FR2480866A1

FR2480866A1 - Machine a piston rotatif

Info

Publication number: FR2480866A1
Application number: FR8107508A
Authority: FR
Inventors: Ottmar Winkler; Egon Pfaller
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1981-10-23
Also published as: DE3014520A1; GB8320231D0; GB2074246B; GB2123897B; GB2074246A; GB2123897A; FR2480866B1; JPS56159506A; US4451215A

Abstract

MACHINE COMPORTANT UN PISTON ROTATIF SUR LEQUEL SONT ARTICULEES PIVOTABLES DES PALETTES OSCILLANTES REPARTIES SUR SON POURTOUR ET APPUYEES EN MARCHE SUR L'ALESAGE PAR LA FORCE CENTRIFUGE. LES PALETTES OSCILLANTES 17 ONT LA FORME D'AILETTES ET CONSTITUENT UNE SEULE PIECE AVEC UNE PARTIE EXTREME RENFORCEE 18 DE SECTION CIRCULAIRE ET LE PISTON ROTATIF 2 COMPORTE PLUSIEURS EVIDEMENTS 16 AXIAUX DE SECTION CIRCULAIRE EUX AUSSI POUR Y LOGER PIVOTABLES LESDITES PARTIES EXTREMES 18 DES PALETTES OSCILLANTES 17. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A TOUTES POMPES MULTICELLULAIRES A PALETTES, COULISSANTES OU OSCILLANTES.

Description

"Machine à piston rotatif."

La présente invention concerne une machine à piston rotatif, notamment une pompe multicellulaire, comportant,

dans un carter, un piston rotatif sur lequel sont articulées.

pivotables autour d'axes parallèles à son axe de rotation plusieurs palettes oscillantes réparties uniformément sur son pourtour et s'appuyant sur l'alésage du carter sous l'action de la force centrifuge lors de la rotation dudit piston.

On connaît par le brevet américain n0 1 458 361 une ma-

chine à piston rotatif axé en position excentrée dans le carter dans laquelle quatre palettes oscillantes réparties uniformément sur le pourtour dudit piston sont pivotables au moyen d'un levier autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation du rotor. Les palettes oscillantes reliées par un levier se déplacent en direction essentiellement radiale par rapport au piston rotatif et s'appuient par une face frontale sur l'alésage cylindrique du carter. Les leviers sont articulés sur le piston rotatif au moyen de boulons

séparés qui traversent des alésages desdits leviers.

Dans une réalisation analogue faisant l'objet du bre-

vet allemand n0 1 286 851, les palettes oscillantes, articu-

lées pivotables dans des chambres du piston rotatif au moyen d'axes, sont divisées transversalement pour établir

une étanchéité parfaite et comportent un dispositif de ré-

glage au moyen duquel la partie d'étanchéité est déplaçable par rapport à la partie articulée de la palette oscillante en direction de l'axe longitudinal commun et peut tourner

autour de celui-ci.

Dans ces réalisations connues, les chambres forment, pour accueillir les palettes oscillantes, des évidements

relativement profonds dans le piston rotatif, ce qui con-

duit, pour des raisons de place et de stabilité, à des di-

mensions radiales très importantes. On fe peut réaliser que difficilement des machines à piston rotatif de dimensions

radiales relativement faibles. En outre, les palettes oscil-

lantes, à déplacement essentiellement radial, sont guidées

le long d'une surface d'étanchéité curviligne des chambres.

Il existe donc, dans ces machines à piston rotatif connues, quatre surfaces d'étanchéité, lesquelles ne favorisent pas

une parfaite étanchéité et en augmentent le coût. Les palet-.-

tes oscillantes glissent sous une pression d'appui radiale sur la surface d'alésage du carter, âvec un frottement et une usure notables. L'usure due au fonctionnement et le frottement augmentent la déperdition de puissance, si bien

que le rendement de ces machines connues n'est pas très bon.

La configuration compliquée des pièces et les éléments sup-

plémentaires de fixation des palettes oscillantes rendent plus difficiles la réalisation et l'assemblage de la machine, ce qui, abstraction faite des mesures à prendre, en vue de

l'étanchéité parfaite, lors de l'usinage des pièces, augmen-

te aussi, dans une mesure non négligeable, les frais de fabrication. L'invention a pour objet une machine à piston rotatif du genre annoncé qui, par la simplicité de sa structure, de sa réalisation et de son assemblage, soit d'une fabrication économique, tout en permettant une faible hauteur hors tout

radiale et n'entraînant que de faibles pertes par frotte-

ment et usure.

Cette machine à piston rotatif est caractérisée par

le fait que ses palettes oscillantes ont la forme d'ailet-

tes, par exemple en segments d'anneaux circulaires, et

constituent une seule pièce avec une partie extrême renfor-

cée et de section.essentiellement circulaire et que le pis-

ton rotatif comporte, répartis sur sa surface latérale et son pourtour. plusieurs évidements de direction axiale et de section essentiellement circulaire eux aussi, pour y loger pivotables lesdites parties extrêmes de palettes

- sTlIIantés..-

Il résulte de ces dispositions une forme simple des

palettes oscillantes, si bien qu'elles peuvent être fabri-

quées à partir d'un matériau profilé et seulement coupées à la longueur vouéue. Leur partie extrême circulaire et les évidements circulaires correspondants du piston rotatif

assurent aisément leur fixation, sans éléments supplémen-

taires,sur ledit piston rotatif. Ce dernier peut lui aussi être fabriqué de façon simple à partir d'un matériau profilé

dont on coupe les différents tronçons à la largeur voulue.

Selon une autre particularité de l'invention, les pa-

lettes oscillantes sont en disposition essentiellement tan-

gentielle par rapport à la surface latérale du piston rota-

tif. Il résulte de cette particularité une faible extension

radiale, en sorte que la hauteur hors tout du piston rota-

tif muni des palettes oscillantes est extrêmement faible.

Cette réalisation ne nécessite aucun dispositif d'étanchéité

des palettes oscillantes par rapport à une chambre intérieuv-

re au piston rotatif, aussi le nombre des surfaces d'étan-

chéité se trouve-t-il réduito Suivant une autre particu-

larité avantageuse, le piston rotatif comporte, sur son pourtour, des évidements peu profonds adaptés à la forme

de section des palettes oscillantes dans lesquels celles-

ci peuvent se rabattre. Cette disposition contribue elle aussi à la réduction de la hauteur hors tout radiale et à

une réduction très forte de la hauteur de section des palet-

tes oscillantes elles-mêmes.

Pour éviter un collage possible des palettes oscillan-

tes au piston rotatif lors du transport de fluides visqueux, des évidements ou des saillies interrompant les surfaces en

appui mutuel peuvent être ménagés entre la surface latéra-

le du piston rotatif et la surface opposée de la palette oscillanteo En cas de besoin il est également possible de placer des éléments élastiques à action essentiellement radiale entre la surface latérale du piston rotatif et la

surface opposée de la palette oscillante. Ces éléments élas-

tiques poussent les palettes oscillantes hors des évidements

correspondants du piston rotatif.

On peut aussi réaliser un guidage forcé des palettes oscillantes dans lequel celles-ci comportent, sur au moins une de leurs faces latérales, des saillies ou élévations analogues tandis que les surfaces intérieures opposées du carter sont elles-memes munies d'évidements curvilignes dans lesquels pénètrent lesdites saillieso Les saillies

ainsi guidées dans lesdits évidements commandent les palet-

tes oscillantes, c'est-à-dire les ouvrent ou les ferment, en sorte qu'elles viennent en appui contre l'alésage du carter

et ne peuvent par conséquent pas adhérer aux surfaces d'ap-

pui du piston rotatif. Le même effet s'obtient, de façon différente, si le

carter comporte, sur au moins une de ses surfaces intérieu-

res opposées aux faces latérales des palettes oscillantes,

une saillie curviligne et que la face latérale correspondan-

te desdites palettes oscillantes soit elle-même munie d'un

évidement dans lequel la saillie curviligne en question pé-

nètre. Dans certains cas d'utilisation déterminés, la machine à piston rotatif doit tourner sans transport, ou avec transport nul, du fluide intéressé. A cet effet, suivant

une forme de réalisation préférée de l'invention, sont dis-

posées dans le piston rotatif, en la zone de chaque palette

oscillante, des broches de direction essentiellement ra-

diale qui pénètrent par une extrémité dans un évidement de la partie extrême circulaire de la palette oscillante et sont en appui par l'autre extrémité sur la surface latérale d'un cône coulissable axialement dans un alésage central

de l'arbre du piston rotatif. Quand on déplace le cône axia-

lement, il pousse les broches vers l'extérieur, si bien que les palettes oscillantes pivotent autour de leur axe et se rabattent dans les évidements du piston rotatif. Il ne se forme donc plus de chambresfermées dans lesquelles du

fluide puisse être transporté.

Pour réduire le frottement et l'usure entre les palettes oscillantes et l'alésage du carter, on peut aussi disposer tournante par rapport à ce dernier, dans l'alésage dudit e carter, une douille cylindrique. Cette douille "flottante" tourne avec les palettes oscillantes, Si bien qu'il ne se produit entre celles-ci et la paroi intérieure de la douille que de faibles mouvements relatifs, d'o une usure

très modért.'e seulement.

Pour que la douIle puisse tourner facilement dans

1!'alésage du carter, on race;e, pour l'amenée et la distri-

2480 66

bution de lubrifiant, des rainures ou autres guidages ana-

logues sur la surface latérale de la douille ou sur la paroi

de l'alésage du carter opposée à ladite surface latérale.

Le film de lubrifiant ainsi produit sépare les surfaces glis-

sant les unes sur les autres.

Pour réduire le frottement et la déperdition de puissan-

ce, on peut ménager, pour l'amenée et la distribution de lubrifiant, des rainures, par exemple spirales, sur les faces frontales du piston rotatif ou sur les surfaces du carter

opposées à ces dernières.

Pour permettre de fabriquer et usiner facilement le carter, celui-ci peut se composer de deux parties latérales en forme de disques qui accueillent les paliers de l'arbre du piston rotatif et d'une partie centrale présentant un alésage pour le piston rotatif, ces parties latérales et centrale étant assemblées entre elles par des boulons ou

d'autres organes analogues. Pour des machines à piston ro-

tatif qui ne valent pas la peine d'une réparation, il est possible d'assembler indissolublement entre elles, après leur

montage, les parties constitutives du carter par déforma-

tions plastiques, soudage ou autre procédé analogue.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la de-scrip-

tion détaillée de trois modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel

- la figure 1 est une vue de face d'une machine à pis-

ton rotatif du carter de laquelle on a retiré la partie latérale correspondante; - la figure 2 est une coupe transversale de la même machine;

- la figure 3 est une vue de face d'une machine à pis-

ton rotatif analogue à celle de la figure. 1 munie d'un dispositif d'actionnement des palettes oscillantes;

- la figure 4 est une coupe d'une machine à piston rota-

tif modifiée qui comporte un guidage forcé des palettes oscillantes. La machine à piston rotatif représentée se compose d'un carter 1 dans lequel le piston rotatif 2 est monté tournant au moyen d'un arbre 5 supporté par des paliers lisses 3 et

4 qui pourraient aussi être remplacés par des roulements.

Le carter 1 est formé des deux parties latérales 6 et 7

accueillant les paliers 3 et 4 ainsi que de la partie cen-

trale 8 entourant le piston rotatif 2: ces trois parties 6, 7 -et 8 sont maintenues assemblées par plusieurs boulons 9 distribués sur le pourtour. Les joints toriques 11 insérés dans des rainures annulaires 10 de la partie centrale 8 assurent l'étanchéité du carter. Ladite partie centrale 8

du carter 1 présente, excentré par rapport à l'axe de rota-

tion 12 de l'arbre 5 et du piston rotatif 2, un alésage 13

dans lequel est disposée tournante par rapport à elle, c'est-

à-dire"flottante", une douille 14 à paroi mince. Le piston rotatif 2 comporte, répartis sur sa surface latérale 15 et son pourtour, plusieurs, ici quatre, évidements- 16 de section circulaire. Les palettes oscillantes 17, établies à la largeur de la partie centrale 8 avec une section en forme d'ailette, par exemple en tant que segments d'anneaux

circulaires, et essentiellement tangentes à la surface laté-

rale 15 du piston rotatif 2, sont montées pivotables dans ces évidements 16. Elles présentent à un bout une partie

extrême 18 renforcée et de section elle aussi essentielle-

ment circulaire, laquelle pénètre dans les évidements 16 du piston rotatif 2 et maintient ainsi pivotables les palettes

oscillantes 17 divergeant sous l'action de la force centri-

fuge et venant en appui contre la paroi intérieure 19 de la douille 14 Le piston rotatif 2 comporte en outre, sur sa surface latérale 15, des évidements 20 peu profonds et adaptés à la forme de section des palettes oscillantes 17 dans lesquels celles-ci peuvent se rabattre en sorte qu'il se forme alors une surface essentiellement cylindrique. On obtient de la

sorte uns disposition peu encombrante, cela avant tout en di-

rection radiale. Des éléments élastiques, ici des ressorts

à.lame 23 pliés, à action essentiellement radiale qui pous-

sent constamment les palettes oscillantes 17 contre la paroi intérieure 19 de la douille 14 en sorte qu'il se forme des chambres 24, 25, 26 et 27 de volume variable avec la rotation du piston sont tendus entre le fond 21 des évidements 20

et la surface opposée 22 desdites palettes oscillantes 17.

Les ressorts à lame 23 empechent celles-ci de coller au pis-

ton rotatif et de refuser ainsi le transport du fluide Le

carter 1 comporte, en deux emplacements diamétralement op-

posés, deux orifices 28 et 29 auxcuels on peut relier les conduites d'amenée et d'évacuation, non représentées, du

fluide à transporter.

Lorsque le piston rotatif tourne dans le sens de la

flèche, le fluide à transporter est aspiré à travers l'ori-

fice 28, déplacé dans le sens de la flèche par les palettes oscillantes 17 et expulsé à travers l'orifice 29. Comme on l'a déjà mentionné, le volume des chambres 24, 25, 26 et 27

varie eD meme temps en sorte qcue la pression augmente.

La douille 14, mobile par rapport au carter 1, se trouve entraînée par les palettes oscillantes 17, appliquées

contre la paroi intérieure 19 de ladite douille 14. Sa rot-La-

tion est facilitée par le fait que sont ménagés, dans la partie centrale 8 du carter 1, deux alésages diamétralement opposés 30, 31 et, dans l'alésage 13 du carter, des rainures

annulaires hélicoXdales 32 à travers lesquelles le lubri-

filant est amené aux surfaces de glissement mutuel entre la douille 1.4 et l'alésage 13 du carter. Cette disposition a

pour effet de supprimer, ou tout au moins de réduire essen-

tiellement, le frottement, générateur de pertes de puissance, qui intervient sans cela entre les palettes oscillantes 17 et la paroi de l'alésage. Outre le frottement, se trouve aussi réduite l'usure aussi bien des palettes oscillantes que de l'alésage, ou de la.pparoi intérieure, si bien que la durée

d.ltilisation de la machine à piston rotatif en est considé-

rablement augmentée.

Des rainures spirales 35 qui répartissent sur les surfa-

ces en glissement mutuel le lubrifiant qui leur est destiné sont méiagées en outre sur les faces frontales 33 et 34 du

pison rotatif 2_ Ces rainures ont aussi pour effet de dimi-

nuer le frottement, et inversement d'augmenter le rendement,

sans compter que l'usure s'en trouve réduite.

Si le fluide à transporter présente de bonnes proprié-

tés lubrifiantes, on peut l'utiliser comme tel sans avoir

à prévoir un circuit supplémentaire de lubrifiant.

Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, des

alésages essentiellement radiaux 36 dans lesquels sont dis-

posées coulissables des broches 37 sont ménagés dans le

piston rotatif 2 et dans l'arbre 5, en la zone de chaque pa-

lette oscillante 17. Les broches 37 attaquent par une extré-

mité un évidement 38 de la partie extrême circulaire 18 des palettes oscillantes 17 et reposent par l'autre extrémité

sur la surface latérale 39 d'un cône 41 déplaçable axiale-

ment dans un alésage central 40 de l'arbre 5. Par suite de la disposition particulière des évidements 38 par rapport à l'axe de pivotement des palettes oscillantes 17, les broches 37 sont déplarables vers l'extérieur par enfoncement axial

du cône 41 en sorte que les palettes oscillantes 17 se ra-

battent dans les évidements 20. Dans cette situation, la machine à piston rotatif n'assure aucun transport: son

refoulement est nul.

Dans l'exemple de réalisation selon la figure 4, chacune des palettes oscillantes 17 comporte, sur une face latérale 42, une saillie 43 qui pénètre dans une rainure curviligne 44 de la surface intérieure 45 du carter 1 opposée à cette face latérale 42. Le tracé de la rainure 44 est tel que les palettes oscillantes 17 soient forcément appliquées contre la paroi intérieure 19 de la douille 14 lors de la rotation du piston 2. Dans cette réalisation, les ressorts à lame 23

peuvent être supprimés.

Les palettes oscillantes ont une forme simple, si bien qu'elles peuvent être directement coupées de longueur dans un matériau profilé en métal ou matière plastique sans devoir subir d'usinage ultérieur. Il en va de même pour le piston rotatif, également réalisable en matériau profilé, dans lequel il ne reste le cas échéant qu'à ménager les rainures spirales des faces frontales. On peut assembler le piston rotatif à 1' arbre d'entraînement de différentes façons, par exemple par ajustement à la presse, par une clavette d'ajustage ou une broche en Grise dans une cavite du piston rotatif et tra versar:t radial i ' a'bre. On enfonce en direction

axiale les palettes oscillantes dans les évidements cor-

respondants du piston rotatif sans avoir besoin d'une autre fixation, par exemple par boulons ou organes analogues. On

évite donc tous éléments de fixation particuliers, suscepti-

bles également de provoquer des perturbations. Le carter est lui aussi composé de parties faciles à fabriquer et l'on obtient en même temps une étanchéité peu coûteuse. On aboutit ainsi à une machine à piston rotatif réalisable, et facilement assemblable, à partir de pièces simples et peu coûteuses à fabriquer, laquelle ne nécessite en outre qu'une faible hauteur hors tout radiale. En outre,

la disposition de la douille "flottante" supprime, ou dimi-

nue fortement, le frottement et l'usure entre les palettes en rotation et le carter. Les rainures spirales prévues sur les faces frontales du piston rotatif contribuent au même effet. Une longue durée d'utilisation de la machine et de faibles pertes, c'est-à-dire un rendement élevé, sont ainsi garanties. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation

décrits ci-dessus. Un grand nombre de modifications construc-

tives sont possibles, sur le détail desquels on n'entrera pas ici. On mentionnera seulement qu'au lieu'd'un agencement cylindrique de l'alésage du carter, on peut aussi recourir

à un alésage formé de deux ou plus de deux surfaces eylin-

driques, le piston rotatif, en position centrée, pouvant alors comporter un nombre de palettes oscillantes supérieur ou inférieur à quatre. Les paliers de l'arbre du piston rotatif peuvent être établis en roulements ou en paliers

lisses. Dans le second cas, on peut renoncer à des coussi-

nets particuliers si l'on utilise un matériau approprié.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1.- Machine à piston rotatif, notamment pompe multi-

cellulaire, comportant, dans un carter, un piston rotatif

sur lequel sont articulées pivotables autour d'axes parallè-

les à son axe de rotation plusieurs palettes oscillantes réparties uniformément sur son pourtour et s'appuyant sur l'alésage du carter sous l'action de la force centrifuge lors de la rotation dudit piston, machine caractérisée par

le fait que les palettes oscillantes (17) ont la forme d'ai-

lettes, par exemple en segments d'anneaux circulaires, et constituent une seule pièce avec une partie extrême (18) renforcée et de section essentiellement circulaire et que

le piston rotatif (2) comporte, répartis sur sa surface la-

térale (15) et son pourtour, plusieurs évidements (16) de direction axiale et de section essentiellement circulaire eux aussi pour y loger pivotables lesdites parties extrêmes

(18) des palettes oscillantes (17).

2.- Machineà piston rotatif selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les palettes oscillantes (17) sont en disposition essentiellement tangentielle par rapport

à la surface latérale (15) du piston rotatif (2).

3.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des

revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que le piston

rotatif (2) comporte, sur son pourtour, des évidements peu profonds (29) adaptés à la forme de section des palettes

oscillantes (17) dans lesquels celles-ci peuvent se rabat-

tre. 4.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que des évi-

dements ou des saillies sont ménagés entre la surface laté-

rale (15) du piston rotatif (2) et la surface opposée (22)

des palettes oscillantes (17).

5.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que des

éléments élastiques à action essentiellement radiale sont disposés entre la surface latérale (15) du piston rotatif

(2) et la surface opposée (22) des palettes oscillantes (17).

6.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des 1il

revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que les pa-

lettes oscillantes (17) comportent, sur au moins une de leurs faces latérales (42), des saillies (43) ou élévations analogues tandis que les surfaces intérieures opposées (45) du carter (1) sont elles-mêmes munies d'évidements curvili-

gnes (44) dans lesquels pénètrent lesdites saillies (43).

7.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3 caractérisée par le fait que le carter

(1) comprend, sur au moins une de ses surfaces intérieures

(45 opposées aux faces latérales (42) des palettes oscil-

lantes (3.7), une saillie curviligne tandis que lesdites faces latérales (42) des palettes oscillantes (17) sont elles=m.mes munies d'un évidement dans lequel pénètre la

saillie curviligne en question.

30- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque

des revendications 1 à 7 caractérisée par le fait que dans

le piston rotatif (2) sont disposées coulissables, en la zone de chaque palette oscillante (17), des broches (37) de direction essentiellement radiale qui pénètrent par une

extré.rité dans un évidement (38) de la partie extreme cir-

culaire (18) des palettes oscillantes (17) et sont en appui par leur autre extrémité sur la surface latérale (39) d'un cone (41) coulissable en direction axiale dans un alésage central (40) de l'arbre (5) du piston rotatif (2)o 9.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 8 caractérisée par le fait qu'une douil-

le cylindrique (14) est disposée tournante par rapport au

carter (1) dans l'alésage (13) de ce dernier.

1Q0o- Machine à piston rotatif selon la revendication 9 caractérisée par le fait que des rainures ou autres guidages analogues sont ménagés, pour la distribution de lubrifiant, sur la surface latérale de la douille (14) ou sur l'alésage

(13) du carter (1).

11.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque des revendicatioDs 9 ou 10 caractérisée par le fait que des rainures, par exemple spirales (35) , sont ménagées, pour l'amenée de l!brifi.cnt sur les faces frontales (33, 34) du

piston rotatif (2) o0' sur les surfaces opposées' du carter (i).

12.- Machine à piston rotatif selon l'une quelconque

des revendications 1 à 11 caractérisée par le fait que le

carter (1) se compose de deux parties latérales (6, 7) en

forme de disques qui accueillent les paliers (3,4) de l'ar-

bre (5) du piston rotatif (2) et d'une partie centrale ( 8) présentant un alésage (13) pour le piston rotatif (2), ces parties latérales et centrale étant assemblées entre elles

par des boulons (9) ou d'autres organes analogues.