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L'invention es-t re].ative ~ des machines tandem
à pistons libres opposés et en particulier a celles compor-
tant au moins deux groupes de pistons-cylindres moteurs
disposes parallelemen-t l'un a côte de l'autre et au moins
clcllx elemcnts com~rcsseurs, chacun de ces groupes pistons-
cyllndres moteurs comprenant deux cylindres ali~nes dans
cllacun desquel.s travaillent deux pistons moteurs opposes,
les deux pistons moteurs extérieurs de chaque groupe etant
relies a des pistons compresseurs par l'intermediaire de
traverses exterieures fixees l'une a l'autre par au moins
un élément de liaison, de sorte que soit formé ainsi un
équipage mobi1e extérieur, tandis que les deux pistons moteurs
interieurs de chaque groupe sont reliés entre eux et a
d'autres pistons com~resseurs par une traverse intérieure
pour former ainsi un equipage mobile intérieur.
Dans ces machines, l'équipage mobile exterieur est
soumis a des vibrations longitudinales créées par les
harmoniques des efforts periodiques ainsi qu'a des vibrations
de ~lexion créées par des dissymétries de fonctionnement
~0 dans les groupes pistons-cylindres moteurs, ces dissymé-
tries étant dues surtout a des differences dans la vitesse
de combustion, dans l'avance de combustion, dans l'etat
des injecteurs, etc.
L'un des parametres influençant de la manière ].a
plus défavorable l'amplitude de ces vibrations est la longueur
des bras de levier par lesquels les tiges des pistons com-
presseurs sont rel.iees aux susdites pièces transversales
(croisillons) exterieures.
L'invention vise notamment a obtenir un raccourcisse-
ment de ces bras de levier et, par conséquent, une diminu-
tion de l'amplitude des vibrations susmentionnées.
Selon la presente invention, Il est prévu une
'~
machine tandem à piston libres opposés comportant au moins
deux groupes de pistons-cylindres moteurs disposés parallele-
ment l'un à côté de l'autre et au moins deux éléments com-
presseurs, chacun de ces groupes pistons-cylindres moteurs
comprenant deux cylindres alignés dans chacun desquels tra-
vaillent deux pistons moteurs opposés, les deux pistons
moteurs extérleurs de chaque groupe étant reliés a des pistons
compresseurs par l'intermédiaire de traverses extérieures
fixées l'une a l'autre par au moins un élément de liaison/
de sorte que soit formé ainsi un équipage mobile extérieur,
tandis que les deux pistons moteurs in-térieurs de chaque groupe
sont reliés entre eux et a d'autres pistons compresseurs par
une traverse intérieure pour former ainsi un équipage movile
intérieur, caractérisée par le fait que les pistons com-
presseurs faisant partie de l'équipage mobile extérieur
sont disposés a l'exterieur des traverses de cet équipage,
dans le sens axial, tandis que les pistons moteurs et les
éléments de liaison faisant partie de ce même équipage
mobile extérieur se trouvent du côté intérieur desdites
traverses.
Dans le cas ou chacune des pieces transversales de
l'équipage mobile extérieur est montée, de fason a pouvoir
y glisser, sur une tige ou un tube qui s'étend entre deux
supports fixes et qui se trouvent de part et d'autre de
ladite pièce, il est avantageux de fixer les cylindres des
pistons compresseurs faisant partie de cet équipage mobile
sur le support extérieur de ladite tiye ou dudit tube.
Pour obtenir des puissances élevées~ on es-t amené a
prévoir, de chaque côté de la -traverse interne, quatre
pistons moteurs internes déplaçables le long des cylindres
moteurs disposés aux sommets d'un rectangle et deux pis--
tons compresseurs coulissant dans des cylindres compres-
-- 2
'~3
seurs internes ~ont les axes passent hors dudi-t rectangle,
l'equipage mobile externe comprenant deux traverses exter-
nes reliees par au moins un tirantl poxtant chacune quatre
pistons moteurs externes déplaçables dans quatre desdits
cylindres moteurs et deux pistons compresseurs coulissant
dans des cylindres compresseurs externes.
L'un des problemes qui se présente alors est consti-
tue par la différence de masse intrinseque entre les equi-
pages mobiles interne et externe, qu'il est nécessaire de
compenser par adjonction de masses qui provoquent des ef-
forts importants sur les moyens de synchronisation; un
autre problème est constitué par les dimensions et la masse
qu'atteignent les traverses, qui doivent transmettre des
efforts importants et alternés entre pistons compresseurs
et pistons moteurs.
L'invention vise également à réduire dans ce cas la
masse de chacun des équipages, en agissant notamment sur
celle des traverses qui en constitue un élément important,
et à équilibrer le plus possiblè ces masses de~ façon
intrinsèque.
Dans ce but, les axes des cylindres compresseurs
internes peuvent passer par le prolongement de la petite médiane
dudit rectangle tandis que les axes des compresseurs externes,
disposés hors dudit rectangle, peuvent passer par le pro-
longement de la grande médiane de ce dernler.¦
Un mode d'exécution d'une machine tandem se].on l'in-
vention et des variantes sont représentés dans les dessins
ci-annexés, dans lesquels :
- la fig. 1 est une vue schématique, en coupe longitudina-
le, d'une machine presentant une configuration "~ plat" ,
- la fig. 2 est une coupe transversale d'une machine cons-
t~ uant une vari.ante ;
- la ig. 3, similaire à une fraction de la fig. 1, montre
une autre variante :
- la fig. 4, simil.aire ~ la fig. 2, est un schéma de prin-
cipe montrant la disposition des axes des cylindres mo-
teurs et des cylindres compresseurs d'une autre variante
encore.
La machine illustrée en fig. 1 comporte deux groupes
de pistons-cylindres moteurs A et B mais elle pourrait
comporter un nombre plus important de groupes de pistons-
cylindres moteurs. Chacun de ces groupes comporte deux cy-
lindres moteurs alignés 1 et 2. Dans chacun de ces cylin-
dres travaillent deux pistons moteurs opposés 3, 4 et 5,
6. Chacun de ces cylindres est entouré de culottes de ba-
layage et d'échappement communiquant avec le compartiment
délimité par les pistons par des moyens qui ne son-t repré-
sentés, de façon très schématique, que sur l'un des cylin-
dres 1.
La machine comporte, en outre, huit cylindres com-
presseurs 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 dans lesquels tra-
vaillent les pistons compresseurs 15, 16, 17, 18, 19, 20,
21, 22. Les cylindres compresseurs sont avantageusemen-t
agencés de façon telle que les pi.stons compresseurs fonc-
tionnen-t à double effet. Les soupapes d'aspirati.on e-t de
refoulement qui se trouvent des deux côtés des cylindres
compresseurs ne sont pas représentées sur la fig. 1, leur
disposition étant classique.
Les organes mobiles peuvent être regardés comme ré-
partis entre un équipage extérieur et un équipage inté-
rieur.
Les pistons moteurs extérieurs 3 et 6 des deux grou-
pes de pistons-cylindres moteurs A et B ainsi que les
pistons compresseurs 15, 16, 17, 1~ des cylindres compres-
seurs ex-térieurs 7, 8, 9, lo font partie de l'équipaye mo-
bile extérieur dans le sens axial. A cet effet, les tiges
de ces pistons moteurs et compresseurs son-t fixées sur des
traverses extérieures 23, 24, reliées par deux tiges ou
tirants 25, 26. Les pièces transversales 23, 24 sont mon-
tées, de façon à pouvoir y glisser, sur des tiges ou tubes
27, 28 qui sont fixés de part et d'autre de ces pièces
transversales sur des suppor-ts fixes 29, 30 et 31, 32 qui
font partie du bâti de la machine. Dans une variante de
realisation, chacune des pièces 23 et 24 est fixée sur un
tron,con de tige ou tube correspondan-t qui coulisse dans
deux paliers ~i.xes au bati de l.a machine, placés chacun
d' Ull coté de la pièce.
Conformément à l'invention et pour reduire la lon-
gueur radiale des pièces transversales extérieures 23, 2~,
les eléments compresseurs de l'équipage mobile extérieur
sont disposés du coté extérieur des pièces 23, 24, -tandis
que les pistons moteurs extérieurs 3 et 6 de ce meme équi-
page mobile ainsi que les tiges de liaison 25 et 26 se
trouvent entre les traverses 23, 24, c'est-à-dire du coté
intérieur de ces pièces.
La réduction de masse des organes mobiles que permet
d'obtenir cette disposi-tion a plusieurs causes, qui seront
maintenant brievement indiquées. 11 faut d'abord rappeler
que les Eorces sont imposées et doivent correspondre à des
contraintes de Eatigue admissibles dans le me-tal consti-
tuant les pièces de l'équipage mobile. Ces contraintes,
pour des forces données, varient en fonc-tion de la dimen-
sion des traverses 23 et 24 et de la longueur d~l bras delevier que présentent, par rapport au centre des traver-
ses, les diverses forces appliquées (par les moteurs, les
compresseurs et les tirants) : en plac,ant les cylindres
compresseurs près de l'a~e (ce qui est possible puisqu'il
suffit de laisser l'espace radial nécessaire au bati 29),
on réduit les bras de levier, donc les contraintes pour
des forces égales, donc ].a section à donner à la traverse.
De plus, un développement radial plus faible correspond
~3~7
evidemment à une masse plus faible e-t à une rnoindre sensi-
bilité aux vibrations. Une diminution de la masse est par
ailleurs très avantageuse car elle permet d'augmen-ter le
nombre de battements par ~nité de temps et donc la puis-
sance de la machine (produit de l'énergi.e fournie par cy-
cle par le nombre de cycl.es par unité de temps).
~ vantageusement, les cyl.indres compresseurs 7, 8 et
9, 10 dans lesquels travaillent les p.i.stons compresseurs
15, 16, 17, 1~ fai.sant partie de l'équipage mobile exté-
rieur sont fixés respectivement sur les parties 29 et 31du bâti de la machine sur lesquelles sont fixées également
les extrémités extérieures des -tiges ou tubes 27, 28.
~ 'équipage mobile intérieur comprend les pistons mo-
teurs intérieurs 4 et 5 des deux groupes pistons-cylindres
lS moteurs A et B ainsi que les pistons compresseurs 19, 20,
21, 22. Les tiges de tous ces pistons moteurs e-t compres-
seurs sont fixees sur une traverse intérieure 22 dans la-
quelle sont ménagées des ouvertures 34, 35 pour le passage
libre des tirants 25, 26 de l'équipage mobile ex-térieur.
20 Les cylindres compresseurs 11, 12, 13, 14 dans lesquels
travaillent les pistons compresseurs l9, 20, 21, 22 sont
fixés avantageusement sur l'extérieur de la partie 36 du
bati à ].'intérieur de laquelle se trouvent les groupes
pistons-cylindres moteurs.
De cette façon, la piece transversale 33 de l'équipa-
ge mobile intérieur a une longueur radiale supérieure à
celle des pièces transversales 23, 24 de l'équipage mobile
extérieur. En effet, la distance minimum entre les com-
presseurs intérieurs et l'axe est déterminée par l'encom-
brement des culottes de balayage et d'échappement des cy-
lindres moteurs.
En plus de l'avantage déjà mentionné de l'invention
et qui consiste dans le raccourcissement des pièces trans-
versales 23, 24 de l'équipage mobile extérieur et dans la
réduction de la masse de ces pièces transversales, l'in-
vention entraine d'autres avantages. C'est ainsi que les
manches d'aspiration des cylindres compresseurs sont bien
séparées pour chaque phase d'aspiration, ce qui permet de
mieux les dirnensionner, de les simplifier et de faciliter
leur mon~age et leur démon-tage. Cet~e faci]i~é du montage
et du démontage est surtout importante pour les plaques
porte-clapets des cylindres compresseurs. ~n outre, les
injecteurs des cylindres moteurs sont égalemen~ facilement
accessibles et, par conséquent, faciles à démonter. De
plus, l'air refoule par les compresseurs extérieurs 7, 8,
~, 10 peut être refroidi separément dans de très bonnes
conditions. EnEin, l'extérieur du bati qui en-toure les
groupes pistons-cylindres moteurs et sur lequel sont mon-
tés uniquelllent les cylindres compresseurs de l'équipage
moblle intérieur offre de la place pour l'installation de
commandes d'injection qul peuvent ainsi être rapprochées
des injecteurs.
La variante illustrée en fig. 2, où les organes cor-
respondant a ceux de la fig. 1 portent le meme numéro de
référence, comporte quatre groupes de pistons-cylindres
moteurs : sur cette figure a été représen-té schématique-
ment l'encombrement radial des culottes 37 de balayage et
d'échappement des moteurs. On voit que les compresseurs
intérieurs 14 qui s'appuient sur le bati 36 ne peuvent
etre plus proches de l'axe qu'ils ne le sont sur la fig. 2,
du fait notamrnent de la présence des culottes de balayage
et d'échappement entourant les cylindres moteurs 2.
La variante de la fig. 3, où les organes correspon-
dant à ceux de la fig. I portent encore le meme numéro de
référence, se différencie de celle de la flg. 1 en ce que
l'équipage extérieur ne comporte que deux pistons compres-
seurs 38 dont un seul est rnon-tré. Chacun de ces pistons
38, placé dans l'axe de la machine, se deplace dans un
cylindre compresseur 39. Les pis-tons 38 sont, dans le mode
dc rc'?alisation dc la Eig. 3, portés par des tiges 40 soli-
daires des traverses 23, placés en prolongement d'un ti-
rant axial 41 qui remplace les tirants 25 et 26 de la
fig. 1. Les ti~es 40 peuvent etre constituées par des pro-
longements du tiran-t 41 sur lequel les traverses 23 sont
fixées.
Dans le mode de réalisation illustré en fig. 3, la
~3~5~
tige 40 se prolonge au-delà du piston 38 et elle peut ain-
si etre supportée par des pallers g~li.des 42 placés de part
et d'autre de chaque cylindre 39. Le -tirant axial 41 est,
de son côté, guidé par deux paliers 43 placés à proxirnité
des traverses et dont ~n est visible sur la fig. 3. Les
traverses 23 peuvent alors ëtre soi.t guidées uniquement
par le tirant axial 41 et les tiges 40 qui les portent et
coulissent dans les paliers guides 43 et 42, soit guidées
de plus par coulissement sur un nornbre pair de tiges ou de
tubes fixes 44 disposés symétriquement, comme indiqué en
tirets sur la fig. 3. Des tiges 44 peuvent également gui-
der la traverse 33.
Dans la variante montrée en fig. 4, où les organes
ccrrespondant à ceux de la fig. 1 portent les mêmes numé-
ros de référence, la traverse interne 33, qui, du fait dese~forts auxquels elle est soumise, sera général.ement usi-
nee dans une pièce forgée unique, est fixée sur un tube
axi.al 45 de guidage, porté par des paliers (non représen-
tes) écartés l'un de l'autre, d'une distance au moins éga-
le à trois fois le diamètre du -tube, et fixes au bati. La
traverse 33 comporte deux bras opposés horlzontaux fixés
aux tiges des pistons des cylindres compresseurs internes
11-14. Deux excroissances de la traverse sont fixées aux
tiges des huit pis-tons des cylindres moteurs internes.
2S L'équipage rnobi.].e externe comporte deux traverses
externes 24 dont l'envergure peut etre rendue -très infé-
rieure à celle de la traverse centrale 20, ce qui offre
plusieurs avantages. D'une part, on tend à équilibrer les
masses des équipages internes e-t externes de facon inhé-
rente. D'autre part, les contraintes subies par les -tra-
verses externes sont sensiblemen-t diminuées, particulière-
ment a~l cours de la phase motrice, lorsque des efforts de
signes opposés sont transmis par les tiges de pistons mo-
teurs externes et les tirants 25 et 26 de liaison entre
les ~raverses 24, placés au droit des tiges des pistons
des cylindres compresseurs 7, 10 et 8, 9. Cette disposi-
tion des tirants leur permet de passer en dehors de la
traverse centrale 33. Il est en conséquence possible de
leur donner une constitution monobloc et d'autoriser un
démontage relativement aisé de la traverse 33.
La disposition de traverses centrale et externes qui
vient d'être décri-te présente des avantages impor-tan-ts par
rapport à la disposition qui consiste à placer les axes
des compresseurs internes et externes dans le même plan
(fig. 2)~
Cet avantage apparait si l'on se souvient que les
axes des cylindres moteurs 1 ou 2 doivent être disposés
aux angles d'un rectangle pour concilier à la fois un rap-
prochement maximum et la nécessité d'acceder aux injec-
teurs, placés dans les anneaux médians des cylindres mo-
teurs. En adoptant la disposition montrée en fig. 4, on
réduit l'envergure des traverses externes, ce qui permet
de reduire la masse de deux façons : d'une part, les di-
mensions en plan sont plus faibles ; d'autre part, les mo--
ments des forces sont également réduits. On tend ainsi à
équilibrer de façon inhérente la masse des équipages in-
terne et externe.
Les traverses doivent être munies de moyens de guida-
ge. Une première solution consiste à la munir de paliers
glissant sur des tubes de guidaye fixe. Toutefois, pour
une installation de grande puissance, il est plus avanta-
geux de cons-tituer les moyens de guidage par un ou plu-
sieurs tube(s) fixé(s) à la traverse et se deplaçant dans
des paliers fixes dont la distance est égale à au moins
quatre fois le diamètre du tube. Si cette solution augmen-
te légèrement la masse des équipages mobiles, elle a en
contrepartie l'intérêt d'éviter tout coussinet, garniture
et arrivée d'huile mobile et de permettre de rendre les
équipages mobiles sensiblement symétriques par rapport à
l'axe longitudinal de la machine.
D'autres variantes encore sont possibles. C'est ainsi
que la machine tandem qui vient d'être décrite peut tra- ;
vailler, ou bien en tant que compresseur dans lequel l'air
comprimé dans les cylindres compresseurs est refoulé à
l'extérieur, ou bien, et de préférence, en tant qu'autogé-
nérateur de ga~ sous pression dans lequel au moins la plus
` 9
grande partie de l'alr comprimé dans les cylindres com-
presseurs sert au balayaye et à l.a suralimentati.on dès cy-
lindres moteurs dans lesquels les gaz de combustion ne se
détendent qu':incomplètement, de sorte qu'un mélange chaud
et sous pression composé de gaz de combus-tion et d~air de
balaya~e sort des ouvertures d'échappemen-t des cylindres
moteurs, mé].ange qui peut être utilisé pour l~entraInement
d'une turbine.
