Brevet FR2259978A1 — publié le 19750829

L'invention concerne un moteur à air comprimé utilisé pour la commande de tut app1rell ou machine, par exemple pour I'entrainement de machines-outils, véhicules autjmobiles ou autres. Le but essentiel de l'invention réside dans la conception d'un moteur à air comprimé relié à une source d'ap@rovisionnement en air qui est mise en communication de façon intermittente avec le moteur pour constituer l'unité de démarrage, après quoi Cette source d'alimentation est isoles du moteur qui continue à tourner par auto-alimentation en air exterieur. Ce moteur comprenii de façon usuelle le stator conçu pour presenter à l'une de ses extr@mites une tuyère formant réacteur, ce stator étant en outre, réalisé sous la forme d'un carter fixe l'intérieur duquel est monté un rotor entrain en rotation p.Lr un rapport d'air comprimé, ce moteur étant caractérisé en ce que le rotor est partiellerient évidé et comporte une chambre annulaire de distribution d'air alimentée à partir d'un réservoir de pression, celle-ci étant en relation avec le stator par au moins un @jutage, ce rotor comportant les organes de chauffage tour élever la pression initiale de l'air avant son éjection sur le stator qui est pourvu de moyens de reaction pour provoquer la rotation du rotor. Suivant un mode de réalisation, le rotor est constitué d'un arbre creux cannelé, partiellement entouré par un manchon isolant sur lequel sont fixés deux flasques de forme complémentaire, associés pour delimiter entre eux une chambre annulaire alimentée, dtune part, par le réservoir de pression qui communique de façon intermittente avec elle, par le canal de l'arbre creux du rotor, et, d'autre part, par la tuyère qui communique également avec elle, mais de façon ininterrompue. Suivant une caractéristique de l'invention, l'extrêmité de l'arbre rotor, opposée à celle où se fait l'alimentation en air comprimé est aboutée par soudure à un second arbre porte-turbines, logé dans la tuyère, le diamètre des turbines allant decroissant graduellement avec l'angle de conicité de la tuyère depuis son entrée jusqu'à sa sortie. D'autres caractéristiques et avantages du moteur selon l'invention ressortiront de la description ci-après et des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique du moteur vu selon le mole de réalisation préférentiel, - la figure 2 est une vue en coupe agrandie du détail encercle dans la figure t. Selon un mode de réalisation visible en figure 1, le moteur est constitue essentiellement de deux parties distinctes, d'une part l'équipage fixe 1 formé par le statur, d'autre part l'équipage 2 mobile en rotition formant le rot@r. Le stator se @resente sous la forme d'un carter réalise en deux parties 3 et A, dont la réunion est assurée par une virole circul@@- re 5, dite virole de réaction et d'echappement. Les parties 3 et 1 du carter sont assemblées à la virole 5 par b@ul@nnage et vissage. Ce stator est ég@lement conçu le façon l présenter sur l'une de ses faces frontales une tuyere 6 de forme tronconique allant en décr@issant de@uis son entrée 7, qui communique avec l'air ambiant vers sa sortie 8 qui débouche dans l'arbre lu rotor.La virole circulaire 5, qui enveloppe en partie le roter, présente sur sa paroi interne (fig. 2) des surfaces de butée 9 de réaction qui serviront, comme cela le sera décrit ci-après, à prov@quer la rotation du rotor. Ch-liiue surface de butee 9 est prolongée radialement par un orifice d'echappement 10 qui met en communication le rotor avec l'air extérieur. Le rotor est constitué d'un arbre creux 11 cannele sur sa périphérie ext@rieure pour recevoir un manchon 12 realise dans un materiau thermiquement isolant, ce manchon recevant i son tour le rotor pr@pre- ment dit, constitue en deux parties formées par des flasques circulaires 13 et 14. Ces flasques sont conçus le sorte que leur association délinite une chambre annulaire 15 de distribution de l'air comprimé vers le stator. Ces flasques sont donc de forme complémentaire et leur assemblage forme un rotor evide. A l'interieur de la chambre annulaire 15, sont montés, en regard l'un de l'autre, deux disques 16 et t7 dont les faces en regard sont pourvues de canaux rayonnants lb (fig. 2), eeux-oi délimitant entre eux des couloirs t) permettant à l'air comprimé venant de l'arbre creux du rotor d'acceder à la chambre de distribution 15, a@rès avoir contourné des moyens de chauffage 20 noyés dan la chambre de distribution 15.Ces moyens de chauffage tU sont constitués par un disque de résistance attei- gnant une température d'environ 300 C, de sorte que l'air initialement comprimé à 2U Kg/cm2 soit augmenté de volume et de pression n fois. L'alimentation du disque à resistance 20 est obtenue par un plot de cont@ct 1 sur lequel frotte, lorsque le rotor est entraîné en rotation, un conticteur rotatif 22, lui-même en liaison électrique avec le disque 20 par le conducteur 23. La chambre annulaire de distribution 15 est pourvue d'au moins un ajutage 24 dirigé tangentiellement au rotor (fig. 2) et débouchant sur les surfaces de butee 9 étagées sur toute la surface intérieure de- la virole de réaction 5. La chambre de distribution 15 est ilinentée en sir comprimé à partir d'un réservoir (non représenté) à pression constante dont la conduite d'alimentation débouche dans le canal 25 traversant de part en part l'embout fixe 26. Ce canal 25 debouche, à son tour, directe- ment sur les pales 27 d'une turbine 26 soudée à l'intérieur de l'arbre creux 11. L'alésage 28 de l'arbre creux du rotor présente quatre sections, de forme differente, depuis son extrêmité communiquant avec la tuyere si son extrêmité reli6e par l'embout 26 au r@servoir à pression constante. La section 29 de forme tronconique communique avec la seconde section 28 de forme cylindrique, laquelle débouche dans la section retrécie 29 qui communique avec la section conique 30. La difference de diamètre de l'alésage entre les sections 28 et 29 délimite un épaulement intérieur formant le siège d'un clapet 31, mobile en translation dans la section 28 de l'alésage de l'arbre du rotor. Enfin, cet arbre est supporté dans le carter par des paliers à roulement 32. Le fonctionnement de ce moteur à air comprime est le suivant. Dès que l'on etablit une communication entre le réservoir à pression constante (non représenté) et la chambre annulaire 15 de distribution d'air, l'air comprimé pénétrant par le canal 25 vient percuter les pales 27 de la turbine 28 pour l'entraîner en rotation. Ir, conne cette turbine est soudée z l'arbre il du rotor, c'est l'ensemble de ce rotor qui, progressivement, devient rotatif. Cet apport d'air comprimé ne sert qu'au démarrage du rotor, car, comme on le verrs ultérieurement, dès que la vitesse de rotation du rotor sera suffisante, l'air pénétrant par la tuyère par dépression fera fonctionner en auto-alimentation le moiteur.L'air comprimé provenant donc du canal 25 et ayant entrainé 1; turbine 28 entre successivement dans les sections 30, 29 et 28 de l'alésage de l'arbre du rotor et est acheminé vers la chambre annulaire de distribution par une multitude de conduits radiaux et rayonnants 33. L'air provenant de ces conduits emprunte alors les canaux 18 qui contournent les organes de chauffage 20, de sorte que l'air dont la pression initiale est de 20 Kg/cm2 se réchauffe au contact des résistances et augmente de volume et de pression.De la sorte, l'air qui pénètre dans la chambre de distribution 15 est d'une pression beaucoup plus élevée. Or, comme cet air ne peut échap1- > er de la chambre de distribution que par l'ajutage 24 qui communique avec le stator, on conçoit que le jet d'air comprimé qui est projeté contre les faces 9 de réaction du stator est d'une pression très élevée, d'autant plus que l'ajutage 24 est de forme conique. Ainsi, par réaction, le statcr étant évidemment firme, le jet d'air venant frapper les faces etagées 9 du stator provoque une rotation dans le sens opposé (flêche F) du rotor. Lorsque l'air a buté sur ces faces 9 de réaction, il s'échappe à l'extérieur par les conduits radiaux 10. Dès que l'ensemble du rotor (qui comprend l'arbre, les flasques, la chambre de distribution, le disque de chauffage, etc..) est entré en rotation, il se produit alors, etté tuyère, du fait de la rotation des turbines 34 une dépression d'air importante qui pénètre dans la chambre de distribution 15 psr les sections 29 et 28 de l'arbre creux qui communique avec cette chambre de distribution par une multitude d'orifices radiaux rayonnants 35. Cette dépression est obtenue par le fait que les turbines 34 montees sur l'arbre 36 (lequel est solidaire en rotation de la turbine 37 soudée en 38 dans l'arbre creux 11) sont d'un diamètre décroissant depuis l'entrée 7 de li tuyère vers son extrémité qui communique avec l'alésage de l'arbre creux.Le rapport du dia-iètre des turbines est dt;-terminé de façon à ce que l'air aspiré par dépression soit d'une pression très élevée lorsqu'il pénètre dans la chambre de distribution 15. Ce phénomène est également obtenu par le rapport des diamètres qui existe entre l'entonnoir de la tuyère et celui des orifices radiaux 35 qui assurent la communication entre cet entonnoir et la chambre de distribution. La pression de l'air provenant de la tuyère 6 devient alors supérieure à celle de l'air provenant du réservoir à pression constante, ce qui entraine alors une fermeture du clapet 31 qui est alors appliqué sur son siège 39, interrompant ainsi la communication entre le réservoir à pression constante et la chambre de distribution. Le moteur fonctionne alors par autoalimentation. Ainsi, l'air provenant du réservoir à pression constante ne sert que de source de démarrage du rotor, ce qui évite d'avoir à puiser en permanence sur celui-ci. Ce moteur est donc appelé, du fait de sa simplicité et des moyens peu onéreux qu'il met en oeuvre, à trouver des applications variées, aussi bien dans le domaine de la machine-outil, par exemple pour l'entraînement des tours, perceuses, fraiseuses et autres, que pour l'industrie automobile, quel que soit le type de véhicule. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit pour lequel on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R U V E N D I C A T I O N S 1 - @@teur à air comprime comprenant un stator pourvu d'une tuyère et un rotor entraîne en rotation par -un apport d'air comprime, moteur caractérise en ce que le rotor est partiellement évidé et comporte une chambre de distribution d'air aliment@e à partir d'un réservoir à @ression constante, celle-ci étant en relation avec le stator par au moins un @jutage, ce rotor comportant des @r@anes de chauffage pour élever ia pression initiale de l'air avant son éjection sur le stator qui est pourvu de moyens de reaction pour provoquer l; rotation du rotor. 2 '- moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor est constitué d'un arbre creux cannelé, partiellement entouré par un manchon isolant sur lequel sont fixés deux flasques de forme complémentaire associes pour délimiter entre eux une chambre annulaire alimentée, ltune part, par le réservoir à pression constante qui communique de façon intermittente avec elle par le canal de l'arbre creux du rotor et, d'autre part, par 1 tuyère qui communique également avec elle, mais de façon ininterrompue. 3 '- moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ltextrêmité de l'arbre rotor, opposée à celle où se fait l'alimentation en air comprimé est aboutée par soudure à un second arbre porteturbines, logé dans la tuyère ; le diamètre desdites turbines allant décroissant graduellement avec l'angle de conicité de IL tuyère depuis son entrée jusqu'à son point de rencontre avec l'alésage de l'arbre du rotor. 4 ' moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la turbine de plus faible diamètre est soudée à l'intérieur de l'arbre creux du rotor. 5 '- moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre creux du rotor communique avec la chambre annulaire de dis tribution d'air par deux séries de canaux radiaux équidistants qui traversent l'arbre, le manchon isolant et les flasques du rotor, la série de canaux en relation avec la tuyère débouchant directement dans la chambre du rotor, tandis que l'autre série de canaux ne communique avec cette chambre qu'après avoir contourné les moyens de chauffage 6 '- moteur selon la revendication @, caractérisé en ce que l'arbre creux du rotor comporte un clapet, mobile en translation dans $l'alesage de l'arbre, qui presente dans cette zone, d'une part, un rétreint servant de siège au clapet et, d'autre part, une turbine soudée à l'intérieur de l'arbre rotor sur les-pales de laquelle est propulse l'air comprimé venant du réservoir -'i pression constante et servant de source de démarrage du rotor. 7 moteur selon li revendication 7, caractérisé en ce que le stator est constitue d'un carter enveloppant le rotor et formant la tuyère, ce carter étant pourvu d'une virole de réaction et d'échappe- ment de l'air comprimé. 8 '- @oteur seion la revendication 7, @caractérisé en ce que la virole de réaction est pourvue, sur sa paroi interieure, de butées successives étaées, placées au droit du jet d'air distribué par la chambre du rotor, chaque butée étant associée à un orifice d'échappement placé dans son prolongement. 9 '- moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués par un disque fi résistance electique noyé dans la chambre de distribution d'air