Brevet FR2491995A1 — publié le 19820416

L'invention concerne une machine à vapeur à piston tournant. Les machines à vapeur à piston tournant se composent d'un stator pourvu d'une chambre torique à l'intérieur de laquelle se déplace un piston fixé à la périphérie d'un disque rotor coaxial à la chambre torique. Cette chambre torique comporte par ailleurs un orifice d'admission de vapeur et un orifice d'évacuation séparés par un obturateur mobile qui est commandé de manière à se dégager de la chambre torique pour permettre le passage du piston. Ce genre de moteur n'a cependant connu aucun développement car son fonctionnement est défectueux, principalement en raison des déformations que subit le stator par suite des dilatations bloquant le rotor et en raison également du manque d'étanchéité et de l'usure que subit le segment du piston en raison de la force centrifuge qui tend constamment à l'appliquer contre la périphérie extérieure de la chambre torique. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet, une machine à vapeur à piston tournant se composant d'un stator pourvu d'une chambre torique comportant au moins un obturateur mobile, au moins un orifice d'admission de vapeur et au moins un orifice d'évacuation de vapeur détendue, un rotor monté à rotation coaxialement à la chambre torique, la périphérie de ce rotor pé métrant dans la chambre torique par au moins une fente circulaire du stator, ce rotor comportant au moins un piston pourvu d'un segment d'étanchéité tournant dans la chambre torique, machine à vapeur caractérisée en ce que le piston comporte une masse mobile radialement, ainsi qu'au moins un levier pivotant à deux bras, ces bras étant reliés de manière articulée l'un au segment, l'autre à la masse de manière que les moments des forces créées par l'énergie cinétique du segment et de la masse, soient égaux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le rotor comporte deux pistons disposés symétriquement et deux groupes comprenant chacun un orifice d'alimentation de vapeur, un orifice d'évacuation et un obturateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le stator comporte deus joints circulaires placés de chaque côté de la fente de passate du rotor à son débouché dans la chambre torique, ces joints s'appliquant de chaque côté du rotor et contre le segment du piston. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le stator est réalisé en plusieurs éléments délimitant chacun un secteur de tore de la chambre torique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les éléments du stator sont reliés les uns aux autres avec interposition de joints, chaque joint étant constitué par un anneau ouvert partiellement encastré dans les faces à joindre. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels : - la figure 1 est une vue latérale schématique d'un moteur à piston rotatif conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe suivant A-A de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant 3 de la figure i, - la figure 4 est une vue latérale correspondant à la figure 1, le - moteur étant pourvu de sa transmission d'en tranement, - la figure 5 est une vue de gauche de la figure 4, - la figure 6 est une vue latérale du mécanisme d'alimentation et de commande d'obturateur du moteur, - la figure 7 est une coupe suivant C-C de la figure 6. la présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'un moteur à piston rotatif qui soit d'une bonne fiabilité et dont le fonctionnement n'est pas perturbé par des déformations résultant des dilatations. Suivant la figure 1, la machine à vapeur se compose d'un stator 1 délimitant une chambre torique 2 à l'intérieur de laquelle se déplacent deux pistons 3 décalés de 1800 et fixés à la périphérie d'un disque rotor 4 disposé dans le plan médian du stator et passant au travers d'une fente 5 de ce stator. L'alimentation en vapeur est obtenue par l'intermédiaire de deux orifices 6 à partir de bottiers de distribution 7 assurant également la commande de deux obturateurs 8. Ces obturateurs 8 séparent les orifices d'admission 6 de deux orifices d'évacuation 9. En fonctionnement, lorsque les pistons 3 pous- sés par la vapeur, arrivent à proximité d'un obturateur, ce dernier ne subissant aucune pression effective se dégage de la chambre torique pour permettre son passage, puis obture à nouveau rapidement la chambre tandis que de la vapeur est admise dans la section de la chambre comprise entre cet obturateur et le piston. La mise en oeuvre de deux pistons fixés symétriquement à la périphérie du disque rotor 4 permet d'obtenir un bon équilibrage statique et dynamique du rotor monté à rotation par son axe 10. Le-moteur comportera deux cycles de travail sùrniitanés par tour de rotor. Les pistons 3 sont pourvus d'au moins une rainure annulaire 31 à l'intérieur de laquelle est logé un segment il s'appliquant contre la paroi interne de la chambre torique. La zone centrale du piston comporte une masse 12 qui est mcbile radialement dans le plan du disque rotor 4 par l'intermédiaire de portions d'axes 121. Sur ce piston 3 sont également montés pivotants deux leviers 13 pivotant en 131, ces leviers délimitant deux bras dont l'un 132 est accroché de manière articulée à la masse pesante 12 et dont l'autre 133 est accroché sur le segment 11. Ces deux leviers 13 sont disposés de part et d'autre de la masse pesante 12 de manière que la droite 14 qui les rejoint, soit plus proche de l'axe de rotation 10 que le centre de gravité 15 de la masse pesante. En outre, le centre de gravité de lamasse 12 est confondu avec celui du segment 11. En outre, le poids de la masse 12 est déterminé par rapport au poids du segment 11 compte tenu de la longueur des bras de levier 132 et 133 de manière que le moment des forces crée par l'énergie cinétique du segment et de la masse soit égal. Dans l'exemple représenté, les poids de la masse pesante 12 et du segment, sont égaux et les bras 131 et 132 des leviers sont égaux. Ainsi, la force centrifuge tendant à appliquer le segment contre la zone externe de la chambre torique est annulée par la force centrifuge égale exercée par la masse 12, quelle que soit la vitesse de rotation. Cette disposition permet d'éviter l'usure rapide des segments du piston et elle permet au segment de se centrer automatiquement dans la chambre torique tant radialement que latéralement. Pour assurer 1' étanchéité de la chambre torique à hauteur de la fente médiane circulaire 5 du stator dans laquelle tourne le rotor 4-, il est prévu, de chaque côté de cette fente, deux joints circulaires 14 mobiles qui s'appliquent contre les faces latérales de la périphérie du rotor 4 et également contre le segment Il du piston sous l'action de ressorts. Ainsi, à hauteur du segment 11, celui-ci est appliqué contre la périphérie du rotor et contre les joints 14, ces joints étant eux-mêmes appliqués contre les faces latérales du rotor par l'élasticité des ressorts logés derrière les joints. Ce rotor est réalisé en-plusieurs secteurs 11 délimitant chacun un secteur de la chambre torique, ces secteurs étant assemblés l'un à l'autre par une bande métallique de cerclage 17 ajustée dans une surface dressée et bardée (voir figure 2) entourant la périphérie extérieure du stator. Cette bande métallique contribue également à maintenir les tronçons du stator dans un même plan. L'assemblage des divers secteurs 11 du stator est réalisé (voir figure 3) avec interposition de joints circulaires par exemple en fil métallique 18 logés partiellement dans des rainures correspondantes des extrémités des secteurs, cette disposition permettant de maintenir la position relative des secteurs tout en autorisant leur dilatation et en maintenant une continuité parfaite de la chambre torique. le positionnement du rotor par rapport au stator est assuré par deux coquilles 19 , chacune comprenant deux parties qui portent les paliers pour l'axe 10 du rotor et qui sont fixées sur la périphérie du stator de chaque côté de la fente 5 par l'intermédiaire de vis 20. Ces vis 20 assurent également la fixation d'un båti de support 21 par rapport aux coquilles 19 et par rapport au stator 1. L'axe 10 du rotor comporte, venue de fonderie, une couronne s'ajustant dans une rainure circulaire d'un de ses paliers afin de déterminer sa position axiale. Comme on le remarque sur les figures 4 et 5, l'axe 10 du rotor monté à rotation sur les coquilles 19 comporte une transmission constituée par un premier pignon 22, disposé sur l'axe 10, ce pignon engrènant avec une channe sans fin 23 reliant deux pignons 24 et 25 destinés à assurer la commande de l'admission de vapeur et de l'obturateur. On pourra également prévoir une channe pour chaque cycle en mettant en oeuvre deux pignons 22 cote à cote. Cette machine à vapeur comportant deux groupes constitués chacun d'un obturateur et d d'une admission de vapeur, le pignon 22 est d'un diamètre double des pignons 24 et 25 de manière à assurer deux commandes d'obteurateur et deux admissions de vapeur par rotation du rotor 4, ces commandes étant effectuées en synchronisme du passage des pistons. Pour assurer la commande de l'obturateur et de l'admission de vapeur, les axes 241 et 251 des pignons 24 et 25 comportent un bossage 26 qui agit par l'intermédiaire d'une tringlerie 27 sur une vanne 28 pourvue d'une lumière permettant l'introduction de vapeur dans la chambre torique 2 par l'orifice 6, lorsque la tringlerie 27 est commandée par le bossage 26. Sur ces axes 241 et 251 est également fixé un disque 28 pourvu de deux bossages latéraux 29, ces bossages 29 étant disposés à hauteur de l'extrémité de deux leviers coudés 30 pivotants sur les axes 31, l'extrémité opposée de ces leviers étant reliée aux deux moitiés 81 et 82 afin de les écarter l'une de l'autre lorsque les leviers 30 sont basculés par les bossages 29 en synchronisme avec la commande d'alimentation de vapeur par le bossage 26 et avec le déplacement du piston par la transmission 22, 23, 24 et 25. Ces demi-obturateurs 81 et 82 s'assemblent subit vant une ligne de jointoiement 83 qui est disposée dans le plan médian du rotor 4 et diamètrale par rapport à la chambre torique, la forme de ces demi-obturateurs étant déterminée en 84 de manière à permettre la rotation étanche du rotor 4. En outre, cet obturateur dont la dimension est supérieure à la section de la chambre torique est mobile dans un bottier 32 qui pénètre dans la chambre torique 2 par une fente 33 dont la largeur est inférieure à celle des segments 11 des pistons 3. REVENDICATIONS 10) Machine à vapeur à piston tournant se composant d'un stator (1) pourvu d'une chambre torique (2) comportant au moins un obturateur mobile (8), au moins un orifice (6, 7) d'admission de vapeur et au moins un orifice (9) d'évacuation de vapeur détendue, un rotor (4) monté à rotation coaxialement à la chambre torique, la périphérie de ce rotor pénétrant dans la chambre torique par au moins une fente circulaire (5) du stator, ce rotor comportant au moins un piston (3) pourvu d'un segment d'étanchéité (11) tournant dans la chambre torique, machine à vapeur caractérisée en ce que le piston (3) comporte une masse (12) mobile radialement, ainsi qu'au moins un levier pivotant (13) à deux bras (132, 133), ces bras étant reliés de manière articulée l'un au segment, l'autre à la masse de manière que les moments des forces créées par l'énergie cinétique du segment et de la masse soient égaux. 20) Moteur conforme à la revendication l, caractérisé en ce que le rotor comporte deux pistons (3) disposés symétriquement et deux groupes comprenant chacun un orifice (6, 7) d'alimentation de vapeur, un orifice d'évacuation (9) et un obturateur (8). 30) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator comporte deux joints circulaires (14) placés de chaque caté de la fente (5) de passage du rotor (4) à son débouché dans la chambre torique (2), ces joints s'appliquant par l'effet d'un ressort approprié de chaque côté du rotor et contre le segment du piston. 40) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications .précédentes, caractérisé en ce que le stator est réalisé en plusieurs éléments (1l) délimitant chacun un secteur de tore de la chambre torique. 50) Moteur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments du stator sont reliés les uns aux autres avec interposition de joints (18), chaque joint étant constitué par un anneau fendu. 60) Moteur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les segments sont serrés les uns contre les autres par un cerclage (17) ajusté dans un plan pourvu de rebords et disposé à la périphérie du stator. 70) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des coquilles (19) sont assemblées au stator (1) de chaque côté du rotor (4), ces coquilles en deux parties chacune, supportant l'axe de rotation (10) du rotor. 80) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur est réalisé en deux demi-obturateurs (8l, 82) s'assemblant suivant un diamètre (83) du cercle de la chambre torique, ces demi-obturateurs étant reliés à des leviers pivotants. 9 ) Moteur conforme à la revendication 8, caractérisé en cE que les leviers pivotants (30) des demi-obturateurs sont commandés par un bossage (29) d'un moyen rotatif entrainé par transmission (22, 23, 24, 25) à partir de l'axe du rotor. 100) Moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les centres de gravité de la masse mobile (12), du piston (3) et du segment (11) sont confondus.