CH649349A5

CH649349A5 - Machine a fluide volumetrique du type a volutes.

Info

Publication number: CH649349A5
Application number: CH5958/82A
Authority: CH
Inventors: John Engstrom Mccullough
Original assignee: Little Inc A
Priority date: 1981-10-19
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1985-05-15
Also published as: FR2514835A1; GB2109465A; GB2109465B; CA1195550A; US4424010A; DE3238668C2; AU548749B2; JPS5879601A; FR2514835B1; SE8205885L; JPH0325601B2; AU8868382A; IT8268210A0; IT1155989B; SE8205885D0; SE457275B; DE3238668A1

Description

L'invention vise à éliminer ces inconvénients dans une machine à fluide volumétrique du type à volutes comprenant une volute fixe qui présente au moins une spire en développante et une volute à mouvement orbital ayant au moins une spire en développante coopérant avec la spire fixe en développante et agencée de manière à être entraînée sur un mouvement orbital, ayant un certain rayon d'orbite par rapport à la spire fixe pour permettre uh transfert d'énergie entre un fluide retenu entre les spires fixe et orbitale et la volute orbitale.

A cet effet, la machine selon l'invention est caractérisée en ce que la volute orbitale est guidée sur son mouvement orbital par rapport à la volute fixe par des paliers à contact de roulement comprenant des paires opposées de surfaces cylindriques, creuses et fixes, de même diamètre intérieur, disposées concentriquement sur des côtés axialement opposés de la volute orbitale, les axes des deux surfaces fixes de chaque paire s'étendant parallèlement à l'axe de l'orbite de la volute orbitale et étant situés sur la circonférence d'un cercle centré sur l'axe du mouvement orbital de la volute orbitale, des surfaces cylindriques, creuses et orbitales ayant des diamètres égaux à ceux des surfaces fixes, s'étendant axialement à travers la volute orbitale et reliées à cette dernière, les axes des surfaces orbitales étant orientés parallèlement aux axes des surfaces fixes et étant situés sur la circonférence d'un cercle de même diamètre que le premier cercle cité, les axes de toutes les surfaces orbitales étant adjacents à l'axe des surfaces fixes et décalés dans le même sens de ces axes de surfaces fixes d'une même distance qui est égale au rayon de l'orbite, un rouleau cylindrique étant disposé dans et s'étendant entre les surfaces fixes et passant dans une surface orbitale correspondante, le rouleau d'appui ayant un diamètre qui correspond à la différence entre le diamètre des surfaces fixes et le rayon de l'orbite.

L'agencement des paliers est d'une structure rigide et d'une géométrie précise; il offre de grandes surfaces d'appui pour réagir aux charges centrifuges d'appui et sa structure est simple. Un tel agencement de paliers se prête aisément à un montage hermétique à l'intérieur d'un boîtier présentant des orifices convenables d'entrée et de sortie d'un fluide et permettant l'utilisation de divers mécanismes d'entraînement pour la volute orbitale.

L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel:

la fig. 1 est une coupe axiale d'une pompe volumétrique du type à volutes, entraînée magnétiquement, et la fig. 2 est une coupe partielle suivant la ligne II-II de la fig. 1.

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Le dessin représente globalement en 10 un élément à volute à mouvement orbital dont les faces opposées axialement portent des spires 16 et 18 en forme de spirales symétriques. La volute orbitale 10 est accouplée, en ajustement mutuel précis, ainsi qu'il est bien connu dans ce domaine, à des spires 12 et 14 d'une volute fixe. Le 5 brevet USA N° 4192152 précité, par exemple, décrit en détail de telles spires ajustées mutuellement.

La volute orbitale 10 est guidée sur son trajet orbital par rapport à des éléments fixes 20 et 22 par un agencement de paliers comprenant un accouplement d'Oldham à rouleaux qui comprend des <o paires opposées de surfaces cylindriques et creuses 24 et 26 situées dans les éléments fixes 20 et 22 de corps, les surfaces opposées 24 et 26 de chaque paire ayant toutes des diamètres intérieurs égaux et étant centrées sur des côtés axialement opposés de la volute orbitale 10. Le terme axialement signifie une orientation à peu près parallèle 15 à l'axe de l'orbite de la volute orbitale. Il apparaît que les axes des paires opposées de surfaces fixes 24 et 26 s'étendent parallèlement à l'axe d'orbite de la volute orbitale 10 et qu'ils sont situés sur la circonférence d'un cercle centré sur les axes des volutes fixes. Plusieurs de ces paires opposées de surfaces cylindriques et creuses 24 et 26 20 sont espacées sur la circonférence du cercle centré et sont, de plus, situées à proximité d'une zone périphérique de la volute orbitale 10 dans la forme préférée de réalisation.

En outre, la volute orbitale 10 présente des surfaces cylindriques et creuses 30 qui traversent et qui ont des diamètres égaux à ceux des 25 surfaces fixes 24 et 26. Les axes des surfaces orbitales 30 s'étendent parallèlement aux axes des paires fixes de surfaces 24 et 26 et sont de la même manière situés sur la circonférence d'un cercle dont le diamètre est égal à celui du cercle mentionné ci-dessus. Les surfaces orbitales 30 sont situées à proximité immédiate d'une paire opposée de 30 surfaces fixes 24 et 26 et sont décalées, par rapport aux surfaces fixes, d'une distance inférieure au rayon des surfaces cylindriques, comme montré sur la fig. 2 (le décalage étant en fait égal au rayon de l'orbite de la volute orbitale 10).

Un rouleau cylindrique 32 est disposé à l'intérieur des deux sur- 35 faces fixes et opposées 24 et 26 entre lesquelles il s'étend, et il passe dans une surface orbitale adjacente et correspondante 30. Chaque rouleau 32 présente un diamètre correspondant à celui nécessaire pour maintenir le décalage, tandis que les surfaces orbitales sont déplacées autour de leur axe de mouvement orbital par rapport aux 40 surfaces fixes, de manière que la volute orbitale 10 soit positionnée et guidée avec précision sur son mouvement orbital par rapport aux éléments 20 et 22 du corps et aux spires fixes 12 et 14. En fait, le diamètre de chaque rouleau 32 est égal au diamètre des surfaces fixes 24 et 26, diminué du rayon de l'orbite de la volute orbitale 10.

La volute orbitale 10 de cette forme de réalisation est entraînée par un accouplement magnétique comprenant un arbre d'entraînement 34 auquel de l'énergie est fournie par un mécanisme convenable d'entraînement 36, un bâti 38 qui porte un aimant 40 et un contrepoids 42. L'aimant réagit avec un anneau en matière ferromagnétique 44 fixé à la volute orbitale 10 ou réalisé d'une seule pièce avec cette dernière. Une rotation du bâti 38 provoque un mouvement orbital de la volute orbitale 10 sous l'effet du couplage magnétique réalisé entre l'aimant 40 et l'anneau 44. Il est évident que la relation existant entre les éléments menant et mené pourrait être inversée si la volute orbitale était entraînée par un fluide sous pression.

Dans cette forme de réalisation, la machine est une pompe et elle présente une entrée 46 de fluide et une sortie 48 de fluide. Des orifices convenables de transfert sont ménagés à travers la volute orbitale 10 pour permettre une communication entre les spires symétriques 16 et 18.

Les éléments 20 et 22 du corps peuvent être scellés hermétiquement l'un à l'autre, comme représenté, par assemblage des parois du corps entre elles, par exemple comme montré en 50. Il est évident que les rouleaux 32 peuvent présenter des surfaces de butée 52 qui coopèrent avec des surfaces extrêmes 54 des paires de surfaces cylindriques d'appui 24 et 26 afin de constituer un palier totalement maintenu à l'état assemblé.

Des boulons de fixation, qui ne sont pas représentés sur le dessin, peuvent être utilisés pour maintenir les parois 20 et 22 du corps à distance l'une de l'autre et parallèlement entre elles. Ces boulons peuvent passer dans de grandes ouvertures ménagées dans la zone périphérique de la volute orbitale 10 et dans des entretoises axiales convenables disposées dans l'ouverture traversant la volute orbitale. L'utilisation de tels boulons de fixation dépend des applications particulières de la machine à volutes.

Il est évident que la pompe décrite offre une grande surface d'appui pour les charges radiales centrifuges de réaction entre la volute orbitale et le corps fixe et est de conception simple permettant de renfermer de façon tout à fait hermétique la structure du palier. Ce dernier n'intervient que par un mouvement purement de roulement et peut travailler avec divers lubrifiants.

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1 feuille dessins

Claims

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1. Machine à fluide volumétrique du type à volutes, comprenant une volute fixe qui présente au moins une spire (12,14) en développante et une volute (10) à mouvement orbital ayant au moins une spire (16,18) en développante coopérant avec la spire fixe en développante et agencée de manière à être entraînée sur un mouvement orbital, ayant un certain rayon d'orbite par rapport à la spire fixe pour permettre un transfert d'énergie entre un fluide retenu entre les spires fixe et orbitale et la volute orbitale, caractérisée en ce que la volute orbitale est guidée sur son mouvement orbital par rapport à la volute fixe par des paliers à contact de roulement comprenant des paires opposées de surfaces cylindriques, creuses et fixes (24, 26), de même diamètre intérieur, disposées concentriquement sur des côtés axialement opposés de la volute orbitale, les axes des deux surfaces fixes de chaque paire s'étendant parallèlement à l'axe de l'orbite de la volute orbitale et étant situés sur la circonférence d'un cercle centré sur l'axe du mouvement orbital de la volute orbitale, des surfaces cylindriques, creuses et orbitales (30) ayant des diamètres égaux à ceux des surfaces fixes, s'étendant axialement à travers la volute orbitale et reliées à cette dernière, les axes des surfaces orbitales étant orientés parallèlement aux axes des surfaces fixes et étant situés sur la circonférence d'un cercle de même diamètre que le premier cercle cité, les axes de toutes les surfaces orbitales étant adjacents à l'axe des surfaces fixes et décalés dans le même sens de ces axes de surfaces fixes d'une même distance qui est égale au rayon de l'orbite, un rouleau cylindrique (32) étant disposé dans et s'étendant entre les surfaces fixes et passant dans une surface orbitale correspondante, le rouleau d'appui ayant un diamètre qui correspond à la différence entre le diamètre des surfaces fixes et le rayon de l'orbite.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les spires en développante et les paliers sont logés dans un corps commun (20, 22).

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REVENDICATIONS

3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par des moyens d'entraînement (40, 44) de la volute orbitale, ces moyens d'entraînement n'étant pas reliés mécaniquement à la volute orbitale.

4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces fixes comprennent une surface extrême (54) et en ce que les rouleaux présentent des butées axiales extrêmes (52) qui coopèrent avec les surfaces extrêmes pour limiter le mouvement axial des rouleaux.

5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la volute orbitale comporte des spires symétriques (16,18) sur la partie centrale de ses faces opposées axialement, en ce que la volute fixe comporte deux spires (12,14) en développante qui s'ajustent avec les spires symétriques (16, 18) et en ce que les rouleaux (32) sont disposés à proximité des zones périphériques de la volute orbitale, à l'extérieur de la partie centrale.

6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rouleaux (32) constituent le seul moyen pour porter et réagir aux charges radiales centrifuges de la volute orbitale.

7. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la volute orbitale comporte un élément magnétique (44) et est entraînée par des moyens comprenant un aimant (40) qui peut tourner autour d'un centre de rotation, concentriquement à la volute fixe, l'aimant pouvant se déplacer sur un trajet circulaire qui passe à proximité immédiate du trajet suivi par l'élément magnétique de la volute orbitale.

Des moteurs et des pompes à fluide volumétriques du type à volutes sont largement décrits dans l'art antérieur, par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3011694, 3600114, 3802809, 3874827, 3884599, 3924977, 3986799, 3989422, 3994633,

3994635, 3994636, 4065279,4129405,4160629, 4192152 et 4259043. Une telle machine est en général bien connue et les machines de ce type présentent des surfaces spiroïdales ou en développante s'ajus-tant mutuellement, appelées spires, de même pas et agencée de manière qu'une spire exécutant un mouvement orbital soit déplacée autour d'un axe d'orbite par rapport a une spire fixe afin qu'un transfert d'énergie puisse se produire entre un fluide renfermé à l'intérieur des espaces à volume variable délimités entre les spires mobiles entre elles et la volute à mouvement orbital. Suivant que la machine est une pompe ou un moteur, le transfert d'énergie s'effectue de la spire à mouvement orbital vers le fluide, ou bien du fluide vers la spire à mouvement orbital, respectivement.

Dans de telles machines, il est bien connu qu'il faut minimiser le frottement et l'usure, et diverses dispositions ont été prévues dans l'art antérieur pour guider la volute à mouvement orbital par rapport à la volute fixe afin d'absorber les charges radiales des paliers de façon que les efforts de contact entre les spires soient pratiquement éliminés ou au moins minimisés. Cependant, des inconvénients typiques des paliers de l'art antérieur comprennent la nécessité d'une lubrification, d'une résistance relativement grande, d'un alignement précis et d'une bonne intégrité structurelle. Des problèmes d'étanchéité apparaissent également entre les éléments mobile et fixe des machines rotatives à fluide volumétriques du type à volutes de l'art antérieur, et des paliers convenables, permettant à ces machines de fonctionner dans un état fermé de façon tout à fait hermétique, font défaut.