WO1996024754A1 - Machine volumetrique a palettes - Google Patents
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- WO1996024754A1 WO1996024754A1 PCT/FR1996/000210 FR9600210W WO9624754A1 WO 1996024754 A1 WO1996024754 A1 WO 1996024754A1 FR 9600210 W FR9600210 W FR 9600210W WO 9624754 A1 WO9624754 A1 WO 9624754A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
- F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
- F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
- F01C21/106—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with a radial surface, e.g. cam rings
Definitions
- the object of the invention is a volumetric machine with mobile sealing elements comprising at least one capsulism essentially comprising a capsule consisting of a cylindrical tubular part with non-circular director and two end flanges, a cylindrical piston of which the directrix is a circle with center O and radius R p , provided with grooves guiding the sealing elements in the piston, this piston being in rotoidal connection with the capsule around its axis, as well as a fluid distribution system allowing its admission and its exhaust.
- the mobile sealing elements are most often pallets but can be rollers.
- the director of the tubular part of the capsule, called the capsule profile is formed, successively and
- n arcs of a circle called arcs of conformity, possibly zero angular opening, center O and radius R p + J, J designating the radial clearance between these arcs and the director of the piston, as well as n geometric arcs called hoops, limiting in the centrifugal direction the movement of the sealing elements in the grooves.
- Each arch has, with the adjacent conforming arcs, two connection points Mj and Mf in which the radii of curvature are respectively equal to R c j and R c f and in which the angles of the tangents, ⁇ i and ⁇ f respectively , differ by ⁇ / 2 from the corresponding polar angles ⁇ i and ⁇ f; each hoop also contains a point M e in which the polar radius is maximum, equal to Rp + J + H, in which the angle of the tangent ⁇ e differs from ⁇ / 2 from the corresponding polar angle ⁇ e and in which the radius of curvature R ce is less than R p .
- the invention presupposes that the following geometric data are imposed a priori: R p , n, H / R p , J, ⁇ i , ⁇ e , ⁇ f , to which we can add at most the radii of curvature R ci , Rc e and R cf.
- the H / R p ratio is imposed as large as possible to reduce the size of the machine; this ratio is however limited by the possibility of materializing the grooves in the piston, which is all the more difficult as the value of n is low, and by the need to obtain a profile which has a radius at each of its points of sufficient curvature, in particular to ensure contact between the sealing element and the capsule with a Hertz pressure as low as possible, and which has a sufficient curvature to prevent the re-entry of the sealing elements in the piston under the combined action of fluid pressure and inertia reactions; - the game J is imposed by technological and economic considerations;
- - ⁇ e can be equal to ( ⁇ j + ⁇ f ) / 2 or deviate from this value, in particular to make asymmetrical the inertia reactions on the arc M i M e and on the arc M i M e , thus allowing, to a certain extent, the regularization of the engine torque; in this perspective, the point M e will most often be brought closer to the point Mj (2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f ) when the fluid is on average at lower pressure on the arc MjMe than on the arc MeMf and we will approach most often the point M e of the point Mf (2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f ) in the opposite case; it can be observed that the asymmetry of the arcs MjM e and M i M e must be lower the higher the values of n and H / R p ;
- the machines according to the invention have a capsule profile of which an arch has an intrinsic equation, that is to say expressed independently of any reference:
- ⁇ a denote a set of a shape parameters of the arch, ⁇ 1 , ..., ⁇ b a set of b shape parameters of the arch, these shape parameters being sufficiently large so that the developed of the arch in the vicinity of the point M e has, at the accuracy ⁇ near less than or equal to 1 ⁇ m, an angular point D e , which results in the following two conditions:
- the A ⁇ denote a set of a geometric parameters
- the Bp a set of b geometric parameters
- the a + b geometric parameters A ⁇ 1 , ..., A ⁇ a , B ⁇ 1 , ...,
- the designer is in the context of a compromise between the need to have as regular a variation as possible in the curvature on the arcs M i M e and M i M e respectively and the search for a radius of curvature as large as possible, with as little variation as possible, in the vicinity of point M e , over the greatest possible angular opening.
- the invention can be applied according to one of the following seven variants which all have the advantage of a reduction the number of parameters to choose. It is remarkable to note that in these variants, the calculated value of any radius of curvature not imposed at one of the points M i , M e or Mf is automatically that which gives the lowest possible average curvature on the arcs M i M e or M e M f as appropriate, taking into account the other constraints imposed a priori.
- a ⁇ a , B ⁇ 1 , ..., B ⁇ b are solutions of the system made up of the eight equations (II) to (IX).
- a ⁇ a , B ⁇ 1 , ..., B ⁇ b are solutions of the system made up of the seven equations (II) to (VIII);
- R cf is then calculated from equation (I) where we replaced x by ⁇ f .
- equation (I) where we replaced x by ⁇ f .
- the first possibility is preferably used when 2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f and the second when 2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f .
- the first possibility is preferably used when 2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f and the second when 2 ⁇ e ⁇ ⁇ i + ⁇ f .
- the table below specifies, for the different possible combinations of the values of the parameters a and b, if the radii of curvature R ci , Rce and Rcf must be imposed a priori, if they are calculated from equation (I ) or if they are solutions, with the geometric parameters A ⁇ 1 , ..., A ⁇ a , B ⁇ 1 , ..., B ⁇ b , of the system of equations (II) to (VII) possibly supplemented by the equations ( VIII) and (IX).
- the last column of this table indicates the numbers of the equations of this system.
- Figure 1 illustrates by way of example a rotary vane compressor in accordance with the invention.
- Figures 2, 3 and 4 completely or partially show the outline of the capsule corresponding to the compressor illustrated in figure 1.
- Figure 1 shows a cross section in the compressor used as an example.
- the tubular part (1) of the fixed capsule the piston (2), the circular director (20) of its outer surface and the five grooves such as (3) each guiding a pallet such as (4) , the point of piercing O of the axis common to the capsule, to the piston and to their rotoid connection, the two intake ports such as (5), the two exhaust ports such as (6) and their valves such that (7).
- the tubular part of the capsule (1) is internally limited by a cylindrical surface whose non-circular director (10) is the capsule profile.
- the direction of rotation of the piston around its axis is indicated by the arrow.
- a first arch of the capsule profile is limited by the points M i and M f ; the polar radius increases monotonously on this hoop from point M i to point M e and decreases monotonically from point M e to point Mf.
- the distance between point O and point M e is equal to (Rp + J + H).
- the points M i , M e and M f are identified on the arch by the respective angles ⁇ i , ⁇ e and ⁇ f .
- a first conformance arc originates from point M f and ends from point M ' i .
- the second arch extends from point M ' i to point M' f and contains the symmetrical point M ' e from point Me to point O.
- the second conformance arc originates from point M ' f and ends from point M i .
- the capsule profile is to be defined for the following geometric data:
- This profile must therefore be defined by five shape parameters and, since
- the radius of curvature R ci at point Mj is equal to 89.847 mm.
- the radius of curvature R cf at point M f is equal to 47.234 mm.
- the radius of curvature is between 30 mm and 25.990 mm.
- Figure 3 an arch, the two conforming arcs of the capsule profile shown in Figure 2 and the development of this arch on which there is the angular point D e as well as the points Dj and Df, respective centers of curvature of the roll bar at points M e , M i and M f .
- FIG. 4 represents on an enlarged scale part of the developed shown in FIG. 3 as well as its two tangents at the angular point D e which determine an angle of 36 °, equal to the angle ⁇ d - ⁇ m .
- the ratio of these forces to those that the pallet would undergo if the capsule profile were at each of its points replaced by the circle with the same polar radius is equal to 1.18.
- the displacement of the compressor, a cross section of which is represented in FIG. 1, calculated from the chamber of maximum accessible volume, for pallets of thickness equal to 4 mm and a capsule width of 54 mm, is 172 cm. 3 .
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Abstract
Machine volumétrique à éléments mobiles d'étanchéité (4) comprenant au moins un capsulisme comportant essentiellement une capsule constituée d'une partie tubulaire cylindrique (1) à directrice non circulaire (10) et de deux flasques d'étanchéité; un piston cylindrique (2), dont la directrice (20) est un cercle, est muni de rainures (3) guidant les éléments d'étanchéité (4) dans le piston (2), ce piston étant en liaison rotoïde avec la capsule. La directrice de la partie tubulaire de la capsule (10) est constituée de n arcs de conformité et de n arceaux limitant le mouvement des éléments d'étanchéité dans les rainures. La définition des arceaux procède de la résolution d'un ensemble d'équations.
Description
MACHINE VOLUMETRIQUE À PALETTES
L'objet de l'invention est une machine volumétrique à éléments mobiles d'étanchéité comprenant au moins un capsulisme comportant essentiellement une capsule constituée d'une partie tubulaire cylindrique à directrice non-circulaire et de deux flasques d'extrémité, un piston cylindrique dont la directrice est un cercle de centre O et de rayon Rp , muni de rainures guidant les éléments d'étanchéité dans le piston, ce piston étant en liaison rotoïde avec la capsule autour de son axe, ainsi qu'un système de distribution du fluide permettant son admission et son échappement. Dans cette machine, les éléments mobiles d'étanchéité sont le plus souvent des palettes mais peuvent être des rouleaux. La directrice de la partie tubulaire de la capsule, appelée profil de capsule, est constituée, successivement et
alternativement, de n arcs de cercle appelés arcs de conformité, d'ouverture angulaire éventuellement nulle, de centre O et de rayon Rp + J , J désignant le jeu radial entre ces arcs et la directrice du piston, ainsi que de n arcs géométriques appelés arceaux, limitant dans la direction centrifuge le mouvement des éléments d'étanchéité dans les rainures. Chaque arceau a, avec les arcs de conformité adjacents, deux points de raccordement Mj et Mf en lesquels les rayons de courbure sont respectivement égaux à Rcj et à Rcf et en lesquels les angles des tangentes, τi et τf respectivement, diffèrent de π/2 des angles polaires correspondants θi et θf ; chaque arceau contient également un point Me en lequel le rayon polaire est maximal, égal à Rp + J + H , en lequel l'angle de la tangente τe diffère de π/2 de l'angle polaire θe correspondant et en lequel le rayon de courbure Rce est inférieur à Rp .
On connaît de nombreuses machines volumétriques répondant à cette définition et notamment les machines décrites successivement dans les brevets et demandes de brevets suivants : US 2 791 185, JP 58-174102 et FR 2 547 622.
Dans chacun de ces brevets, un profil de capsule original est revendiqué, dans le brevet
US 2791 185 pour répondre à une organisation particulière de la machine, dans le brevet
JP 58-174102 pour accélérer la sortie des palettes et ralentir leur rentrée, dans le brevet
FR 2 547 622 pour fournir un meilleur compromis entre les différentes sujétions qu'impose la conception de machines à hautes performances.
On peut constater au travers de ces trois brevets une tendance à l'amélioration progressive de l'élément géométrique de la machine le plus critique pour les performances, et une tendance pratiquement inévitable à une augmentation sensible du nombre de paramètres nécessaires pour préciser un profil de capsule, ce qui entraîne une difficulté pour exprimer à
travers ces paramètres les contraintes d'optimalisation, et surtout, pour hiérarchiser celles-ci.
Dans les machines conformes à l'invention, on s'écarte de cette tendance en proposant une nouvelle géométrie du profil de capsule qui répond directement aux deux exigences majeures auxquelles sont soumises actuellement les machines à hautes performances, à savoir la compacité et la tranquillité de marche, tout en n'ayant recours qu'à un nombre minimal de paramètres pour préciser cette géométrie.
L'invention suppose imposées a priori les données géométriques suivantes : Rp , n , H/Rp , J , θi , θe , θf , auxquelles on peut au plus ajouter les rayons de courbure Rci , Rce et Rcf .
- Rp est l'échelle de la machine et est imposé en relation avec la valeur souhaitée de la cylindrée pour une largeur unitaire du capsulisme ; - n est généralement égal à 1 , 2 ou 3 ;
- le rapport H/Rp est imposé aussi grand que possible pour réduire l'encombrement de la machine ; ce rapport est toutefois limité par la possibilité de matérialiser les rainures dans le piston, ce qui est d'autant plus difficile que la valeur de n est faible, et par la nécessité d'obtenir un profil qui ait en chacun de ses points un rayon de courbure suffisant, notamment pour assurer un contact entre l'élément d'étanchéité et la capsule avec une pression de Hertz aussi faible que possible, et qui ait une courbure suffisante pour éviter la rentrée des éléments d'étanchéité dans le piston sous l'action conjuguée de la pression du fluide et des réactions d'inertie ;
- le jeu J est imposé par des considérations technologiques et économiques ;
- θi et ( 2π/n - θf ) sont imposés pour assurer une bonne étanchéité entre le piston et la capsule, compte tenu notamment, du niveau de la différence de pressions entre l'admission et l'échappement, du rapport H/Rp souhaité, du jeu J imposé et de la largeur des palettes ou du diamètre des rouleaux selon le cas ;
- θe peut être égal à (θj + θf )/2 ou s'écarter de cette valeur, notamment pour rendre dissymétriques les réactions d'inertie sur l'arc MiMe et sur l'arc MiMe , permettant ainsi, dans une certaine mesure, la régularisation du couple moteur ; dans cette perspective, on rapprochera le plus souvent le point Me du point Mj (2θe≤ θi + θf ) lorsque le fluide est en moyenne à plus basse pression sur l'arc MjMe que sur l'arc MeMf et on rapprochera le plus souvent le point Me du point Mf (2θe≥ θi + θf ) dans le cas inverse ; on peut observer que la dissymétrie des arcs MjMe et MiMe doit être d'autant plus faible que les valeurs de n et de H/Rp sont élevées ;
- lorsque les rayons de courbure Rci , Rce et Rcf sont imposés a priori, leurs valeurs doivent être aussi grandes que possible pour minimiser, à H/Rp fixé, l'encombrement de la machine, la valeur de Rce étant toutefois limitée à une valeur inférieure à Rp , celles de Rci et de Rcf étant limitées par le risque de rentrée des éléments d'étanchéité dans le piston, dans les conditions où les pressions d'admission et d'échappement sont identiques ou voisines.
Les machines conformes à l'invention ont un profil de capsule dont un arceau a pour équation intrinsèque, c'est-à-dire exprimée indépendamment de tout repère :
- δ = 1 lorsque τ≤ τe et δ = 0 lorsque τ > τe ,
- 2≤a≤4 , 2≤b < 4 , -1≤a - b≤1 , a + b≥5 ,
- ds représente l'accroissement infiniment petit de l'abscisse curviligne s en un point courant
M de l'arceau, calculée à partir d'une origine quelconque,
- τ désigne l'angle de la tangente à l'arceau en M ,
- dτ représente l'accroissement infiniment petit de l'angle τ en M ,
- α1 , ... , αa désignent un ensemble de a paramètres de forme de l'arceau, β1 , ... , βb un ensemble de b paramètres de forme de l'arceau, ces paramètres de forme étant suffisamment grands pour que la développée de l'arceau au voisinage du point Me présente, à la précision ε près inférieure ou égale à 1 μm , un point anguleux De , ce qui se traduit par les deux conditions suivantes :
dans lesquelles (τe - τm) représente l'angle que fait l'une des tangentes à la développée de l'arceau au point anguleux De , avec la direction radiale précisée par θe , et (τd - τe) représente l'angle de l'autre tangente au point anguleux De , avec cette même direction radiale,
- les Aα désignent un ensemble de a paramètres géométriques, les Bp un ensemble de b paramètres géométriques, les a + b paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa , Bβ 1 , ... ,
Bβb et éventuellement le rayon de courbure Rce étant solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ci-après, complété éventuellement par l'équation (VIII) si le rayon de courbure Rci est imposé et par l'équation (IX) si le rayon de courbure Rcf est imposé :
Lorsque toutes les données géométriques (Rp , n , H/Rp , J , θi , θe , θf , Rci , Rce et Rcf ) sont imposées a priori, ce qui suppose qu'elles l'ont été raisonnablement, c'est-à-dire en respectant les considérations qui ont été précisées plus haut, a doit être égal à quatre, b doit également être égal à quatre et le concepteur doit choisir dans l'équation (I) les huit paramètres de forme α1 , ... , α 4 , β1 , ... , β4 . En opérant ce choix, le concepteur se situe dans le cadre d'un compromis entre la nécessité d'avoir une variation aussi régulière que possible de la courbure sur les arcs MiMe et MiMe respectivement et la recherche d'un rayon de courbure aussi grand que possible, à variation aussi faible que possible, au voisinage du point Me , sur l'ouverture angulaire la plus grande possible.
Si l'un ou plusieurs des rayons de courbure Rci , Rce ou Rcf ne doivent pas être imposées a priori, on peut appliquer l'invention selon l'une des sept variantes suivantes qui présentent toutes l'intérêt d'une réduction du nombre de paramètres à choisir. Il est remarquable de constater que dans ces variantes, la valeur calculée de tout rayon de courbure non imposé en l'un des points Mi , Me ou Mf est automatiquement celle qui donne la courbure moyenne la plus faible possible sur les arcs MiMe ou MeMf selon le cas, compte tenu des autres contraintes imposées a priori.
- Selon une première variante, Rce et Rci sont imposés a priori, a = 4 , b = 3 , les sept paramètres géométriques Aα1 , ... , Aα 4 , Bβ 1 , ... , Bβ3 sont solutions du système
constitué des sept équations (II) à (VIII) ; Rcf est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τf .
- Selon une seconde variante, Rce et Rcf sont imposés a priori, a = 3 , b = 4 ; les sept paramètres géométriques Aα 1 , ... , Aα 3 , Bβ 1 , ... , Bβ4 sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VII) et (IX) ; Rci est calculé ensuite à partir de l'équation
(I) où l'on a remplacé τ par τi .
- Selon une troisième variante, seul RCe est imposé a priori, a = 3 , b = 3 ; les six paramètres géométriques Aα1 , ... , Aα 3 , Bβ 1 , ... , Bβ3 sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ; Rci et Rcf sont calculés ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τj et par τf respectivement.
- Selon une quatrième variante, Rci et Rcf sont imposés a priori, a≥ 3 , b≥ 3 , a + b = 7 ; le rayon de courbure Rce et les sept paramètres géométriques Aα1 , ... ,
Aαa , Bβ1, ... , Bβb sont solutions du système constitué des huit équations (II) à (IX) .
Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 3 et b = 4 d'une part ou à a = 4 et b = 3 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τe≤ τi + τ f et la seconde quand 2τe≥ τi + τf . On peut observer que lorsque 2τe = τi + τf et lorsque α1 = β1 , α 2 = β2 , α3 = β3 , le paramètre géométrique Bβ4 ou Aα4 selon le cas devient identiquement nul, quelle que soit la valeur choisie pour le paramètre de forme β4 ou α4 .
- Selon une cinquième variante, seul Rci est imposé a priori, a > 3 , b≥ 2 ,
a + b = 6 ; le rayon de courbure Rce et les six paramètres géométriques Aα1 , ... ,
Aαa , Bβ1, ... , Bβb sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VIII) ;
Rcf est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé x par τf . Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 3 et b = 3 d'une part ou à a = 4 et b = 2 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τe≤ τi + τf et la seconde quand 2τe≥ τi + τf .
- Selon une sixième variante, seul Rcf est imposé a priori, a > 2 , b≥ 3 , a + b = 6 ; le rayon de courbure RCe et les six paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa , B β 1 , ... , Bβb sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VII) et (IX) ; Rci est calculé ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé τ par τi . Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 2 et b = 4 d'une part ou à a = 3 et b = 3 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2τe≤ τi + τf et la seconde quand 2τe≥ τi + τf .
- Selon une septième variante, a≥2 , b≥2 , a + b = 5 ; le rayon de courbure Rce et les cinq paramètres géométriques Ac1 , ... , Aαa , Bβ1, ... , Bβb sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ; Rci et Rcf sont calculés ensuite à partir de l'équation (I) où l'on a remplacé x par τi et par τf respectivement.
Selon cette variante de l'invention, on dégage deux cas particuliers correspondant respectivement à a = 2 et b = 3 d'une part ou à a = 3 et b = 2 d'autre part. On exploite de préférence la première possibilité lorsque 2xe≤ τ i + τ f et la seconde quand
2τe > τi + τf . On peut observer que lorsque 2τe = τi + τf et lorsque α1 = β1 , α2 = β2 , le paramètre géométrique Bβ3 ou Aα3 selon le cas devient identiquement nul, quelle que
soit la valeur choisie pour le paramètre de forme β3 ou 0.3 .
Le tableau ci-après précise, pour les différentes combinaisons possibles des valeurs des paramètres a et b , si les rayons de courbure Rci , Rce et Rcf doivent être imposés a priori, s'ils sont calculés à partir de l'équation (I) ou s'ils sont solutions, avec les paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa , Bβ1 , ... , Bβb , du système d'équations (II) à (VII) éventuellement complété par les équations (VIII) et (IX). La dernière colonne de ce tableau indique les numéros des équations de ce système.
- pour H et θe choisis raisonnablement, une variation de courbure le long de chaque arceau plus réduite que dans toute solution connue, ce qui entraîne une régularisation des effets d'inertie sur les éléments mobiles d'étanchéité et ainsi une réduction substantielle de leur plus grande valeur,
- un accès possible à des valeurs du rapport H/Rp jusqu'à présent inaccessibles, ce qui confère aux machines à palettes conformes à l'invention une compacité supérieure à celle des machines connues,
- en conséquence des deux avantages précédents, un accès à des machines à palettes embarquées dont les performances dépassent celles des machines connues.
En particulier, pour les machines à palettes caractérisées par une valeur de n égale à 2 , qui correspondent aux cas pratiques les plus intéressants, et pour une définition du profil de capsule qui exploite cinq paramètres de forme, le plus grand rapport H/Rp pratiquement envisageable : (H/Rp)limite , peut être évalué comme suit en fonction de l'angle Δθ défini comme la plus grande des deux ouvertures angulaires (θe - θi) et (θf - θe ) :
(H/Rp)limite≡ 0,16 . ( Δθ )2
La figure 1 illustre à titre d'exemple un compresseur volumétrique à palettes conforme à l'invention.
Les figures 2, 3 et 4 représentent complètement ou partiellement le tracé du profil de
capsule correspondant au compresseur illustré à la figure 1.
La figure 1 montre une section droite dans le compresseur retenu à titre d'exemple. On distingue sur cette figure la partie tubulaire (1) de la capsule fixe, le piston (2), la directrice circulaire (20) de sa surface extérieure et les cinq rainures telles que (3) guidant chacune une palette telle que (4), le point de percée O de l'axe commun à la capsule, au piston et à leur liaison rotoïde, les deux lumières d'admission telles que (5), les deux lumières d'échappement telles que (6) et leurs clapets tels que (7). La partie tubulaire de la capsule (1) est limitée intérieurement par une surface cylindrique dont la directrice non-circulaire (10) est le profil de capsule. Le sens de rotation du piston autour de son axe est indiqué par la flèche.
On reconnaît sur la figure 2 le profil de capsule (10) constitué de n = 2 arceaux identiques et de n = 2 arcs de conformité, appartenant au même cercle de centre O et de rayon (Rp + J) , ainsi que la directrice circulaire (20) de la surface extérieure du piston dont le centre est aussi le point O et dont le rayon est égal à Rp .
Un premier arceau du profil de capsule est limité par les points Mi et Mf ; le rayon polaire croît de manière monotone sur-cet arceau depuis le point Mi jusqu'au point Me et décroît de manière monotone depuis le point Me jusqu'au point Mf . La distance entre le point O et le point Me est égale à (Rp + J + H) . Par rapport à l'axe OX , les points Mi , Me et Mf sont repérés sur l'arceau par les angles respectifs θi , θe et θf . On distingue également sur cette figure les trois angles Xj , xe et Xf des tangentes à l'arceau aux points respectifs Mi , Me et Mf , repérés par rapport à la direction de l'axe OX .
Un premier arc de conformité a pour origine le point Mf et pour extrémité le point M'i .
Le second arceau s'étend du point M'i au point M'f et contient le point M'e symétrique
du point Me par rapport au point O .
Le deuxième arc de conformité a pour origine le point M'f et pour extrémité le point Mi .
Le profil de capsule est à définir pour les données géométriques suivantes :
Ce profil doit par conséquent être défini par cinq paramètres de forme et, puisque
2θe≤ θi + θf , on impose que a soit égal à 2 et que b soit égal à 3 . On a choisi après expérimentation numérique les valeurs suivantes des paramètres de forme :
La résolution du système des six équations (II) à (V II) donne les résultats suivants :
On en déduit à un degré près :
Le rayon de courbure Rci au point Mj est égal à 89,847 mm . Le rayon de courbure Rcf au point Mf est égal à 47,234 mm .
Entre les angles polaires égaux à 47 ° et 118 °, le rayon de courbure est compris entre 30 mm et 25,990 mm .
Sur la figure 3 sont représentés un arceau, les deux arcs de conformité du profil de capsule montré à la figure 2 et la développée de cet arceau sur laquelle on distingue le point anguleux De ainsi que les points Dj et Df , centres de courbure respectifs de l'arceau aux points Me , Mi et Mf .
La figure 4 représente à échelle agrandie une partie de la développée montrée à la figure 3 ainsi que ses deux tangentes au point anguleux De qui déterminent un angle de 36° , égal à l'angle τd - τm . En ce qui concerne les efforts d'inertie au centre de gravité d'une palette du compresseur représenté à la figure 1, le rapport de ces efforts à ceux que la palette subirait si le profil de capsule était en chacun de ses points remplacé par le cercle de même rayon polaire, est égal à 1,18 . Enfin la cylindrée du compresseur dont une section droite est représentée à la figure 1, calculée à partir de la chambre de volume maximal accessible, pour des palettes d'épaisseur égale à 4 mm et une largeur de capsule de 54 mm, est de 172 cm3 .
Claims
R E V E N D I C A T I O N S
1 - Machine volumétrique à éléments mobiles d'étanchéité (4) comprenant au moins un capsulisme comportant essentiellement une capsule constituée d'une partie tubulaire cylindrique (1) à directrice non-circulaire (10) et de deux flasques d'extrémité, un piston cylindrique (2) dont la directrice (20) est un cercle de centre O et de rayon Rp , muni de rainures (3) guidant les éléments d'étanchéité (4) dans le piston (2), ce piston étant en liaison rotoïde avec la capsule autour de son axe (0), ainsi qu'un système de distribution du fluide permettant son admission et son échappement, la directrice de la partie tubulaire de la capsule (10) appelée profil de capsule étant constituée, successivement et alternativement, de n arcs de cercle appelés arcs de conformité, d'ouverture angulaire éventuellement nulle, de centre O et de rayon Rp + J , J désignant le jeu radial entre ces arcs et la directrice du piston, ainsi que de n arcs géométriques appelés arceaux, limitant, dans la direction centrifuge, le mouvement des éléments d'étanchéité dans les rainures, chaque arceau ayant, avec les arcs de conformité adjacents, deux points de raccordement Mi et Mf en lesquels les rayons de courbure sont respectivement égaux à Rci et à Rcf , en lesquels les angles des tangentes, τi et τf respectivement, diffèrent de π/2 des angles polaires correspondants θj et θf , chaque arceau contenant également un point Me en lequel le rayon polaire est maximal, égal à Rp + J + H , en lequel l'angle de la tangente τe diffère de π/2 de l'angle polaire θe correspondant et en lequel le rayon de courbure Rce est inférieur à Rp , CARACTÉRISÉE
EN CE QUE un arceau a pour équation intrinsèque :
équation (I) dans laquelle :
- δ = 1 lorsque x≤ xe et δ = 0 lorsque x > xe ,
- 2≤a≤4 , 2≤b≤4 , -1≤a - b≤1 , a + b > 5 ,
- ds représente l'accroissement infiniment petit de l'abscisse curviligne s en un point courant M de l'arceau, calculée à partir d'une origine quelconque, - x désigne l'angle de la tangente à l'arceau en M ,
- dx représente l'accroissement infiniment petit de l'angle x en M ,
- α1 , ... , αa désignent un ensemble de a paramètres de forme de l'arceau, β1 , ... , βb un ensemble de b paramètres de forme de l'arceau, ces paramètres de forme étant suffisamment grands pour que la développée de l'arceau au voisinage du point Me présente, à la précision près inférieure ou égale à 1 μm , un point anguleux De ,
- les Aα désignent un ensemble de a paramètres géométriques, les Bβ un ensemble de b paramètres géométriques, les a + b paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa , Bβ1, ... , Bβb et éventuellement le rayon de courbure Rce étant solutions du système constitué des six équations (II) à (VII) ci-après, complété éventuellement par l'équation (VIII) si le rayon de courbure Rci est imposé et par l'équation (IX) si le rayon de courbure Rcf est imposé
2 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE les rayons de courbure Rce , Rci et Rcf sont imposés a priori, a = 4 , b = 4 , les huit paramètres géométriques Aα1 , ... , Aα4 , Bβ1 , ... , Bβ4 sont solutions du système constitué des huit équations (II) à (IX) .
3 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE les rayons de courbure Rce et Rci sont imposés a priori, a = 4 , b = 3 , les sept paramètres géométriques Aα1 , ... , Aα4 , Bβ1 , ... , Bβ3 sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VIII) .
4 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE les rayons de courbure Rce et Rcf sont imposés a priori, a = 3 , b = 4 , les sept paramètres géométriques Aα1 , ... , Aα3 , Bβ1 , ... , Bβ4 sont solutions du système constitué des sept équations (II)
à (VII) et (IX).
5 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE le rayon de courbure Rce est imposé a priori, a = 3, b = 3, les six paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa, Bβ1.... , Bβb sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII).
6 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE les rayons de courbure Rci et Rcf sont imposés a priori, a≥3,b≥ 3 , a + b = 7 , le rayon de courbure Rce et les sept paramètres géométriques Aα1, ... , Aαa, Bβ1, ... , Bβb sont solutions du système constitué des huit équations (II) à (IX).
7 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE le rayon de courbure Rci est imposé a priori, a≥3,b≥2, a + b = 6, le rayon de courbure Rce et les six paramètres géométriques Aαi , ... , Aαa, Bβ1 , ... , Bβb sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VIII).
8 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE le rayon de courbure Rcf est imposé a priori, a≥2, b≥3, a + b = 6, le rayon de courbure Rce et les six paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa, Bβ1 , ... , Bβb sont solutions du système constitué des sept équations (II) à (VII) et (IX) .
9 - Machine selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE EN CE QUE a≥ 2 , b≥ 2 , a + b = 5 , le rayon de courbure Rce et les cinq paramètres géométriques Aα1 , ... , Aαa, Bβ1, ... , Bβb sont solutions du système constitué des six équations (II) à (VII).
10 - Machine à palettes selon la revendication 9 pour laquelle n = 2, CARACTÉRISÉE EN CE QUE le rapport H/Rp est voisin du rapport limite (H/Rp)/,m,*f<, précisé par l'expression :
(H/Rp)limite≅ 0,16. (Δθ)2
dans laquelle Δθ représente la plus grande des deux ouvertures angulaires (θe - θj) et (θf-θe).
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| EP96903072A EP0808412B1 (fr) | 1995-02-10 | 1996-02-08 | Machine volumetrique a palettes |
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