EP0115228A1 - Volumetric machine with conical screws - Google Patents

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EP0115228A1 EP83402429A EP83402429A EP0115228A1 EP 0115228 A1 EP0115228 A1 EP 0115228A1 EP 83402429 A EP83402429 A EP 83402429A EP 83402429 A EP83402429 A EP 83402429A EP 0115228 A1 EP0115228 A1 EP 0115228A1
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Bendix France SA
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
    • F01C1/084—Toothed wheels

Abstract

Les rotors (M,F) ont chacun un profil extérieur conique et un diamètre primitif constant, les rotors étant montés en opposition dans le carter (1), avec leurs axes (2,3) parallèles et leurs diamètres promitifs tangents (4). Les veines du rotor femelle (F) ont une profondeur radiale, par rapport au diamètre primitif, qui varie dans des proportions inverses à celles du diamètre extérieur (Df) et, plus spécifiquement, ont une section droite circulaire dont le rayon ctoît progressivement dans le sens de diminution du diamètre extérieur, le centre de ces rayons restant sur le cylindre primitif. Les rotors sont avantageusement réalisés par moulage d'un matériau plastique ou fonderie d'alliage léger.The rotors (M, F) each have a conical external profile and a constant pitch diameter, the rotors being mounted in opposition in the casing (1), with their axes (2,3) parallel and their tangential promising diameters (4). The veins of the female rotor (F) have a radial depth, compared to the original diameter, which varies in opposite proportions to those of the outer diameter (Df) and, more specifically, have a circular cross section whose radius is gradually in the direction of decrease of the outside diameter, the center of these rays remaining on the primitive cylinder. The rotors are advantageously made by molding a plastic material or light alloy foundry.

Description

La présente invention concerne les machines volumétriques ou compresseurs à vis.The present invention relates to volumetric machines or screw compressors.

Les compresseurs à vis comprennent traditionnellement au moins une paire coopérante de rotors à filets hélicoïdaux en engrènement mutuel paralleles d'axes/disposés dans des chambres inter-communicantes d'un carter. Dans la pratique, les rotors ont une configuration générale cylindrique droite, les profondeurs radiales des veines du rotor femelle et les extensions radiales des lobes du rotor mâle étant constantes tout au long de la développée du filet. Il est bien connu que ce type de machines volumétriques soulève des problèmes ardus de tolérance des cotes des filets et de règlage mutuel des rotors pour obtenir un jeu déterminé, généralement très faible, entre les filets.Screw compressors traditionally comprise at least one cooperating pair of helical thread rotors with mutually intermeshing axes / axes arranged in inter-communicating chambers of a casing. In practice, the rotors have a generally straight cylindrical configuration, the radial depths of the veins of the female rotor and the radial extensions of the lobes of the male rotor being constant throughout the development of the thread. It is well known that this type of volumetric machine raises difficult problems of tolerance of the dimensions of the threads and mutual adjustment of the rotors to obtain a determined clearance, generally very small, between the threads.

La présente invention a pour objet de proposer un agencement de machine volumétrique à vis permettant d'ajuster aisément les jeux entre les filets en exploitant la possibilité d'un positionnement relatif des deux rotors et une faculté d'auto-centrage des équipages de rotors. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, la machine volumétrique à vis, du type comprenant au moins deux rotors à filets hélicoïdaux en engrènement mutuel et d'axes parallèles, disposés dans des chambres intercommunicantes d'un carter comportant une entrée et une sortie, les rotors ayant chacun un profil extérieur conique, est caractérisée en ce que chaque rotor a un diamètre primitif constant et en ce que les rotors sont montés en opposition dans le carter avec leurs diamètres primitifs tangents.The object of the present invention is to propose an arrangement of a volumetric screw machine making it possible to easily adjust the clearances between the threads by exploiting the possibility of a relative positioning of the two rotors and a faculty of self-centering of the rotor crews. To do this, according to a characteristic of the invention, the volumetric screw machine, of the type comprising at least two rotors with helical threads in mutual engagement and with parallel axes, arranged in intercommunicating chambers of a casing comprising an inlet and an outlet, the rotors each having a conical external profile, is characterized in that each rotor has a constant pitch diameter and in that the rotors are mounted in opposition in the casing with their pitch tangential diameters.

On a déjà proposé des rotors de-machines volumétriques à vis de forme conique. La demande de brevet français n° 2 253 930 décrit ainsi un compresseur dont chaque rotor a un profil extérieur, au repos, c'est-à-dire dans un état non- dilaté, dont le diamètre diminue progressivement depuis le côté admission du compresseur vers le côté d'échappement pour tenir compte, précisément, de problèmes de dilatation différentielle en fonctionnement. La demande de brevet français 2 436 876 décrit par ailleurs une machine volumétrique conçue de manière que la section transversale des rainures hélicoïdales varie de façon continue entre l'admission et le refoulement, les rotors ayant à cet "effet un profil de noyau variant progressivement, dans le même sens pour les deux rotors, ainsi qu'éventuellement un profil externe variant en sens inverse, mais également dans le même sens pour les deux rotors, entre les extrémités d'admission et de refoulement.Rotors of volumetric machine screws with conical shape have already been proposed. French patent application No. 2 253 930 thus describes a compressor, each rotor of which has an external profile, at rest, that is to say in an unexpanded state, the diameter of which gradually decreases from the inlet side of the compressor. to the exhaust side to specifically account for differential expansion problems in operation. French patent application 2,436,876 furthermore describes a volumetric machine designed so that the cross section of the helical grooves varies continuously between inlet and outlet, the rotors having for this purpose a gradually varying core profile, in the same direction for the two rotors, as well as possibly an external profile varying in opposite direction, but also in the same direction for the two rotors, between the inlet and outlet ends.

Par opposition à des techniques antérieures, l'agencement selon l'invention met en oeuvre deux rotors coniques, de même conicité, montés en opposition, c'est-à-dire avec la partie de grand diamètre d'un des rotors correspondant à la partie de petit diamètre de l'autre rotor, et réciproquement, chaque rotor ayant un diamètre primitif constant et les deux rotors étant mis en place dans le carter de façon que les diamètres primitifs soient tangents.In contrast to prior techniques, the arrangement according to the invention uses two conical rotors, of the same conicity, mounted in opposition, that is to say with the large diameter portion of one of the corresponding rotors. laying on the small diameter part of the other rotor, and vice versa, each rotor having a constant pitch diameter and the two rotors being placed in the casing so that the pitch diameters are tangent.

Avec cet agencement, il est possible d'effectuer un règlage du positionnement axial relatif des deux rotors pour obtenir le jeu désiré entre les filets pour la détermination de cotes axiales précises des deux rotors garantissant une reproductibilité des caractéristiques géométriques dans une production en grande série, en exploitant la pente résultante de la différence des cotes entre les extrémités de chaque rotor, les sens de ces pentes étant complémentaires lorsque les deux rotors sont assemblés en place. De plus, les équipages de rotors sont auto-centrés par la conicité des diamètres extérieurs,ce qui permet d'effectuer avec précision le centrage de ces équipages dans le carter.With this arrangement, it is possible to adjust the relative axial positioning of the two rotors to obtain the desired clearance between the threads for the determination of precise axial dimensions of the two rotors ensuring reproducibility of the geometric characteristics in mass production, by exploiting the slope resulting from the difference in dimensions between the ends of each rotor, the directions of these slopes being complementary when the two rotors are assembled in place. In addition, the rotor assemblies are self-centered by the taper of the outside diameters, which allows centering of these assemblies in the casing with precision.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor femelle a un profil de veine dont la profondeur radiale par rapport au diamètre primitif varie dans des proportions inverses à celles du diamètre extérieur De façon plus spécifique, les veines du rotor femelle ont ainsi une extension radiale constante, c'est-à-dire que le diamètre du noyau de chaque rotor présente la même conicité, et dans le même sens, que le diamètre extérieur de filets de ce rotor.According to another characteristic of the invention, the female rotor has a vein profile whose radial depth relative to the pitch diameter varies in opposite proportions to those of the outer diameter More specifically, the veins of the female rotor thus have an extension constant radial, that is to say that the diameter of the core of each rotor has the same conicity, and in the same direction, as the outside diameter of threads of this rotor.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :

  • - La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une machine volumétrique à vis selon l'invention ;
  • - la figure 2 est une vue de côté du rotor femelle ;
  • - les figures 3 et 4 sont les deux vues en bout du rotor femelle ;
  • - la figure 5 est une vue de côté du rotor mâle ; et
  • - les figures 6 et 7 sont les deux vues en bout du rotor mâle de la figure 5.
Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of an embodiment, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings, in which:
  • - Figure 1 is a schematic view in longitudinal section of a volumetric screw machine according to the invention;
  • - Figure 2 is a side view of the female rotor;
  • - Figures 3 and 4 are the two end views of the female rotor;
  • - Figure 5 is a side view of the male rotor; and
  • - Figures 6 and 7 are the two end views of the male rotor of Figure 5.

On reconnait sur la figure 1 l'assemblage imbriqué en opposition selon l'invention, d'un rotor mâle M et d'un rotor femelle F présentant chacun une confirguration légèrement coniquemontés dans un carter 1. Dans l'exemple représenté, le rotor mâle M présente à son extrémité du côté de l'admission A du carter, un diamètre extérieur DmA et à son extrémité opposée, du côté échappement ou sortie S du carter, un diamètre extérieur DmS inférieur au diamètre DmA. Pour sa part, le rotor femelle F présente à son extrémité côté admission, un diamètre DfA inférieur au diamètre Df5 à son extrémité côté échappement. Les deux rotors F et M sont assemblés en engrènement mutuel dans le carter 1 de façon c leurs axes 2 et 3, respectivement, soient parallèles. Chaque rotor a un diamètre primitif constant, les diamètres primitifs des deux rotors étant différents, les rotors étant assemblés dans le carter de façon que leurs diamètres primitifs soient tangents, comme figuré par la ligne en pointillés 4 parallèle aux axes 2 et 3 des rotors. Dans le mode de réalisation représenté, le diamètre extérieur DmA du rotor mâle M est égal au diamètre DfS du rotor femelle F, les diamètres opposés Drs et DfA étant également égaux, les deux rotors ayant donc une conicité identique, de demi-angle d'ouverture compris entre 1 et 5 degrés, typiquement de 2,2 à 2,5 degrés. Conformément à un aspect de l'invention, le rotor femelle F a un profil de veines 5 dont la profondeur radiale par rapport au diamètre primitif varie d'une extrémité à l'autre du rotor dans des proportions inverses à celles du diamètre extérieur Dm. De façon plus spécifique, le rotor femelle F comporte six veines 5 de forme hélicoïdale ayant chacune une section droite à profil circulaire dont le rayon croît progressivement dans le sens de diminution du diamètre extérieur, le centre des rayons restant sur le cylindre primitif. Il en résulte que les diamètres d du noyau et l'épaisseur des flûtes 6 décroissent dans le même sens que le diamètre extérieur Df, comme on le voit sur les figures 1, 3 et 4. Il apparaît ainsi notamment que les diamètres df du noyau, c'est-à-dire du fond 7 des veines 5, varient dans le même sens, et avec la même conicité, que les diamètres extérieurs Df.We recognize in Figure 1 the nested assembly in opposition according to the invention, a male rotor M and a female rotor F each having a slightly conical configuration in a casing 1. In the example shown, the male rotor M has at its end on the inlet side A of the casing, an outside diameter D mA and at its opposite end, on the exhaust or outlet side S of the casing, an outside diameter D mS smaller than the diameter D mA . For its part, the female rotor F has at its end on the intake side, a diameter D fA less than the diameter D f5 at its end on the exhaust side. The two rotors F and M are assembled in mutual engagement in the casing 1 so that their axes 2 and 3, respectively, are parallel. Each rotor has a constant pitch diameter, the pitch diameters of the two rotors being different, the rotors being assembled in the casing so that their original diameters are tangent, as shown by the dotted line 4 parallel to the axes 2 and 3 of the rotors. In the embodiment shown, the outside diameter D mA of the male rotor M is equal to the diameter D fS of the female rotor F, the opposite diameters D rs and D fA being also equal, the two rotors therefore having an identical taper, half -opening angle between 1 and 5 degrees, typically 2.2 to 2.5 degrees. According to one aspect of the invention, the female rotor F has a profile of veins 5 whose radial depth relative to the pitch diameter varies from one end to the other of the rotor in proportions opposite to those of the outside diameter D m . More specifically, the female rotor F comprises six veins 5 of helical shape, each having a cross section with a circular profile, the radius of which gradually increases in the direction of decrease of the outside diameter, the center of the spokes remaining on the pitch cylinder. It follows that the diameters d of the core and the thickness of the flutes 6 decrease in the same direction as the outside diameter D f , as can be seen in FIGS. 1, 3 and 4. It thus appears in particular that the diameters d f of the nucleus, that is to say of the bottom 7 of the veins 5, vary in the same direction, and with the same conicity, as the outside diameters D f .

De façon similaire, le rotor mâle M comporte quatre lobes 8 de forme hélicoidale de pas inverse à celui du rotor femelle, chaque lobe 8 ayant une section droite à profil circulaire dont le rayon est sensiblement identique, pour chaque section droite transversale commune aux deux rotors, à celui des -veines 5 du rotor femelle, le centre de chaque rayon r des lobes étant situé sur le cylindre primitif ØM du rotor mâle M. De plus, comme on le voit sur les' figures 4 et 7, pour chaque section droite du rotor femelle F on a égalité des six cotes C entre les extrémités opposées des cercles osculateurs aux sections d'épaisseur minimale des flûtes 6, ainsi qu'égalité entre les quatre cotes C' entre les extrémités des mêmes cercles osculateurs inscrits entre deux lobes adjacents 8 du rotor mâle M. Pour chaque rotor, toutes les cotes transversales progressent régulièrement de l'extrémité de petit diamètre vers l'extrémité de grand diamètre.Similarly, the male rotor M comprises four lobes 8 of helical shape with a pitch opposite to that of the female rotor, each lobe 8 having a cross section with a circular profile whose radius is substantially identical, for each cross section common to the two rotors , to that of the veins 5 of the female rotor, the center of each radius r of the lobes being located on the primitive cylinder Ø M of the male rotor M. In addition, as seen in 'Figures 4 and 7, for each section right of the female rotor F we have equal six dimensions C between the opposite ends of the osculating circles with the minimum thickness sections of the flutes 6, as well as equality between the four dimensions C 'between the ends of the same osculating circles inscribed between two lobes adjacent 8 of the male rotor M. For each rotor, all the transverse dimensions progress regularly from the end of small diameter to the end of large diameter.

La machine volumétrique à vis selon l'invention est plus particulièrement conçue pour la fourniture de faibles surpressions, inférieures à 1 bar, notamment pour l'utilisation dans le domaine de la suralimentation volumétrique de moteurs thermiques. Les rotors sont réalisés avantageusement en matériau plastique, par exemple, en résine phénolique, en polyamide avec charge de verre ou en sulfure de polyphénylène avec charges de verres et de carbone, tel que commercialisé sous la marque Ryton par la société Philips Petroleum, ou encore en alliage léger, par exemple d'aluminium, tels que AU4G traité T4 ou AU2GN traité T3 ou T4. Les rotors sont de préférence obtenus par fonderie à partir d'un modèle métallique par type de rotor ou éventuellement, notamment pour les alliages légers, par appareils reproducteurs. De ce fait, les rotors sont avantageusement creux et supportés dans le carter par des éléments d'arbre intégrés partiellement aux rotors, comme décrit dans la demande de brevet français n° 82/12803 au nom de la demanderesse, dont le contenu est supposé intégré ici pour référence. Comme on le voit sur la figure 1, les chambres du carter 1 sont conformés de façon que les parois internes de ces chambres épousent le profil extérieur des rotors associés M et F.The volumetric screw machine according to the invention is more particularly designed for the supply of low overpressures, less than 1 bar, in particular for use in the field of volumetric supercharging of heat engines. The rotors are advantageously made of plastic material, for example, phenolic resin, polyamide with glass filler or polyphenylene sulfide with glass and carbon fillers, as marketed under the Ryton brand by the company Philips Petroleum, or in light alloy, for example aluminum, such as AU4G treated T4 or AU2GN treated T3 or T4. The rotors are preferably obtained by foundry from a metallic model by type of rotor or possibly, in particular for light alloys, by reproductive devices. As a result, the rotors are advantageously hollow and supported in the casing by shaft elements partially integrated into the rotors, as described in French patent application No. 82/12803 in the name of the applicant, the content of which is assumed to be integrated here for reference. As can be seen in FIG. 1, the chambers of the casing 1 are shaped so that the internal walls of these chambers follow the external profile of the associated rotors M and F.

Pour la production en grande série d'une telle machine volumétrique à vis, on prévoit le prototype de lancement des rotors de façon que ces rotors présentent, à chaque extrémité axiale, une relativement forte surépais- seur d'usinage. On apparie alors les deux rotors avec l'entre-axe prévu pour assurer la tangence des cylindres primitifs et l'on recherche, par déplacement axial relatif des deux rotors imbriqués, le calage axial permettant d'assurer le jeu désiré, par exemple de 1 ' ordre de 1/10ème de mn,entre les filets. Dans cette configuration de calage axial ainsi déterminé, on effectue par tronçonnage l'enlèvement de matière nécessaire à l'une ou l'autre extrémité de chaque rotor pour amener les faces extrêmes de ceux-ci dans un plan commun, respectivement, la distance L entre ces deux plans d'extrémité étant utilisée pour le dimensionnement final des chambres intérieures du carter 1, après quoi, sur la base des dimensions ainsi déterminées, la production en série garantira le maintien du jeu désiré recherché. Les rotors étant auto-centres par la conicité des diamètres extérieurs, il est possible de finir ainsi aisément l'axe surmoulé d'un rotor et le centrage du second axe avec grande précision de cotes et de positionnements.For the mass production of such a volumetric screw machine, the rotor launching prototype is provided so that these rotors have, at each axial end, a relatively large machining allowance. We then match the two rotors with the center distance provided to ensure the tangency of the primitive cylinders and we seek, by relative axial displacement of the two nested rotors, the axial setting to ensure the desired clearance, for example 1 '' order of 1 / 10th of a minute, between the fillets. In this configuration of axial setting thus determined, the necessary material is removed by cutting off at one or the other end of each rotor to bring the end faces thereof into a common plane, respectively, the distance L between these two end planes being used for the final dimensioning of the interior chambers of the casing 1, after which, on the basis of the dimensions thus determined, mass production will guarantee the maintenance of the desired desired clearance. The rotors being self-centered by the conicity of the outer diameters, it is thus possible to easily finish the overmolded axis of a rotor and the centering of the second axis with high precision of dimensions and positioning.

Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.Although the present invention has been described in relation to a particular embodiment, it is not limited thereto but is on the contrary subject to modifications and variants which will appear to those skilled in the art.

Claims (8)

1. Machine volumétrique à vis, comprenant au moins deux rotors (M, F) à filets hélicoïdaux en engrènement mutuel et d'axes (2, 3) parallèles, disposés dans des chambres intercommunicantes d'un carter (1) comportant une entrée et une sortie, les rotors ayant chacun un profil extérieur conique, caractérisée en ce que chaque rotor (M, F) a un diamètre primitif constant et en ce que ces rotors sont montés en opposition dans le carter (1) avec leurs diamètres primitifs tangents (4).1. Volumetric screw machine, comprising at least two rotors (M, F) with helical threads in mutual meshing and parallel axes (2, 3), arranged in intercommunicating chambers of a casing (1) comprising an inlet and one outlet, the rotors each having a conical external profile, characterized in that each rotor (M, F) has a constant pitch diameter and in that these rotors are mounted in opposition in the casing (1) with their pitch tangential diameters ( 4). 2. Machine volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor femelle (F) a un profil de veine (5) dont la profondeur radiale, par rapport au diamètre primitif, varie dans des proportions inverses à celles du diamètre extérieur (Df).2. Volumetric machine according to claim 1, characterized in that the female rotor (F) has a vein profile (5) whose radial depth, relative to the pitch diameter, varies in opposite proportions to those of the outside diameter (D f ). 3. Machine volumétrique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les veines (5) du rotor femelle (F) ont une extension radiale constante.3. Volumetric machine according to claim 2, characterized in that the veins (5) of the female rotor (F) have a constant radial extension. 4. Machine volumétrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les lobes (8) du rotor mâle (M) ont'un profil circulaire dont le centre, pour chaque section transversale, est situé sur le diamètre primitif (ØM).4. Volumetric machine according to claim 3, characterized in that the lobes (8) of the male rotor (M) have a circular profile whose center, for each cross section, is located on the pitch diameter (Ø M ). 5 Machine volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce les chambres du carter (1) présentent chacune un profil intérieur parallèle à celui du rotor correspondant.5 volumetric machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the chambers of the housing (1) each have an internal profile parallel to that of the corresponding rotor. 6. Machine volumétrique selon l'une des revendications 1à 5, caractérisée en ce que les rotors (M , F) sont réalisés par moulage.6. Volumetric machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotors (M, F) are made by molding. 7. Machine volumétrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les rotors (M, F) sont réalisés en matériau plastique.7. Volumetric machine according to claim 6, characterized in that the rotors (M, F) are made of plastic material. 8. Machine volumétrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les rotors (M, F) sont réalisés en fonderie d'alliage léger.8. Volumetric machine according to claim 6, characterized in that the rotors (M, F) are made of light alloy foundry.
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