FR2881173A1 - Machine tournante volumetrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une machine tournante volumétrique réceptrice ou motrice, du type compresseur, pompe ou moteur hydraulique ou pneumatique, comprenant une pluralité de chambres (10) à volume variable délimitées par deux organes volumétriques conjugués, piston (15) et cylindre (16), disposées en étoile autour d'un espace central et deux équipages mobiles, central (7) et périphérique (8), portant les organes volumétriques conjugués. La machine tournante volumétrique est caractérisée en ce que les pistons (15) et les cylindres (16) sont mobiles en rotation autour d'articulations (11, 12) portées par les équipages mobiles et en ce que les équipages mobiles sont reliés l'un à l'autre par des moyens (24) d'accouplement homocinétique adaptés pour assurer une rotation homocinétique des équipages mobiles (7, 8) autour d'axes de rotation.

Description

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MACHINE TOURNANTE VOLUMÉTRIQUE L'invention concerne une machine tournante volumétrique réceptrice ou motrice, du type compresseur, pompe ou moteur hydraulique comprenant une pluralité de chambres à volume variable disposées en étoile autour d'un espace central.

Les machines multicylindres de première génération comportaient plusieurs chambres à volumes variables délimités par des cylindres et des pistons qui pouvaient être mis en action par un arbre commun parallèle à l'axe de la machine multicylindres. La machine ainsi élaborée est encombrante, bruyante et peu fonctionnelle.

Très rapidement, il est apparu plus performant et économique de réaliser des machines multicylindres dont les chambres à volume variable sont agencés en V, W ou en étoile. Les machines tournantes de ce type, par exemple, compresseur, comprenaient ainsi un carter et un rotor sur lequel était monté les pistons ou les cylindres en étoile.

Ainsi, GB 533 895 décrit un compresseur rotatif comprenant un rotor extérieur cylindrique portant des chambres à volume variable à paroi flexible. Un arbre s'étend à l'intérieur du rotor, agencé en position excentrique par rapport à l'axe du rotor, cependant qu'une pluralité de bras s'étend radialement par rapport à cet arbre pour actionner les parois souples des chambres à volume variable au fur et à mesure de la rotation de ce dernier. Ce dispositif particulier qui a priori ne peut fonctionner en mode moteur comporte des chambres à volume variable délimitées par des bras faisant office de pistons et des membranes flexibles faisant office de cylindres. Les forces appliquées par les bras sur les parois flexibles détériorent à terme les parois flexibles.

D'autres types de machines tournantes tentant de résoudre le problème susmentionné et pouvant fonctionner aussi bien en mode 2881173 2 compresseur qu'en mode moteur ont vu le jour. Elles comprennent en général deux équipages mobiles rotatifs dont les axes sont excentrés l'un par rapport à l'autre.

Ainsi, GB 983 135 décrit une machine comprenant deux équipages rotatifs excentrés l'un par rapport à l'autre et dont l'un, extérieur, forme les cylindres de quatre chambres à volume variable, tandis que l'autre, intérieur, comprend une bague montée rotative autour de son axe sur laquelle sont montés des éléments de liaison adaptés pour pouvoir glisser autour de la bague et sur lesquels sont articulés des pistons, ce qui permet de compenser l'excentricité des deux équipages. Il reste que ce dispositif engendre des contraintes latérales entre pistons et cylindres, contraintes d'ailleurs nécessaires pour l'entraînement en rotation d'un équipage rotatif par l'autre. US 4 300 487 décrit également une machine tournante dans laquelle les pistons sont associés à des rouleaux tournant autour d'un axe fixe. Là encore, le rotor forme un équipage mobile extérieur définissant les cylindres, qui entraîne lui-même directement les pistons dans leur rotation autour de l'axe excentré.

L'inconvénient majeur de ces dispositifs provient de l'usure des pièces délimitant les chambres à volume variable du fait des contraintes tangentielles et latérales qu'elles supportent, contraintes qui sont nécessaires pour permettre l'entraînement en rotation d'un équipage par l'autre. Ces contraintes sont responsables de l'ovalisation des pièces, ce qui non seulement les détériore assez rapidement, mais génère également des niveaux sonores extrêmement élevés en cours de fonctionnement.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients majeurs et a pour objectif de fournir une solution qui permette d'augmenter la durée de vie des pièces en supprimant leur ovalisation et en minimisant les contraintes latérales et tangentielles subies lors du fonctionnement de la machine tournante.

Un autre objectif de l'invention vise à fournir une machine 30 tournante du type compresseur, moteur hydraulique, moteur pneumatique ou 2881173 3 pompe dont les émissions sonores sont fortement diminuées par rapport aux modèles précédemment proposés.

Un autre objectif de l'invention vise à supprimer tout balourd des éléments tournants afin de limiter notablement les vibrations.

L'invention vise également à proposer une machine de faible encombrement pour une puissance donnée.

A cet effet, la machine tournante volumétrique réceptrice ou motrice, du type compresseur, pompe, moteur hydraulique ou pneumatique, visée par l'invention comprend: - au moins un étage d'une pluralité de chambres à volume variable disposées en étoile autour d'un espace central s'étendant le long d'une direction axiale, chaque chambre étant délimitée par deux organes volumétrique conjugués, piston et cylindre, l'un dit organe volumétrique central, situé vers l'espace central et l'autre dit organe volumétrique périphérique, situé à l'opposé de l'organe volumétrique central par rapport à la chambre à volume variable, - un équipage mobile dit central monté rotatif autour d'un premier axe de rotation parallèle à ladite direction axiale, - un équipage mobile dit périphérique monté rotatif 20 autour d'un second axe de rotation parallèle à ladite direction axiale et décalé par rapport au premier axe de rotation, - au moins une entrée de fluide de la machine tournante et au moins une sortie de fluide de la machine tournante, - un circuit de fluide agencé entre la (ou les) entrée(s) de fluide et la (ou les) sortie(s) de fluide et passant par les chambres à volume variable en vue d'assurer l'alimentation de chaque chambre et l'échappement du fluide en sortie de chaque chambre.

Selon la présente invention, la machine tournante est caractérisée en ce que: - chaque organe volumétrique central est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile central 2881173 4 de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe parallèle à ladite direction axiale, - chaque organe volumétrique périphérique est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile périphérique de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe parallèle à ladite direction axiale, - l'équipage mobile central et l'équipage mobile périphérique sont reliés par des moyens d'accouplement homocinétique adaptés pour assurer une rotation homocinétique desdits équipages respectivement autour du premier axe de rotation et du deuxième axe de rotation.

Les moyens d'accouplement homocinétiques permettent ainsi aux équipages mobiles de s'entraîner mutuellement, sans avoir recours à des forces latérales et/ou tangentielles exercées par les pistons sur les cylindres. Aucune force résistante, telle que des contraintes latérales, ne vient s'opposer à cet entraînement du fait de la présence des articulations des organes volumétriques qui sont adaptées pour permettre la rotation de ces organes autour d'axes parallèles à ladite direction axiale. La combinaison des moyens d'accouplement homocinétique et des moyens d'articulations des organes volumétriques permet ainsi à la machine selon la présente invention, de supprimer les contraintes latérales et tangentielles entre les pistons et les cylindres et concourt donc à la suppression de l'ovalisation des pièces. Cette disposition évite l'apparition de charges radiales dissymétriques sur les paliers.

De plus, chacune des pièces de la machine tournante est mobile en rotation autour d'un axe orthogonal à ladite direction axiale, ce qui diminue notablement les balourds et les vibrations afférentes.

Par ailleurs, la pluralité de chambres à volume variable, associée aux articulations des organes volumétriques conjuguées, permet de diminuer fortement le bruit généré par la machine tournante volumétrique.

Avantageusement et selon l'invention, chaque organe volumétrique central est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile central de façon à pouvoir tourner librement par 2881173 rapport à cet équipage autour d'un axe d'articulation central, distinct du premier axe de rotation, cependant que chaque organe volumétrique périphérique est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile périphérique de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe d'articulation périphérique, excentré par rapport à l'axe d'articulation central de l'organe volumétrique conjugué.

Avantageusement et selon l'invention, les axes radiaux des chambres d'un même étage, définis comme étant les axes de symétrie de révolution des chambres à volume variable, orthogonaux à ladite direction axiale, sont tous disposés sensiblement dans un même plan, dit plan radial, orthogonal à ladite direction axiale.

Avantageusement et selon l'invention, la machine tournante comprend au moins deux étages de chambres à volume variable, le plan radial contenant les axes radiaux d'un étage étant décalé le long de ladite direction axiale par rapport au (ou aux) plan(s) radial(aux) contenant les axes radiaux du ou des autres étages.

Avantageusement et selon l'invention, l'équipage mobile central et l'équipage mobile périphérique sont reliés par des moyens d'accouplement homocinétique comprenant plusieurs biellettes d'accouplement articulées sur les équipages autour d'axes parallèles à ladite direction axiale. Les deux axes d'articulation d'une biellette respectivement sur chacun des deux équipages sont séparés d'une distance égale à celle qui sépare les premier et second axes de rotation.

Avantageusement et selon l'invention, l'équipage mobile central et l'équipage mobile périphérique sont reliés par au moins trois biellettes d'accouplement régulièrement réparties autour de l'espace central de façon à s'articuler sur lesdits équipages autour d'axes agencés en positions périphériques par rapport aux premier et second axes de rotation.

Avantageusement et selon l'invention, l'équipage mobile 30 central comprend: 2881173 6 un arbre central équipé de moyens de roulement pour pouvoir tourner autour du premier axe de rotation et portant les axes d'articulation centraux des organes volumétriques, un flasque solidaire dudit arbre central et s'étendant dans le sens centrifuge, ledit flasque portant les axes d'articulation des biellettes d'accouplement dudit équipage mobile central, L'équipage mobile périphérique comprend: une couronne périphérique portant les axes d'articulations périphériques des organes volumétriques, 10. des flasques solidaires de la dite couronne périphérique et s'étendant de part et d'autre de celle-ci dans le sens centripète vers l'espace central, lesdits flasques étant équipés de moyens de roulement agencés pour permettre à l'équipage périphérique de tourner autour du second axe de rotation, l'un desdits flasques étant situé en regard du flasque de l'équipage central et portant les axes d'articulation des biellettes d'accouplement.

Avantageusement et selon l'invention, la machine tournante comprend en outre un carter contenant les équipages mobiles et les chambres à volume variable. Ce carter est doté de part et d'autre des équipages mobiles, des pièces supports agencées pour recevoir les moyens de roulement des équipages mobiles en vue de permettre leur rotation respectivement autour du premier axe de rotation et du second axe de rotation.

Avantageusement et selon l'invention, chacune des pièces supports comprend en outre vers l'espace central un alésage adapté pour recevoir les moyens de roulements de l'équipage mobile central, et sur une zone excentrée, des paliers adaptés pour recevoir les moyens de roulement de l'équipage mobile périphérique.

Avantageusement et selon l'invention, l'alésage d'au moins une des pièces supports débouche à l'extérieur du carter, de sorte que l'arbre central traverse ledit alésage et puisse être couplé en rotation avec un organe extérieur au carter.

2881173 7 Avantageusement et selon l'invention, le carter est fermé et est doté de moyens d'étanchéité pour permettre son remplissage au moyen d'un liquide de lubrification et/ou de refroidissement.

Avantageusement et selon l'invention, les organes volumétriques centraux d'au moins un étage sont constitués par des cylindres fermés à leur extrémité centrale et articulés par cette extrémité sur l'équipage mobile central, les organes volumétriques périphériques conjugués étant constitués par des pistons conformés pour coopérer à coulissement dans lesdits cylindres et articulés par leur extrémité périphérique sur l'équipage mobile périphérique.

Avantageusement et selon l'invention, le circuit de fluide de la machine tournante comprend, associé à chaque piston constituant un organe volumétrique périphérique, des moyens d'admission de fluide dans la chambre à volume variable, des moyens de refoulement de fluide de la chambre à volume variable, et un système de clapets adapté pour permettre le passage du fluide des moyens d'admission vers la chambre à volume variable en phase d'aspiration, et permettre le passage du fluide de ladite chambre vers les moyens de refoulement en phase de refoulement.

Avantageusement et selon l'invention, le système de clapets comprend un joint annulaire mobile agencé entre les moyens d'admission et la chambre à volume variable pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre lesdits moyens d'admission et ladite chambre, en vue de permettre, en phase d'aspiration, le passage du fluide des moyens d'admission vers la chambre, et de fermer, en phase de refoulement, ledit passage de fluide, et un clapet central agencé entre la chambre à volume variable et les moyens de refoulement pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre ladite chambre et lesdits moyens de refoulement en vue de permettre, en phase de refoulement, lle passage du fluide de la chambre vers les moyens de refoulement et de fermer, en phase d'aspiration, ledit passage de fluide.

2881173 8 Avantageusement et selon l'invention, le circuit de fluide comprend un premier jeu de flexibles agencé pour conduire le fluide jusqu'aux moyens d'admission des pistons de chaque étage, un second jeu de flexibles agencé pour évacuer le fluide issu des moyens de refoulement des pistons de chaque étage, et un joint tournant, associé à l'une des pièces supports du carter et adapté pour permettre la circulation de fluide, d'une part, entre les moyens d'entrée de fluide dans la machine tournante et le premier jeu de flexibles, d'autre part, entre le second jeu de flexibles et les moyens de sorties de fluide de la machine tournante.

Avantageusement et selon l'invention, chaque étage comprend au moins quatre chambres à volume variable.

Avantageusement et selon l'invention, chaque étage comprend entre six et douze chambres à volume variable.

Avantageusement et selon l'invention, la machine tournante comprend un nombre E d'étages et chaque étage comprend un même nombre C de chambres à volume variable. En particulier, les organes volumétriques d'un étage sont angulairement décalés autour du premier axe de rotation d'un angle égal à 360 /(E.C) par rapport aux organes volumétriques de l'étage suivant.

La machine tournante conforme à l'invention peut fonctionner en mode compresseur. Pour ce faire, l'un des équipages mobiles est pourvu de moyens d'accouplement mécanique avec un moteur externe d'entraînement en rotation, les moyens d'entrée de fluide dans la machine tournante sont adaptés pour être alimentés par un fluide basse pression, et les moyens de sortie de fluide de la machine tournante sont adaptés pour être connectés à une unité externe d'utilisation du fluide haute pression.

La machine tournante conforme à l'invention peut également fonctionner en mode moteur hydraulique ou pneumatique. Pour ce faire, les moyens d'entrées de fluide dans la machine tournante sont adaptés pour être connectés à une source externe de fluide haute pression, les moyens de sortie de fluide de la machine tournante sont adaptés pour assurer une évacuation du 2881173 9 fluide basse pression, et l'un des équipages mobiles est pourvu de moyens de transmission de son mouvement de rotation vers une unité externe.

L'invention concerne en outre une machine caractérisée en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci- après.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui présente à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés; sur ces dessins: - la figure 1 est une vue schématique en coupe le long de la direction axiale d'une machine tournante volumétrique conforme à ce mode de réalisation, - la figure 2 est une vue schématique en coupe suivant l'axe de glissement des pistons dans les cylindres, - la figure 3 est une vue plus détaillée d'une chambre à volume variable délimitée par un ensemble piston/cylindre, -les figures 4a et 4b présentent une chambre à volume variable respectivement en début et en fin de phase d'aspiration, - les figures 5a et 5b présentent une chambre à volume variable respectivement en début et en fin de phase de refoulement.

- la figure 6 présente deux demi coupes schématiques suivant respectivement un axe orthogonal à la direction axiale qui passe par le collecteur d'entrée de fluide de la machine et un axe orthogonal à la direction axiale qui passe par le collecteur de sortie de fluide de la machine tournante.

Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté.

Sur la figure 1, la machine tournante comprend un carter 1 contenant un équipage mobile central 7 monté rotatif autour d'un axe de rotation x-x', et un équipage mobile périphérique 8 monté rotatif autour d'un second axe 2881173 10 de rotation y-y'. Les deux équipages mobiles sont reliés l'un à l'autre par des moyens d'accouplement homocinétique qui comprennent des biellettes 24.

Le carter 1 comprend en outre de part et d'autre des équipages mobiles, des pièces supports 3, 4 adaptées pour recevoir des moyens 40, 41, 42, 43 de roulement des équipages mobiles central et périphérique. Les pièces supports 3, 4 comprennent vers l'espace central un alésage 31, 32 adapté pour recevoir des moyens 40, 41 de roulements de l'équipage mobile central et sur une zone excentrée, des paliers 33, 34 adaptés pour recevoir des moyens 42, 43 de roulement de l'équipage mobile périphérique. La pièce support 3 selon le mode de réalisation visé comporte un alésage 31 qui débouche à l'extérieur du carter 1 de sorte qu'un arbre central 27 situé à l'intérieur du carter puisse être accouplé en rotation à un organe extérieur. Le carter 1 selon le mode de réalisation de la figure 1 comprend en outre des moyens 22 d'étanchéité, pour permettre son remplissage d'huile de lubrification. De préférence, ces moyens d'étanchéité sont composés d'un joint à lèvres porté par une bague.

L'équipage mobile central 7 comprend des organes volumétriques centraux constitués par des cylindres 16, un arbre central 27 équipé de moyens 40, 41 de roulement pour pouvoir tourner autour du premier axe de rotation xx'. Cet équipage central porte des axes d'articulation centraux 11 autour desquels peuvent tourner librement les cylindres 16. Ces axes d'articulation 11 sont excentrés par rapport au premier axe de rotation xx'. Les axes d'articulation 11 comportent de préférence un évidement traversant de manière à permettre une lubrification des différentes pièces. De plus l'équipage mobile 7 comprend un flasque 30 solidaire dudit arbre central 27 et s'étendant dans le sens centrifuge, ledit flasque 30 portant des axes d'articulation 36 des biellettes 24 d'accouplement dudit équipage mobile central. On entend de manière classique par cylindre , une pièce creuse dont la surface est engendrée par une droite qui se déplace parallèlement à elle-même en s'appuyant sur une génératrice courbe fermée.

L'équipage mobile périphérique 8 comprend des organes volumétriques périphériques constitués par des pistons 15, une couronne 2881173 11 périphérique portant des axes d'articulations périphériques 12 autour desquels peuvent librement tourner les pistons 15 et des flasques solidaires 31 de la dite couronne périphérique et s'étendant de part et d'autre de celle-ci dans le sens centripète vers l'espace central. Les axes d'articulation 12 comportent également de préférence un évidement traversant de manière à permettre une lubrification des pièces. Les flasques 29 sont équipés de moyens 42, 43 de roulement agencés pour permettre à l'équipage périphérique 8 de tourner autour du second axe de rotation y-y', l'un desdits flasques étant situé en regard du flasque 30 de l'équipage central et portant les axes d'articulation 37 des biellettes d'accouplement.

L'équipage mobile central 7 et l'équipage mobile périphérique 8 sont reliés selon le mode de réalisation de la figure 1 par trois biellettes 24 d'accouplement de façon à ce qu'un des équipages mobiles, menant, transmette son mouvement de rotation à l'autre équipage mobile, mené. Selon le mode de fonctionnement de la machine, compresseur ou moteur, l'équipage entraîné du mode moteur devient l'équipage entraînant du mode compresseur. Selon le mode de réalisation de la figure 1, les trois biellettes d'accouplement homocinétiques sont angulairement séparées de 120 1 = 1r/180 rad) autour de l'espace central. Chaque biellette comporte deux axes d'articulation 36, 37, respectivement reliés à chacun des deux équipages, ces axes étant séparés d'une distance égale à celle qui sépare les premier et second axes de rotation, xx'et yy'. Cette distance est égale à la demi course d'un piston dans son cylindre conjugué.

La machine tournante selon le mode de réalisation de la figure 1 comprend deux étages 23, 28 de chambres à volumes variables, chaque chambre à volume variable 10 étant délimitée par un cylindre 16 de l'équipage mobile central 7 et par un piston 15 de l'équipage mobile périphérique 8. Chaque chambre présente une symétrie de révolution autour d'un axe radial. Les axes radiaux des chambres d'un même étage sont sur un même plan, dit plan radial. Le plan radial du premier étage 23 est décalé du plan radial du deuxième étage 28 le long de la direction axiale. Selon le mode de réalisation de la figure 1, chaque étage comporte huit chambres à volume variable. Pour ce faire, 2881173 12 l'équipage mobile central comprend seize cylindres, huit correspondant au premier étage 23 et huit correspondant au deuxième étage 28. De préférence, l'articulation 11 d'un cylindre du premier étage est décalée d'un angle de 22,5 par rapport à l'articulation du cylindre le plus proche du deuxième étage, afin de répartir de manière uniforme les chambres à volume variable dans la machine tournante autour de la direction axiale. De même, l'équipage mobile périphérique comprend seize pistons, à savoir, huit pistons correspondant au premier étage et huit pistons correspondant au deuxième étage. L'articulation 12 d'un piston du premier étage est décalée d'un angle, identique à l'angle de décalage entre les cylindres de 'l'équipage central, de l'articulation 12 du piston le plus proche du deuxième étage. Selon d'autres modes de réalisation de la présente invention, la machine tournante peut comprendre un nombre supérieur d'étages de chambres à volumes variables.

La machine tournante selon le mode de réalisation de la figure 1 comprend en outre un circuit de fluide. Ce circuit de fluide est alimenté en fluide par une entrée de fluide 20. Le fluide à la sortie de la machine tournante volumétrique est distribué par une sortie de fluide 21 vers l'utilisation. Le circuit de fluide comprend un joint tournant 5, associé à l'une des pièces supports 4 du carter 1 et adapté pour permettre la circulation de fluide, d'une part, entre les moyens 20 d'entrée de fluide dans la machine tournante et un premier jeu de flexibles 44, d'autre part, entre un second jeu de flexibles 45 et les moyens de sorties 21 de fluide de la machine tournante. Les moyens 20 d'entrée de fluide sont composés d'une chambre d'entrée de fluide 25 et d'un collecteur d'entrée de fluide 38. Les moyens de sortie de fluide sont composés d'une chambre de sortie de fluide 26 et d'un collecteur de sortie de fluide 39. La figure 6 présente les demi coupes suivant les collecteurs d'entrée 38 et de sortie 39 de la machine tournante et sur lesquelles sont représentés le premier jeu de flexibles 44 et le second jeu de flexibles 45.

A des fins de clarté, les flexibles ne sont pas représentés de 30 bout en bout sur les figures 1 à 5. Seules les extrémités connectées aux entrées 2881173 13 d'admission de fluide 13 et aux sorties d'échappement de fluide 18 des chambres à volumes variables sont représentées.

Le circuit de fluide comprend, associé à chaque piston 15, des moyens 13, 14 d'admission de fluide dans une chambre à volume variable 10, des moyens 17, 18 de refoulement de fluide de la chambre à volume variable 10, et un système de clapets 9, 19 adapté pour permettre le passage du fluide des moyens 13, 14 d'admission vers la chambre à volume variable 10 en phase d'aspiration, et permettre le passage du fluide de ladite chambre 10 vers le moyens 17, 18 de refoulement en phase de refoulement. Les moyens 13, 14 d'admission de fluide sont constitués d'une entrée d'admission de fluide 13 et d'une chambre d'aspiration 14. Les moyens 17, 18 de refoulement de fluide sont constitués d'une sortie de refoulement de fluide 18 et d'une chambre de refoulement de fluide 17.

Comme le montre les figures 4 et 5, le système de clapet 9, 18 comprend un joint annulaire mobile 9 agencé entre les moyens 13, 14 d'admission et la chambre à volume variable 10 pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre lesdits moyens 13, 14 d'admission et ladite chambre 10, en vue de permettre, en phase d'aspiration, le passage du fluide des moyens 13, 14 d'admission vers la chambre à volume variable 10, et de fermer, en phase de refoulement, ledit passage de fluide. Le système de clapets comprend également un clapet central 19 agencé entre la chambre à volume variable 10 et les moyens 17, 18 de refoulement pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre ladite chambre 10 et lesdits moyens 17,18 de refoulement en vue de permettre, en phase de refoulement, le passage du fluide de la chambre 10 vers les moyens 17, 18 de refoulement et de fermer, en phase d'aspiration, ledit passage de fluide. Le clapet central 19 comporte deux surfaces de contact de superficies différentes. La première surface de contact de plus faible superficie est en contact avec le fluide présent dans la chambre à volume variable 10. La deuxième surface de contact, de superficie plus grande, est agencée de manière à 2881173 14 être en contact avec le fluide présent dans les moyens 17 de refoulement. De cette manière, le clapet 19 peut se déplacer entre les positions d'ouverture et de fermeture en fonction de la différence de pression entre la chambre à volume variable 10 et les moyens 17de refoulement.

En phase d'aspiration, le fluide présent dans le circuit de fluide entre dans la chambre d'admission 14 du piston 15 par l'entrée d'admission defluide 13 et pénètre dans la chambre à volume variable 10 en passant par le joint annulaire 9. La fin de la phase d'aspiration intervient lorsque le volume dans la chambre à volume variable 10 est maximal. Commence alors la phase de refoulement au cours de laquelle le piston 15 comprime le fluide présent dans la chambre à volume variable 10. Au début de la phase de refoulement, la différence de pression entre la chambre à volume variable 10 et la chambre d'aspiration 14, plus forte dans la chambre à volume variable 10 du fait de la compression, entraîne le joint annulaire 9 vers sa position de fermeture, ce qui bloque l'arrivée du fluide en provenance de la chambre d'admission 14. De même la différence de pression entre la chambre à volume variable 10 et la chambre de refoulement 17, plus forte dans la chambre de refoulement 17, stabilise le clapet 19 en position de fermeture. En revanche, lorsque la pression du fluide augmente du fait de l'action conjuguée du piston et du cylindre, et atteint une valeur limite prédéterminée de compression, la pression dans la chambre à volume variable 10 devient supérieure à la pression dans la chambre de refoulement 17, ce qui entraîne le clapet 19 à basculer en position d'ouverture pour laisser passer le fluide de la chambre à volume variable 10 vers la chambre de refoulement 17. La chambre de refoulement 17 débouche sur la sortie d'échappement de fluide 18. La fin de la phase de refoulement intervient lorsque le volume de fluide dans la chambre à volume variable 10 est minimum. Le clapet 19 retrouve alors sa position de fermeture, et le joint annulaire 9, sous l'effet de la pression de la chambre d'aspiration 14, bascule en position d'ouverture pour un nouveau cycle.

En fonctionnement du type compresseur, l'entrée de fluide 20 de la machine tournante reçoit un fluide par exemple de l'air à la pression 2881173 15 atmosphérique, qui après passage par l'ensemble des chambres à volume variable 10 est disponible pour une utilisation à la sortie de fluide 21 de la machine tournante, à haute pression. L'arbre 27 est entraîné en rotation, par exemple par un moteur externe de 3kW à 1500 tr/min (50 radis): l'équipage mobile central 7 est entraîné en rotation et entraîne par l'intermédiaire des moyens 24 d'accouplement homocinétique, l'équipage mobile périphérique 8. Le mouvement en rotation des équipages mobiles central et périphérique engendre alternativement des phases d'aspiration et des phases de refoulement de chacune des chambres 10 à volume variable.

En fonctionnement compresseur, tout comme en fonctionnement moteur d'un autre mode de réalisation de la présente invention, les équipages mobiles, central 7 et périphérique 8, sont mobiles en rotation autour d'axes excentrés. Aussi, le mouvement généré par l'intermédiaire des biellettes 24 amène les organes volumétriques périphériques 15 et les organes volumétriques centraux 16 à tourner d'un petit angle autour de leurs articulations respectives 12, 1.1. Ainsi, aucune contrainte tangentielle ou latérale ne s'exerce sur les organes volumétriques conjugués. Les moyens 24 d'accouplement homocinétiques sont les seuls éléments qui transmettent le couple d'un équipage à l'autre. La durée de vie des différents organes volumétriques est ainsi notablement augmentée.

Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la machine volumétrique est en fonctionnement moteur hydraulique ou pneumatique. Pour ce faire, de façon usuelle, chaque ensemble piston/cylindre se voit doté d'un circuit de fluide interne d'admission et d'échappement qui remplace le système de clapets nécessaire au mode de réalisation compresseur, et qui permet de suivre un demi cycle d'admission et un demi cycle d'échappement. A cet effet, de façon usuelle, au joint tournant est substitué un distributeur rotatif permettant de générer ces demi cycles d'admission et d'échappement. L'entrée de fluide de la machine tournante reçoit un fluide haute pression qui entraîne par l'intermédiaire des chambres à volume variable l'arbre en rotation, qui entraîne lui-même un dispositif utilisateur du couple moteur ainsi généré.

Claims (3)

16 REVENDICATIONS

1 /- Machine tournante volumétrique réceptrice ou motrice, du type compresseur, pompe, moteur hydraulique ou pneumatique, 5 comprenant: - au moins un étage d'une pluralité de chambres (10) à volume variable disposées en étoile autour d'un espace central s'étendant le long d'une direction axiale, chaque chambre étant délimitée par deux organes volumétriques conjugués, piston (15) et cylindre (16), l'un dit organe volumétrique central, situé vers l'espace central, l'autre dit organe volumétrique périphérique, situé à l'opposé de l'organe volumétrique central par rapport à la chambre à volume variable, - un équipage mobile, dit central (7), monté rotatif autour d'un premier axe de rotation parallèle à ladite direction axiale, - un équipage mobile, dit périphérique (8), monté rotatif autour d'un second axe de rotation parallèle à ladite direction axiale et décalé par rapport au premier axe de rotation, - des moyens (20) d'entrée de fluide dans la machine tournante et des moyens (21) de sortie de fluide de la machine tournante, - un circuit de fluide agencé entre les moyens (20) d'entrée de fluide et les moyens (21) de sortie de fluide et passant par les chambres (10) à volume variable en vue d'assurer l'alimentation de chaque chambre et l'échappement du fluide en sortie de chaque chambre (10), ladite machine tournante étant caractérisée en ce que: - chaque organe volumétrique central est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile central (7) de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe parallèle à ladite direction axiale, dit axe d'articulation central (11), - chaque organe volumétrique périphérique est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile périphérique (8) de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage 2881173 17 autour d'un axe parallèle à ladite direction axiale, dit axe d'articulation périphérique (12), l'équipage mobile central (7) et l'équipage mobile périphérique (8) sont reliés par des moyens d'accouplement homocinétique adaptés pour assurer une rotation homocinétique desdits équipages respectivement autour du premier axe de rotation et du deuxième axe de rotation.

2/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que: - chaque organe volumétrique central est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile central (7) de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe d' articulation central (11), distinct du premier axe de rotation, - chaque organe volumétrique périphérique est monté mobile en rotation autour d'une articulation portée par l'équipage mobile périphérique (8) de façon à pouvoir tourner librement par rapport à cet équipage autour d'un axe d'articulation périphérique (12), excentré par rapport à l'axe d'articulation central de l'organe volumétrique conjugué.

3/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle chaque chambre (10) à volume variable délimitée par deux organes volumétriques conjugués présente une symétrie de révolution autour d'un axe radial orthogonal à ladite direction axiale, caractérisée en ce que les axes radiaux des chambres d'un même étage sont tous sensiblement disposés dans un même plan, dit plan radial, orthogonal à ladite direction axiale.

4/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 3, comprenant au moins deux étages de chambres (10) à volume variable, le plan radial contenant les axes radiaux d'un étage étant décalé le long de ladite direction axiale par rapport au ou aux plans radiaux contenant les axes radiaux du ou des autres étages.

5/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'équipage mobile central (7) et l'équipage mobile périphérique (8) sont reliés par des moyens d'accouplement 2881173 18 homocinétique comprenant plusieurs biellettes d'accouplement (24) articulées sur lesdits équipages autour d'axes de direction axiale, les deux axes d'articulation d'une biellette respectivement sur chacun des deux équipages étant séparés d'une distance égale à celle qui sépare les premier et second axes de rotation.

6/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'équipage mobile central (7) et l'équipage mobile périphérique (8) sont reliés par au moins trois biellettes d'accouplement (24) régulièrement réparties autour de l'espace central de façon à s'articuler sur lesdits équipages autour d'axes agencés en positions périphériques par rapport aux premier et second axes de rotation.

7/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que: - l'équipage mobile central (7) comprend: 15. un arbre central (27) équipé de moyens (40, 41) de roulement pour pouvoir tourner autour du premier axe de rotation et portant les axes d'articulation centraux (11) des organes volumétriques, un flasque solidaire (30) dudit arbre central (27) et s'étendant dans le sens centrifuge, ledit flasque (30) portant les axes d'articulation des biellettes d'accouplement (24) dudit équipage mobile central (7), l'équipage mobile périphérique (8) comprend: une couronne périphérique portant les axes d'articulations périphériques (12) des organes volumétriques, 25. des flasques solidaires (29) de la dite couronne périphérique et s'étendant de part et d'autre de celle-ci dans le sens centripète vers l'espace central, lesdits flasques (29) étant équipés de moyens de roulement agencés pour permettre à l'équipage périphérique (8) de tourner autour du second axe de rotation, l'un desdits flasques (29) étant situé en regard du flasque (30) de l'équipage central (7) et portant les axes d'articulation des biellettes d'accouplement.

2881173 19 8/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 7, comprenant un carter (1) contenant les équipages mobiles (7, 8) et les chambres à volume variable (10), ladite machine étant caractérisée en ce que le carter (1) comprend, de part et d'autre des équipages mobiles (7, 8), des pièces supports (3, 4) agencées pour recevoir les moyens (40, 41, 42, 43) de roulement des équipages mobiles (7, 8) en vue de permettre leur rotation respectivement autour du premier axe de rotation et du second axe de rotation.

9/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 8 caractérisée en ce que chacune des pièces supports (3, 4) comprend vers l'espace central un alésage adapté pour recevoir les moyens (40, 41) de roulernents de l'équipage mobile central (7), et sur une zone excentrée, des paliers adaptés pour recevoir les moyens (42, 43) de roulement de l'équipage mobile périphérique (8).

10/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 9 caractérisée en ce que l'alésage d'au moins une des pièces supports débouche à l'extérieur du carter (1), de sorte que l'arbre central (27) traverse ledit alésage et puisse être couplé en rotation avec un organe extérieur au carter.

11/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 8, à 10, caractérisée en ce que le carter (1) est fermé et doté de moyens (22) d'étanchéité pour permettre son remplissage au moyen d'un liquide de lubrification et/ou de refroidissement.

12/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les organes volumétriques centraux d'au moins un étage sont constitués par des cylindres fermés (16) à leur extrémité centrale et articulés par cette extrémité sur l'équipage mobile central, les organes volumétriques périphériques conjugués étant constitués par des pistons (15) conformés pour coopérer à coulissement dans lesdits cylindres et articulés par leur extrémité périphérique sur l'équipage mobile périphérique (8).

2881173 20 13/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 12, dans laquelle le circuit de fluide comprend, associé à chaque piston constituant un organe volumétrique périphérique: - des moyens (13, 14) d'admission de fluide dans la 5 chambre (10) à volume variable, - des moyens (17, 18) de refoulement de fluide de la chambre (10) à volume variable, - et un système de clapets (9, 19) adapté pour permettre le passage du fluide des moyens (13, 14) d'admission vers la chambre (10) à volume variable en phase d'aspiration, et permettre le passage du fluide de ladite chambre (10) vers les moyens (17, 18) de refoulement en phase de refoulement.

14/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 13, caractérisée en ce que le système de clapets (9, 19) comprend: - un joint annulaire mobile (9) agencé entre les moyens (13, 14) d'admission et la chambre (10) à volume variable pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre lesdits moyens (13, 14) d'admission et ladite chambre (10), en vue de permettre, en phase d'aspiration, le passage du fluide des moyens d'admission (13, 14) vers la chambre (10), et de fermer, en phase de refoulement, ledit passage de fluide, - un clapet central (19) agencé entre la chambre à volume variable (10) et les moyens (17, 18) de refoulement pour pouvoir se déplacer entre une position de fermeture et une position d'ouverture sous l'effet de la pression différentielle du fluide entre ladite chambre (10) et lesdits moyens (17, 18) de refoulement en vue de permettre, en phase de refoulement, le passage du fluide de la chambre (10) vers les moyens (17, 18) de refoulement et de fermer, en phase d'aspiration, ledit passage de fluide.

15/- Machine tournante volumétrique selon les revendications 8 et 13 prises ensemble, caractérisée en ce que le circuit de fluide comprend: 2881173 21 - un premier jeu de flexibles (44) agencé pour conduire le fluide jusqu'aux moyens (13, 14) d'admission des pistons de chaque étage, - un second jeu de flexibles (45) agencé pour 5 évacuer le fluide issu des moyens (17, 18) de refoulement des pistons de chaque étage, - et un joint tournant (5), associé à l'une des pièces support (4) du carter (1) et adapté pour permettre la circulation de fluide, d'une part, entre les moyens (20) d'entrée de fluide dans la machine tournante et le premier jeu de flexibles (44), d'autre part, entre le second jeu de flexibles (45) et les moyens (21) de sorties de fluide de la machine tournante.

16/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que chaque étage comprend au moins quatre chambres (10) à volume variable.

17/- Machine tournante volumétrique selon la revendication 16, caractérisée en ce que chaque étage comprend entre six et douze chambres (10) à volume variable.

18/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 à 17, dans laquelle les différents étages en nombre E comprennent le même nombre C de chambres (10) à volume variable, caractérisée en ce que les organes volumétriques d'un étage sont angulairement décalés autour du premier axe de rotation d'un angle égal à 360 /(E.C) par rapport aux organes volumétriques de l'étage suivant.

19/- Machine tournante volumétrique selon l'une des revendications 1 à 18, constituant un compresseur, caractérisée en ce que: - l'un des équipages mobiles est pourvu de moyens d'accouplement mécanique avec un moteur externe d'entraînement en rotation, - les moyens (20) d'entrée de fluide dans la machine tournante sont adaptés pour être alimentés par un fluide basse pression, 2881173 22 - et les moyens (21) de sortie de fluide de la machine tournante sont adaptés pour être connectés à une unité externe d'utilisation du fluide haute pression.

20/- Machine tournante volumétrique selon l'une des 5 revendications 1 à 12, constituant un moteur hydraulique ou pneumatique, caractérisée en ce que: - les moyens (20) d'entrées de fluide dans la machine tournante sont adaptés pour être connectés à une source externe de fluide haute pression, - les moyens (21) de sortie de fluide de la machine tournante sont adaptés pour assurer une évacuation du fluide basse pression, - et l'un des équipages mobiles est pourvu de moyens de transmission de son mouvement de rotation vers une unité externe.