<B>Machine</B> rotative volumétrique La présente invention a pour objet une ma chine rotative volumétrique pouvant être utili sée comme pompe et comme moteur, compre nant deux rotors munis de filets hélicoïdaux en prise l'un avec l'autre.
La machine selon l'invention est caracté risée en ce que les deux rotors sont reliés mé caniquement de façon à être entraînés à la même vitesse, le filet de chacun desdits rotors étant convexe d'un côté et concave du côté opposé, les faces concaves et convexes du filet du premier rotor faisant face respectivement aux faces concaves et convexes du filet du se cond rotor, et en ce qu'elle comprend un boî tier pour lesdits rotors dont l'une des faces in ternes coopère avec les filets de rotor pour constituer un espace destiné à recevoir un fluide et des parois terminales empêchant l'entrée et la sortie du fluide en direction axiale,
deux conduits de fluide reliés audit boîtier et diri gés radialement par rapport auxdits rotors, un premier orifice pour le fluide pratiqué entière ment dans ladite paroi latérale, et voisin d'une extrémité du boîtier faisant communiquer le premier conduit et l'espace destiné à recevoir un fluide défini par les filets de rotor et le boî tier, et un second orifice pour le fluide prati qué entièrement dans ladite paroi latérale et voisin de l'autre extrémité dudit boîtier faisant communiquer directement le deuxième conduit et ledit espace destiné à recevoir le fluide,
ledit second orifice ayant une forme définie partiel lement par les traces sur la paroi latérale des bords périphériques desdits filets de rotor.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, trois formes d'exécution de la machine objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale de la pre mière forme d'exécution, la face du carter ser vant à l'admission étant supposée retirée et cer taines parties du rotor étant représentées en coupe verticale axiale.
Les fig. 2 et 3 en sont respectivement des vues en plan et en bout.
La fig. 4 est une coupe transversale suivant différents plans, la ligne de coupe se situant aux environs de la ligne 4-4 de la fig. 2.
La fig. 5 en est une vue latérale prise du côté du refoulement, la partie du carter entou rant l'ouverture de refoulement étant arrachée pour montrer la configuration de cette lumière par rapport aux filets du rotor.
Les fig. <I>6a, 6 b,</I> 6c sont des schémas re présentant les modifications possibles des di- mensions de l'ouverture de refoulement suivant le rapport de compression désiré.
La fig. 7 en est une vue en plan, le carter étant vu en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 1.
La fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 7.
La fi-. 9 est une vue de détail analogue à la fig. 7 de l'extrémité servant au refoule ment dans la seconde forme d'exécution, la coupe du carter étant faite suivant une ligne irrégulière pour mieux faire comprendre les détails.
La fig. 10 est une coupe du dispositif de la fig. 9 suivant la ligne de coupe approxima tive 10-10 de cette fig. 9.
Les fig. 11 et 12 sont des vues analogues aux fi-. 9 et 10, ces figures se rapportant à la troisième forme d'exécution.
Si l'on se réfère d'abord aux fig. 1 à 5, 7 et 8, la pompe qui y est représentée comprend un carter présentant deux éléments latéraux complémentaires 21 et 22 et deux têtes 23 et 24 avec les supports 25 et 26 correspondants. Les deux éléments latéraux sont reliés l'un à l'autre d'une manière amovible le long d'un plan vertical passant par les axes des rotors de la pompe, cette liaison étant assurée par des brides et par des boulons non représentés, tan dis que les fonds 23 et 24 sont reliés d'une manière analogue à des brides prévues aux extrémités des éléments latéraux:
Comme on le voit au mieux sur les fig. 3 et 4, le corps du carter formé par les deux éléments laté raux présente en coupe transversale la forme approximative d'un 8 et forme deux cylindres superposés creux se coupant partiellement et dont les axes sont parallèles et décalés dans un plan vertical. L'élément latéral 21 porte au voisinage d'une extrémité du carter une tubu lure 27 servant à l'aspiration du fluide et fai sant saillie latéralement tandis que l'élément latéral 22 comporte une tubulure analogue 28 servant au refoulement du fluide et disposée au voisinage de l'autre extrémité du carter.
Dans chacun des fonds 23 et 24 du carter sont disposés deux roulements 29 portant les arbres 30 et 31, et servant de butées terminales. Ces arbres 30 et 31 sont solidaires de deux rotors 32 et 33, munis de filets hélicoïdaux en prise destinés à assurer le déplacement, à la manière habituelle, de l'air, d'un gaz ou d'un autre fluide, de la tubulure d'aspiration 27 à travers le carter vers la tubulure de refoulement 28, tout en comprimant en même temps ce fluide avant refoulement.
L'arbre 30 du rotor 32, que l'on appellera ci-après rotor moteur ou de refoulement, fait saillie vers l'extérieur du fond 23 du carter correspondant à l'extré mité d'aspiration et il est destiné à être relié à une source de puissance appropriée suscepti ble de faire tourner le rotor moteur dans la direction représentée par des flèches. L'arbre 31 du deuxième rotor appelé ci-après le rotor mené ou suiveur est relié à l'arbre 30 du rotor d'entrainement par un train d'engrenages 34 logé dans le fond 23 et susceptible de faire tourner les deux rotors à la même vitesse.
Les rotors 32 et 33 sont clavetés sur les arbres correspondants 30 et 31 pour tourner avec eux et des moyens sont prévus pour em pêcher tout mouvement axial de ces rotors le long de leurs arbres vers la droite de la fig. 1, ces moyens étant constitués par les épaule ments formant butées solidaires de ces arbres en 35 et en 36.
Le filet hélicoïdal 37 du rotor moteur 32 s'étend sur au moins une fois la périphérie du rotor et la périphérie extérieure du filet se dé place au contact glissant de la partie supérieure du carter constitué par les éléments latéraux 21 et 22. Le rotor mené 33 présente d'une manière analogue un filet 38 dont la longueur est égale à celle du filet 37 et qui se déplace également au contact glissant de la partie infé rieure du carter.
Comme on le voit dans la fig. 1, chacun des filets 37 et 38 présente en section droite longitudinale une face concave et une face convexe, autrement dit le filet est mâle par une moitié et femelle par l'autre moitié, la face 39 du filet moteur 37, dirigée vers la gauche de la fig. 1, est concave, comme on le voit en fig. 1, tandis que sa face 40 dirigée du côté droit de la fig. 1 est convexe.
Le filet 38 du rotor mené est disposé d'une manière opposée en ce sens que sa face 41, di rigée vers la gauche, est convexe, tandis que sa face dirigée vers la droite 42 est concave. Il en résulte que les deux rotors sont tels que les surfaces de forme correspondante des filets se font face et que la surface concave 39 du filet menant 37 du rotor de refoulement fait face à la paroi du fond 24 du carter correspon dant au refoulement. On remarquera également que le filet 37 du rotor de refoulement est rela tivement mince dans le sens de l'axe lorsqu'on le compare au filet 38 du rotor mené et que l'intervalle 43 formé entre les spires du filet 37 est plus large que l'intervalle correspondant 44 dans le rotor mené.
En se référant à la fig. 4, on verra que cha que rotor présente dans une section droite quelconque, perpendiculaire à son axe, un pro fil curviligne complexe défini par une surface périphérique extérieure 45 à courbure cylindri que se conformant à la courbure de la partie de la paroi intérieure du carter, dans lequel le rotor tourne, par un élément de cercle de pied 46 concentrique à l'arbre du rotor considéré, d'une surface concave 47 reliant une extrémité de la périphérie extérieure 45 avec une extré mité de la partie libre du cercle de pied 46, et enfin, une surface convexe 48 reliant l'autre extrémité de la surface périphérique au cercle primitif.
La surface concave 47 du filet est de forme épicycloïdale, tandis que la courbure de la face convexe 48 correspond sensiblement à celle d'une spirale d'Archimède.
Les épaulements 35 et 36 formant butées sont disposés comme représenté en figures 1 et 7, à une distance relativement grande à l'in térieur de la paroi formant le fond du carter 23, qui ferme l'admission dans ledit carter de ma nière à laisser libre une chambre d'admission 49 relativement importante, cette chambre étant en communication directe et permanente avec la tubulure d'admission du fluide 27 tout en communiquant avec les extrémités d'aspira tion des chambres 50 servant au déplacement et à la compression du fluide, ces chambres 50 étant définies par les filets 37 et 38 et la paroi du carter entourant ces filets.
La communica tion entre la tubulure d'aspiration 27 et la chambre d'admission 49 est commandée par une ouverture 51 formée dans une partie de la paroi de l'élément latéral 21 du carter, partie qui est évasée ou décalée vers l'extérieur dans le sens radial, cette ouverture 51 ayant une section droite sensiblement plus grande que la tubulure d'aspiration 27.
Comme il est indiqué par des traits interrompus en fig. 1, l'ouverture 51 s'étend sur une surface égale presque à la moitié de la surface de l'élément latéral 21 du carter, et sa forme est irrégulière de manière à se conformer à la forme des bords p6riphéri- ques des filets du rotor.
L'ouverture 51 présente un bord extérieur a parallèle à la surface intérieure de la paroi cons tituée par le fond du carter 23, deux bords la téraux parallèles b et c coïncidant à peu près avec les bords supérieur et inférieur de l'élé ment latéral 21 et enfin un bord transversal de forme irrégulière définie par les lignes d et e parallèles respectivement aux bords périphéri ques des filets du rotor 37 et 38, ces deux.lignes d et e convergeant vers le fond 24 du carter qui leur fait face sans se couper l'une l'autre,
une troisième ligne f parallèle aux axes des rotors reliant entre elles ces deux dernières lignes et se trouvant plus près de l'axe du rotor mené 33 que de l'axe du rotor menant 32. Le cas échéant, les deux bords latéraux b et c de l'ou verture d'aspiration peuvent être amenés plus près l'un de l'autre que dans la forme d'exécu tion représentée bien que leur écartement doive être maintenu à une valeur au moins égale à la distance entre les axes des rotors.
Les dimen sions de l'ouverture 51 dans le sens axial peu vent également varier, comme décrit, pourvu qu'elles n'augmentent pas au point où elles permettraient une communication directe entre l'ouverture d'admission 51 et l'ouverture de re foulement 52, que l'on va décrire ci-après, en passant par la chambre 50 servant au déplace ment et à la compression du fluide. L'ouver ture de refoulement 42 est constituée comme l'ouverture d'aspiration 51 par une partie s'ou vrant radialement vers l'extérieur de l'élément latéral 22 du carter et sa forme est également en rapport direct avec celle des filets des ro tors ; les dimensions ou la surface de l'ouverture 52 déterminent le rapport de compression de la machine.
Dans le cas des fig. 1 à 5, on a donné à l'ouverture de refoulement la dimen sion maxima admissible correspondant à un rapport de compression 1 : 1, c'est-à-dire au cas où la pompe sert uniquement au transfert du fluide sans compression intérieure.
Comme on le voit au mieux en fig. 5, l'ou verture 52 présente un bord g parallèle à la paroi formée par le fond 24 du carter à l'extré mité du carter servant au refoulement, ce bord g se trouvant à peu près dans le plan de cette paroi contre laquelle viennent buter les extré mités des filets des rotors 37 et 38 du côté re foulement ;
les autres bords de l'ouverture 52 sont définis par deux lignes<I>h</I> et<I>i</I> qui sont pa rallèles aux bords périphériques des filets des rotors, la ligne h venant rencontrer le bord g au voisinage immédiat du bord inférieur de l'élément de carter 22, l'ouverture de refoule ment comportant encore un troisième élément de ligne j parallèle aux axes des rotors et re liant les extrémités en regard des lignes<I>h</I> et<I>i</I> et dont la longueur est inférieure à la dimen sion dans le sens axial de la surface périphéri que extérieure du filet 37' du rotor d'entraîne ment, ce troisième élément de ligne j étant plus proche de l'axe du rotor moteur que de l'axe du rotor mené 33,
et enfin un quatrième élé ment de ligne a coïncidant approximativement avec le bord supérieur de l'élément latéral du carter 22 et joignant le bord g à l'extrémité supérieure de la ligne i.
Pour déterminer l'emplacement des lignes <I>h, i</I> et<I>j,</I> on fait tourner les rotors pour leur faire occuper la position pour laquelle la par tie de la chambre 50, servant au déplacement et à la compression du fluide, qui se trouve au voisinage du fond du carter 24 du côté re foulement, vient d'être coupée de toute com munication avec l'ouverture d'aspiration 51, cette position correspondant à la position pour laquelle les rotors sont sur le point de com mencer la compression du fluide contenu dans cette partie de la chambre 50, qui se trouve comprise entre le fond 24 du carter et les der nières demi-spires des filets des rotors voisines de ce fond.
A ce moment, l'extrémité du bord avant du filet 37 du rotor menant se trouve dans le- plan des axes des rotors au contact de la paroi latérale du carter et à la partie supérieure de ladite paroi, tandis que l'extré mité du bord arrière du filet 38 du rotor mené se trouve dans le même plan des deux axes au contact de la paroi latérale du carter à la par tie inférieure de celle-ci.
Les rotors se trouvant dans cette position, c'est-à-dire dans la position représentée en fig. 5, les dimensions maxima permises de l'ouverture de refoulement 52 sont définies par les traces sur la surface intérieure de l'élément latéral 22 du carter des bords pé riphériques arrière<I>l</I> et rn des dernières demi- spires des filets des rotors voisines du fond 24 du carter, et par une ligne joignant ces traces parallèlement aux axes du rotor et disposés plus près de l'axe du rotor d'entraînement 32 que de l'axe du rotor entraîné 33.
Alors que cette manière de faire permet d'obtenir la di mension maxima admissible et théoriquement correcte de l'ouverture de refoulement, il est préférable, pour assurer une étanchéité conve nable entre les ouvertures d'aspiration et de refoulement, de donner à l'ouverture de refou lement des dimensions inférieures au maximum théoriquement correct comme cela a été fait d'ailleurs dans le cas de la fig. 5 où les bords <I>h et i</I> de l'ouverture sont disposés légèrement plus près du fond 24 du carter que les traces des bords arrière<I>l</I> et<I>m</I> correspondants des filets 37 et 38.
Pour établir la forme et les dimensions de l'ouverture de refoulement pour un rapport de compression compris entre 1 : 1 et 2 : 1, il suf fit de monter les rotors dans une position pour laquelle le fluide emprisonné entre les filets des rotors et le fond 24 se trouve comprimé à la pression désirée, après quoi on dessine les bords arrière des extrémités du côté refoule ment des filets des rotors de la manière décrite ci-dessus, de préférence en réduisant comme précédemment les dimensions de l'ouverture lé gèrement au-dessous des dimensions théorique ment correctes pour assurer une étanchéité convenable.
Sur les schémas des fig. <I>6a, 6b</I> et 6c, par exemple, on a indiqué les formes et les dimensions relatives de l'ouverture de refou lement pour des rapports de compression de 1 : 1, 8 : 5 et 2 : 1 respectivement. Dans cha que cas, on remarquera que la majeure partie de la zone occupée par l'ouverture de refoule ment est disposée dans le sens radial devant la partie du filet 37 du rotor moteur 32 qui n'est pas en prise avec le filet du rotor mené.
En raison de la. disposition radiale de l'ou verture de refoulement 52, le passage du fluide dans ce dernier à partir de la chambre 50 ser vant au déplacement ou à la compression du fluide vers la tubulure de refoulement 28, se trouve arrêté peu après la fin du cycle de fonc tionnement de la pompe. Par exemple, dans la forme d'exécution représentée, une poche en forme de coin, dont la surface projetée est à peu près égale à celle définie par la ligne n représentée en traits interrompus sur la fig. 4, se forme entre le bord concave avant 39 du filet menant 37 et l'obstacle formé par la paroi pleine du fond 24 du carter.
Les rotors conti nuant à tourner, le volume de cette poche tend vers zéro, ce qui accroît par suite la pression du fluide qui y est emprisonné. Pour économiser l'énergie et accroître le rendement de la ma chine, il est prévu des moyens pour soulager la pression du fluide qui autrement s'accumu lerait dans cette poche, et cela en laissant échapper le fluide directement dans la tubulure d'échappement 28, indépendamment de l'ou verture d'échappement 52, en le faisant passer dans un canal ménagé dans le fond 24 et abou tissant à cette tubulure en partant d'un point faisant face à la partie du filet 37 du rotor moteur 32 qui n'est pas en prise avec le filet de l'autre rotor, ce point étant situé au voisi nage du moyeu du rotor 32 et de la périphérie du filet 38 du rotor mené.
Suivant la forme d'exécution des fig. 7 et 8, le fond 24 du carter présente une paroi épais sie en 53 dans le sens axial et faisant saillie à l'intérieur du carter pour venir buter sur les extrémités des filets des rotors du côté cor respondant au refoulement ; cette partie sur- épaissie présente un évidement 54 ménagé dans la projection axiale de la section droite de la partie du filet 37 du rotor moteur qui n'est pas en prise avec l'autre rotor, cet évidement com muniquant avec la tubulure d'échappement 28.
Comme on le voit en fia. 8, le profil de cet évi dement 54 est défini par deux arcs de cercle <I>o et p,</I> coïncidant sensiblement avec les élé ments du cercle de pied et de la périphérie cy lindrique du filet 37 du rotor moteur respecti vement, par un troisième arc de cercle q coïn cidant sensiblement avec la surface convexe du filet 37 et par un quatrième arc de cercle r coïncidant sensiblement avec une partie de la périphérie cylindrique du filet 38 du rotor mené. L'extrémité de l'évidement 54 limitée par l'arc de cercle p s'ouvre dans la tubulure de refoulement 28.
Suivant cette forme d'exécu tion, le fluide restant dans la poche n après fermeture du trajet de refoulement passant par l'ouverture 52, peut être transféré de la cham bre 50 servant à la compression du fluide dans la tubulure de refoulement 28 par l'intermé diaire de cet évidement 54.
Les fig. 9 et 10 présentent une variante per mettant de faire communiquer la poche n avec l'extérieur, cette variante comportant à la sur face intérieure du fond 24' du carter une rai nure incurvée 55 disposée parallèlement à la périphérie du filet 38 du rotor mené 33 et s'étendant depuis un point faisant face au moyeu du rotor moteur 32 jusqu'à un point faisant face à la périphérie du filet 37 de ce rotor moteur, ladite rainure s'ouvrant en ce dernier point dans une lumière 56 s'étendant dans le sens axial dans la paroi de la tubulure de refoulement 28.
La troisième forme d'exécution permettant d'évacuer le fluide emprisonné vers la tubulure de refoulement indépendamment de l'ouverture de refoulement est représentée aux fig. 11 et 12. Dans ce dernier cas, le fond 24" du carter présente -un canal 57 communiquant avec la chambre 50 en un point faisant face à 1-a partie du filet 37 du rotor moteur 32 qui n'est pas en prise avec le filet 38, ce point se trouvant au voisinage du moyeu de ce rotor moteur et de la périphérie du filet mené 38 ;
ce canal 57 s'étend suivant une direction à peu près radiale vers un point à l'extérieur de la périphérie des rotors pour s'ouvrir dans une lumière 58 diri gée axialement et ménagée dans la paroi de la tubulure de refoulement 28.
Dans toutes ces formes d'exécution, le fluide est refoulé dans une direction radiale et le rap port de compression obtenu est assuré par la forme et les dimensions de l'ouverture de re foulement dans la paroi latérale du carter, les caractéristiques de cette ouverture dépendant directement de la forme des rotors.
En suppo sant que l'on fournisse de l'air ou un autre fluide à la tubulure d'admission 27 et que les rotors 32 et 33 soient entraînés par une source de puissance appropriée reliée à l'arbre 30 du rotor moteur, l'air arrivant dans la chambre d'admission 49 par l'ouverture d'admission 51, pénétrera dans les extrémités soumises à basse pression, du côté droit de la fig. 1, des canaux 43 et 44 ménagés dans le rotor et l'air avancera ainsi vers la gauche de la fig. 1 sous l'action des filets des rotors.
Pendant que les rotors tournent, les chambres 50 servant au transport et à la compression de l'air, chambres qui sont définies par ces canaux 43 et 44, présentent un volume progressivement décroissant. de telle sorte que l'air emprisonné dans ces passages entre les filets des rotors qui avancent et la paroi terminale formée par le fond 24, est sou mis à compression.
La forme et les dimensions de l'ouverture de refoulement 52 sont telles que les bords arrière des filets 37 et 38 des rotors délimitant l'extrémité se déplaçant vers l'avant de la chambre de compression 50, se présentent le long des bords de l'ouverture de refoulement 52, bords définis par les lignes h et i, juste au moment où les rotors atteignent le point où l'air est comprimé au degré voulu, après quoi la continuation de la rotation des rotors oblige l'air à sortir de la chambre de compression 50 par l'ouverture de refoulement 52 vers la tubulure de refoulement ou de sor tie 28.
Lorsque les rotors approchent de la fin du cycle de rotation de la pompe et que la communication est fermée entre la chambre de compression 50 et l'ouverture de refoulement 52, la dérivation assurée par l'évidement 54 des fig. 7 et 8, par la rainure 55 des fig. 9 et 10 ou par le canal 57 des fig. 11 et 12, sert de sûreté empêchant l'établissement d'une pres sion exagérée à l'extrémité du canal 43 dans le rotor moteur du côté refoulement, l'air em prisonné pouvant passer ainsi de la chambre de compression 50 à la tubulure 28 indépen damment de l'ouverture de refoulement 52.
La machine décrite pourrait être utilisée comme machine rotative du type à détente de fluide par simple inversion de la direction du courant de fluide qui la traverse.
The object of the present invention is a volumetric rotary machine which can be used as a pump and as a motor, comprising two rotors provided with helical threads engaged with one another.
The machine according to the invention is characterized in that the two rotors are mechanically connected so as to be driven at the same speed, the thread of each of said rotors being convex on one side and concave on the opposite side, the concave faces and convex of the thread of the first rotor facing respectively the concave and convex faces of the thread of the second rotor, and in that it comprises a housing for said rotors, one of the inner faces of which cooperates with the rotor threads for constitute a space intended to receive a fluid and end walls preventing the entry and exit of the fluid in the axial direction,
two fluid conduits connected to said housing and directed radially with respect to said rotors, a first orifice for the fluid formed entirely in said side wall, and adjacent to one end of the housing communicating the first conduit and the space intended to receive a fluid defined by the rotor threads and the housing, and a second orifice for the fluid practi ced entirely in said side wall and adjacent to the other end of said housing communicating directly the second duct and said space intended to receive the fluid ,
said second orifice having a shape partially defined by the traces on the side wall of the peripheral edges of said rotor threads.
The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the machine which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a side view of the first embodiment, the face of the housing serving as the inlet being assumed to be removed and certain parts of the rotor being shown in axial vertical section.
Figs. 2 and 3 are plan and end views respectively.
Fig. 4 is a cross section taken along different planes, the section line lying in the vicinity of line 4-4 of FIG. 2.
Fig. 5 is a side view thereof taken from the discharge side, the part of the casing surrounding the discharge opening being cut away to show the configuration of this lumen with respect to the threads of the rotor.
Figs. <I> 6a, 6b, </I> 6c are diagrams showing the possible modifications of the dimensions of the discharge opening according to the desired compression ratio.
Fig. 7 is a plan view thereof, the housing being seen in section along the line 7-7 of FIG. 1.
Fig. 8 is a section taken along line 8-8 of FIG. 7.
The fi-. 9 is a detail view similar to FIG. 7 of the end serving for delivery in the second embodiment, the section of the casing being made along an irregular line in order to better understand the details.
Fig. 10 is a section through the device of FIG. 9 along the approximate section line 10-10 of this fig. 9.
Figs. 11 and 12 are views analogous to fi-. 9 and 10, these figures relating to the third embodiment.
If we first refer to fig. 1 to 5, 7 and 8, the pump shown therein comprises a casing having two complementary side elements 21 and 22 and two heads 23 and 24 with the corresponding supports 25 and 26. The two lateral elements are connected to each other in a removable manner along a vertical plane passing through the axes of the rotors of the pump, this connection being provided by flanges and by bolts not shown, tan say that the funds 23 and 24 are connected in a similar manner to flanges provided at the ends of the side elements:
As best seen in FIGS. 3 and 4, the housing body formed by the two lateral elements has in cross section the approximate shape of an 8 and forms two hollow superimposed cylinders partially intersecting each other and whose axes are parallel and offset in a vertical plane. The lateral element 21 carries near one end of the casing a tube 27 serving for the suction of the fluid and projecting laterally, while the lateral element 22 comprises a similar tube 28 serving for the discharge of the fluid and arranged at the side. vicinity of the other end of the housing.
In each of the funds 23 and 24 of the housing are arranged two bearings 29 carrying the shafts 30 and 31, and serving as end stops. These shafts 30 and 31 are integral with two rotors 32 and 33, provided with helical threads in engagement intended to ensure the displacement, in the usual manner, of the air, of a gas or of another fluid, of the tubing. suction 27 through the housing to the delivery pipe 28, while at the same time compressing this fluid before delivery.
The shaft 30 of the rotor 32, which will be called the motor or delivery rotor hereinafter, projects outwardly from the bottom 23 of the housing corresponding to the suction end and it is intended to be connected to a suitable power source capable of turning the motor rotor in the direction shown by the arrows. The shaft 31 of the second rotor called hereinafter the driven or follower rotor is connected to the shaft 30 of the drive rotor by a gear train 34 housed in the bottom 23 and capable of rotating the two rotors at the same speed.
The rotors 32 and 33 are keyed on the corresponding shafts 30 and 31 to rotate with them and means are provided to prevent any axial movement of these rotors along their shafts to the right of FIG. 1, these means being constituted by the shoulders forming stops integral with these shafts at 35 and 36.
The helical thread 37 of the motor rotor 32 extends over at least once the periphery of the rotor and the outer periphery of the net moves in sliding contact with the upper part of the housing formed by the side elements 21 and 22. The driven rotor 33 presents in a similar manner a thread 38 the length of which is equal to that of the thread 37 and which also moves in sliding contact with the lower part of the casing.
As seen in fig. 1, each of the threads 37 and 38 has in longitudinal cross section a concave face and a convex face, in other words the thread is male by one half and female by the other half, the face 39 of the motor thread 37, directed to the left of fig. 1, is concave, as seen in fig. 1, while its face 40 directed towards the right side of FIG. 1 is convex.
The thread 38 of the driven rotor is disposed in an opposite manner in that its face 41, directed to the left, is convex, while its face directed to the right 42 is concave. It follows that the two rotors are such that the surfaces of corresponding shape of the threads face each other and that the concave surface 39 of the leading thread 37 of the discharge rotor faces the bottom wall 24 of the casing corresponding to the discharge. It will also be noted that the thread 37 of the discharge rotor is relatively thin in the direction of the axis when compared to the thread 38 of the driven rotor and that the gap 43 formed between the turns of the thread 37 is wider than the corresponding gap 44 in the driven rotor.
Referring to fig. 4, it will be seen that each rotor has in any straight section, perpendicular to its axis, a complex curvilinear profile defined by an outer peripheral surface 45 with cylindrical curvature that conforms to the curvature of the part of the inner wall of the casing , in which the rotor rotates, by a root circle element 46 concentric with the shaft of the rotor in question, by a concave surface 47 connecting one end of the outer periphery 45 with one end of the free part of the root circle 46, and finally, a convex surface 48 connecting the other end of the peripheral surface to the pitch circle.
The concave surface 47 of the thread is epicyclic in shape, while the curvature of the convex face 48 corresponds substantially to that of an Archimedean spiral.
The shoulders 35 and 36 forming stops are arranged as shown in Figures 1 and 7, at a relatively large distance inside the wall forming the bottom of the casing 23, which closes the intake into said casing so as to leave free a relatively large inlet chamber 49, this chamber being in direct and permanent communication with the fluid inlet pipe 27 while communicating with the suction ends of the chambers 50 serving for the movement and compression of the fluid, these chambers 50 being defined by the threads 37 and 38 and the wall of the casing surrounding these threads.
The communication between the suction pipe 27 and the intake chamber 49 is controlled by an opening 51 formed in a part of the wall of the side member 21 of the housing, which part is flared or offset outwards in radially, this opening 51 having a cross section substantially larger than the suction pipe 27.
As indicated by dashed lines in fig. 1, the opening 51 extends over an area equal to almost half the area of the side member 21 of the housing, and its shape is irregular so as to conform to the shape of the peripheral edges of the threads of the housing. rotor.
The opening 51 has an outer edge a parallel to the inner surface of the wall formed by the bottom of the housing 23, two parallel edges la teral b and c coinciding approximately with the upper and lower edges of the side element. 21 and finally a transverse edge of irregular shape defined by lines d and e parallel respectively to the peripheral edges of the threads of the rotor 37 and 38, these two lines d and e converging towards the bottom 24 of the casing which faces them without facing each other. cut each other,
a third line f parallel to the axes of the rotors interconnecting these last two lines and located closer to the axis of the driven rotor 33 than to the axis of the driving rotor 32. Where appropriate, the two side edges b and c of the suction opening can be brought closer to each other than in the embodiment shown, although their spacing must be maintained at a value at least equal to the distance between the axes of the rotors .
The dimensions of the opening 51 in the axial direction can also vary, as described, provided that they do not increase to the point where they would allow direct communication between the inlet opening 51 and the return opening. flow 52, which will be described below, passing through the chamber 50 serving for the movement and compression of the fluid. The discharge opening 42 is formed like the suction opening 51 by a part opening radially outwardly of the lateral element 22 of the casing and its shape is also in direct relation to that of the threads of the ro tors; the dimensions or the area of the opening 52 determine the compression ratio of the machine.
In the case of fig. 1 to 5, the maximum permissible size corresponding to a compression ratio of 1: 1 has been given to the discharge opening, that is to say in the case where the pump is used only for the transfer of fluid without internal compression.
As best seen in fig. 5, the opening 52 has an edge g parallel to the wall formed by the bottom 24 of the casing at the end of the casing serving for the discharge, this edge g lying approximately in the plane of this wall against which come abut the ends of the threads of the rotors 37 and 38 on the discharge side;
the other edges of the opening 52 are defined by two lines <I> h </I> and <I> i </I> which are parallel to the peripheral edges of the threads of the rotors, the line h coming to meet the edge g in the immediate vicinity of the lower edge of the casing element 22, the discharge opening further comprising a third line element j parallel to the axes of the rotors and connecting the ends facing the lines <I> h </I> and <I> i </I> and whose length is less than the dimension in the axial direction of the outer peripheral surface of the net 37 'of the drive rotor, this third line element j being closer to the axis of the motor rotor than the axis of the driven rotor 33,
and finally a fourth line element a coinciding approximately with the upper edge of the side element of the housing 22 and joining the edge g to the upper end of the line i.
To determine the location of the lines <I> h, i </I> and <I> j, </I> the rotors are rotated to make them occupy the position for which the part of the chamber 50, used for displacement and compression of the fluid, which is located near the bottom of the housing 24 on the discharge side, has just been cut off from all communication with the suction opening 51, this position corresponding to the position for which the rotors are about to begin to compress the fluid contained in this part of the chamber 50, which is located between the bottom 24 of the housing and the last half-turns of the threads of the rotors adjacent to this bottom.
At this moment, the end of the front edge of the thread 37 of the driving rotor is in the plane of the axes of the rotors in contact with the side wall of the casing and at the top of said wall, while the end of the rear edge of the thread 38 of the driven rotor is in the same plane of the two axes in contact with the side wall of the casing at the lower part thereof.
The rotors being in this position, that is to say in the position shown in FIG. 5, the maximum allowable dimensions of the discharge opening 52 are defined by the marks on the inner surface of the side element 22 of the casing of the rear peripheral edges <I> 1 </I> and rn of the last half-turns the threads of the rotors adjacent to the bottom 24 of the casing, and by a line joining these traces parallel to the axes of the rotor and arranged closer to the axis of the drive rotor 32 than to the axis of the driven rotor 33.
While this way of doing things makes it possible to obtain the maximum admissible and theoretically correct dimension of the discharge opening, it is preferable, in order to ensure a suitable seal between the suction and discharge openings, to give the discharge opening of dimensions less than the theoretically correct maximum, as was done moreover in the case of FIG. 5 where the edges <I> h and i </I> of the opening are arranged slightly closer to the bottom 24 of the housing than the traces of the rear edges <I> l </I> and <I> m </ I > corresponding to nets 37 and 38.
To establish the shape and dimensions of the discharge opening for a compression ratio between 1: 1 and 2: 1, it suffices to mount the rotors in a position in which the fluid trapped between the threads of the rotors and the bottom 24 is compressed to the desired pressure, after which the rear edges of the ends of the discharge side of the threads of the rotors are drawn in the manner described above, preferably by reducing the dimensions of the opening slightly as above. - below the theoretically correct dimensions to ensure a suitable seal.
On the diagrams of fig. <I> 6a, 6b </I> and 6c, for example, the shapes and relative dimensions of the discharge opening have been given for compression ratios of 1: 1, 8: 5 and 2: 1 respectively . In each case, it will be noted that the major part of the zone occupied by the discharge opening is disposed radially in front of the part of the thread 37 of the motor rotor 32 which is not in engagement with the thread of the rotor. led.
Due to. radial arrangement of the discharge opening 52, the passage of the fluid in the latter from the chamber 50 serving to move or compress the fluid towards the discharge pipe 28, is stopped shortly after the end of the cycle pump operating mode. For example, in the embodiment shown, a wedge-shaped pocket, the projected area of which is approximately equal to that defined by the line n shown in dotted lines in FIG. 4, is formed between the front concave edge 39 of the leading net 37 and the obstacle formed by the solid wall of the bottom 24 of the casing.
As the rotors continue to rotate, the volume of this pocket tends towards zero, which consequently increases the pressure of the fluid which is trapped therein. To save energy and increase the efficiency of the machine, means are provided for relieving the pressure of the fluid which would otherwise accumulate in this pocket, and this by allowing the fluid to escape directly into the exhaust manifold 28 independently of the exhaust opening 52, by passing it through a channel formed in the bottom 24 and terminating at this tubing starting from a point facing the part of the thread 37 of the motor rotor 32 which does not 'is not engaged with the thread of the other rotor, this point being situated in the vicinity of the hub of the rotor 32 and the periphery of the thread 38 of the driven rotor.
According to the embodiment of FIGS. 7 and 8, the bottom 24 of the casing has a thick wall sie at 53 in the axial direction and projecting inside the casing to abut the ends of the threads of the rotors on the side corresponding to the discharge; this over-thickened part has a recess 54 formed in the axial projection of the cross section of the part of the thread 37 of the motor rotor which is not in engagement with the other rotor, this recess communicating with the exhaust manifold 28.
As seen in fia. 8, the profile of this recess 54 is defined by two arcs of circle <I> o and p, </I> substantially coinciding with the elements of the root circle and of the cylindrical periphery of the thread 37 of the respective motor rotor. Eventually, by a third arc of a circle q coinciding substantially with the convex surface of the thread 37 and by a fourth arc of a circle r substantially coinciding with a part of the cylindrical periphery of the thread 38 of the driven rotor. The end of the recess 54 limited by the arc of a circle p opens into the delivery pipe 28.
According to this embodiment, the fluid remaining in the pocket n after closing the delivery path passing through the opening 52, can be transferred from the chamber 50 serving for the compression of the fluid in the delivery pipe 28 by the 'intermediate of this recess 54.
Figs. 9 and 10 present a variant making it possible to make the pocket n communicate with the outside, this variant comprising on the inner face of the bottom 24 'of the housing a curved groove 55 disposed parallel to the periphery of the thread 38 of the driven rotor 33 and extending from a point facing the hub of the motor rotor 32 to a point facing the periphery of the thread 37 of this motor rotor, said groove opening at the latter point into a slot 56 extending into the axial direction in the wall of the delivery pipe 28.
The third embodiment making it possible to evacuate the trapped fluid towards the delivery pipe independently of the delivery opening is shown in FIGS. 11 and 12. In the latter case, the bottom 24 "of the housing has -a channel 57 communicating with the chamber 50 at a point facing 1-a part of the thread 37 of the motor rotor 32 which is not in engagement with the thread 38, this point being in the vicinity of the hub of this driving rotor and of the periphery of the driven thread 38;
this channel 57 extends in an approximately radial direction towards a point outside the periphery of the rotors to open into a slot 58 directed axially and formed in the wall of the discharge pipe 28.
In all these embodiments, the fluid is discharged in a radial direction and the compression ratio obtained is ensured by the shape and dimensions of the discharge opening in the side wall of the casing, the characteristics of this opening. directly dependent on the shape of the rotors.
Assuming that air or other fluid is supplied to the intake manifold 27 and that the rotors 32 and 33 are driven by a suitable power source connected to the shaft 30 of the motor rotor, the air entering the intake chamber 49 through the intake opening 51, will enter the ends subjected to low pressure, on the right side of FIG. 1, channels 43 and 44 formed in the rotor and the air will thus advance to the left of FIG. 1 under the action of the rotor threads.
While the rotors are rotating, the chambers 50 used for transporting and compressing the air, chambers which are defined by these channels 43 and 44, have a progressively decreasing volume. so that the air trapped in these passages between the threads of the advancing rotors and the end wall formed by the bottom 24, is subjected to compression.
The shape and dimensions of the discharge opening 52 are such that the rear edges of the threads 37 and 38 of the rotors delimiting the forward moving end of the compression chamber 50, run along the edges of the discharge opening 52, edges defined by lines h and i, just as the rotors reach the point where the air is compressed to the desired degree, after which the continued rotation of the rotors forces the air out of the compression chamber 50 through the delivery opening 52 to the delivery or outlet pipe 28.
When the rotors approach the end of the cycle of rotation of the pump and the communication is closed between the compression chamber 50 and the discharge opening 52, the bypass provided by the recess 54 of FIGS. 7 and 8, by the groove 55 of FIGS. 9 and 10 or through channel 57 of fig. 11 and 12, serves as a safety device preventing the establishment of an exaggerated pressure at the end of the channel 43 in the motor rotor on the discharge side, the trapped air thus being able to pass from the compression chamber 50 to the pipe 28 independent of the discharge opening 52.
The machine described could be used as a rotary machine of the fluid expansion type by simply reversing the direction of the flow of fluid passing through it.