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On connaît des machines à piston-rotatif qui forment des chambres de travail à volume variable entre un rotor et un corps enveloppant fixe ou tournant, le rotor glissant constamment contre l'enveloppe par des bords d'application fixes essentiellement parallèles à l'axe et avec interposition de pièces d'étanchéi- té de forme appropriée,- tandis qu'il glisse constamment par des pièces d'étanchéi- té frontale contre les parois latérales du corps enveloppant.
Les machines de ce genre sont utilisées par exemple comme moteurs à com- bustion interne ou comme compresseurs dans lesquels il est indispensable que les chambres à volume variable soient délimitées de façon hermétique, en raison des pressions et des températures élevées qu'atteignent les milieux gazeux. Pour cela, il faut prévoir au moins sur une face frontale du rotor des pièces d'étanchéité minces et élastiques qui sont mobiles en direction axiale, tandi que sur les arêtes de dents il faut prévoir des bandes d'étanchéité minces et élastiques qui sont mobiles en direction radiale.
Ces deux pièces d'étanchéité disposées dans des plans perpendiculaires entre eux doivent, elles aussi, être reliées entre elles de façon hermétique, ce qui en- traîne une difficulté particulière en ce sens que ces deux pièces d'étanchéité doivent exécuter des mouvements dans des directions différentes pour jouer leur rôle d'étanchéité.
Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que les bandes d'étanchéité disposées sur les arêtes de dents du rotor dans des rainures paral- lèles à l'axe ont une longueur variable, c'est-à-dire qu'elles sont composées d'au moins deux parties et que par leurs deux surfaces frontales elles butent de façon étanche contre les parois latérales du corps enveloppant, et que dans les dents du rotor, à proximité des arêtes de dents, sont disposées des pièces de liaison de forme géométrique simple avec ajustement de mouvement en direction ap- proximativement parallèle à l'axe, qui se raccordent bout à bout ou avec chevau- chement avec les éléments d'étanchéité frontaux et les bandes d'étanchéité paral- lèles à l'axe.
On a prévu pour les pièces de liaison des formes qui permettent d' amener la limite d'étanchéité jusqu'à proximité du contour extérieur du rotor, ce qui permet de diminuer largement la pression, d'application.exercée par le gaz sur le joint frontal, par exemple une plaque à bord étanche.
En plaçant les pièces de liaison à proximité des angles, on obtient un autre avantage, à savoir que des canaux de changement de gaz prévus dans les parois latérales du corps enveloppant peuvent être amenés tout près de la péri- phérie sans que les pièces de liaison puissent tomber dans les ouvertures de dis- tribution.
Lorsqu'on utilise des liens métalliques pour les joints frontaux ou pour leur liaison avec le rotor, ces liens, par une structure correspondante de la pièce de liaison, peuvent buter perpendiculairement sur la surface d'enveloppe de cette pièce de liaison, à proximité de l'angle du rotor ou bien s'appliquer tangentiellement à la pièce de liaison. On obtient des conditions particulièrement avantageuses à cet effet lorsque la pièce de liaison présente, en coupe transver- sale une forme de base telle que ses surfaces extérieures soient parallèles aux flancs des dents de l'angle du rotor et que les surfaces adjacentes leur soient approximativement perpendiculaires. La section transversale d'ensemble peut alors présenter par exemple la forme d'un pentagone régulier.
Une autre possibilité dans le cadre de l'invention consiste à donner 9-la pièce de liaison la forme d'une étoile à trois branches. L'une de ces bran- ches est dirigée vers l'arête de dent tandis que les autres sont situées dans la direction des liens métalliques, ou approximativement parallèles aux flanps de dent. Pour améliorer l'effet d'étanchéité, le raccordement entre l'étoile à trois branches servant de pièce de liaison et les éléments d'étanchéité voisins peut être un raccordement en gradin, dans un ou plusieurs plans, Dans ce mode de
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construction, la bande d'étanchéité parallèle à l'axe se réunit,de préférence par un assemblage à rainure, au bras de l'étoile qui est dirigé vers l'arête de dent.
Au lieu de l'étoile à trois branches, on peut aussi utiliser des pièces de liai- son qui présentent également une forme de bande et qui sont assemblées par rainure aux bandes d'étanchéité parallèles à l'axe . Les liens métalliques des joints la- téraux butent sous un angle aussi obtus que possible contre ces pièces de liaison en forme de bandes dirigées radialement qui peuvent être divisées pour pouvoir s'appliquer contre les deux parois latérales du corps enveloppant.
Les liens métalliques qui burent contre les pièces de liaison ou qui sont insérés dans celles-ci sont de préférence élargie à leurs surfaces extrêmes d'application, pour diminuer la charge spécifique due aux forces centrifuges.
Les bandes d'étanchéité parallèles à l'axe qui sont disposées dans des rainures des arêtes de dents du rotor doivent être composées de plusieurs par- ties afin de permettre une variation de longueur, pour que leurs deux surfaces frontales butenttoujours de façon étanche contre les parois latérales du corps enveloppant. Les bandes d'étanchéité peuvent être divisées de différentes façons.
Elles peuvent par exemple être partagées par un plan qui passe par l'arête de dent. Une division oblique par rapport à l'arête de dent est aussi possible.
D'autre part, à une extrémité ou aux deux extrémités des bandes d'étanchéité, on peut couper des morceaux triangulaires, la séparation rejoignant obliquement 1' angle extérieur d'arête. Dans cette construction, on peut en outre obtenir une étanchéité améliorée aux angles au moyen d'une garniture ajustée dans des rainures des deux portions de bander
Il rentre encore dans le cadre de l'invention de disposer dans les rai- nures de la pièce de liaison les bandes d'étanchéité parallèles à l'axe grâce à des couvre-joints interposés sur la face intérieure et qui peuvent faire corps avec les bandes d'étanchéité et présentent de préférence la même largeur que cel- les-ci.Ces couvre-joints ont pour rôle de recouvrir les interstices qui apparaisr sent en cas de déplacement longitudinal relatif des deux parties de bande d'étan-
chéité.
Dans les systèmes d'étanchéité du type décrit, il est apparu nécessaire de prévoir, entre le rotor et le joint frontal qui est de préférence une plaque à bord d'étanchéité, un entraînement tel que les pièces d'étanchéité elles-mêmes ne subissent pas le couple de frottement contre la paroi latérale. Suivant l'in- vention l'entraînement doit se faire par un accouplement à griffes, les surfaces de contact étant situées autant que possible dans des plans passant par l'axe du rotor. Il peut y avoir une ou plusieurs griffes. Au lieu des griffes on peut aussi utiliser une denture à dents axiales ou radiales.
En tous cas, le jeu entre les éléments d'entraînement situés dans le joint frôntal et dans le rotor doit être plus petit qu'entre le joint frontal et la pièce de liaison du système d'étanchéi- té afin d'exclure avec certitude le blocage de la pièce de liaison.
Les joints latéraux sont appliqués contre la paroi frontale qu'ils balaient par la pression des gaz qui règne dans la chambre de travail. La pres- sion des gaz agit ici sur la surface marginale entre le contour extérieur de la surface d'étanchéité et la paroi extérieure des bandes métalliques enrobées dans le rotor.
Sur la-surface balayée se crée une contre-pression qui joue un rôle de décharge et qui prend une grandeur différente suivant l'exactitude de l'application et suivant l'état de graissage ces surfaces de frottements. Des surfaces de frotte- ment relativement petites par rapport aux surfaces subissant la pression donnent une étanchéité sure, mais de fortes compressions spécifiques et par suite le ris- que d'une usure prématurée. Il est apparu avantageux de donner au rapport entre la surface qui subit la pression une valeur comprise entre 2 et 1, afin de combin une étanchéité parfaite avec une faible usure.
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Au lieu des plaques à bord étanche, on peut utiliser pour l'étanchéité, du côté frontal, des bandes individuelles qui suivant d'un angle à l'autre les faces frontales du rotor sous une forme rectiligne ou courbe, sont encastrées dans des rainures et sont éventuellement reliées au rotor par l'intermédiaire de bandes métalliques de la même façon que les plaques à bord étanche. Ces bandes peuvent avoir une section transversale rectangulaire, en L ou en T. Contrairement aux plaques à bord étanche, les bandes peuvent changer de paroi d'application dans leur rainure contre le rotor, car les pressions de gaz et les forces centrifuges sont normalement dirigées en sens opposé entre elles. Pour assurer en tous cas l'application frontale des bandes d'étanchéité contre la paroi balayée, il faut prévoir une construction à profil en L ou en T.
Les bandes d'étanchéité frontales sont de préférence insérées dans les dents du rotor tangentiellement à la pièce de liaison.
L'invention vise également, à titre de produits industriels nouveaux, les machines à pistons rotatifs, moteurs, compresseurs ou autres munis de disposi- tifs d'étanchéité du type précité.
D'autres détails et caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui va suivre, faite parallèlement aux dessins qui montrent quel- ques exemples de réalisation de l'invention dans une machine à piston rotatif con- stituée par un rotor extérieur tournant, en forme d'épitrochoïde à deux arcs, et un rotor intérieur dont la forme est celle de la courbe intérieure enveloppe du rotor extérieur. Le rotor intérieur est toujours appliqué par trôis arêtes de dents parallèles à l'axe contre la surface intérieure enveloppe du rotor exté- rieur, et on a prévu des éléments d'étanchéité appropriés pour assurer l'étanchéi- té vis-à-vis des parois latérales du rotor extérieur.
Dans ces dessins : - , - la figure 1 montre un coin des rotors intérieur et extérieur en coupe transversale suivant la ligne I-I de la figure 3 ; - la figure 2 montre en élévation de rotor intérieur suivant la ligne Il-Il de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan du rotor intérieur en direction d' une arête; - la figure 4 montre un détail en coupe transversale suivant le ligne IV-IV de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en perspective du rotor intérieur ; - la figure 6 est une coupe transversale des rotors intérieur et ex- térieur suivant la ligne VI-VI de la figure 8, avec une bande d'étanchéité de structure différente parallèle à l'axe; - la figure 7 est une vue en élévation du rotor intérieur suivant la ligne VII-VII de la figure 6 ;
- la figure 8 est une vue en plan du rotor intérieur en direction d'une arête; - la figure 9 est une vue en perspective d'un angle du rotor intérieur avec des éléments d'étanchéité de structure différente; - la figure 10 montre en élévation frontale un corps de rotor à 3 dents; - les figures 11, 12,13 et 14 montrent des possibilités différentes de construction de la pièce de liaison et des raccordements avec les bandes d' étanchéité parallèles à l'axe ; - la figure 15 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 14; - la figure 16 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 14 ;
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- la figure 17 est une vue en perspective de la forme suivant les fi- gures 14,15 et 16;
- les figures 18 et 19 montrent les surfaces de frottement et les sur- faces qui subissent la pression sur une plaque à bord étanche; - les figures 20 et 21 montrent des formes de réalisation de bands d'é- tanchéité frontales à profil en L; - la figure 22 montre une forme de réalisation de bande d'étanchéité , frontale à profil en T; - la figure 23 montre une forme de réalisation de bande d'étanchéité sous forme de baguette; - la-figure 24 montre une dent de rotor en élévation avec bande d'étan- chéité frontale en L; - la figure 25 est une coupe suivant la ligne C-C de la figure 24; et - la figure 26 est une coupe suivant la ligne D-D de la figure 24.
Sur toutes les figures, on a désigné par 19 le corps enveloppant fixe ou tournant qui se compose d'une enveloppe 20 et de parois latérales 21, 22.
Dans le corps 19, le rotor intérieur 1 est disposé de manière à pouvoir tourner et présente sur ses arêtes parallèles à l'axe, des rainures longitudinales 2 dans lesquelles sont encastrées des bandes d'étanchéité qui sont mobiles en direction radiale par rapport à la surface intérieure de l'enveloppe 20.
' Sur les figures 1 à 3, la séparation entre les parties 3 et 4 de la bande d'étanchéité est dirigée obliquement. Ces deux parties peuvent donc coulisse l'une par rapport à l'autre'et leurs surfaces frontales sont appliquées contre les joues 21, 22 du corps 19. Lorsque les deux parties 3, 4 de la bande d'étan- chéité s'écartent l'une de l'autre, il se forme en 5,6 des interstices qui sont fermés par les couvre-joints 7,8 placés dessous. Ces couvre-joints possèdent la même largeur que les deux parties de bande 3, 4 ensemble.
Ils sont guidés dans des pièces de liaison 9, 10 munis de rainures appropriées.
Ces pièces de liaison 9,' 10 ont une forme cylindrique et sont montées avec ajus- tement de mouvement dans un orifice 11 du rotor 1 et sont poussées vers l'extériet à travers les plaques à bord étanche 12, 13 contre les joues 21, 22 du corps en- veloppant 19, par exemple sous l'action de la pression de gaz et/ou par une tensic de ressort. De chaque côté du rotor 1 est disposée une plaque à bord étanche 12, 13, et celles-ci sont par exemple poussées par la pression des gaz contre les pa- rois latérales 21, 22 du corps enveloppant 19 et assurent l'étanchéité frontale.
Les plaques à bord étanche 12, 13 sont reliées de façon hermétique au rotor 1 par l'intermédiaire de bandes d'étanchéité 14, 15, 16, 17. Ces bandes d'étanchéité sont encastrées dans des rainures aussi bien du rotor intérieur 1 que' des plaques à bord étanche 12, 13. Le raccordement d'une bande d'étanchéité 14 à une plaque de liaison 9 est représenté en détail sur la figure 4.
Dans ces exemples de réalisation, la pièce de liaison 9 présente un évidement 18 dans lequel pénètre l'extrémité de la bande d'étanchéité 14.
La figure 5 montre en perspective l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4 ; lecorps enveloppant 19 étant omis.
Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 6, 7 et 8, à la place de la bande d'étanchéité parallèle à l'axe et divisée obliquement, on a pré. vu une bande d'étanchéité divisée en direction radiale par la ligne de faite. Les deux parties sont désignées par 3' et 4'. Dans cet exemple de réalisation, les couvre-joints 7' et 8' prévus pour fermer les interstices 5' et 6' qui apparais- sent lorsque les parties 3' et 4' de la bande d'étanchéité se déplacent, font corps avec les parties de bande d'étanchéité correspondantes. Par ailleurs, la disposition est la même que sur les figures 1 à 4.
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La figure 9 montre l'exemple de réalisation suivant les figures 6 à 8 en perspective, le corps enveloppant étant omis.
Sur la figure 10, on voit l'élévation frontale complète du rotor 1, des bandes d'étanchéité 48 parallèles à l'axe étant disposées dans chaque arête de dent. La plaque frontale à bord étanche 12 est placée contre la paroi latérale 21 du corps enveloppant 19 par sa surface 23. Les détails de la zone encerclée 24 sont décrits plus précisément sur les figures suivantes.
Sur la figure 11, une bande d'étanchéité 48 est placée dans une rai- nure correspondante 2 de l'angle du rotor 1. Cette bande d'étanchéité, comme dans les exemples précédents est appliquée par son arête de sommet' contre la surface intérieure de l'enveloppe 20 du corps enveloppant 19. En dessous de la bande d' étanchéité 48 est disposée dans le rotor 1, la pièce de liaison 25 à laquelle sont réunies tangentiellement les bandes métalliques 14,15 qui servent à 1' étanchéité du côté frontal.
Pour empêcher la bande d'étanchéité 48 d'être bloquée par les bandes métalliques 14, 15 il faut que celles-ci soient assujetties dans les rainures prévues dans le rotor 1 et la plaque à bord étanche 12 de façon telle qu'elles ne puissent pas arriver jusqu'à la bande d'étanchéité 48 mais qu'il reste un interstice 26 dans le bout des rainures.
Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 12, on a prévu dans le rotor 1, comme pièce de liaison, une cheville 27 à section pentagonale dans laquelle est enrobée la bande d'étanchéité 48. A cet effet, la cheville 27 possède une rainure 28 qui correspond à la rainure 2-du rotor 1. Le raccordement de la ban- de métallique 14 à la cheville 27 est représenté bout à bout sous un angle approxi- mativement droit, tandis que la bande métallique 15 est représentée encastrée dans une rainure appropriée 18 de la cheville 27,
La figure 13 montre la pièce de liaison sous la forme d'une étoile à trois branches 29. Pour raccorder la bande d'étanchéité 48 au bras 30 de cette étoile 29, la bande possède une rainuré correspondante 31.
En 32, on a représenté des chevauchements en gradin pour le raccordement des bandes métalliques 14,15 aux bras 33,34 de la pièce des liaison en forme d'étoile 29.
La liaison représentée sur la figure 14, entre les bandes d'étanchéité 48 parallèles à l'axe et les bandes métalliques 14,15 se fait avec interposition d'une pièce de liaison en forme de bande 35, qui est montée de façon mobile axia- lement dans une rainure 36 du rotor 1. Les liens métalliques 14, 15 rejoignent bout à bout cette bande 35. Pour relier la bande d'étanchéité 48, celle-ci est munie d'une rainure appropriée 37. Pour transmettre au rotor 1 le couple de frot- tement qui agit sur la plaque à bord étanche 12, on a prévu des accouplements à griffes 38 dont les surfaces d'entraînement 39 et 40 sont situées dans des plans qui passent approximativement par l'axe de rotation du rotor.
Comme le montre la coupe A-A représentée sur la figure 15, la bande métallique 15 possède une extrémité élargie 41 qui s'applique contre la pièce de liaison en forme de bande 35 et va jusqu'à la face extérieure de la plaque à bord étanche 12. Par cet élargissement, on obtient une diminution de la compres- sion spécifique de surface de la bande 15 contre la pièce de liaison 35 et en outre, on franchit l'interstice 42 prévu dans la plaque à bord étanche 12 pour laisser passer la pièce de liaison 35. La pièce de liaison en forme de bande 35 est divisée en 43, de sorte que sa face frontale 44 peut s'appliquer contre la paroi latérale 21 du corps enveloppant.
Les deux parties de la pièce de liaison 35 en forme de bande sont reliées entre elles, comme le montre la figure 16, par une plaque de fermeture 45 qui se trouve dans des rainures correspondantes 46 de la pièce de liaison 35, de sorte que les gaz comprimés sont empêchés d'atteindre le fond 47 de la rainure 36.
La bande d'étanchéité 48 est divisée obliquement à l'angle extérieur 49, ce qui donne une portion triangulaire 50. Dans l'interstice, les parties 48 et 50 sont rainurées et une garniture 51 dirigée obliquement vers l'angle extérieur
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49 de la bande d'étanchéité y est ajustée.
Sur la figure 17, l'exemple de réalisation suivant les figures 14 à 16 est représenté en perspective.
Sur les figures 18 et 19,la surface d'application de la plaque à bord étanche 12 vis-à-vis de la paroi latérale 21 du corps enveloppant 19 est désignée par F. P désigne la région de la zone marginale qui subit la pression, entre le contour extérieur de la plaque à bord étanche et le bord des bandes métalliques 14, qui sont encastrées dans des rainures de la plaque à bord étanche 12. Dans cet exemple de réalisation, le rapport entre la surface F et la surface P est à peu près de 2:1. La figure 19 est une coupe suivant la ligne E-E de la figure 18.
A la place des plaques à bord étanche utilisées dans les exemples pré- cédents pour l'étanchéité frontale du rotor 1 vis-à-vis des parois latérales du corps enveloppant, on a prévu sur les figures 20 et 21 une bande d'étanchéité en L 52,53 qui sont disposées de façon mobile axialement dans des rainures corres- pondantes 54, 55 du rotor 1. Cette bande d'étanchéité 52 ou 53 va d'un angle du rotor à l'autre suivant une forme rectiligne ou courbe. La transmission du couple de frottement dans la disposition suivant la figure 20 est assurée par une denture 56 du pourtour; dans la forme de réalisation suivant la figure 21, par une denture frontale 57 de la bande d'étanchéité 53 qui coopère avec une crémaillère 57a en- castrée dans la rainure 55.
Comme exemple de bande d'étanchéité 58 à profil en T, on a représenté la forme de réalisation de la figure 22. La bande d'étanchéité 58 est à nouveau disposée de façon mobile axialement par une aile dans une rainure 59 du rotor 1 et elle est entraînée par une denture 60 du pourtour.
Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 23, une bande d'étanche té simple 61, à section rectangulaire, est disposée dans une rainure 62 du rotor 1. Une bande métallique 63 établit la liaison hermétique entre le rotor 1 et la bande d'étanchéité 61.
En 0,.sur les figures 20 à 23, la pression des gaz peut agir entre le rotor 1 et la paroi latérale 21 du corps enveloppant, de sorte que les pièces d' étanchéité viennent s'appliquer de la façon représentée.
Le raccordement d'une bande d'étanchéité en Le 52, suivant la figure 20, à une pièce de liaison cylindrique 64, est représenté sur la figure 24. On peut voir la denture 56 qui coopère avec la denture 56a du rotor 1 et assure 1' entraînement de la bande d'étanchéité 52. La pièce de liaison 64 est munie d'en- tailles tangentielles 65 pour recevoir la bande d'étanchéité 52. Sur la figure 25, on peut voir en coupe, suivant la ligne C-C de la figure 24, l'application de la bande d'étanchéité en Le 52 sur la cheville d'étanchéité 64 d'une part et sur la paroi latérale du corps enveloppant d'autre part. La coupe suivant la ligne D-D de la figure 24 est représentée sur la figure 26.
Les considérations exposées à propos de la plaque à bord étanche, en ce qui concerne le rapport entre la surface d'application de la plaque à bord étanche contre la paroi latérale du corps enveloppant et la surface qui subit la pression, comme représenté sur les figures 18 et 19, sont aussi entièrement vala- bles pour les 'joints latéraux en forme de bandes représentées sur les figures 20 à 22.
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