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" Compresseur à deux rotors pourvus de dents extérieures complémentaires ".-
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La présente invention est relative à des perfection- nementa aux compresseurs et aux moteurs rotatifs pourvue de dents extérieures complémentaires.
Plus particulièrement, l'invention concerne un com- presseur ou un moteur composé d'au moins deux rotors à dents engrenantes dont les profils en forme de dents sont en contact réciproque continu, tournant dans une enveloppe étroitement ajustée pourvue de plaques d'extrémités ; le rotor étant pourvu d'orifices J'alimentation en fluide dans la région où les chambres de travail présentent un volume maximum, ou à proxi- mité de celle-ci, dans le cas d'un compresseur, et d'orifices d'échappement des gaz comprimés dans la région où les chambres de travail présentent un volume minimum, ou à proximité de celle-ci ; les orifices étant évidemment inversés dans le cas d'un moteur.
Les rotors suivant l'invention sont construits de telle sorte que les extrémités des dents soient disposées dans un plan qui passe par l'axe de leur rotor respectif et les rotors sont pourvus de dents coopérantes qui maintiennent des lignes ou des surfaces d'étanchéité des dents l'une avec l'autre et des dens avec l'enveloppe de telle sorte que, dans le cas d'un compresseur,
*une compres- sion intérieure préliminaire se produise dans les chambres de travail de volume décroissant entre l'enveloppe et les dente des rotors et qu'une compression finale se produise entre les profils des dents en contact continu des rotors complémentaires lorsque les chambres de travail subissent une réduction de volume jusqu'à une valeur minimum ou négligable à un échappe-
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ment réglé ou commande par valve.
Dans une forme d'exécution particulière suivant l'invention, les axes des rotors coopé- rants sont parallèles et les rotors présentent, en position d'engrènement, des profils en forme de dents en contact l'un avec l'autre et aveo l'enveloppe suivant au moins plusieurs lignes de oontact, à tout moment au cours de leur engrènement, ces lignes de contact étant parallèles aux axes des rotors et les lignes de contact existant entre une paire donnée de dents engrenantes se déplaçant de façon continue entre une position de cette paire de dents disposée à proximité de la périphérie de l'un des rotors et une seconde position ou position de volume minimum à proximité du cercle primitif de ce même rotor,
l'orifioe d'échappement communiquant tour à tour aveo chacune des chambre de travail lorsque celle-ci occupe la position de volume minimum dans le cas d'un compres- seur ou bien, l'orifice d'admission communiquant avec chaque chambre lorsqu'elle occupe sa position de volume minimum, dans le cas d'un moteur.
. 'Une des particularités de l'invention réside dans le fait qu'au cours de la compression finale, dans le cas d'un compresseur à air ou à gaz, la compression est sensible- ment radiale aux rotors coopérants.
D'autres objets et avantages de l'invention apparat- tront dans la description suivante et dans les dessine, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe médiane réalisée dans une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention, utilisé comme compresseur ; - les figures 2 et 2A sont des vues en coupe réalisées suivant les lignes 2-2 de la figure 1, les positions des ro- tors coopérants étant différentes dans les deux vues ;
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- la figure 3 est une vue d'extrémité du même compres- seur pourvu d'orifices d'échappement différents ; - la figure 4 est vue en coupe fragmentaire du même compresseur, réalisée suivant la ligne 4-4 de la figure 3 ;
et - les figures 5 à 8 sont des vues schématiques illus- trant d'autres profils de dents de rotors coopérants mettant en oeuvre les principes de l'invention.
Un type de compresseur couramment utilisé est pourvu de rotors ou de roues complémentaires de forme hélicoïdale.
Un avantage de ce type de oppresseur est qu'il est oapable de fonctionner à vitesse élevée mais différents modèles de ce compresseur présentent des inconvénients tels qu'un volume mort important au point d'échappement ou une longue ligne d'étanohéité entre les rotors hélicoïdaux ou des régions de fuite au cours du oyole de compression, ce qui entraîne des réductions de l'efficience de l'appareil. En outre, dans ce type de compresseur hélicoïdal, la variation volumétrique dépend de la longueur de l'hélice et de l'angle d'enroulement de celle-ci. L'invention permet de reoourir à des vitesses élevées et remédie aux inconvénients rencontrés dans les machines pouvues de rotors hélicoïdaux.
Bien que la présente invention s'applique également aux oompreseurs et aux moteurs, une utilisation actuellement envisagée de l'invention est la compression de l'air et la forme d'exécution préférée de l'appareil suivant l'invention est déorite ci-après en se référant à ce cas d'applioation.
Ainsi qu'on peut le voir aux figures 1 et 2, l'envelop- pe 10 constitue une enveloppe ou enceinte de forme générale cylindrique- dont les extrémités sont fermées par des plaques d'extrémités 11 et 12. Une paire de rotors coopérants 13 et
14 sont montés en rotation dans les plaques d'extrémités 11 et
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12, Les personnes familiarisées avec cette technique compren- dront que lorsque la compression se produit entre les rotors et l'enveloppe, le jeu compris entre les rotors ;'- les parois d'enveloppe de ferme générale cylindrique et les plaques d'extrêmes de l'enveloppe est de l'ordre de quelques oenti- èmes de millimètre..
Ce jeu est suffisant pour assurer au compresseur un fonctionnement efficient pour la structure déorite ci-après, mais l'étanchéité peut être améliorée entre les rotors et les plaques d'extrémités au moyen de bandes d'étanchéité, d'une manière bien connue. En outre, l'étan- chéité entre les rotors et la partie périphérique de l'enve- loppe peu;: être améliorée et d'autres avantages peuvent être obtenus en disposant une suspension d'huile dans l'enveloppe, ainsi que cela se fait couramment.
Les rotors que l'on va décrire sont dissemblables en ce qui concerne leur forme et le nombre de dents engrenantes bien que l'on mentionne plus loin la manière dont ces rapports peuvent être rendus identiques dans les deux cas.
Le rotor mâle 13 est monté de façon étroitement ajusta sur un arbre central 15 qui est monté en rotation de façon ajustée dans les plaques d'extrémités au moyen de paliers
16 et 17. A gauche de la plaque d'extrémité 11, lorsqu'on considère la figure 1, un volant 18 est fixé à l'arbre 15 de manière à tourner avec ce dernier. Ce volant est pourvu d'une enveloppe protectrice 19 fixée à la plaque d'extrémité
11 de toute manière appropriée (non représentée). Là où l'ar- bre 15 quitte l'enveloppe du compresseur et celle du volant, on a prévu des joints appropriés 20 et 21.
L'un des rotors doit être entraîné par une source de force motrice et dans ce cas, un arbra entraîné 22 est calé sur- l'arbre d'extrémité
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creux 15 et s'étend vers la gauche au delà de l'enveloppe 19, lorsqu'on considère la figure 1, de manière à être relié à une source de force motrioe appropriée quelconque.
Le rotor lA, passage conditionnel 14 est Sente en rotation dans les plaques d'extrémités à l'aide de paliers 23 et 24. Ce rotor présente un évidemont central. 14a à tram vers lequel s'étend un élément tubulaire 25 qui s'étend au delà de la plaque d'extrémité 12 à l'extrémité droite de la figure 1 pour refouler l'air oomprimé à volonté. L'extrémité gauche de l'élément 25 est, de préférenoe, pleine ainsi qu'il est indiqua en 25a et est fermement fixée à la plaque d'extré- mité 11 en 26. L'extrémité opposée de l'élément 25 est éga- lement fermement fixée dans la plaque d'extrémité 12 dans la région 27.
Ainsi qu'il est le mieux visible aux figures 2 et 2A, l'élément 25 est, de préférence, déooupé sur une partie importante de sa périphérie jusqu'à présenter un diamètre légèrement inférieur pour constituer un dégagement en 25d qui réduit le frottement entre le rotor 14 et l'élément tubulaire 25. Il est à noter qu'il y a dans la région 250, un jeu de quelques centièmes de millimètre.. dans lequel l'étanohéité eet assurée par des lames d'étanchéité à pression élastique 28.
Il n'y a de ce fait qu'un faible frottement entre le rotor 14 et l'élément 25 lorsque le rotor tourne dans ses paliers 23 et 24.
Dee moyens sont prévue pour assuer un entraînement positif synchronisé des rotors 13 et 14. A cette fin, une roue dentée 29 est calée sur l'arbre 15 et engrène sur une roue dentée 30 calée sur l'extrémité gauche du rotor 14, lors- qu'on considère la figure 1. Du fait que le rotor 13 est pourvu de trois dents et que le rotor 14 est pourvu de six dents, les
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cercles primitifs sont évidemment dans le rapport de 1 à 2.
Une forme d'exécution importante suivant l'invention est représentée aux figures 2 et 2A, dans lesquelles les rotors 13 et 14 tournent autour d'axes parallèles, la rota- tion s'effectuant dans le sens des flèches représentées aux dessins. Une admission d'air 31 traverse la paroi extérieure de l'enveloppe. A l'extrémité gauche des figures 2 et 2A, dn peut constater que la périphérie extérieure des dents des rotors 13 et 14 présente un jeu visible avec les parois de l'enveloppe mais sont en oontaot aveo celles-ci pour la position de ces mêmes éléments représentée à la figure 2A.
Dans ce dernier cas, l'air est emprisonné dans la poche 32 entre le rotor 14 et l'enveloppe tandis qu'une autre poche d'air est réalisée, ainsi qu'il est représenté, en 33 entre rotor le/13 et l'enveloppe. Dans la position des éléments représen- tée à la figure 2A, la dent i13a présente une ligne de contact aveo la dent 14a au moment exact où ces dents dépassent le point 10a de l'enveloppe de telle sorte qu'une chambre de compression préliminaire 34 se +orme immédiatement, ainsi qu'il est illustré à la figure 2, juste au-delà de la position des éléments représentée à la figure 2A tandis qu'un chambre de travail 35 est ménagée entre les deux rotors ooopérants dans la position illustrée'à la figure 2A.
A ce moment, une ligne de contact s'est établie entre les deux rotors, ainsi que mentionné précédemment, en 10a et une seconde ligne de contact est établie en 36. Ces deux lignes de contacts que présentent les dents se maintiennent entre les deux dents coopérantes à tout moment au oours de leur engrènement. Ces deux lignes de oontaot 10a et 36 sont parallèles aux axes des rotors et elles se déplaoent progressivement dans le sens radial vers l'intérieur du rotor 14 depuis les positions illus- trées à la figure 2A jusqu'à une position située juste en avant '
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de celle représentée à la figure 2. Au cours de ces dépla- cements des dents l'une vers l'autre, il est évident que l'air emprisonné dans la chambre 35 subit une compression et est entraîné radialement vers l'intérieur du rotor 14.
De prêté- ' rence, les dents se rapprochent l'une de l'autre de façon si étroite au point de refoulement qu'elles ne laissent qu'un volume mort sensiblement négligeable.
Pour permettre de refouler cet air dans la chambre de travail, on a prévu un .orifice d'échappement 37 dans oha- que région où les rotors sont les plus proches l'un de l'autre, ces orifices traversant le rotor. 14 jusque la surface inté- rieure de celui-ci et communiquant aveo un orifice fixe d'éohappement 3@ s'étendant sensiblement radialement à travers la paroi de l'élément tubulaire 25 et communiquant avec la partie oentrale creuse de celui-ci, désignée par la notation de référence 25b, qui est reliée à un point extérieur de refou- lement. On peut constater que le refoulement de l'air oompri- mé de la chambre de travail 35 commence dans la position il- lustrée à la figure 2A et se termine dans la position illus- trée à la figure 2.
Suivant le taux de compression désiré, la communica- tion entre les orifices 37 et 38 peut être établie plus tôt ou plus tard qu'illustré aux figures 2 et 2A. En partioulier, ces orifices peuvent être disposés de façon à 8tre en oommuni- cation après qu'une certaine compression se soit produite dans la chambre de travail 35.
Un système de valve est assuré lorsque les orifi- ces 37 et 38 prennent et quittent la position dans laquelle ils sont en registre. D'autres types de valves pourraient être utilisés pour déterminer le moment de refoulement de l'air comprimé.
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Divers profils de dents peuvent être utilisés dans la mise en oeuvre de l'invention. Ainsi qu'on peut le voir à la. figure 2A, la partie A de la dent du rotor 14 est une dévelop- pante de corde,la partie B est un arc circulaire, et la partie C est une oyololde. Dans le rotor 13, la partie A' est une développante, la partie B' est un arc de cercle et la partie 0' est une cycloïde. Les parties B et B' sont des cour-/ bes de centre 39 d@ situé... sur le cercle primitif du rotor 13.
Les parties D et D' sont de très courtes régions cylindriques disposées respectivement sur les cercles primitifs des deux rotors. Les parties A et A' sont dénommées ci-après;les profils d'attaque étant donné qu'ils sont les premiers à assurer le contact. Les parties a et 0' sont dénommées ci- après les profils de fuite. Les profils de fuite mettant en oeuvre les principes de l'invention peuvent Atre des cy- cloïdes, des développantes de cercle ou des arcs de cercle, ou des combinaisons de ces trois courbée, ou d'autres profile non définis par des équations mathématiques simples.
Il est essentiel four le fonctionnement de ce compresseur qu'il y ait un contact continu entre ces surfaces ainsi qu'une vitesse uniforme de chaque rotor assurant ce qui a été défini dans le présent mémoire comme étant une action conjuguée, ainsi qu'un déplacement uniforme ou non-uniforme de la zone d'étan- chéité ou de contact en direction de la zone d'étanchéité des profils de fuite. En ce qui concerne le profil de fuite, , le seul.profil qui agit dans le compresseur décrit est celui qui réalise le premier le contact d'étanchéité à l'intersec- tion 10a de l'enveloppe ou du bottier et du diamètre extérieur au maximum des deux rotors.
Le profil de fuite est dans le cas présent un profil engendré par points ou une cyclolde dans le rotor à passage conditionnel 14. Le profil de fuite
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du rotor 13 est également engendré par points et par consé- quent, il est une tronoholde ou oyololde. Il est à noter que dans la structure qui vient d'être décrite) les dents du rotor 13 sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif et que les dents du rotor 14 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif.
Les orifices 40 sont prévue pour permettre läntroduc- tion d'une suspension d'huile ainsi que cela est usuel dans les compresseurs rotatifs.
Les figures 5 à 8 illustrent de façon quelque peu schématique d'autres vues en coupe de rotors complémentaires mettant en oeuvre les principes de l'invention. Cette forme d'exécut@m n'est en aucun cas exhaustive étant donné que de nombreux rotors peuvent être utilisés pour mettre en oeu- vre les principes de l'invention.
A la figure 5, on a représenté deux rotors identique 41 et 42 en ce qui concerne la forme des dents, ces rotors étant pourvus d'un nombre égal de dents et chaque dent étant partiellement en saillie et partiellement en retrait par rapport au cercle primitif. Les profile d'attaque des dents sont, dans cet exemple, des cycloldes et il est prévu une courte région cylindrique auaai bien à l'extrémité qu'à la base de chaque lobe.
A la figure 6, on a représenté des rotors coopérants
43 et 44 pourvus d'un nombre égal de dents, le rotor 43 étant pourvu de lobes qui sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif et le rotor 44 présente des lobes qui sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Le profil d'attaque dans les deux structures représentées sont, dans ce cas, des cycloldes. Aucun plat n'est représenté à l'extrémité des lobes du rotor 43 bien que ceux-ci pourraient
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en '.être pourvus si on le désirait.
A la figure 7, on a représenté un rotor 45 pourvu de trois lobes et un rotor 46 pourvu de 4 lobes. Les lobes du rotor:., 45 sont uniquement en saillie par rapport au cerole primitif. Les lobes du rotor 46 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Dans le cas présent, les profils d'attaque de chaque rotor sont des développantes de cercle exoepté en ce qui concerne la partie E qui est une tronoholde destinée à empêcher l'interférence avec les dents des lobes du rotor 45.
A la figure 8, le rotor 47 est pourvu de quatre lobes et le rotor 48 en est pourvu de six. Les lobes du rotor 47 sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif tandis que les lobes du rotor 48 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Les bords d'attaque sont, dans les deux cas, des arcs de oerole.
Le fonotionnement de chacune des formes d'exécution illustrées aux figures 5 à 8, est identique à celui déjà décrit. Une admission d'air est prévue en 31', les dents des rotors assurant l'étanohéité aveo l'enveloppe lorsqu'elles se rapprochent chacune du point 10a' de façon à constituer des poches de compression préliminaire , les rotors coopé- rants présentent un contact d'étanohéité à leur diamètre extérieur ou maximum, d'abord au point 10a' de l'enveloppe, deux lignes de contact s'établissant entre les dents ooopé- rantes,
ces contacts étant parallèles aux axes des rotors et les ligne de contact existant entre une paire donnée de dents engrenantes se déplaçant progressivement entre une position de la paire de dents dans laquelle elles sont dis- posées à proximité de la périphérie du rotor à passages conditionnels 42, 44, 46, 48 et une autre position de volume minimum à proximité du cercle de base du rotor à passage
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conditionnel, et l'air comprima est refoulé de la chambre de travail entre les dents engrenantes à travers des passages de refoulement 37' et 38' jusqu'au passage creux central d'un élément tubulaire fixe 25'.
D'autres moyens à orifice d'échappement peuvent être
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prévus toût-er1 cans.axvrn -les autres particularités de l'in- vention, c'est-à-dire, les: particularités autres que celles illustrées aux figures 1, 2 et 2A. Ainsi qu'on peut le voir aux figures 3 et 4, un compresseur conforme aux principes de l'invention comportent des rotors 50 et 51 présentant des profils de dents identiques à ceux des rotors 13 et 14, disposés dans une enveloppe 10', présentant une admission d'air 31' et un point 10a" opposé à l'admission 31" là où les profils des dents coopérantes des rotors 50 et 51 réa- lisent leur premier contact d'étanchéité au diamètre maximum extérieur de chaque rotor ainsi que déorit plue complètement dans la première forme d'exécution de l'invention.
Deux dents coopérantes sont représentées en traits interrompus et délimitent une chambre de travail 35' entre elles. Il est à noter que le rotor 50 peut être monté sur un arbre fixe
52 pourvu de paliers disposés dans la position des paliers 23 et 24 représentée à la figure 1. Dans au moins une des pla- ques d'extrémités 53 qui ferme l'enveloppe 10', il est prévu un orifice fixe de refoulement 54 au point ou les profils des dents des rotors ooopérante réalisent une ohambre de travail d'un volume minimum sensiblement nul. De préférence, un orifice 54 est prévu dans une plaque d'extrémité opposée à la plaque 53 représentée à la figure 4.
A proximité . du pied de chaque dent du rotor 50, il est prévu un passage de refoulement 55 et chacun de ceux-ci s'évase de préférence depuis une position de profondeur minimum sur l'axe 56'du
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rotor 50 juaqu'h une position de profondeur maximum à chaque plaque d'extrémité 53, à l'opposé de l'orifice de refoulement 54. Ainsi qu'il est illustré dans la position en traits interrompus des dents de la figure 3, chaque chambre de travail 35' peut refouler à travers les passages 55 jusque ' un orifice de refoulement 54 lorsque la chambre de travail 35' atteint une position de volume minimum.
En dehors de ce qui vient d'être décrit, la forme d'exécution de compres- seur illustrée aux figures 3 et 4, fonctionne de la marne manière que celle, représentés aux figures 1, 2 et 2A. fois
Chaque/que l'on a utilisé le mot "contact" pour décrire la coopération des dents des rotors complémentaires ou la coopération des dents des rotors et des parois de l'en- veloppe, il faut entendre dans la présente description et dans les revendications annexées, un rapprochement jusqu'à quelques centièmes de centimètre de telle sorte que dans les conditi@ns de Travail, les fuites sont telles qu'elles permettent un fonctionnement commercialement acceptable.
Si on le désire, des moyens peuvent être prévus pour entraîner l'huile hors de l'enveloppe du compresseur, une rainure longitudinale étant illustrée à la partie infé- rieurs de l'enveloppe 10.
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"Compressor with two rotors fitted with complementary external teeth" .-
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The present invention relates to improvements to compressors and to rotary motors provided with complementary external teeth.
More particularly, the invention relates to a compressor or a motor composed of at least two rotors with meshing teeth, the tooth-shaped profiles of which are in continuous reciprocal contact, rotating in a tightly fitting casing provided with end plates; the rotor being provided with fluid supply ports in or near the region where the working chambers have maximum volume, in the case of a compressor, and exhaust ports compressed gases in or near the region where the working chambers have a minimum volume; the orifices obviously being reversed in the case of an engine.
The rotors according to the invention are constructed in such a way that the ends of the teeth are arranged in a plane which passes through the axis of their respective rotor and the rotors are provided with cooperating teeth which maintain sealing lines or surfaces of the teeth. teeth with each other and dens with the casing such that, in the case of a compressor,
* a preliminary internal compression occurs in the working chambers of decreasing volume between the casing and the teeth of the rotors and a final compression occurs between the profiles of the teeth in continuous contact of the complementary rotors when the working chambers undergo a reduction in volume to a minimum or negligible value at an exhaust
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regulated or controlled by valve.
In a particular embodiment according to the invention, the axes of the cooperating rotors are parallel and the rotors have, in the meshing position, profiles in the form of teeth in contact with one another and with each other. 'envelope along at least several lines of contact, at any time during their engagement, these lines of contact being parallel to the axes of the rotors and the lines of contact existing between a given pair of meshing teeth moving continuously between a position of this pair of teeth arranged near the periphery of one of the rotors and a second position or position of minimum volume near the pitch circle of this same rotor,
the exhaust port communicating in turn with each of the working chambers when the latter occupies the minimum volume position in the case of a compressor or else, the inlet port communicating with each chamber when it occupies its minimum volume position, in the case of an engine.
. One of the features of the invention resides in the fact that during the final compression, in the case of an air or gas compressor, the compression is substantially radial to the cooperating rotors.
Other objects and advantages of the invention will appear in the following description and in the drawings, in which - Figure 1 is a median sectional view taken in one embodiment of the apparatus according to the invention, used as a compressor; FIGS. 2 and 2A are sectional views taken along lines 2-2 of FIG. 1, the positions of the cooperating rotors being different in the two views;
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FIG. 3 is an end view of the same compressor provided with different exhaust ports; - Figure 4 is a fragmentary sectional view of the same compressor, taken along line 4-4 of Figure 3;
and - Figures 5 to 8 are schematic views illustrating other profiles of teeth of cooperating rotors implementing the principles of the invention.
A commonly used type of compressor is provided with rotors or complementary helical-shaped impellers.
An advantage of this type of oppressor is that it is able to operate at high speed but different models of this compressor have disadvantages such as a large dead volume at the exhaust point or a long line of etanoheity between the helical rotors. or leak regions during the compression ring, resulting in reductions in the efficiency of the apparatus. In addition, in this type of helical compressor, the volumetric variation depends on the length of the propeller and on the winding angle of the latter. The invention makes it possible to return to high speeds and overcomes the drawbacks encountered in machines capable of helical rotors.
Although the present invention also applies to compressors and engines, a currently envisaged use of the invention is the compression of air and the preferred embodiment of the apparatus according to the invention is described below. by referring to this application case.
As can be seen in Figures 1 and 2, the casing 10 constitutes a casing or enclosure of generally cylindrical shape, the ends of which are closed by end plates 11 and 12. A pair of cooperating rotors 13 and
14 are rotatably mounted in the end plates 11 and
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12, Those familiar with this technique will understand that when compression occurs between the rotors and the casing, the clearance between the rotors; - the general cylindrical truss casing walls and the end plates of the envelope is of the order of a few hundredths of a millimeter.
This clearance is sufficient to ensure efficient operation of the compressor for the structure described below, but the tightness can be improved between the rotors and the end plates by means of sealing strips, in a well known manner. In addition, the tightness between the rotors and the peripheral part of the casing can be improved and other advantages can be obtained by providing an oil suspension in the casing, as is done. commonly done.
The rotors which will be described are dissimilar with regard to their shape and the number of meshing teeth, although it is mentioned below how these ratios can be made identical in the two cases.
The male rotor 13 is mounted in a tight fit on a central shaft 15 which is rotatably mounted in a snug manner in the end plates by means of bearings.
16 and 17. To the left of the end plate 11, when considering FIG. 1, a flywheel 18 is fixed to the shaft 15 so as to rotate with the latter. This flywheel is provided with a protective casing 19 fixed to the end plate
11 in any suitable manner (not shown). Where the shaft 15 leaves the compressor casing and the flywheel casing, suitable seals 20 and 21 are provided.
One of the rotors must be driven by a source of motive force and in this case a driven arbra 22 is wedged on the end shaft.
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hollow 15 and extends to the left beyond the casing 19, when considering Figure 1, so as to be connected to any suitable source of motive force.
The rotor 1A, conditional passage 14 is rotated in the end plates by means of bearings 23 and 24. This rotor has a central recess. 14a to tram towards which extends a tubular member 25 which extends beyond the end plate 12 at the right end of FIG. 1 to discharge the compressed air at will. The left end of element 25 is preferably solid as indicated at 25a and is firmly attached to end plate 11 at 26. The opposite end of element 25 is also firmly attached. - firmly fixed in the end plate 12 in the region 27.
As best seen in Figures 2 and 2A, the element 25 is preferably cut out over a significant part of its periphery until it has a slightly smaller diameter to form a clearance at 25d which reduces the friction between the rotor 14 and the tubular element 25. It should be noted that there is in the region 250, a play of a few hundredths of a millimeter .. in which the etanoheity is ensured by elastic pressure sealing blades 28 .
There is therefore only a low friction between the rotor 14 and the element 25 when the rotor rotates in its bearings 23 and 24.
Dee means are provided to provide a synchronized positive drive of the rotors 13 and 14. To this end, a toothed wheel 29 is wedged on the shaft 15 and meshes with a toothed wheel 30 wedged on the left end of the rotor 14, when- considering FIG. 1. Because the rotor 13 is provided with three teeth and the rotor 14 is provided with six teeth, the
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pitch circles are obviously in the ratio of 1 to 2.
An important embodiment according to the invention is shown in FIGS. 2 and 2A, in which the rotors 13 and 14 rotate about parallel axes, the rotation taking place in the direction of the arrows shown in the drawings. An air intake 31 passes through the outer wall of the casing. At the left end of Figures 2 and 2A, it can be seen that the outer periphery of the teeth of the rotors 13 and 14 has visible play with the walls of the casing but are in contact with them for the position of the same. elements shown in Figure 2A.
In the latter case, the air is trapped in the pocket 32 between the rotor 14 and the casing while another air pocket is produced, as shown, at 33 between the rotor on / 13 and l 'envelope. In the position of the elements shown in FIG. 2A, tooth i13a presents a line of contact with tooth 14a at the exact moment when these teeth pass point 10a of the casing so that a preliminary compression chamber 34 immediately, as illustrated in Figure 2, just beyond the position of the elements shown in Figure 2A while a working chamber 35 is formed between the two co-operating rotors in the illustrated position ' in Figure 2A.
At this moment, a line of contact is established between the two rotors, as mentioned previously, at 10a and a second line of contact is established at 36. These two lines of contact which the teeth have are maintained between the two teeth. cooperating at all times during their engagement. These two lines of oontaot 10a and 36 are parallel to the axes of the rotors and they move progressively radially inwardly of the rotor 14 from the positions shown in Figure 2A to a position immediately forward.
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of that shown in Figure 2. During these movements of the teeth towards each other, it is evident that the air trapped in the chamber 35 undergoes compression and is driven radially towards the interior of the rotor. 14.
Preferably, the teeth approach each other so closely at the point of discharge that they leave only a substantially negligible dead volume.
To allow this air to be forced back into the working chamber, an exhaust port 37 is provided in each region where the rotors are closest to each other, these ports passing through the rotor. 14 to the interior surface thereof and communicating with a fixed exhaust port 3 extending substantially radially through the wall of the tubular member 25 and communicating with the central hollow portion thereof, designated by the reference notation 25b, which is linked to an external discharge point. It can be seen that the discharge of the compressed air from the working chamber 35 begins in the position shown in Figure 2A and ends in the position shown in Figure 2.
Depending on the desired compression ratio, communication between ports 37 and 38 may be established earlier or later than shown in Figures 2 and 2A. In particular, these orifices can be arranged so as to be in communication after some compression has occurred in the working chamber 35.
A valve system is provided when the ports 37 and 38 take up and leave the position in which they are in register. Other types of valves could be used to determine the moment of discharge of compressed air.
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Various tooth profiles can be used in the practice of the invention. As can be seen at. Figure 2A, part A of the tooth of rotor 14 is a chord developing, part B is a circular arc, and part C is an oyololde. In rotor 13, part A 'is an involute, part B' is an arc of a circle and part 0 'is a cycloid. Parts B and B 'are curves with center 39 d @ located ... on the pitch circle of rotor 13.
Parts D and D 'are very short cylindrical regions arranged respectively on the pitch circles of the two rotors. Parts A and A 'are hereinafter referred to as the attack profiles since they are the first to make contact. Parts a and 0 'are hereinafter referred to as the leak profiles. The leakage profiles implementing the principles of the invention can be cycloids, involutes of circles or arcs of a circle, or combinations of these three curves, or other profiles not defined by simple mathematical equations. .
It is essential for the operation of this compressor that there is continuous contact between these surfaces as well as a uniform speed of each rotor ensuring what has been defined herein as being a conjugate action, as well as displacement. uniform or non-uniform of the sealing or contact zone towards the sealing zone of the leakage profiles. As regards the leakage profile, the only profile which acts in the compressor described is the one which first makes the sealing contact at the intersection 10a of the casing or casing and the outer diameter at maximum of the two rotors.
The leakage profile is in this case a profile generated by points or a cycloid in the rotor with conditional passage 14. The leakage profile
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of rotor 13 is also point-generated and therefore is a tronoholde or oyololde. It should be noted that in the structure which has just been described) the teeth of the rotor 13 are only protruding from the pitch circle and that the teeth of the rotor 14 are only set back from the pitch circle.
The orifices 40 are provided to allow the introduction of an oil slurry as is customary in rotary compressors.
Figures 5 to 8 illustrate somewhat schematically other sectional views of complementary rotors embodying the principles of the invention. This form of execution is by no means exhaustive since many rotors can be used to practice the principles of the invention.
In FIG. 5, two identical rotors 41 and 42 have been shown as regards the shape of the teeth, these rotors being provided with an equal number of teeth and each tooth being partially protruding and partially recessed relative to the pitch circle. . The leading profiles of the teeth are, in this example, cycloids and a short cylindrical region is provided at both the end and the base of each lobe.
In Figure 6, there is shown cooperating rotors
43 and 44 provided with an equal number of teeth, the rotor 43 being provided with lobes which protrude only from the pitch circle and the rotor 44 has lobes which are only set back from the pitch circle. The attack profile in the two structures shown are, in this case, cycloids. No flat is shown at the end of the rotor lobes 43 although these could
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to be provided if desired.
In Figure 7, there is shown a rotor 45 provided with three lobes and a rotor 46 provided with 4 lobes. The rotor lobes:., 45 are only protruding from the primitive cerole. The lobes of the rotor 46 are only set back from the pitch circle. In the present case, the attack profiles of each rotor are involutes of a circle except for the part E which is a tronoholde intended to prevent interference with the teeth of the lobes of the rotor 45.
In Figure 8, the rotor 47 is provided with four lobes and the rotor 48 is provided with six. The lobes of the rotor 47 are only protruding from the pitch circle while the lobes of the rotor 48 are only set back from the pitch circle. The leading edges are, in both cases, arches of oerole.
The function of each of the embodiments illustrated in Figures 5 to 8 is identical to that already described. An air intake is provided at 31 ', the teeth of the rotors ensuring the seal with the casing when they each approach point 10a' so as to constitute preliminary compression pockets, the cooperating rotors have a contact of etanoheity at their outer or maximum diameter, first at point 10a 'of the casing, two lines of contact being established between the cooperating teeth,
these contacts being parallel to the axes of the rotors and the lines of contact existing between a given pair of meshing teeth progressively moving between a position of the pair of teeth in which they are arranged near the periphery of the rotor with conditional passages 42 , 44, 46, 48 and another position of minimum volume near the base circle of the passage rotor
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conditional, and the compressed air is forced from the working chamber between the meshing teeth through discharge passages 37 'and 38' to the central hollow passage of a fixed tubular member 25 '.
Other exhaust port means may be
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provided toût-er1 cans.axvrn -the other features of the invention, that is to say, the: features other than those illustrated in Figures 1, 2 and 2A. As can be seen in Figures 3 and 4, a compressor in accordance with the principles of the invention comprises rotors 50 and 51 having tooth profiles identical to those of the rotors 13 and 14, arranged in a casing 10 ', having an air intake 31 'and a point 10a "opposite the intake 31" where the profiles of the cooperating teeth of the rotors 50 and 51 make their first sealing contact at the maximum outside diameter of each rotor as well as deorit more completely in the first embodiment of the invention.
Two cooperating teeth are shown in broken lines and define a working chamber 35 'between them. It should be noted that the rotor 50 can be mounted on a fixed shaft
52 provided with bearings arranged in the position of the bearings 23 and 24 shown in FIG. 1. In at least one of the end plates 53 which closes the casing 10 ', there is provided a fixed discharge orifice 54 at the point or the profiles of the teeth of the co-operating rotors produce a working chamber with a minimum volume that is substantially zero. Preferably, an orifice 54 is provided in an end plate opposite to the plate 53 shown in Figure 4.
Near . of the root of each tooth of the rotor 50, there is provided a discharge passage 55 and each of these preferably widens from a position of minimum depth on the axis 56 'of the
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rotor 50 to a position of maximum depth at each end plate 53, opposite the discharge port 54. As illustrated in the dotted line position of the teeth of Figure 3, each Working chamber 35 'can discharge through passages 55 to a discharge port 54 when working chamber 35' reaches a minimum volume position.
Apart from what has just been described, the embodiment of the compressor illustrated in FIGS. 3 and 4, operates in the same way as that shown in FIGS. 1, 2 and 2A. times
Each / that the word "contact" has been used to describe the cooperation of the teeth of the complementary rotors or the cooperation of the teeth of the rotors and the walls of the casing, is to be understood in the present description and in the claims appended, a reconciliation up to a few hundredths of a centimeter so that under working conditions, the leaks are such as to allow commercially acceptable operation.
If desired, means may be provided to drive the oil out of the compressor casing, a longitudinal groove being shown at the bottom of the casing 10.