FR2491544A1 - Moteur rotatif a turbine - Google Patents

Abstract

MOTEUR ROTATIF A TURBINE A COMBUSTION EXTERNE, ALIMENTE EN VAPEUR SOUS PRESSION. CE MOTEUR COMPREND UN CARTER-MOTEUR 12 DANS LEQUEL TOURNENT DANS LE MEME PLAN DES ROTORS DONT L'UN 16 EST MOTEUR ET LE OU LES AUTRES 18 SONT DES ROTORS D'ETANCHEITE, LE ROTOR MOTEUR COMPORTANT UN PISTON RADIAL 30 S'ENGAGEANT A CHAQUE TOUR DANS UNE ENCOCHE 39 DU ROTOR D'ETANCHEITE; DERRIERE LE PISTON SE FORME UNE CHAMBRE D'EXPANSION 40 ALIMENTEE EN FLUIDE SOUS PRESSION PAR UNE LUMIERE 42; L'ECHAPPEMENT SE FAIT PAR UNE LUMIERE D'ECHAPPEMENT 48; UNE EVENTUELLE DEPRESSION EST SUPPRIMEE A TRAVERS UNE LUMIERE A DEPRESSION 68; UNE GORGE CIRCULAIRE 60 EST FORMEE DANS LE CARTER AUTOUR DE L'ARBRE DU ROTOR MOTEUR POUR Y INTRODUIRE DU FLUIDE SOUS PRESSION ET FORMER AINSI UN JOINT LIQUIDE PAR CONDENSATION DU FLUIDE. APPLICATION AUX MOTEURS ROTATIFS POUR OBTENIR UN FONCTIONNEMENT DOUX ET EXEMPT DE VIBRATIONS.

Description

On a déjà décrit dans l'art antérieur comment réaliser des moteurs rotatifs du genre comprenant deux ou un plus grand nombre de rotors en contact tangentiel entre eux, soit un rotor dit "moteur" et un rotor d'éétanchéité, qui tournent dans un plan commun autour d'axes parallèles et dont les surfaces périphériques sont en contact tangentiel. Le rotor moteur est pourvu d'une protubérance qui sert de piston et s'étend vers l'extérieur dans une chambre delimitée par un alésage périphérique du carter dans lequel est monté le rotor moteur. Une cavité correspondant à ce piston est formée dans le rotor d'étanchéité afin que le piston, pendant sa rotation, s'éngage dans ladite cavité.Un fluide de travail sous pression est introduit à travers une lumière d'admission dans l'espace situé derrière le piston et en avant du point de contact des rotors, de manière à produire la rotation du rotor moteur par suite de l'expansion dudit fluide de travail, ce qui produit une force qui agit sur ce rotor moteur et tend à le faire tourner. Au terme de la phase d'expansion, le piston passe devant une lumière d'échappement, permettant ainsi l'évacuation ou l'échappement du fluide avant d'amorcer un nouveau cycle.

Cette conception présente de nombreux avantages, à savoir une grande simplicité de construction; un nombre relativement réduit de pièces en mouvement qui sont particulièrement simples et robustes; un cycle thermodynamique d'un rendement relativement élevé et qui permet la détente relativement complète du fluide de travail. Si l'on utilise la vapeur en tant que fluide de travail, son expansion relativement complète évite largement la nécessité d'utiliser un condensateur volumineux, attendu que la vapeur est largement condensée lors de son échappement hors de la chambre de travail.

Cependant, malgré ces avantages, cette conception se heurte à plusieurs problèmes. Parmi ceux-ci, on peut évoquer le fait que l'effet rapide de valve ou de soupape produit tend à engendrer d'importantes forces d'accélération et de décélération, cet effet de soupape rapide étant nécessaire pour contrôler l'admission du fluide de travail. De même, ce même effet de soupape peut entratner l'adoption de lumières de soupapes formées sur un flasque de fermeture ou autre structure similaire disposée contre un face du rotor moteur, ainsi que d'une cavité de soupape correspondante qui se déplace en synchronisme avec la lumière de soupape en un point approprié du cycle de rotation du rotor moteur.

Cela tend à engendrer une pression du fluide de travail qui s'exerce sur une face, ce qui crée une force de pression qui agit sur le rotor et tend à augmenter les contraintes de frottement, à réduire le rendement, la durée utile et la fiabilité du moteur.

Une autre difficulté peut être rencontrée pendant la marche avec ouverture partielle du volet d'étranglement de l'alimentation, car, du fait que le piston tourne jusqu'à un point situé au milieu de la plage où se trouve la lumière d'échappement, l'expansion du fluide de travail peut se produire jusqu'au point où il se crée une pression inférieure à la valeur atmosphérique ou une dépression dans la chambre de travail, derrière le piston. Cela produit une résistance qui agit sur le rotor et à l'encontre d'une pression différentielle entre la valeur atmosphérique et la pression qui existe derrière le piston. De même, un état de dépression peut se produire juste à l'endroit où le piston sort de la cavité, créant ainsi une résistance supplémentaire dans le moteur dont le rendement d'ensemble tend alors à diminuer.

Une autre difficulté majeure accompagne la nécessité de réaliser un joint de surface sur la face du rotor et sur le flasque adjacent de fermeture afin d'empêcher la fuite par dérivation du fluide de travail entre les surfaces en regard de ces organes. Un tel joint doit être extrêmement durable et d'une grande efficacité, donc ne pas atre sujet à une usure prématurée qui risquerait de créer des frais importants d'entretien lors de l'exploitation pratique du moteur. Là aussi, le prix du joint doit être maintenu à un niveau modéré afin de pouvoir ré- aliser les objectifs d'ensemble de la conception, à savoir un faible prix et une construction simplifiée.

Ces dispositifs visant à conserver la pression du fluide de travail posent un problème dû à l'effet de laminage qui accompagne l'action d'étranglement qu'exerce la soupape; autrement dit, la pression du fluide qui agit sur la soupape à l'ouverture et à la fermeture de la lumière produit des pertes dans le système par écoulement à travers un petit orifice. De même, la pression du fluide qui agit sur la soupape tend à appliquer celle-ci très fortement contre la surface de la lumière, ce qui augmente l'usure et l'effort nécessaire pour actionner la soupape d'étranglement. Par ailleurs, on compte généralement sur les forces engendrées par la pression du fluide pour assurer un contact hermétique satisfaisant entre l'organe formant soupape et le siège de la lumière de cette soupape.

Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un moteur rotatif à turbine du genre décrit en substance ci-dessus, mais dans lequel les surpressions dues au-fonctionnement des moyens formant soupape et sur lesquelles on doit compter pour contraler l'admission du fluide sous pression dans la chambre de travail sont sensiblement réduites.

Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un tel moteur rotatif à turbine dans lequel les forces résultant d'un déséquilibre des pressions et qui agissent sur le rotor moteur sont pratiquement éliminées, même dans le cas où le système de soupapes comprenant des lumières disposées sur une face du rotor moteur est utilisé pour contrôler l'admission de fluide sous pression ou de travail dans la chambre de travail.

Cependant, la présente invention a également pour objet de prévoir un tel moteur rotatif à turbine dans lequel on évite les pertes de rendement dûtes à des dépressions qui se produisent pendant le fonctionnement du moteur sous admission partielle.

Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un dispositif d'étanchéité à la fois simple et très efficace pour des moteurs de ce genre ou autres applications analogues dans lesquels on utilise un fluide condensable, par exemple de la vapeur, en tant que fluide de travail.

Enfin, l'invention a également pour but de prévoir une vanne d'étranglement particulièrement appropriée pour les applications où l'on commande la communication avec une source de fluide de travail sous forte pression à l'aide d'un disque-obturateur coulissant qui comporte une ouverture que l'on place en alignement ou hors-alignement par rapport à une lumière circulaire, mais dans laquelle les effets de laminage dûs à l'action du fluide sous forte pression sont réduits au minimum grâce à la conception de cette vanne.

Ces différents buts et avantages de l'invention, ainsi que d'autres encore, ressortiront davantage au cours de la lecture de la description qui suit, si l'on se réfère aux dessins annexés qui montrent un moteur rotatif à turbine et à combustion extérieure, dans lequel on utilise un fluide sous forte pression conjointement à deux ou un plus grand nombre de rotors de forme sensiblement circulaire, dont l'un constitue un rotor moteur et l'autre un rotor d'étanchéité, ces rotors étant montés en rotation autour d'axes parallèles et ayant leurs périphéries maintenues en contact rotatif tangentiel entre elles. Le rotor moteur est pourvu d'une protubérance radiale extérieure qui constitue un piston qui tourne à l'intérieur d'un alésage formé dans un bloc-moteur ou carter, la zone située derrière le piston servant de chambre de travail.

Lors de l'admission d'un fluide sous pression, par exemple de la vapeur, le point de contact tangentiel sert de joint d'étanchéité, ce qui permet au fluide sous pression d'agir sur le piston afin de faire tourner le rotor moteur dont il est solidaire. Le piston tourne en regard d'une lumière d'admission juste après avoir franchi le point de tangence où ce piston est reçu dans une cavité de dégagement, afin de permettre l'admission du fluide de travail, et lorsque le piston a effectué une course de travail complète, la chambre de travail communique avec une lumière d'échappement, ce qui permet l'échappement du fluide de travail à l'état détendu.

L'invention est également caractérisée par l'agencement d'un réservoir d'absorption disposé à proximité de la lumière d'admission et qui permet d'accumuler un volume relativement important de fluide de travail sous pression de manière à amortir les surpressions dues à un effet rapide de soupape qui se produit lorsque le rotor moteur, pendant sa rotation, est amené à coïncider avec la lumière d'admission, puis à s'éloigner de celle-ci.

Une gorge circulaire d'équilibrage des pressions est prévue sur un ou plusieurs rotors moteurs, et sur la face opposée par rapport à l'ouverture de la vanne d'admission, cette gorge étant mise en communication avec une source de fluide de travail afin de créer un état d'équilibre de pression dans le rotor moteur.

La chambre de travail est pourvue d'une lumière à dépression et d'une valve commandée par dépression qui permet de faire communiquer la chambre de travail avec l'atmosphère lorsqu'une dépression se produit dans cette chambre La lumière à dépression est placée dans une partie intermédiaire de la course du rotor. Une lumière secondaire à dépression est également prévue à proximité du rotor d'étanchéité et placée de manière à supprimer toute dépression qui pourrait se produire pendant que le piston sort de la cavité prévue dans le rotor d'étanché- ité.

Un dispositif particulier d'étanchéité est prévu sur les faces coopérantes des rotors, du flasque de fermeture et du carter moteur, du caté de la vanne d'admission. Ce dispositif d'étanchéité comprend une série de dépressions ou de gorges relativement peu profondes formées dans chacune des faces en regard, avec un léger intervalle de dégagement; ces dépressions servent à former un joint par suite de l'expansion de la vapeur dans ces dépressions, ce qui détermine la condensation de la vapeur et de la formation d'un joint liquide dans ces intervalles de dégagement.

Le moteur rotatif suivant l'invention comprend une vanne d'étranglement de type particulier, laquelle est montée sur le réservoir d'absorption et fonctionne grâce à un dispositif d'accouplement à excédent de jeu, dans lequel un levier de commande est relié par un accouplement à excédent de jeu à un organe d'actionnement; ainsi ce dernier, pendant le rattrapage de l'excédent de jeu, actionne un disque obturateur pourvu d'une lumière circulaire et qui est amené à s'écarter du siège de soupape et cela juste avant de tourner ou de se déplacer en travers d'une lumière de soupape afin de faire communiquer le fluide de travail sous pression élevée avec la source de pression qui se trouve dans le réservoir d'absorption. La lumière et l'ouverture du disque forment une ouverture elliptique dans la position d'ouverture partielle de l'admission, ce qui réduit l'effet de laminage au minimum.

On peut réaliser une version à deux phases de puissance par cycle ou rotation du moteur suivant l'invention, en utilisant un rotor muni de deux pistons que l'on associe avec des lumières d'admission disposées de part et d'autre de l'étendue de la chambre de travail, de telle sorte que la chambre de travail soit mise en compression deux fois à chaque tour complet du rotor moteur. On peut également réaliser un moteur à quatre phases de puissance en prévoyant une version à trois rotors dans laquelle deux rotors d'étanchéité sont placés de part et d'autre, dans le même plan, d'un rotor moteur central.Ce rotor moteur central est pourvu de deux pistons disposés à 1800 entre eux ainsi que de deux lumières d'admission qui communiquent avec des cavités respectives formant des lumières d'admission dans ce rotor moteur, de telle sorte que l'espace qui se trouve derrière le piston définisse une chambre de travail, deux fois à chaque tour du rotor moteur et que la mise sous pression de chaque chambre de travail permette de réaliser un moteur à quatre phases de puissance.

On décrira maintenant l'invention en se référant aux dessins, sur lesquels
La FIGURE 1 est une vue en plan et coupe partielle d'un moteur rotatif à turbine et à deux rotors suivant la présente invention;
La FIGURE 2 est une vue de face du moteur rotatif à deux rotors de la Figure 1, dont on a retiré le flasque de fermeture avant pour montrer des détails;
La FIGURE 3 est une version modifiée d'un moteur rotatif à deux rotors et deux phases de puissance, suivant la disposition de base que montrent les Figures 1 et 2;
La FIGURE 4 est une vue de face du moteur rotatif de la Figure 3, dont on a également retiré le flasque de fermeture avant;
La FIGURE 5 est une vue en plan et coupe partielle d'un moteur rotatif à trois rotors et quatre phases de puissance, suivant l'invention;;
La FIGURE 6 est une vue de face du moteur rotatif à trois rotors de la Figure 5, dont on a enlevé le flasque de fermeture avant;
La FIGURE 7 montre schématiquement le traitement des surfaces d'étanchéité conjuguées du carter des rotors et du flasque de fermeture;
La FIGURE 8 est une coupe longitudinale partielle d'une vanne d'étranglement utilisée dans un moteur rotatif à décalage conformément à la présente invention, et
La FIGURE 9 est une vue en bout de la vanne d'étranglement de la
Figure 8.

Dans la description détaillée qui suit, la terminologie adoptée l'a été dans un but de clarté, et l'on décrira des modes particuliers de réalisation conformément aux règles habituelles, mais il est évident que ni cette terminologie ni ces modes particuliers de réalisation ne doivent entre pris dans un sens limitatif, attendu que l'invention peut prendre de nombreuses formes et aspects sans s'écarter de ses principes de base.

Si l'on se réfère aux dessins, et en particulier aux Figures 1 et 2, on y voit un moteur rotatif à turbine 10, comprenant un carter ou blocmoteur 12 et un flasque de fermeture 14 dans lesquels sont montés deux rotors de forme sensiblement circulaire, à savoir un rotor moteur 16 et un rotor d'étanchéité 18, lesquels tournent dans un même plan autour d'axes de rotation parallèles entre eux. Le rotor moteur 16 est solidaire d'un arbre de sortie 20 tandis que le rotor d'étanchéité 18 est solidaire d'un arbre fou 24 relativement court.Le rotor moteur 16 et le rotor d'étanchéité 18 sont contraints à tourner en synchronisme par rapport l'un à l'autre gråce à des roues dentées identiques 26 et 28 qui engrènent entre elles et assurent la rotation du rotor moteur 16 et du rotor d'étanchéité 18 en étant respectivement solidaires en rotation des arbres de ces rotors.

Le rotor moteur 16 est muni d'un piston 30 qui fait saillie radialement hors de sa périphérie. Le piston 30 se déplace dans une cavité circulaire 32 formée dans le carter 12 du moteur. Le dégagement qui existe entre la périphérie 34 du rotor moteur 16 et la cavité circulaire 32 permet la formation d'une chambre d'expansion ou de travail définie par l'intervalle qui se trouve derrière le piston 30 et en avant du point de contact, indiqué en 36, entre le rotor 16 et la périphérie extérieure 38 du rotor d'étanchéité 18. Le montage à contact du rotor moteur 16 et du rotor d'étanchéité 18 est tel,qu'il existe un contact tangentiel au point 36 qui permet d'entretenir un joint pendant la rotation du rotor moteur 16 et du rotor d'étanchéité 18.Dans l'intervalle 40 entre le piston 30 et le point 36 il se forme une chambre d'expansion qui produit une force résultante qui réagit contre le rotor moteur 16 et tend à produire la rotation de ce dernier dans le sens anti-horaire, en regardant la Figure 2.

Le fluide de travail, par exemple de la vapeur, est introduit dans la chambre d'expansion 40 à un instant approprié de la rotation du rotor moteur 16 par un dispositif à vanne qui se compose d'un canal 42 de vanne d'admission et d'une lumière d'admission 44 formée dans le flasque de fermeture et visible en traits interrompus sur la Figure 2, attendu que ce flasque est enlevé sur cette Figure 2 pour mieux montrer les détails de l'intérieur du moteur. Le fluide (ou vapeur) introduit sous forte pression détermine la rotation du rotor moteur 16 dans le sens anti-horaire, ce qui permet l'expansion de la vapeur à mesure qu'augmente le volume de la chambre d'expansion 40.

Juste derrière le point de contact 36 il est prévu un passage 46 formant lumière d'échappement qui permet à la vapeur détendue d'échapper de la chambre d'expansion et d'être évacuée à travers l'orifice d'échappement 48.

La vapeur est presque totalement détendue au cours de cette phase, de telle sorte que l'on constatera normalement la présence d'un volume important d'eau dans l'échappement.

Cela constitue, bien entendu, un facteur prépondérant dans l'ob- tention d'un rendement supérieur de ce moteur et permet à celui-ci de fonctionner essentiellement comme son propre condenseur on évite ainsi le recours à un condenseur extérieur distinct et volumineux, attendu que la vapeur sera réduite à l'état condensé après avoir traversé le moteur rotatif suivant l'invention.

Suivant une caractéristique de la présente invention, le fluide de travail sous forte pression, ou la vapeur utilisée à cet effet, est introduite en passant par le réservoir d'absorption 50 monté directement sur le flasque de fermeture 14 et qui comporte une chambre intérieure 52Rde volume relativement important,qui communique avec la lumière d'admission désignée en 44. Cette lumière d'admission 44 communique à son tour avec le passage d'admission 42 en un point approprié de la rotation du rotor moteur 16.La chambre 52 de ce réservoir d'absorption re çoit à son tour le fluide sous pression élevée à travers un orifice d'entrée 54 relié à une source de fluide sous pression dont la communication avec cet orifice est commandée par un dispositif à vanne d'étranglement 58 qui peut fonctionner sous le contrôle d'un levier, ainsi qu'il sera décrit plus en détail par la suite.

Pour assurer l'équilibre des pressions afin de compenser les effets produits par l'application d'un fluide sous forte pression contre une face du rotor moteur 16, il est prévu un dispositif d'égalisation des pressions qui se compose simplement d'une gorge 60 formée dans le carter ou bloc-moteur 12 et qui est amenée à recevoir le fluide sous pression à travers un orifice 62 et un passage 64, sous le contrôle d'une vanne 66. On introduit un fluide de travail sous forte pression dans la gorge circulaire 60 et on réalise ainsi une égalisation des pressions telle que les sollicitations résultantes produites par le fluide sous pression et qui agissent sur le rotor moteur 16 soient pratiquement réduites à zéro, attendu qu'elles s'opposent l'une l'autre.

Suivant une autre caractéristique de la présente invention, il est prévu une lumière à dépression 68 qui débouche dans la cavité 32 en un point situé approximativement à 180 de la lumière d'admission 44.

Cette lumière à dépression 68 peut être mise en communication avec la lumière d'échappement 48 sous le contrôle d'un clapet à dépression 70 qui sert de dispositif anti-dépression afin de permettre la communication avec la lumière d'échappement 48 en passant par un canal 72 au cas où une basse-pression ou une pression inférieure à la valeur atmosphérique viendrait à se produire derrière le piston 30 par suite du fonctionnement à ouverture partielle du volet d'étranglement qui commande l'alimentation du moteur. Autrement dit, le volume de vapeur admis peut être tel que la détente de la charge derrière une chambre d'expansion ou de détente 40 peut être pratiquement totale après moins d'un tour complet du rotor moteur 16, ce qui produit une résistance par suite de la pression différentielle qui agit sur le piston 30.On évite donc cet état de dépression en faisant communiquer la chambre d'expansion ou de détente 40 avec la lumière d'échappement 48.

Un état de dépression analogue peut exister au moment où le piston 30 quitte la cavité 39 formée dans la périphérie du rotor d'étanchéité 18. C'est pour cette raison qu'il est prévu une lumière supplémentaire à dépression 74 qui communique avec un canal complémentaire 78 de commande qui aboutit à son tour à un clapet secondaire à dépression 80 qui fait communiquer d'une manière analogue ladite lumière 74 avec la lumière d'échappement 48 dès qu'une dépression se produit. De tels clapets sont bien connus dans l'art; ils s'ouvrent sous l'effet d'une dépression ou pression négative. On les utilise couramment dans des vannes du type anti-dépression qui servent à assurer la fermeture é- tanche de lumières de détente de dépression correspondantes, sauf lorsqu'un état de dépression existe dans la chambre de travail.

Par conséquent, la dépression est supprimée par la communication établie avec la pression atmosphérique qui existe dans la lumière d'échappement, et la résistance qui s'applique au rotor de la turbine se trouve ainsi pratiquement éliminée.

Sur les Figures 3 et 4 on a représenté une variante de réalisation du moteur-turbine qui comporte deux phases de puissance par tour du rotor moteur 16. Cela assure un meilleur rendement du moteur. La phase complémentaire de puissance est obtenue en équipant le rotor moteur 16 de deux pistons 30a et 30b diamétralement opposés, et de deux passages d'admission 42a et 42b qui viennent coincider à tour de rale avec la lumière d'admission 44. Une lumière complémentaire d'échappement 76 est prévue, laquelle est beaucoup plus rapprochée du point où se produit la mise sous pression de la chambre d'expansion 40. A mesure que le piston 30a tourne sous la poussée du fluide sous pression qui pénètre dans la chambre d'expansion 40 après la mise en regard du passage 42a, le rotor moteur 16 tourne dans le sens anti-horaire jusqu'à placer en face de ce passage la lumière d'échappement 76. A cet instant, l'autre passage d'admission 42b se place en regard de la lumière d'admission 44 afin de mettre sous pression l'espace qui se trouve derrière le piston 30b et de produire une partie complémentaire du travail ou de puissance de la phase. Ainsi, deux impulsions de pression ou phases de puissance sont appliquées au rotor moteur 16 au cours d'un cycle de rotation de celui-ci.

Deux cavités à piston 39a et 39b sont formées dans le rotor d'é- tanchéité 18 pour recevoir les pistons correspondants 30a et 30b.

Dans cette version modifiée, une lumière à dépression 78 est prévue entre les extrémités de la distance circonférentielle qui sépare l'emplacement de la lumière d'admission 44 de l'emplacement de la lumière d'échappement 76. Un clapet primaire à dépression 82 commande la communication entre la lumière d'aspiration 78 et un passage transversal 84 qui communique à son tour avec une lumière à dépression 86 disposée dans la lumière d'échappement 76, afin d'assurer la suppression de la dépression qui se produit dans la chambre d'expansion 40 pendant le fonctionnement du moteur avec ouverture partielle du volet d'étranglement de l'alimentation
D'une façon analogue, un clapet secondaire à dépression 80 commande la communication avec la lumière d'aspiration 74 prévue dans le flasque de fermeture 14 à proximité du point où les pistons 30a et 30b approchent des cavités respectives 39a et 39b, afin de supprimer cette dépression, ces cavités étant en outre reliées par un tuyau transversal 88 à la lumière d'aspiration 86. Les autres composants sont identiques à ceux de la version représentée sur les Figures 1 et 2, à savoir la vanne d'étranglement- 58, le réservoir à chambre d'absorption et d'accumulation 50, ainsi que les roues dentées 26 et 28 qui assurent la rotation synchrone du rotor moteur 16 et du rotor d'étanchéité 18.

Un accroissement complémentaire du nombre d'impulsions de travail par tour est assuré par une version à trois rotors que montrent les Figures 5 et 6. Dans cette disposition, un bloc-moteur 90 comprend un rotor moteur central 92 et deux rotors d'étanchéité 94 et 96, ces trois rotors étant montés de manière à tourner autour d'axes parallèles, et disposés en contact tangentiels entre eux aux points 98 et 100 situés respectivement entre le rotor moteur 92 et les rotors d'étanchéité 94 et 96. Des roues dentées de synchronisation 102, 104 et 106 sont prévues; elles sont solidaires en rotation respectivement du rotor moteur 96, du rotor moteur 92 et du rotor d'étanchéité 92.L'arbre 108 relie le rotor d'étanchéité 96 à la roue dentée de synchronisation 102, l'arbre de sortie 110 relie le rotor moteur 92 à la roue dentée de synchronisation 104, et l'axe 112 relie le rotor d'étanchéité 94 à la roue dentée de synchronisation 106. Cette disposition, comme dans les autres modes de réalisation, assurent une rotation synchrone afin que les pistons 114 et 116 puissent pénétrer dans les cavités correspondantes 118 et 120 prévues dans les rotors d'étanchéité 96, et dans les cavités 122 et 124 prévues dans le rotor d'étanchéité 94.

Un dispositif à vanne d'étranglement 121 est prévu pour contrôler l'écoulement de la vapeur provenant d'une source de vapeur sous forte pression qui parvient à travers un tuyau d'admission 122 dans un réservoir d'absorption 125 comportant une grande chambre intérieure 126 dans le but exposé plus haut et qui se rapportait à des modes de réalisation précédents. La chambre intérieure 126 du réservoir d'absorption 125 communique avec deux lumières d'admission 128 et 130 formées dans ie flasque de fermeture 132 monté contre le bloc-moteur 90. Chacune de ces lumières 128 et 130 se déplace en regard d'ouvertures de passages d'admission respectifs 134 et 136, formées en des points diamétralement opposés du rotor moteur 92.Ce dernier est disposé dans une chambre 138 formée dans le bloc-moteur 90, afin de former une chambre d'expansion 140 derrière chaque piston 140 et 142, derrière chaque piston 114 et 116, et dans les points correspondants de contact hermétique 98 et 100.

Des lumières d'échappement diamétralement opposées 144 et 146 sont également prévues, tout comme des lumières diamétralement opposées 148 et 150 pour la détente de la dépression, dans le flasque de fermeture 132, désigné en traits interrompus sur la Figure 6, comme c'est également le cas pour les lumières d'admission 128 et 130. Dans cette variante de réalisation, deux clapets secondaires à dépression 151 et 152 sont prévus pour assurer respectivement la communication avec deux lumières d'aspiration 154 et 156 formées dans le flasque de fermeture 132 du bloc-moteur, et servent à supprimer une dépression éventuellement créée au moment où les pistons 114 et 116 sortent des cavités correspondantes 120, 118, 122 et 124 formées dans les rotors d'étanchéité respectifs 96 et 94.Cela établit la communication avec l'échappement en passant par les passages 158 et 160 qui aboutissent effectivement aux Iumi'res d'éhappeea 144 L > L; eL .

Le moteur comprend également des lumières de suppression de dépression 148 et 150 qui sont amenées à communiquer avec la lumière d'aspiration 154 par l'intermédiaire d'un clapet primaire de détente 166 et d'un passage transversal 169.

Une gorge circulaire 168 d'égalisation des pressions est prévue.

Elle communique avec une source de fluide de travail sous pression élevée, en passant par un canal 170 (entraits interrompus sur la Figure 6) sous le contrôle d'une vanne 172, ce fluide provenant du réservoir d'absorption, afin de placer la face opposée du rotor moteur 92 sous l'influence d'une pression de fluide de compensation qui s'applique contre la face où sont formées les lumières d'admission.

Par conséquent, avec cette disposition on obtiendra quatre phases ou temps de puissance par tour, au moment où chaque piston franchit une lumière correspondante d'admission 128 et 130. L'espace qui se trouve derrière les points d'étanchéité respectifs 98 et 100 sera mis sous pression, ce qui fait tourner le rotor moteur 92 dans le sens anti-horaire et les rotors d'étanchéité 94 et 96 dans le sens horaire, en synchronisme avec le rotor moteur 92. Au moment où chaque piston franchit une lumière dréchappement correspondante 144 et 146, le fluide détendu s'échappe. Un tel cycle se produit donc quatre fois pendant chaque tour du rotor moteur 92, ce qui augmente considérablement le rendement du moteur rotatif de cette conception particulière.Ainsi qu'il a été exposé plus haut, l'étranglement du fluide sous pression élevée à travers un orifice de faible diamètre engendre une perte d'énergie dans le système en raison de l'effet de laminage produit, l'étroitesse de l'orifice entraînant une dépense d'énergie, donc une perte de rendement du moteur. Il s'ensuit qu'il faut éviter cet inconvénient, et c'est précisément ce que permet la conception particulière de la vanne d'étranglement que montrent les Figures 8 et 9, laquelle permet de maintenir cet effet de laminage au minimum par l'adoption d'une ouverture d'étranglement de forme elliptique. Cette ouverture elliptique est obtenue gracie à une lumière circulaire 180 formée dans le disque obturateur d'étranglement 182 monté de façon adéquate et pivotante dans le boîtier 58 du disque obturateur. Sur le prolongement 184 de ce boîtier est prévue une bride de fixation 186 qui permet de monter le boitier directement sur le réservoir d'absorption 50, à l'opposé dune entrée -188 que l'on peut relier à une source de vapeur, par exemple une chaudière (non représentée sur le dessin).

La position du disque obturateur 182 peut être modifiée pour amener l'ouverture circulaire 180 soit en alignement avec l'alésage 190 formé dans le bottier de valve 184, soit hors d'alignement avec cet alésage, le degré d'alignement permettant d'obtenir l'effet d'étranglement désiré.

On peut constater, d'après la Figure 9, que la forme de ltouverture, dans une position intermédiaire du disque, est sensiblement elliptique (comme le montre la Figure 9 en 192), ce qui diminue sensiblement l'effet de laminage et les pertes de pression. La position du disque obturateur 182 est commandée par un mécanisme qui permet d'assurer l'étanchéité de la vanne en position de fermeture tout en réduisant au minimum les effets produits par la pression sur le disque obturateur 182 pendant le fonc- tionnement. Ce mécanisme comprend un levier de commande 194 qui peut pivoter sur un palier d'axe 196 et porte un goujon fileté 198 qui se visse dans un trou taraudé prévu dans un levier 200 solidaire du disque obturateur 182.Ce levier 200 et le levier de commande 194 sont accouplés entre eux de façon à réserver un excédent de jeu gracie à deux vis 202, 204 de réglage du levier 200 solidaire du disque 182, et à une butée 206, un intervalle réglable étant prévu entre ces éléments pour laisser subsister un temps mort dans le mouvement d'actionnement du disque obturateur 182 par le levier de commande 194. Lorsqu'on actionne ce levier dans un premier sens, le goujon fileté 198 et l'orifice taraudé correspondant du levier 200 tournent par rapport l'un à l'autre, ce qui fait avancer axialement ce levier 200 solidaire du disque 182.Ce dernier est solidaire d'un arbre 208 claveté en 210 par rapport au levier 200, de façon à tourner solidairement avec ce dernier, et lorsqu'on déplace le levier 2oe du disque vers la gauche, en regardant la Figure 8, le disque obturateur 182 est décollé de son siège, ce qui supprime le frottement dt à la pression du fluide qui agit sur le disque fermé. En poursuivant le mouvement en avant du levier de commande 194, les vis inférieures 202 et 204 de réglage du levier entrent en contact avec la butée d'arrêt 206, ce qui fait tourner le disque obturateur 182 et par conséquent son ouverture 180 qui vient coïncider plus ou moins avec le passage 190.

Pour compenser partiellement les effets de la pression du fluide, il est prévu dans le boîtier 184 une gorge en arc de cercle 212, concentrique à l'arbre 208, qui communique avec la source de fluide sous pression à travers un tuyau 214 dans lequel est insérée une vanne 216, ce qui réduit au minimum les effets de cette pression. En fermant cette vanne 216, le disque obturateur 182 s'applique de nouveau contre son siège et le fluide sous forte pression assure un contact étanche entre ce disque et le siège précité. Un ressort de rappel 218 est prévu pour solliciter constamment le levier de commande 194 vers sa position qui correspond à la fermeture du disque obturateur.

Ainsi qu'il a été exposé ci-dessus, un problème essentiel à résoudre pour obtenir un fonctionnement satisfaisant d'un moteur de ce type est celui de l'étanchéité entre les faces de travail et d'étanchéité, ainsi qu'entre le flasque de fermeture et le carter du moteur, attendu que des fuites importantes de fluide par ces faces risqueraient de nuire sensiblement au rendement du moteur. Or, le Demandeur a découvert qu'il est possible de réaliser une étanchéité très efficace à l'égard de vapeur sous forte pression, utilisée comme fluide de travail, en appliquant un traitement superficiel particulier aux surfaces coopérantes; ce traitement est relativement simple et 'entratne aucun contact métal sur métal, tout en formant des joints tout-à-fait hermétiques.Ce traitement superficiel est illustré Figure 7 et comprend la formation, sur les surfaces coopérantes des pièces en mouvement du moteur, de séries de petites dépressions ou cavités peu profondes, désignées en 220, sur le carter moteur 224, de trous correspondants sous le rotor moteur, désignés en 226, et aussi dans le piston 228, sur les surfaces cylindriques en regard des rotors moteur et d'étanchéité (226 et 230), et'enfin sur la face interne du flasque de fermeture (non visible sur la Figure 7).

Un léger intervalle, destiné à permettre le fonctionnement, est ménagé entre ces surfaces coopérantes et respectives, à savoir de l'ordre de 0,025 à 0,065 mm. On estime que la présence de ces dépressions d'un diamètre relativement réduit, par exemple de l'ordre de 0,075 à 0,75 mm, pour une profondeur d'environ 0,8 mm, engendre une tendance, de la part de la vapeur, à se détendre dans ces petites dépressions, ce qui forme un joint liquide qui est entretenu par la cohésion du liquide qui se trouve dans le faible jeu de fonctionnement. Cet effet a été prouvé lors d'un essai réel d'un moteur construit conformément à la présente invention et fonctionnant à la vapeur; on a pu ainsi démontré l'existence d'une étanchéité satisfaisante produite par ce traitement superficiel prévu pour un fluide condensable de travail sous pression, par exemple de la vapeur.Le traitement superficiel peut être appliqué à l'aide d'une machine appropriée ou par tout autre technique adéquate de fabrication, et son prix de revient peut titre extrêmement bas, sans introduire de frottement en fonctionnement, ce qui garantit un rendement élevé du moteur. Les surfaces coopérantes ne sont pas sujettes à usure, étant donné que tout contact métal sur métal est exclu dans les joints réalisés.

On appréciera en outre le fait que le moteur suivant la présente invention procure les avantages potentiels de ce type général de moteur, attendu qu'il est à combustion externe, ce qui permet d'utiliser n'importe quel combustible ou carburant capable de produire de la vapeur. Le mouvement de rotation se traduit par un fonctionnement doux, exempt de vibrations, et assure une extrtme longévité et une grande facilité d'entretien. Ces qualités sont encore améliorées par la simplicité de la conception du moteur qui ne comporte qu'un nombre très réduit de pièces en mouvement.Cette conception particulière procure en outre les avantages propres à la machine à vapeur, par exemple la suppression d'une botte de vitesse à forte réduction, tout en assurant une accélération très rapide, une décélération également rapiate, un couple élevé et une puissance disponible appréciable aussi bien à bas régime qu'aux régimes élevés de rotation. Ce moteur à turbine de conception particulière a un rendement extrêmement satisfaisant tant sous pleine charge que sous charge partielle, et supprime la nécessité de prévoir un condenseur volumineux.Les perfectionnements spécifiques qu'apporte la présente invention suppriment les inconvénients relevés dans des tentatives antérieures de réalisation d'un tel type de moteur, à savoir l'état de déséquilibre des pressions dd à l'agencement de lumières de passage sur une face du rotor moteur, et l'on constate également la suppression des vibrations et accélérations que produit l'effet de soupape rapide à l'admission de la vapeur dans la chambre de travail.

La suppression, par ailleurs, de l'effet de dépression et de la résistance produite lors du fonctionnement à ouverture partielle du volet d'étranglement est due à l'agencement particulier de valves primaires et secondaires décrit plus haut. L'adoption d'une vanne d'étranglement d'un type sensiblement amélioré réduit au minimum l'effet de laminage qui nuit au rendement du moteur. Enfin, le système d'étanchéité, tout en étant extrtmement simple et durable, et en outre d'un coût de fabrication part sulièTemenL réduit, opère d'une façon extrmement efficace sans introduire de contraintes par frottement, et élimine la détérioration qui en résulte du rendement du moteur en service réel.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Moteur rotatif à turbine du genre comprenant un rotor moteur (16) monté en rotation, de forme sensiblement circulaire et muni d'un piston périphérique (30) qui en fait partie intégrante, ainsi qu'un rotor d'étanchéité (18) également de forme sensiblement circulaire, et des moyens assurant le montage de ces rotors respectivement moteur et dt étanchéité de manière à les maintenir en contact périphérique tangentiel en un point commun (36), ledit rotor d'étanchéité (18) étant pourvu d'une cavité à piston (39) destinée à recevoir le piston (30) pendant la rotation dudit rotor moteur (16) ltensemble comprenant en outre un carter (12) qui présente une cavité cylindrique (32) destinée à recevoir le rotor moteur (76) qui tourne dans cette cavité de manière que son piston (30) tourne à proximité immédiate de la périphérie de cette cavité pour former une chambre d'expansion (40) entre le piston (30) et ledit point de contact tangentiel (36), une vanne d'admission (58) pour introduire un fluide de travail sous pression dans ladite chambre (40) immédiatement après la sortie du piston de ladite cavité (39), et une vanne d'échappement pour évacuer le fluide sous pression avant que le piston revienne dans ladite cavité, ce moteur étant caractérisé par le perfectionnement qui consiste à prévoir un clapet primaire (82) de détente de dépression dans ladite chambre d'expansion (40) afin de faire communiquer cette chambre avec la pression d'échappement, de telle sorte que lton évite la résistance produite par l'apparition de cette pression inférieure à la pression d'échappement.

2. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit clapet de détente de la dépression (70) comprend une lumière à dépression (68) placée entre la vanne d'admission et la vanne d'échappement.

3. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un clapet secondaire de détente (80) de dépression, disposé de manière a' communiquer avec un point situé à proximité du rotor d'étanchéité où ledit piston s'éloigne de ladite cavité, de façon à détendre une dépression qui se formerait à ce point, grtce à l'admission de fluide sous une pression supérieure à celle qui règne en ce point.

4. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 2, caractérisé on ce que ledit clapet primaire à dépression (70) comprend une lumière (68) qui débouche dans ladite chambre d'expansion audit point intermédiaire, ainsi qu'un passage (72) reliant cette lumière à ladite vanne d'échappement (su), le moteur comprenant en outre une valve (82) qui commande la communication entre ces éléments afin d'établir cette communication entre la lumière (68) du clapet de détente de la dépression et ladite vanne d'échappement seulement lorsqu'une pression d'échappement se produit dans ladite chambre d'expansion (40).

5. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la vanne d'admission (58) comprend une lumière (44) placée à proximité d'une face du rotor moteur (16) ainsi qu'un passage (42) formé dans ce rotor moteur et qui se place avec celui-ci pour établir une communication permettant d'introduire le fluide de travail sous pression dans ladite chambre d'expansion (40), le moteur comprenant en outre un dispositif (60, 62, 64, 66) d'égalisation des pressions qui introduit ledit fluide de travail sous pression contre la face opposée du rotor moteur afin que la pression ainsi appliquée du rotor à travers ladite vanne d'admission soit compensée par la pression appliquée par ledit dispositif d'égalisation.

6. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif égalisateur de pression comprend une gorge (60) formée dans le carter moteur (12) ainsi que des moyens (62, 64, 66) pour introduire ledit fluide sous pression dans cette gorge d'égalisation.

7. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réservoir d' absorption (50) qui comporte une chambre close (52) destinée à recevoir le fluide sous pression et qui communique avec la lumière d'admission (78), afin que ce réservoir exerce une action d'accumulation de pression qui réduit les surpressions et les accélérations qui en résultent en raison de l'action rapide de ladite vanne d'admission (58).

80 Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend en outre une vanne d'étran glement (58) qui sert à contrôler la communication d'introduction dudit fluide de travail sous pression dans ladite vanne d'admission et qui comporte un disque obturateur (182) dans lequel est formée une ouverture circulaire (180) que l'on peut placer plus ou moins en alignement avec un passage central (190) pour assurer ledit contrôle de communication avec l'admission , ce passage (190) ayant lui-même une section transversale sensiblement circulaire et comportant des moyens de commande (194, 200) du disque obturateur (182) permettant de la placer plus ou moins en alignement avec ce passage central (190), de telle sorte que l'ouverture sensiblement elliptique formée entre l'ouverture circulaire (180) et le passage circulaire (190) en cas d'alignement partiel diminue la perte de pression due à l'étranglement de la circulation du fluide sous pression.

9. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (16) et le rotor d'étanchéité (18) sont montés en rotation dans le carter moteur (12) et comprennent aussi un flasque de fermeture (14) du carter qui recouvre l'une des faces opposées dudit rotor moteur et dudit rotor d'étanchéité, l'ensemble comprenant par ailleurs un moyen d'étanchéité constitué par une série de petites dépressions (220) formées dans les faces en regard du rotor moteur et du rotor d'étanchéité, ainsi que dudit carter et dudit flasque de fermeture.

10. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 9, caractérisé en ce que lesdites petites dépressions (220) recouvrent la totalité desdites surfaces en regard, et que celles-ci présentent entre elles un léger jeu de fonctionnement de l'ordre de 0,024, 0,050 à 0,0635 mm.

11. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source de vapeur sous pression, celle-ci constituant ledit fluide de travail sous pression.

12. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en outre en ce qutil comprend un second piston (306) qui fait également saillie sur la périphérie du rotor moteur et espacé du piston (304) mentionné en premier, de façon à produire deux temps de travail ou de puissance.

13. Moteur rotatif à turbine selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le rotor moteur (92) comprend en outre un second piston périphérique (116) disposé diamétralement à l'opposé du piston (114) mentionné en premier, et que le moteur comporte en outre un second rotor d'étanchéité (96), de forme -sensiblement circulaire, pourvu d'une cavité correspondante (lia) située de façon à se déplacer en synchronisme avec les premier (114) et second (136) pistons, ledit premier rotor d'étanchéité (94) étant également pourvu d' une seconde cavité (124) qui se déplace. en synchronisme avec le second piston (136) pendant la rotation du rotor moteur (92) et du rotor d'étanchéité (94), avec des moyens d'admission (134) pour introduire du fluide sous pression dans 1' intervalle qui sépare ledit point de contact tangentiel (98, 100) entre les premier et second rotors d'étanchéité (94, 96), d'une part, et ledit rotor moteur (92) d'autre part, au moment où l'un ou l'autre de.ces pistons sort de la Ca- vité correspondante, afin de réaliser quatre phases-ou temps de travail par tour.

14. Un dispositif d'étanchéité pour moteur rotatif à turbine suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 13, destiné à former un joint entre des pièces en mouvement relatif ayant des surfaces très rapprochées, et caractérisé en ce qu'il comprend un système de petites dépressions (220) peu profondes réparties sur les surfaces précitées qui sont séparées par un jeu de l'ordre de 0,025, 0,050 à 0,065 mm.