destiné à l'entraînement du corps interne. 10.- Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que le fluide qui s'échappe du dispositif après avoir mis en mouvement le corps interne s'écoule à travers l'espace annulaire compris entre le tube coaxial interne servant à l'alimentation en fluide et le corps externe. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le corps eLterne-forme le carter extérieur d'un vibreur du type "en forme de tige". 12.- Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait quelle corps interne a la forme d'un cylindre plein et que le corps externe est fermé partiellement à chaque extrémité par une plaque annulaire très voisine de l'extrémité du corps interne, et présentant une ouverture circulaire ayant un diamètre tel que le corps interne appliqu2 contre la paroi interne du corps externe dégage un orifice en forme de croissant à travers lequel le fluide moteur s'échappe après avoir mis en mouvement le corps interne. 13.- Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que le corps interne est réuni par des manivelles à un arbre monté coaxialement dans le corps externe, et sur lequel de la puissance peut être prélevée lorsqu'il est entrainé par le corps interne sous l'influence du fluide injecté. 14.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que e corps interne forme un stator, et que le fluide conmunique au corps externe un mouvement de rotation de roulement autour du corps interne. 15-.- Dispositif selon la revendication 14 caractérisé par le fait que le corps interne est en forme de cylindre creux dans lequel est injecté du fluide qui traverse des orifices aménagés dans la paroi du corps interne et par lesquels il est éjecté sous la forme d'un ou plusieurs jets dans une direction présentant une importante composante tangentielle d'impact sur la surface interne de la paroi du corps externe 16.- Dispositif selon la revendication 15 caractérisé par le fait que la paroi du corps interne présente une fente longitudinale par laquelle le fluide est éjecté. 17.- Dispositif se-lon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le corps interne présente à chacune de ses extrémités un plus grand diamètre ou bien des collerettes destiné à coopérer avec les extrémités, ou avec des éléments en gradin, du corps externe afin de limiter le mouvement longitudinal relatif des corps interne et éxterne. 18.- Dispositif selon la revendication 17 et l'une quelconque des revendications 14,15 ou 16 caractérisé pa-r le fait que le corps externe est ouvert à ses extrémités et que les extrémités élargies du corps interne présentent-un diamètre approprié pour fermer les extrémités du corps externe à l'exception d'ouvertures relativement petites en forme de croissant à travers lesquelles le fluide peut s'échapper. 19.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 18 caractérisé par le fait que l'ensemble formé par les corps interne et externe est enfermé dans un carter que traverse le tube d'amenée du fluide, ledit carter étant muni d'orifices pour l'échap- pement du fluide. 20.- Dispositif selon l'une quelconque des revendicatnons précédentes, caractérisé par le fait que le fluide injecté dans le dispositif pour mettre le rotor en mouvement est un gaz comprimé, tel que de l'air.