Machine volumétrique rotative La présente invention a pour objet une machine volumétrique rotative, pouvant être par exemple, une pompe ou un moteur, compor tant des rotors munis de nervures hélicoïdales, montés pour tourner en prise dans une chambre d'une enveloppe qui communique à une de ses extrémités avec un conduit dans lequel règne la pression inférieure et qui communique à une autre extrémité avec un conduit dans lequel règne la pression supérieure.
Cette machine est caractérisée selon l'inven tion en ce qu'elle comporte une paroi fixe per pendiculaire aux axes des rotors, contribuant à empêcher l'écoulement direct du fluide entre la rainure formée par la nervure de l'un des rotors et le conduit haute pression et un organe mobile comprenant une partie formant paroi qui fait face à l'extrémité haute pression d'un second rotor, et monté de façon à pouvoir tourner par rapport à l'enveloppe autour de l'axe de ce second rotor, la partie formant paroi de cet organe mobile étant pourvue d'une lumière communiquant d'une manière continue avec le conduit haute pression et communi quant avec la rainure formée par la nervure dudit second rotor une fois seulement à chaque révolution de ce dernier ;
des moyens étant prévus pour régler la position dudit organe en le faisant tourner, afin de faire varier la posi tion de la lumière. Deux formes d'exécution de la machine selon l'invention sont représentées, à titre d'exemples, sur le dessin annexé.
Dans ce dessin une même pièce est dési gnée sur toutes les vues par le même signe de référence.
La fig. 1 représente une vue en plan d'une première forme d'exécution de la machine, cer taines parties étant représentées en coupe sui vant 1-1 de la fig. 2.
La fig. 2 représente une vue, en élévation latérale, de la machine représentée sur la fig. 1, certaines parties étant représentées en coupe suivant II-II de la fig. <B>1.</B>
Les fig. 3 et 4, représentent chacune une vue en coupe transversale suivant<I>111-111</I> de la fig. 2, et montrent chacune l'organe mobile de réglage dans une position différente.
La fig. 5 représente une vue en coupe trans versale suivant la ligne V-V de la fig. 1.
Les fig. 6, 7 et 8 sont des vues en coupe analogues à celles des fig. 3, 4 et 5 de la seconde forme d'exécution.
La pompe représentée aux fig. 1 à 5, com prend une enveloppe horizontale 21 qui pré sente, au voisinage de l'une de ses extrémités, un conduit 22, faisant saillie latéralement pour l'entrée du fluide et, au voisinage de son autre extrémité, un conduit 23, analogue au précé dent, pour la sortie du fluide. Cette enveloppe 21 comprend une chambre 50 présentant en coupe transversale la forme d'un huit, et limitée par deux parties cylindriques 24 et 25 juxtapo sées de l'enveloppe, qui se coupent et dont les axes sont parallèles. L'extrémité de l'enveloppe, côté sortie, s'élargit pour former une chambre 26 de sortie du fluide.
Les extrémités ouvertes de l'enveloppe 21 sont formées par une paire de carters en forme de chapeaux 27 et 28 qui sont fixés, de manière amovible, aux extrémités en forme de brides de l'enveloppe. Dans chacun des carters 27 et 28, est logée une paire de roulements 29 formant butées radiales et axiales, ces roulements 29 supportant les arbres tournants 30 et 31 d'une paire de rotors 32 et 33 présentant chacun une nervure hélicoï dale.
Ces rotors sont en prise l'un avec l'autre et sont montés dans ladite chambre de l'enve loppe pour transporter un gaz, par exemple de l'air, depuis le conduit d'entrée 22 à travers la chambre de l'enveloppe 21 et jusqu'à l'extérieur à travers le conduit de sortie 23, et en même temps pour comprimer le fluide avant sa sortie.
L'arbre 30 du rotor 32, que l'on désignera désormais sous le nom de rotor menant, se pro longe à l'extérieur du carter 27 et est agencé pour être accouplé à un moteur d'entrainement.
Le rotor menant tourne dans le sens indiqué par les flèches que l'on voit sur la droite des fi-. 1 et 2. L'arbre 31 du second rotor 33 que l'on désignera désormais sous le nom de rotor mené, est relié à l'arbre 30 du rotor menant au moyen d'engrenages 34 qui sont logés dans le carter 27 et qui sont prévus pour faire tourner les deux rotors à la même vitesse.
Les rotors 32 et 33 sont clavetés sur leurs arbres respectifs 30 et 31 de manière à tourner avec ceux-ci et ils sont empêchés de se déplacer axialement, le long de ces arbres vers la droite par les épaulements d'arrêt 35 et 36, qui sont formés sur les arbres et qu'on voit sur les fi-. 1 et 2. Le rotor menant 32 est muni d'une seule nervure hélicoïdale 37 qui règne au moins par une circonférence complète et dont la surface périphérique est ajustée de manière à pouvoir tourner, dans la partie supérieure de la chambre de l'enveloppe 21 qui est formée par la partie de cylindre 24.
Le rotor mené 33 est muni d'une manière analogue d'une nervure hélicoï dale 38, de la même longueur que la nervure 37, qui est ajustée de manière à pouvoir tourner dans la partie du cylindre inférieur 25 de l'en veloppe.
Chacune des nervures 37 et 38 est concave sur un flanc en coupe longitudinale, tandis qu'elle est convexe sur le flanc opposé. Ainsi, le flanc de gauche 39 de la nervure 37 est concave, comme on le voit sur la fig. 2, tandis que le flanc de droite 40 est convexe. Inverse ment pour la nervure 38, le flanc de gauche 41 est convexe, tandis que le flanc de droite est concave. Ainsi donc, les deux rotors sont cons truits de telle manière que les flancs de forme analogue des nervures se fassent vis-à-vis et que le flanc concave 39 de la nervure 37 soit tourné vers la chambre de sortie du fluide 26.
La nervure 37 du rotor menant est relativement mince dans le sens axial, si on le compare avec la nervure 38 du rotor mené, et la rainure 43 se trouvant entre les flancs correspondants de la nervure 37 est plus large que la rainure 44 se trouvant entre les flancs correspondants de la nervure 37. Les épaulements d'arrêt 35 et 36 prévus sur les arbres des rotors sont placés comme le mon trent les fi-. 1 et 2, à l'intérieur de l'enveloppe, à une certaine distance du carter 27, de manière à fournir un espace d'entrée du gaz 49, relati vement grand, formant partie de la chambre 50 dans laquelle sont montés les rotors qui est en communication directe, constamment ouverte, avec le conduit -22.
Dans l'extrémité de sortie de l'enveloppe 21 est montée une pièce 51, 52, comportant une paroi extérieure 53, 54 contiguë au carter 28, ainsi que des manchons 55 et 56, à travers lesquels passent les arbres des rotors 32 et 33. Le diamètre de l'extrémité intérieure du man- chon 55 se réduit en 57 afin de former une portée pour un organe mobile 58 que l'on peut régler par rotation. Cet organe mobile 58 com prend une partie circulaire 64 formant paroi pourvue d'une lumière 59, prévue pour être en correspondance, une fois seulement à chaque révolution des rotors, avec une autre lumière 60 formée dans un disque 61 présenté par le rotor menant 37.
Quand les lumières 59 et 60 che vauchent, le gaz qui se trouve dans l'enceinte 50 peut s'échapper dans l'espace 62, et par con séquent dans la chambre de sortie 26, pour gagner le conduit de sortie 23, quand les lumières 59 et 60 ne chevauchent pas, le gaz est retenu dans la chambre 50 et il est com primé de la manière qui sera décrite plus loin.
L'organe mobile 58 comporte un moyeu central 63 qui tourillonne sur la partie de dia mètre réduit 57 du manchon 55, la partie circulaire 64 en contact avec le disque 61 et une jante 65 qui est munie sur sa périphérie de dents d'engrenage 66 destinées à permettre de régler la position de l'organe 58 par rapport à l'enveloppe en le faisant tourner autour de l'axe de l'arbre 30 du rotor menant afin de faire varier la position de la lumière 59. Les dents d'engrenage 66 règnent sur toute la jante 65 sous la forme d'une roue de vis sans fin, qui engrène avec une vis sans fin 67.
Cette vis sans fin 67 est fixée sur un arbre 68 tourillonnant dans la partie élargie de l'enveloppe 21 qui entoure la chambre de sortie 26. L'extrémité extérieure de l'arbre 68 de la vis est munie d'un volant 69 permettant de faire tourner la vis sans fin et de régler ainsi la position de l'organe 58. La partie circulaire 64 de l'organe 58 est maintenue contre le disque 61 à la fois par l'épaulement 70 qui se trouve sur le man chon 55 et qui touche l'extrémité extérieure du moyeu 63, et par la pression du gaz dans la chambre de sortie 26.
La jante 65 de l'organe 58 est décolletée en 71 pour recevoir une bague 72 ayant la forme d'un L en coupe transversale, qui est engagée dans l'extrémité de gauche de la partie de l'enveloppe 21 formée par la partie cylindrique supérieure 24 et dans le bord supé rieur arqué 73 d'une paroi verticale intérieure 74, présentée par la pièce 51, 52 et qui con tribue à placer et à centrer convenablement l'organe 58.
La paroi verticale intérieure fixe 74 est contiguë à l'extrémité du rotor mené 33 et contribue à empêcher l'écoulement direct du gaz de la rainure 44 du rotor mené 38 vers la chambre de sortie 26. Il s'agit du gaz qui se trouve dans la partie de la chambre 50 limitée par la partie non en prise de la nervure 38 du rotor mené et par la partie inférieure de l'enveloppe 21. L'organe 58 s'oppose d'une manière analogue à l'échappement du gaz qui se trouve dans la partie supérieure de la chambre 50, sauf lorsqu'il y a chevauchement entre la lumière 60 du disque 61 et la lumière 59.
La durée de l'intervalle de temps pendant lequel le gaz peut sortir de la chambre 50, dépend des dimensions et de la configuration des lumières 59 et 60, tandis que le point du cycle de fonctionnement de la pompe pour lequel cette sortie se produit, est déterminé par la position angulaire de la lumière de sortie 59.
La lumière de sortie 59 s'étend approxima tivement sur un quart de la surface de la paroi 64 de l'organe 58, et elle présente deux bords définis par les arcs concentriques a-b et c-d de rayons différents, dont le centre se trouve sur l'axe du rotor menant, et deux bords extrêmes convexes définis par deux autres arcs a-c et b-d ayant le même rayon que les rotors.
La longueur circonférentielle ou angulaire de la lumière 59, qui est de 900 environ, détermine les limites entre lesquelles on peut faire varier le taux de compression de la pompe par réglage de la position de la lumière autour de l'axe du rotor menant. La position de la lumière 59 qui est représentée sur la fia. 3, correspond à une limite des possibilités de réglage : c'est la position pour laquelle le taux de compression est maximum (environ 4 à 1). Dans cette posi tion de pression maxima, l'extrémité de gauche de la lumière 59 qui est délimitée par l'arc<I>a -c,</I> est sensiblement parallèle à la partie supérieure gauche de la périphérie du rotor mené.
En faisant tourner l'organe 56 dans le sens des aiguilles d'une montre, sur la fig. 3, au moyen du volant à main 69, de l'arbre de vis sans fin 68 et de la vis sans fin 67, on peut faire varier la position de la lumière 59, de manière à permettre au gaz comprimé de sortir des rotors à un point de cycle de fonctionnement de la pompe qui est antérieur au point précédent et à produire ainsi une pression finale plus faible et un taux de compression plus faible.
Par exemple, quand la lumière 59 occupe la posi tion représentée sur la fig. 4 et qui correspond à la limite opposée des possibilités de réglage dans l'exemple représenté, le taux de compres sion se trouve réduit à une valeur exprimée approximativement par le rapport de 2 à 1. Si on le désire, on peut prévoir des arrêts appropriés destinés à empêcher qu'on puisse faire tourner l'organe 58 au-delà des limites de son déplacement, qui correspond aux positions de la lumière 59 représentées sur les fig. 3 et 4.
La lumière 60 prévue dans le disque 61 est de forme lenticulaire et elle a une surface qui est la surface maxima admissible, cette surface étant égale à la surface correspondant à la pro jection axiale des portions des nervures des rotors qui sont en prise. Bien que la lumière 60 puisse être réduite au-dessous de ces dimen sions maxima, et dans ce cas, il est possible d'allonger la lumière 59 dans le sens des aiguilles d'une montre et d'obtenir ainsi une pression minima plus basse ; on ne peut pas donner à la lumière 60 des dimensions plus grandes sans qu'il en résulte une fuite se pro duisant depuis le côté haute pression de la pompe vers le côté basse pression.
En raison de la longueur circonférentielle fixe de la lumière 59, toutes les fois que cette lumière se trouve dans une position quelconque autre que celle qui est représentée sur la fig. 3 (position qui correspond au taux de compres sion maximum), la sortie du gaz hors de la chambre 50 se trouve fermée avant l'achève ment du cycle de rotation de la pompe et cela parce que la rotation de la lumière 60 du disque s'effectue sans qu'il y ait chevauchement de celui-ci au moment de l'achèvement du cycle avec la lumière 59.
Par exemple, quand la lumière 59 est dans la position de compres sion minima représentée sur la fig. 4, une poche en forme de coin, se projetant suivant la sur face a-c-e-f, se trouve formée entre le flanc menant concave 39 de la nervure 37, d'une part, et la barrière constituée par la partie non perforée de la partie 64 de l'organe 58, d'autre part. Cette poche a une épaisseur nulle le long de la ligne a-c et une épaisseur maximale long de la ligne e-f, cette dernière épaisseur étant fonction de l'angle de l'hélice de la nervure.
Les rotors continuant à tourner, le volume de cette poche s'approche de zéro, ce qui produit une augmentation de la pression du gaz qu'elle contient. Pour économiser de l'énergie et pour empêcher que la pompe puisse être détériorée, il est prévu un orifice de by-pass 75 (fig. 1) de dimensions convenables dans la paroi de l'enveloppe 21 qui est immédiatement voisine de l'extrémité de l'organe 58 et de la paroi fixe 74. Cet orifice débouche dans le conduit de sortie 23 et il est placé dans la partie de l'enveloppe formée par la partie cylindrique supérieure 24, exactement au-dessus de l'inter section de celle-ci avec la partie cylindrique inférieure 25, ainsi que le montre la fi-. 5.
Avec cette disposition, le gaz qui reste dans la poche a-c-e-f, après que le chemin de sortie à travers la lumière 60 du disque et la lumière 59 a été fermé, se rend à travers le by-pass dans le conduit de sortie sans que cela ait un effet quelconque sur le rendement de la pompe.
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 6 à 8, la pompe qu'elles représentent, est d'une cons truction essentiellement identique à celle de la pompe des fig. 1 à 5 à ces différences près qu'il n'y a pas de disque 61, ni par conséquent la lumière 60 et qu'il y a une modification de la configuration de la lumière de sortie, qui est désignée sur les fig. 6 à 8 par le chiffre 59'.
La suppression du disque 61 a aussi pour effet de réduire l'épaisseur de la paroi verticale inté rieure 74 de la pièce 52, étant donné que cette paroi n'a plus à fournir une surface de portée pour le disque, comme c'était le cas dans la réalisation précédemment décrite. Comme les caractéristiques communes des deux pompes sont mises en évidence par les dessins, il n'est pas nécessaire de décrire en détail les parties des fig. 6 à 8 qui ne sont que la reproduction de parties des fig. 1 à 5.
La lumière de sortie 59' des fig. 6 à 8 ne diffère de la lumière correspondante de la pompe des fig. 1 à 5 que par la forme de la courbe qui limite son extrémité de droite et qui est représentée sur les fig. 8 à 9. Au lieu que cette courbe soit un arc convexe d'une circonférence ayant même rayon que les rotors, cette courbe b-d est concave et présente la même forme que les flancs convexes des ner vures du rotor vues en coupe transversale pro jetée parallèlement à l'axe. Cette courbe est un arc de spirale d'Archimède.
Avec une lumière de sortie ayant la forme indiquée et la longueur angulaire représentée sur le dessin, on obtient un taux de compression maximum ayant une valeur représentée approximative ment par le rapport de 2 à 1 quand la lumière se trouve dans la position représentée sur la fig. 8.
Le fonctionnement de la machine selon les fig. 6 à 8 est essentiellement le même que celui de la machine représentée sur les fig. 1 à 5, quia été précédemment décrite, à cette diffé rence près que l'ouverture et la fermeture de la lumière de sortie 59' sont commandées direc tement par l'extrémité de la nervure 37 du rotor menant, au lieu d'être commandées par le disque 61 et la lumière 60.