FR2591286A1

FR2591286A1 - Volumetric machine with vane(s)

Info

Publication number: FR2591286A1
Application number: FR8518095A
Authority: FR
Inventors: Christian Poulalion
Original assignee: TOLERIE INDLE MECA
Current assignee: TOLERIE INDLE MECA
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1987-06-12
Also published as: FR2591286B1

Abstract

A rotor 4 with (a) vane(s) 26 rotates in a stator 1 having an exhaust orifice 22 and an admission orifice 23 on either side of each stator head 17. The gap 16 between the rotor and the stator is delimited by two cylindrical surfaces 13, 14. There is one vane more than there are heads. The angular spacing between successive vanes 26 is equal to the angular spacing between two orifices 22, 23 lying between two successive heads 17. Use as a constant-torque motor or as a constant flow rate pump.

Description

La présente invention concerne une machine volumétrique du type a palette(s), comprenant un élément rotorique et un élément statorique -dé+inissant entre des parois respectives de forme générale cylindrique un intervalle annulaire subdivisé dans la direction circonférentielle par des moyens de fermeture permanents portés par l'un des éléments, et des moyens de fermeture rétractables portés par l'autre élément-q tandis qu'un premier des éléments statorique et rotorique précités comprend un orifice d'admission et un orifice d'échappement de part et d'autre des moyens de fermeture qui lui sont associés. The present invention relates to a volumetric machine of the vane type (s), comprising a rotor element and a stator element -de + inning between respective walls of generally cylindrical shape an annular interval subdivided in the circumferential direction by permanent closing means carried by one of the elements, and retractable closing means carried by the other element-q while a first of the stator and rotor elements mentioned above comprises an intake port and an exhaust port on either side closing means associated therewith.

Une telle machine est connue d'après le brevet britannique 4 236 AD 1909. Les moyens de fermeture permanents sont constitues par une protubérance portée par le rotor tandis que les moyens de fermeture rétractables sont constitués par une palette rétractable portée par le stator. Such a machine is known from British patent 4 236 AD 1909. The permanent closing means are constituted by a protuberance carried by the rotor while the retractable closing means are constituted by a retractable pallet carried by the stator.

Si une telle machine est motrice, le couple fourni n est pas uniforme car l'action motrice disparalt lorsque la protubérance du rotor se déplace entre l'orifice d'échappement et l'orifice d'admission en franchisqant la palette rétractable. De mme, Si la machine était utilise en pompe, il y aurait disparition du débit dans la plage angulaire précitée a chaque tour du rotor.If such a machine is driving, the torque supplied is not uniform because the driving action disappears when the protuberance of the rotor moves between the exhaust orifice and the intake orifice by crossing the retractable pallet. Likewise, if the machine was used as a pump, the flow rate would disappear in the above-mentioned angular range at each revolution of the rotor.

Dans de nombreuses applications, telles que la robotique, on a besoin de pompes ou de moteurs fluidiques fournissant un couple ou respectivement un débit uniforme. Par "uniforme", on entend un couple ou un débit dont la valeur n'oscille pas de part et d'autre dune valeur moyenne au rythme de la rotation de la machine, et bien entendu on n'exclut pas la possibilité que le couple ou le débit soit réglable. In many applications, such as robotics, there is a need for pumps or fluid motors providing torque or uniform flow, respectively. By "uniform" is meant a torque or a flow rate whose value does not oscillate on either side of an average value at the rate of rotation of the machine, and of course we do not exclude the possibility that the torque or the flow rate is adjustable.

Pour réaliser des machines répondant a cette condition, on utilise actuellement des techniques complexes et couteuses, telles que des machines à barillets ou a pistons radiaux avec des cames de commande à profil per+ectionné. Ces machines ont une faible puissance massique et leur rendement est médiocre en raison du nombre des surfaces fonctionnelles. To make machines that meet this condition, complex and costly techniques are currently used, such as barrel or radial piston machines with control cams with per + selected profile. These machines have a low specific power and their performance is poor due to the number of functional surfaces.

qui sont des sources de frottements mécaniques et de fuites du fluide sous pression.which are sources of mechanical friction and leakage of the pressurized fluid.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en se basant sur l'idée inventive consistant a modifier la machine a palettes du type cité au début pour qu'elle fournisse un couple ou respectivement un débit constant. The object of the invention is to remedy these drawbacks on the basis of the inventive idea of modifying the vane machine of the type mentioned at the start so that it provides a torque or a constant flow rate respectively.

Suivant l'invention, la machine est caractérisée en ce que les moyens de fermeture du second des éléments statorique et rotorique précités comprennent au moins deux protubérances individuelles régulièrement réparties angulairement dans l'intervalle annulaire, avec entre protubérances successives un angle sensiblement égal a un angle entre les orifices d'admission et d'échappement, mesurez dans l'intervalle annulaire sans traverser les moyens de fermeture du premier élément. According to the invention, the machine is characterized in that the means for closing the second of the aforementioned stator and rotor elements comprise at least two individual protuberances regularly distributed angularly in the annular interval, with between successive protuberances an angle substantially equal to an angle between the intake and exhaust ports, measure in the annular interval without crossing the closing means of the first element.

Dans le cas d'une machine motrice, lorsque l'une des protubérances du second élément (par exemple le rotors fait cesser la communication entre l'orifice d'échappement et la région de l'espace annulaire située devant elle, lrautre- protubérance du rotor fait de mEme avec l'orifice d'admission. In the case of a motive machine, when one of the protrusions of the second element (for example the rotors causes communication between the exhaust orifice and the region of the annular space situated in front of it to cease, the other protuberance of the rotor does the same with the intake port.

Sensiblement en méme temps, la première protubérance rotorique citée découvre l'orifice d'échappement derrière elle en mSme temps que la seconde protubérance citée découvre l'orifice d'admission derrière elle. Il en résulte que la force pressante qui cesse de s'exercer sur la première protubérance commence en mme temps à s'exercer sur la seconde protubérance avec la méme intensité. Le couple fourni est donc uniforme.Substantially at the same time, the first rotor protrusion cited discovers the exhaust port behind it at the same time as the second protrusion cited discovers the intake port behind it. It follows that the pressing force which ceases to be exerted on the first protuberance begins at the same time to exert itself on the second protuberance with the same intensity. The torque supplied is therefore uniform.

Dans le cas d'une pompe, pour des raisons similaires, le refoulement assuré par l'une des protubérances commence sensiblement au moment ou celui assuré par l'autre protubérance dispara-1t. Le débit global de la machine est donc constant. In the case of a pump, for similar reasons, the delivery provided by one of the protrusions begins substantially at the time or that provided by the other protuberance disappears-1t. The overall flow of the machine is therefore constant.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-apres. Other features and advantages of the invention will emerge from the description below.

Aux dessins annexés. donnés a titre d'exemples non limitatifs
- la figure 1 est une vue dune machine selon l'invention en coupe selon le plan I-I de la figure 2 ; et
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II II de la figure 1.In the accompanying drawings. given as nonlimiting examples
- Figure 1 is a view of a machine according to the invention in section along the plane II of Figure 2; and
- Figure 2 is a sectional view along line II II of Figure 1.

La machine représentée aux figures comprend un. The machine shown in the figures includes a.

stator l formé d'une couronne 2 montée entre deux flasques d'extrémité 3. Un rotor 4 est monté en rotation dans le stator i. Pour cela, le rotor 4 porte deux demi-arbres opposés 6 coaxiaux, montés dans des paliers à roulements 7 des flasques 3. stator l formed of a crown 2 mounted between two end flanges 3. A rotor 4 is rotatably mounted in stator i. For this, the rotor 4 carries two opposite half-shafts 6 coaxial, mounted in rolling bearings 7 of the flanges 3.

Le rotor 4 a la forme d'un disque dont les faces latérales planes 8 sont a très faible distance des faces planes internes 9 des flasques 3. Les flasques 3 présentent dans leur face 9 chacun une rainure annulaire il entourant le demi-arbre 6 situé du même cet6! et contenant un joint d'étanchéité annulaire 12, représenté schématiquement a la figure 2, appuyé contre la face 8 du rotor 4 située en regard. The rotor 4 has the shape of a disc, the flat lateral faces 8 of which are at a very short distance from the internal flat faces 9 of the flanges 3. The flanges 3 each have an annular groove in their face 9 each surrounding the half-shaft 6 located of the same cet6! and containing an annular seal 12, shown schematically in Figure 2, pressed against the face 8 of the rotor 4 located opposite.

La couronne 2 présente une surface intérieure 13 de forme générale cylindrique ayant même axe X-X que les demiarbres 6. le rotor 4 présente une surface périphérique 14 de forme générale cylindrique d'axe X-X. Le diamètre de la surface 14 est sensiblement inférieur a celui de la surface 13 de sorte qu'il existe entre les surfaces 13 et 14 un intervalle annulaire 16. The crown 2 has an inner surface 13 of generally cylindrical shape having the same axis X-X as the half-shafts 6. the rotor 4 has a peripheral surface 14 of generally cylindrical shape with an axis X-X. The diameter of the surface 14 is substantially smaller than that of the surface 13 so that there exists between the surfaces 13 and 14 an annular gap 16.

L'intervalle 16 est subdivisé dans la-direction circonférentielle par quatre testes statoriques 17 également réparties autour de l'axe X-X, cpest-à-dire avec un angle de 900 entre tettes voisines. Chaque tette 17 est fixée dans la couronne 2 et forme dans l'intervalle 16 une protubérance 18 dans le sommet de laquelle est monté un segment d'étanchéité 19 capable de prendre appui étanche sur la surface cylindrique 14 du rotor 4. De part et d'autre de son sommet, chaque protubérance 18 présente un chanfrein 21 de raccordement de profils entre ledit sommet et la surface cylindrique 13. The interval 16 is subdivided in the circumferential direction by four stator tests 17 also distributed around the axis X-X, that is to say with an angle of 900 between neighboring tabs. Each plate 17 is fixed in the crown 2 and forms in the interval 16 a protuberance 18 in the top of which is mounted a sealing segment 19 capable of sealingly bearing on the cylindrical surface 14 of the rotor 4. From both sides At the other end of its apex, each protuberance 18 has a chamfer 21 for connecting profiles between said apex and the cylindrical surface 13.

L'un des flasques 3 présente de part et d'autre du sommet de chaque tete 17, deux orifices, l'un d'échappement 22, l'autre d'admission 23, qui communiquent avec l'intervalle 16. Entre deux tetes 17 successives, il y a dans l'intervalle 16 un orifice 23 a une extrémité circonférentielle et un orifice 22 a l'autre extrémité circonférentielle. One of the flanges 3 has on either side of the top of each head 17, two orifices, one of exhaust 22, the other of intake 23, which communicate with the interval 16. Between two heads 17 successive, there is in the interval 16 an orifice 23 at one circumferential end and an orifice 22 at the other circumferential end.

Comme le montre la figure 2, les orifices 22, 23 traversent le flasque 3 qui les porte, pour aboutir dans un collecteur 24 (non coupé a la figure 2), muni de conduits internes par lesquels tous les orifices 22 sont raccordés à une tubulure d'échappement (non représentée) et tous les orifices 23 sont raccordés à une tubulure d'admission (non représentée > . As shown in FIG. 2, the orifices 22, 23 pass through the flange 3 which carries them, to end in a manifold 24 (not cut in FIG. 2), provided with internal conduits through which all the orifices 22 are connected to a pipe. exhaust (not shown) and all the orifices 23 are connected to an intake manifold (not shown>.

L'intervalle 16 est encore subdivisé dans la direction circonférentielle par des palettes 26 montées dans des fentes 27 pratiquées dans la périphérie du rotor 4 selon des plans passant par l'axe X-X. les palettes 26 forment des protubérances dans l'intervalle 16 et leur extrémité libre 28 et capable de venir en contact étanche avec la paroi cylindrique 13 de la couronne 2. De plus, les palettes 26 sont sollicitées radialement vers l'extérieur des fentes 27 par des ressorts de compression 29 montés au fond de celles-ci. Ces ressorts 29 permettent aux palettes 26 de se rétracter complètement dans leurs fentes 27 lorsque les palettes 26 franchissent les tettes statoriques 17. Les bords avant et arrière de l'extrémité libre de chaque palette 26 sont chanfreinés pour faciliter le franchissement des tettes 17 et notamment des segments 19. The interval 16 is further subdivided in the circumferential direction by pallets 26 mounted in slots 27 formed in the periphery of the rotor 4 according to planes passing through the axis X-X. the pallets 26 form protuberances in the interval 16 and their free end 28 and capable of coming into tight contact with the cylindrical wall 13 of the crown 2. In addition, the pallets 26 are biased radially outwards from the slots 27 by compression springs 29 mounted at the bottom thereof. These springs 29 allow the pallets 26 to fully retract into their slots 27 when the pallets 26 pass through the stator tabs 17. The front and rear edges of the free end of each pallet 26 are chamfered to facilitate the crossing of the tabs 17 and in particular segments 19.

Comme le montre la figure 2, les palettes 26 et les tettes 17 s'étendent sur toute la dimension axiale du rotor 4 et de la couronne 2, et l'extrémité libre 28 des palettes 26 de même que les sommets 18 des têtes 17 sont rectilignes et assurent un contact étanche sur toute leur longueur. Les fentes 27 sont entièrement situées à l'extérieur des joints 12. Compte tenu de l'étendue axiale des têtes 17, la couronne 2 est constituée d"un assemblage de quatre secteurs cylindriques entre lesquels sont interposées les têtes 179 la cohésion de l'ensemble étant assurée par les flasques 3. As shown in FIG. 2, the pallets 26 and the plates 17 extend over the entire axial dimension of the rotor 4 and the crown 2, and the free end 28 of the pallets 26 as well as the tops 18 of the heads 17 are straight and ensure tight contact over their entire length. The slots 27 are entirely located outside the seals 12. Given the axial extent of the heads 17, the crown 2 is made up of an assembly of four cylindrical sectors between which the heads 179 are interposed, the cohesion of the together being provided by the flanges 3.

Comme le montre la figure 1, en particulier dans son quart supérieur droit, l'angle entre deux palettes 26 successives est sensiblement égal a l'angle entre chaque paire d'orifices 22 et 23 qui ne sont pas séparés par une tête 17
Dans l'exemple représenté, cet angle appelé A est sensiblement égal à 720 et les palettes sont au nombre de cinq
'e fonctionnement de la machine qui vient entre décrite est le suivant ::
On supposera d'abord que la machine est un moteur
Dans la situation représentée a la figure 1, une des palettes 26 (celle qui est la plus à droite sur la figure) vient de fermer un orifice d'échappement 22 tandis que, le rotor tournant dans le sens de la flèche F, la palette 26 qui vient juste aprbs vient de fermer orifice 23 qui est situé entre les deux mêmes testes 17 que l'orifice 22.La fermeture de l'orifice 23 par la seconde palette citée fait cesser l'action motrice sur la première palette 26 citée Cependant, après un délai qui peut entre rendu aussi court qu'on le désire, la première palette citée va redécouvrir l'orifice 22 derrière elle, tandis que la seconde palette citée va redécouvrir l'orifice 23 derrière elle de sorte que l'action motrice va reprendre sur la seconde palette pratiquement sans aucun délai après la fin de l'action motrice sur lapremière palette.Pendant ce temps, les autres palettes 26 subissent une action motrice invariable jusqu'a ceque, à son tour, la palette située on bas à droite sur le dessin vienne recourir l'orifice 22 qui est devant elle. A ce moment, la palette 26 qui est située le plus à droite sur le dessin viendra recouvrir l'orifice 23 situé devant elle et, à partir de ce moment, recevra l'action motrice de cette teste statorique à la place de la palette située en bas à droite.As shown in FIG. 1, in particular in its upper right quarter, the angle between two successive pallets 26 is substantially equal to the angle between each pair of orifices 22 and 23 which are not separated by a head 17
In the example shown, this angle called A is substantially equal to 720 and the pallets are five in number
'e operation of the machine that comes between described is as follows:
We will first assume that the machine is a motor
In the situation represented in FIG. 1, one of the pallets 26 (the one that is furthest to the right in the figure) has just closed an exhaust orifice 22 while, the rotor turning in the direction of the arrow F, the pallet 26 which comes just after having just closed orifice 23 which is located between the same two tests 17 as the orifice 22. The closure of the orifice 23 by the second pallet cited puts an end to the motive action on the first pallet 26 cited However , after a delay which can be made as short as desired, the first cited pallet will rediscover the orifice 22 behind it, while the second cited pallet will rediscover the orifice 23 behind it so that the driving action will resume on the second pallet practically without any delay after the end of the driving action on the first pallet. Meanwhile, the other pallets 26 undergo an invariable driving action until, in turn, the pallet located below right on the drawing come re run the hole 22 which is in front of it. At this moment, the pallet 26 which is located to the right of the drawing will cover the orifice 23 located in front of it and, from this moment, will receive the driving action of this stator test in place of the pallet located at the bottom right.

Au total, si la pression d'admission du fluide moteur est constante, et comme la surface des palettes exposée a la pression est toujours la même quelle que soit la position angulaire du rotor 4. le couple demeure sensiblement constant bien que périodiquement l'action motrice cesse sur une palette pour s'exercer sur celle qui est située derrière. Pour que ce fonctionnement puisse avoir lieu, il est essentiel qu'il y ait au moins une protubérance de plus sur le rotor que sur le stator. Rien n'empche en théorie que le rotor comporte au moins deux protubérances de plus que le stator mais en tout état de cause le nombre de protubérances (palettes) au travail ne peut excéder le nombre d'orifices d'admission, lequel est nécessairement égal au nombre de testes 17.Dans ces conditions, le fait d'augmenter le nombre des protubérances rotoriques n'a d'inté8t que Si, le nombre de tettes étant relativement important, l'écart angulaire très faible existant entre les deux orifices d'échappement et d'admission situés entre deux tettes successives oblige à prévoir un nombre de palettes encore nettement plus grand sur le rotor. In total, if the inlet pressure of the working fluid is constant, and as the surface of the vanes exposed to the pressure is always the same regardless of the angular position of the rotor 4. the torque remains substantially constant although periodically the action motor stops on a pallet to exercise on the one located behind. For this operation to take place, it is essential that there is at least one more protuberance on the rotor than on the stator. There is nothing in theory to prevent the rotor from having at least two more protrusions than the stator, but in any event the number of protuberances (vanes) at work cannot exceed the number of intake ports, which is necessarily equal to the number of tests 17. Under these conditions, the fact of increasing the number of rotor protuberances is only of interest if, the number of tettes being relatively large, the very small angular difference existing between the two orifices exhaust and intake located between two successive tettes requires to provide an even greater number of pallets on the rotor.

Lors du fonctionnement en pompe, dans la situation représentée à la figure 1, l'action de pompage de la palette 26 située la plus à droite vient de cesser puisque l'orifice de refoulement 22 vient dextre obturé. En mEme temps, l'action de pompage de la palette 26 située en haut sur la figure va pouvoir commencer puisque l'orifice d'admission 23 vient entre obturé et l'orifice de refoulement 22 va précisément entre découvert derrière la première palette citée. La fluctuation de débit occasionnée par le changement de palettes refoulant dans cet orifice 22 sera donc négligeable. During pump operation, in the situation represented in FIG. 1, the pumping action of the paddle 26 located on the far right has just stopped since the discharge orifice 22 has just been closed. At the same time, the pumping action of the pallet 26 located at the top in the figure will be able to start since the intake orifice 23 comes between closed and the discharge orifice 22 goes precisely between uncovered behind the first cited pallet. The flow fluctuation caused by the change of vanes pushing back into this orifice 22 will therefore be negligible.

Bien entendu, toutes les considérations ci-dessus relatives au nombre de palettes et de tBtes s'appliquent au cas des pompes. Of course, all of the above considerations relating to the number of vanes and heads are applicable to the case of pumps.

L'invention nlest pas limitée aux exemples décrits et représentés. De nombreux aménagements peuvent Etre apportés à cet exemple sans sortir du cadre de l'invention. The invention is not limited to the examples described and shown. Many modifications can be made to this example without departing from the scope of the invention.

C'est ainsi que, à la place des tettes fixes 17, le stator pourrait porter des palettes rétractables radialement vers l'extérieur auquel cas les palettes mobiles du rotor seraient remplacées par des bossages dont l'extrémité serait éventuellement garnie d'un segment d'étanchéité. Thus, in place of the fixed plates 17, the stator could carry radially retractable vanes towards the outside, in which case the mobile vanes of the rotor would be replaced by bosses, the end of which would possibly be provided with a segment d sealing.

Claims

1. Volumetric machine of the pallet type (s), comprising a rotor element (4) and a stator element (1) defining between respective walls (14) of generally cylindrical shape an annular interval (16) subdivided in the circumferential direction by permanent closing means (17) carried by one of the elements (1>, and retractable closing means (26) carried by the other element (4) while a first of the stator (1) and rotor elements (4) mentioned above comprises an intake port and an exhaust port (12) on either side of the closure means (17) associated therewith, characterized in that the closure means of the second (4) stator (1) and rotor (4) elements comprise at least two individual protuberances (26) regularly distributed angularly in the annular gap (16), with between protuberances (26) an angle () substantially equal to an angle between the orifices intake (23) and exhaust (22), me secured in the annular gap (16> without passing through the closing means (17) of the first element (1).

2. Volumetric machine according to claim 1, characterized in that the closing means (26) carried by the second element (4) are the retractable closing means.

3. Volumetric machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the closing means (17) of the first element (1) comprise four individual closing elements angularly distributed in the annular gap (16)! and the individual closure elements (26) of the second element (4) are five in number.