CH618771A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne une machine rotative comprenant un rotor, des organes rétractables montés pivotants sur le rotor, un stator à l'intérieur duquel tourne le rotor avec les organes rétractables coopérant avec la paroi intérieure du stator et un mécanisme de commande de la position angulaire des organes rétractables par rapport à leur axe de pivotement sur le rotor. Une telle machine est utilisable notamment comme pompe à vide, pompe volumétrique, compresseur volumétrique.

Les machines connues de ce genre comportent en principe un stator ayant une partie intérieure cylindrique de rayon Rs et un rotor de forme générale cylindrique de rayon Rr plus petit que Rs. Le rotor, excentré par rapport au stator, est tangent intérieurement au stator. L'étanchéité entre l'aspiration et le refoulement n'est donc assurée que par une ligne de tangence, ce qui n'offre pas une étanchéité idéale.

Dans certains cas, on a essayé un racleur statique faisant pression sur le rotor mais ce dispositif dissipe de l'énergie et n'apporte pas d'amélioration sensible de l'étanchéité.

En effet, pour que l'étanchéité soit réalisée, il faudrait que ce racleur soit usiné sur toute sa largeur au diamètre du rotor. Or cela n'est pas possible car les pales viendraient buter dessus. Par conséquent on doit usiner le racleur au diamètre du stator pour permettre le passage des pales, ce qui nous ramène à une ligne de tangence et ne résoud pas le problème de l'étanchéité.

La présente invention a pour but d'apporter une solution à ce problème et de proposer une machine où l'étanchéité puisse être réalisée sur l'étendue d'un secteur et non sur une ligne seulement.

La machine rotative selon l'invention est caractérisée en ce que le rotor est, sur un secteur, encastré dans un renfoncement de la paroi du stator avec laquelle il coopère pour assurer l'étanchéité.

Ainsi, le rotor étant partiellement encastré dans le stator, l'étanchéité entre l'admission et l'évacuation est assurée d'une manière parfaite par un contact entre le rotor et le stator non pas seulement selon une génératrice, mais sur tout un secteur 5 qui peut être largement dimensionné.

Bien entendu, l'encastrement suppose que les organes rétractables, usuellement des pales, s'escamotent plus profondément dans le logement prévu sur le rotor pour la durée de leur passage dans le secteur, de manière à ne présenter aucune partie io saillante par rapport à un cylindre de rayon Rr.

Par ailleurs, seul ce principe permet d'admettre dans son encastrement un racleur usiné au diamètre du rotor. Dans ce cas, il faut évidemment éviter que le racleur ne puisse s'enfoncer dans un logement de pale lorsque ce dernier se présente dans la 15 zone Z ou, au moins, il faut empêcher que le bord postérieur du logement ne vienne buter brutalement contre le bord d'attaque du racleur, ce qui pourrait causer le calage et la détérioration de la machine. Pour éviter cela, il suffit de prévoir un racleur çortant sur un secteur plus grand que le logement. Mais évidem-20 ment le racleur doit rester compris entièrement dans la zone Z. Le mécanisme de commande de l'orientation des pales peut être réalisé de différentes manières. Selon une première forme de réalisation, le mécanisme de commande comporte pour chaque organe rétractable un levier solidaire d'une extrémité de 25 l'axe de l'organe et, articulée au levier, une bielle, elle-même montée pivotante coaxialement au stator. Ce mécanisme assure une commande cinématique complètement déterminée du pivotement des organes rétractables.

Selon une seconde forme de réalisation, le levier comporte 30 une tête coopérant, sous l'action de la force centrifuge, avec une surface de guidage intérieure coaxiale au stator. Le mécanisme évite la complication des bielles, mais ne convient que si la pression exercée sur la pale développe une force inférieure à la force centrifuge. C'est sous l'effet de la force centrifuge que la 35 tête du levier doit plaquer sur la surface de guidage. On pourrait imaginer une autre force que la force centrifuge: le levier pourrait aussi, par exemple, être sollicité par un rappel élastique ou une force magnétique.

Dans une troisième forme de réalisation, dérivant de la 40 précédente, on combine les avantages d'une commande cinématique complète et d'un mécanisme plus simple qu'une combinaison bielle-levier. Chaque organe comporte, fixé à son axe, un deuxième levier muni d'un maneton coopérant avec une surface de guidage coaxiale au stator, mais extérieure radialement. La 45 force centrifuge n'intervient plus pour assurer la cooération des têtes de levier avec la première surface de guidage. Ce deuxième levier peut se fixer soit du même côté que le premier levier, soit à l'opposé.

50 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de quelques formes de réalisation données ci-après à titre d'exemple, en référence au dessin sur lequel:

la fig. 1 représente en coupe une forme de réalisation de l'invention,

55 la fig. 2 représente en éclaté un rotor d'une forme de réalisation de l'invention,

la fig. 3 représente en éclaté le rotor d'une autre forme de réalisation de l'invention,

la fig. 4 représente une autre forme de réalisation en coupe 60 longitudinale selon A-A de la fig. 6,

les fig. 5,6 et 7 représentent différentes coupes transversales à l'axe de la machine de la fig. 4, respectivement selon B-B, C-C et D-D de la fig. 4,

la fig. 8 représente en éclaté un rotor d'une forme de 65 réalisation analogue à celle de la fig. 4.

La fig. 1 représente en coupe une machine rotative dans laquelle le rotor 10 est, sur une zone Z séparant l'admission 27 et le refoulement 26, partiellement encastré dans le stator 13.

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Les organes rétractables sont des pales 11 reliées à un dispositif de commande non représenté.

Le rotor de rayon Rr est excentré par rapport au stator de rayon Rs d'une valeur e. Si le rotor était simplement tangent au stator, on aurait O < Rs - Rr = e.

Ici on a O «S Rs - Rr < 3, c'est-à-dire que les cylindres se recoupent. La zone Z est précisément celle déterminée par ce recoupement.

Sur cette zone Z, la paroi est usinée au diamètre 2Rr. Sur tout ou partie de cette zone on peut aussi disposer un racleur usiné à ce diamètre.

Plusieurs genres de rotor peuvent convenir à cet agencement. La fig. 2 montre une vue éclatée d'un rotor à deux pales commandées par un jeu de bielles. Les pales rétractables sont montées pivotantes autour d'axes 12,12'. On notera que ces axes de pivotement 12,12' sont parallèles à l'arbre 14 du rotor 10 et que la portion d'axe 12' est plus longue que la portion 12.

Le mécanisme de commande des pales rétractables 11 comprend pour chaque pale une bielle 23 tourillonnée à une extrémité sur l'axe 16' solidaire d'un couvercle faisant partie du stator. L'autre extrémité de la bielle 23 est articulée en 25 à un levier à fourche 24 claveté ou fixé d'une autre manière sur l'axe 12' de la pale 11.

On remarquera que l'axe d'articulation 25 de la bielle 23 avec le levier 24 se trouve sur le centre de courbure du bout de la pale 11.

Le point d'articulation décrit un cercle autour de l'axe sur lequel la bielle est montée pivotante. Ce cercle est coaxial au stator.

Le fonctionnement de la machine rotative décrite est le suivant: lorsque le rotor 10 est en rotation, le mouvement de rotation est communiqué aux pales 11 dont les axes 12' entraînent à leur tour les leviers 24 reliés aux bielles 23. Du fait de l'excentricité de l'axe 16' par rapport à l'axe du rotor et de la longueur déterminée de la bielle 23, c'est-à-dire de la position particulière de l'articulation 25 de cette bielle 23 sur le levier 24, les pales 11 sont pivotées autour de leurs axes 12,12' de telle manière que le bout de chaque pale 11 se déplace tangentielle-ment à une surface cylindrique concentrique à l'axe 16', coïncidant avec la surface intérieure du stator 13, excepté pour la zone Z (le stator n'est pas représenté à la fig. 2).

Dans le cas d'un compresseur, par exemple, lorsque le rotor 10 tourne dans le sens de la flèche F (fig. 1), un certain volume de fluide est aspiré à travers l'ouverture 26. Ce volume de fluide est ensuite transporté dans l'espace compris entre deux pales 11 successives et refoulé à travers l'ouverture d'échappement 27 terminant ainsi le cycle.

La fig. 3 illustre un autre genre de rotor, représenté également en éclaté.

Le mécanisme de commande des pales rétractables 11 comprend pour chaque pale un levier fixé sur l'extrémité 12' de l'axe de la pale. Le levier comporte une tête 24 destinée à coopérer avec une couronne da guidage 18.

Lors du fonctionnement de la machine, le rotor 10 tourne dans le sens de la flèche F. Ce mouvement de rotation est communiqué aux pales 11 dont les axes 12' entraînent à leur tour les bras 24 qui, sous l'action de la force centrifuge, se plaquent sur une surface de guidage interne 18 de manière que le bout de chaque pale 11 se déplace tangentiellement à une surface cylindrique coaxiale à cette surface 18. Comme pour le cas de la figure 2, cette surface cylindrique coïncide avec la surface intérieure du stator, à l'exception de la zone Z (le stator lui-même n'est pas représenté à la fig. 3).

Quant à la surface de guidage 18, c'est une surface de révolution intérieure, également coaxiale au stator (sauf la zone Z bien sûr). Si la tête 24 présente une surface de coopération cylindrique d'axe parallèle à l'axe de la machine, ladite surface de révolution 18 peut être cylindrique et ce sera le cas le plus fréquent.

Dans la variante de la fig. 2, l'articulation bielle-levier décrit un cercle autour de l'axe excentré sur lequel l'autre extrémité de la bielle est montée pivotante. Il s'agit d'une trajectoire déterminée de manière cinématique.

Dans la variante de la fig. 3, il existe également un point du levier, la tête 24, qui décrit un cercle autour de l'axe excentré, de sorte que la trajectoire est la même, mais déterminée par la combinaison d'un effet cinétique qui est la force centrifuge et d'une limitation cinématique, définie par la surface de révolution 18. L'avantage réside dans le fait que le mécanisme de commande est plus simple.

Un tel mécanisme convient au cas où la pression exercée par le fluide sur les pales crée une force inférieure à la force centrifuge.

Les fig. 4 à 7 illustrent une autre forme de réalisation. La particularité de l'encastrement partiel (Z) du rotor dans le stator apparaît nettement sur la fig. 5. D'autre part, cette forme de réalisation comporte un mécanisme de commande de conception intermédiaire entre ceux des deux exemples précédemment décrits, et combine leurs avantages respectifs en une solution inédite et avantageuse.

La machine comporte un rotor 10 muni de trois organes rétractables 11,11', 11". Pour chaque organe rétractable, le rotor comprend un logement 220,220', 220" respectivement.

Les organes rétractables sont semblables et des éléments homologues des trois organes respectifs portent des références numériques correspondantes n, n' et n" respectivement, de sorte qu'il suffit de décrire un seul des trois organes.

Comme le montre en particulier la fig. 5, l'organe 11 comporte une pale 111 dont un bord 110 coopère avec la surface cylindrique intérieure 50 du stator 13 à l'exception, bien sûr, de la zone Z.

L'organe 11 comporte également un axe de rotation 112 et un élément 120 rattachant la pale 110 à l'axe 112, le logement 220 est prévu dans le rotor pour l'escamotage de l'organe 11.

L'axe 112 comporte deux extrémités 212 et 312 pivotées dans les paliers respectifs 219,319 ménagés dans des flasques d'extrémités respectifs 18,20 que comporte le rotor, ainsi que le montre la fig. 4.

Le stator comporte des flasques d'extrémité 105 et 106. Le flasque de rotor 18 est monté à rotation dans le flasque de stator 106 par l'intermédiaire du palier 17a, et de façon analogue, le flasque de rotor 20 est monté à rotation dans le flasque de stator 105 par l'intermédiaire du palier 17b, réalisant ainsi le montage du rotor dans le stator.

Le rotor 10 possède un arbre 14 permettant de fournir de l'énergie motrice à la machine lorsqu'elle est utilisée comme compresseur par exemple.

Les fig. 6 et 7 illustrent le mécanisme de commande du pivotement des organes rétractables.

Comme le montrent les fig. 4 et 6, l'extrémité 312 de l'axe 112 de l'organe 11 est solidaire d'un levier comprenant un corps 300 fixé sur l'extrémité d'axe 312 ; le corps 300 est prolongé par un bras 301 terminé par une tête 305 destinée à coopérer avec la surface intérieure 332 d'une bague 331. La bague 331 est concentrique au stator et est logée dans une couronne extérieure 130 solidaire du flasque de stator 105.

Cet agencement suffirait à guider le mouvement des organes oscillants s'il existait une force centrifuge suffisante, assurant que les organes rétractables ont toujours tendance à sortir de leur logement, de manière que la tête 305 du levier 301 appuie sur la surface 332 et de même, cela va sans dire, pour les têtes 305', 305".

Comme cela a été dit, en référence avec la fig. 3, ce montage a l'avantage de la simplicité, car il évite la nécessité de lier la tête

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de chaque levier à une bielle qui serait pivotée, en son autre extrémité, sur un axe concentrique au stator.

Mais si la force centrifuge est insuffisante, ce montage n'est pas satisfaisant; en revanche, la solution proposée ici permet un fonctionnement satisfaisant même sans force centrifuge, et cependant sans revenir à la solution relativement compliquée de la combinaison bielle-levier.

La solution réside dans un agencement prévu et représenté ici à l'autre extrémité de la machine, comme le montrent les fig. 4 et 7.

L'axe 112 est prolongé par l'extrémité 212, sur laquelle est monté un levier comprenant un corps 200 prolongé par un bras 201 terminé par un maneton 205 s'étendant perpendiculairement au bras 201 et parallèlement à l'axe de la machine. Ce maneton 205 coopère avec la surface extérieure 232 d'une bague 231. La bague 231 est concentrique au stator et elle est montée dans un couvercle 216 fixé au flasque de stator 106. La bague est montée sur un bossage intérieur 230 du couvercle 216.

On le voit, l'agencement prévu à l'extrémité de la machine située à gauche sur la fig. 4 ressemble à l'agencement du côté droit, à cela près que la surface 232 est la surface extérieure d'une bague alors que la surface 332 est la surface intérieure d'une bague.

En combinaison, ces deux agencements, facilement et indépendamment réglables, assurent donc un guidage cinématique du mouvement d'oscillation des organes 11,11' et 11" qui est complètement déterminé en fonction de la rotation du rotor 5 dans le stator, bien qu'il ne fasse pas intervenir la combinaison bielle-levier.

Lorsque l'organe 11 passe par la zone Z, on remarque, comme l'indique la fig. 5, que le bord 110 de la pale 11 se déplace selon la trajectoire 55 qui est le prolongement du 1() contour circulaire intérieur 50 du stator. Mais le rotor, lui, coopère avec une portion renfoncée 60 usinée pratiquement au même diamètre que le rotor, ce qui assure de façon très efficace l'étanchéité entre la partie amont et la partie aval de la machine.

La fig. 8 représente en éclaté le rotor d'une autre forme de 15 réalisation de l'invention. Cette forme de réalisation est très proche de celle décrite en référence aux fig. 4 à 7, à ceci près que le rotor comporte deux organes rétractables au lieu de 3, et que la forme des pales est différente.

On notera les deux types de leviers, d'une part les leviers 501, à droite sur la figure, munis d'une tête 505 coopérant avec une surface intérieure cylindrique 531 concentrique au stator, et d'autre part les leviers 401, à gauche sur la figure, munis de manetons 405 destinés à coopérer avec une surface (non représentée) extérieure cylindrique, concentrique au stator.

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C

6 feuilles dessins

Claims (5)

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1. Machine rotative comprenant un rotor (10), des organes rétractables (11) montés pivotants sur le rotor, un stator (13) à l'intérieur duquel tourne le rotor avec les organes rétractables (11) coopérant avec la paroi intérieure du stator et un mécanisme de commande de la position angulaire des organes rétractables par rapport à leur axe de pivotement sur le rotor, caractérisée en ce que le rotor est, sur un secteur, encastré dans un renfoncement (Z) de la paroi du stator avec lequel il coopère pour assurer l'étanchéité.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le renfoncement comporte un racleur usiné au diamètre du rotor.

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REVENDICATIONS

3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mécanisme de commande de la position angulaire des organes rétractables comporte pour chaque organe (11) un levier (24) solidaire d'une extrémité de l'axe (12-12') de l'organe et, articulé au levier (24), une bielle (23), elle-même montée pivotante coaxialement au stator.

4. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mécanisme de commande de la position angulaire des organes rétractables comprend une surface de guidage (18) qui est une surface de révolution radialement intérieure et, pour chaque organe rétractable (11), un levier fixé à une extrémité de l'axe de l'organe et muni d'une tête coopérant avec la surface de guidage.

5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le mécanisme de commande de la position angulaire des organes rétractables comprend une seconde surface de guidage (232), qui est une surface de révolution radialement extérieure et, pour chaque organe rétractable, un levier (200,201) fixé à la seconde extrémité de l'axe de l'organe et muni d'un maneton (205) coopérant avec la seconde surface de guidage (232).