EP1448873B1

EP1448873B1 - Machine volumetrique rotative

Info

Publication number: EP1448873B1
Application number: EP02791906A
Authority: EP
Inventors: René Snyders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: AU2002358210A1; CA2464335A1; CN1596332A; CN100458103C; EP1448873A1; FR2833048B1; DE60229161D1; CA2464335C; ATE409799T1; US20050019197A1; FR2833048A1; WO2003046338A1; US7488166B2

Description

La présente invention décrit une machine volumétrique rotative qui ne possède pas de segmentation, dont les composants participant à la création de la variation des volumes, soit avec ou sans variation de pression, ne sont soumis à aucun frottement, le volume de travail pouvant être exempt de toute forme de lubrification, l'étanchéité étant obtenue par perte de charge contrôlée, alors qu'un couple moteur peut être directement généré.

Il existe, du moins sur le papier, des machines volumétriques rotatives du genre comportant un stator dans lequel une chambre de forme appropriée est aménagée, un rotor solidaire d'un arbre étant logé dans la dite chambre alors que des éléments mobiles genre palettes assurent les variations de volumes, ces machines peuvent grosso modo être réparties en familles réparties ainsi :

une famille de machines dans lesquelles les palettes se déplacent radialement dans le rotor, elle est représentée, entre autres textes, par les textes de brevets FR-A-2806751 , FR-A-2792364 , WO-A-0109485 , WO-A-0057027 , WO-A-0052306 , WO-A-0023692 , EP-A-1043504 , EP-A-1001172 , EP-A-1118773 , FR-A-2807792 , EP-A-1043503 , EP-A-1035327 , EP-A-1008753 , WO-A-9911907 , WO-A-0055478 , GB-A-744247 , EP-A-1055823 , WO-A-0075517 et DE-A-19815093 ; de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes,
que les éléments mobiles sont soumis à la force centrifuge générée par la rotation du rotor et sont appliquées avec plus ou moins de force contre la paroi intérieure du stator, ce qui engendre des frottements et des pressions de contact plus ou moins importantes,
que les dits frottements doivent être lubrifiés, ce qui ne permet pas à ce genre de machines de fonctionner à sec, ni à hautes températures;
une famille de machines dans lesquelles les palettes sont articulées dans le rotor, elle est représentée, entre autres textes, par les textes de brevets WO-A-9961752 , WO-A-9857039 , WO-A-0111196 , WO-A-0120132 et US-A-4451215 ;
de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes,
que les éléments mobiles sont soumis à la force centrifuge générée par la rotation du rotor, même si des dispositifs mécaniques faisant soit corps avec le rotor, soit corps avec le stator limitent la pression de frottement, les jeux dus aux tolérances d'usinage ou à l'usure engendrent tôt ou tard des frottements et des pressions de contact plus ou moins importantes,
que les dits frottements doivent être lubrifiés, ce qui ne permet pas à ce genre de machines de fonctionner à sec, ni à hautes températures;
une famille de machines dans lesquelles les palettes sont articulées dans le rotor et dans le stator, elle est représentée, entre autres textes, par les textes de brevets US-A-1253460 , US-A-1886206 et WO-A-0075517 ;
de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes,
que les articulations sont logées dans le volume de travail, qu'elles doivent être lubrifiées et que de ce fait ces machines ne peuvent pas fonctionner à sec, ni à hautes températures;
une famille de machines dans lesquelles les palettes sont articulées dans le stator, elle est représentée, entre autres textes, par les textes de brevets US-A-4772185 et EP-A-0120993 ;
de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes,
que les articulations sont logées dans le volume de travail, qu'elles doivent être lubrifiées et que de ce fait ces machines ne peuvent pas fonctionner à sec, ni à hautes températures;
que les palettes sont maintenues appliquées contre le rotor à l'aide de ressorts, ce qui ne permet pas d'employer ces machines à hautes températures;
une famille de machines dans lesquelles les palettes sont articulées dans le rotor, alors que des éléments genre butées font corps avec le stator, elle est représentée, entre autres textes, par le texte de brevet WO-A-0146561 ; de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes ;
que les éléments mobiles sont soumis à la force centrifuge générée par la rotation du rotor et sont appliquées avec plus ou moins de force contre la paroi intérieure du stator, ce qui engendre des frottements et des pressions de contact plus ou moins importantes ;
que les articulations sont logées dans le volume de travail et que par le fait que ces dites articulations doivent être lubrifiées, ces machines ne peuvent pas fonctionner à sec, ni à hautes températures;
que les palettes, selon la vitesse de rotation, entrent en contact plus ou moins violent avec les dites butées, ce qui peut provoquer non seulement des nuisances sonores, mais surtout la dégradation rapide des parties devant assurer l'étanchéité;
une famille de machines dans lesquelles des éléments genre palettes font corps avec le rotor alors que des éléments genre butées sont articulés dans le stator, elle est représentée, entre autres textes, par le texte de brevet WO-A-0073627 ;
de manière générale, les machines de cette famille ont en commun :

qu'elles comptent plus d'une palette par rotor, ce qui limite le rapport entre le plus grand et le plus petit volume compris entre les palettes ;
que les butées sont maintenues appliquées contre le rotor à l'aide de ressorts, ce qui ne permet pas d'employer ces machines à hautes températures;
que les articulations sont logées dans le volume de travail et que par le fait que ces dites articulations doivent être lubrifiées, ces machines ne peuvent pas fonctionner à sec, ni à hautes températures;
que les palettes, selon la vitesse de rotation, entrent en contact plus ou moins violent avec les dites butées, ce qui peut provoquer non seulement des nuisances sonores, mais surtout la dégradation rapide des parties devant assurer l'étanchéité.

On connaît enfin du document GB-A-2254888 une pompe ou moteur à piston rotatif dans lequel un volet peut être déplacé entre une position relevée et une position déployée dans le cylindre de travail. Le volet vient en appui sur un élément du rotor pour produire la séparation en deux zones du volume du cylindre du travail. Comme le volet frotte, les faces en contact doivent être lubrifiées, ce qui ne permet pas à cette machine de fonctionner à sec à hautes températures.
De manière générale, la machine objet de la présente demande, permet de remédier à un ou plusieurs des inconvénients susmentionnés.
La présente invention concerne une machine volumétrique rotative comportant un stator dans lequel une chambre cylindrique est aménagée des couvercles de stator et des roulements d'arbre, rotor logé dans la chambre cylindrique et solidaire d'un arbre, des palettes formées sur le rotor, et des butées mobiles par des moyens d'actionnement entre :

une position déployée dans le volume de la chambre cylindrique lors de la phase de travail de manière à générer des variations de volumes entre les palettes et les butées ;
une position rentrée dans le stator pour permettre le passage des palettes d'un côté à l'autre des butées ;

le rotor comporte un disque, deux épaulements concentriques disposés de part et d'autre du dit disque et deux palettes fixes disposées de manière diamétralement opposée de part et d'autre du dit disque chacune contre une face du dit disque et jointes à la périphérie d'un épaulement de façon à obtenir un ensemble équilibré en rotation ;
en position déployée dans le volume de la chambre cylindrique, les butées sont positionnées à proximité, mais sans contact, des épaulements;
les dimensions des faces du rotor associées aux faces du stator, les dimensions des faces des butées associées aux faces du rotor et du stator, les jeux entre les faces du rotor et les faces du stator associées, les jeux entre les faces des butées et les faces du rotor et du stator associées, la rugosité arithmétique de toutes les surfaces associées, sont définis tels qu'ils génèrent des turbulences dans les dits jeux permettant d'obtenir une étanchéité par pertes de charges contrôlées de manière à n'avoir ni frottement ni besoin de lubrification à ces endroits là ;
le rotor est positionné axialement d'une part entre les couvercles de stator solidaires du stator et d'autre part entre les roulements à l'aide d'entretoises dont la longueur est définie dans la chaîne des cotes, pour que le rotor puisse tourner sans entrer en contact avec les dits couvercles.

Suivant des variantes préférées:

les moyens d'actionnement des butées mobiles sont disposés à distance de la chambre cylindrique ;
les arêtes qui définissent le pourtour des dites différentes faces sont laissées vives ou ne sont que légèrement adoucies pour perturber le passage des fluides dans les dits jeux ;
les butées sont portées par un axe disposé à distance de la dite chambre cylindrique, elles sont basculantes sous l'action des moyens d'actionnement, de manière à ce que la pression d'appui soit portée par le dit axe, le côté extérieur étant de préférence celui des hautes pressions et le côté latéral celui des basses pressions, l'articulation de la dite butée autour du dit axe pouvant ainsi être lubrifiée indépendamment sans influence à l'intérieur de la dite chambre cylindrique ;
chaque butée basculante est commandée par un vérin hydraulique ou pneumatique articulé dans le stator pour pouvoir suivre la courbe de l'arc de cercle défini par le déplacement angulaire de son point de fixation sur la dite butée basculante, de façon à limiter le nombre de points de frottements ;
chaque butée basculante est commandée par au moins un moteur électrique commandant une vis sans fin actionnant un secteur solidaire de chacune des dites butées basculantes, pour ne garder qu'un nombre restreint de points de frottement ;
la rugosité arithmétique est obtenue à l'aide de microsillons aux flancs rugueux, les dits microsillons étant disposés d'une part perpendiculairement au sens des fuites et d'autre part parallèlement entre eux ;
le jeu de fonctionnement est de l'ordre de 0,02 mm et la rugosité arithmétique est de l'ordre de 0,2 mm ;
les deux palettes ont des dimensions différentes pour générer deux tores de volumes différents.

L'invention concerne une pompe, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une machine selon l'invention.
L'invention concerne aussi un compresseur, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une machine selon l'invention.
L'invention concerne enfin un moteur hydraulique, pneumatique ou thermique à combustion externe, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une machine selon l'invention.
Par combinaison des jeux de fonctionnement et de rugosité arithmétique, on entend :

les jeux de fonctionnement entre des pièces en mouvement les unes par rapport aux autres sont définis par des tolérances d'usinage généralement normalisées, ces jeux existent et ils sont nécessaires;
la surface d'une pièce usinée est toujours plus ou moins rugueuse, ce qui dans certains cas nécessite le rodage entre deux éléments fonctionnant l'un par rapport à l'autre, cette rugosité peut être mesurée mécaniquement pour être ensuite exprimée en microns, c'est la rugosité arithmétique, et hydrauliquement, dans ce dernier cas on lui attribue un coefficient de perte de charge;
en référence à l'article A 1870 intitulé « Mécanique des fluides », de la main de Monsieur Jean GOSSE, Docteur es sciences et Professeur Honoraire au Conservatoire des Arts et Métiers, publié en avril 1996 dans les Techniques de l'Ingénieur, paragraphe 7.54, intitulé « Influence de la rugosité de la surface », il y a un rapport entre la hauteur des aspérités et l'épaisseur de la sous-couche visqueuse du fluide, ce qui a été vérifié expérimentalement, le frottement est accru par la rugosité, si bien qu'à partir d'une certaine rugosité la sous-couche visqueuse n'existe plus. A la section 9, il traite des pertes de charges.

Il est donc possible de créer des turbulences dans un passage étroit, ces dites turbulences formant de fait l'étanchéité recherchée, le passage étroit découlant du jeu de fonctionnement et les turbulences découlant de la rugosité qui engendre les pertes de charges.
Ainsi, à titre d'exemple, lorsque le jeu de fonctionnement s'élève à 0,02 mm et la rugosité arithmétique à 0,2 mm, les turbulences génèrent des pertes de charges qui, en fonction des pressions en amont, peuvent s'avérer être suffisantes pour obtenir l'étanchéité requise.
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.

Figure 1 - Vue en perspective isométrique sur le rotor, les deux butées de base et la chambre cylindrique représentée par des traits interrompus.
Figure 2 - Coupe axiale de la machine de base dans laquelle les échelles X et Y ne sont pas proportionnelles pour ne pas devoir tourner la feuille lors d'une lecture.
Figure 3 - Vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor étant positionné à 235° selon le sens positif et la butée avant étant en position sortie.
Figure 4 - Vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor étant positionné à 270° selon le sens positif et la butée avant étant en position rentrée.
Figure 5 - Vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor étant positionné à 325° selon le sens positif et la butée avant étant en position sortie, le rapport des volumes est représenté par des hachures.
Figure 6 - Vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor étant positionné à 235° et à 325° selon le sens positif et la butée avant en position sortie pour exprimer l'angle de rotation utile et l'angle de temps mort.
Figure 7 - Vue en coupe axiale d'une variante de rotor.
Figure 8 - Vue en coupe axiale de la machine, le rotor étant positionné à 250° selon le sens positif et la butée articulée en position sortie.
Figure 9 - Vue en coupe axiale de la machine, le rotor étant positionné à 305° selon le sens positif et la butée articulée en position rentrée.
Figure 10 - Vue en coupe axiale de la machine, le rotor étant positionné à 350° selon le sens positif et la butée articulée en position sortie.
Figures 11 et 12 - Vues en coupes axiales de la machine. Chaque butée articulée est commandée par un vérin hydraulique ou pneumatique.
Figures 13 et 14 - Vues en coupes axiales de la machine. Chaque butée articulée est commandée par au moins un moteur électrique commandant la butée articulée à l'aide d'une vis sans fin et d'un secteur denté.
Figure 15 - Vue en coupe microscopique de deux composants en vis a vis.
Figure 16 - Vue en coupe de deux composants en vis a vis dans lesquels des microsillons ont été usinés.
Figure 17 - Schématisation des fuites dans une pompe ou un compresseur.
Figure 18 - Schématisation des fuites dans un moteur pneumatique ou hydraulique ou thermique à combustion interne.
Figure 19 - Schématisation d'un rotor constitué d'éléments assemblés, chaque rotor étant ainsi fermé des trois côtés non concernés par la localisation de sa butée.
Figure 20 - Représentation de la position perpendiculaire des microsillons au sens des fuites.

Les figures sont explicitées de manière plus détaillée dans les paragraphes suivants.
En référence à la figure 1, le rotor est composé d'un disque (1), de deux épaulements concentriques (4 et 8) disposés de part et d'autre du dit disque et de deux palettes fixes (3 et 7) disposées de manière diamétralement opposée de part et d'autre du dit disque chacune contre une face du dit disque et jointive à la périphérie des dits épaulements, de façon à obtenir un ensemble équilibré en rotation, le dit rotor étant usiné d'une seule pièce ou réalisé à l'aide de composants assemblés, le dit rotor, étant logé dans une chambre cylindrique (2) aménagée dans un stator, les butées (5 et 6) sont logées dans le stator, mobiles et actionnées par des moyens d'actionnement mécaniques ou hydrauliques ou pneumatiques ou électriques ou par une combinaison des dits moyens disposés à distance de la dite chambre cylindrique, de manière à ce que le volume de travail soit exempt de toute forme de lubrification et puisse fonctionner à sec et à haute température, de manière à permettre la rotation en continu du dit rotor, les dites butées étant positionnées très proche des dits épaulements lors de la phase de travail, de manière à générer des variations de volumes entre les dites aubes ou palettes et les dites butées et rentrées dans le dit stator, pour permettre le passage des dites aubes ou palettes d'un côté à l'autre des dites butées.
Le volume engendré par révolution des palettes (3, 7) ou tore n'est pas obligatoirement de section carrée ou rectangulaire comme représenté. En particulier une section circulaire est envisageable. Les organes du présent dispositif sont adaptables en fonction de la section du tore.
En référence à la figure 2, le rotor est solidaire d'un arbre (15) et positionné axialement d'une part entre les couvercles de stator (12 et 13) solidaires du stator (9) et d'autre part entre les roulements (10 et 16) à l'aide d'entretoises (11 et 14) dont la longueur est définie dans la chaîne des cotes, pour que le rotor puisse tourner sans entrer en contact avec les dits couvercles. Les roulements sont les seuls points nécessitant une lubrification.
De manière générale, l'étanchéité est obtenue de façon optimale parce que :

en combinaison, les dimensions des faces du rotor associées aux faces du stator, les dimensions des faces des butées associées aux faces du rotor et du stator, les jeux entre les faces du rotor et les faces du stator associées, les jeux entre les faces des butées et les faces du rotor et du stator associées, la rugosité arithmétique de toutes les surfaces associées, sont définis tels qu'ils génèrent des turbulences dans les dits jeux permettant d'obtenir une étanchéité par pertes de charges contrôlées de manière à n'avoir ni frottement ni besoin de lubrification à ces endroits là, à titre d'exemple, lorsque le jeu de fonctionnement s'élève à 0,02 mm (39) et la rugosité arithmétique à 0,2 mm (40 et 41), les turbulences génèrent des pertes de charges qui, en fonction des pressions en amont, peuvent s'avérer être suffisantes pour obtenir l'étanchéité requise ;
les arêtes qui définissent le pourtour des dites différentes faces sont laissées vives ou ne sont que légèrement adoucies, comme il est coutume de le faire dans les ateliers afin ne pas se blesser, pour perturber le passage des fluides dans les dits jeux.

En référence à la figure 3, qui est une vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor est positionné à 235° selon le sens positif et la butée avant est en position sortie. L'épaisseur (17) de la butée (5, 6) fait partie des caractéristiques qui définissent l'étanchéité. Les conduits (18 et 19) servent d'admission ou de refoulement selon le sens de rotation.
En référence à la figure 4, qui est une vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor est positionné à 270° selon le sens positif et la butée (6) est en position rentrée dans le stator pour permettre la rotation en continu du rotor.
En référence à la figure 5, qui est une vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor est positionné à 325° selon le sens positif et la butée est en position sortie, le rapport des volumes est représente par des hachures : le volume (20) est bien plus grand que le volume (21), ce qui est dû au fait qu'il n'y a qu'une palette par épaulement.
En référence à la figure 6, qui est une vue en coupe axiale de la machine de base, le rotor est positionné à 235° et à 325° selon le sens positif et la butée avant en position sortie pour exprimer l'angle de rotation utile (22) et l'angle de temps mort (23). Car en définitive, le sus nommé grand volume (20) est le solde du volume généré par un arc de cercle de 360° = 2π, amputé d'un volume égal à la somme du petit volume (21) et du volume de la palette.
En référence à la figure 7, qui est une vue en coupe axiale d'une variante de rotor, la couronne de l'épaulement est de diamètre extérieur diminué alors que les flancs de la palette sont dirigés vers l'axe du rotor.
En référence à la figure 8, qui est une vue en coupe axiale de la machine, le rotor est positionné à 250° selon le sens positif et la butée articulée (25) est en position sortie. Ces butées (25) sont portées par un axe (26) disposé à distance de la dite chambre cylindrique (2) afin de pouvoir être commandées par des moyens mécaniques ou hydrauliques ou pneumatiques ou électriques ou par une combinaison des dits moyens disposés à distance de la dite chambre cylindrique, de manière à ce que le volume de travail soit exempt de toute forme de lubrification et puisse fonctionner à sec et à haute température, l'articulation de la dite butée autour du dit axe peut ainsi être lubrifiées indépendamment sans influence à l'intérieur de la dite chambre cylindrique. De par cette configuration, la canalisation (24) est plutôt destinée à véhiculer les hautes pressions, alors que la canalisation (27) est plutôt destinée à véhiculer les basses pressions. L'angle (28) d'arc de cercle définissant la largeur de l'aire d'étanchéité entre un épaulement et une butée basculante est comparable à celle portant la référence (17). Le dit axe peut aussi participer au positionnement des couvercles par rapport au stator.
En référence à la figure 9, qui est une vue en coupe axiale de la machine, le rotor est positionné à 305° selon le sens positif et la butée articulée (25) est en position rentrée.
En référence à la figure 10, qui est une vue en coupe axiale de la machine, le rotor est positionné à 350° selon le sens positif et la butée (25) articulée en position sortie. Lorsque le rotor tourne dans le sens positif et que cette machine fonctionne comme moteur, il se produit un couple représenté par la flèche (29) alors que la pression d'appui provoque une réaction représentée par la flèche (31) d'égale longueur. L'effort est toujours dirigé vers le centre de l'axe (26). Comme la face (30) de la butée (25) peut supporter une plus grande charge que la face (32), il va de soi que c'est de ce côté que doit se trouver la dite canalisation destinée a véhiculer les hautes pressions.
En référence à la figure 11, qui est une vue en coupe axiale de la machine, chaque butée (25) articulée est commandée par un vérin (34) hydraulique ou pneumatique articulé dans le stator (9) pour pouvoir suivre la courbe de l'arc de cercle défini par le déplacement angulaire de son point de fixation (33) sur la dite butée basculante (25), de façon à limiter le nombre de points de frottements. Ici, le vérin (34) et la butée (25) sont rentrés pour permettre le passage de la palette (3, 7). Le nombre de points à lubrifier s'élève à trois, donc, en comptant les deux dits roulements, il s'élève à cinq, tous situés à distance du volume de travail.
En référence à la figure 12, qui est une vue en coupe axiale de la machine, le vérin (34) et la butée (25) sont sortis pour permettre la variation des volumes.
En référence à la figure 13, qui est une vue en coupe axiale de la machine, chaque butée basculante est commandée par au moins un moteur électrique (35, 38) commandant une vis sans fin (36) actionnant un secteur (37) solidaire de chacune des dites butées basculantes (25). Ici, la butée (25) est sortie. Les efforts sont équilibrés lorsque deux moteurs électriques sont utilisés. Hormis les points à lubrifier à l'intérieur des moteurs électriques, le nombre de points à lubrifier s'élève à deux. En comptant les deux dits roulements, il s'élève à quatre, tous situés à distance du volume de travail.
En référence à la figure 14, qui est une vue en coupe axiale de la machine, la butée basculante (25) est rentrée.
En référence à la figure 15, les jeux de fonctionnement (39) sont définis tels que les caractéristiques de formes et de dimensions puissent être mesurées de manière classique alors que les rugosités arithmétiques des surfaces en vis à vis (40 et 41) sont définis tels que les turbulences générées provoquent l'étanchéité requise, les diamètres hydrauliques étant ici aussi mesurés de manière classique.
De manière générale, ceci est valable pour toutes les figures, cette machine peut en plus être caractérisée :

en ce que la rugosité arithmétique est obtenue à l'aide de microsillons aux flancs rugueux (figure 16), les dits microsillons étant disposés d'une part perpendiculairement au sens des fuites et d'autre part parallèlement entre eux,
en ce qu'elle est appliquée à la réalisation de pompes ou de compresseurs,
en ce qu'elle est appliquée à la réalisation de moteurs hydrauliques ou pneumatiques ou thermiques à combustion externe.

Cette machine se prête à la réalisation de groupes formés de deux ou de plusieurs dés dites machines d'arbre commun, éventuellement de dimensions différentes.
Dans une telle configuration, un des couvercles (12 ou 13) peut être remplacé par une cloison séparant les différents volumes de travail, le nombre de cloisons étant défini par le nombre de volumes de travail.
A titre d'exemples :

un groupe est formé de deux ou de plusieurs des dites machines de cylindrées différentes pour fonctionner en tant que compresseur étagé;
un groupe est formé de deux machines de cylindrées différentes, l'une pour fonctionner comme compresseur et l'autre comme détendeur dans un ensemble formant moteur thermique à combustion externe. Dans ce cas, il faut prévoir une chambre de combustion séparée et au moins un échangeur de chaleur, sans compter les accessoires indispensables.

Suivant une variante de l'invention, les deux palettes d'une machine de l'invention peuvent avoir des dimensions différentes afin de générer deux tores de volumes différents.
Exemple : une machine est formée de deux tores de volumes différents, le petit pour fonctionner comme compresseur et le grand pour fonctionner comme détendeur. Cette méthode permet entre autre la réalisation de moteurs thermiques de toute petite cylindrée.
Il est alors préférable de faire en sorte que les dimensions de la configuration « épaulement-palettes » permettent d'obtenir un ensemble équilibré en rotation.
La figure 17 illustre les fuites constatées au niveau de la palette (3, 7) dans le cas d'une application à une pompe ou un compresseur : la pression d'aspiration (42) est inférieure à la pression atmosphérique, il y a donc une dépression. La pression (46) est supérieure à la pression atmosphérique soit parce qu'il faut vaincre les frottements, soit parce que l'on désire obtenir une pression de ce côté de la palette. Les fuites tolérées compenseront la dépression (42).
La figure 18 illustre les fuites constatées au niveau de la palette (3, 7) dans le cas d'une application à un moteur hydraulique ou pneumatique : la pression (51) est supérieure à la pression atmosphérique parce que l'on désire générer un couple moteur. La pression (47) est supérieure à la pression atmosphérique parce qu'il faut vaincre les frottements dus au refoulement. Les fuites seront entièrement ou partiellement équilibrées des deux côtés des palettes.
Enfin, les parties du rotor et/ou du stator (9) en mouvement relatif peuvent être constituées (ou recouvertes) d'une matière autolubrifiante pour supporter un frottement accidentel (par exemple en cas de présence d'impuretés ou selon la nature du fluide présent dans le volume de la chambre cylindrique (2)).

REFERENCES

1 - Disque de rotor.
2 - Cylindre de travail.
3 et 7 - Palettes.
4 et 8 - Epaulement.
5 et 6 - Butées.
9 - Stator.
10 et 16 - Roulements.
11 et 14 - Entretoises.
12 et 13 - Couvercles de stator.
15 - Arbre.
17 - Largeur de l'aire d'étanchéité entre un épaulement et une butée.
18 et 19 - Canalisations d'admission et de refoulement définis par le sens de rotation.
20 - Plus grand volume d'aspiration ou de refoulement.
21 - Plus petit volume d'aspiration ou de refoulement.
22 - Angle de rotation utile.
23 - Angle de rotation de temps mort.
24 - Canalisation hautes pressions.
25 - Butée basculante.
26 - Axe de rotation de la butée (25).
27 - Canalisation basses pressions.
28 - Angle d'arc de cercle définissant la largeur de l'aire d'étanchéité entre un épaulement et une butée.
29 - Sens du couple moteur éventuel.
30 - Côté extérieur de la butée basculante.
31 - Sens de l'appui de la réaction au couple moteur éventuel.
32 - Côté latéral de la butée basculante.
33 - Axe d'articulation.
34 - Vérin hydraulique ou pneumatique.
35 et 38 - Moteurs électriques.
36 - Vis sans fin.
37 - Secteur de roue pour vis sans fin.
39 - Jeu de fonctionnement.
40 et 41 - Rugosité arithmétique.
42. Dépression due à l'aspiration.
43. Sens des fuites compensatoires.
44. Sens de rotation négatif.
45. Sens des fuites au refoulement ou à la compression.
46. Pression de refoulement ou de compression.
47. Pression de refoulement.
48. Sens des fuites d'équilibrage.
49. Sens de rotation positif.
50. Sens des fuites à la détente.
51. Pression motrice.

Claims

Machine volumétrique rotative comportant un stator (9) dans lequel une chambre cylindrique (2) est aménagée, des couvercles de stator et des roulements d'arbre, un rotor logé dans la chambre cylindrique (2) et solidaire d'un arbre (15), des palettes (3, 7) formées sur le rotor, et des butées (5, 6, 25) mobiles par des moyens d'actionnement entre :
- une position déployée dans le volume de la chambre cylindrique (2) lors de la phase de travail de manière à générer des variations de volumes entre les palettes (3, 7) et les butées (5, 6) ;

- une position rentrée dans le stator (9) pour permettre le passage des palettes (3, 7) d'un côté à l'autre des butées (5, 6, 25),
le rotor comportant un disque (1), deux épaulements concentriques (4, 8) disposés de part et d'autre du dit disque (1) et deux palettes fixes (3, 7) disposées de manière diamétralement opposée de part et d'autre du dit disque (1) chacune contre une face du dit disque (1) et jointes à la périphérie d'un épaulement (4, 8) de façon à obtenir un ensemble équilibré en rotation ;
caractérisée par le fait que :

- en position déployée dans le volume de la chambre cylindrique (2), les butées (5, 6, 25) sont positionnées à proximité, mais sans contact, des épaulements (4, 8).

- les dimensions des faces du rotor associées aux faces du stator (9), les dimensions des faces des butées (5, 6, 25) associées aux faces du rotor et du stator (9), les jeux entre les faces du rotor et les faces du stator (9) associées, les jeux entre les faces des butées (5, 6, 25) et les faces du rotor et du stator (9) associées, la rugosité arithmétique de toutes les surfaces associées, sont définis tels qu'ils génèrent des turbulences dans les dits jeux permettant d'obtenir une étanchéité par pertes de charges contrôlées de manière à n'avoir ni frottement ni besoin de lubrification à ces endroits là.

- le rotor est positionné axialement d'une part entre les couvercles de stator (12 et 13) solidaires du stator (9) et d'autre part entre les roulements (10 et 16) à l'aide d'entretoises (11 et 14) dont la longueur est définie dans la chaîne des cotes, pour que le rotor puisse tourner sans entrer en contact avec les dits couvercles.
Machine, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que
les arêtes qui définissent le pourtour des dites différentes faces sont laissées vives ou ne sont que légèrement adoucies pour perturber le passage des fluides dans les dits jeux.
Machine, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que
les moyens d'actionnement des butées mobiles (5, 6, 25) sont disposés à distance de la chambre cylindrique (2).
Machine, selon la revendication 3, caractérisée par le fait que
les butées (25) sont portées par un axe (26) disposé à distance de la dite chambre cylindrique (2), elles sont basculantes sous l'action des moyens d'actionnement, de manière à ce que la pression d'appui (31) soit portée par le dit axe (26), le côté extérieur (30) étant de préférence celui des hautes pressions et le côté latéral (32) celui des basses pressions, l'articulation de la dite butée (25) autour du dit axe (26) pouvant ainsi être lubrifiée indépendamment sans influence à l'intérieur de la dite chambre cylindrique (2).
Machine, selon la revendication 4, caractérisée par le fait que
chaque butée (25) basculante est commandée par un vérin hydraulique ou pneumatique (34) articulé dans le stator (9) pour pouvoir suivre la courbe de l'arc de cercle défini par le déplacement angulaire de son point de fixation (33) sur la dite butée basculante (25), de façon à limiter le nombre de points de frottements.
Machine, selon la revendication 4, caractérisée par le fait que
chaque butée basculante (25) est commandée par au moins un moteur électrique (35, 38) commandant une vis sans fin (36) actionnant un secteur (37) solidaire de chacune des dites butées basculantes (25), pour ne garder qu'un nombre restreint de points de frottement.
Machine, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que
la rugosité arithmétique est obtenue à l'aide de microsillons aux flancs rugueux, les dits microsillons étant disposés d'une part perpendiculairement au sens des fuites et d'autre part parallèlement entre eux.
Machine, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que
le jeu de fonctionnement est de l'ordre de 0,02 mm et la rugosité arithmétique est de l'ordre de 0,2 mm.
Machine, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que
les deux palettes (3, 7) ont des dimensions différentes pour générer deux tores de volumes différents.
Pompe, caractérisée par le fait qu'
elle comporte au moins une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
Compresseur, caractérisé par le fait qu'
il comporte au moins une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
Moteur hydraulique, pneumatique ou thermique à combustion externe, caractérisé par le fait qu'
il comporte au moins une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.