BE465690A - - Google Patents

Description

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    La.   Société dite : AKTIEBOLAGET LJUNGSTRÖMS  NGTURBIN à Stockholm (Suède) Machine rotative. 



  Convention Internationale : Demande de brevet suédois   n 5.386   déposée le 29 juin 1944. 



   La présente invention concerne des machines rota- tives du type à rotors dentés, avec intervalles compris en- tre les rotors dentés et l'enveloppe qui les entoure et des-   tinés   au panage du fluide de travail (moteur ou traité) lors de la rotation des rotors. La machine rotative suivant l'in- vention peut être établiepour servir soit comme compresseur, en vue de comprimer un fluide gazeux, soit comme moteur, en vue de fournir de la force motrice. Les machines rotatives de ce type sont décrites par exemple dans le brevet américain n 2.174.522.

   Les rotors dentés, et en premier lieu, ceux qui comportent des intervalles concaves entre les dents, sont for- més, conformément au brevet précité, de manière à présenter des dents ou filets dépouillés et enroulés en hélice suivant leur sens longitudinal* Le rapport entre la longueur du tour. 
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 du filet et le pas du filet est calcul le tour I dAIJl4 1 Ip' o,. st . n r 

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 n'embrasse pas la totalité de la périphérie, tandis que la compression du fluide de travail(dans le cas de compresseurs) a lieu dans les cannelures qui forment les intervalles entre les dents et qui sont obturées du côtê du refoulement, par laparoi en bout de l'enveloppe.

   Du point de vue de la capa- cité de la machine rotative, il y a intérét à ce que les creux entre les dents soient aussi profondsque   possible.   En tenant compte des pertes dynamiques et volumétriques dans la   machine;  il est impossible, pour une certaine profondeur de filet, de donner aux rotors dentés des dimensions dictées uni-   quement   en considérant la résistance mécanique de ceux-ci* Pea conséquent le diamètre extérieur des rotors dentés, dépend dans la pratique, du nombre des filets.

   Ceci a pour effet, que lorsque le nombre de filets est réduit, trois par exemple, les rotors dentés en filetés, à intervalles concaves entre les dents, deviennent trop faibles pour pouvoir résister à la pression du fluide de travail qui s'exerce sur eux dans le sens radial lors du fonctionnement de la machine* On peut donc être amené, pour des considérations de résistance mécani- que, à augmenter le nombre des filets, bien que ceci exerce un effet défavorable sous d'autres rapports, sur les caracté- ristiques de la machine, dans le cas des réalisations connues de la machine du type en question.

   Partant de cette construc- tion connue et peu avantageuse en soi, la présente invention vise à établir une machine rotative exempte du défaut décrit ci-dessus et qui possède une capacité plus élevée, tout en donnant lieu à des pertes plus réduites.Ce résultat est obtenu essentiellement grâce au fait que les dents ou filets des rotors sont enroulés en hélice dans'le sensde leur longueur en embrassant un angle périphérique de préférence inférieur à   360 , en   ce que les rotors dentés sont disposés de telle maniée qu'ils déterminent une modification du volume des intervalles ou chambres qu'ils délimitent, intervalles qui pendant la marche      

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 de la machine, sont isolés aussi bien du coté admission que du coté refoulement ou échappement du fluide moteur ou traité,

   et en ce que des orifices d'admission et d'échappement ou de refoulement particuliers sont prévus dans l'enveloppe qui en- toure les rotors dentés, à l'intention de chacun des rotors den- tés latéraux. Conformément à l'invention la machine rotative présente, pour certaines capacités, des dimensions plus petites que dans les réalisations connues, ce qui contribue en partie au fait que les rotors dentés peuvent être entraîmés à une vitesse plus élevée.   Grce   au fait que le rotor denté médian comporte deux ou plusieurs intervalles entre les filets, tra- vaillant simultanément, on obtient un raccourcissement des tra- jets de passage du fluide de travail et une réduction des per- tes dynamiques, ainsi que des pertes dues aux fluides.

     Il   est avantageux de munir le rotor médian d'un nombre de dents double de celui de chacun des rotors latéraux, ou d'un nombre de dents encore plus élevé. Le rotor médian présente de préférence des dents ou filets concaves, dont on prévoit au moins six. L'in- vention permet en outre de réaliser l'avantage qui consiste à comprimer un fluide de travail dans une seule et même machine à deux ou plusieurs pressions différentes par exemple. 



   L'invention sera décrite ci-après d'une manière plus. détaillée, avec renvoi aux exemples de réalisation montrés aux dessins annexés et en indiquant d'autres caractéristiques de l'objet de l'invention. et longitudinale 
La fige 1 est une vue en coupe horizontale/d'un com- presseur à rotors dentés hélicoïdaux établi conformément à l'invention, suivant la ligne I-I de la fig. 2. 



   La Fige 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne   11-11   de la fige 1. 



     La   fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la fige 1. 



   La fgg. 4 représente une culasse faisant partie de 

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 l'enveloppe du compresseur, et cela en projection suivant la ligne   IV-IV   de la fig. 1. 



   La fig. 5 montre le compresseur en vue d'extérieur et de dessus. 



   La fig. 6 est une vue schématique et en coupe des rotors dentés hélicoïdaux du compresseur. 



   La fige 7 montre en plan une variante d'un compresseur à rotors dentés   Hélicoïdaux   suivant l'invention, certaines par- ties de l'enveloppe étant sectionnées. 



   Dans le mode de réalisation suivant las fig. 1 à 6, le chiffre 10 désigne un rotor denté hélicoïdal médian à filets concaves et dépouillés 12, qui, dans le cas considéré, engrène avec deux rotors dentés Hélicoïdaux latéraux 14 et 16 pourvus de filets convexes 18. Toutefois le nombre des rotors hélicoï- daux latéraux peut être supérieur à deux. Le rotor   hélicoïdal   médian 10 comporte de préférence au moins six filets - sept dans le cas représenté aux dessins - ces filets étant séparés par   des cannelures   20. Les rotors hélicoïdaux latéraux 14 et 16 comportent, dans le mode de réalisation représenté aux dessins, trois filets   18,   le nombre des filets pouvant cependant   6tre   supérieur à trois.

   Le nombre des filets du rotor hélicoïdal 10 est utilement le double du nombre des filets de chacun des ro- tors hélicoïdaux latéraux 14 et 16 ou représente un nombre en- core plus élevé. La forme des filets 12 et   18   et celle des canne- lures 20 a été décrite d'une manière détaillée dans le brevet cité plus naut, auquel on se reportera pour plus amples rensei-   gnements.   De préférence, les flancs des profils des filets des rotors latéraux 18, rotors identiques entre eux, sont donc en partie en forme d'arcs de cercle et en partie en forme d'épicy-   cloïdes,   ces formes étant déterminées et engendrées par   l'arête   extérieure de la cannelure du rotor hélicoïdal médian,   arte   qui coopère avec les flancs correspondants des profils des filets. 



  Les   cannelures   20 qui constituent les intervalles entre les filets sont formées d'une manière correspondante, de sorte qu'on réalise 

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 la meilleure étanchéité possible entre les rotors Les rotors 
10, 14 et 16 présentent de préférence une forme cylindrique et leurs filets forment un angle approprié comme montré plus particulièrement dans la fige 1 et comme il ressortira de la suite , 
Les rotors hélicoïdaux sont enfermés dans une carcasse en enveloppe 22 avec un faible écartement de   dilatation.   Ils sont munis de tourillons 24, venus avec les extrémités des rotors ou fixés à celles-ci, qui sont insérés dans des orifices 
49 (figo 3 et 4) de la carcasse ou de sa culasse   26,   et suppor- tés par'des paliers 28.

   Comme montré dans la fige 1, le rotor médian est pourvu d'un organe 30 qui émerge de la carcasse et qui sert à transmettre aux rotors latéraux par l'intermédiaire des pignons 31 et 32, le couple fourni par un dispositif de commande, par exemple un moteur. Toutefois,. l'un ou l'autre des rotors latéraux peut être moteur au lieu du rotor médian, ce rotor médian étant dans ce cas muni d'un tenon émergeant de la carcasse, comme montré en 32 en traits mixtes, dans la fige 1. Le choix du mode d'entraînement dépend de la vitesse du moteur de commande, en considérant que les rotors latéraux tournent plus rapidement que le rotor médian. 



   L'ensemble constitué par le rotor médian 10 et le rotor latéral 14, d'une part, et l'ensemble constitué par ce même rotor médian 10 et le rotor latéral 18 d'autre part, sont pourvus chacun d'un orifice d'admission et d'un orifice de re- foulement dont les   tubulures   respectives, solidaires de la car- casse 22 sont désignées par 34,36 et par 38, 40. Les deux ori- fices d'admission 34 et 38 sont situés à proximité de la même culasse de la carcasse, mais sur deux cotés opposés de la car- casse* Ceci s'applique également aux orifices de refoulement 
36   et 40,   qui sont situés à proximité de l'autre culasse de la carcasse du compresseur.

   La compression du fluide fourni à la machine s'opère dans les intervalles ou chambres délimités par 

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 les filets des rotors hélicoïdaux, ces intervalles étant isolés de l'extérieur dans le sens radial par la carcasse 22 et des côtés en bout par les culasses planes de cette car- casse* Afin de réaliser des conditions d'admission favora-   bles,   le raccord d'admission 34 se prolonge par un évidement 42 pratiqué dans la culasse 26 et dont la forme, en regardant la face interne de la culasse, correspond à celle que présente l'intervalle entre les rotors dentés 10 et 14 à l'instant qui marque la fin de l'admission ou de   l'aspiration*   Le raccord d'admission 38 se prolonge par un évidement 44 de forme iden- tique, prévu dans la culasse 26.

   De préférence,   l'admission   du gaz s'opère radialement, comme il ressort de la   fig.5,   dans laquelle une partie des rotors 10 et 16 estvisible directement sous le raccord 38. Du cote du refoulement, les culasses de la carcasse sont également pourvues d'évidements 46 et 48, dont les contours correspondent à ceux des intervalles ou cham- bres entre les filets, déterminés par les cannelures correspon- dantes des paires de rotors hélicoïdaux 10, 14 et 10, 16 de sorte qu'on réalise une communication favorable avec le raccord de refoulement en ce qui concerne l'écoulement du fluide de travail, à l'instant où la compression avec la participation de la culasse considérée a atteint la valeur voulue.

   Le gaz comprimé s'échappe en outre radialement par des ouvertures 50 et 52, dont le contour correspond au moins approximativement à la ligne de rencontre entre filets d'une paire de rotors hélicoïdaux. 



   Au cours du fonctionnement du compresseur il se forme entre les filets et la carcasse, y compris les culasses de cette dernière, des chambres fermées séparées l'une de l'autre, dans lesquelles a lieu la compression du gaz. Donc, le fluide gazeux qui arrive par le raccord d'admission 38, par exemple, est conduit à travers l'espace entre les filets, en prise les uns avec les autres, des rotors hélicoïdaux 10 et 16, vers le raccord de refoulement 40. Toutefois une partie de ce fluide 

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 est dirigée à travers des espaces limités par le rotor médian 
10 et le rotor latéral   14,   ainsi que la partie cylindrique de la carcasse, située entre les arêtes 54 et 56. Cette der- nière partie du fluide de service s'échappe par le raccord de refoulement 36.

   De même, la quantité de gaz qui entre par le raccord d'admission 34 se subdivise en deux courants, dont l'un s'échappe par le raccord de refoulement 36, tandis que l'autre quitte le compresseur par le raccord de refoulement 400 Les deux raccords d'admission 34 et 38 et/ou les deux raccords de refoulement 36 et 40 peuvent être reliés entre eux, de façon que le compresseur soit équipé avec un seul conduit d'admission commun et/ou un seul conduit de refoulement commun. 



   Conformément à l'invention, ce compresseur peut être employé lorsqu'on désire réaliser une compression avec deux pressions finaleso Dans ce dernier cas, il est utile, bien que non nécessaire, de donner aux passages de refoulement   46,50   et 48,52 des dimensions différentes, de façon que le vo- lume de gaz contenu dans le compresseur ne puisse quitter celui- ci qu'après avoir été comprimé avec pressions finales différentes 
11 est très important de déterminer un rapport con- venable entre l'angle périphérique de filets du .rotor médian 10 et l'angle au centre délimité par les arêtes 54 et 56 de la carcasse.

   Dans la fig. 6 on a représenté en traits pleins une cannelure 20 telle qu'elle se présente à l'extrémité du rotor 10 située au plus près de l'observateur, cannelure qui, au cours de la rotation du rotor est venue occuper une position dans laquelle son arête postérieure vient d'atteindre   l'arête   56 de la carcasse.

   Afin qu'il n'y ait pas de communication li- bre entre le raccord d'admission prévu d'un coté du rotor 10 et le raccord de refoulement de l'autre coté de ce rotor, la cannelure 20 doit tout au plus embrasser un angle tel que   l'ar- .        te en bout de cette cannelure, telle qu'elle se présente sur la face du rotor éloignée de l'observateur, n'atteigne pas le 

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 point 54, ce qui correspond à un angle   périphérique @   l' pour le filet, comme indiqué dans la fig.6. 



   Dans la pratique, on peut cependant travailler avec un certain angle de   recouvrement @ 2'   de sorte que l'arête postérieure du filet aboutira au point désigné par 20' dans la fig.6. Un tel recouvrement qui comme on le voit, a pour effet que, pendant la rotation des rotors, les canne- lures se trouvent à un instant donné en communication simul- tanée avec le côté admission et le côté refoulement, peut être appliqué sans inconvénient, étant donné que le rapport de compression ainsi que la section de passage du fluide à l'admission sont réduits au début, et que l'onde de pression qui se dirige, à travers les chambres ou les intervalles en- tre les filets, du raccord de refoulement vers le raccord d'admission, n'atteint pas ce dernier avant qu'il ne soit fermé. 



   Lorsque la profondeur des filets, h = 0,25 x, le diamètre extérieur des rotors latéraux et que ces rotors comportent trois filets, tandis que le rotor médian en com- porte six, la cannelure de ce dernier rotor se voit attribuer un angle   périphérique @ 1   = 48  ou représentant une valeur voisine, ou bien, un angle   périphëriquecl, 1     + @2(avec   recou-   vrement,   comme exposé plus haut) = 59  ou représentant une valeur voisine. Lorsque le nombre des filets du rotor médian augmente, la valeur de ces angles croit.

   Ainsi, pour 8 filets les angles   périphériques  1   et   +@2   du rotor médian   s'élè-   vent respectivement à 66  et à 75  environ. il ressort de ce qui précède que l'angle périphé- rique embrassé par les filets entre les surfaces en bout est inférieur à   360 .   Il s'ensuit que lors du fonctionnement du compresseur, les rotors sont soumis à des efforts radiaux qui sont vaincus, conformément à la présente invention, d'une manière favorable du point de vue de la construction 

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 et du fonctionnement.

   Selon l'invention, cette machine ro- tative peut être établie conformément à l'équation   G =   n.g + n - x, où G est le nombre des dents ou filets du rotor denté médian, g - le nombre de dents des rotors latéraux, n - le nombre des rotors latéraux, et x - un nombre entier, d'un cer- tain ordre de grandeur, plus grand, plus petit ou = 0. On dis- pose ainsi de possibilités étendues pour adapter la machine rotative aux conditions de chaque cas particulier. 



   Le mode de réalisation suivant la fig. 7 ne diffère essentiellement du précédent que par le fait que les rotors hélicaux comportent quatre surfaces en bout,   c'est-à-dire   que chaque rotor est composé de deux rotors établis suivant les figures précédentes et dont les filets orientés en sens oppo- sés, se rencontrent au milieu sur la ligne 60. Le compresseur présente ainsi deux raccords de refoulement et deux raccords d'admission sur chacune de ces faces en bout. Dans le cas re- présenté au dessin, le compresseur est pourvu de deux raccords d'admission 62 situé sur un coté (coté supérieur) du compres- seur et de deux raccords   d'admission 64   sur le c6té opposé (coté inférieur) du compresseur.

   Les raccords de refoulement sont disposés au milieu du compresseur de telle manière qu'au raccord d'admission 62 correspond un raccord de refoulement 66 sur le c6té inférieur du compresseur, tandis qu'au raccord d'admission   64   correspond un raccord de refoulement 68 sur le côté supérieur du compresseur* Dans ce dernier mode de réalisa- tion le gaz aspiré à travers un raccord d'admission se divise également en deux courants, de manière à être dirigé vers les deux raccords, de refoulement. Les raccords d'admission et de refoulement présentent, tout comme dans les cas décrits plus haut, une forme qui correspond à celle que présentent les cannelures ou les chambres entre les filets à l'instant de leur fermeture ou de leur ouverture.

   Dans la fig. 7, on a enle- vé les raccords proprement dit des orifices d'admission   62,   

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 montré sur le côté supérieur du compresseur et de   l'orifi-   ce de refoulement 68. Les découpages ainsi obtenus permettent d'apercevoir le rotor   Hélicoïdal   médian 70 et les rotors      latéraux 72 et 74. D'ailleurs, tous les rotors présentent la même forme que les rotors décrits plus haut, saufque chacun d'eux est constitué par deux rotors   hélicoïdaux   à filets orientés en sens opposés. Comme il ressort du dessin, le compresseur établi selon ce dernier mode d'exécution com- porte deux culasses 76. 



   11 va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de construction représentés aux dessins, mais qu'elle peut subir des modifications sans plusieurs rapports tout en restant dans le cadre des revendications annexées. Un moteur congu suivant la présente invention peut, en principe être établi conformément à l'exemple de réalisation décrit plus haut. 



   Revendications*

Claims (1)

1. échine rotative du type à rotors dentés, com- portant au moins deux rotors latéraux en prise avec un rotor intermédiaire, caractérisée en ce que les dents ou filets des rotors sont enroulés en hélice dans le sens de leur lon- gueur en embrassant un angle périphérique de préférence in- férieur à 360 , en ce que les rotors dentés sont disposés de telle manière qu'ils déterminent une modification du volume des intervalles ou chambres qu'ils délimitent et qui, pendant la marche de la machine, sont isolés, aussi bien du coté admission ou aspiration que du côté refoulement ou échappe- ment du fluide moteur ou traité, et en ce que des orifices d'admission et d'échappement particuliers sont prévus dans l'enveloppe qui entoure les rotors dentés, à l'intention de chacun des rotors latéraux* 2.

Machine rotative suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le ou les rotors dentés intermédiaires <Desc/Clms Page number 11> possèdent un nombre de dents au moins double de celui des rotors latérauxo 3. Machine rotatvie suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rotor médian comporte au moins six dents ou filets concaves.

4. Machine rotative suivant lesrevendications 1,2 ou 3, caractérisée en ce que les orifices d'admission pour deux rotors latéraux en prise avec le rotor médian sont si- tués sur deux cotés opposés de la carcasse de la machine.

5. Machine @otative suivant la revendication 4, ca- ractérisée en ce que les orifices, d'échappement ou de refou- lement se rapportant à ces rotors latéraux sont également situés sur des côtés opposés de la carcasse: 6. Machine rotative suivant les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les sections de passage des ori- fices d'échappement ou de refoulement sont de grandeurs dif- férentes, de sorte que, lors du passage du fluide de service dans l'intervalle entre les filets d'un coté du rotor médian, la pression de ce fluide subit une autre modification que lors du passage de ce fluide dans l'intervalle situé d'un autre coté du rotor médian.

7. Machine rotative suivant les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les rotors dentés sont constitués chacun par deux rotors dentés ou hélicoïdaux partiels, assem- blés de manière que leurs dents ou filets soient enroulés en sens opposés, et en ce que deux rotors dentés en prise sont pourvus de deux orifices d'admission ou de deux orifices d'échappement ou de refoulement: @