FR2632021A1

FR2632021A1 - Motor-pump with rotary pistons

Info

Publication number: FR2632021A1
Application number: FR8807060A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1989-12-01

Abstract

The invention relates to a motor-pump with rotary pistons. This motor-pump essentially comprises: a body 10 including two semicylindrical cavities 11 and 12 and two T-shaped ducts 13 and 14; two rotors 20 and 30 including, at their periphery, pistons 210 and 310 with a flared head (crown) rotating by means of shafts 2 and 3 secured rotationally by two gears and flanges 40 including counter bores 43 and 44 respectively connected to the discharge and inlet of fluid by means of the T-shaped ducts 13 and 14. In the motor version, the rotation is sustained by successively driving the rotors 20 and 30 under the effect of the alternating variation in the volumes subjected to pressure, taking account of the unbalance generated by the symmetrical gaps communicating with the discharge duct. Application: energy conversion.

Description

L'invention concerne un moteur-pompe à pistons rotatifs.The invention relates to a rotary piston pump motor.

On connaît déjà des transformateurs d'énergie hydrauliques rotatifs réversibles Z capables de transformer de l'énergie mécanique en énergie hydraulique et vice-versa, sous réserve d'une adaptation préalable.Reversible rotary hydraulic power transformers Z are already known capable of transforming mechanical energy into hydraulic energy and vice versa, subject to prior adaptation.

Il s'agite principalement, de dispositifs à engrenages ou à palettes utilisables comme pompes ou- comme moteurs hydrauliques sous réserve d'une adaptation préalable.These are mainly gear or vane devices which can be used as pumps or as hydraulic motors subject to prior adaptation.

Les dispositifs à engrenages très simples de conception et très robuste, offrent une puissance massique intéressante et autorisent des régimes de rotations élevés. Leur réversibilité est aisée, étant donné l'absence de clapet. Toutefois, ces dispositifs, exigent une filtration poussée, n'apprécient pas les régimes inférieurs à 1000 t/mn, ont un débit fluctuant et pulsé, et ne peuvent être utilisés en moteur que pour des puissances inférieures à 40 Kw.The very simple design and very robust gear devices offer an interesting specific power and allow high rotation speeds. Their reversibility is easy, given the absence of a valve. However, these devices require extensive filtration, do not appreciate speeds below 1000 rpm, have a fluctuating and pulsed flow, and can only be used in engines for powers below 40 Kw.

Les dispositifs à palettes sont de conception un peu plus complexe que ceux à engrenages, puisque, au cours de la rotation, les palettes se déplacent dans des rainures radiales aménagées dans le rotor, tout en étant rappelées contre la piste interne par la force centrifuge ou par de petits ressorts. Ces dispositifs offrent aussi des puissances massiques élevées et de bonnes performances. Ils sont silencieux et permettent de mettre en oeuvre- des énergies importantes. Toutefois, contr-airement aux pompes à engrenages leur hauteur d'aspiration est faible, ce qui exige leur alimentation en charge (pompe de gavage à engrenages, réservoir en charge ou pressurisé). Les performances optimums ne peuvent être obtenues que pour des vitesses de rotations élevées.Pallet devices are a little more complex in design than geared devices, since, during rotation, the pallets move in radial grooves in the rotor, while being pressed against the internal track by centrifugal force or by small springs. These devices also offer high mass powers and good performance. They are silent and allow to use important energies. However, in contrast to gear pumps, their suction height is low, which requires their supply under load (gavage pump, tank under load or pressurized). Optimal performance can only be obtained at high rotational speeds.

Tous ces équipements présentent l'inconvénient d'avoir un rendement décroissant avec la pression d'utilisation et ont un débit irrégulier à bas régime, ce qui oblige souvent à les combiner à un réducteur, ou à un multiplicateur lorsque les vitesses d'utilisation sont basses.All of these devices have the drawback of having a decreasing efficiency with the operating pressure and have an irregular flow at low speed, which often requires them to be combined with a reduction gear, or with a multiplier when the operating speeds are low.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients en réalisant un moteur-pompe à rendement élevé, pratiquement constant sur toute la plage d'utilisation, en faisant appel à une combinaison de moyens très simples, dont les éléments mobiles sont uniquement tournant, sans faire appel à aucun dispositif d'étanchéité à déplacement alternatif.The invention aims to remedy these drawbacks by producing a high-efficiency motor pump, practically constant over the entire range of use, by using a combination of very simple means, the movable elements of which are only rotating, without making no reciprocating sealing device.

Le moteur-pompe à pistons rotatifs selon l'invention est constitué essentiellement d'un corps, comportant deux cavités semi-cylindriques jointives et communiquantes dans lesquelles sont montés deux rotors munis, à leur périphérie, de pistons à tête épanouie régulièrement répartis, solidaire en rotation) de façon que les pistons d'un des rotors soient décalés angulairement, par rapport à ceux de l'autre rotor, de la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons.The rotary piston motor pump according to the invention consists essentially of a body, comprising two adjoining and communicating semi-cylindrical cavities in which are mounted two rotors provided, at their periphery, pistons with a spread head regularly distributed, integral in rotation) so that the pistons of one of the rotors are angularly offset, with respect to those of the other rotor, by half of the angular interval existing between the pistons.

Les cavités cylindriques, dans lesquelles sont montés les pistons rotatifs, sont closes par deux flasques, fixés de part et d'autre du corps, comportant chacun les paliers permettant le passage des arbres des rotors et deux lamages assurant la communication des cavités semi-cylindriques avec le circuit de fluide, par l'intermédiaire d'un conduit en T constitué de deux orifices cylindriques perpendiculaires percés dans le corps respectivement parallèlement aux axes des rotors et perpendiculairement au plan matérialisé par ceux-ci.The cylindrical cavities, in which the rotary pistons are mounted, are closed by two flanges, fixed on either side of the body, each comprising the bearings allowing the passage of the rotor shafts and two counterbores ensuring the communication of the semi-cylindrical cavities with the fluid circuit, by means of a T-pipe consisting of two perpendicular cylindrical orifices drilled in the body respectively parallel to the axes of the rotors and perpendicular to the plane materialized by these.

Le rayon des rotors porte-pistons correspond à l'entraxe existant entre ceux-ci diminué du rayon des cavités semi-cylindriques.The radius of the piston-holding rotors corresponds to the distance between them minus the radius of the semi-cylindrical cavities.

L'arc formé par l'épanouissement de la tête des pistons rotatifs correspond à la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons.The arc formed by the development of the head of the rotary pistons corresponds to half the angular interval existing between the pistons.

Les lamages assurant la communication des cavités semi-cylindriques avec le circuit de fluide ont un diamètre correspondant au 1/3 du diamètre des cavités semi-cylindriques et sont disposés tangentiellement aux deux rotors.The counterbores ensuring the communication of the semi-cylindrical cavities with the fluid circuit have a diameter corresponding to 1/3 of the diameter of the semi-cylindrical cavities and are arranged tangentially to the two rotors.

La forme des pistons est déterminée de façon à contrôler la mise en communication des lamages avec les intervalles inter-pistons en fonction de- la rotation des rotors, afin que ceux-ci soient actifs à tour de rôle sans discontinuité. The shape of the pistons is determined so as to control the placing in communication of the countersinks with the inter-piston intervals as a function of the rotation of the rotors, so that they are active in turn without discontinuity.

Les arbres des rotors sont rendus solidaires en rotation par l'intermédiaire de deux engrenages logés dans un carter fermé par un contre-flasque comportant deux crapaudines destinées à recevoir les bouts d'arbres des rotors.The rotor shafts are made integral in rotation by means of two gears housed in a casing closed by a counter-flange comprising two flaps intended to receive the ends of the shafts of the rotors.

L'un des arbres des rotors traverse le carter opposé au dispositif de solidarisation en rotation des rotors, afin de permettre son accouplement à un moteur ou à un récepteur.One of the rotor shafts passes through the casing opposite the rotational securing device for the rotors, in order to allow it to be coupled to a motor or to a receiver.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un moteur hydraulique, à quatre pistons par rotor réalisé selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale
du moteur dans le plan médian des rotors (selon
AA), - la figure 2 représente une vue en coupe transversale
du moteur selon un plan passant par les axes des
rotors (selon CC), - ta figure 3 représente une vue de face des rotors
disposés en position initiale, - la figure 4 représente une vue de face des rotors
disposés dans une seconde position, - la figure 5 représente une vue de face des rotors
disposés dans une troisième position, - la figure 6 représente une vue de face des rotors
dans une quatrième position.Other characteristics and advantages will appear in the following description of a hydraulic motor, with four pistons per rotor produced according to the invention, given by way of nonlimiting example with regard to the appended drawings in which: - Figure 1 represents a longitudinal section view
of the motor in the median plane of the rotors (according
AA), - Figure 2 shows a cross-sectional view
of the engine along a plane passing through the axes of
rotors (according to CC), - your figure 3 represents a front view of the rotors
arranged in the initial position, - Figure 4 shows a front view of the rotors
arranged in a second position, - Figure 5 shows a front view of the rotors
arranged in a third position, - Figure 6 shows a front view of the rotors
in a fourth position.

- la figure 7 représente une vue "éclatée" en
perspective cavaliére de la pompe faisant apparaître
les composants séparément.- Figure 7 shows an "exploded" view in
cavalier perspective of the pump showing
components separately.

Les figures représentent un moteur hydraulique comprenant essentiellement: un corps 10, comportant deux cavités semi-cylindriques 11 et 12 et deux conduits en T 13 et 14 ; deux rotors 20 et 30 comportant 1 à leur périphérie, des pistons à tête épanouie 210 et 310 tournant par l'intermédiaire d'arbres 2 et 3 ; deux flasques 40 et 50 comportant respectivement un palier 41, une crapaudine 42 et deux lamages 43 et 44, deux paliers 51 et 52 et deux lamages 53 et 54 ; deux engrenages 4 et 5 logés dans un carter 6 formé par un contre-flasque 60 comportant deux crapaudines 61 et 62.The figures show a hydraulic motor essentially comprising: a body 10, comprising two semi-cylindrical cavities 11 and 12 and two T-shaped conduits 13 and 14; two rotors 20 and 30 comprising 1 at their periphery, open-head pistons 210 and 310 rotating by means of shafts 2 and 3; two flanges 40 and 50 respectively comprising a bearing 41, a clamp 42 and two counterbores 43 and 44, two bearings 51 and 52 and two counterbores 53 and 54; two gears 4 and 5 housed in a casing 6 formed by a counter-flange 60 comprising two flaps 61 and 62.

En examinant la figure 1, on remarque que les rotors 20 et 30 sont solidarisés en rotation par l'intermédiaire des arbres 2 et 3 et des pignons 4 et 5 de façon que les pistons rotatifs 210 et 310, correspondant à chacun des rotors, soient décalés d'un demi-intervalle angulaire afin que les pistons rotatifs équipant l'un des rotors viennent glisser successivement contre le rotor opposé sans venir porter contre les pistons rotatifs équipant ledit rotor opposé. By examining FIG. 1, it can be seen that the rotors 20 and 30 are secured in rotation by means of the shafts 2 and 3 and the pinions 4 and 5 so that the rotary pistons 210 and 310, corresponding to each of the rotors, are offset by a half angular interval so that the rotary pistons equipping one of the rotors come to slide successively against the opposite rotor without coming to bear against the rotary pistons equipping said opposite rotor.

Comme on le voit, l'arc 210a ou 310a formé par l'épanouissement de la tête des pistons rotatifs 210 ou 310 a une valeur angulaire correspondant sensiblement à la moitié de l'intervalle angulaire séparant les pistons ) afin que chaque rotor 20 et 30 soit toujours en contact avec la tête d'un piston 210 ou 310 équipant le rotor opposé, pour éliminer tout risque de communication directe entre les lamages 43 et 44 ou 53 et 54, quelle que la position des rotors 20 et 30. Quant à la forme des pistons 210 ou 310, elle est déterminée, comme on le voit, pour contrôler la mise en communication des lamages 43 et 44 avec les intervalles inter-pistons en fonction du déplacement des pistons rotatifs; étant entendu que, pour réduire les pertes de charge, un diamètre maximum a été donné aux lamages.As can be seen, the arc 210a or 310a formed by the opening of the head of the rotary pistons 210 or 310 has an angular value corresponding substantially to half the angular interval separating the pistons) so that each rotor 20 and 30 is always in contact with the head of a piston 210 or 310 equipping the opposite rotor, to eliminate any risk of direct communication between the counterbores 43 and 44 or 53 and 54, whatever the position of the rotors 20 and 30. As for the shape of the pistons 210 or 310, it is determined, as can be seen, to control the communication of the countersinks 43 and 44 with the inter-piston intervals as a function of the displacement of the rotary pistons; it being understood that, to reduce the pressure losses, a maximum diameter has been given to the counterbores.

En examinant la figure 2, on remarque que le corps 10, comportant les cavités semi-cylindriques 11 et 12, est clos latéralement par les flasques 40 et 50 comportant les lamages 43, 44 et 53, 54 de mise en communication avec le circuit de fluide par l'intermédiaire des conduits en T 13 et 14 constitués des orifices 13a et 13b, 14a et 14b percés dans le corps 10.Les engrenages 4 et 5, assurant la solidarisation en rotation des rotors porte-pistons 20 et 30 avec conservation du décalage angulaire, sont montés dans un carter fermé par l'un des flasques 50 du corps et par un contreflasque 60 comportant les. crapaudines 61 et 62 destinées à recevoir le bout des arbres 2 et 3 de solidarisation des rotors porte-pistons 20 et 30 avec les pignons 4 et 5. L'un des arbres 2 traverse le flasque extérieur 40 pour permettre l'accouplement avec un équipement moteur ou récepteur selon que le dispositif selon l'invention, est utilisée comme pompe ou comme moteur.By examining FIG. 2, it can be seen that the body 10, comprising the semi-cylindrical cavities 11 and 12, is closed laterally by the flanges 40 and 50 comprising the counterbores 43, 44 and 53, 54 of communication with the circuit of fluid by means of the T-shaped conduits 13 and 14 made up of orifices 13a and 13b, 14a and 14b drilled in the body 10. The gears 4 and 5, ensuring the rotational attachment of the piston-carrying rotors 20 and 30 with conservation angular offset, are mounted in a casing closed by one of the flanges 50 of the body and by a counterflange 60 comprising the. straps 61 and 62 intended to receive the ends of the shafts 2 and 3 for securing the piston-carrying rotors 20 and 30 with the pinions 4 and 5. One of the shafts 2 passes through the outer flange 40 to allow coupling with equipment motor or receiver depending on whether the device according to the invention is used as a pump or as a motor.

En examinant maintenant successivement les figures 3 à 6, montrant le fonctionnement du moteur-pompe utilisé en moteur, on remarque que lorsque l'un des pistons 211 du rotor 20 est situé dans le plan matérialisé par les axes de rotation des deux rotors 20 et 30, le fluide sous pression, arrivant par les lamages inférieurs 44 et 54, remplit Les intervalles existant entre les pistons 211 et 212 du rotor 20, les pistons 312 et 313 du rotor 30 et les pistons 211 et 313 des rotors 20 et 30 ; le pis-ton 312 du rotor 30 a presque terminé sa course motrice, puisque la communication de l'intervalle situé entre les pistons 312 et 313 avec les lamages 44 et 54 est presque interrompue; le piston 313 du rotor 30 franchit alors le lamage 44 et peut ainsi poursuivre sa course motrice (fig.4), alors que le piston 212 poursuit la sienne, jusqu'à ce que toute communication avec le lamage 44 soit interrompue par le piston suivant 211 (fig.5). La rotation se poursuit alors, sous l'action du piston 211, La -pression s'établit à la fois sur les pistons 211, 310 et 313 (fig.6) pour amener, à nouveau, les pistons dans la position représentée à la figure 3.Now examining successively Figures 3 to 6, showing the operation of the pump motor used as a motor, it is noted that when one of the pistons 211 of the rotor 20 is located in the plane materialized by the axes of rotation of the two rotors 20 and 30, the pressurized fluid, arriving through the lower countersinks 44 and 54, fills the intervals existing between the pistons 211 and 212 of the rotor 20, the pistons 312 and 313 of the rotor 30 and the pistons 211 and 313 of the rotors 20 and 30; the piston 312 of the rotor 30 has almost finished its driving stroke, since the communication of the interval between the pistons 312 and 313 with the countersinks 44 and 54 is almost interrupted; the piston 313 of the rotor 30 then crosses the countersink 44 and can thus continue its driving stroke (fig. 4), while the piston 212 continues its own, until all communication with the countersink 44 is interrupted by the following piston 211 (fig. 5). The rotation then continues, under the action of the piston 211, the -pressure is established at the same time on the pistons 211, 310 and 313 (fig. 6) to bring, again, the pistons in the position shown in the figure 3.

Pendant la rotation des pistons, le fluide emprisonné entre les pistons s'évàcue par les lamages 43 et 53 et les espaces inter-pistons correspondant sont mis en communication avec le conduit d'évacuation. During the rotation of the pistons, the fluid trapped between the pistons escapes through the countersinks 43 and 53 and the corresponding inter-piston spaces are placed in communication with the evacuation duct.

Comme on le voit, la rotation est entretenue par motorisation successive des rotors 20 et 30 sous l'effet de la variation alternative des volumes soumis à la pression sous l'action de celle-ci, compte-tenu du déséquilibre provoqué par la mise en communication des intervalles symétriques avec le conduit d'évacuation.As can be seen, the rotation is maintained by successive motorization of the rotors 20 and 30 under the effect of the alternative variation of the volumes subjected to the pressure under the action of the latter, taking into account the imbalance caused by the setting in communication of symmetrical intervals with the exhaust duct.

Les caractéristiques dimensionnelles des cavités semi-cylindriques des rotors et des pistons pourront être aisément adaptées en fonction de l'énergie à transmettre.The dimensional characteristics of the semi-cylindrical cavities of the rotors and pistons can be easily adapted as a function of the energy to be transmitted.

On comprend que le processus est réversible et que ce moteur-pompe puisse être utilisé comme pompe sans autre adaptation que celle de l'accouplement d'un moteur sur l'arbre 2 et qu'il puisse servir comme moteur en utilisant indifféremment des fluides compre-ssi bles ou i ncompressi bles, froids ou chauds, notamment des gaz chauds produits, par exemple, par un moteur à combustion interne. It is understood that the process is reversible and that this motor-pump can be used as a pump without any other adaptation than that of the coupling of a motor on the shaft 2 and that it can be used as a motor by using indifferent fluids -ssi bles or i ncompressi bles, cold or hot, in particular hot gases produced, for example, by an internal combustion engine.

Claims

1. Motor-pump with rotary pistons, characterized in that it essentially consists of a body (10) comprising two adjoining semi-cylindrical cavities (11 and 12) communicating in which are mounted two rotors (20 and 30) comprising, at their periphery, pistons with open head (210, 310) regularly distributed, integral in rotation, so that the pistons of one of the rotors (20) are angularly offset with respect to those of the other rotor (30) of half of the angular interval separating the pistons and in that the semi-cylindrical cavities (11 and 12) of the body (10) are closed by two flanges (40 and 50) fixed on either side of the body (10) comprising each the bearings for the passage of the shafts (2 and 3) of the rotors (20 and 30) and two counterbores (43, 44 and 53.54) making it possible to communicate the semi-cylindrical cavities (11 and 12) with, respectfully, the inlet circuit and fluid outlet circuit; these counterbores communicate two by two via a T-shaped conduit (13 or 14) consisting of two perpendicular cylindrical orifices drilled in the body respectively parallel to the axes of the rotors (20 and 30) and perpendicular to the plane materialized by them. this.

2. Motor-pump according to claim 1, characterized in that the radius of the rotors (20 and 30) corresponds to the existing distance between them minus the radius of the semi-cylindrical cavities (11 and 12).

3. Pump motor according to claim 1, characterized in that the arc formed by the opening (310a) of the head of the rotary pistons (310) corresponds to half the angle separating the pistons.

4. Motor-pump according to claim 1, characterized in that the counterbores (43,44 and 53,54) ensuring the communication of the semi-cylindrical cavities (11 and 12) with the fluid circuit have a diameter corresponding to one third of the diameter of the semi-cylindrical cavities (11 and 12) and are arranged tangentially to the two rotors (20 and 30).

5. Motor-pump according to claim 1, characterized in that the section of the pistons is determined so as to control the placing in communication of the counterbores with the inter-piston intervals as a function of the rotation of the rotors (20 and 30) so that these are active continuously.

6. Motor pump according to claim 1, characterized in that the rotor shafts are made integral in rotation by means of two gears (4 and 5) housed in a casing (6) formed by a counterflange (60) comprising two straps (61 and 62) intended to receive the ends of the shafts (2 and 3) of the rotors (20 and 30).

7. Motor-pump according to claim 1, characterized in that one of the shafts (2) of the rotor (20) passes through the casing (40) opposite the device for securing the rotors in rotation (20 and 30), in order to allow its coupling to a motor or a receiver.