<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.