EP0808412B1

EP0808412B1 - Positive-displacement machine having vanes

Info

Publication number: EP0808412B1
Application number: EP96903072A
Authority: EP
Inventors: André Leroy; Jean-Marie Flamme
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1998-11-04
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: EP0808412A1; WO1996024754A1; FR2730528A1; DE69600922T2; DE69600922D1; US5888058A; FR2730528B1

Description

L'objet de l'invention est une machine volumétrique à éléments mobiles d'étanchéité comprenant au moins un capsulisme comportant essentiellement une capsule constituée d'une partie tubulaire cylindrique à directrice non-circulaire et de deux flasques d'extrémité, un piston cylindrique dont la directrice est un cercle de centre O et de rayon R_p, muni de rainures guidant les éléments d'étanchéité dans le piston, ce piston étant en liaison rotoïde avec la capsule autour de son axe, ainsi qu'un système de distribution du fluide permettant son admission et son échappement. Dans cette machine, les éléments mobiles d'étanchéité sont le plus souvent des palettes mais peuvent être des rouleaux. La directrice de la partie tubulaire de la capsule, appelée profil de capsule, est constituée, successivement et alternativement, de n arcs de cercle appelés arcs de conformité, d'ouverture angulaire éventuellement nulle, de centre O et de rayon R_p + J, J désignant le jeu radial entre ces arcs et la directrice du piston, ainsi que de n arcs géométriques appelés arceaux, limitant dans la direction centrifuge le mouvement des éléments d'étanchéité dans les rainures. Chaque arceau a, avec les arcs de conformité adjacents, deux points de raccordement M_i et M_f en lesquels les rayons de courbure sont respectivement égaux à R_ci et à R_cf et en lesquels les angles des tangentes, τ_i et τ_f respectivement, diffèrent de π/2 des angles polaires correspondants _i et _f ; chaque arceau contient également un point Me en lequel le rayon polaire est maximal, égal à R_p + J + H, en lequel l'angle de la tangente τ_e diffère de π/2 de l'angle polaire _e correspondant et en lequel le rayon de courbure R_ce est inférieur à R_p.The object of the invention is a volumetric machine with mobile sealing elements comprising at least one capsulism essentially comprising a capsule consisting of a cylindrical tubular part with non-circular director and two end flanges, a cylindrical piston of which the directrix is a circle with center O and radius R _p , provided with grooves guiding the sealing elements in the piston, this piston being in rotoidal connection with the capsule around its axis, as well as a fluid distribution system allowing its admission and its exhaust. In this machine, the mobile sealing elements are most often pallets but can be rollers. The director of the tubular part of the capsule, called the capsule profile, consists, successively and alternately, of n arcs of a circle called arcs of conformity, of possibly zero angular opening, of center O and of radius R _p + J, J designating the radial clearance between these arcs and the directrix of the piston, as well as n geometric arcs called arcs, limiting in the centrifugal direction the movement of the sealing elements in the grooves. Each arch has, with the adjacent conforming arcs, two connection points M _i and M _f in which the radii of curvature are respectively equal to R _ci and R _cf and in which the angles of the tangents, τ _i and τ _f respectively , differ by π / 2 from the corresponding polar angles  _i and  _f ; each hoop also contains a point Me in which the polar radius is maximum, equal to R _p + J + H, in which the angle of the tangent τ _e differs from π / 2 from the corresponding polar angle  _e and in which the radius of curvature R _ce is less than R _p .

On connaít de nombreuses machines volumétriques répondant à cette définition et notamment les machines décrites successivement dans les brevets et demandes de brevets suivants : US 2 791 185, JP 58-174102 et FR 2 547 622.We know many volumetric machines that meet this definition and in particular the machines described successively in patents and patent applications following: US 2 791 185, JP 58-174102 and FR 2 547 622.

Dans chacun de ces brevets, un profil de capsule original est revendiqué, dans le brevet US 2 791 185 pour répondre à une organisation particulière de la machine, dans le brevet JP 58-174102 pour accélérer la sortie des palettes et ralentir leur rentrée. dans le brevet FR 2 547 622 pour fournir un meilleur compromis entre les différentes sujétions qu'imposc la conception de machines à hautes performances.In each of these patents, an original capsule profile is claimed, in the patent US 2,791,185 to respond to a particular organization of the machine, in the patent JP 58-174102 to accelerate the exit of the pallets and slow their return. in the patent FR 2,547,622 to provide a better compromise between the different subjugations than imposed the design of high performance machines.

On peut constater au travers de ces trois brevets une tendance à l'amélioration progressive de l'élément géométrique de la machine le plus critique pour les performances, et une tendance pratiquement inévitable à une augmentation sensible du nombre de paramètres nécessaires pour préciser un profil de capsule, ce qui entraíne une difficulté pour exprimer à travers ces paramètres les contraintes d'optimalisation, et surtout, pour hiérarchiser celles-ci.We can see through these three patents a trend of progressive improvement of the most critical geometric element of the machine for performance, and a practically inevitable tendency to a significant increase in the number of parameters necessary to specify a capsule profile, which causes difficulty in expressing through these parameters the optimization constraints, and above all, to prioritize them.

Dans les machines conformes à l'invention, on s'écarte de cette tendance en proposant une nouvelle géométrie du profil de capsule qui répond directement aux deux exigences majeures auxquelles sont soumises actuellement les machines à hautes performances, à savoir la compacité et la tranquillité de marche, tout en n'ayant recours qu'à un nombre minimal de paramètres pour préciser cette géométrie. In machines according to the invention, we depart from this tendency by proposing a new geometry of the capsule profile which directly meets the two requirements major to which high performance machines are currently subjected, know the compactness and tranquility of walking, while using only a number minimal parameters to specify this geometry.

L'invention suppose imposées a priori les données géométriques suivantes : R_p, n, H/R_p, J, _i , _e, _f, auxquelles on peut au plus ajouter les rayons de courbure Rci, Rce et Rcf.

R_p est l'échelle de la machine et est imposé en relation avec la valeur souhaitée de la cylindrée pour une largeur unitaire du capsulisme ;
n est généralement égal à 1, 2 ou 3 ;
le rapport H/R_p est imposé aussi grand que possible pour réduire l'encombrement de la machine ; ce rapport est toutefois limité par la possibilité de matérialiser les rainures dans le piston, ce qui est d'autant plus difficile que la valeur de n est faible, et par la nécessité d'obtenir un profil qui ait en chacun de ses points un rayon de courbure suffisant, notamment pour assurer un contact entre l'élément d'étanchéité et la capsule avec une pression de Hertz aussi faible que possible, et qui ait une courbure suffisante pour éviter la rentrée des éléments d'étanchéité dans le piston sous l'action conjuguée de la pression du fluide et des réactions d'inertie ;
le jeu J est imposé par des considérations technologiques et économiques ;
_i et (2π/n - _f) sont imposés pour assurer une bonne étanchéité entre le piston et la capsule, compte tenu notamment, du niveau de la différence de pressions entre l'admission et l'échappement, du rapport H/R_p souhaité, du jeu J imposé et de la largeur des palettes ou du diamètre des rouleaux selon le cas ;
_e peut être égal à (_i + _f )/2 ou s'écarter de cette valeur, notamment pour rendre dissymétriques les réactions d'inertie sur l'arc M_iM_e et sur l'arc M_eM_f, permettant ainsi. dans une certaine mesure, la régularisation du couple moteur ; dans cette perspective, on rapprochera le plus souvent le point M_e du point M_i (2_e ≤ _i + _f ) lorsque le fluide est en moyenne à plus basse pression sur l'arc M_iM_e que sur l'arc M_eM_f et on rapprochera le plus souvent le point M_e du point M_f (2_e ≥ _i + _f) dans le cas inverse ; on peut observer que la dissymétrie des arcs M_iM_e et M_eM_f doit être d'autant plus faible que les valeurs de n et de H/R_p sont élevées ;
lorsque les rayons de courbure Rci, Rce et Rcf sont imposés a priori, leurs valeurs doivent être aussi grandes que possible pour minimiser, à H/R_p fixé. l'encombrement de la machine, la valeur de Rce étant toutefois limitée à une valeur inférieure à R_p, celles de Rci et de Rcf étant limitées par le risque de rentrée des éléments d'étanchéité dans le piston, dans les conditions où les pressions d'admission et d'échappement sont identiques ou voisines.

The invention presupposes that the following geometric data are imposed a priori: R _p , n, H / R _p , J,  _i ,, _e ,  _f , to which we can add at most the radii of curvature Rci, Rce and Rcf.

R _p is the scale of the machine and is imposed in relation to the desired value of the displacement for a unit width of the capsulism;
n is generally 1, 2 or 3;
the H / R _p ratio is imposed as large as possible to reduce the size of the machine; this ratio is however limited by the possibility of materializing the grooves in the piston, which is all the more difficult as the value of n is low, and by the need to obtain a profile which has a radius at each of its points of sufficient curvature, in particular to ensure contact between the sealing element and the capsule with a Hertz pressure as low as possible, and which has a sufficient curvature to prevent the re-entry of the sealing elements in the piston under the combined action of fluid pressure and inertia reactions;
game J is imposed by technological and economic considerations;
 _i and (2π / n -  _f ) are imposed to ensure a good seal between the piston and the capsule, taking into account in particular, the level of the pressure difference between the intake and the exhaust, the H / R ratio _p desired, the clearance J imposed and the width of the pallets or the diameter of the rollers as the case may be;
 _e can be equal to ( _i +  _f ) / 2 or deviate from this value, in particular to make the inertia reactions on the arc M _i M _e and on the arc M _e M _f dissymmetrical, allowing. to a certain extent, the regulation of the engine torque; in this perspective, the point M _{e will} most often be brought closer to the point M _i (2 _e ≤  _i +  _f ) when the fluid is on average at lower pressure on the arc M _i M _e than on the arc M _e M _f and we will most often bring point M _e closer to point M _f (2 _e ≥  _i +  _f ) in the opposite case; it can be observed that the asymmetry of the arcs M _i M _e and M _e M _f must be lower the higher the values of n and H / R _p ;
when the radii of curvature Rci, Rce and Rcf are imposed a priori, their values must be as large as possible to minimize, at H / R _p fixed. the size of the machine, the value of Rce being however limited to a value less than R _p , those of Rci and Rcf being limited by the risk of re-entry of the sealing elements in the piston, under the conditions where the pressures intake and exhaust are identical or similar.

Les machines conformes à l'invention ont un profil de capsule dont un arceau a pour équation intrinsèque, c'est-à-dire expnmée indépendamment de tout repère :

équation (I) dans laquelle :

δ = 1 lorsque τ ≤ τ_e et δ = 0 lorsque τ > τ_e,
2 ≤ a ≤ 4 , 2 ≤ b ≤ 4 , -1 ≤ a - b ≤ 1 , a + b ≥ 5 ,
ds représente l'accroissement infiniment petit de l'abscisse curviligne s en un point courant M de l'arceau, calculée à partir d'une origine quelconque,
τ désigne l'angle de la tangente à l'arceau en M ,
dτ représente l'accroissement infiniment petit de l'angle τ en M ,
α₁ , ... , α_a désignent un ensemble de a paramètres de forme de l'arceau, β₁ , ..., β_b un ensemble de b paramètres de forme de l'arceau, ces paramètres de forme étant suffisamment grands pour que la développée de l'arceau au voisinage du point M_e présente, à la précision ε près inférieure ou égale à 1 µm , un point anguleux D_e , ce qui se traduit par les deux conditions suivantes :

dans lesquelles (τ_e - τ_m) représente l'angle que fait l'une des tangentes à la développée de l'arceau au point anguleux D_e, avec la direction radiale précisée par _e, et (τ_d - τ_e) représente l'angle de l'autre tangente au point anguleux D_e , avec cette même direction radiale, - les A_α désignent un ensemble de a paramètres géométriques, les B_β un ensemble de b paramètres géométriques, les a + b paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα_a, Bβ₁ , ... , Bβ_b et éventuellement le rayon de courbure R_ce étant solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ci-après, complété éventuellement par l'équation (VIII) si le rayon de courbure R_ci est imposé et par l'équation (IX) si le rayon de courbure R_cf est imposé :

The machines in accordance with the invention have a capsule profile of which an arch has an intrinsic equation, that is to say expnmed independently of any reference:

equation (I) in which:

δ = 1 when τ ≤ τ _e and δ = 0 when τ> τ _e ,
2 ≤ a ≤ 4, 2 ≤ b ≤ 4, -1 ≤ a - b ≤ 1, a + b ≥ 5,
ds represents the infinitely small increase in the curvilinear abscissa s at a current point M of the arch, calculated from any origin,
τ denotes the angle of the tangent to the arch in M,
dτ represents the infinitely small increase in the angle τ in M,
α ₁ , ..., α _a denote a set of a shape parameters of the arch, β ₁ , ..., β _b a set of b shape parameters of the arch, these shape parameters being sufficiently large so that the developed of the arch in the vicinity of the point M _e has, at the accuracy ε near less than or equal to 1 μm, an angular point D _e , which results in the following two conditions:

in which (τ _e - τ _m ) represents the angle made by one of the tangents to the developed of the arch at the angular point D _e , with the radial direction specified by  _e , and (τ _d - τ _e ) represents the angle of the other tangent to the angular point D _e , with this same radial direction, - the A _α designate a set of a geometric parameters, the B _β a set of b geometric parameters, the a + b geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b and possibly the radius of curvature R _ce being solutions of the system consisting of the six equations (II) to (VII) below, possibly supplemented by the equation (VIII) if the radius of curvature R _ci is imposed and by equation (IX) if the radius of curvature R _cf is imposed:

Lorsque toutes les données géométriques (R_p , n , H/R_p , J , _i , _e , _f , Rci , Rce et Rcf) sont imposées a priori, ce qui suppose qu'elles l'ont été raisonnablement, c'est-à-dire en respectant les considérations qui ont été précisées plus haut, a doit être égal à quatre, b doit également être égal à quatre et le concepteur doit choisir dans l'équation (I) les huit paramètres de forme α₁ , ... , α₄ , β₁ , ..., β₄. En opérant ce choix, le concepteur se situe dans le cadre d'un compromis entre la nécessité d'avoir une variation aussi régulière que possible de la courbure sur les arcs M_iM_e et M_eM_f respectivement et la recherche d'un rayon de courbure aussi grand que possible, à variation aussi faible que possible, au voisinage du point M_e, sur l'ouverture angulaire la plus grande possible.When all the geometric data (R _p , n, H / R _p , J,  _i ,  _e ,  _f , Rci, Rce and Rcf) are imposed a priori, which supposes that they were reasonably done, that is to say respecting the considerations which have been specified above, a must be equal to four, b must also be equal to four and the designer must choose in equation (I) the eight parameters of form α ₁ , ..., α ₄ , β ₁ , ..., β ₄ . By making this choice, the designer is in the context of a compromise between the need to have as regular a variation as possible in the curvature on the arcs M _i M _e and M _e M _f respectively and the search for a radius of curvature as large as possible, with as little variation as possible, in the vicinity of point M _e , over the greatest possible angular opening.

Si l'un ou plusieurs des rayons de courbure Rci, Rce ou Rcf ne doivent pas être imposées a priori, on peut appliquer l'invention selon l'une des sept variantes suivantes qui présentent toutes l'intérêt d'une réduction du nombre de paramètres à choisir. Il est remarquable de constater que dans ces variantes. la valeur calculée de tout rayon de courbure non imposé en l'un des points M_i, M_e ou M_f est automatiquement celle qui donne la courbure moyenne la plus faible possible sur les arcs M_iM_e ou M_eM_f selon le cas, compte tenu des autres contraintes imposées a priori.

Selon une première variante, Rce et Rci sont imposés a priori, a = 4 , b = 3 , les sept paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα₄ , Bβ₁ , ... , Bβ₃ sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VIII) ; Rcf est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on remplacé τ par τ_f.
Selon une seconde variante, Rce et Rcf sont imposés a priori, a = 3 , b = 4 : les sept paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα₃ , Bβ₁, ..., Bβ₄ sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VII) et (IX) ; Rci est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τ_i.
Selon une troisième variante, seul Rce est imposé a priori, a = 3 , b = 3 ; les six paramètres géométriques Aα₁ , ..., Aα₃ , Bβ₁, ..., Bβ₃ sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) : Rci et Rcf sont calculés ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τ_i et par τ_f respectivement.
Selon une quatrième variante, Rci et Rcf sont imposés a priori, a ≥ 3 , b ≥ 3 , a + b = 7 ; le rayon de courbure Rce et les sept paramètres géométriques Aα₁ , ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b sont solutions du système constitué des huit équations (II) à (IX) . Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 3 et b = 4 d'une part ou à a = 4 et b = 3 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τ_e ≤ τ_i + τ_f et la seconde quand 2τ_e ≥ τ_i + τ_f. On peut observer que lorsque 2τ_e = τ_i + τ_f et lorsque α₁ = β₁ , α₂ = β₂, α₃ = β₃, le paramètre géométrique Bβ₄ ou Aα₄ selon le cas devient identiquement nul, quelle que soit la valeur choisie pour le paramètre de forme β₄ ou α₄.
Selon une cinquième variante, seul Rci est imposé a priori, a ≥ 3 , b ≥ 2 , a + b = 6 ; le rayon de courbure Rce et les six paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα_a , Bβ₁, ..., Bβ_b sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VIII) ; Rcf est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τ_f. Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 3 et b = 3 d'une part ou à a = 4 et b = 2 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τ_e ≤ τ_i + τ_f et la seconde quand 2τ_e ≥ τ_i + τ_f.
Selon une sixième variante, seul Rcf est imposé a priori, a ≥ 2 , b ≥ 3 , a + b = 6 ; le rayon de courbure Rce et les six paramètres géométriques Aα₁ , ..., Aα_a , Bβ₁, ..., Bβ_b sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VII) et (IX) ; Rci est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τ_i. Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 2 et b = 4 d'une part ou à a = 3 et b = 3 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τ_e ≤ τ_i + τ_f et la seconde quand 2τ_e ≥ τ_i + τ_f.
Selon une septième variante, a ≥ 2 , b ≥ 2 , a + b = 5 ; le rayon de courbure Rce et les cinq paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα_a , Bβ₁, ... , Bβ_b sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ; Rci et Rcf sont calculés ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τ_i et par τ_f respectivement.

If one or more of the radii of curvature Rci, Rce or Rcf need not be imposed a priori, the invention can be applied according to one of the following seven variants which all have the advantage of reducing the number of parameters to choose. It is remarkable to note that in these variants. the calculated value of any radius of curvature not imposed at one of the points M _i , M _e or M _f is automatically the one which gives the lowest possible average curvature on the arcs M _i M _e or M _e M _f according to the case, taking into account the other constraints imposed a priori.

According to a first variant, Rce and Rci are imposed a priori, a = 4, b = 3, the seven geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα ₄ , Bβ ₁ , ..., Bβ ₃ are solutions of the system consisting of seven equations (II) to (VIII); Rcf is then calculated from equation (I) where we replace τ by τ _f .
According to a second variant, Rce and Rcf are imposed a priori, a = 3, b = 4: the seven geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα ₃ , Bβ ₁ , ..., Bβ ₄ are solutions of the system made up of seven equations (II) to (VII) and (IX); Rci is then calculated from equation (I) where we have replaced τ by τ _i .
According to a third variant, only Rce is imposed a priori, a = 3, b = 3; the six geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα ₃ , Bβ ₁ , ..., Bβ ₃ are solutions of the system consisting of the six equations (II) to (VII): Rci and Rcf are then calculated from equation (I) where we replaced τ by τ _i and by τ _f respectively.
According to a fourth variant, Rci and Rcf are imposed a priori, a ≥ 3, b ≥ 3, a + b = 7; the radius of curvature Rce and the seven geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b are solutions of the system made up of the eight equations (II) to (IX). According to this variant of the invention, two specific cases emerge corresponding respectively to a = 3 and b = 4 on the one hand or to a = 4 and b = 3 on the other hand. The first possibility is preferably used when 2τ _e ≤ τ _i + τ _f and the second when 2τ _e ≥ τ _i + τ _f . We can observe that when 2τ _e = τ _i + τ _f and when α ₁ = β ₁ , α ₂ = β ₂ , α ₃ = β ₃ , the geometric parameter Bβ ₄ or Aα ₄ according to the case becomes identically zero, whatever either the value chosen for the form parameter β ₄ or α ₄ .
According to a fifth variant, only Rci is imposed a priori, a ≥ 3, b ≥ 2, a + b = 6; the radius of curvature Rce and the six geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b are solutions of the system made up of the seven equations (II) to (VIII); Rcf is then calculated from equation (I) where we have replaced τ by τ _f . According to this variant of the invention, two specific cases emerge corresponding respectively to a = 3 and b = 3 on the one hand or to a = 4 and b = 2 on the other hand. The first possibility is preferably used when 2τ _e ≤ τ _i + τ _f and the second when 2τ _e ≥ τ _i + τ _f .
According to a sixth variant, only Rcf is imposed a priori, a ≥ 2, b ≥ 3, a + b = 6; the radius of curvature Rce and the six geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b are solutions of the system made up of the seven equations (II) to (VII) and (IX); Rci is then calculated from equation (I) where we have replaced τ by τ _i . According to this variant of the invention, two specific cases emerge corresponding respectively to a = 2 and b = 4 on the one hand or to a = 3 and b = 3 on the other hand. The first possibility is preferably used when 2τ _e ≤ τ _i + τ _f and the second when 2τ _e ≥ τ _i + τ _f .
According to a seventh variant, a ≥ 2, b ≥ 2, a + b = 5; the radius of curvature Rce and the five geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b are solutions of the system made up of the six equations (II) to (VII); Rci and Rcf are then calculated from equation (I) where τ has been replaced by τ _i and by τ _f respectively.

Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 2 et b = 3 d'une part ou à a = 3 et b = 2 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τ_e ≤ τ_i + τ_f et la seconde quand 2τ_e ≥ τ_i + τ_f. On peut observer que lorsque 2τ_e = τ_i + τ_f et lorsque α₁ = β₁ , α₂ = β₂, le paramètre géométrique Bβ₃ ou Aα₃ selon le cas devient identiquement nul, quelle que soit la valeur choisie pour le paramètre de forme β₃ ou α₃.According to this variant of the invention, two specific cases emerge corresponding respectively to a = 2 and b = 3 on the one hand or to a = 3 and b = 2 on the other hand. The first possibility is preferably used when 2τ _e ≤ τ _i + τ _f and the second when 2τ _e ≥ τ _i + τ _f . We can observe that when 2τ _e = τ _i + τ _f and when α ₁ = β ₁ , α ₂ = β ₂ , the geometric parameter Bβ ₃ or Aα ₃ according to the case becomes identically zero, whatever the value chosen for the shape parameter β ₃ or α ₃ .

Le tableau ci-après précise, pour les différentes combinaisons possibles des valeurs des paramètres a et b, si les rayons de courbure R_ci , R_ce et R_cf doivent être imposés a priori. s'ils sont calculés à partir de l'équation (I) ou s'ils sont solutions, avec les paramètres géométriques Aα₁ , ... , Aα_a, Bβ₁ , ... , Bβ_b, du système d'équations (II) à (VII) éventuellement complété par les équations (VIII) et (IX). La dernière colonne de ce tableau indique les numéros des équations de ce système. a b R_ci R_ce R_cf n° des équations 4 4 choisi choisi choisi (II) à (IX) 4 3 choisi choisi calculé (II) à (VIII) 3 4 calculé choisi choisi (II) à (VII), (IX) 3 3 calculé choisi calculé (II) à (VII) 4 3 choisi solution choisi (II) à (IX) 3 4 choisi solution choisi (II) à (IX) 3 3 choisi solution calculé (II) à (VIII) 4 2 choisi solution calculé (II) à (VIII) 3 3 calculé solution choisi (II) à (VII), (IX) 2 4 calculé solution choisi (II) à (VII), (IX) 3 2 calculé solution calculé (II) à (VII) 2 3 calculé solution calculé (II) à (VII) The table below specifies, for the different possible combinations of the values of the parameters a and b, whether the radii of curvature R _ci , R _ce and R _cf must be imposed a priori. if they are calculated from equation (I) or if they are solutions, with the geometric parameters Aα ₁ , ..., Aα _a , Bβ ₁ , ..., Bβ _b , of the system of equations (II) to (VII) possibly supplemented by equations (VIII) and (IX). The last column of this table indicates the numbers of the equations of this system. at b R _ci R _this R _cf n ° of equations 4 4 selected selected selected (II) to (IX) 4 3 selected selected calculated (II) to (VIII) 3 4 calculated selected selected (II) to (VII), (IX) 3 3 calculated selected calculated (II) to (VII) 4 3 selected solution selected (II) to (IX) 3 4 selected solution selected (II) to (IX) 3 3 selected solution calculated (II) to (VIII) 4 2 selected solution calculated (II) to (VIII) 3 3 calculated solution selected (II) to (VII), (IX) 2 4 calculated solution selected (II) to (VII), (IX) 3 2 calculated solution calculated (II) to (VII) 2 3 calculated solution calculated (II) to (VII)

Les avantages des machines volumétriques conformes à l'invention et tout particulièrement de celles où le nombre de paramètres de forme est limité à cinq sont les suivants :

pour H et _e choisis raisonnablement, une variation de courbure le long de chaque arceau plus réduite que dans toute solution connue, ce qui entraíne une régularisation des effets d'inertie sur les éléments mobiles d'étanchéité et ainsi une réduction substantielle de leur plus grande valeur,
un accès possible à des valeurs du rapport H/R_p jusqu'à présent inaccessibles, ce qui confère aux machines à palettes conformes à l'invention une compacité supérieure à celle des machines connues,
en conséquence des deux avantages précédents, un accès à des machines à palettes embarquées dont les performances dépassent celles des machines connues.

The advantages of the volumetric machines according to the invention and more particularly of those where the number of shape parameters is limited to five are the following:

for H and  _e chosen reasonably, a variation in curvature along each arch more reduced than in any known solution, which leads to a regularization of the effects of inertia on the mobile sealing elements and thus a substantial reduction of their more great value,
possible access to values of the H / R _p ratio hitherto inaccessible, which gives the pallet machines according to the invention a compactness greater than that of known machines,
as a consequence of the two preceding advantages, access to on-board pallet machines whose performance exceeds that of known machines.

En particulier, pour les machines à palettes caractérisées par une valeur de n égale à 2, qui correspondent aux cas pratiques les plus intéressants, et pour une définition du profil de capsule qui exploite cinq paramètres de forme, le plus grand rapport H/R_p pratiquement envisageable : (H/R_p)_limite, peut être évalué comme suit en fonction de l'angle Δ défini comme la plus grande des deux ouvertures angulaires (_e - _i) et (_f - _e) : (H/Rp)limite ≅ 0,16 . (Δ)2 In particular, for vane machines characterized by a value of n equal to 2, which correspond to the most interesting practical cases, and for a definition of the capsule profile which exploits five shape parameters, the greatest H / R _p ratio practically possible: (H / R _p ) _limit , can be evaluated as follows according to the angle Δ defined as the larger of the two angular openings ( _e -  _i ) and ( _f -  _e ): (H / R p ) limit ≅ 0.16. (Δ) 2

La figure 1 illustre à titre d'exemple un compresseur volumétrique à palettes conforme à l'invention.FIG. 1 illustrates by way of example a rotary vane compressor in accordance with the invention.

Les figures 2, 3 et 4 représentent complètement ou partiellement le tracé du profil de capsule correspondant au compresseur illustré à la figure 1.Figures 2, 3 and 4 completely or partially show the outline of the capsule corresponding to the compressor illustrated in figure 1.

La figure 1 montre une section droite dans le compresseur retenu à titre d'exemple. On distingue sur cette figure la partie tubulaire (1) de la capsule fixe, le piston (2), la directrice circulaire (20) de sa surface extérieure et les cinq rainures telles que (3) guidant chacune une palette telle que (4), le point de percée O de l'axe commun à la capsule, au piston et à leur liaison rotoïde. les deux lumières d'admission telles que (5), les deux lumières d'échappement telles que (6) et leurs clapets tels que (7). La partie tubulaire de la capsule (1) est limitée intérieurement par une surface cylindrique dont la directrice non-circulaire (10) est le profil de capsule. Le sens de rotation du piston autour de son axe est indiqué par la flèche.Figure 1 shows a cross section in the compressor used as an example. We distinguishes in this figure the tubular part (1) of the fixed capsule, the piston (2), the director circular (20) of its outer surface and the five grooves such as (3) each guiding a pallet such as (4), the point of piercing O of the axis common to the capsule, the piston and their rotoid connection. the two intake lights such as (5), the two lights exhaust such as (6) and their valves such as (7). The tubular part of the capsule (1) is internally limited by a cylindrical surface whose non-circular director (10) is the capsule profile. The direction of rotation of the piston around its axis is indicated by the arrow.

On reconnaít sur la figure 2 le profil de capsule (10) constitué de n = 2 arceaux identiques et de n = 2 arcs de conformité, appartenant au même cercle de centre O et de rayon (R_p + J), ainsi que la directrice circulaire (20) de la surface extérieure du piston dont le centre est aussi le point O et dont le rayon est égal à R_p We recognize in Figure 2 the capsule profile (10) consisting of n = 2 identical arches and n = 2 conforming arcs, belonging to the same circle with center O and radius (R _p + J), as well as the director circular (20) of the external surface of the piston whose center is also the point O and whose radius is equal to R _p

Un premier arceau du profil de capsule est limité par les points M_i et M_f; le rayon polaire croít de manière monotone sur cet arceau depuis le point M_i jusqu'au point M_e et décroít de manière monotone depuis le point M_e jusqu'au point M_f. La distance entre le point O et le point M_e est égale à (R_p + J + H) . Par rapport à l'axe OX, les points M_i, M_e et M_f sont repérés sur l'arceau par les angles respectifs _i, _e et _f. On distingue également sur cette figure les trois angles τ_i, τ_e et τ_f des tangentes à l'arceau aux points respectifs M_i, M_e et M_f, repérés par rapport à la direction de l'axe OX .A first arch of the capsule profile is limited by the points M _i and M _f ; the polar radius increases monotonously on this arch from point M _i to point M _e and decreases monotonically from point M _e to point M _f . The distance between point O and point M _e is equal to (R _p + J + H). With respect to the axis OX, the points M _i , M _e and M _f are identified on the arch by the respective angles  _i ,  _e and  _f . We also distinguish in this figure the three angles τ _i , τ _e and τ _f of the tangents to the arch at the respective points M _i , M _e and M _f , identified with respect to the direction of the axis OX.

Un premier arc de conformité a pour origine le point M_f et pour extrémité le point M'_i.A first conformance arc originates from point M _f and ends from point M ' _i .

Le second arceau s'étend du point M'_i au point M'_f et contient le point M'_e symétrique du point M_e par rapport au point O.The second arch extends from point M ' _i to point M' _f and contains the point M ' _e symmetrical with the point M _e with respect to the point O.

Le deuxième arc de conformité a pour origine le point M'_f et pour extrémité le point M_i.The second conformance arc originates from point M ' _f and ends from point M _i .

Le profil de capsule est à définir pour les données géométriques suivantes :

R_p + J = 30 mm

H = 9,25 mm

_i = 4°

_e = 85°

_f = 176°

The capsule profile is to be defined for the following geometric data:

R _p + J = 30 mm

H = 9.25 mm

 _i = 4 °

 _e = 85 °

 _f = 176 °

Ce profil doit par conséquent être défini par cinq paramètres de forme et. puisque 2_e ≤ _i + _f, on impose que a soit égal à 2 et que b soit égal à 3 . On a choisi après expérimentation numérique les valeurs suivantes des paramètres de forme :
α₁ = 10 α₂ = 15
β₁ = 10 β₂ = 15 β₃ = 6This profile must therefore be defined by five shape parameters and. since 2 _e ≤  _i +  _f , we impose that a is equal to 2 and that b is equal to 3. The following values of the shape parameters have been chosen after numerical experimentation:
α ₁ = 10 α ₂ = 15
β ₁ = 10 β ₂ = 15 β ₃ = 6

La résolution du système des six équations (II) à (VII) donne les résultats suivants :
R_ce = 25,989594 mm
A₁ = 6,007911 mm A₂ = - 0,709261 mm
B₁ = - 2,882993 mm B₂ = 0,113064 mm B₃ = 12,397607 mm .Solving the system of six equations (II) to (VII) gives the following results:
R _ce = 25.989594 mm
A ₁ = 6.007911 mm A ₂ = - 0.709261 mm
B ₁ = - 2.882993 mm B ₂ = 0.1113064 mm B ₃ = 12.397607 mm.

On en déduit à un degré près : τe - τm = 24° et τd - τe = 12° We deduce to a degree: τ e - τ m = 24 ° and τ d - τ e = 12 °

Le rayon de courbure R_ci au point M_i est égal à 89.847 mm. Le rayon de courbure R_cf au point M_f est égal à 47,234 mm .The radius of curvature R _ci at point M _i is equal to 89.847 mm. The radius of curvature R _cf at point M _f is equal to 47.234 mm.

Entre les angles polaires égaux à 47° et 118°, le rayon de courbure est compris entre 30 mm et 25,990 mm .Between the polar angles equal to 47 ° and 118 °, the radius of curvature is between 30 mm and 25.990 mm.

Sur la figure 3 sont représentés un arceau, les deux arcs de conformité du profil de capsule montré à la figure 2 et la développée de cet arceau sur laquelle on distingue le point anguleux D_e ainsi que les points D_i et D_f, centres de courbure respectifs de l'arceau aux points M_e, M_i et M_f.In Figure 3 are shown an arch, the two conforming arcs of the capsule profile shown in Figure 2 and the developed of this arch on which there is the angular point D _{e as} well as the points D _i and D _f , centers of respective curvature of the arch at points M _e , M _i and M _f .

La figure 4 représente à échelle agrandie une partie de la développée montrée à la figure 3 ainsi que ses deux tangentes au point anguleux D_e qui déterminent un angle de 36° , égal à l'angle τ_d - τ_m .FIG. 4 represents on an enlarged scale part of the developed shown in FIG. 3 as well as its two tangents at the angular point D _e which determine an angle of 36 °, equal to the angle τ _d - τ _m .

En ce qui concerne les efforts d'inertie au centre de gravité d'une palette du compresseur représenté à la figure 1, le rapport de ces efforts à ceux que la palette subirait si le profil de capsule était en chacun de ses points remplacé par le cercle de même rayon polaire, est égal à 1,18.Regarding the inertia forces at the center of gravity of a compressor pallet shown in Figure 1, the ratio of these forces to those that the pallet would undergo if the profile of capsule was at each of its points replaced by the circle of the same polar radius, is equal to 1.18.

Enfin la cylindrée du compresseur dont une section droite est représentée à la figure 1, calculée à partir de la chambre de volume maximal accessible, pour des palettes d'épaisseur égale à 4 mm et une largeur de capsule de 54 mm, est de 172 cm³.Finally, the displacement of the compressor, a cross section of which is represented in FIG. 1, calculated from the chamber of maximum accessible volume, for pallets of thickness equal to 4 mm and a capsule width of 54 mm, is 172 cm. ³ .

Claims

Displacement machine with moving sealing elements (4), comprising at least one encapsulation essentially including a capsule consisting of a cylindrical tubular part (1) with non-circular directrix (10) and two end flanges, a cylindrical piston (2) whose directrix (20) is a circle of centre O and of radius R_p, provided with grooves (3) which guide the sealing elements (4) in the piston (2), this piaton being in rotary connection with the capsule about its axis (0), as well as a system for distributing the fluid, allowing its inlet and its outlet, the directrix of the tubular part of the capsule (10), called the capsule profile, being constituted successively and alternately by n circle arcs called conformity arcs, with optionally zero angular aperture, of centre O and of radius R_p + J, J denoting the radial play between these arcs and the directrix of the piston, as well as n geometrical arcs, called arches, which limit the movement of the sealing elements in the grooves in the centrifugal direction, each arch having, with the adjacent conformity arcs, two connection points M_i and M_f at which the radii of curvature are respectively equal to R_ci and to R_cf, at which the angles τ_i and τ_f, respectively, of the tangents differ by π/2 from the corresponding polar angles _i and _f, each arch also containing a point M_e at which the polar radius is a maximum, equal to Rp + J + H, at which the angle τ_e of the tangent differs by π/2 from the corresponding polar angle _e and at which the radius of curvature R_ce is less than R_p, characterized in that an arch has as intrinsic equation:
equation (I) in which:

δ = 1 when τ ≤ τ_e and δ = 0 when τ > τ_e,

2 ≤ a ≤ 4, 2 ≤ b ≤ 4, -1 ≤ a - b ≤ 1, a + b ≥ 5,

ds represents the infinitely small increase in the curvilinear abscissa s at a running point M on the arch, calculated from an arbitrary origin,

τ denotes the angle of the tangent to the arch at M,

dτ represents the infinitely small increase in the angle τ at M,

α₁, ..., α_a denote a set of a shape parameters of the arch, β₁, ..., β_b denote a set of b shape parameters of the arch, these shape parameters being sufficiently large for the evolute of the arch in the vicinity of the point M_e to have, to within a precision of less than or equal to 1 µm, an angular point D_e,

the A_α denote a set of a geometrical parameters, the B_β denote a set of b geometrical parameters, the a + b geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b and, optionally, the radius of curvature R_ce being solutions of the system consisting of the following six equations (II) to (VII), optionally supplemented by the equation (VIII) if the radius of curvature R_ci is set and by equation (IX) if the radius of curvature R_cf is set:
Machine according to Claim 1, characterized in that the radii of curvature R_ce, R_ci and R_cf are a priori set, a = 4, b = 4, the eight geometrical parameters Aα₁, ..., Aα₄, Bβ₁, ..., Bβ₄ are solutions of the system consisting of the eight equations (II) to (IX).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radii of curvature R_ce and R_ci are a priori set, a = 4, b = 3, the seven geometrical parameters Aα₁, ..., Aα₄, Bβ₁, ..., Bβ₃ are solutions of the system consisting of the seven equations (II) to (VIII).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radii of curvature R_ce and R_cf are a priori set, a = 3, b = 4, the seven geometrical parameters Aα₁ ..., Aα₃, Bβ₁, ..., Bβ₄ are solutions of the system consisting of the seven equations (II) to (VII) and (IX).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radius of curvature R_ce is a priori set, a = 3, b = 3, the six geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβb are solutions of the system consisting of the six equations (II) to (VII).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radii of curvature R_ci to R_cf are a priori set, a ≥ 3, b ≥ 3, a + b = 7, the radius of curvature R_ce and the seven geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b are solutions of the system consisting of the eight equations (II) to (IX).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radius of curvature R_ci is a priori set, a ≥ 3, b ≥ 2, a + b = 6, the radius of curvature R_ce and the six geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b are solutions of the system consisting of the seven equations (II) to (VIII).
Machine according to Claim 1, characterized in that the radius of curvature R_cf is a priori set, a ≥ 2, b ≥ 3, a + b = 6, the radius of curvature R_ce and the six geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b are solutions of the system consisting of the seven equations (II) to (VII) and (IX).
Machine according to Claim 1, characterized in that a ≥ 2, b ≥ 2, a + b = 5, the radius of curvature R_ce and the five geometrical parameters Aα₁, ..., Aα_a, Bβ₁, ..., Bβ_b are solutions of the system consisting of the six equations (II) to (VII).
Machine with vanes according to Claim 9, for which n = 2, characterized in that the ratio H/R_p is close to the limit ratio (H/R_p)_limit specified by the expression: (H/Rp)limit ≅ 0.16 · (Δ)2 in which Δ represents the greater of the two angular apertures (_e-_i and (_f-_e).