FR2568951A1 - Machine fluidique de type rotatif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE MACHINE FLUIDIQUE DU TYPE ROTATIF. DANS CETTE MACHINE FLUIDIQUE DU TYPE ROTATIF, COMPORTANT DEUX ELEMENTS 505 EN FORME DE VOLUTES OU DE SPIRALES, DONT L'UN EST FIXE ET DONT L'AUTRE EST ROTATIF, CES DEUX ELEMENTS EN FORME DE SPIRALES 505 ONT DES PROFILS DEFINIS RESPECTIVEMENT DE MANIERE A COMPORTER UN SEGMENT DE COURBE 701 EXTERIEUR DU POINT DE VUE RADIAL, CONSTITUE PAR UNE DEVELOPPANTE, UN SEGMENT DE COURBE 702, INTERIEUR DU POINT DE VUE RADIAL, CONSTITUE PAR UNE AUTRE DEVELOPPANTE, INCLUANT UN ARC DE RAYON R, ET UN ARC 703 DE RAYON R RELIANT DE FACON UNIFORME LE SEGMENT DE COURBE EXTERIEUR DU POINT DE VUE RADIAL ET L'ARC POSSEDANT LE RAYON R, CONFORMEMENT A UNE RELATION GEOMETRIQUE. APPLICATION NOTAMMENT AUX COMPRESSEURS.

Description

Machine fluidique de type rotatif La présente invention concerne d'une

manière générale une machine rotative et plus particulièrement

une machine fluidique de type rotatif.

L'agencement typique d'un compresseur du type & volute par exemple, connu d'une manière générale dans la technique des machines à compression d'un fluide, tel

que représenté sur la figure 10 (10A-10D) annexée & la pré-

sente demande et montrant une vue schématique illustrant le principe général de fonctionnement, est tel qu'il est

prévu deux éléments en forme de volutes ou de spirales pos-

sédant des formes en coupe transversale identiques, un élément en forme de spirale 2 étant fixé en position sur

la surface d'une plaque d'extrémité d'étanchéité possé-

dant une ouverture de refoulement 4 centrée d'une manière générale. En plus de cet agencement, ces deux éléments

en forme de spirales sont décalés l'un par rapport à l'au-

tre de 180 degrés en rotation et sont également décalés, dans leurs positions relatives, d'une distance égale à

2 f (= le pas d'une configuration en spirale - 2 x l'épais-

seur d'une plaque d'un élément en forme de spirale) de manière à être imbriqués en position l'un dans l'autre comme cela est représenté schématiquement sur la figure et ce de telle manère que lesdits éléments peuvent être situés dans leurs positions relatives de manière à être

en contact réciproque en quatre points 51, 52, et 51', 52'.

Conformément à cette construction, on notera en outre qu'un élément en forme de spirale 2 est monté fixe et

que l'autre élément 1 est agencé de manière à se dépla-

cer en rotation ou selon un mouvement solaire orbital ayant un rayon f = 0, 0' autour du centre O de l'élément en forme de spirale 2, sans avoir un mouvement de rotation ou un mouvement planétaire autour de son propre axe, grâce à l'utilisation d'un mécanisme à manivelle possédant un

rayon.

Avec un tel agencement, il existe de petits es-

paces ou chambres 3 définies et qui sont frmées d'une ma-

nière étancheet s'étendent entre les points de contact 51, 52 et 51', 52' respectivementdes é]oentsenfcrmedespirales 1, 2 et dont les volumes varient graduellement de façon continue lors du mouvement solaire ou de révolution de

l'élément en forme de spirale 1.

Lorsque l'on effectue un examen plus spécifique, on peut noter que, lorsque l'élément en forme de spirale

1 est tenu en premier lieu de tourner de 90 degrés & par-

tir de la position représentée sur la figure 10(A), il vient alors dans la position représentée sur la figure (B), que lorsqu'il est entraîné sur une rotation de degrés, il vient alors dans la position représentée sur la figure 10(C) et que lorsqu'il est entraîné plus bin sur 270 degrés, il vient alors dans la position représentée sur la figure 10(D). Lorsque l'élément de spirale 1 se déplace dans son mouvement de rotation, les volumes des petites chambres 3 diminuent d'une manière

graduelle et continue et éventuellement ces chambres vien-

nent en communication l'une avec l'autre et se réunissent

pour former une petite chambre 53 fermée de façon étanche.

Alors, lorsque l'élément en forme de spirale se déplace sur une rotation supplémentaire de 90 degrés à partir de la position représentée sur la figure 10(D), il revient dans la position représentée sur la figure 10(A), et alors

le volume de la petite chambre 53 est réduit lorsque l'é-

lément en forme de spirale passe de la position représen-

tée sur la figure 10(B) à celle représentée sur la figure 10(C), et éventuellement son volume passe à une valeur minimale entre les positions représentées sur les figures

(C) et 10(D).Au cours de cette phase du mouvement de ro-

tation, les espaces extérieurs commençant à s'ouvrir com-

me cela est représenté sur la figure 10(B) augmentent de volume lorsque l'élément 1 tourne en passant par la

position représentée sur la figure 10(D) en provenan-

ce de la position de la figure 10(C)versla position de

la figure 10(A), ce qui provoque l'introduction d'un vo-

lume supplémentaire d'air frais provenant de ces espaces extérieurs dans la petite chambre fermée de façon étanche, qui peut éventuellement être réunie à ces espaces, puis

une répétition de ce cycle de déplacement selon un mou-

vement de révolution de telle sorte que le gaz ainsi ren-

fermé dans les espaces extérieurs des éléments en forme de spirales peut de façon correspondante être comprimé, en étant alors refoulé par l'ouverture de refoulement 4.

La description précédente a trait au principe

général de fonctionnement du compresseur du type à volute

et alors, si l'on se réfère plus concrètement a l'agence-

ment de ce compresseur du type à volute en considérant la figure 11 annexée à la présente demande et montrant

une vue en coupe transversale longitudinale de l'agence-

ment général du compresseur, on voit qu'un carter 10 se compose d'une plaque d'extrémité avant 11, d'une plaque

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

La plaque d'extrémité arrière 12 est munie d'un orifice

d'admission 14 et d'un orifice de refoulement 15 qui s'é-

tendent tous deux vers l'extérieur à partir de cette pla-

que sur laquelle est en outre fixé à demeure un élément en forme de volute fixe 25 comportant une ailette 252 -de forme spirale ou hélicoidale et un disque à âme pleine

251. La plaque d'extrémité avant 11 est agencée de ma-

nière à supporter, avec possibilité de rotation, une bro-

che 17 possédant un tourillon de manivelle 23. Comme cela est représenté de façon typique sur la figure 12, annexée

à la présente demande, qui est une vue en coupe transver-

sale prise suivant le plan défini par la flèche XII-XII

sur la figure 11, on voit qu'il est prévu un élément ro-

tatif en forme de volute 24 comportant un élément en forme de spirale 242 et un disque 241 et qui coopère avec

le tourillon de manivelle 23 et qui est entraîné par l'in-

termédiaire d'un mécanisme d'entraînement en rotation

comportant un roulement 26 à aiguilles radiales, un bos-

sage 243 de l'élément en forme de volute rotatif 24, un

organe en forme de manchon 271 de section carrée, un élé-

ment formant coulisseau 291, un organe annulaire 292,

une languette de blocage 293 et autres.

La mise en oeuvre pratique de la conception tech-

nique de la structure générale des éléments en forme de

volutes ou en forme de spirales 1, 2 devant être incorpo-

rés dans la machine de compression du type à volute est telle que, comme cela est décrit de façon détaillée dans la demande de brevet japonais n 186.672/1981 déposée par les auteurs à la base de la présente invention, les parties principales des courbes des profils intérieur

et extérieur du point de vue radial de ces éléments peu-

vent être conçues d'une façon générale de manière à correspondre à des fonctions de développante. Comme cela

est également indiqué dans la description des principes

de fonctionnement de ce type de machine à compression indiquée plus haut, le volume de travail de la petite chambre 53 doit diminuer sur une certaine de partie de

son cycle de fonctionnement, ce qui entraîne le refoule-

ment d'un fluide à haute pression au niveau de l'orifice

de refoulement. En liaison avec ce cycle de fonctionne-

ment, on rencontre le phénomène désigné sous le terme de "volume de jeu supérieur" dû au fait que le volume de la petite chambre ne peut pas être annulé ou ne peut pas être supprimé en raison du fait que l'épaisseur de l'éement en formede spirale ne peut pas être rendue nulle dans

le type actuel de réalisation.

Lorsqu'on examine les choses d'une manière plus spécifique, comme cela est représenté en outre de faç&o détaillée sur la figure 13 annexée à la présente demande et qui représente une vue partielle à plus grande échelle des parties constituant le corps ou l'âme des éléments en forme de spirales, et sur laquelle la figure partielle 13(A) correspond à la figure 10(C), la petite chambre 53 définie entre les contacts 52 et 52' des deux éléments en forme de spirales complémentaires 1, 2 sera dans sa position de travail comme cela est représenté de façon analogue sur la figure 13(B), lorsque l'élément en forme de spirale 1 est tenu de se déplacer selon un mouvement de révolution, position pour laquelle le volume de la

petite chambre 53 devient minimum. Ensuite, lorsque l'é-

lément en forme de spirale 1 continue à poursuivre son mouvement de révolution au-delà de ce point spécifique

de contact, les éléments en forme de spiralesl, 2 s'écar-

tent l'un de l'autre, ce qui a pour effet que les points

de contact 52, 52' entre ces éléments n'existent par con-

séquent plus. A cet instant, la petite chambre 53 telle que définie entre ces deux éléments en forme de spirales 1, 2 vient alors en communication avec la petite chambre 3 définie à l'extérieur de chacun des éléments en forme

de spirales.

Conformément à cette relation de position dans l'agencement connu d'une manière générale de la machine

rotative, il est inévitable que le fluide sQus haute pres-

sion confiné dans le volume alors le plus faible tel que représenté sur la figure 13 (B) est par conséquent mis à nouveau en communication avec la petite chambre 3 au lieu d'être évacué par l'orifice de refoulement 4. C'est pour cette raison que le travail effectué jusqu'alors sur le volume du fluide correspondant au volume de jeu supérieur en question serait par conséquent immédiatement perdu. De même, comme il est d'une pratique générale dans la conception technique théorique de l'agencement d'une machine rotative classique que les extrémités avant des éléments en forme de spirales 1 et 2 possèdent la forme d'un coin pointu, ce dernier serait soumis, avec

une probabilité relativement élevée, & des endommagements.

En outre cette extrémité avant en forme de coin pointu de l'élément en forme de spirale nécessite d'une manière générale un nombre supplémentaire d'heures de travail

pour son usinage.

Compte tenu de ces inconvénients, qui sont parti-

culiers aux machines fluidiques rotatives classiques du type mentionné précédemment, les auteurs à la base de

la présente invention ont proposé antérieurement un agen-

cement d'une machine fluidique de type rotatif, qui est munie de l'élément en forme de spirale du type représenté

de façon spécifique sur la figure 14 annexée à la présen-

te demande, qui est une vue de face partielle et possède une configuration correspondant à la demande de brevet

japonais n 206.088/1982.

Et se référant de façon plus spécifique à la construction conforme à cette demande de brevet japonais,

l'agencement général est tel que celui représenté schéma-

tiquement sur la figure 14 et selon lequel il est prévu un élément en forme de spirale fixe désigné par le chiffre

de référence 501 et dont les courbes des surfaces exté-

rieure et intérieure du point de vue radial sont repérées par les références respectives 601 et 602. On peut voir que la courbe 601, extérieure du point de vue radial, est définie comme étant une courbe de développante dont le rayon du cercle de base est désigné par b et dont le point de départ est repéré en A, l'élément de courbe E-F de la courbe 602, intérieure du point de vue radial, étant une courbe de développante présentant un décalage de phase de (X - F/b) par rapport à la courbe 601 disposée à l'extérieur du point de vue radial, tandis que l'élément de courbe D-E est un arc possédant le rayon R. De même la courbe de raccordement repéréeen 603 et servant à

réunir de façon uniforme les courbes 601 et 602, respec-

tivement extérieur et intérieur du point de vue radial, est un arc possédant le rayon r. Le point A est le point de départ de la courbe extérieure 601 faisant partie de la courbe de développante et le point B est le point li-

mite entre la courbe extérieure 601 et la courbe de rac-

cordement 603, ces deux courbes ayant la même tangente.

Le point C est un point défini comme étant situé suffisam-

ment à l'extérieur surla courbe 601 extérieure du point de vue radial et le point D est le point limite entre la courbe intérieure 602 et la courbe de raccordement 603, au niveau duquel il existe deux arcs possédant les rayons R et r qui sont l'un par rapport à l'autre dans une relation d'osculation. Le point E est le point limite entre l'élément d'arc (entre les points D et E) de la courbe 602 intérieure du point de vue radial et l'élément de courbe de développante E-F, au niveau duquel les deux courbes possèdent la même tangente. On considère que le point F est un point situé suffisamment à l'extérieur

sur la courbe intérieure 602.

On notera que l'autre élément en forme de spirale

en rotation 502 possède une constitution identique.

Alors les rayons R et r peuvent être fournis par les relations suivantes, c'est-à-dire: R = f + bp+ d (1) r = bp + d (2) o f est le rayon du mouvement de rotation, b est le rayon d'un cercle de base b2 -( t +b) d = 2(t + bp) (3)

est un paramètre.

Le paramètre fil est égal à un angle défini par un segment de droite passantparl'origine Oet par l'axe X dans le quadrant négatif. Deux points d'intersection du segment de droite passant par l'origine O et faisant

l'angle f et du cercle de base sont présents sur les seg-

ments de droite EO2 et BO1. On peut voir également que les segments de droite EO2 et BO1 sont disposés de manière

à contacter le cercle de base au niveau des points d'in-

tersection mentionnés précédemment.

De façon plus spécifique, on notera que le para-

mètre " est défini comme étant une condition marginale donnée pour l'établissement de la courbe de développante pour les courbes extérieure et intérieure du point de vue radial, dans la configuration de l'élément en forme de spirale et que, inversement, ce paramètre I pourrait éventuellement définir les points marginaux E et B servant

à l'obtention d'une courbe de développante appropriée.

Conformément à l'agencement général de la machine

fluidique rotative, la mise en oeuvre pratique de la con-

ception technique est telle que l'on peut déterminer de façon appropriée la section curviligne s'étendant entre les points E et B afin d'éviter des contacts des deux éléments en forme de spirales entre eux et que les points marginaux de contact en aboutement entre ces deux éléments et la courbe s'étendant à partir du point extérieur de

contact deviendraient alors les points E et B. Conformé-

ment à cette pratique de conception, il est admis d'une manière générale que, bien que le point E situé sur la partie de l'élément en forme de spirale fixe soit placé

en contact avec le point B de l'élément en forme de spi-

rale en rotation, le profil incurvé de ces éléments est agencé de manière qu'il puisse s'écarter l'un de l'autre

dans leur déplacement relatif au cours du fonctionnement.

En se référant maintenant à la figure 15 annexée à la présente demande, on y voit représenté un élément en forme de spirale fixe repéré par laréférence 501et un

élément en forme de spirale rotatif repéré par la réfé-

rence 502 et qui comportent entre eux des points d'en-

grènement ou de contact 552 et 552', un petit espace ou une petite chambre 553 étant défini entre les points de

contact 552 et 552', de même que des espaces ou chambres.

extérieures.respectifs 503. On notera que la figure 15(A)

correspond à la figure 13(A) et que la figure 15(B) cor-

respond à la figure 13(B), tandis que les figures 15(C),

(D) et 15(E) représentent les positions prises par l'é-

lément en forme de spirale 502 successivement au cours

de sa rotation.

Conformément à l'agencement spécifique de cette proposition, on peut noter que lorsque les deux éléments en forme de spirales501 et 502 sont entraînés dans un mouvement de rotation relative selon la séquence visible

sur les figures 15(A), 15(B), 15(C), 15(D) et 15(E), l'es-

pace ou le volume de la petite chambre 553 telle qu'elle

est définie entre les points de contacts 552, 552' conti-

nue a diminuer graduellement jusqu'au moment o les points de contact 552 et 552' se confondent éventuellement l'un

dans l'autre, à savoir à l'instant représenté sur la fi-

gure 15(E), auquel le volume actuel de la petite chambre

553 s'annule.

Comme on peut le voir d'après la description

qui précède, on note que, étant donné que ce qu'on appelle

le volume de jeu supérieur, qui sinon subsiste dans l'a-

gencement classique, s'annule de façon correspondante, l'ensemble du volume du fluide ainsi comprimé est alors refoulé à force au niveau de l'orifice de refoulement

(non représenté), absolument sans aucune perte. Par consé-

quent le travail total exercé sur le fluide par la machine

de compression serait effectué en temps opportun, en empê-

chant l'apparition d'une quelconque perte de travail qui

sinon serait par conséquent inévitable pendant le fonc-

tionnement de la machine fluidique rotative de type classi-

que. Bien que la capacité de travail de l'orifice

de refoulement soit négligée dans la mise en oeuvre pra-

tique indiquée précédemment, afin de faciliter l'expli-

cation, il est en réalité nécessaire de prévoir l'orifice de refoulement dans une position appropriée, dans laquelle la petite chambre 553 est définie. I1 est inévitable dans la pratique qu'on obtient un volume de jeu supérieur qui est plus ou moins important, dans le cadre de cette mise en oeuvre pratique indiquée ci-dessus, mais il est limité à une faible valeur extrêmement faible, de sorte que l'on peut estimer que ce volume est pratiquement sensiblement

nul.

Il faut également noter que chacune des extrémi-

tés centrales avant des éléments en forme de spirales

501 et 502 ne constitue pas un angle vif ou un coin poin-

tu, comme cela est représenté de façon typique sur la figure 14, par suite de l'adoption de la courbe 603 de liaison ou raccordement. C'est pour cette raison que l'on peut parfaitement éviter le risque d'une rupture ou d'un endommagement de cette partie d'extrémité avant pendant le fonctionnement de la machine, et que ceci contribue en outre essentiellement à faciliter l'usinage de l'élément en forme de spirale de manière à obtenir en soi la forme courbe de liaison entre les points D et E de la courbe

602 intérieure du point de vue radial, ainsi que la cour-

be de liaison 603 respectivement.

Par suite de l'adoption de la proposition indi-

quée précédemment, bien que l'on puisse éliminer de façon correspondante de nombreux inconvénients, en obtenant ainsi de nombreux avantages, les inconvénients suivants

sont éventuellement inévitables, comme indiqué ci-après.

(I) D'une manière plus spécifique on note qu'il exis-

te trois facteurs de conception déterminant la configura-

tion générale de l'élément en forme de spirale et qui sont: le rayon b d'un cercle de base d'une courbe de développante, un rayon f du déplacement de révolution de rotation et un paramètre angulaire (qui représente il une condition marginale dans la définition d'une courbe de développante). Cependant, lors de la fabrication réelle de la machine fluidique, il est d'une pratique générale d'utiliser une fraise deux tailles à axe vertical, qui entraîne par conséquent une certaine limitation pratique sur le diamètre d'une fraise devant être utilisée dans les conditions d'usinage. Conformément à la constitution décrite dans la demande de brevet japonais n 206.088/1982, il se présente le cas o l'utilisation de la fraise deux tailles à axe vertical possédant un faible diamètre à

été imposée par la limitation concernant le rayon de cour-

bure R de la section de courbe E-D du profil de l'élé-

ment en forme de spirale. En raison de telles limitations, on obtiendrait le cas o une erreur du point de vue de l'usinage ou d'une période de travail de l'élément en

spirale augmenterait inévitablement par suite d'une réduc-

tion de la rigidité d'une fraise deuxtaillesà axe vertical

ou analogue.

(II) En outre, il pourrait s'exercer une force anor-

male sur les deux éléments en forme de spirales, dans le cas o il existe un certain degré d'erreur dans le

travail d'usinage des deux éléments en forme de spira-

les ou bien lorsqu'il existe une erreur dans la relation de position relative entre les deux éléments en forme de spirales. Dans le cas d'un compresseur du type à volute

par exemple, la tendance générale est que la forceanorma-

le mentionnée précédemment pourrait croître éventuelle-

ment plus rapidement pendant le fonctionnement sous une charge élevée, lorsqu'il existe une différence importante entre les niveaux à basse pression et à haute pression au cours du fonctionnement de la machine. Dans de telles conditions, il existe un risque élevé que l'extrémité avant proche de l'arc de l'élément en forme de spirale possédant le rayon r représenté sur la figure 14 soit alors endommagée en raison de la rigidité relativement

faible dans cette partie de l'extrémité avant.

Dans la machine fluidique, dans laquelle les deux éléments en forme de spirales sont agencés de manière à être en contact réciproque, étant donné que la vitesse relative de glissement sur les surfaces, incurvées radialement vers J'intérieur, des deux éléments en forme de spirales tend à devenir nettement supérieure à la vitesse de glissement au niveau des parties, extérieures

du point de vue radial, de ces éléments en forme de spi-

rales, il apparaîtra alors une usure ou une abrasion plus

importante de la surface, intérieure du point de vue ra-

dial, de l'élément. Si la valeur d'une telle usure par

frottement augmente, éventuellement au point de dépas-

ser la limite maximum admissible pendant le fonctionne-

ment de la machine sous une charge élevée, il apparaî-

trait une quantité excessive de poussière due à l'usure par frottement à l'intérieur du compresseur ou des parties

associées, ce qui entraînerait éventuellement une défail-

lance de la machine.

Même dans le cas o les deux éléments en forme de spirales sont agencés de manière à être du type sans contact, lorsqu'il existe un certain degré d'erreur dans

le travail d'usinage des deux éléments en forme de spi-

rales ou bien lorsqu'il existe une erreur dans la relation de positionnement relatif entre les deux éléments en forme de spirales incorporés, il se produit également une usure

ou une abrasion importante au niveau des parties d'extré-

mité avant des éléments complémentaires entrant en contact pendant le fonctionnement de la machine, ce qui entraîne

éventuellement une défaillance ou une perturbation sem-

blable.

(III) Dans la construction d'un compresseur, dans le-

quel se trouvent incorporés les éléments en forme de spi-

rales 252, 254 possédant la configuration indiquée pré-

cédemment, on s'est aperçu quelquefois que, dans le cas d'un fonctionnement sous charge élevée lors duquel il

existe en général une différence substantielle des pres-

sions entre le côté basse pression et-le côté haute pres-

sion de la machine, il se présente le cas selon lequel la partie d'extrémité avant, intérieure du point de vue

radial, des éléments peut éventuellement se rompre pen-

dant le fonctionnement, ce qui est dû au fait que la ri-

gidité ou la résistance mécanique de cette extrémité avant intérieure spécifique de l'élément en forme de spirale, telle que représentéepar une flèche sur la figure 10(A), est relativement plus faible que la rigidité présente

dans d'autres parties.

En outre, lors de la conception de la machine fluidique dans laquelle les deux éléments en forme de

spirales sont installés de manière à être en contact ré-

ciproque, il peut apparaître une usure ou abrasion plus importante au niveau de la surface, interne du point de

vue radial, de l'élement, étant donné que la vitesse rela-

tive de glissement au niveau des surfaces incurvées, in-

térieures du point de vue radial, des deux éléments en forme de spirales devient beaucoup plus importante que celle présente dans les parties, extérieures du point de vue radial, de cet élément. D'autre part dans le cas de l'agencement de la machine fluidique, dans lequel les deux éléments en forme de spirales sont agencés de manière à ne pas être en contact réciproque, lorsqu'il existe une certaine erreur dans le travail d'usinage des deux éléments en forme de spirales ou bien une erreur dans la relation de positionnement relatif entre ces éléments lorsqu'ils sont montés ensemble, il risquerait d'y avoir

une possibilité de rupture ou d'usure anormale par frot-

tement des éléments complémentaires mis en jeu, en parti-

culier au niveau des parties d'extrémité avant de ces

éléments pendant le fonctionnement de la machine.

C'est pourquoi la présente invention est conçue

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en fonction de la pratique tenant compte des conditions et des inconvénients tels que mentionnés précédemment,

et a essentiellement pour but de fournir une machine flui-

dique de type rotatif perfectionnée, qui permet par consé-

quent d'apporter une solution efficace aux problèmes men- tionnés. (I) C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un perfectionnement de la configuration

d'un élément en forme de spirale pour la machine fluidi-

que de type rotatif, qui rende possible l'utilisation d'une fraise deux tailles a axe vertical possédant un diamètre égal ou légèrement inférieur à la moitié d'un interstice ou jeu entre les parties formantdes flancs opposes dans l'élément en forme de spirale devant être usiné,

lors de l'opération d'usinage de ces parties, ce qui ga-

rantit une erreur aussi réduite que possible d'usinage

et par conséquent raccourcit la période de travail.

(II) Un autre but de l'invention est de fournir un perfectionnement de l'agencement d'un élément en forme de spirale devant être incorporé dans la machine fluidique et qui permet d'empêcher l'apparition d'un endommagement

possible ou d'une usure anormale par frottement des élé-

* ments entrant en jeu, lorsqu'il existe une certaine er-

reur du travail d'usinage des deux éléments en forme de

spirales ou bien une erreur dans le positionnement rela-

tif entre les éléments en forme de spirales, lorsqu'ils

sont montés ensemble.

(III) Un autre but de la présente invention est de fournir un perfectionnement de l'agencement d'un élément en forme de spirale, qui permet d'empêcher l'apparition d'un endommagement ou d'une usure anormalepar frottement, possible, au niveau de l'extrémité avant, intérieure du point de vue radial, de l'élément, comme cela peut se

produire pendant le fonctionnement de la machine flui-

dique.

(I) Conformément à un premier aspect de la présente invention, il est prévu un agencement perfectionné d'une

machine fluidique de type rotatif, comportant deux élé-

ments en forme de volutes ou de spirales, dont l'un est fixe et dont l'autre est rotatif et qui possèdent une configuration identique et sont décalés de 180 degrés

l'un par rapport à l'autre en étant réciproquement imbri-

qués, l'élément en forme de-spirale rotatif étant agencé de manière à tourner, par rapport à l'élément en forme de spirale fixe,avec un mouvement de révolution de rayon caractérise en ce que les deux éléments en forme de

spirales ont des profils définis respectivement de ma-

nière à comporter un segment de courbe extérieur du point de vue radial, constitué par une développante, un segment de courbe, intérieur du point de vue radial, constitué par une autre développante incluant un arc de rayon R, et un arc de rayon r reliant de façon uniforme le segment

de courbe extérieur du point de vue radial et l'arc pos-

sédant le rayon R, conformément à la relation géométrique fournie par les relations suivantes: R = + bp+ d r = b + d b2 (- + b) 2 d = 2 - )

2 (t+ b0)-

oa d 2 2b

b étant le rayon d'un cercle de base de la développante.

(II) Selon un second aspect de l'invention, i) est prévu un agencement perfectionné de la machine f3uidiçque de type rotatif, comportant deux éléments en forme de volutes ou de spirales, dont l'un est fixe et dont l'autre est rotatif et qui possèdent une configuration identique et sont décalés de 180 degrés l'un par rapport à l'autre en étant réciproquement imbriqués, l'élément en forme de spirale rotatif étant agencé de manière à tourner, par rapport à l'élément en forme de spirale fixe, avec un mouvement de révolution de rayon f, caractérisé en ce que les deux éléments en forme de spirales sont définis respectivement par une courbe extérieure du point de vue

radial, constituéeparunedéveloppante, une courbe, inté-

rieure du point de vue radial, constitué par une autre développante possédant un arc intérieur de rayon R, une courbe de raccordement possédant un arc de rayon r et

reliant selon une continuation uniforme la courbe exté-

rieure du point de vue radial et l'arc possédant le rayon R et qu'il est prévu un petit interstice ou jeu entre les deuxéléments en forme de spirales, lorsqu'ils sont

placés dans un état d'engrènement mutuel, de telle maniè-

re que l'ensemble de la courbe intérieure et de la courbe de raccordement ou des parties de ces courbes peuvent être maintenues hors de tout contact réciproque dans la

zone située entre des points marginaux de manière à dé-

finir une développante appropriée déterminée avec un para-

mètre angulairej fourni par les relations suivantes: R = f + bJp+ d r = bô+ d b2 -(t + bp 2 d = 2 (t + bp) O

b est le rayon d'un cercle de base de la développante.

(III) Selon un troisième aspect de la présente invent-

tion, il est prévu un agencement perfectionné d'une machi-

ne fluidique de type rotatif, comportant deux éléments en forme de volutes ou de spirales, dont l'un est fixe

et dont l'autre est rotatif et qui possedent une configu-

ration identique et sont décalés de 180 degrés l'un par

rapport à l'autre en étant réciproquement imbriqués, l'é-

lément en forme de spirale rotatif étant agencé de maniè-

re à tourner, par rapport à l'élément en forme de spira-

le fixe, avec un mouvement de révolution de rayon, ca-

ractériséeen ce que les deux éléments en forme de spirales sont définis respectivement avec une courbe, extérieure du point de vue radial, constituée par une développante, une courbe, intérieure du point de vue radial, constituée par une autre développante possédant un arc intérieur de rayon R et une courbe de raccordement possédant un arc de rayon R et reliant selon une continuation uniforme,

la courbe extérieure du point de vue radial et l'arc pos-

sédant le rayon R, et qu'il est prévu un faible intersti-

ce ou jeu entre les deux éléments en forme de spirales,

lorsqu'ils sont montés de manière à engrener réciproque-

ment de telle sorte que l'ensemble de la courbe intérieure et de la courbe de raccordement ou des parties de ces courbes dans la zone située entre deux points tels que déterminés par un paramètre angulaire ( P + b) dans une zone débordant légèrement des points marginaux servant à définir une développante appropriée déterminée par un paramètre angulaire 3, peuvent âtre maintenus à l'écart de tout contact réciproque, conformément aux relations suivantes: R = r + b + d r = b + d b2 + bu) 2 d = 2 ( + bfp o

b est le rayon d'un cercle de base de la développante.

De telles réalisations avantageuses, du type

indiqué ci-dessus, garantissent un effet et un fonction-

nement tels que ceux indiqués dans les paragraphes (I),

(II) et (III) indiqués ci-après.

(I) Une amélioration de la configuration d'un élément en forme de spirale destiné à être utilisé dans la machine

fluidique de type rotatif, avec un faible coût et un ren-

dement élevé, et qui permet l'utilisation d'une fraise

deux tailles & axe vertical possédant un diamètre impor-

tant pour l'opération d'usinage d'un interstice ou d'un jeu entre les parties formant lames opposées de l'élément en forme de spirale devant être usiné, ce qui garantit une erreur aussi réduite que possible d'usinage et par

conséquent réduit le temps de travail.

(II) Une amélioration de la configuration d'un élément en forme de spirale destiné à être utilisé dans la machine fluidique, qui peut contribuer à conférer à cette machine une longue durée de vie utile et un rendement élevé, en empêchant l'apparition d'un endommagement possible ou d'une usure anormale par frottement dans les éléments entrant en jeu, ce qui peut être un avantage remarquable dans le cas de l'utilisation de cette machine dans le

domaine industriel.

(III) Une amélioration de la configuration d'un élément en forme de spirale destiné à être utilisé dans la machine

fluidique et qui permet d'empêcher efficacement l'appa-

rition d'une usure par frottement ou d'endommagements apparaissant dans la partie d'extrémité avant, intérieure du point de vue radial, de l'élément et que l'on rencontre,

sinon, pendant le fonctionnement de la machine de réali-

sation classique, ce qui permet d'obtenir une machine

fluidique à rendement élevé fournissant un avantage remar-

quable dans le cas de son utilisation dans le domaine industriel. D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les-

quels:

- la figure 1 est une vue schématique en éléva-

tion de face montrant la configuration d'un élément en forme de volute ou de spirale incorporé dans la machine fluidique de type rotatif, conformément à une première forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 2 est une vue en élévation de face semblable montrantun épment enforme de spirale conformément

à une seconde forme de réalisation de la présente inven-

tion - les figures 3, 4 et 5 sont des vues en éléva- tion de face analogues montrant d'autres modifications du profil de l'élément en forme de spirale représenté sur la figure 2; - la figure 6 est une vue en élévation de face semblable montrant une troisième forme de réalisation de la présente invention; - la figure 7 formée des figures partielles 7A et 7B représente un diagramme modèle schématique montrant

la distribution des pressions produites autour de la par-

tie d'extrémité avant de l'élément en forme de spirale représenté sur la figure 6; - les figures 8 et 9 sont des vues en élévation de face semblables montrant des modifications du profil

de l'élément en forme de spirale représenté sur la figu-

re 6; - la figure 10, formée des figures partielles

A à 10D, représente une série de vues schématiques il-

lustrant le principe de fonctionnement séquentiel de la machine de compression du type à volute, connue; - la figure 11 est une vue en coupe longitudinale

montrant l'agencement général de l'ensemble du compres-

seur du type à volute connu; - la figure 12 est une vue en coupe transversale

prise suivant la ligne XII-XII sur la figure 11l;.

- la figure 13, formée des figures partielles 13A et 13B, représente deux vues partielles à plus grande

échelle, montrant en coupe transversale, le mode de modi-

fication de la position de travail relative des éléments en forme de spirales complémentaires; - la figure 14 représente une vue en élévation

2568951-

de face schématique montrant une partie du profil de l'élé-

ment en forme de spirale de l'art antérieur décrit dans la demande de brevet japonais n 206.088/1982; et - la figure 15, formée des figures partielles 15A & 15E, représente une série de vues en coupe trans- versale partielle à plus grande échelle montrant le mode de modification de la position de travail relative des éléments en forme de spirales complémentaires représentés

sur la figure 14, lorsqu'ils sont installés dans le com-

presseur du type à volute.

Ci-après on va donner une description détaillée

de la présente invention.

Première forme de réalisation de l'invention On va expliquer ci-après la présente invention en se référant à une première forme de réalisation de cette dernière, telle qu'elle est adaptée dans la pratique à une machine fluidique de type rotatif, en référence aux dessins annexés. On se réfère à la figure 1, qui est une vue en élévation de face de l'élément en forme de

spirale, sur laquelle les mêmes éléments que ceux repré-

sentés sur la figure 14 sont désignés par des chiffres de référence identiques et sur laquelle on a représenté de tels éléments identiques à la même échelle que sur la figure 14. De même on peut noter que les références R, r et d sont utilisées d'une manière correspondant aux lettres apparaissant dans les relations (1), (2) et (3) mentionnées précédemment, et que le paramètre est adapté de manière à satisfaire-à la relation (4) suivante, à savoir:

+ 2 4 _

2 2b (4) Sur cette figure 1 des dessins, on a représenté

un élément de spirale fixe désigné par le chiffre de réfé-

rence 505 sous la forme d'un profil possédant une surface

extérieure du point de vue radial, au niveau d'une cour-

be 701 et une surface intérieure du point de vue radial

au niveau d'une courbe 702. On voit également que la cour-

be extérieure du point de vue radial 701 est constituée par une développante possédant un point A qui est le point de départ de la développante possédant un cercle de base

de rayon b, et on a également représenté une section cur-

viligne s'étendant entre des points E et F et située sur la courbe intérieure du point de vue radial 702, qui est une développante décalée avec un déphasage angulaire égal à (7T - g/b) par rapport à la courbe extérieure du point de vue radial 701, et qu'une section curviligne D-E est un arc possédant un centre 02 et un rayon R fourni par la

relation (1). De même on a représenté une courbe de liai-

son 703 qui réunit la courbe extérieure du point de vue radial 701 et la courbe intérieure du point de vue radial 702 et qui est un arc possédant un centre O1 et un rayon r tel que fourni par la relation (2). Le point A est le

point de départ de la développante dans la courbe exté-

rieure 701 (possédant le cercle de base de rayon b) et également un point b est un point limite entre la courbe

extérieure 701 et la courbe de liaison 703, les deux cour-

bes ayant une tangente identique.

On a également représenté un point C situé dans une zone suffisamment loin sur la courbe extérieure 701

et un point D formant point limite entre la courbe inté-

rieure 702 et la courbe de liaison 703 et au niveau duquel il existe deux arcs possédant respectivement les rayons

R et r et qui sont en contact d'osculation réciproque.

Un point E est un point limite existant entre l'arc D-E sur la courbe intérieure 702 et la courbe de

développement E-F, les deux courbes comportant une tan-

gente commune. Un point F est un point situé dans une

zone suffisamment loin sur la courbe intérieure 702.

Maintenant on voit que le paramètre angulaire ereprésente un angle compris entre la droite passant l'origine O et l'axe X, dans le quadrant négatif, et que les deux points d'intersection de la droite passant par l'origine O et du cercle de base de la développante avec le cercle de base, et qui sont définis pour l'angle j, sont situés sur les prolongements respectifs des droites EO2 et BO1. On voit également que les deux droites EO2 et BO1 contactent le cercle de base au niveau des points d'intersection mentionnés ci-dessus et que ces droites

EO2 et BO1 sont parallèles entre elles.

Cette relation géométrique est valable de façon analogue sur la partie de l'élément en forme de spirale rotatif. Avec un tel agencement de l'élément en forme de spirale tel qu'indiqué ci-dessus, on voit qu'une valeur

de l'interstice ou du jeu TG entre les surfacesdesflancsop-

posés de l'élément en forme de spirale peut être fournie par la relation (5) suivante, c'est-à-dire que l'on a: TG = b + e, (5) A ce sujet, en prenant en compte un paramètre fourni par la relation (4), on voit que le rayon R de la section de l'arc de la courbe intérieure peut être fourni par la relation (6) suivante:

R >, TG (6)

Avec cet agencement de l'élément en forme de spirale, il est alors possible dans la pratique d'usiner la partie située dans un espace limité entre les flancs opposés de l'élément en forme de spirale et la section d'arc E-D, avec une fraise deux tailles à axe vertical possédant un diamètre égal ou légèrement inférieur au

jeu ou à l'interstice TG de l'élément en forme de spirale.

C'est pour cette raison que le travail d'usinage sur l'é-

lément en forme de spirale moyennant l'utilisation d'une fraise deux tailles à axe vertical possédant un diamètre relativement important est alors possible, avec de telles

limitations sur les dimensions, ce qui contribue à résou-

dre un problème souvent rencontré dans la réalisation

classique de l'élément en forme de spirale.

En liaison avec la formes de réalisation préférée

-de l'invention telle qu'indiqué ci-dessus, on peut utili-

ser dans la pratique de nombreuses modifications utiles

comme indiqué ci-après.

(1) Comme indiqué de façon typique sur la figure 1 par une ligne formée de tirets, une autre courbe 710 interne du point de vue radial peut être définie dans

la section curviligne E-G, avec un faible jeu ou dégage-

ment AC, qui est en renfoncement sur le côté extérieur, du point de vue radial, de la courbe intérieure 702. Avec cet agencement, le point G est un point quelconque situé entre les points D et B sur la courbe de liaison 703, et le dégagement C est représenté à une

échelle exagérée par rapport à la taille réelle du renfon-

cement, de manière à rendre l'illustration plus claire,

ce renfoncement pouvant prendre une très faible valeur.

(2) Bien que ceci ne soit pas représenté, au

lieu de prévoir le renfoncement C dans la courbe inté-

rieure du point de vue radial, comme indiqué dans le pa-

ragraphe (1) indiqué ci-dessus, on peut naturellement prévoir de façon correspondante un autre renfoncement ou

dégagement dans C sur la partie de la courbe de liaison.

(3) Selon une autre configuration, un élément en

forme de spirale peut être tel que représenté sur la fi-

gure 1 et seul l'élément en forme de spirale complémen-

taire peut être muni du dégagement curviligne 6C, qui peut être formé en combinaison avec les profils à la fois de la courbe intérieure et de la courbe extérieure, comme

cela est indiqué dans les paragraphes (1) et (2) ci-dessus.

(4) De même onpeut adopter un autre agencement tel

que celui dans lequel les deux éléments en forme de spi-

rales sont munis d'un faible renfoncement de manière à

2568951-

définir un jeu entre eux, soit au niveau de la partie de la courbe intérieure, soit au niveau de la partie de

la courbe de liaison.

Dans l'un ou l'autre des cas des profils des éléments conformément aux modifications telles qu'indiqué dans les paragraphes (1) à (4) ci-dessus, seul un faible jeu C est défini entre ces éléments, ce jeu pouvant fournir l'effet avantageux tel qu'envisagé dans la demande de brevet japonais n 206.088/1982 et conçu de manière à fournir par conséquent une amélioration appropriée du

rendement de la machine fluidique.

(5) En résumé, il faut- noter que la présente inven-

tion peut être adaptée de façon correspondante pour l'ob-

tention d'un résultat effectif identique non seulement

sur la machine de compression, mais également dans d'au-

tres installations contenant des éléments en forme de

volutes ou de spirales.

Seconde forme de réalisation de l'invention On va maintenant expliquer la présente invention sur la base d'une seconde forme de réalisation préférée du type adapté dans la pratique à la machine fluidique

de type rotatif en référence aux dessins annexés. La fi-

gure 2 représente la vue en élévation de face de l'élément en frmedespirale confcrme à la seconde forme de réalisation

et les figures 3, 4 et 5 sont également des vues en élé-

vation de face semblables montrant d'autres variantes

de l'invention.

Sur la figure 2 les parties identiques à celles représentées sur la figure 14 sont désignées par les mêmes chiffres de référence et on a représenté de tels éléments semblables à la même échelle que sur cette figure. En

se référant à la figure 2, on a représenté par la réf é-

rence 701 -l'élément en forme de spirale fixe possédant la courbe 711 extérieure du point de vue radial et la

courbe 712 intérieure du point de vue radial.

On voit que la courbe extérieure du point de vue radial 711 est une courbe de développante possédant un point de départ A et qu'une section curviligne E-F

de la courbe intérieure du point de vue radial 712, pos-

sédant un cercle de base de rayon b, est une courbe de développante possédant un déphasage angulaire égal à ( - e/b) par rapport à la courbe extérieure 711. On voit également qu'une section curviligne E-I est formée par

un arc possédant le même rayon Rc que le rayon d'une frai-

se deux tailles à axe vertical pouvant être utilisée, et qu'une section IG constitue un arc possédant un centre 03 et un rayon R. On a représenté une courbe de liaison 713 qui est formée par un arc possédant un rayon r et qui réunit de façon uniforme la courbe extérieure 711

et la courbe intérieure 712.

Avec ce profil de l'élément de spirale, on note

que la section E-I-G de la courbe intérieure 712 est tra-

cée en étant plus proche de la courbe extérieure 711, d'un faible interstice AC, que la courbe intérieure 702 représentée sur la figure 14. Bien que l'interstice AC

ait été représenté d'une manière assez exagérée afin d'a-

voir une illustration claire, il ne s'agit en réalité

que d'un renfoncement de faible profondeur.

Un point B est un point limite présent entre la courbe extérieure 711 et une courbe de liaison 713 ces courbes pouvant avoir une tangente commune. On peut voir qu'il existe une courbe de développante dans la zone située à l'extérieur du point B (du côté du point C), tandis qu'il s'agit d'un arc dans la zone située en-deçà du point B (du côté du point G)o Le point A est le point de départ de la courbe extérieure 711, le point C est un point quelconque situé dans une zone suffisamment à l'extérieur sur la courbe extérieure 711, le point F est un point quelconque situé dans la zone suffisamment à l'extérieur sur la courbe intérieure 712. Le point G est le point d'intersection entre l'arc possédant un rayon R de la courbe intérieure 712 et la courbe de liaison 713, et ce point peut être situé dans n'importe quelle position sur un arc possédant un rayon R dans la zone D-B.

De même on peut noter que cette relation dimen-

sionnelle peut être maintenue dans le cas de l'élément

en forme de spirale rotatif.

Les rayons R et r peuvent être donnés par les relations suivantes: R = + b P+ d r = b + d o e est le rayon du déplacement de rotation, b est le rayon d'un cercle de base b2 (ô + b()2 d = 2 (f + bu) est un paramètre qui représente une zone marginale

pour le choix d'une courbe de développante.

On voit qu'une droite passant par l'origine O est définie de manière à faire un angle 3 par rapport à l'axe X, et la droite EO2 et le prolongement de la droite BO1 s'intersectent perpendiculairement entre elles et que les segments de droite EO2 et BO1 sont parallèles

l'un à l'autre.

La différence essentielle de cette forme de réa-

lisation de l'invention par rapport à la forme de réali-

sation représentée sur la figure 14 réside dans la confi-

guration de la section curviligne E-I-G de la courbe in-

térieure 712 et dans la longueur de la section B-G de la courbe de liaison 713, et l'on voit que la ligne formée

de tirets sur la figure 2 correspond à son pendant repré-

senté sur la figure 14.

Conformément à la configuration de l'élément en forme de spirale dans cette forme de réalisation, on note que, lorsque l'élément est mis en place, le point Fqui est situé sur la développante en un point quelconque situé suffisamment à l'extérieur sur la courbe intérieure de l'élément en forme de spirale fixe 101, vient en contact avec le point correspondant situé sur la section de développante de la courbe extérieure sur la partie de l'élément en forme de spirale rotatif (non représenté), ce point de contact se déplaçant graduellement radialement vers l'intérieur lorsque l'élément en forme de spirale rotatif tourne. En outre le point de' contact se déplace vers le point E sur la courbe intérieure 712 de l'élément

en forme de spirale fixe 701, en contactant le point cor-

respondant situé sur la courbe extérieure de l'élément en forme de spirale rotatif (le même point que le point

B sur la partie de l'élément en forme de spirale fixe).

Lorsque le mouvement de rotation de l'élément en forme de spirale se poursuit, on voit que les deux éléments sont maintenant tenus de se déplacer avec un interstice 6C défini entre la section curviligne E-D-G de la

courbe 602 et la section E-I-G de la courbe 712.

Par conséquent on peut noter que l'engagement avec contact entre les deux éléments en forme de spirales au niveau de leurs extrémités centrales avant se poursuit jusqu'à ce que le point E soit atteint (en contact avec

le point B sur l'élémenten forme de spirale complémen-

taire), à la suite de quoi il existe un faible interstice aC entre les deux éléments en contact réciproque. Avec un tel agencement unique des éléments en forme de spirales, on peut obtenir l'effet et le fonctionnement indiqués ci-après: (1) I1 n'existe aucun risque d'un état anormal de contact forcé à l'excès entre les éléments en forme de spirales montés ensemble, un tel contact pouvant être efficacement empêché même s'il existe un certain degré d'erreur dans l'usinage de ces éléments ou lorsque ces éléments en forme de spirales ne sont pas dans un état de montage correct réciproque. Une telle caractéristique avantageuse permet d'éviter de façon correspondante le risque d'une rupture dans la section de l'arc possédant

un rayon r de l'élément de spirale, qui présente une ri-

gidité relativement faible par rapport à d'autres par-

ties pendant un fonctionnement sous charge élevée.

(2) En plus de l'effet avantageux permettant d'empê-

cher un tel état anormal de contact excessif dans les éléments - en forme de spirales, on peut obtenir un

autre avantage comme par exemple la suppression de l'usu-.

re excessive par frottement dans la partie d'extrémité avant intérieure de l'élément en forme de spirale, o l'on observe un degré relativement élevé de glissement

sur l'élément complémentaire.

(3) Avec un faible interstice AC, on peut aboutir

essentiellement au concept technique qui a été matériali-

sé dans la demande de brevet japonais n 206.088/1982, ce qui permet d'obtenir de ce faitune machine fluidique

de type rotatif ayant une performance à rendement élevé.

(4) Grâce aux avantages obtenus lors de l'opération d'usinage effectuée sur l'élément en forme de spirale de manière que la section curviligne EI de la courbe

intérieure 712 peut être réalisée avec le rayon Rc que ce-

lui d'une fraise deux tailles à axe vertical devant être

utilisée et que la section I-G est celle de l'arc possé-

dant le rayon R, l'opération d'usinage de l'élément en forme de spirale peut être effectuée de façon uniforme

sans aucune limitation physique importante.

Par conséquent il faut noter que l'ensemble de

l'invention consiste à fournir un tel agencement de l'élé-

ment de spirale, en liaison avec la réalisation obtenue dans la demande de brevet japonais n 206.088/1982, que la courbe 712 (602), intérieure du point de vue radial entre les points marginaux E et B définissant la courbe de la développante, tels qu'ils sont déterminés par le paramètre angulaire P et la courbe de liaison 713 (630), peut, en combinaison avec un contact réciproque, fournir un léger intestice approprié dans la zone E-B dans le

mouvement de rotation des éléments en forme de spirales.

En liaison avec cet agencement spécifique de

l'élément en forme de spirale, on peut apporter des modifi-

cations et des variantes à cette configuration, de la

manière indiquée ci-après.

(1) Il n'est pas essentiel que le rayon de l'arc E-I représenté sur la figure 2 soit identique à celui

d'une fraise deux tailles à axe vertical devant être uti-

lisée, mais il peut être supérieur à celui d'une telle fraise. De même le rayon R de l'arc I-G peut être égal ou supérieur à la valeur R fournie par la relation (1)

et cet arc peut être également formé par une courbe quel-

conque possédant un rayon de courbure égal ou supérieure

au rayon d'une fraise deux tailles à axe vertical.

De façon abrégée, il suffit qu'il soit prévu un interstice ou jeu aC tel que la courbe intérieure du point de vue radial se rapproche de la courbe extérieure

* du point de vue radial, à partir de la section E-B.

(2) Au lieu de prévoir un interstice AC ainsi que

la section E-B représentée sur la figure 14, on peut pré- voir, comme cela est désiré, un interstice AC dans une partie quelconque

de la section E-D, uniquement comme

cela est représenté sur la figure 3.

Dans cette configuration, il est prévu un élément

en forme de spirale désigné par la référence 802, compor-

tant un point H sur la courbe intérieure, un arc possédant un rayon R en H-E, et une courbe intérieure du point de vue radial dessinée en étant en retrait d'un faible jeu ou interstice AC par rapport à la courbe 602 représentée

sur la figure 14. Avec une telle configuration de l'élé-

ment en forme de spirale, la courbe intérieure 602 et l'interstice & C représenté sur la figure 14 sont définis

conformément au point H qui correspond au paramètre.

(3) Au lieu de prévoir l'interstice ou le jeu C

sur la courbe intérieure, on peut également prévoir l'in-

terstice a C sur la courbe de liaison, comme cela est re -

présenté sur la figure 4. Selon cette configuration spécifique, il est prévu une courbe de liaison repérée en 913 et qui est

tracée en retrait, d'un faible interstice C, par rap-

port à la courbe de liaison 603 sur la figure 14. Cette configuration peut être définie en prévoyant un point d'intersection J avec la courbe intérieure 602 dans la zone située sur le côté de la courbe intérieure (du côté du point E) à la place d'un point d'intersection D de la courbe de liaison 603 et de la courbe de liaison 602

représentée sur la figure 14.

(4) Une autre configuration de l'élément en forme de spirale peut être agencée de la manière représentée sur la figure 5, et selon laquelle soit l'élément en forme

de spirale fixe, soit l'élément en forme de spirale rota-

tif possède le profil représenté sur la figure 14 et il est prévu un faible interstice ÈC à la fois dans la courbe intérieure et dans la courbe de liaison, sur la partie

uniquement de l'élément en forme de spirale subsistant.

Dans cette configuration, les dimensions rela-

tives des rayons R et r sont telles que R'> R et r'< r, R' étant le rayon de la courbe intérieure et r' le rayon

de la courbe extérieure.

On notera qu'on a représenté la courbe intérieu-

re repérée par 912, la courbe extérieure repérée par 914

et un point K qui est un point de liaison entre les cour-

oes 912 et 914, et qu'il est prévu un interstice entre les courbes EKB et EDB, cette dernière étant représentée

sur la figure 14.

En outre il est également possible dans la pra-

tique de munir les deux éléments en forme de spirales avec le profil représenté sur la figure 5, sur laquelle les points d'intersection des rayons R' et r' peuvent être en contact d'osculation réciproque,avec la relation (R' - r' = f), ce qui fournit par conséquent une liaison uniforme au niveau de la jonction des courbes. Conformément aux modifications indiquées dans les paragraphes (3) et (4) ci-dessus, on peut s'attendre à ce que le rayon de courbure d'un petit cercle tel que

défini dans la partie d'extrémité avant centrale de l'élé-

ment en forme de spirale soit légèrement inférieur par

rapport aux exemples pratiques, ce qui entraînerait éven-

tuellement une réduction -de la résistance correspondant à une réduction de la courbure. Cependant l'interstice est suffisamment faible pour que ce degré de réduction de la courbure n'introduise en réalité aucune influence substantielle. (5) La présente invention peut naturellement être

appliquée à toute autre machine du type à éléments rota-

tifs, comme par exemple une pompe, un dispositif expan-

seur de volume et analogue, qu'un compresseur.

Troisième forme de réalisation de l'invention On va maintenant expliquer la présente invention

dans sa troisième forme de réalisation préférée en réfé-

rence aux dessins annexés. La figure 6 représente la vue en élévation de face de l'élémenten faonedespiraleselonune

troisième forme de réalisation, la figure 7 est un dia-

gramme du type partiel montrant la distribution des pres-

sions autour de la partie d'extrémité avant intérieure de l'élément en forme de spirale représenté sur la figure

6, et les figures 8 et 9 sont également des vues en éléva-

tion de face semblables montrant d'autres modifications

de l'invention.

Sur ces figures, les parties identiques à celles de la figure 14 sont repérées par les mêmes chiffres de référence et on a représenté de tels éléments identiques à la même échelle. En se référant maintenant à la figure 6, on y voit représenté l'élément en forme de spirale fixe désigné par la référence 701 et possédant la courbe extérieure du point de vue radial repérée par 601 et la courbe de liaison repérée par 603, qui portent les mêmes

références que sur la figure 14.

Sur les figures, la courbe intérieure est dési-

gnée par 702 et est une développante s'étendant entre un point F situé suffisamment à l'extérieur sur cette courbe et un point F qui correspond à une valeur ( P + P), à savoir au paramètre II avec un incrément 6P. Dans la zone située en-deçà du point H, on voit que la courbe intérieure 702 est définie par un léger renfoncement " C par rapport à la courbe intérieure 602 représentée sur

la figure 14.

De façon plus spécifique on a noté, conformément à la configuration représentée sur la figure 14, qu'il s'agissait d'une développante définie dans la zone située à l'extérieur du point E, comme cela est déterminé par

le paramètre f qui fournit la condition marginale d'accep-

tation d'une courbe de développante appropriée. Au con-

traire, conformément à la figure 6, on peut noter qu'il existe une courbe de développante définie sur la courbe intérieure uniquement dans la zone située à l'extérieur du point H qui correspond au paramètre ( < +6), d'une manière adaptée à la zone située au-delà du point E,4 étant défini de préférence comme étant compris entre 10

et 15 degrés ou possédant une valeur supérieure.

Dans cette configuration, on a des relations telles que pp' est perpendiculaire à p'H et que QQ' est perpendiculaire à Q'H, p, p', Q et Q' étant des points situés sur le cercle de base, tandis que les tangentes

au cercle de base au niveau des points b', Q' sont dési-

gnées respectivement par p'H et Q'E.

On notera également que le point G est le point d'intersection entre la courbe intérieure 702 et la courbe de liaison 603 qui est situé dans la section B-D de la

courbe de liaison 603. Le point H' est le point d'inter-

section de la tangente contactant le cercle de base au niveau du point P avec la courbe extérieure 601, le rayon r de la courbe de liaison 603 étant le même que celui de la réalisation de la figure 14, et les mêmes relations dimensionnelles peuvent être conservées pour l'élément

en forme de spirale fixe.

Si les deux éléments en forme de spirales sont

tenus de se déplacer en rotation l'un par rapport à l'au-

tre lorsqu'ils sont installés de manière à engrener réci-

proquement, on peut noter qu'il se produit tout d'abord

un premier état de contact au niveau du point de la sec-

tion de développante sur la courbe extérieure sur la par-

tie de l'élément en forme de spirale rotatif, qui corres-

pond au point extérieur F de la courbe de développante située sur la courbe intérieure de l'élément en forme de spirale fixe, cet état d'engrènement se déplaçant en direction de la partie intérieure de l'élément. Ensuite on peut observer que le point H situé sur la section de développante de la courbe intérieure de l'élément en forme de spirale fixe vient en contact avec le point H' situé sur la section de développante de la courbe extérieure

de l'élément en forme de spirale rotatif, les deux élé-

ments tournant ensuite l'un par rapport à l'autre avec

un faible interstice ÈC.

En se référant de façon plus spécifique à la configuration représentée sur la figure 14, on a noté l'état d'engrènement ou de contact au niveau des points

E et B, qui est déterminé par le paramètre pour la condi-

tion marginale d'acceptation d'une développante appropriée.

Au contraire, conformément à l'agencement de cette forme de réalisation, on peut noter que cet état de contact réciproque des éléments complémentaires cesse et que ces derniers commencent à s'écarter l'un de l'autre avec une valeur d'ravance P. A cet instant il existe une charge de pression de refoulement ou de pression relativement élevée Po au voisinage de la zone intérieure ou d'une manière plus rapprochée de la jonction entre la courbe de liaison 603 et la courbe intérieure 702, là o les deux éléments en forme de spirales sont en contact réciproque avant de s'écarter l'un de l'autre, au niveau du point proche de la jonction entre la courbe de liaison 603 et la courbe

extérieure 601, et en soi sur la courbe de liaison. D'au-

tre part dans les zones telles que celles situées à l'ex-

térieur du point de contact sur la courbe extérieure ou à l'extérieur du point de contact sur la courbe intérieure, il existe une charge de pression relativement faible p'

dans l'état de compression augmentant.

Alors en examinant à l'aide d'un modèle schéma-

tique concernant la distribution des pressions autour des éléments en forme de spirales, l'état selon lequel

ces deux éléments en forme de spirales commencent à s'é-

carter l'un de l'autre, dans le cas de la représentation de la figure 7(B) , tandis que la figure 7(C) représente

l'état de la configuration représentée sur la figure 14.

De façon plus spécifique, conformément à la con-

figuration de l'élément en forme de spirale représenté

sur la figure 14, on observe dans la représentation sché-

matique de la figure 7(A), qu'il existe une modification de la distribution de pression de P' à P0 au niveau dupoint B situé à proximité du point repéré par une flèche et au niveau duquel la rigidité de la partie d'extrémité

avant de l'élément de spirale est relativement faible.

Au contraire, on peut voir sur la figure 7(B) montrant l'amélioration de la configuration de l'élément en forme de spirale conformément à la présente invention, qu'il se produit une modification de la pression au niveau du point H' qui est situé à une certaine distance du point

de la flèche.

Avec une telle variation de pression apparais-

sant dans la configuration de l'élément en forme de spi-

rale représenté sur la figure 14, on note que l'élément fait l'objet d'une déformation au niveau de la pointe de la flèche représentée sur la figure 7(A), compte tenu d'une pression différentielle (P0 - P'), en négligeant la perte mécanique due au contact entre les deux éléments),

ce qui entraTne l'application d'une contrainte correspon-

dante en ce point. Cependant, dans la configuration de

l'élément en forme de spirale conforme à la présente in-

vention, on peut noter, comme représenté sur la figure 7(B), qu'une contrainte actuelle produite au niveau de

la pointe de la flèche tend à être compensée et par consé-

quent à avoir une valeur relativement faible qui contri-

bue alors essentiellement à empêcher par conséquent une

rupture possible de cette partie de l'élément.

D'autre part, comme cela a été indiqué précédem-

ment, on note qu'on observe une vitesse nettement supé-

rieure de glissement relatif au niveau de la surface de contact mutuel entre les éléments en forme de spirales que dans le cas d'un mouvement de déplacement vers la partie intérieure ou centrale de ces éléments, ce qui signifie par conséquent une vitesse supérieure d'usure par frottement au niveau du point de contact des éléments

entrant en jeu. Au contraire, étant donné que l'on obser-

ve le contact réciproque des éléments exclusivement dans la zone o la vitesse de glissement relatif des éléments

est nettement plus faible que celle existant dans la con-

figuration classique, la vitesse résultante d'usure par

frottement de l'élément tend à être réduite de façon subs-

tantielle. En outre, dans le cas o il y a eu éventuellement une erreur d'usinage ou bien une erreur dans le montage

des éléments en forme de spirales, un contact ou un enga-

gement anormal entre les éléments complémentaires serait inévitable même dans le cas du type sans contact. Mais

dans de telles conditions, un tel contact normal au ni-

veau des parties d'extrémité avant intérieures des élé-

ments en forme de spirales conformes à la présente inven-

tion pourrait être évité de façon efficace. En conséquence il ne se produirait aucune usure par frottement ni aucune rupture dans ces parties d'extrémité avant des éléments

complémentaires.

En outre comme la valeur du renfoncement ou de l'interstice j C dans l'agencement de l'élément en forme de spirale conforme à la présente invention est seulement

faible, il faut noter que les avantages tels que men-

tionnés d'après la demande de brevet japonais n 206.088/ 1982, peuvent par conséquent être obtenus sans sacrifier

quoi que ce soit, ce qui contribue à fournir un fonction-

nement à rendement élevé de l'ensemble de la machine flui-

dique. En liaison avec la construction avantageuse des éléments en forme de spirales tels qu'ils sont montés

dans la machine fluidique rotative conformément à la pré-

sente invention et comme cela a été indiqué dans les for-

mes de réalisation préférées mentionnées précédemment,

on peut réaliser dans la pratique de nombreuses modifica-

tions et variantes utiles.

(1) On peut réaliser la modification consistant en ce que, au lieu de prévoir une configuration identique à la fois pour l'élément en forme de spirale fixe et pour l'élément en forme de spirale rotatif, qui doivent être

incorporés dans la machine fluidique dans laquelle il exis-

te un point de suppression de contact des deux éléments, avec un seul et même paramètre ( +I), on peut donner des configurations différentes aux éléments en forme de

spirales, de telle sorte que par exemple l'un des élé-

ments en forme de spirales possède un paramètre (<+J?), tandis que l'autre élément possède un paramètre ( 1 + ô'), (AP( dû') de sorte que ces éléments peuvent être

hors de contact réciproque en différents points de cor-

respondance. (2) On peut réaliser une modification selon laquelle, au lieu de prévoir le renfoncement AC dans la courbe, intérieure du point de vue radial, de l'élément en forme

de spirale, on peut prévoir un autre renfoncement ou déga-

gement C sur la partie de la courbe extérieure du point

de vue radial, comme cela est représenté de façon typi-

que sur la figure 8.

Conformément & cette variante, le dispositif est agencé de telle sorte qu'il est prévu un interstice ou renfoncement C plus faible que les courbes 601, 603 et 602 possédant le profil classique, dans la section

curviligne s'étendant entre le point H' situé sur la cour-

be extérieure, le long d'une partie de cette dernière et le long de parties de la courbe de liaison et de la courbe intérieure, conformément au paramètre ( P +hp), en formant ainsi une courbe 751 quelconque. Alors le point d'intersection G de la courbe 751 ainsi obtenue avec la

courbe intérieure 602 peut être déterminé de façon appro-

priée dans la zone comprise entre les points D et E. Avec un tel agencement des deux éléments en forme de spirales, on peut obtenir essentiellement le même effet

qu'avec l'agencement représenté sur la figure 6.

Cependant on a tracé, à la place de la courbe de liaison 603, la courbe 751 possédant un renfoncement

interne plus important. Bien que cette courbe puisse pré-

senter une rigidité légèrement inférieure par suite de son agencement, ceci n'a sensiblement aucune influence étant donné que l'interstice à C possède seulement une

faible valeur.

(3) On peut réaliser une modification telle que re-

présentée sur la figure 9, sur laquelle il est prévu que l'un des éléments en forme de spirales possède la même configuration que celle représentée sur la figure 14, tandis que seul l'autre élément peut avoir une courbe profilée 761, ce qui permet d'obtenir un faible inter- stice donné A C entre les points H et H', de sorte que

les deux éléments peuvent être mis hors de contact réci-

proque au niveau des points H et H', qui sont déterminés par le paramètre (ô + e), et sont différents des points E et B déterminés à l'aide du paramètre J. Conformément à cette variante, il est également possible dans la pratique de prévoir, à la place des points H, H', comme étant les points correspondant à un

même paramètre (i +ô), un point H correspondant par exem-

ple au paramètre (ô1 +4), alors que le point H' corres-

pond respectivement au paramètre (ô +È') (,p#6aT).

(5) Pour résumer, on peut dire que la présente in-

vention peut par conséquent être adaptée non seulement à un compresseur de type rotatif, mais également à toute autre installation qui contient des éléments en forme de volutes ou de spirales, comme par exemple une unité de pompage, un dispositif expanseur de fluide et analogue,

et ce pour un même résultat effectif.

Bien que les formes de réalisation préférées typiques de la présente invention aient été complètement

décrites dans ce qui précède, on comprendra que la pré-

sente invention n'est pas censée être limitée aux détails de ces constructions spécifiques représentées dans les formes de réalisation préférées et que, au contraire, on peut y apporter bon nombre de modifications sans pour

autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Iachine fluidique de type rotatif, comportant deux éléments (505) en forme de volutes ou de spirales, dont l'un est fixe et dont l'autre est rotatif et qui possèdent une configuration identique et sont décalés

de 180 degrés l'un par rapport à l'autre en étant récipro-

quement imbriqués, l'élément en forme de spirale rotatif étant agencé de manière à tourner, par rapport à l'élément en forme de spirale fixe, avec un mouvement de révolution de rayon e, caractérisé en ce que les deux éléments en

forme de spirales (505) ont des profils définis respecti-

vement de manière à comporter un segment de courbe (701)

extérieur du point de vue radial, constitué par une déve-

loppante, un segment de courbe (702), intérieur du point

de vue radial, constitué par une autre développante in-

cluant un arc de rayon R, et un arc (7031 de rayon r re-

liant de façon uniforme le segment de courbe extérieur du point de vue radial et l'arc possédant le rayon R,

conformément à la relation géométrique fournie par les re-

lations suivantes: R = + b P+ d r = be+ d b2 -(ô + bp)2 d = 2 (! + bp) [& - 2 - b

b étant le rayon d'un cercle de base de la développante.

2. Machine fiuidique de type rotatif, comportant

deux éléments (701, 802) en forme de volutes ou de spira-

les, dont l'un est fixe et dont l'autre est rotatif et qui possèdent une configuration identique et sont décalés

de 180 degrés l'un par rapport à l'autre en étant réci-

proquement imbriqués, l'élément en forme de spirale étant agencé de manière à tourner, par rapport à l'élément en forme de spirale fixe, avec un mouvement de révolution de rayon f, caractérisé en ce que les deux éléments en forme de spirales (701, 802) sont définis respectivement par une courbe (711) extérieure du point de vue radial, constituéeparuedéveloppante, une courbe (712; 812; 912), intérieure du point de vue radial, constitué par une au- tre développante possédant un arc intérieur de rayon R, une courbe de raccordement possédant un arc de rayon r

et reliant selon une continuité uniforme la courbe ex-

térieure du point de vue radial et l'arc possédant le rayon R et qu'il est prévu un petit interstice ou jeu

(x) entre les deux éléments en forme de spirale, lors-

qu'ils sont placés dans un état d'engrènement mutuel, de telle manière que l'ensemble de la courbe intérieure et de la courbe de raccordement ou des parties de ces

courbes peuvent être maintenues hors de tout contact réci-

proque dans la zone située entre des points marginaux (E, G) de manière & définir une développante appropriée déterminée avec un paramètre angulaire fourni par les relations suivantes: R = f + b+ d r = b + d b2 - (ô + b)2 d = 2 ( + b) o

b est le rayon d'un cercle de base de la développante.

3. Machine fluidique de typq rotatif, comportant deux éléments (701) en forme de volutes ou de spirales, dont l'un est fixe et dont l'autre est rotatif et qui possèdent une configuration identique et sont décalés

de 180 degrés l'un par rapport à l'autre en étant récipro-

quement imbriqués, l'élément en forme de spirale rotatif étant agencé de manière à tourner, par rapport à l'élément en forme de spirale fixe, avec un mouvement de révolution de rayon f, caractérisée en ce que les deux éléments en forme de spirales (701) -sont définis respectivement avec

une courbe (601), extérieure du point de vue radial, cons-

tituée par une développante, une courbe (702; 602), inté-

rieure du point de vue radial, constituée par une autre développante possédant un arc intérieur de rayon R et une courbe de raccordement (603) possédant un arc de rayon r et reliant selon une continuité uniforme, la courbe extérieure du point de vue radial et l'arc possédant le rayon R, et qu'il est prévu un faible interstice ou jeu entre les deux éléments en forme de spirales (701),

lorsqu'ils sont montés de manière à engrener réciproque-

ment de telle sorte que l'ensemble de la courbe intérieure et de la courbe de raccordement ou des parties de ces courbes dans la zone située entre deux points (H, H') tels que déterminés par un paramètre angulaire (ô +P) dans une zone débordant légèrement des points marginaux

(E, B) servant à définir une développante appropriée dé-

terminée par un paramètre angulaire j3 peuvent être main-

tenus à l'écart de tout contact réciproque, conformément aux relations suivantes: R = + P b + d r = bD+ d b2 - + b)2 d = 2 (t + bp) o

b est le rayon d'un cercle de base de la développante.