FR2458692A1 - Appareil d'echange d'energie liee a la pression de fluide - Google Patents

Abstract

APPAREIL D'ECHANGE D'ENERGIE. L'APPAREIL SELON L'INVENTION COMPORTE UN ROTOR AVEC UNE PLURALITE DE CONDUITS MONTES PARALLELEMENT A SON AXE ET POUVANT PIVOTER PAR RAPPORT A UN BLOC DE STATOR MONTE A CHAQUE EXTREMITE DU ROTOR, CHAQUE BLOC DE STATOR ETANT POURVU D'AU MOINS DEUX ORIFICES D'ADMISSION DE FLUIDE QUI SONT SEQUENTIELLEMENT ALIGNES, VIA UNE PLAQUE D'ETANCHEITE, AVEC DES CONDUITS QUI COMPORTENT CHACUN INTERIEUREMENT UN PISTON; CET APPAREIL EST CARACTERISE PAR LE FAIT QUE LES PLAQUES D'ETANCHEITE SONT MONTEES FLOTTANTES DE MANIERE A PERMETTRE UN DEPLACEMENT AXIAL LIMITE PAR RAPPORT AU ROTOR OU AU BLOC DE STATOR ADJACENT TOUT EN FAISANT ETANCHEITE AVEC LE BLOC DE STATOR OU LE ROTOR ADJACENT. UTILISABLE POUR REALISER UN TRANSFERT DE PRESSION ENTRE DEUX FLUIDES.

Description

La présente invention est relative à un appareil pour transférer l'énergie

liée à la pression d'un premier fluide à un

second fluide qui se trouve à une pression inférieure, afin de ré-

duire la pression du premier fluide et d'augmenter la pression du second fluide. Dans certains procédés industriels, des pressions élevées

de fluide sont requises uniquement dans certaines parties de l'o-

pération afin d'obtenir des résultats désirables et ensuite on ré-

duit la pression du fluide sous pression. Dans d'autres procédés, certains fluides utilisés sont disponibles à des pressions élevées et d'autres à des faibles pressionset il est désirable d'échanger de l'énergie liée à la pression entre ces fluides. Dans certaines

applications, de grandes améliorations dans l'économie du fonction-

nement peuvent être réalisées, Si l'énergie liée à la pression peut

etre efficacement transférée entre deux liquides ou entre des sus-

pensions comparables ou des mélanges liquide-solide. Un procédé de

ce type est le procédé de cristallisation par échange ou le procé-

dé d'inversion des points de fusion lorsqu'on effectue la désalini-

sation de l'eau de mer ou d'eaux saunmtres, comme décrit par exem-

ple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 431 747.

Dans ce procédé, une suspension de glace et d'hydrocarbure est amenée à une pression supérieure à la pression atmosphérique afin d'inverser l'ordre de congélation de sorte que les cristaux

de glace fondent et que l'hydrocarbure soit partiellement congelé.

Ensuite, l'eau obtenue par fusion de la glace est séparée de l'hy-

drocarbure, qui est sous forme d'une suspension de particules soli-

des d'hydrocarbure dans l'hydrocarbure liquide, et on réduit alors

la pression des phases séparées à une pression proche de la pres-

sion atmosphérique. Le procédé fonctionne cycliquement et la renta-

bilité avec laquelle on peut le réaliser dépend directement de l'efficacité avec laquelle l'énergie fournie requise pour la mise

sous pression initiale peut être récupérée.

Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 431 747, on

décrit un appareil qui permet l'échange d'énergie liée à la pres-

sion entre des systèmes de fluides sous pression relativement élevée et relativement basse, et qui permet le transfert d'un pourcentage élevé de l'énergie totale du liquide sous pression à un liquide à une pression inférieure. L'appareil comprend un ensemble à rotor

qui est mobile pendant sa rotation par rapport à un ensemble fixe.

L'ensemble à rotor comprend un corps cylindrique de rotor pouvant tourner autour de son axe et comporte des faces extrêmes planes

et une pluralité d'alésages sensiblement parallèles disposés lon-

gitudinalement et allant d'une face extrême à l'autre, ces alésages étant équidistands de l'axe, Un organe de séparation déplaçable librement dans chaque alésage est mobile le long de l'alésage et

divise celui-ci en deux chambres ou compartiments.

Le corps cylindrique de rotor est monté dans un logement qui est fermé à ses extrémités opposées, par une paire de plaques

de fermeture qui sont montées pour leur rotation sur un arbre cen-

tral du rotor. Une pluralité de passages de fluide traversant cha-

cune des plaques de fermeture et présentant un espacement radial

par rapport à l'axe communiquent avec des orifices formés à tra-

vers une plaque d'étanchéité disposée entre chacune des plaques de fermeture et la face extrême adjacente du rotor. Chaque plaque d'étanchéité est clavetée à sa plaque de fermeture et prend appui contre la face extrgme du rotor de manière à former un Joint afin de faciliter une communication intermittente et périodique entre

les orifices formés à travers les plaques d'étanchéité et les alé-

sages traversant le corps du rotor.

En fonctionnement, des sources de fluides sous pression élevée et basse pression sont reliées à deux ou plusieurs passages différents de fluide dans l'une des plaques de fermeture et des secondes sources de fluide sous pression élevée et faible pression

sont reliées à deux ou plusieurs passages différente dans la se-

conde plaque de fermeture à l'extrémité opposée de l'ensemble de

rotor. En raison de la communication intermittente entre les alé-

sages du rotor et les orifices alignées dans les plaques d'étan-

chéité et les passages pour le fluide dans les plaques de fermetu-

re, lorsque l'un des alésages de rotor est aligné avec un orifice dans la plaque d'étanchéité, il reçoit ou il élimine du fluide sous pression élevées ou sous faible pression qui agit sur l'organe de séparation librement déplaçable, disposé dans l'alésage respectif, En même -temps, le même alésage traversant le rotor est aligné avec un orifice dans la plaque d'étanchéité à l'autre extrémité du corps de rotor, cet orifice étant naturellement en communication avec l'un des passages de fluide à travers la plaque de fermeture à cette extrémité de l'ensemble. Il y aura ainsi une introduction de fluide

dans le meme alésage dans-le rotor à partir de son extrémité oppo-

sée de manière à agir sur l'organe de séparation dans cet alésage, c'està-dire sur sa face opposée par rapport à la face sur laquelle

agit du fluide entrant dans l'alésage à partir de l'extrémité op-

posé du corps de rotor.

EB synchronisant de manière appropriée les communications intermittentes et périodiques entre chacun des alésages de rotor et les sources de haute pression et de faibles pression, on peut

produire le transfert d'énergie liée à la pression, par l'inter-

médiaire de l'organe de séparation mobile dans chacun des alésages, afin d'augmenter la pression du fluide sous pression relativement faible dans l'une des extrémités de l'alésage tandis qu'on réduit la pression du fluide sous pression élevée dans l'autre extrémité

de l'alésage.

L'organe de séparation est aisément déplacés de sorte que

le transfert d'énergie liée- à la pression est hautement efficace.

Eu outre, le système n'utilise pas de soupapes classiques qui peu-

vent être bouchées par de la matière quelconques entra née dans les liquides ou même par des suspensions, lorsqu'on les utilise comme les fluides entrelesquelles l'énergie liée à la pression

doit être transférée.

On a fait des essais pour améliorer l'appareil afin de

surmonter la difficulté d'obtention d'organesdtétanchéité fonc-

tionnant efficacement et régulièrement entre l'ensemble de rotor

mobile et les plaques de fermeture, du fait que ces organes d'étan-

chéité sont soumis à une action alternative périodique de fluides

sous pression élevée et sous faible pression. L'ouverture de l'alé-

sage entre rapidement en communication et sort rapidement de cette position de communication avec un orifice assurant la coïncidence

dans la plaque de fermeture fixe ou le bloc de stator à l'extémi-

té de l'ensemble de rotor et il est nécessaire d'établir presque

instantanément la communication pour faciliter l'écoulement du flui-

de dWns l'alésage du rotor et ensuite d'interrompre presque instan-

tanénent cette communication sans perte de fluide entre les sur-

faces planes en contact.

Ainsi, le problème consiste en ce qu'on fait passer des

fluides sous pression relativement élevée et sous pression relative-

ment faible dans un alésage et qu'on les fait sortir du m8me alésa-

ge dans le rotor vers différents orifices et l'ensemble assurant l'étanchéité est nécessairement soumis à des forces fluctuantes pendant chaque cycle du rotor, lorsqu'on utilise les orifices à travers le dispositif assurant l'étanchéité pour faire passer alternativement du fluide sous pression élevée et ensuite du fluide

sous faible pression.

On a proposé dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 582 O90 et 3 910 587 des ensembles de plaques d'étanchéité

améliorés, munis d'orifices de section, de dimension et de géomé-

trie variables, et de certaines surfaces dégagées formées dans les

faces planes opposées de ces plaques d'étanchéité en des emplace-

ments entre les orifices. Dans chacun de ces dispositifs cependant, il a encore été considéré comme nécessaire de retenir, comme une partie des dispositifs à plaque d'étanchéité, de nombreux Joints toriques autour des divers orifices; en raison de la géométrie quelque peu dissymétrique de certaines des formes des orifices,

les configurations de ces joints annulaires sont aussi nécessaire-

ment dissymétriques. Les plaques d'étanchéité qu'on a proposées Jusqu'ici ont, en outre, fonctionné plus efficacement et avec moins

l15 de résistance de frottement s'exerçant sur le système, pour cer-

taines vitesses de rotation du rotor et certaines pressions des conduits du système que pour d'autres, dans des conditions de fonctionnement variables. Il a ainsi été nécessaire de construire des plaques d'étanchéité pour obtenir une fermeture étanche au moment o l'on rencontre les conditions de fonctionnement les plus rigoureuses pendant le cycle de rotation du rotor. En procédant ainsi, on a obtenu le résultat qu'une résistance de frottement

relativement supérieure s'exerce sur le système et qu'il se pro-

duit un taux d'usure accru de la plaque d'étanchéité à certains moments pendant le cycle de rotation du rotor en comparaison avec d'autres moments o les plaques d'étanchéité doivent réaliser une fermeture étanche dans des conditions de pression qui équilibrent d'avantage les forces de fluide agissant sur les faces opposées des

plaques d'étanchéité.

Conformément à la présente invention, on prévoit un ap-

pareil pour l'échange d'énergie par pression entre un fluide à une

pression relativement élevée et un fluide à une pression relative-

ment faible, l'appareil comprenant un ensemble de rotor pouvant tourner autour d'un axe de rotation, cet ensemble comprenant une pluralité de conduits espacés circonférentiellement, chacun de ces conduits comportant intérieurement un organe de séparation - déplaçable axialement, le divisant en deux compartiments; une plaque d'étanchéité disposée dans une position adjacente à chaque extrémité axiale de l'ensemble de rotor et munie d'une pluralité de passages de fluide, et un bloc de stator disposé axialement

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vers l'extérieur par rapport à chacune des plaques d'étanchéité et muni d'au-moins deux conduits le traversant, ces conduits de l'un des blocs communiquant la pression à ceux de l'autre bloc par l'intermédiaire d'un passage de fluide dans la plaque d'étanchéité et l'un des conduits, les plaques d'étanchéité étant montées flot- tantes de manière à permettre un déplacement axial limité relative-* ment à l'ensemble de rotor ou au bloc de stator adjacent, tout en assurant un contact d'étanchéité respectivement avec le bloc de

stator adjacent ou 1'ensemble derotoxx Un tel ensemble est mécani-

quement simplifié et hautement efficace pour assurer l'étanchéité

vis-à-vis de la fuite et de la perte des fluides traités par l'ap-

pareil et requiert relativement moins d'énergie pour son fonction-

nement. Il est d'une construction plus simple, moins coûteuse et permet l'obtention d'un meilleur équilibrage de pression à travers les plaques d'étanchéité; il est capable de fonctionner efficacement à partir de la pression zéro jusqu'à la pression prévue et est

capable de démarrer à pleine vitesse au lieu de requérir un démar-

rage progressif. > Les plaques d'étanchéité utilisées aux extrémités opposées de l'ensemble de rotor et qui peuvent se déplacer légèrement longitudinalement, peuvent être montées de façon lâche sur le bloc de stator adjacent, mais sont, de préférence, montées de manière à permettre un déplacement axial limité, sur l'ensemble de rotor pour la rotation avec celui-ci, par exemple, au moyen de trois

goupilles ou chevilles espacées par des angles égaux et d'évide-

ments coopérant avec ces goupilles.

Une pluralité d'évidements recevant les conduits peuvent

être réalisés dans les plaques d'étanchéité correspondantes, cha-

cun de ces évidements étant en communication avec l'un des orifices qui s'ouvrent dans la plaque d'étanchéité sur le côté du bloc du statôr. Chaque évidement pour la réception d'un conduit, reçoit

l'extrémité de l'un des conduits allongés décrits, pour le trans-

port de fluide. Les goupilles sont, de préférence, supportées sur des plaques à l'extrémité de l'ensemble du rotor et comportent des extrémités libres arrondies adjacentes à des parties rétrécies de

manière à permettre une légère inclinaison des plaques d'étanché-

ité. Contrairement auctypes des plaques d'étanchéité de rotor

des machines d'échange d'énergie de la technique connue, on uti-

lise selon la présente invention, des plaques d'étanchéité flottante qui peuvent subir un mouvement d'inclinaison pendant la rotation, ces plaquesd'étanchéité coopérant de manière à assurer l'étanchéité avec les blocs de stator de sorte que lesplaques d'étanchéité soient maintenues à une pression de contact plus régulière pendant toute la rotation de l'ensemble de rotor. En outreil y a une réduction notable en ce qui concerne

la nécessité de joints toriques et leur nombre, lesquels sont uti-

lisés dans le dispositif d'étanchéité associé à un rotor. L'inven-

tion permet mgme d'éliminer tous les joints toriques. L'appareil peut être plus aisément entraîné que les ensembles similaires antérieurs et il comporte un nombre inférieur de pièces dans sa

construction, permet des tolérances plus grandes entre les élé-

ments de construction se déplaçant l'un par rapport à l'autre tout en maintenant un contact assurant une étanchéité satisfaisante

entre les pièces à rotation relative.

L'appareil permet également d'éliminer la nécessité d'in-

dicateurs à cadran pour le réglage de la charge initiale des plaques d'étanchéité.

Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente inven-

tion, on va en décrire ci- après, à titre d'exemple purement il-

lustratif et non limitatif, un mode deré,lisation représente sur le

dessin annexé.

Sur ce dessin: - la figure 1 est une coupe longitudinale centrale d'une

partie extrême d'un mode de réalisation de l'appareil selon 1'invent-

tion, la partie correspondant à l'autre extrémité étant l'image identique dans un miroir de la partie représentée sur la figure 1; - la figure 2 est une coupe selon II-Il de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe agrandie selon -II%-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en bout de l'une des plaques d'étanchéité de l'appaReil; - la figure 5 est une vue en bot de l'autre extrémité de la plaque d'étanchéité représentée sur la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe tranversale agrandie schématique de parties de l'une des plaques d'étanchéité et de l'un des blocs de stator de l'appareil et représentant leurrelation à un certain moment pendant le fonctionnement de l'appareil; - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 6, mais représentant la coopération de la plaque d'étanchéité avec le bloc stator à un moment différent pendant le fonctionnement de l'appareil. Si l'on se réfère maintenant à la figure i du dessin, on observe que l'appareil d'échange d'énergie représenté comprend un logement de rotor 10 généralement cylindrique qui enveloppe un ensemble de rotor 12. On peut aussi utiliser d'autres formes de constructions de logements. Deux ensembles de bloc de stator 14 sensiblement identiques sont fixés chacun à l'extrémité ouverte correspondante du logement de rotor 10 au moyen de vis 16. Comme indiqué ci-dessus, dans la figure 1, la partie extre'me droite de l' appareil n'a pas été représentée étant donné qu'il s'agit d'une

image identique dansun miroir de la partie extrême gauche de 1l'ap-

pareil, de sorte que la description et la représentation de la

partie extrême droite n'est pas considérée comme nécessaire.

1.5 L'ensemble de rotor 12 comprend des passages allongés pour le transfert desfl.uides sous pression, lesquels se présentent sous forme d'une pluralité de tubes d'alésage de rotor qui sont disposés sensiblement parallèlement les uns par rapport aux autres, autour d 'un axe de rotation central par rapport auquel ils sont

radîalement et circonférentiellement équidistants l'un de l'autre.

Dans le mode de réalisation représenté de l'invention, on a prevu neuf de ces tubes d'alésage de rotor, trois de ces tubes (18, 20 et 22) étant représentés sur 'la figure 1 * En général, on préfère un

nombre impair de tubes d'alésage de rotor.

Un organe 24 déplaçable par le fluide est axialement coulissable dans chacun des tubes d'alésage de rotor et divise

chacun de ces tubes en deux compartiments. La construction de l'or-

gane 24 peut varier, mais il doit présenter la mobilité nécessaire tout en réduisant au miniimum les f4ites de fluide au travers de

l'organe.

L'ensemble de rotor 12 comprend, en outre, une paire de plaques -----d'entra nement du rotor généralement en forme de disquee,disposées à. des extrémités opposées de l'ensemble

de rotor 12 et comportant une pluralité de trous espacés circonfé-

rentiellement, à travers lesquels passent les divers tubes d'alésage de rotor, d'une matière coulissable, comme représenté dans la figure 1, un trou étant prévu dans chacune des plaques 26 pour

chacun des tubes.

Chacune des plaques d'entraînement 26 comprend une partie 4I0 centra-le formant moyeu 28 qui s'adapte autour d'un arbre central 30 l 8 2458692

sur lequel elle est retenue au moyen d'une clavette 29, afin d'ob-

tenir la rotation des plaques d'entraInement du rotor avec l'arbre.

Les plaques d'entraînement de rotor 26 sont retenues dans leur position axiale sur l'arbre 30 au moyen de contre-écrous 34 vissés sur des parties 32 à diamètre réduit sur l'arbre, L'enlèvement des contre-écrous 34 permettra l'enlèvement des plaques 26 au moment

ou on le désire pour le démontage de l'appareil.

Chacune des plaques d'entraînement 26 de rotor porte

également trois goupilles ou chevilles 40 d'entraînement des élé-

ments d'étanchéité du rotor, goupilles qui sont espacées l'une de l'autre de 120 . Les goupilles présentent chacune une partie de base 40a fixée' dans une ouverture réceptrice dans la plaque d'entraînement correspondante 26 et une partie extreme extérieure arrondie 40b reliée à la partie de base 40a par l'intermédiaire

d'une partie rétrécie 40c.

Un pignon de chatne 44 servantà l'entrafnement du rotor

est claveté sur l'arbre au moyen d'une clavette 43, en un emplace-

ment central de cet arbre 30; le pignon de' cha ne comporte une pluralité de dents périphériques 46; les tubes 26 dans l'alésage du rotor passent à travoea des ouvertures en des emplacements espacés circonférentiellement autour du moyeu central 45 de la roue ou du pignon de chalné, les ouvertures étant dimensionnées de manière à permettre un léger déplacement axial des tubes de l'alésage de rotor. La roue de chalne 44 est retenue dans sa position centrale

sur l'arbre 30 au moyen de deux contre-écrous 50 et 52. Une ouver-

ture périphérique 54 est réalisée dans le logement 10 du rotor à l'emplacement axial de la roue de h9ine 44 pour le passage d'une chaîne d'entraînement venant d'un générateur de force motrice

externe approprié.

Ily a lieu d'indiquer que dans d'autres modes de réalisa-

tion de l'invention, l'arbre 30 et la roue de chaine d'entrane-

ment 44 Peuvent être omis et que l'on peut utiliser d'autres types d 'entraInement pour l'ensemble de rotor. On peut, par exemple, utiliser un entraînement périphérique avec des paliers appropriés de même qu'on peut employer un entraînement hydraulique interne utilisant une partie de la pression des fluides sous pression

introduits dans l'appareil.

Deux plaques d'étanchéité de rotor construitesde façon identiques, désignées par 56 dans leur ensemble,se trouvent à des extrémités opposées de l'ensemble de rotor 12 et à l'intérieur du logement de rotor 10. Chacune des plaques d'étanchéité 56 se

présente sous la forme générale d'un disque et comporte une sur-

face périphérique extérieure cylindrique 58 et deux surfaces ex-

trêmes opposées planes, sensiblement parallèles 60 et 62, la sur-

face 60 étant en regard de la plaque d'entraînement de rotor 26 adjacente et comportant une pluralité d'évidements 64 pour la

réception des tubes qui débouchent dans ceux-ci. Chacun des évide-

ments récepteurs de conduit 64 est d'un diamètre suffisamment grand pour recevoir de manière lâche la partie extrême de l'un

des tubes 18 à 22 de l'alésage de rotor.

Trois évidements 66 pour les goupilles d'entraînement sont réalisés dans la plaque d'étanchéité à partir de la surface

et sont disposés de manière à recevoir les extrémités exté-

rieures libres des goupilles d'entraînement 40 supportées par les plaques d'entraînement 26. Etant donné que chacune des goupilles d'entraînement 40 n'aboutit qu'au milieu environ de la longueur totale de l'évidement 66 correspondant, un certain mouvement alternatif de la plaque d'étanchéité correspondante 56 est possiblb selon la direction des goupilles d'entraînement. En outre, l'extréa

mité libre extérieure sphérique de chacune des goupilles d'entra$-

nement 40, combinée au diamètre réduit de la partie rétrécie 40c de cette goupille, permet un certain mouvement oscillatoire ou d'inclinaison de la plaque d'étanchéité 56 correspondante sur les

goupilles d'entralnement.

Chacune des plaques d'étanchéité 56 comporte un alésage

central 68 qui présente un diamètre légèrement supérieur au dia-

mètre extérieur de la partie 32 extrême réduite de l'arbre 30

qui passez à travers cet alésage, de sorte qu'un mouvement d'oscil.

lation ou d'inclinaison des plaques d'étanchéité 56 est possible

par rapport à l'axe de l'arbre 30. Dans d'autres modes de réali-

sation de l'invention qui ne comportent pas d'arbre central, tels qu'un ensemble de rotor entraîné périphériquement, il est toujours désirable que les plaques d'étanchéité soient capables de subir un mouvement d'inclinaison par rapport à l'axe de rotation de

l'ensemble de rotor.

Dans le but d'obtenir un contact étanche entre l'extré-

mité de chacun des tubes de l'alésage de rotor et la plaque d'étan.

chéité de rotor 56 correspondante, chacun des tubes comporte un épaulement externe l8b légèrement refoulé et se trouvant Juste à côté d'une rainure annulaire 18c prévue autour du tube de l'alésag de rotor, rainure dans laquelle sont diposée un anneau support "Parker" et un joint torique annulaire 70 de diamètre extérieur suffisant pour prendre appui, de manière à former un joint

étanche contre les parois de l'évidement récepteur de conduit cor-

respondant 64. Ce dispositif permet le maintien d'un contact as- surant l'étanchéité entre la partie extrême de chacun des tubes de rotor et la plaque d'étanchéité 56 correspondante, en dépit de tout mouvement d'inclinaison en relation avec les conduits, qu'il subit ou d'un déplacement axial, soit de la plaque d'étanchéité, soit des conduits. On peut utiliser d'autres types de dispositifs

d'étanchéité pour les tubes en outre de ceux représentés et décrits.

Un ressort de compression hélicoïdal 72 est disposé entre l'extrémité de chacun des tubes de l'alésage de rotor et le fond

de l'évidement correspondant 64. L'action de coopération des res-

sorts de compression 72 disposés à des extrémités opposées des divers tubes dans l'alésage de rotor presse élastiquement les plaques d'étanchéité 56 axialement vers l'extérieur dans le sens

de l'éloignement par rapport à l'ensemble de rotor 12.

La surface 62 de chacune des plaques d'étanchéité 66 comporte une surface annulaire surélevée 74 d'appui et d'étanchéité (voir figure 4) qui comprend neuf orifices 76 allongés en forme

d'arc de cercle ou de rein qui présentent un espacement circonfé-

rentiel identique l'un par rapport à l'autre sur la surface 74 et sont équidistants de l'axe de rotation central de l'ensemble de

rotor 12.

Comme représenté dans les figures 1 et 5, chacun des ori-

fices 76 est directement opposé à un évidement récepteur de conduit 64 et communique avec cet évidement formé dans la face opposée de la plaque d'étanchéité. Les orifices 76, de même que les évidements 64 récepteurs de conduit, sont séparés l'un de l'autre par ce qu'on

peut appeler des Ilots 78.

Aux extrémités opposées du logement de rotor 10, ce loge-

ment est-fermé par deux blocs de stator, de construction identique, généralement en forme de disque ayant une surface périphérique cylindrique 82, une surface extérieure 84 et une surface intérieure 86 qui est en regard de la plaque d'étanchéité adjacente 56. Les blocs de stator 80 sont chacun fixés au logement de rotor 10 au moyen d'une pluralité de boulons 16 qui traversent des alésages destinés à les recevoir, au voisinage de la surface périphérique du bloc de stator, alésage qui sont alignés avec des alésages il 2458692

taraudés 92 dans le logement de rotor 10.

Afin de monter l'ensemble de rotor 12 pour sa ratation, chacun des blocs de stator 80 est muni d'un alésage central relativement grand 94 qui reçoit un coussinet 96 supportant les extrémités opposées de l'arbre 30. L'arbre comporte des bagues à ressort 95 autour de ces parties extrêmes opposées adjacentes aux

blocs de stator pour empocher un déplacement axial de l'arbre.

Une seconde fonction importante des blocs de stator 80 consiste à faciliter le passage de fluides sous pression élevée et sous faible pression à partir de sources extérieures vers les orifices 76 ménagés dans les plaques d'étanchéité 56 et à partir de là, par l'intermédiaire des évidements 64 vers les divers tubes prévus dans l'alésage de rotor. Dans ce but, chaque bloc de stator

est muni de deux passages de fluide 97 et 98 à filetage interne -

qui vont vers l'intérieur du bloc de stator à partir de la surface

extérieure 84 et communiquent à leurs extrémités intérieures res-

pectivement avec les contre-alésages 99 et 100. Comme Représenté sur la figure 2, deux des paires d'alésage-contre-alésage sont prévus dans chaque bloc de stator 80 et sont espacés de 1800 l'une

de l'autre.

Une surface annulaire surélevée 102 d'appui et d'étanchéitd est prévue sur la surface intérieure 86 de chacun des blocs de

stator et fait saillie hors du plan de celle-ci et elle est réali-

sée avec deux orifices de distribution de fluide 104 et 106 en

arc de cercle qui communiquent respectivement avec les contre-

alésages 99 et 100. Les orifices 104 et 106 de distribution de fluide sontéquidistants de l'axe de rotation de l'ensemble de rotor 12 et sont courbés suivant des ares de cercle décrits par des rayons partant de l'axe de rotation de l'ensemble de rotor; ils sont disposés à une distance identique de l'axe de rotation de

l'ensemble de rotor 12 que les orifices 76 dans les plaques d'étan-

chéité. Ainsi, lorsque les plaques d'étanchéité 56 de l'ensemble

de rotorl12 tournent, les orifices 76 arrivent de manière inter-

mittente et périodique en coïncidence avec chacun des orifices 104 et 106 de distribution de fluide en arc de cercle. Sur la figure 3, on voit que des flots 108 et 110 séparent l'une de l'autre les extrémités adjacentes de deux orifices 104 et 106 de distri bution de fluide. Un orifice angulaire d'élimination de fluide 111

est formé dans chacun dés blocs de stator 80 aux extrémités op-

posées de chacun des orifices 104 et 106 de distribution de fluide

en arc de cercle. Comme représenté sur la figure 4, chacun des ori-

fices angulaires 111 d'élimination de fluide comprend une branche 112 qui part du fond de l'orifice de distribution correspondant en arc de cercle avec une disposition sensiblement parallèle à la surface intérieure 86 du bloc de stator correspondant et coupe à angle droit, une seconde branche 114 qui est ouverte dans l'un

des flots correspondants 108 et 110.

Lors du fonctionnement de l'appareil décrit, les blocs de stator aux extrémités opposées de l'ensemble sont initialement reliés aux deux fluides du procédés qui se trouvent à des pressions différentes et entre lesqueJsil doit y avoir transfert ou échange d'énergie liée à la pression. Pour des raison de commodité de

description; les deux fluides seront décrits comme les liquides

A et B et seront considérée come étant respectivement à des pres-

sion P2 et Pl. La pression P1 du liquide B est sensiblement supé-

rieure à la pression P2 du liquide A. L'un ou l'autre des liquides

ou les deux liquides à la fois peuvent être constitués par une sus-

pension ou bouillie.

Comme indiqué antérieurement, le dispositif qui est repré-

senté comme caractéristique de l'extrémité droite de l'appareil,

tel qu'il est représenté sur la figure 1, est reproduit dans l'extre-

mité droite de l'appareil non représentée et les orifices de distri-

bution pratiqués dans la surface d'appui et d'étanchéité du bloc de

stator à l'extrémité droite de l'appareil sont alignés longitudi-

naletuent avec les orifices de distribution 104 et 106. Ainsi, aux

instants o un ou plusieurs des tubes dans l'alésage de rotor com-

muniquent avec un orifice 104 ou 106 dans un bloc de stator à l'ex-

trémité gauche, le ou les mêmes tubes dans l'alésage du rotor com-

muni4ueront avec les orifices correspondants dans le bloc de stator

* se trouvant à l'extrémité droite de l'appareil.

Le liquide A dont on peut supposer qu'il a son origine dans un procédé industriel, passe par un conduit vers le "passage de fluide basse pression" 97 dans le bloc de stator 80. Le liquide A est immédiatement amené par le contre-alésage 99 vers "l'orifice de distribution basse pression" 104. L'orifice de distribution

aligné dans le bloc de stator 80 à l'extrémité opposée de l'appa-

reil communique par son contre-alésage et son passage de fluide taraudé, par l'intermédiaire d'un autre conduit, avec une zone à pression relativement faible, c'est-à-dire à une pression P2

légèrement inférieure à la pression P2 du liquide A. Dans de nom-

breux cas, cette pression P2 sera la pression atmosphérique.

Le deuxième orifice de distribution 106 en arc de cercle

formé dans le bloc de stator 80 à l'extrémité opposée de l'appa-

reil est relié par l'intermédiaire de son contre-alésage de comm-

unication et du passage de fluide à la source du liquide B à pres- sion élevée, c'est-à-dire à la pression P1. Le "'passage de fluide haute pression " 98 dans le bloc de stator 80 gauche représenté et le contrealésage 100 qui est en communication avec lui et "l'orifice de distribution haute pression"106, sont reliés-à un

moyen approprié de confinement de fluide qui peut retenir ou main-

tenir un fluide sous une pression P1 légèrement inférieure à P1 et dans lequel on peut pomper du fluide sous pression à partir du

passage 98 de décharge de fluide sous pression élevée.

On fait alors tourner, l'ensemble de rotor 12 autour de

l'axe de l'arbre 30 de sorte que les orifices 76 espacés circon-

férentiellement dans chacune des plaques d'étanchéité 56 sont chacun amenés périodiquement et séquentiellement en communication avec les orifices de distribution 104 et 106 en arc de cercle dans le bloc de stator adjacent 80. Si on se réfère aux figures 3 à 5, on voit que plusieurs des orifices 76 en forme de cacahuète dans le bloc de rotor 56 sont capables de communiquer simultanément

avec l'un des orifices de distribution allongés, en arc de cercle,.

sensiblement plus grands, pendant la rotation de l'ensemble de ro-

tor, de sorte que les neuf tubes dans l'alésage de rotor, repré-

sentés par les pièces tubulaires 18, 20 et 22, sont consécutive-

ment amenés dans l'alignement axial des grands orifices de distri-

bution 104 et 106 en arc de cercle, formés dans la face du bloc

se stator 80 qui est en pegatd de la plaque d'étanchéité 56.

Au moment o l'un quelconque des tubes dans l'alésage de

rotor est axialement aligné avec l'un des grands orifices de dis-

tribution en arc de cercle et avec son contre-alésage et le pas-

sage de fluide correspondant dans le bloc de stator 80, ces élé-

ments sont dans une disposition relative l'un par rapport à l'autre comme représentée dans le conduit 18, le contre-alésage 100 et le passage de fluide 98 tels qu'ils sont représentés dans la figure 1. A ce moment,.le liquide B à une pression P1 relativement élevée entre dans la pièce tubulaire 18 à partir de l'extrémité droite de l'appareil et entraîne l'organe de séparation vers la gauche et ce faisant, il déplace le liquide sur le c8té opposé de cet organe de séparation. Ce liquide est le liquide A provenant

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de la source de liquide à faible pression qui a été introduit dans le tube 18 de l'alésage de rotor à un moment antérieur dans le cycle de rotation lorsque ce tube de l'alésage de rotor était dans l'alignement axial de l'orifice de distribution 104 en arc de cercle, de faible pression dans le bloc de stator 80. Le fluide provenant du moyen de confinement de fluide décrit ci-dessus est simultanément mis en contact avec l'autre extrémité du tube 18 et exerce une pression P sur le liquide qui

se trouve alors dans le tube, pression qui est inférieure à la pres-

sion P1 du liquide B de sorte que l'organe de séparation 24 est

déplacé vers la gauche avec décharge du fluide A à travers l'ori-

fice 76 dans la plaque d'étanchéité 56 et à travers l'orifice de distribution 106 et le contre-alésage associé 100 ------ ainsi que

le passage de décharge 98 de fluide sous pression élevée. Ce der-

nier est relié au moyen de confinement de fluide qui peut main-

tenir un fluide à une pression élevée prédéterminée et qui permet

l'introduction par pompage de fluide sous pression en son inté-

rieur à partir du passage de décharge haute pression.

Lorsque l'ensemble de rotor 12 tourne de manière à amener

le tube 18 dans l'alésage de rotor en communication, par l'inter-

médiaire du dispositif d'étanchéité 56, avec l'orifice de distri-

bution de faible pression 104 et en conséquence avec le contre-

alésage 99 et le passage d'introduction 97 de fluide sous faible pression, l'organe de séparation 24 est dans la partie extrême gauche du tube 18 d'alésage de rotor. Le tube 18 est rempli à la droite de l'organe 24, du liquide B qui se trouve alors à une pression P3 inférieure à sa pression originale P1 et supérieure à la pression P1 à la suite du transfert d'énergie au liquide A déchargée par le passage de décharge 98 de liquide sous pression élevée. En outre, juste auparavent, l'extrémité gauche du tube 18 et l'orifice 76 avec lequel elle communique, ont été remplis du liquide A à la pression P1 qui est inférieure à P3 mais supérieure

à P2. *

Lorsqu'une telle communication a lieu entre le tube 18 et

le passage 97, le liquide A à pression relativement faible, c'est-

à-dire la pression P2 peut entrer dans le passage de fluide 97 et passer dans le tube 18 dont l'extrémité opposée sera alors en communication avec les orifices et les passages correspondants à l'autre extrémité de l'appareil. La pression du liquide B à droite de l'organe 24 sera diminuée et il sera déchargé à travers la plaque d'étanchéité et le bloc de stator vers la zone ue pression relativement faible à une pression P' qui sera inférieure à la pression P2 du liquide A qui entre à ce moment dans l'extrémité gauche du tube 18. Ainsi, l'organe 24 sera entrafné vers la droite de manière à évacuer le liquide B de l'appareil et le tube 18 sera rempli à nouveau de liquide A et le cycle est répété. La mise sous pression du liquide A commence au moment o le tube 18 a été

ramené dans la position représentée dans la figure 1 o il com-

munique à l'extrémité droite avec le passage de décharge 98 de pres-

sion élevée et reçoit du liquide B à pression élevée.

Chacun des neuf tubes dans 1alésage de rotor subit un cycle identique à celui qui vient d'être décrit en se référant au tube 18> séquentiellement pendant chaque rotation de l'ensemble de rotor. Les orifices de distribution dans le bloc de stator'sur le côté droit de l'appareil peuvent aussi être désignés comme un

orifice de distribution à faible pression et un orifice de distri-

bution à pression élevée étant donné que l'un "voit" une pression P1 relativement élevée après introduction du liquide B et l'autre

voit une pression relativement faible lorsque ce liquide est dé-

chargé.

Le fonctionnement d'un appareil de ce type général est expliqué plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique

No 3 431 747 qui est incorporé par référence à la présente descrip-

tion afin d'expliquer davantage les principes généraux de fonction-

nement. L'effet net est de transférer une partie importante de l'énergie liée à la pression d'un fluide sous pression élevée à un

fluide sous pression relativement faible.

Comme expliqué en détail dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 582 090 et 3 910 587, un facteur important en ce qui concerne l'efficacité de fonctionnement de ce type d'appareil réside dans l'efficacité et le mode de fonctionnement des plaques d'étanchéité qui maintiennent des joints pour le fluide entre l'ensemble de rotor et lsbIooecsstator. On verra que dans l'appareil suivant la présente invention, l'étanchéité est obtenue, en premier

lieu,par le contact assurant l'étanchéité entre la surface annu-

laire d'appui et d'étanchéité 74 et la surface annulaire d'appui et d'étanchéité 102 correspondante de chacun des blocs de stator et comportant les orifices de distribution 104 et 106 en arc de cercle. Pour obtenir une étanchéité appropriée, il est essentiel que les plaques d'étanchéité 56 prennent appui contre les blocs de - stator 80 avec une force adéquate pour maintenir les surfaces 74 et 102 dans un-contact boutà-bout, plan assurant l'étanchéité à tout moment pendant la rotation de l'ensemble de rotor 12. ( Le

Ucontact assurant l'étanchéité" mentionné dans la présente descrip-

tion est un contact" tel qu'une faible fuite conduisant au dévelop- pement et à la présence dtune pellicule liquide stable entre les surfaces d'étanchéité est provoquée à dessein de manière qu'elle ait lieu pendant le fonctionnement de l'appareil). Comme expliqué de manière plus détaillée dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 582 090 et 3 910 587, une force qui dépasse celle qui est requise pour maintenir un tel contact assurant l'étanchéité ne doit pas eftre exercée étant donné qu'elle augmenterait la résistance s'opposant à la rotation de l'ensemble de rotor 12 et qu'elle diminuerait l'efficacité de même qu'elle réduirait la durée de

5 vie utile des plaquesd'étanchéité.

Diverses propositions ont été faites pour modifier la sur-

face, la géométrie et la relation spatiale de ces orifices et pas-

sages formés dans les plaques d'étanchéité et dans les blocs de stator afin d'améliorer l'efficaoité du système et d'augmenter la durée de vie des plaques d'étanchéité. Certains de ces dispositifs sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 3 582 D90 et 3 910 587. En général, le principe à la base de ces propositions est de modifier les surfaces de la]iaque d'étanchéité sur lesquelles agissent les pressions de fluide différentes en différents moments pendantla rotation du rotor de sorte qu'on fait varier les forces

agissant sur les faces opposées de la plaque d'étanchéité en liai-

son avec les conditions de pression de fluide qui varient, afin d'essayer de réaliser la force minimale nette qui est suffisante pour maintenir un contact assurant l'étanchéité aussi continue que

possible entre la plaque d'étanchéité et le bloc de stator.

En modifiant la configuration des orifices et des surfaces des flots, la grandeur des forces agissant sur les faces opposées de la plaque d'étanchéité est modifiée de manière à réduire au minimum la force nette agissant pour presser la plaque d'étanchéité contre le bloc de stator. Les difficultés pour réduire au minimum le déséquilibre de forces transversalement à la plaqued'étanchéité à tout moment pendant la rotation de l'ensemble de rotor est en grande partie dû au fait que pendant un incrément de son cycle de rotation, la plaque d'étanchéité est soumise à une-pression relativement élevée et à un autre instant elle est soumise à une

pression relativement basse.

Si on se réfère à l'état de l'ensemble de rotor 12 repré-

senté sur la figure 1 lorsque le tube 18 de l'alésage de rotor est aligné par l'intermédiaire de l'évidement 64 et de l'orifice 76 en arc de cercle avec l'orifice de distribution 106 de fluide sous pression élevée, en arc, de cercle, dans le bloc de stator 80, le liquide A est évacué de ce tube par la force agissant sur l'organe de séparation 24 à la suite de l'introduction à ce moment du fluide B sous pression relativement élevée dans l'extrémité droite du tube 18. Le liquide A est déchargé par le passage à pression élevée 98 dans une chambre (non représentée) o le liquide est confiné. A ce moment, le liquide A attreindra une certaine pression P1 qui est

supérieure à la pression P2 originale de conduit et pour des rai-

sons de commodité sera désignée ci-dessous comme P4 c'est-à-dire P1 = P4. Le liquide A exerce ainsi la pression p4 sur la surface

exposée au fond de l'évidement récepteur de conduit 64. Cette sur-

face est une surface équivalente à la somme des surfaces A, et A2 représentées dans la figure 5. Exprimé d'une manière différente>- 1a surface sur laquelle agit la pression P4 est la différence entre la surface de l'évidement 64 et la surface de l'un des orifices 76

en arc de cercle. La force de "serrage" F agissant à cet emplace-

ment sur la plaque d'étanchéité et tendant à la déplacer dans la direction du bloc de stator sur sa face opposée est de ce fait

égale à P4 (A1 + A2).

Sur la surface opposée de la plaque d'étanchéité 56, une force "d'ouverture"F2 résultant de la pression exercée par le liquide A agit sur la surface annulaire surélevée 74 d'appui et d'étanchéité et tend à déplacer la plaque d'étanchéité de manière à l'éloigner du bloc de stator 80. On considère un accroissement de la force F2 associé à chaque orifice 76 en arc de cercle et à l'îlot 78 correspondant qui le précède lorsque les deux passent

devant l-'orifice à pression élevée 106, chacun de ces accroisse-

ments de la force F2 étant approximativement équivalent à la pres-

sion P4 multipliée par une surface A de l'îlot 78 sur l'orifice 106 à pression élevée plus approximativement la moitié du produit de la pression P4 multipliée par une surface A4 les surfaces A3

et A4 étant représentées sur la figure 4.

Afin que la plaque d'étanchéité 56 maintienne son con-

tact d'étanchéité avec le bloc de stator 80, la force de serrage

18 2458692

Fi doit dépasser la force d'ouverture F2, mais cela d'une quantité aussi faible que possible, de sorte qu'une résistance excessive ne s'exerce pas sur l'ensemble de rotor 12 et que l'énergie requise

pour faire tourner l'ensemble de rotor ne soit pas ainsi augmentée.

Ceci est obtenu en réglant sélectivement les surfaces A et A4 par une construction et un dimensionnement appropriés de la surface d'appui et d'étanchéité annulaire 74 et par réglage de la distance

qui sépare les orifices 76 en forme d'arc de cercle.

Lorsque l'ensemble de rotor 12 et la plaque d'étanchéité 56 continuent à tourner, l'orifice 76, l'évidement 64 et le tube 18 tournent hors de communication avec l'orifice de distribution 106 à pression élevée et dans l'alignement de l'Âlot 108 entre les orifices 106 et 104. L'flot 78 en avant sur l'orifice 76 se déplace également dans l'alignement de l'îlot 108 du bloc de stator 80. Le liquide A restant dans la partie extrême gauche du tube 18 et dans l'évidement récepteur de conduit 64 et l'orifice 76 qui coïncide est ainsi retenu dans l'orifice 76 et l'évidement

64 à la pression P4 et continue à exercer sa pression sur les sur-

faces A1 et A2 comme décrit ci-dessus. Une force de serrage F3 = F1

= pi4 (AI + A2) agit ainsi à ce moment.

Le liquide A continue également à exercer une pression sur la surface d'appui et d'étanchéité 74 sur la face opposée de la plaque d'étanchéité 56 et autour de l'orifice 76. Lorsque l'orifice

76 et l'tlot adjacent 78 se trouvent au-dessus de l'tlot 108, ce-

pendant, la force d'ouverture F4 exercée sur la plaque d'étanchéité

et tendant à l'éloigner du bloc de stator, devient approximative-

ment égale à 1/2 P4 ( A3 + A4) (voir brevets des Etats-Unis

d'Amérique No 3 582 090 et 3 910 587).

Ainsi, la force d'ouverture F4 à ce moment est sensiblement inférieure à F2 qui agit lorsque l'orifice et les 1fots 78 adjacents

sont dans l'alignement de l'orifice 106.

Après rotation ultérieure, l'orifice 76 s'approche de

l'orifice- de distribution 104 à faible pression et passe en tra-

vers de la branche 114 de l'orifice angulaire 111 d'élimination de fluide qui va à l'orifice de distribution de fluide à faible pression. Cette position est représentée sur la gauche dans la figure 6. L'orifice 76 à droite dans la figure 6 l'a déjà dépassé et en communication avec l'orifice de distribution 104 à faible pression. A ce moment, le liquide A à la pression P4 peut passer à travers l'orifice d'élimination 111 dans l'orifice 104 comme représenté par les flèches sur la figure 6, étant donné que la

pression P4 est sensiblement supérieure à la pression P2 du li-

quide A qui est introduit par l'intermédiaire de l'orifice 104.

L'écoulement du liquide A abaisse la pression effective du liquide A emprisonné dans l'orifice 76 de gauche et réduit ainsi la force

de serrage. La vitesse d'écoulement à travers l'orifice 111 aug-

mente à partir de l'instant o le bord arrière de l'tlot 78, comme représenté par la ligne en pointillée B de la figure 6 commence d'abord à découvrir l'orifice d'écoulement 111 Jusqu'à ce qu'on

atteigne la communication complète.

L'épaisseur des tlots 78 est sensiblement équivalente à l'épaisseur de la partie de la surface d'étanchéité 102 qui sépare

la branche 114 de l'orifice 104. Ainsi, après que cette communi-

cation complète existe, l'tlot 78 e.n avance sur l'orifice 76 com-

mence à se déplacer au-dessus de l'orifice 104, la position du bord avant de l'tlot étant représentée par la ligne en pointillés C. Lorsque l'orifice de gauche 76 se déplace comme décrit, la pression exercée par le liquide A sur les surfaces A1 et A2 est initialement diminuée avec une diminution résultante en ce

qui concerne la force de serrage tendant à pousser la plaque d'étan-

chéité 56 vers le bloc de stator 80. Cette diminution de la force de serrage a une force de serrage F5 [égale à P2 ( A1 + A2)]à lieu

à une vitesse augmentant graduellement. Immédiatement après la dim-

inution de pression exercée par le liquide A emprisonné, ce liquide A la pression P2 dans l'orifice 104 commence à agir sur une partie

de la surface A5 du côté du bloc de stator de l'tlot 78. Etant don-

né que la pression P2 est sensiblement inférieure à la pression P4 le résultat net est une diminution de la force d'ouverturen dautres térmes, si à ce moment la pression dans la partie gauche 76 a été réduite à une certaine pression Px qui est intermédiaire entre P4 et P2' la force de serrage agissante sera égale à Px ( A, + A2)

qui est inférieure a F1 ou F3 et la force d'ouverture sera appro-

ximativement égale à Px ( A3 - A5) Px A$ P A

I+.+

ce qui est inférieur à la force d'ouverture F4. Lorsque la pression du liquide dans l'orifice 76 est devenue égale à la pression P2 dans l'orifice 104, le force de serrage devient égale à F5 = P2 (A1 + A2) et la force d'ouverture devient F6 = P(A3- A)

2 2

+2 A4 + P2 A5

Si l'on n'avait pas prévu l'orifice d'écoulement 111, il

en résulterait un abaissement soudain de la force d'ouverture agis-

sant sur le coté bloc de stator de la plage d'étanchéité 56 au

moment o l'îlot 78 a commencé à se déplacer sur l'orifice de dis-

tribution 104 à faible pression sans qu'il y ait diminution de com-

pensation de la force de serrage P tendant à déplacer la plaque -3 d'étanchéité vers le bloc de stator. Ceci de son coté conduirait à une augmentation soudaine de la résistance exercée sur l'ensemble

de rotor 12.

Ainsi, l'orifice d'écoulement 111 réduit une augmentation

soudaine de la force différentielle en travers de la plaque d'étan-

chéité par réduction de la pression exercée par le liquide A sur les surfaces A1 et A2 et il facilite un réglage automatique de la grandeur de la force de serrage agissant sur la plaque d'étanchéité

et un équilibrage avec la force d'ouverture antagoniste.

-Une action identique a lieu lorsque chacun des divers

orifice 76 et des flots correspondant 78 en avance sur eux se dé-

placent séquentiellement vers l'avant et d'abord au-dessus de l'ori-

fice d'écoulement 111 et ensuite de l'orifice 104.

L'action opposée a lieu au moment o l'orifice 76 et l'tlot 78 qui est enarance sur lui s'approchent de l'orifice 106 à pression élevée, comme représenté dans la figure 7. Avant l'arrivée dans la position représentée, l'orifice 76 a traversé l'orifice 104 et a été soumis à la charge du liquide A à la pression P2. Après ce moment et lorsque l'orifice 76 et l'flot 78 associé en avance sur

lui commencent à se déplacer au-dessus de l'tlot 110 dans la sur-

face 102 du bloc de stator 80, le liquide A exerce la pression P2 sur les surfaces A1 et A2 de sorte qu'une force de serrage F7 qui est équivalente à P2 (A1 + A2) agit et est identique à F. Sur la face opposée de la plaque d'étanchéité 56, une force d'ouverture F8 agit simultanément sur la plaque d'étanchéité et est équivalente 2 3 A 2 A4. Lorsque l'orifice 76 et l'tlot 78 s'approchent

2 + 2

de l'orifice de distribution 106 haute pressionl'flot 78 se déplace

d'abord sur l'extrémité supérieure ouverte de la branche 114 de 1'ori-

fice d'écoulement. La surface de l'extrémité ouverte de la branche

114 est très petite, de sorte que la force exercée sur l'tlot 78.

qui passe alors directement sur l'orifice d'écoulement, est aussi très petite et a un effet insignifiant sur la grandeur totale de la force d'ouverture agissant immédiatement avant l'instant

o l'îlot passe au-dessus de l'orifice d'écoulement 111.

Après que l'flot 78 a traversé l'orifice d'écoulement 111,.

qui est en communication avec l'orifice de distribution 106 à pres- sion élevée, l'orifice 76, qui suit cet tlot, commence à traverser l'orifice d'écoulement avec pour résultat que le liquide A à la pression P4 s'écoule dans l'orifice 76 et augmente la pression agissant sur les surfaces Ai et A.. Une accumulation de pression à cet emplacement commence au moment o le bord arrière B de l'flot

78 commence d'abord à découvrir l'orifice d'écoulement 111. L'aug-

mentation de pression continue Jusqu'à ce que l'tlot 78 se trouve bien audessus de l'orifice 106, sa surface étant sensiblement complètement exposée à la pression P4, lorsqu'une augmentation de la force d'ouverture à lieu. L'augmentation de la force d'ouverture est contrebalancée par l'accumulation de pression s'exerçant sur

les surfaces A1 et A2, laquelle augmente la force de serrage.

La description ci-dessus a été relative aux modifications

des forces de serrage et d'ouverture qui agissent sur la plaque d'étanchéité 56 à l'extremité gauche de l'ensemble de rotor 12 lorsque l'ensemble de rotor effectue une rotation et elle s'est référée de manière spécifique au tube 18 dans l'alésage de rotor et aux orifices de distribution 106 et 104 à pression élevée et à faible pression. Naturellement, le même type de fluctuation en ce qui concerne les forces de serrage et d'ouverture a lieu au bloc

de stator 80 et à la plaque d'étanchéité 56 se trouvant à l'extré-

mité droite de l'appareil o le liquide B est distribué par des orifices de distribution 106 et 104 à pression élevée et à faible pression, ceuxci étant alignés avec les orifices correspondants

pour le liquide A à l'extrémité gauche.

Il y a lieu de comprendre qu'il est possible dans d'autres

modes de réalisation de l'invention d'étendre les orifices d'écoule-

ment à d'autres emplacements externes sur les blocs correspondants

de stator et de mettre à cet emplacement les orifices correspon-

dants en communication avec des tubes capillaires ou 'des disposi-

tifs analogues reliés aux conduits respectifs à pression élevée et à faible pression qui sont raccordés par vissage aux passages

97 et 98 à pression élevée et faible.

Bien que la fonction désirable attribuée aux orifices 111 ait été décrite comme ayant lieu à ces orifices tels qu'ils sont a prévus aux extrémités des orifices de distribution de fluide qui sont orientés en amont dans le sens de rotation de l'ensemble de

rotor 12 et de ses plaques d'étanchéité associées 56, ces ori-

fices d'écoulement sont également prévus sous une forme identique aux extrémités opposées de chacundes orifices de distribution de

fluide dans les blocs de stator. Cette construction à double ori-

fice permet de faire au choix l'ensemble 12 dans l'un et l'autre

sens et permet, ce qui est plus important l'utilisation interchan- geable des blocs de stator aux extrémités opposées de l'appareil,

sans qu'il soit nécessaire de choisir et de fixer de manière ap-

propriée un bloc de stator droit et un bloc de stator gauche

pour un sens de rotation particulier.

Comme cela a été mentionné, les plaques d'étanchéité 56 sont montées sur l'ensemble de rotor 12 de manière à permettre un déplacement axial limité flottant. Il y a lieu de remarquer que l'on ne prévoit pas de joints toriques ou de pièces d'étanchéité élastiques similaires à un emplacement quelconque dans l'une ou l'autre des surfaces d'appui et d'étanchéité de l'une et l'autre des paires de bloc de stator - plaque d'étanchéité. Uniquement, un

seul joint torique conventionnel est requis autour de chaque extré-

mité de chacun des tubes de l'alésage de rotor à l'emplacement o

il fait saillie dans l'éiidement correspondant 64.

En prévoyant des joints à cet emplacement et en adaptant les divers tubes dans l'alésage de rotor dans leurs évidements récepteurs de conduit correspondants, les plaques d'étanchéité présentent une certaine liberté de mouvement par rapport aux divers tubes de l'alésage de rotor. Etant donné qu'il y a trois goupilles

d'entraînement des plaques d'étanchéité de rotor avec des espa-

cements circonférentiels de 1200, il existe la possibilité d'un mouvement d'inclinaison libre dès plaques d'étanchéité par. rapport à l'axe de l'arbre 30 et ainsi par rapport aux divers tubes de rotor qui font saillie dans chacune des plaques d'étanchéité sans que celles-ci soient disposées de travers ou bloquées contre l'un quelconque de ces tubes de l'alésage de rotor. Cette capacité de flottement des plaques d'étanchéité 56 combinée-à la petite force de charge statique exercée sur les plaques d'étanchéité par les

ressorts hélicoïdaux 72 permet de s'assurer que la surface annu-

laire surélevée d'appui et d'étanchéité 74 se trouvant sur le c8té de chacune des plaques d'étanchéité qui est en regard du bloc de stator 80 peut être à auto-réglage et à auto-compensation lorsqu'

elle subit une usure, en particulier si cette usure a lieu ce ma-

nière irrégulière autour de la surface d'étanchéité annulaire complète.

Ona trouvé que l'inclusion d'un nombre impair, et de pré-

férence de 9, des orifices 76 équidistants, en forme de cacahuète, contrairement à ce qui a lieu pour un nombre différent de tels

orifices, consitue un facteur important en ce qui concerne la régu-

larité et l'uniformité de fonctionnement de l'appareil conforme

à l'invention. On ne connaît pas entièrement les raisons pour les-

quelles ce nombre impair est avantageux. On pense cependant que le fait qu'à tout moment pendant la rOtation de l'ensemble de rotor 12, le mêeme nombre total d'orifices 76 ou unefraction de celui-ci, qui est en communication avec l'orifice de distribution 106 à pression élevée sera en communication avec l'orifice de distribution 104 à

faible pression et que ce nombre sera constant pendant chaque incré-

ment du cycle de rotation de l'ensemble de rotor 12, permet de s'as-

surer qu'il ne se développera pas d'à-coups en ce qui concerne

l'alimentation de l'ensemble de fluide à faible pression et à pres-

sion élevée. Il en est ainsi parce que la capacité d'écoulement de fluide par l'intermédiaire d'orifices de distribution à pression

élevée et à faible pression reste constante, c'est-à-dire ne varie pas-

pas à un moment quelconque pendant le fonctionnement. Ces résultats

n'ont pas été obtenus lorsqu'on a utilisé un nombre différent d'ori-

fices 76 et de tubes associés à l'alésage de rotor, bien que le

dispositif puisse encore fonctionner.

Pendant le fonctionnement de l'appareild'échange d'énergie, la géométrie des orifices et la vitesse de rotation de l'ensemble de rotor sont choisies de façon que la période de communication des orifices et de l'introduction de fluide dans les tubes de l'alésage

derooesoiten relation optimale avec le temps de déplacement de l'or-

gane se séparation dans le tube de manière à rendre l'efficacité

maximale et à réduire au minimum les pulsations de débit et de pres-

sion. Bien que l'appareil ait été décrit en se référant à un échange d'énergie entre des liquides ou des suspensions, il est

également utilisable avec des gaz ou des vapeurs.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour l'échange d'énergie liée à la pression entre un fluide à une pression relativement élevée et un fluide à une pression relativement faible, cet appareil comprenant un ensemble de rotor pouvant tourner autour d'un axe de rotation,

l'ensemble comprenant une pluralité de conduits espacés circon-

férentiellement, chacun ayant intérieurement un organe de sépara-

tion déplaçable axialement divisant le conduit en deux compar-

timents, une plaque d'étanch4ité adjacente à chaque extrémité LO axiale de l'ensemble de rotor et munie d'une pluralité de passage de fluide qui la traversent et un bloc de stator disposé axialement vers l'extérieur de chaque plaque d'étanchéité et muni d'au moins deux conduits qui le traversent, les conduits de chacun des blocs

communiquant en pression avec ceux de l'autre bloc par l'inter-

L5 médiaire d'un passage de fluide prévu dans la plaque d'étanchéité

et l'un des conduits, caractérisé par le fait que les plaques d'étan-

chéité (56) sont montées flottantes, de manière à permettre un déplacement axial limité relativement à l'ensemble de rotor (12)

ou au bloc de stator adjacent (14) tout en étant en contact assu-

>0 rant l'étanchéité respectivement avec le bloc de stator ou l'en-

semble de rotor adjacent.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des plaques d'étanchéité (56) peut tourner avec

l'ensemble de rotor précité (12).

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les plaques d'étanchéité (56) et l'ensemble de rotor (12) sont munis de goupilles d'entraînement (40) disposées axialement,

qui coopèrent avec des évidements (66).

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le

fait que chacune des goupilles d'entratnement précitées et réali-

sée avec des parties extrêmes arrondies (40b) à l'extrémité enga-

geable dans les évidements précités (66) et avec des parties rétré-

cies (4oc) adjacentes aux parties extrêmes arrondies.

5. Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, carac-

térisé par le fait que trois goupilles coopérant avec des évidements sont prévus sur chacune des plaques d'étanchéité, les goupilles et

les évidements précités étant circonférentiellement espacés de 120 .

6. Appareil selon l'une des revendications 2,3,4 ou 5,

caractérisé par le fait que les plaques d'étanchéité précitées sont /0 pressées élastiquement, dans la direction axiale, contre les blocs

de stator adjacents précités.

7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, carac-

térisé par le fait que l'ensemble de rotor précité comprend une pluralité de tubes espacés circonférentiellement (18,20,22) montés suivant une disposition annulaire sur deux plaques d'entraînement (26) et passant à travers celles-ci, ces plaques étant espacées axialement par rapport aux extrémités des tubes; que les extrémités des tubes sont disposées dans des évidements (64) qui les reçoivent

et qui sont prévus dans les plaques d'étanchéité, et que les évide-

ments, qui reçoivent les tubes, communiquent avec les passages (76)

prévus dans les plaques d'étanchéité.

8. Appareil selon les revendications 6 et 7, caractérisé

par le fait que des ressorts (72) sont disposés dans les évidements (64) précités entre les extrémités du tube et les extrémités des évidements, afin de presser les plaques d'étanchéité vers les blocs

de stator.

9. Appareil selon l'une des revendications 7 ou 8, carac-

térisé par le fait que le rotor précité comprend un arbre d'entrat-

nement axial central (30) claveté (en 28,29) à la plaque d'entraî-

nement (26).précitée et monté dans des paliers (96) prévus dans

les blocs de stator précités (14) et qu'un pignon à chaîne d'entra!-

nement (44) est claveté sur l'arbre d'entrà1nement précité, les

tubes (18,20,22) précités passant à travers des trous dans le pi-

gnon à cha:ne d'entratnement.

10. Appareil selon l'une des revendications 2 à 9, carac-

térisé par le fait que les plaques d'étanchéité précitées compor-

tent une surface annulaire (74) d'appui et d'étanchéité faisant saillie axialement, en contact avec le bloc de stator (14) précité, la surface d'appui et d'étanchéité précitée étant munie d'orifices en forme de rein en contact avec la surface en regard (102) des

blocs de stator(14).

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que-la surface en regard (102) est réalisée avec des orifices de distribution (104, 106) en forme d'arbde cercle, que lesdits orifices communiquent avec les alésages (97,98) de manière à former les conduits à travers les blocs de stator, et que les passages

découlement (111,112,114) font communiquer les orifices de distri-

bution en arc de cercle avec un point sur la surface (102) en regard des blocs de stator en amont des orifices de distribution

dans le sens de rotation des plaques d'étanchéité.

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12. Appareil selon l'une des revendications 1 à 11

caractérisé par le fait qu'il y a neuf conduits dans l'ensemble de rotor.