FR2559846A1

FR2559846A1 - Machine hydraulique de type rotatif

Info

Publication number: FR2559846A1
Application number: FR8502408A
Authority: FR
Inventors: Takahisa Hirano
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1985-08-23
Also published as: GB8504477D0; SG39089G; DE3506376A1; GB2154666A; FR2559846B1; GB2154666B; AU3892485A

Abstract

A.MACHINE HYDRAULIQUE ROTATIVE DU TYPE DE CELLE COMPRENANT DEUX ELEMENTS EN SPIRALE 600, 601 EMBOITES MUTUELLEMENT L'UN DANS L'AUTRE, UN ELEMENT EN SPIRALE 600 ETANT FIXE TANDIS QUE L'AUTRE ELEMENT EN SPIRALE 601 EST MOBILE PAR RAPPORT A LUI, SA PORTION CENTRALE SUIVANT UN MOUVEMENT ROTATIF LE LONG DE LA CIRCONFERENCE DEFINIE AUTOUR DU CENTRE DUDIT ELEMENT EN SPIRALE FIXE, TANDIS QUE SA PORTION ELOIGNEE DE LA PORTION CENTRALE SUIT UN MOUVEMENT ALTERNATIF RECTILINEAIRE OU ARQUE, DE SORTE QUE LE FLUIDE EST INTRODUIT ET DECHARGE SOUS PRESSION. B.ELLE COMPREND EN OUTRE DES MOYENS DE LIMITATION 651, 704, 903, 901, 300 SUSCEPTIBLES DE CONTROLER LE RAPPORT RELATIF DES CONFIGURATIONS EN SPIRALE ENTRE LES DEUX ELEMENTS EN SPIRALE EMBOITES MUTUELLEMENT L'UN DANS L'AUTRE. C.APPLICATION : MACHINE HYDRAULIQUE ROTATIVE TELLE QUE COMPRESSEUR, POMPE, ETC.

Description

Machine hydraulique de type rotatif La présente invention concerne de

manière générale une machine rotative et a trait notamment à une machine hydraulique de type rotatif telle que compresseur, pompe, expanseur, etc. La construction type d'un compresseur à spirale, par exemple, bien connu dans le domaine de machine pour la compres- sion de fluide, représentée sur la figure 1, vue schématique représentant son principe de fonctionnement, comprend deux éléments en spirale de même section, un élément 2 étant monté sur la surface d'une plaque d'extrémité de fermeture représentée comme comportant un orifice central de décharge 4, l'autre élément i étant solidaire de la surface de la plaque d'extrémité opposée. En outre, dans cette réalisation, ces deux éléments sont tournés de 180 l'un par rapport à l'autre et leurs positions relatives sont décalées d'une distance 2p(c'est-à-dire le pas d'un motif en spirale - 2 fois l'épaisseur d'une plaque de l'élément en spirale) de façon à s'emboîter comme le montre la figure pour que, en positions relatives, ils soient mutuellement

en contact en quatre points 51, 52 et 51', 52'. Dans cette cons-

truction, il est à remarquer en outre qu'un élément en spirale 2 est en position fixe tandis que l'autre élément 1 est agencé pour se déplacer en rotation ou selon un mouvement orbital solaire d'un rayon de P = 00' autour du centre 0 de l'élément 2, sans se déplacer en rotation ou selon un mouvement planétaire autour de

son propre axe, grâce à un mécanisme de manivelle d'un rayonp.

Avec cette construction, de petites chambres ou espaces 3, 3 fermées hermétiquement sont délimitées entre les points de butée

51, 52 et 51' et 52' des éléments en spirale 1, 2, respective-

ment, les volumes de ces chambres 3, 3 variant progressivement selon la rotation ou le mouvement solaire de l'élément en

spirale 1.

Plus précisément, lorsque l'élément en spirale 1 est entrai-

né en rotation de 90 à partir de l'état représenté sur la figure l(A), il arrive à la position représentée sur la figure 1(B), après une rotation de 180 , il arrive ? l'état représenté sur la

figure 1(C) et après avoir tourné de 270 , il arrive à l'état-

représenté sur la figure 1(D). A mesure que l'élément en spirale

1 tourne, le volume des petites chambres 3, 3 diminue progressi-

vement et, par la suite, elles viennent à communiquer les unes

avec les autres et forment une seule petite chambre hermétique-

ment fermée 53. Or, après avoir tourné encore de 90 à partir de l'état représenté sur la figure 1(D), il revient à la position représentée sur la figure l(A) et la petite chambre 53 diminue en volume en passant de l'état représenté sur la figure 1(B) à celui représenté sur la figure 1(C) et, par la suite, il aura son plus petit volume entre les états représentés sur les figures (C) et (D). Pendant ce mouvement, des espaces extérieurs commencent à s'ouvrir, comme on le voit sur la figure 1, augmentent à mesure que l'élément 1 passe de l'état de la figure 1(C) vers l'état de la figure 1(D) et ensuite à l'état de la figure 1(A), entraînant

de ce fait un autre volume de gaz dans la petite chambre herméti-

quement fermée délimitée à partir de ces espaces extérieurs, ce cycle de rotation se répétant pour que le gaz prélevé dans les espaces extérieurs des éléments en spirale puisse être comprimé

pour être déchargé par l'orifice de décharge 4.

La description ci-dessus concerne le principe de fonctionne-

ment d'un compresseur à spirale et maintenant, pour ce qui concerne la réalisation pratique de ce type de compresseur, on se réfère à la figure 2 représentant en coupe longitudinale la construction générale du compresseur, et on voit qu'un boîtier 10 se compose d'une plaque d'extrémité frontale 11, d'une plaque

d'extrémité arrière 12 et d'une plaque de forme cylindrique 13.

La plaque d'extrémité arrière 12 comprend un orifice d'admission 14 et un orifice de sortie 15 s'étendant vers l'extérieur, cette plaque 12 étant solidaire d'un élément en spirale fixe 25, constitué d'une aile hélicoïdale 252 et d'un disque 251. La plaque d'extrémité avant 11 porte à rotation un axe 17 muni d'une manivelle 23. Comme le montre la figure 3 qui est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2, un élément en spirale mobile 24 constitué d'un élément en spirale

242 et d'un disque 241 est associé en fonctionnement à la mani-

velle 23, par l'intermédiaire d'un mécanisme fixe ou non rotatif comprenant un roulement à aiguillesradial 26, une bosse 243 de l'élément en spirale mobile 24, un manchon carré 271, un élément coulissant 291, un élément en anneau 292 et une patte d'arrêt 293.

Par ailleurs, on prévoit d'autres éléments tels qu'un roule-

ment à aiguillesradial 16 de l'axe 17, une plaque de poussée mobile 27 solidaire d'un manchon carré 271, une plaque d'appui 21

et des paliers de butée 20 et 22 qui sont tous agencés pour rece-

voir et arrêter une poussée s'exerçant sur eux en fonctionnement.

Selon la construction générale de ce type de compresseur, toutefois, on adopte le mécanisme non rotatif du type dit "Scotch Yoke", ce mécanisme présentant inévitablement les inconvénients suivants.

(1) Il y a relativement beaucoup de composants.

(2) Les intervalles existant entre les éléments en contact coulissant doivent être réalisés avec une précision élevée, ce

qui augmente le coût de fabrication d'une telle machine hydrauli-

que.

(3) Si les intervalles ne sont pas réalisés avec une préci-

sion suffisamment élevée, le contact entre les éléments coulis-

sants donne lieu à des tapotements, produisant de ce fait des

bruits anormaux dans la machine entière, ce qui risque d'entrat-

ner une usure anormale des éléments glissants et un raccourcisse-

ment de la durée de vie de la machine.

Pour remédier à ces inconvénients caractéristiques des

machines hydrauliques rotatives classiques comprenant le mécanis-

me non rotatif décrit ci-dessus, les présents inventeurs ont déjà proposé de réaliser une machine hydraulique de type rotatif en supprimant le mécanisme de type non rotatif dans les demandes de brevet japonaises n 205 413/1982; 149 092/1982; et la demande

de modèle d'utilité japonaise n 130 551/1982.

En se référant d'abord h la demande de brevet japonaise n' 205 413/1982, dont la construction générale est représentée schématiquement sur la figure 4, un élément en spirale (élément en spirale fixe) 500 est solidaire d'une plaque d'extrémité de fermeture dotée d'un orifice de décharge sensiblement central (non représenté), et l'autre élément en spirale (élémept en spirale mobile) 501 est solidaire d'une plaque d'extrémité

opposée de façon qu'ils entrent mutuellement en contact, lors-

qu'ils sont assemblés, aux points 502, 503 et 502', 503'.

Ces éléments en spirale sont disposés de sorte que, tout en maintenant constante une distance "1" entre le centre p' de la goupille d'entraînement (non représentée) adaptée pour générer le mouvement de rotation de l'élément en spirale mobile 501 selon le rayon de mouvement de P et un point p d'un mouvement alternatif le long d'un arc qq' d'un rayon r, l'élément en spirale mobile 501 est entraîné en mouvement rotatif autour du centre 0' de l'arbre d'entraînement selon un rayon de rotation P (la distance entre le centre de l'arbre d'entraînement O' et le centre de la

goupille d'entraînement p').

Plus précisément, le mouvement rotatif de ces éléments en spirale est déterminé de façon que le point p' puisse se déplacer

en rotation le long du cercle de rayons, et le point p se dépla-

ce selon un mouvement alternatif le long de l'arc qq' de rayon r

autour du point 0", tout en maintenant le rapport de pp' = 1.

Grâce à cette disposition, il se forme des petits espaces ou chambres hermétiquement fermés 504, 504' entre les points de contact 502, 503 et 502', 503' o ces deux éléments en spirale - 500, 501 entrent mutuellement en contact, et on voit que ces petites chambres fermées 504, 504' diminuent progressivement de

volume à mesure que l'élément en spirale mobile 501 suit un mou-

vement rotatif lors du fonctionnement de la machine rotative.

Or, lorsque l'élément en spirale mobile 501 tourne de 45' à partir de la position représentée sur la figure 4(A), il arrive à la position représentée sur la figure 4(B); lorsqu'il tourne encore de 90 , il arrive à la position représentée sur la figure 4(C) et ainsi de suite pour arriver à la position de la figure

4(H) après une rotation de 315'.

Il est à remarquer, que pendant ce cycle de mouvement rota-

tif de l'élément en spirale mobile 501, les petites chambres 504,

504' deviennent progressivement plus petites et après un mouve-

ment rotatif de l'élément 501 de 45 depuis la position représen-

tée sur la figure 4(H), il revient à la position. représentée sur la figure 4(A) et les petites chambres 504, 504' tourneront pour devenir analoguesaux petites chambres 505, 505', de sorte que ces deux petites chambres 505, 505' entreront alors en communication

l'une avec l'autre.

Lors d'un cycle ultérieur de mouvement rotatif de l'élément 501, il suivra les mêmes positions représentées sur les figures 4(A) et 4(B), etc. , et au moment o l'élément 501 atteindra la position représentée sur la figure 4(H), les- volumes des petites

chambres sont réduits à un minimum. Lors d'un tel cycle de chan-

gement de positions de l'élément 501, les espaces extérieurs délimités entre les prolongements extérieurs des deux éléments

500, 501 deviendront plus grands à partir du point o ils commen-

cent à s'ouvrir dans la position représentée sur la figure 4(A) en passant par les positions représentées sur les figures 4(8) à 4(C) et ainsi de suite jusqu'à la fin du cycle représenté sur la

figure 4(H), et au début d'un cycle de mouvement rotatif ulté-

rieur, représenté sur la figure 4(A), un autre volume de gaz sera pris par une paire de petites chambres formées à nouveau. Lors des cycles ultérieurs du mouvement rotatif de l'élément 501, un volume de gaz prélevé dans les ouvertures extérieures entre les prolongements extérieurs des deux éléments est comprimé par la diminution progressive des volumes des petites chambres, pour être enfin déchargé vers l'extérieur par un orifice de décharge (non représenté) disposé sensiblement au centre de l'élément en

spirale fixe 500.

En se référant maintenant à la figure 5 qui est une vue partielle en coupe longitudinale et à la figure 6 qui est une vue en coupe transversale suivant la ligne VI-VI de la figure 5, on voit un élément en spirale fixe 600 solidaire du bottier 10 et la plaque d'extrémité avant 11 reçoit l'arbre d'entraînement (arbre) 17 doté d'une manivelle 23, la bosse 243 d'un élément en spirale mobile 601 étant montée en rotation sur la manivelle 23 par un

roulement à aiguillesradial 26.

En outre, on voit que la bosse 243 de l'élément 601 comprend un bras 607 venu de fonderie, l'extrémité avant du bras étant reliée pivotante sur une extrémité d'une bielle 609 par une goupille 608, l'autre extrémité de la bielle 609 étant reliée, également de manière pivotante grâce à une goupille 611, sur un élément d'arrêt 610 solidaire de la plaque cylindrique 13 du bottier 10. Grâce à cette construction, lorsque l'arbre 17 est entraîné en rotation, la portion centrale de l'élément en spirale mobile 601 est entraînée en rotation selon un mouvement solaire fonction de la distance entre l'arbre 17 et la manivelle 23

(rayon de rotation jO), provoquant de ce fait un mouvement alter-

natif du point central de la goupille 608 du bras 607 monté sur l'élément en spirale mobile 601 le long de l'arc passant par le

centre de la goupille 611.

Comme on l'a déjà signalé à propos du principe de fonction-

nement du compresseur rotatif de la présente invention, on voit que les éléments en spirale de ce type de compresseur pourraient avoir une configuration quelconque à condition qu'elle assure une pluralité de points de butée définis lors de la mise en contact des deux éléments en spirale et, par conséquent, on peut en

pratique remédier à tous les inconvénients associés à un compres-

seur comprenant un mécanisme non rotatif classique. On peut toutefois adopter une variante de réalisation en vue de réduire l'encombrement, le coût de fabrication et de simplifier la construction du mécanisme résistant à la poussée du compresseur représenté sur la figure 7, vue partielle en coupe longitudinale et sur les figures 8(A) et 8(B), la figure 8(A) étant une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 7 tandis que la figure 8(B) est une vue en coupe transversale suivant la ligne

B-B de la figure 7.

En se référant à ces figures, on voit qu'une pluralité d'évidements hémisphériques 700 et 703 sont prévus sur la surface latérale de l'extrémité avant d'une portion en forme de disque 605 de l'élément en spirale mobile 601 ainsi qu'un évidement arqué 701 prévu sur la surface latérale de l'extrémité arrière 705 de la plaque d'extrémité avant 11, l'évidement 701 ayant un centre O" et un arc d'un rayon r. Une bille 704 est montée entre

l'évidement hémisphérique 700 et l'évidement arqué 701, lors-

qu'ils sont assemblés l'un contre l'autre.

En outre, des billes 715, au nombre correspondant aux nombres d'évidements hémisphériques 703, sont prévues entre les évidements 703 et la surface latérale de l'extrémité arrière 705 de la plaque d'extrémité avant 11, lorsque la plaque d'extrémité avant 11 et l'élément en spirale mobile 601 sont assemblés l'un

contre l'autre.

Or, la profondeur totale de l'évidement hémisphérique 700 et de l'évidement arqué 701 est égale ou inférieure au diamètre de la bille 704, et le prolongement de l'évidement arqué 701 est égal ou supérieur à la valeur assurant un mouvement alternatif le long de l'arc défini autour de l'élément en spirale mobile, la bille 704 étant en position de contact. En outre, la largeur de l'évidement arqué 701 est déterminée de façon que la bille 704 ne

puisse guère se déplacer dans le sens de la largeur de l'évide-

ment, lorsque la bille est en position, le diamètre de l'évide-

ment hémisphérique 700 étant en général égal à celui de la bille 704. Grâce à ce rapport dimensionnel, la bille 704 en position dans l'évidement hémisphérique 700 de l'élément an spirale mobile 601 correspond au point p que l'on a décrit à propos du principe de fonctionnement en regard de la figure 4, le mouvement de la bille 704 étant dOment limité par la configuration de l'évidement arqué 701 prévu sur la surface latérale d'extrémité arrière 705 de la plaque d'extrémité avant 11, seul le mouvement de la bille roulant le long de l'arc d'un rayon r autour du centre 0" étant autorisé, rendant de ce fait possible le mouvement alternatif du point p le long de l'arc comme on l'a décrit à propos du principe de fonctionnement, et permettant ainsi à la bille 704 d'assurer une fonction correcte, c'est-à-dire de recevoir et d'arrêter la poussée engendrée lors du fonctionnement. Or, les billes 715 étant disposées correctement dans les espaces délimités entre les évidements hémisphériques 703 et la surface latérale d'extrémité arrière 705 de la plaque d'extrémité avant 11, lorsqu'ils sont assemblés l'un à l'opposé de l'autre, les billes sont en mesure

de recevoir et d'arrêter la poussée engendrée lors du fonctionne-

ment, réalisant de ce fait un moindre encombrement, un allégement

de poids, une fiabilité élevée et un coût de fabrication relati-

vement faible.

Dans la pratique, diverses variantes de réalisation de

compresseur de ce type sont possibles.

(1) Comme le montre la figure 9, l'élément 801 délimité par l'évidement arqué 701 peut être également solidaire de la surface

d'extrémité 705.

(2) A la place des évidements hémisphériques 700 et 703, on peut prévoir un évidement 802 de forme rectangulaire en section, comme le montre la figure 10, si les billes 704 et 715 peuvent

être maintenues correctement en position.

(5) L'évidement arqué 701 peut présenter en section trans-

versale une courbure représentée en 803 sur la figure 10.

(4) A la place de l'évidement hémisphérique 700, on peut prévoir d'autres réalisations telles que celles représentées sur

les figures ll(A) et (B), par exemple un élément de positionne-

ment 804 doté d'un évidement sphérique 805 ou un anneau 806 destiné à déterminer la position correcte de la bille, l'élément annulaire pouvant être solidaire de la portion formant disque 605 de l'élément en spirale mobile 601. Cela s'applique également à

l'évidement hémisphérique 703.

A la place de l'évidement hémisphérique 703 de la portion formant disque 605 de l'élément en spirale mobile 601, on pourrait prévoir un évidement hémisphérique sur la surface latérale de l'extrémité arrière de la plaque d'extrémité avant 11. En outre, l'évidement 703 peut avoir une forme qui n'est pas hémisphérique, un organe de guidage 808 étant solidaire de la

surface d'extrémité 705 comme le montre la figure 12.

(6) Au lieu d'une bille 704 disposée immédiatement entre l'évidement hémisphérique 700 et l'évidement arqué 701 opposés, on pourrait prévoir un patin 809 entre ceux-ci comme le montre la figure 13. Cela s'applique également à l'évidement hémisphérique

703 et à la bille 715.

(7) On peut adopter une goupille 810 à la place de la bille 704, comme le montre la figure 14(A) et on peut prévoir une saillie sur la portion formant disque 605 comme le montre la figure 14(B). Bien que ni la goupille 810, ni la saillie 811 ne puissent recevoir et arrêter la poussée engendrée, elles peuvent servir pour assurer un mouvement alternatif rectilinéaire. En outre, l'extrémité avant de la goupille 812 peut avoir une forme sphérique destinée à recevoir les efforts de poussée rencontrés. (8) Bien que les modifications ci-dessus concernent une construction dans laquelle la poussée peut être reçue directement par la portion formant disque 605 de l'élément en spirale mobile 601 et par la surface latérale d'extrémité arrière 705 de la plaque d'extrémité avant 11, il est bien entendu possible dans la pratique de prévoir une plaque de butée appropriée associée à ces

éléments en relation opposée pour atteindre une meilleure durabi-

lité. (9) Un système de lubrification appropriée sera bien entendu prévu entre chacun des évidements hémisphériques, l'évidement

arqué et les billes.

Outre les réalisations connues décrites ci-dessus, les

présents inventeurs ont proposé dans le même but un perfectionne-

ment de réalisation en déposant la demande de brevet japonaise ne 149 092/1982 et la demande de modble d'utilité japonaise n 130 551/1982, selon lesquelles la portion centrale de l'élément en spirale mobile peut suivre un mouvement rotatif solaire, tandis que la portion éloignée de la portion centrale

peut suivre un mouvement rectilinéaire.

Toutefois, dans les réalisations de la machine hydraulique de type rotatif décrites, il est très important d'assurer un

rapport correct entre les configurations en spirale ou hélicoïda-

les des éléments en spirale constitutifs. Sans un rapport relatif

correct de ces éléments, il peut se former un intervalle indési-

rable entre les éléments en spirale lorsqu'ils sont assemblés par emboîtement l'un dans l'autre, intervalle par lequel le fluide

risque de s'échapper, d'o une dégradation importante des perfor-

mances de la machine.

Or, en se référant aux figures 5 et 6, on voit que l'élément en spirale fixe 600 est solidaire du bottier 10, tandis que

l'élément en spirale mobile 601 est monté pivotant par la gou-

pille 601 sur l'élément de butée 610 du bottier 10 par l'intermé-

diaire de la liaison constituée du bras 607, de la goupille 608

et de la bielle 609. Grâce à cette construction, le rapport rela-

tif entre les configurations en spirale des deux éléments en spirale est établi par rapport au boîtier 10. Par conséquent, bien qu'il soit essentiel d'assurer les positions circonférentielles requises entre l'élément en spirale fixe 600 et le boîtier 10 et entre l'élément de butée 610 et le boîtier 10, il est en général difficile d'atteindre en pratique

un positionnement correct de ces éléments.

En se référant maintenant aux figures 7 et 8, on voit que l'élément en spirale fixe 600 est solidaire du boîtier 10, tandis que l'élément en spirale mobile 601 est installé en position - correcte à l'aide de la bille 704 et de l'évidement arqué 701 de la plaque d'extrémité avant 11, quand ils sont assemblés l'un en

face de l'autre, et, grâce à cette construction, le rapport rela-

tif entre les configurations en spirale des deux éléments en spirale peut être par conséquent réglé via le boîtier 10 et la

plaque d'extrémité avant 11.

Avec une telle construction, bien qu'il soit essentiel d'assurer un positionnement circonférentiel correct entre l'élément en spirale fixe 600 et le boîtier 10 et entre la plaque

d'extrémité avant 11 et le boîtier 10, il est en général diffici-

le de satisfaire à une telle exigence de positionnement en prati-

que. Or, dans les réalisations décrites ci-dessus, il est en pratique difficile d'assurer avec certitude un rapport relatif correct entre les configurations en spirale des deux éléments en

spirale, ce qui entraîne une dégradation inévitable des perfor-

mances de la machine, ce qui a pour conséquence un coût de fabri-

cation relativement élevé de la machine.

Sur la figure 18, on voit un autre exemple d'une machine hydraulique à spirale classique. Un organe en spirale mobile désigné en 101 est représenté comme comprenant une portion formant disque lOlb et un élément en spirale lOla. On voit en outre un organe en spirale fixe en 101, doté d'une portion 1l formant disque 102b et d'un élément en spirale 102a. On voit que ces éléments en spirale de l'organe en spirale 101 et de l'organe en spirale fixe 102 s'emboîtent mutuellement l'un dans l'autre et délimitent entre eux une chambre de fluide 103. L'organe en spirale fixe 102 est solidaire d'un bâti 106 tandis que l'organe

en spirale mobile 101 est en prise, d'une part, avec une manivel-

le 107a d'un arbre 107 par l'intermédiaire d'un palier 106b et, d'autre part, avec le bâti 106 par l'intermédiaire d'un mécanisme

108 destiné à empêcher une autorotation et comprenant l'accouple-

ment de Oldham. L'arbre de manivelle 107 est entraîné en rotation par un moteur 109, ce qui entraîne l'organe en spirale mobile 101 en mouvement rotatif solaire selon un rayon de manivelle P tout en étant empêché d'exécuter un mouvement rotatif planétaire grâce au mécanisme empêchant une autorotation 108 et, en même temps,

aspirant du fluide dans la chambre à fluide 103 ob il est compri-

mé avant d'être dirigé vers un orifice de décharge 104 prévu dans la portion formant disque 102b de l'organe en spirale fixe 102

pendant son mouvement rotatif.

Avec cette construction de la machine hydraulique à spirale, si l'origine ou le centre de l'organe en spirale mobile 101 ne

suit pas un mouvement rotatif constant selon le rayon de la mani-

velle? autour de l'origine ou centre O de l'organe en spirale fixe 102, tout en maintenant un rapport relatif correct de la configuration en spirale par rapport à l'organe en spirale fixe 102, il se pourrait que les éléments en spirale 102a, iOla de l'organe en spirale fixe 102 et de l'organe en spirale mobile 101 entrent respectivement en contact intempestif ou se mordent

mutuellement ou que l'intervalle entre les deux éléments augmen-

te, provoquant de ce fait un échappement de fluide de la chambre de fluide 103, avec une diminution inévitable des performances de

la machine hydraulique è spirale.

Dans ces circonstantes, toutefois, dans la disposition classique décrite ci-dessus, on utilise l'accouplement de Oldham comme mécanisme empêchant une autorotation 108, et, dans cette construction, cet accouplement d' Oldham est monté, comme le montre la figure 19, coulissant grâce à une clavette 108b portée

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par l'anneau d'Oldham 108a qui coulisse dans la rainure de clavet-

te de l'organe en spirale mobile 201, et également par une autre clavette 108c qui coulisse librement dans la rainure de clavette du bâti 106, respectivement. En outre, dans la construction selon laquelle l'organe en spirale fixe 102 est solidaire du bâti 106, le rapport relatif des configurations en spirale de l'organe mobile 101 et de l'organe fixe 102 peut être déterminé par

rapport au bâti 106.

Par conséquent, pour atteindre un rapport relatif correct entre les configurations en spirale de l'organe mobile 101 et de l'organe fixe 102, il est essentiel d'assurer le rapport relatif des configurations en spirale entre le bâti 106 et l'organe en spirale fixe 102 établies précédemment. A cette fin, dans l'art antérieur, on prévoit une goupille de positionnement, par exemple, entre ces deux dans une telle construction commune, mais cela entraîne un coût relativement élevé et il est en général difficile d'assurer un réglage précis des deux organes en spirale

101 et 102, conduisant par conséquent à une dégradation des per-

formances de la machine hydraulique dans la pratique.

La présente invention vise à remédiera cesinconvénients et propose essentiellement une machine hydraulique de type rotatif perfectionnée. Un but principal de la présente invention est donc d'apporter un perfectionnement permettant un réglage aisé du rapport relatif des configurations en spirale entre l'élément en

spirale fixe et l'élément en spirale mobile de la machine hydrau-

lique, ainsi que la stabilité et l'efficacité de ce réglage, permettant par conséquent d'assurer des performances élevées de

la machine ainsi qu'une réduction substantielle du coût de fabri-

cation. La présente invention apporte donc un perfectionnement dans

la réalisation d'une machine hydraulique du type rotatif compre-

nant deux éléments en spirale s'emboîtant mutuellement l'un dans l'autre, un élément en spirale étant fixe tandis que l'autre élément en spirale est mobile par rapport à l'élément fixe, sa portion centrale se déplace selon un mouvement rotatif le long de la circonférence défini autour du centre de l'élément en spirale fixe, tandis que sa portion éloignée de la portion centrale se déplace selon un mouvement alternatif ou rectilinéaire ou arqué,

ce qui fait que le fluide est introduit et déchargé sous pres-

sion, et comprenant en outre des moyens de limitation aptes à contrôler le rapport relatif des configurations en spirale entre les deux éléments en spirale emboîtés mutuellement l'un dans l'autre. Grâce à cette construction avantageuse, on obtient l'effet

et la fonction suivants.

I1 n'y a plus besoin d'un réglage rigoureux du positionne- ment relatif des deux organes en spirale par rapport à la plaque

d'extrémité avant, du boîtier, etc., de la machine hydraulique, réglage qui est nécessaire avec une construction classique, et qui apporte sans aucun doute une diminution importante du coot de

la machine.

(2) Du fait que le rapport relatif entre les deux éléments

en spirale est déterminé, comme on l'a signalé ci-dessus, essen-

tiellement en fonction de la construction des deux éléments en spirale ou du mécanisme empêchant une autorotation de l'élément en spirale mobile situé entre les deux éléments, et la précision du travail étant dument assurée, il n'y aura pas de risque de fuite de l'intervalle compris entre les deux éléments, apportant ainsi une amélioration substantielle des performances de la machine. En outre, les difficultés de performance de la machine sont réduites en grande mesure, permettant de ce fait d'assurer

de manière stable des performances excellentes de la machine.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présen-

te invention ressortiront de la description détaillée qui suit

d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une série de vues schématiques illustrant le principe de fonctionnement d'un compresseur à spirale de type connu; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale illustrant la construction générale du compresseur à spirale connu; - la figure 3 est une vue transversale suivant la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une série de vues schématiques illustrant le principe de fonctionnement de la machine hydraulique de type rotatif décrit dans la demande de brevet japonaise n 205 413/1982 par les présents inventeurs;

- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale représen-

tant la construction d'une machine hydraulique de type rotatif de l'art antérieur selon le principe de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe transversale illustrant une modification de la construction de la figure 5;

- les figures 8(A) et 8(B) sont des vues en coupe transver-

sale suivant la ligne A-A et B-B de la figure 7, respecti-

vement; - les figures 9 à 14 sont des vues partielles en coupe longitudinale représentant des modifications apportées à la construction des mécanismes à billesde l'art antérieur représentée sur la figure 7, respectivement; - la figure 15 est une vue partielle en coupe longitudinale représentant un mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 16 est une vue en coupe longitudinale analogue représentant la modification apportée à la construction de la figure 15; les figures 17(A) et (B) sont des vues partielles en coupe longitudinale illustrant les modifications apportées à la construction des sections à billesreprésentée sur la figure 16, respectivement; - la figure 18 est une vue en coupe longitudinale montrant la construction générale d'un autre compresseur à spirale connu; - la figure 19 est une vue en plan de dessus, à plus grande échelle, représentant en détail le mécanisme empêchant une autorotation du compresseur à spirale représentée sur la figure 18; - les figures 20 à 22 sont des vues schématiques d'une variante de réalisation de.la présente invention, dans lesquelles la figure 20 est une vue partielle en coupe

longitudinale, la figure 21 est une vue partielle en per-

spective d'une clavette en croix conforme à la présente invention et les figures 22(A) et 22(B) sont des vues en plan montrant la configuration de. rainures de clavette réalisées dans les organes en spirale mobile et fixe. ;

- les figures 23 et 24 sont des vues en perspective repré-

sentant la clavette en croix selon une variante de réali-

sation de la présente invention, respectivement; - la figure 25 est une vue en coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation de la présente invention; - les figures 26(A), (B) et (C) montrent une variante de réalisation encore de la présente invention, dans laquelle

les figures 26(A) et (B) sont des vues en plan représen-

tant les rainures de clavette réalisées dans les organes en spirale mobile et fixe, respectivement, tandis que la figure 26(C) est une vue en perspective représentant la construction générale de la clavette en croix; et - la figure 27 est une vue en perspective montrant la forme générale de la clavette en croix conforme à un autre mode

de réalisation de l'invention.

On va expliquer la présente invention maintenant selon un mode de réalisation préféré s'adaptant en pratique à la machine hydraulique de type rotatif représentée sur les dessins. Or, on

se réfère à la figure 15 qui est une vue partielle en coupe lon-

gitudinale du présent mode de réalisation, à la figure 16 qui est une vue en coupe longitudinale analogue représentant la modification apportée à la réalisation de la figure 15 et aux figures 17(A) et 17(B) qui sont, elles aussi, des vues en coupe longitudinale représentant la modification apportée à la section

billesde la figure 16, respectivement.

Tout d'abord, la figure 15 correspond à la figure 5, sur lesquelles les mêmes éléments sont désignés par les mêmes numéros de référence. Dans cette construction, on voit un élément en spirale fixe 600 solidaire du boîtier 10, tandis que l'élément en spirale mobile 601 comporte la bielle 651 montée pivotante par une extrémité à l'aide d'une goupille 650 sur la portion formant disque 605 tandis que l'extrémité opposée de la bielle 651 est montée pivotante à l'aide de la goupille 652 sur la portion

formant disque 630 de l'élément en spirale fixe 600, respective-

ment.

Dans cette construction, on prévoit en outre un évidement de dégagement 653 réalisé sur la portion formant disque 630 de l'élément en spirale fixe 600 pour permettre à la goupille 650, la bielle 651 étant montée pivotante en position, d'exécuter un

mouvement alternatif selon un trajet arqué.

Grâce à cette construction, analogue à celle représentée sur les figures 5 et 6, la goupille 650 de l'élément en spirale

mobile 601 peut exécuter un mouvement alternatif arqué par l'in-

termédiaire de la bielle 651.

Il est à noter que le rapport relatif entre l'élément en spirale fixe 600 et l'élément en spirale mobile 601 peut être déterminé par la construction générale des deux éléments, ou en d'autres termes que le positionnement relatif de ces éléments peut être déterminé exclusivement grâce à l'emplacement définitif des goupilles sur ces éléments et au travail de précision de la bielle. Etant donné qu'il n'y a aucun facteur en rapport avec

d'autres éléments impliqués tels que le boîtier, la plaque d'ex-

trémité avant, etc., il n'y a avantageusement plus besoin d'un

positionnement rigoureux de ces éléments.

Or, en se référant à la figure 16 qui montre la construction générale de l'invention correspondant à la construction classique des figures 7 et 8, l'ensemble destiné à recevoir des efforts de

poussée s'exerçant sur l'élément en spirale mobile 601 en fonc-

tionnement comprend la pluralité d'évidements hémisphériques 703 de la portion en forme de disque 605 selon une disposition classique, évidements dans lesquels sont introduites les billes

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704, respectivement. En outre, un évidement hémisphérique 750 est prévu sur une partie de la surface d'extrémité de la portion en forme de disque 605 de l'élément en spirale mobile en face de

l'élément en spirale fixe 600, et un évidement arqué 752 (présen-

tant une forme analogue à celle de la figure 8(A)) est prévu sur la partie de la surface d'extrémité de la portion formant disque 603 de l'élément en spirale fixe 600 du côté de l'élément en spirale mobile 601, respectivement, une bille 751 étant montée à

frottement doux entre eux.

Dans une telle construction, comme pour le cas représenté sur les figures 7 et 8, une partie de l'élément en spirale mobile 601 peut être entraînée en mouvement alternatif de façon arquée et, en outre, le rapport relatif ainsi établi entre les deux éléments en spirale peut être déterminé exclusivement par les

deux éléments en spirale et les billes en prise entre eux.

A la place du système à billes décrit ci-dessus, on peut

adopter un autre système représenté sur les figures 17(A) et (B).

Selon la figure 17(A), un trou de logement d'ergot 900 est

réalisé dans la portion formant disque 605 de l'élément en spira-

le mobile 601 tandis que, d'autre part, un évidement de forme

arquée 902 est réalisé dans l'élément en spirale fixe 600, res-

pectivement. Or, en se référant à la figure 17(B), une saillie 903 ayant la forme d'un ergot fait partie intégrante de la portion formant

disque 605 de l'élément en spirale mobile 601.

A la différence des constructions classiques représentées sur les figures 9 à 13, on peut prévoir une portion formant disque de l'élément en spirale mobile à la place de la plaque d'extrémité avant 11 et on peut prévoir en outre des éléments tels qu'un mécanisme de liaison, tel que celui décrit ci-dessus,

sur la partie de la portion formant disque de l'élément en spira-

le fixe à la place de la portion formant disque de l'élément en

spirale mobile, respectivement.

Pour ces constructions,-toutefois, l'élément à billes ne reçoit pas nécessairement les efforts de poussée engendrés en fonctionnement. Dans la pratique, bien entendu, ces éléments tels que

goupilles et bielles, ou billes, ergots et évidements hémisphéri-

ques peuvent être lubrifiés de toute manière appropriée.

* En ce qui concerne la lubrification de ces éléments, il va sans dire que l'on peut prévoir un intervalle approprié entre ces

éléments de sorte qu'aucun effort de poussée ne s'y exerce.

En outre, en pratique, ces billes ou ergots peuvent être prévus sur la partie de la portion formant disque de l'élément en spirale fixe et non sur la portion formant disque de l'élément en spirale mobile, et l'évidement arqué peut être réalisé sur la partie de la portion formant disque de l'élément en spirale mobile au lieu de l'être sur la portion formant disque

de l'élément en spirale fixe.

On va décrire maintenant d'autres modes de réalisation de l'invention en se référant aux figures 20 à 22. Comme le montre la figure 20, on prévoit une pluralité de rainures de clavette 301 s'étendant toutes dans le même sens sur la surface de la portion formant disque 102b de l'organe en spirale fixe 102 en face de l'organe en spirale mobile 101, seules deux rainures de clavette étant visibles sur la figure. Par ailleurs, on prévoit

un nombre correspondant de rainures de clavette 302 sur la surfa-

ce de la portion formant disque lOlb de l'organe en spirale mobile 101 en face de l'organe mobile fixe 102 de façon que ces rainures de clavette s'étendent sensiblement perpendiculairement aux rainures de clavette 301, respectivement. Et on prévoit une clavette en forme de croix 300, comme le montre schématiquement la figure 21, son élément de clavette 303 pouvant coulisser dans la rainure de clavette 301 réalisée dans l'organe en spirale fixe

102 tandis que l'autre élément de clavette 304 est apte à coulis-

ser dans la rainure de clavette 302 de l'organe en spirale mobile 101. Les autres détails de construction étant analogues à ceux de

la figure 18, les éléments portent les mêmes numéros de référen-

ce. Sur la figure 22, on voit des rainures de clavette 301 et 302 réalisées dans les portions formant disque 102b et lOlb de l'organe fixe 102 et de l'organe mobile 101, respectivement, la clavette en croix 300 s'engageant dans les rainures de clavette 301, 302, respectivement, de façon que l'élément de clavette 303 puisse coulisser de manière alternative dans la rainure de clavette 301 de l'organe fixe 102 dans le sens longitudinal, mouvement représenté par la double flèche, et que l'élément de clavette 304 de la clavette en croix 300 puisse coulisser de manière alternative dans la rainure de clavette 302 de l'organe mobile 101 dans le sens longitudinal de celui-ci. Grâce à cette

disposition de la clavette 300, autorisant deux mouvements alter-

natifs en combinaison l'un avec l'autre, l'organe en spirale mobile 101 peut suivre un mouvement rotatif solaire tout en étant

interdit de réaliser un mouvement d'autorotation.

Grâce à la clavette en croix 300, de construction unique mais très simple, il est maintenant possible dans la pratique

d'interdire à l'élément en spirale mobile tout mouvement d'auto-

rotation, permettant de ce fait une diminution importante du coût

de fabrication de la machine hydraulique.

En même temps, grâce au fait que le rapport relatif des configurations en spirale entre les deux éléments en spirale 101, 102 peut être prédéterminé exclusivement grâce à la précision d'usinage des rainures de clavette 301, 302 et de la clavette en croix 300, on peut supprimer l'étape de positionnement rigoureux, essentiel jusqu'à présent, de l'élément en spirale fixe par rapport au bâti de la machine. En outre, grâce à la suppression de ce mécanisme nécessaire jusqu'à présent pour effectuer ce travail de positionnement, il est maintenant possible de réduire

le temps nécessaire à l'assemblage d'un tel mécanisme. -

Le rapport relatif des configurations en spirale entre les deux organes en spirale étant prédéterminé en fonction de la précision d'usinage du mécanisme empêchant une autorotation ainsi que par la précision d'implantation de l'organe en spirale fixe par rapport au bâti de la machine, ce rapport relatif dépendra désormais de la précision d'usinage du mécanisme empêchant une autorotation à l'exclusion de la précision d'installation de ces éléments. Grâce à cette caractéristique avantageuse, il est désormais possible en pratique de régler le rapport relatif des configurations en spirale entre les deux organes en spirale avec une stabilité suffisante, ce qui se traduit par une diminution

des efforts visant à obtenir de bonnes performances de la machi-

ne, ces performances pouvant être désormais assurées de manière

stable.

Comme le montre la figure 23, on peut utiliser une clavette en croix modifiée 400 comportant des éléments de clavette 402 et 403 s'étendant sensiblement perpendiculairement l'un par rapport à l'autre sur les faces opposées de tête et de queue d'une portion formant disque 401. Ce type de clavette en croix 400 peut

être réalisé avec des éléments de clavette 402, 403 plus résis-

tants, mais il faut prévoir un évidement dans la portion formant disque 101b ou 102b de l'organe mobile 101 ou de l'organe fixe 102 pour autoriser le mouvement de déplacement de la portion

formant disque 401.

Comme le montre la figure 24, on peut utiliser une clavette de forme en croix 450 comprenant une pluralité d'ergots 452, à la place des éléments de clavette, faisant partie intégrante d'une

portion formant disque 451 ou implantés par vissage ou par embol-

tement à la presse dans une telle portion.

En outre, comme le montre la figure 25, on peut prévoir une rainure de graissage 361 dans l'organe mobile 101 pour que la

rainure de clavette 302 soit alimentée correctement en lubri-

fiant, pour graisser la clavette en croix 300 et les rainures de

clavette 301, 302.

Le matériau constitutif et le traitement superficiel de la clavette en croix peut être précisé. Il peut s'agir d'une pièce coulée en fer ou en un autre métal tel que l'aluminium, ou en une résine plastique, et sa surface peut être traitée par un film d'acide phosphorique, par une métallisation générale, par un revêtement de Téflon, etc. Comme on le voit sur la figure 26(C), on peut prévoir comme clavette en croix un anneau 472 doté d'éléments de clavette 474, 475 s'étendant perpendiculairement l'un par rapport à l'autre sur les faces opposées de la clavette. Cette clavette modifiée 472 peut avoir son élément de clavette 474 engagé coulissant dans la rainure de clavette 471 réalisée sur la surface de l'organe en spirale mobile 101 en face de l'organe en spirale fixe 102 et son

élément de clavette 475 engagé de manière analogue dans la rainu-

re de clavette 473 réalisée sur la surface de l'organe fixe 102 en face de l'organe mobile 101, respectivement, comme le montrent

les figures 26(A) et (B).

En outre, comme le montre la figure 27, on peut implanter

des ergots 476 dans l'anneau 472, à la place des éléments de-

clavette représentés sur la figure 26.

Bien que l'on vienne de décrite des modes de réalisation préférés de la présente invention, il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au détail des modes de réalisation décrits mais, au contraire, on peut y apporter des modifications

sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Machine hydraulique de type rotatif comprenant deux éléments en spirale disposés de façon à s'emboîter mutuellement l'un dans l'autre, un premier élément en spirale étant fixe tandis que l'autre élément en spirale est mobile par rapport au premier, sa portion centrale suivant un mouvement rotatif le long de la circonférence définie autour du centre dudit premier élément en spirale fixe, tandis que sa portion éloignée de ladite portion centrale suit un mouvement alternatif soit rectilinéaire, soit arqué, de sorte que le fluide est introduit et déchargé sous pression, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens

de limitation disposés en relation de fonctionnement immédiate-

ment entre les deux éléments en spirale (600, 601) et aptes à limiter en fonctionnement le rapport relatif des configurations

en spirale entre les deux éléments en spirale emboîtés mutuelle-

ment l'un dans l'autre.

2. Machine hydraulique du type rotatif selon la revendica-

tion 1, caractérisée en ce que les moyens de limitation sont des moyens de liaison (651) montés pivotant entre l'élément en

spirale fixe (600) et l'élément en spirale mobile (601).

3. Machine hydraulique de type rotatif selon la revendica-

tion 1, caractérisée en ce que les moyens de limitation sont constitués par des billes (704) interposées entre des évidements hémisphériques (703) pratiqués dans la surface d'extrémité de la portion formant disque (605) de l'élément en spirale mobile (601) en face de l'élément en spirale fixe (600) et un évidement arqué (752) pratiqué dans la surface d'extrémité de l'élément en

spirale fixe en face de l'élément en spirale mobile (601).

4. Machine hydraulique de type rotatif selon la revendica-

tion 1, caractérisée en ce que les moyens de limitation sont des ergots (903) implantés dans la portion formant disque (605) de

l'élément en spirale mobile (601) en relation opposée à l'évide-

ment arqué (902) pratiqué dans la surface d'extrémité de l'élément en spirale fixe (600) en face de l'élément en spirale

mobile (601).

5. Machine hydraulique de type rotatif selon la revendica-.

tion 1, caractérisée en ce que les moyens de limitation sont des moyens saillants (901) faisant partie intégrante de la portion formant disque (605) de l'élément en spirale mobile (601) en relation opposée à l'évidement arqué (902) pratiqué dans la surface d'extrémité de l'élément en spirale fixe (600) en face de

l'élément en spirale mobile (601).

6. Machine hydraulique de type rotatif selon la revendica-

tion 1, caractérisée en ce que les moyens de limitation sont des moyens empêchant une autorotation (300) disposée entre les deux éléments en spirale (600, 601) de manière que les moyens de limitation permettent un mouvement rotatif solaire mais empêchent

un mouvement d'autorotation de l'6lement en spirale mobile (601).

7. Machine hydraulique de type rotatif selon les revendica-

tions 1 et 6, caractérisée en ce que les moyens empochant une autorotation de l'6lément en spirale mobile sont en forme de clavette en croix (300) aptes à s'engager de manière coulissante dans une pluralité de rainures de clavette (301) s'étendant dans le même sens sur la surface de l'élément en spirale fixe (102) en face de l'élément en spirale mobile (101), et dans des rainures de clavette (302) s'étendant sensiblement perpendiculairement à ladite pluralité de rainures de clavette (301) sur la surface de la portion formant disque (101b) de l'élément en spirale mobile

(101) en face de l'élément en spirale fixe (102).

8. Machine hydraulique de type rotatif selon les revendica-

tions 1, 6 et 7, caractérisée en ce que les clavettes en croix (300) comprennent des éléments de clavette (303, 304) faisant saillie sur les côtés opposés des moyens formant disque et s'étendant sensiblement perpendiculairement l'un par rapport à

l'autre.

9. Machine hydraulique de type rotatif selon les revendica-

tions 1, 6 et 7, caractérisée en ce que les clavettes en croix (450) comprennent des éléments de clavette (452) sous forme d'ergots implantes sur les faces opposées dudit disque ou venus

de fonderie avec lui.

10. Machine hydraulique de type rotatif selon les revendica-

tions 1 et 6, caractérisée en ce que les moyens d'empêchement d'une autorotation sont des clavettes (474) aptes à s'engager de

manière coulissante dans des rainures de clavette (471) prati-

quées dans la surface de la portion formant disque (101) de l'élément en spirale mobile en face de l'élément en spirale fixe et dans des rainures de clavettes (473) pratiquées dans la surface de l'élément en spirale fixe (102) en face de l'élément en spirale mobile (101), clavettes qui s'étendent sur les faces opposées de l'anneau (475) sensiblement perpendiculairement les

unes par rapport aux autres.

11. Machine hydraulique de type rotatif selon les revendica-

tions 1, 6 et 10, caractérisée en ce que les clavettes sont constituées d'ergots (476) implantés dans les faces opposées de

l'anneau (472) ou venus de fonderie avec celui-ci.

12. Machine hydraulique de type rotation selon les revendi-

cations 1, 6 et 7, caractérisée en ce que l'élément en spirale mobile (101) comprend une rainure de graissage (361) apte à alimenter en lubrifiant les rainures de clavettes (302) pour

assurer la lubrification entre les clavettes (300) et les rainu-

res de clavettes (301, 302).