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MACHINES DE STIRLING A PISTONS ROTATIFS ANNULAIRES TRILOBIQUES

Présentation Cycle de Stirling Etat de l'art actuel Cahier des charges La réponse SPRATL Détails techniques Etude thermique du régénérateur


Vue générale des transferts de fluides pour 2 machines PRATL



Conversion du mouvement

    Le mouvement des pistons rotatifs annulaires (PRA) est un mouvement de rotation continue, mais d’axes alternés. Pour le convertir en une rotation continue d’axe fixe, plusieurs solutions ont été développées par Pascal HA PHAM, inventeur des machines (2,2F,2C) : bielle rotative avec deux rotules à doigt ; joint de Oldham ; guidage par lumières triangulaires circulaires (LUM1,LUM2,LUM3) découpées sur un rotor central.

    Toutes ces alternatives, telles que décrites dans les demandes PCT 03.3921 et INPI 07.5990 et 07.6157 de Pascal HA PHAM sont compatibles avec le dispositif(1). Ainsi, tel qu’illustré aux figures 2B,2C,2D et 2F, la dernière solution est retenue avec les améliorations suivantes, pour des machines PRATL froides (2F) ou chaudes (2C) :
-    le piston trilobique (PRA,PRAF,PRAC) est composé :
o    d’un trilobe (TRI,TRIF,TRIC)
o    d’une plaque d’étanchéité (PLA,PLAF,PLAC) solidaire du trilobe
o    d’au moins 3 manetons (MAN1,MAN2,MAN3) solidaires de la plaque (PLA,PLAF,PLAC),
-    les manetons (MAN1,MAN2,MAN3) sont constamment au contact du pourtour des lumières (LUM1,LUM2,LUM3) des rotors (ROT,ROTF,ROTC) leur correspondant, et,
-    les rotors (ROT,ROTF,ROTC), entraînés par les manetons, tournent autour d’un axe fixe traversant les machines (2,2F,2C) exactement en leur centre.
Détail du système de conversion du mouvement et des isolations thermiques
vidéo mouvement rapide !                    vidéo mouvement lent !
Attendre quelques minutes le temps du téléchargement... à lire en boucle.


Autres technologies de conversion du mouvement

    SYCOMOREEN travaille également à l'adaptation au SPRATL d'une ancienne idée de Pascal HA PHAM : la transmission à rattrapage séquentiel alterné. Elle est constituée par 2 pignons à 3 dents synchronisés par un engrenage central. Vous pouvez voir sur les images ci-dessous une esquisse de la transmission :
transmission à rattrapage séquentiel alterné adaptée au SPRATL

Au cours du mouvement, l'un des pignons-3-dents (par exemple : 2) s'engage solidairement avec le trilobe et l'autre roue (2') est libérée, mais reste synchronisée avec l'autre pignon-3-dents via l'engrenage central (1). Un couvercle permet les rotations et les caractéristiques géométriques nécessaires à l'engrènement. Tous les 60° de rotation, les roles des pignons-3-dents (2 et 2') sont permutés au cours d'une transition quasi-instantanée en accord avec le mouvement de rotation homocinétique qu'ils permettent d'obtenir.
Transmission à rattrapage séquentiel alterné de Pascal HA PHAM adaptées pour les machines SPRATL de SYCOMOREENTransmission à rattrapage séquentiel alterné de Pascal HA PHAM adaptées pour les machines SPRATL de SYCOMOREEN
Vous pouvez jouer avec ce mouvement en téléchargeant ce fichier Excel (click droit, enregistrer sous) programmé par Pascal HA PHAM. Il faut l'enregistrer sur votre disque dur (l'execution directe peut échouer), activer les macros (ce n'est pas un virus...), puis appuyer sur les touches F2,F3,F4 et F5 à volonté

Récemment, JMB, alias Toto65,
forumer econologiste, a proposé une alternative avec des roues périphériques qui peut être vue en appuyant sur F1 dans le précédent fichier, et ci-après, voici quelques images de sa conception :
Conception de JMB pour la conversion du mouvement des machines SPRATLConception de JMB pour la conversion du mouvement des machines SPRATL

Précautions d’isolation thermique

    Dans la construction la plus simple, tel qu’illustré à la figure 2A, le manchon d’isolation (ISO) est absent et les rotors (ROTF) et (ROTC) sont solidaires pour ne constituer qu’une seule pièce (ROT). Néanmoins :
-    pour bloquer la conduction et le rayonnement thermiques, un manchon d’isolation en tôles fines est mis en place, et peut être plus ou moins sophistiqué :
   o réalisation du vide autour du régénérateur (RGN), ou seulement dans les couches concentriques (ISO1,ISO2,ISO3) du manchon (ISO)
 o faces internes réfléchissantes des couches (ISO1,ISO2,ISO3) pour renvoyer les infra-rouges émis par les parties chaudes du régénérateur, et faces externes noires pour absorber le rayonnement extérieur.

-    pour éviter le transfert direct de chaleur de (2C) vers (2F), tel qu’illustré aux figures 2G et 2H, le rotor (ROT) peut être scindé en 2 pièces (ROTF,ROTC), lesquelles sont accouplées de manière homocinétique tout en bloquant la conduction thermique. La surface de contact entre (ROTF) et (ROTC) est quasi-nulle. Cela est possible en utilisant des contacts ponctuels entre (ROTF) et (ROTC). Ici, 3 contacts ponctuels se font entre des cannelures planes (CAN) taillées dans (ROTF), et 3 sphères (SPH) solidaires de (ROTC). De plus (ROTF) pourra être réfléchissant et (ROTC) sombre.


Etanchéification des chambres

    L’étanchéification est différente entre les petites chambres de l’étage interne (PC1,PC2,PC3) et les grandes (GC1,GC2,GC3) de l’étage externe des machines PRATL.
    Tel qu’illustré à la figure 3L, pour les petites chambres (PC1,PC2,PC3), deux larges contacts surfaciques circulaires entre le piston (PRA) et le noyau (NBA) empêchent les fuites de fluide, hormis dans la position de la figure 3N, où le contact devient linéique en haut du piston (PRA). Ce phénomène est néanmoins extrêmement fugace et donc négligeable.
    En revanche, pour les grandes chambres (GC1,GC2,GC3) ne subsiste qu’un seul contact surfacique entre le piston(PRA) et le carter (CAR), l’autre étant remplacé par un contact linéique presque permanent en tête de lobe, défavorable pour l’étanchéité. Ainsi, tel qu’illustré aux figures 3K,3M et 3N, ce contact linéique devient surfacique par des petits enlèvements de matière circulaires en tête de chaque lobe (EMC1,EMC2,EMC3), et par deux ajouts de matière circulaires(AMC1,AMC2) de mêmes centre et rayon sur le carter(CAR). Un vide de matière dans la position de la figure 3N est alors obturé par un ou plusieurs segments (SEG1,SEG2,SEG3,SEG4) sensiblement verticaux et poussés individuellement contre le piston (PRA) soit par un ressort, soit par une pression de fluide (non représentés).
Etanchéification des chambres par segmentations et taille en biseau du trilobe
voir la vidéo des segments et du mouvement !

    Ces segments (SEG1,SEG2,SEG3,SEG4) ont une action d’étanchéité sur une partie relativement courte du mouvement (moins de 10° d’angle de rotation du piston(PRA) autour de la position de la figure 3N) : toutes les chambres sont étanchéifiées presque continuellement par des contacts surfaciques entre le piston(PRA), le noyau(NBA) et le carter(CAR). D’autres segments posés sur le noyau ou le piston ainsi que le fractionnement du carter(CAR) tel que décrit dans la demande INPI 07.6157 sont aussi envisageables pour optimiser l’étanchéité.

Extension à des pistons rotatifs annulaires polylobiques

    Le dispositif(1) peut fonctionner avec un piston polylobique : tout nombre de lobes impair supérieur ou égal à 3 convient. Tel qu’illustré aux figures 4A et 4B pour un piston rotatif annulaire pentalobique(PRA), et 4C et 4D pour un piston rotatif annulaire heptalobique(PRA), à condition de modifier la forme périphérique du carter(CAR), du noyau(NBA) et des lumières (LUM1,LUM2,LUM3), les machines trilobiques (2,2F,2C) et leur application au dispositif(1) dans le cadre d’un cycle de Stirling se généralisent avec des pistons polylobiques impairs, notamment en terme de connexions et de conversions de mouvement.
Extension à des machines polylobiques impaires
voir les vidéos !

    Pour de nombreuses raisons, le cas optimal reste néanmoins celui du piston trilobique : perte de compacité, complexité du piston, étanchéité amoindrie et compressions/détentes du fluide non désirées au cours du cycle font que les cas au-delà de la machine heptalobique ne trouveront probablement pas d’applications concrètes et demeureront purement conceptuels dans le cadre de cycles de Stirling.



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