WO2013083542A2 - Pompe et turbine à palettes - Google Patents

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WO2013083542A2
WO2013083542A2 PCT/EP2012/074315 EP2012074315W WO2013083542A2 WO 2013083542 A2 WO2013083542 A2 WO 2013083542A2 EP 2012074315 W EP2012074315 W EP 2012074315W WO 2013083542 A2 WO2013083542 A2 WO 2013083542A2
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pump
vane
turbine
rotary
rotor
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PCT/EP2012/074315
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WO2013083542A3 (fr
Inventor
Patrick OUVRY
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Culti'wh Normands
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Publication date
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Publication of WO2013083542A2 publication Critical patent/WO2013083542A2/fr
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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
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/348—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the vanes positively engaging, with circumferential play, an outer rotatable member

Definitions

  • the present invention relates to a vane type pump.
  • a vane pump can be used to compress gases, vapors, when it is rotated. It can still be used to transfer an incompressible fluid, for example to pump oil.
  • a vane pump generally comprises a rotor provided with radial slots in which slides, also called pallets, which can be rotated in a stator, can slide freely.
  • the axis of the rotor is parallel, but offset from that of the stator, so that the volume defined between the rotor, the stator, and two neighboring pallets, also called chamber, varies during rotation of the rotor.
  • the vanes are held in contact with the stator wall by springs or centrifugal force.
  • the wear of pallets is compensated by their ability to be constantly brought into contact against the stator.
  • the pump is connected through a suction passage and a discharge passage, which in principle open into the peripheral wall of the stator. The drive of the rotor then makes it possible to suck a fluid and to repress it. To increase the efficiency of such a vane pump, it has been sought to minimize the friction of the vane against the wall of the stator.
  • a vane pump using a compressible fluid or not as working fluid can also operate in a turbine.
  • the pump comprises a fixed cylinder, in which two rotating cylindrical parts consisting of inner rings of two ball bearings, one rotor, two lateral flanges, pallets housed in radial grooves formed in the rotor take place.
  • the axis of the rotor is off-center of that of the two rotating cylindrical parts.
  • a fixed ferrule is interposed between the two rotating cylindrical parts and in which can rotate the rotor which frictionally drives the rings. Rectangular openings pass radially through the ferrule so that fluid can enter and exit the pump.
  • the side flanges incorporate two ball bearings holding the rotor shaft and against which are plated two discs rotated by the flanks of the pallets and which are therefore separate and movable inner rings. However, leakage may occur between the discs and the cylindrical parts.
  • the applicant has thus sought a solution to further improve the efficiency of a vane pump.
  • a vane pump for this purpose, there is provided a vane pump, a vane turbine, of the type comprising a rotor including free mounted pallets sliding in radial slots, this assembly being housed respectively by its two ends in two rotary mounted free rotating jackets.
  • the turbine which comprises a static distribution plate of a fluid that can be sucked up and discharged by the pump, the turbine, during the rotation of the rotor, said plate being interposed between said rotary jackets;
  • each rotary sleeve has in longitudinal section, a bell section comprising a cylindrical wall, against the inner face of which the free edge of the pallets is capable of being brought into contact, said cylindrical wall being closed by a side by a side wall against which one of the side edges of the vanes and the rotor is brought into contact.
  • Rotary free rotating jackets are driven by the paddles during rotor rotation, resulting in limited slippage between the paddles and rotating jackets. This results in reduced wear of the rotating liner / pallet couple and / or a higher maximum permissible rotational speed of the rotor.
  • the suction, the discharge, are made at the periphery of the pallets, through the distribution plate, as in a fixed stator pump.
  • the sliding is reduced to the periphery of the pallets and also on their lateral edges.
  • the efficiency of the pump is increased. Pallet wear is reduced.
  • the internal sealing of the pump, the turbine, is preserved.
  • the constituent bell of each rotating jacket is manufactured in one piece so as to obtain a perfect seal between the cylindrical wall and the side wall.
  • each rotating sleeve is rotatably mounted, by means of rolling means, in a cylindrical sleeve held between the distribution plate and a flange.
  • the distribution plate is also used to fix the two cylindrical sleeves in which the two rotating jackets rotate freely.
  • the cylindrical sleeves are fixed rigidly so that rotation of the rotating sleeves does not generate vibrations.
  • each cylindrical wall penetrates into a circular groove formed in each of the main faces of the distribution plate.
  • a sealing baffle is thus formed between the rotating jackets and the distributor plate.
  • the distribution plate is traversed by a cylindrical passage coaxial with the two cylindrical walls of the two rotary jackets, the diameter of the cylindrical passage being barely greater than that of the internal diameter of the cylindrical walls so that the pallets can graze said cylindrical passage without touching during their rotation.
  • the distribution plate is traversed radially by at least one suction duct and at least one discharge conduit of the fluid and which open through the cylindrical passage.
  • the sequences of the suction and discharge periods in the chambers are implemented by the passage of the pallets before the opening of the ducts. The filling and emptying of the rooms are obtained quickly.
  • the pump comprises a compensation system capable of wedging laterally each rotating jacket so as to compensate for the pressure of the fluid exerted on the side walls to maintain the required seal between the assembly. rotor / pallets and these side walls.
  • the compensation system comprises two rotary stops respectively interposed between the two flanges and the side walls of the two rotary jackets.
  • the stops ensure the lateral setting of the two rotary folders.
  • the setting of the rotary stops is capable of being continuously modified by means of adjustment screws incorporating springs capable of applying a constant pressure on the cage of the stops and which is turned towards the flasks.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vane pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a vane pump according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view, in another plane, of a vane pump according to the invention.
  • the vane pump 100 shown in FIG. 1 is intended to draw a fluid up to a vacuum level of the order of 100 Pa (in absolute value) and / or to compress a fluid up to pressures of the order of 3 to 4 10 6 Pa. It can operate in compressor or pump to transfer liquids.
  • the pump of the invention can be integrated in a heat pump system to extract calories from a heat transfer fluid circulating in solar panels. It consists of a rotor 200 provided with radial vanes 210 and which can be rotated within at least two shirts 400a and 400b, as shown in this FIG. 1. These shirts have the particularity of being rotatably mounted in a frame 600. They are called rotating folders in the rest of this presentation.
  • the rotor 200 consists of a part of revolution 202 such as a cylinder and which is hollowed out radially with slots 204 in which the pallets 210 can slide freely, respectively.
  • each pallet 210 is constituted by a blade of rectangular section and of the same length as that of the rotor 200.
  • the frame 600 in which the rotor 200 and the rotary jackets 400 are enclosed, comprises two flanges 610a and 610b, a distribution plate 630 of a fluid, as well as two cylindrical sleeves 650a and 650b which respectively join the distribution plate 630. with the two flanges 610.
  • the two sleeves 650 are retained in circular and coaxial grooves formed in the two main faces of the distribution plate 630 as well as in circular and coaxial grooves formed in a main face of the two flanges 610. These parts are held together, for example, by fixing screws.
  • a shaft 220 passes through the rotor 200 at its center, being integral with the latter to allow its rotary drive via a motor. Its two ends are respectively held in two rolling means 620 such as ball bearings housed in housings formed in the two flanges.
  • Each rotating sleeve 400 has a longitudinal section, a bell-shaped section comprising a cylindrical wall 410 closed on one side by a disk-shaped flat side wall 420, the lateral wall being pierced at its center with an opening 422 intended for the passage of the shaft 220.
  • the bell is preferably made of a part made in one piece, to obtain a perfect seal between its cylindrical wall 410 and its side wall 420.
  • the two ends of the rotor 200 and pallets 210 are housed in these two rotary jackets 400.
  • the free edge of the pallets 210 that is to say their peripheral edge, is kept in contact on the inner face of the cylindrical wall 410 of each rotating sleeve 400, under the effect of the centrifugal force during rotation of the rotor.
  • the lateral edges of the vanes and the rotor are respectively brought into contact with the side walls 420 of the two rotary jackets 400, because of the identical length of the vanes and the rotor.
  • the vanes can be brought into contact on the rotary jackets by means of springs placed in the slots.
  • the axis of the rotor 200 is parallel and offset from the common axis of the rotary jackets 400.
  • the volume defined between the rotor, the two rotary jackets, and two neighboring pallets varies constantly during the rotation of the rotor. rotor. This volume is called room in the following of this description.
  • the two rotary jackets 400 are rotatably mounted respectively in the two cylindrical sleeves 650, by means of rolling means 660, and which are constituted in this FIG. 1, needle bearings.
  • Each bearing is interposed between the outer face of the cylindrical wall 410 of the rotating sleeve and the corresponding sleeve. It is held in place by means of stop means such as circlips 670.
  • the efficiency of the pump is thereby improved.
  • the wear of the pallets is also considerably reduced with use.
  • the pump can also be used as a turbine capable of providing work because of the ability of rotary jackets to rotate relatively quickly.
  • the speed of rotation of the rotor 200 in operation is of the order of 3000 rev / min and can reach 6000 to 7000 rev / min depending on the characteristics of the bearings.
  • the distribution plate 630 is intended to allow the pump 100 to suck and / or discharge a fluid or to admit the pressurized fluid and reject it in the context of use in a turbine, that is to say say to produce a motor torque.
  • the diameter of the cylindrical passage 632 is barely greater than that of the inside diameter of the cylindrical walls 410, thus ensuring the geometrical continuity between the two cylindrical walls 410 of the two rotary jackets 400, so that the pallets 210 can touch the cylindrical passage 632 without touching during their rotation.
  • a game J materializes, on the view in detail A-A, this difference in diameter.
  • each cylindrical wall 410 is thinned and forms a ring 412 which penetrates into a circular groove 634 formed in each of the main faces of the distribution plate 630. Sizing of these two complementary parts is made with clearance so that the rotating sleeve can rotate without friction and yet achieve a near-seal thanks to the baffle effect that their nesting produces.
  • the arrangement of the distribution plate 630 which is a static part of the pump, and which is however placed between the two rotary sleeves 400 mounted free to rotate, thus allows the connection of the pump 100 at the periphery of the pumps.
  • pallets 210 as in a conventional vane pump, that is to say provided with a fixed stator. With reference to FIG. 3, the distribution plate 630 is, for this purpose, traversed radially by at least one suction duct 636 and at least one discharge duct 638 of the fluid and which open through the cylindrical passage 632.
  • the pallets 210 act as drawers for ducts 636 and 638 to draw the fluid into the chambers and then pump it back.
  • the sequence of suction and discharge in the chambers is implemented by the passage of the pallets before the opening of the ducts.
  • the filling and emptying of the rooms are obtained quickly and without using auxiliary or exhaust auxiliaries, such as valves, valves.
  • the gas When operating as a compressor, the gas is admitted to a chamber through a first suction duct 636 ( i ) , and during the rotation of the rotor symbolized by the arrow R, this chamber leaves the outlet of the first duct for aspirating the gas through the second suction duct 636 (2) , and finally sucking the gas through the third suction duct 636 (3) .
  • the chamber then reaches its maximum volume and then decreases to compress the fluid trapped in it.
  • the pressurized gas then leaves the pump through this delivery conduit 638 ( i ) and then through the second discharge conduit 638 (2) .
  • the presence of this second conduit makes it possible to increase the efficiency of the pump by eliminating the unnecessary compression of a residual volume.
  • Its position is such that it escapes the pallet which sweeps it, when the two pallets which frame the smallest chamber are positioned symmetrically with respect to the median plane of the pump which passes through the axis of the rotor and rotary shirts. Its position is independent of the desired output pressure.
  • the rotor 200, the two rotary jackets 400, the two cylindrical sleeves 650 and the flanges 610 are preferably made of lamellar gray cast iron, chosen for its resistance to corrosion, its dimensional stability, as well as for its coefficient of expansion close to that of bearings.
  • Pallets 210 are preferably made of stainless steel, graphite, PTFE (polytetrafluoroethylene).
  • the pump can run dry, for example with pallets made of PTFE or be lubricated with a silicone oil, a graphite compound.
  • lubricant makes it possible to increase the efficiency of the pump, of the turbine, by improving the sealing of the chambers, by the presence of this lubricant which interferes, in particular, in each baffle 634/412, illustrated in detail view AA of FIG. 1, and which is made between the distribution plate 630 and each rotating sleeve 400.
  • the pump 100 comprises a force compensation system 500. It comprises two rotary stops such as thrust bearings 510a and 510b respectively interposed between the two flanges 610 and the side walls 420 of the two shirts.
  • the setting of these stops can be continuously modified by means of adjusting screws 520 incorporating springs and which are capable of apply a constant pressure on the cage of thrust bearings and which is turned towards the flanges.
  • This cage is housed in a circular groove 612 and at least two spring screws 520 open into it to push said cage.
  • the needle cages 660 are replaced by ball bearings which accept axial forces to replace the thrust bearings.
  • the efficiency of the vane pump of the invention is relatively high because of the nature of the limited slip between the vanes and the rotary jackets.
  • the turbine of the invention Used in volumetric turbine, which exploits the expansion of a gas to drive the rotor, the turbine of the invention has the advantages of being able to operate at variable speeds and to be able to withstand the presence of a large fraction of condensation liquid during of relaxation. This last characteristic allows a wider spectrum of relaxation without overheating.

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Abstract

La présente invention se rapporte à une pompe à palettes (100), une turbine à palettes, du type comprenant un rotor incluant des palettes montées libres à coulissement dans des fentes radiales, cet ensemble étant logé respectivement par ses deux extrémités dans deux chemises rotatives montées libres à rotation dans la pompe, la turbine, celle-ci comprenant une plaque statique de distribution (630) d'un fluide susceptible d'être aspiré et refoulé par la pompe, la turbine, pendant la rotation du rotor, ladite plaque étant interposée entre lesdites chemises rotatives. Selon l'invention, chaque chemise rotative (400) présente en coupe longitudinale, une section en cloche comprenant une paroi cylindrique (410), contre la face intérieure de laquelle le bord libre des palettes (210) est susceptible d'être mis en contact, ladite paroi cylindrique étant fermée d'un côté par une paroi latérale (420) contre laquelle l'un des bords latéraux des palettes (210) et du rotor (200) est mis en contact. Les chemises rotativesmontées libres à rotation sont entraînées par les palettes pendant la rotation du rotor, ce qui conduit à un glissement limité entre les palettes et les chemises rotatives. Il en découle une usure réduite du couple chemises rotatives/palettes et/ou une vitesse de rotation maximum admissible plus grande du rotor. L'aspiration, le refoulement, sont réalisés à la périphérie des palettes, au travers de la plaque de distribution, comme dans une pompe à stator fixe. Le glissement est réduit à la périphérie des palettes et aussi sur leurs bords latéraux. Le rendement de la pompe est accru. L'usure des palettes est réduite. L'étanchéité interne de la pompe, la turbine, est préservée.

Description

Pompe et turbine à palettes
La présente invention se rapporte à une pompe de type à palettes. Une pompe à palettes peut être utilisée pour compresser des gaz, des vapeurs, lorsqu'elle est entraînée à rotation. Elle peut encore être utilisée pour transférer un fluide incompressible, par exemple pour pomper de l'huile.
Une pompe à palettes comprend en général un rotor pourvu de fentes radiales dans lesquelles peuvent coulisser librement des lames encore appelées palettes et qui est susceptible d'être entraîné à rotation dans un stator. L'axe du rotor est parallèle, mais décalé de celui du stator, si bien que le volume délimité entre le rotor, le stator, et deux palettes voisines, encore appelé chambre, varie pendant la rotation du rotor. Les palettes sont maintenues en contact avec la paroi du stator par des ressorts ou par la force centrifuge. L'usure de palettes est compensée par leur faculté de pouvoir être mises constamment en contact contre le stator. La pompe est raccordée au travers d'un passage d'aspiration et d'un passage de refoulement, qui en principe débouchent dans la paroi périphérique du stator. L'entraînement du rotor permet alors d'aspirer un fluide et de le refouler. Pour accroître le rendement d'une telle pompe à palettes, on a cherché à minimiser le frottement des palettes contre la paroi du stator.
Ainsi est présentée dans le document WO-A1-2007/102033, une pompe à palettes utilisant un fluide compressible ou non comme fluide de travail. La pompe peut également fonctionner en turbine. La pompe comprend un cylindre fixe, dans lequel prennent place deux parties cylindriques rotatives constituées des bagues intérieures de deux roulements à billes, un rotor, deux flasques latéraux, des palettes logées dans des rainures radiales réalisées dans le rotor. L'axe du rotor est décentré de celui des deux parties cylindriques rotatives. Une virole fixe est interposée entre les deux parties cylindriques rotatives et dans lesquelles peut tourner le rotor qui entraîne par friction les bagues. Des ouvertures rectangulaires traversent radialement la virole pour que le fluide puisse pénétrer et ressortir de la pompe. Les flasques latéraux incorporent deux roulements à billes tenant l'arbre du rotor et contre lesquels sont plaqués deux disques entraînés à rotation par les flancs des palettes et qui sont donc distincts et mobiles des bagues intérieures. Des fuites peuvent cependant prendre naissance entre les disques et les parties cylindriques.
Le demandeur a ainsi cherché une solution pour améliorer encore l'efficacité d'une pompe à palette.
A cet effet, est proposée une pompe à palettes, une turbine à palettes, du type comprenant un rotor incluant des palettes montées libres à coulissement dans des fentes radiales, cet ensemble étant logé respectivement par ses deux extrémités dans deux chemises rotatives montées libres à rotation dans la pompe, la turbine, celle-ci comprenant une plaque statique de distribution d'un fluide susceptible d'être aspiré et refoulé par la pompe, la turbine, pendant la rotation du rotor, ladite plaque étant interposée entre lesdites chemises rotatives ; selon l'invention, chaque chemise rotative présente en coupe longitudinale, une section en cloche comprenant une paroi cylindrique, contre la face intérieure de laquelle le bord libre des palettes est susceptible d'être mis en contact, ladite paroi cylindrique étant fermée d'un côté par une paroi latérale contre laquelle l'un des bords latéraux des palettes et du rotor est mis en contact.
Les chemises rotatives montées libres à rotation sont entraînées par les palettes pendant la rotation du rotor, ce qui conduit à un glissement limité entre les palettes et les chemises rotatives. Il en découle une usure réduite du couple chemises rotatives/palettes et/ou une vitesse de rotation maximum admissible plus grande du rotor. L'aspiration, le refoulement, sont réalisés à la périphérie des palettes, au travers de la plaque de distribution, comme dans une pompe à stator fixe.
Le glissement est réduit à la périphérie des palettes et aussi sur leurs bords latéraux. Le rendement de la pompe est accru. L'usure des palettes est réduite. L'étanchéité interne de la pompe, la turbine, est préservée.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la cloche constitutive de chaque chemise rotative est fabriquée d'un seul tenant de sorte à obtenir une étanchéité parfaite entre la paroi cylindrique et la paroi latérale.
Grâce à cette construction, on obtient une étanchéité parfaite des chambres à volume variable délimitées entre les palettes et les chemises rotatives, pendant le fonctionnement de la pompe.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, chaque chemise rotative est montée libre à rotation, par l'intermédiaire d'un moyen de roulement, dans un manchon cylindrique tenu entre la plaque de distribution et un flasque.
La plaque de distribution sert également à fixer les deux manchons cylindriques dans lesquels tournent librement les deux chemises rotatives. Les manchons cylindriques sont fixés de manière rigide si bien que la rotation des chemises rotatives ne génère pas de vibrations.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le bord libre de chaque paroi cylindrique pénètre dans une gorge circulaire réalisée dans chacune des faces principales de la plaque de distribution.
Une chicane d' étanchéité est ainsi formée entre les chemises rotatives et la plaque de distribution.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la plaque de distribution est traversée d'un passage cylindrique coaxial avec les deux parois cylindriques des deux chemises rotatives, le diamètre du passage cylindrique étant à peine supérieur à celui du diamètre intérieur des parois cylindriques de sorte que les palettes puissent frôler ledit passage cylindrique sans le toucher pendant leur rotation.
Il n'y a pas de frottement entre les palettes tournantes et la plaque de distribution statique.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la plaque de distribution est traversée radialement d'au moins un conduit d'aspiration et d'au moins un conduit de refoulement du fluide et qui débouchent au travers du passage cylindrique. Les séquences des périodes d'aspiration et de refoulement dans les chambres sont mises en œuvre par le passage des palettes devant le débouché des conduits. Le remplissage et la vidange des chambres sont obtenus rapidement.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la pompe, la turbine, comprend un système de compensation capable de caler latéralement chaque chemise rotative de sorte à compenser la pression du fluide exercée sur les parois latérales pour conserver l'étanchéité requise entre l'ensemble rotor/palettes et ces parois latérales.
En fonctionnement, l'étanchéité de la pompe, de la turbine, est préservée.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le système de compensation comporte deux butées rotatives respectivement interposées entre les deux flasques et les parois latérales des deux chemises rotatives.
Les butées assurent le calage latéral des deux chemises rotatives.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le calage des butées rotatives est susceptible d'être modifié en continu par l'intermédiaire de vis de réglage incorporant des ressorts capables d'appliquer une pression constante sur la cage des butées et qui est tournée vers les flasques.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels:
la Fig. 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une pompe à palettes selon l'invention,
la Fig. 2 représente une vue en coupe transversale d'une pompe à palettes selon l'invention et,
la Fig. 3 représente une vue en coupe transversale, dans un autre plan, d'une pompe à palettes selon l'invention.
La pompe à palettes 100 présentée sur la Fig. 1, est destinée à aspirer un fluide jusqu'à un niveau de vide de l'ordre de 100 Pa (en valeur absolue) et/ou compresser un fluide jusqu'à des pressions de l'ordre de 3 à 4 106 Pa. Elle peut fonctionner en compresseur ou en pompe pour transférer des liquides.
Parmi les applications visées, la pompe de l'invention peut être intégrée dans un système de pompe à chaleur pour extraire des calories d'un fluide caloporteur circulant dans des panneaux solaires. Elle se compose d'un rotor 200 pourvu de palettes radiales 210 et qui peut être entraîné à rotation à l'intérieur d'au moins deux chemises 400a et 400b, comme cela apparaît sur cette Fig. 1. Ces chemises présentent la particularité d'être montées libres à rotation dans un châssis 600. Elles sont appelées chemises rotatives dans la suite de cet exposé.
Sur la Fig. 2, le rotor 200 est constitué d'une pièce de révolution 202 telle qu'un cylindre et qui est creusée radialement de fentes 204 dans lesquelles peuvent respectivement coulisser et de manière libre, les palettes 210. Sur la Fig. 1, chaque palette 210 est constituée d'une lame de section rectangulaire et de même longueur que celle du rotor 200.
Le châssis 600, dans lequel sont enfermés le rotor 200 et les chemises rotatives 400, comprend deux flasques 610a et 610b, une plaque de distribution 630 d'un fluide, ainsi que deux manchons cylindriques 650a et 650b qui réunissent respectivement la plaque de distribution 630 avec les deux flasques 610. Les deux manchons 650 sont retenus dans des rainures circulaires et coaxiales réalisées dans les deux faces principales de la plaque de distribution 630 ainsi que dans des rainures circulaires et coaxiales réalisées dans une face principale des deux flasques 610. Ces pièces sont maintenues solidaires, par exemple, par des vis de fixation.
Un arbre 220 traverse le rotor 200 en son centre, en étant solidaire de celui-ci pour permettre son entraînement à rotation par l'intermédiaire d'un moteur. Ses deux extrémités sont tenues respectivement dans deux moyens de roulement 620 tels que des roulements à billes logés dans des logements réalisés dans les deux flasques.
Chaque chemise rotative 400 présente en coupe longitudinale, une section en cloche comprenant une paroi cylindrique 410 fermée d'un côté par une paroi latérale 420 plane en forme de disque, la paroi latérale étant percée en son centre d'une ouverture 422 destinée au passage de l'arbre 220. La cloche est de préférence constituée d'une pièce fabriquée d'un seul tenant, pour obtenir une étanchéité parfaite entre sa paroi cylindrique 410 et sa paroi latérale 420.
Les deux extrémités du rotor 200 et des palettes 210 sont logées dans ces deux chemises rotatives 400. Le bord libre des palettes 210, c'est-à-dire leur bord périphérique, est maintenu en contact sur la face intérieure de la paroi cylindrique 410 de chaque chemise rotative 400, sous l'effet de la force centrifuge pendant la rotation du rotor. Les bords latéraux des palettes et du rotor sont respectivement mis en contact avec les parois latérales 420 des deux chemises rotatives 400, du fait de la longueur identique des palettes et du rotor.
Pour une pompe à relative faible vitesse de rotation, les palettes peuvent être mises en contact sur les chemises rotatives par l'intermédiaire de ressorts placés dans les fentes.
On remarquera, en référence aux Figs. 1 et 2, que l'axe du rotor 200 est parallèle et décalé de l'axe commun des chemises rotatives 400. Ainsi, le volume délimité entre le rotor, les deux chemises rotatives, et deux palettes voisines, varie constamment pendant la rotation du rotor. Ce volume est appelé chambre dans la suite de cette description.
Les deux chemises rotatives 400 sont montées libres à rotation respectivement dans les deux manchons cylindriques 650, par l'intermédiaire de moyens de roulement 660, et qui sont constitués sur cette Fig. 1, de roulements à aiguilles. Chaque roulement est interposé entre la face extérieure de la paroi cylindrique 410 de la chemise rotative et le manchon correspondant. Il est tenu en place, à l'aide de moyens d'arrêt comme des circlips 670. Cette faculté de tourner librement limite la vitesse de glissement relative ainsi que la distance parcourue des palettes par rapport aux parois cylindriques 410, que ce soit sur leur bord périphérique ou sur leurs bords latéraux. Le rendement de la pompe est de ce fait amélioré. L'usure des palettes est également considérablement réduite à l'usage. La pompe peut aussi être utilisée en tant que turbine capable de fournir un travail du fait de la faculté des chemises rotatives à pouvoir tourner relativement rapidement. A titre indicatif, la vitesse de rotation du rotor 200 en fonctionnement est de l'ordre de 3000 tours/mn et peut atteindre 6000 à 7000 tours/mn selon les caractéristiques des roulements.
La plaque de distribution 630 est destinée à permettre à la pompe 100 d'aspirer et/ou de refouler un fluide ou d'admettre le fluide sous pression et le rejeter dans le cadre d'une utilisation en turbine, c'est-à-dire pour produire un couple moteur.
Elle est définie notamment par deux faces principales qui sont parallèles. Elle est traversée d'un passage cylindrique 632 coaxial avec les deux parois cylindriques 410.
Le diamètre du passage cylindrique 632 est à peine supérieur à celui du diamètre intérieur des parois cylindriques 410, assurant ainsi la continuité géométrique entre les deux parois cylindriques 410 des deux chemises rotatives 400, de sorte que les palettes 210 puissent frôler le passage cylindrique 632 sans le toucher pendant leur rotation. Un jeu J matérialise, sur la vue en détail A- A, cette différence de diamètre.
On remarquera encore sur cette vue en détail A- A, que le bord libre de chaque paroi cylindrique 410 est aminci et forme une couronne 412 qui pénètre dans une gorge circulaire 634 réalisée dans chacune des faces principales de la plaque de distribution 630. Le dimensionnement de ces deux parties complémentaires est réalisé avec jeu de sorte que la chemise rotative puisse tourner sans frottement et en réalisant cependant une quasi étanchéité grâce à l'effet chicane que leur imbrication produit.
La disposition de la plaque de distribution 630, qui est une pièce statique de la pompe, et qui est placée cependant entre les deux chemises rotatives 400 montées libres à rotation, autorise de la sorte le raccordement de la pompe 100 au niveau de la périphérie des palettes 210 comme dans une pompe à palettes conventionnelle, c'est-à- dire pourvue d'un stator fixe. En référence à la Fig. 3, la plaque de distribution 630 est, à cet effet, traversée radialement d'au moins un conduit d'aspiration 636 et d'au moins un conduit de refoulement 638 du fluide et qui débouchent au travers du passage cylindrique 632. Les palettes 210 font office de tiroirs pour les conduits 636 et 638 pour aspirer le fluide dans les chambres et le refouler ensuite.
Le déroulement des séquences d'aspiration et de refoulement dans les chambres est mis en œuvre par le passage des palettes devant le débouché des conduits. Le remplissage et la vidange des chambres sont obtenus rapidement et sans utiliser des auxiliaires d'admission ou d'échappement, comme des soupapes, des clapets.
Lorsqu'elle fonctionne en compresseur, le gaz est admis dans une chambre au travers d'un premier conduit d'aspiration 636 (i), puis pendant la rotation du rotor symbolisée par la flèche R, cette chambre sort du débouché du premier conduit pour aspirer le gaz par le deuxième conduit d'aspiration 636 (2), et enfin aspirer le gaz par le troisième conduit d'aspiration 636 (3). La chambre atteint alors son volume maximum et il diminue ensuite pour comprimer le fluide prisonnier dans celle-ci. Quand la chambre atteint le débouché du premier conduit de refoulement 638 (i), et dont le positionnement a été déterminé en fonction de la pression d'éjection souhaitée, le gaz sous pression quitte alors la pompe au travers de ce conduit de refoulement 638 (i), puis ensuite au travers du second conduit de refoulement 638 (2). La présence de ce second conduit permet d'accroître le rendement de la pompe en supprimant la compression inutile d'un volume résiduel.
Sa position est telle qu'il échappe à la palette qui le balaie, lorsque les deux palettes qui encadrent la chambre la plus petite sont positionnées symétriquement par rapport au plan médian de la pompe qui passe par l'axe du rotor et des chemises rotatives. Sa position est indépendante de la pression souhaitée en sortie.
Le rotor 200, les deux chemises rotatives 400, les deux manchons cylindriques 650 ainsi que les flasques 610 sont de préférence fabriqués en fonte grise lamellaire, choisie pour sa résistance à la corrosion, sa stabilité dimensionnelle, ainsi que pour son coefficient de dilatation proche de celui des roulements.
Les palettes 210 sont de préférence fabriquées en acier inoxydable, en graphite, en PTFE (polytétrafluoroéthylène).
La pompe peut fonctionner à sec, par exemple avec des palettes fabriquées en PTFE ou encore être lubrifiée avec une huile de silicone, un composé graphité. L'utilisation de lubrifiant permet d'augmenter le rendement de la pompe, de la turbine, grâce à une amélioration de l'étanchéité des chambres, par la présence de ce lubrifiant qui s'immisce, notamment, dans chaque chicane 634/412, illustrée dans la vue en détail A-A de la Fig. 1, et qui est réalisée entre la plaque de distribution 630 et chaque chemise rotative 400.
Le fluide comprimé dans certaines chambres pendant la rotation du rotor 200 exerce sur les parois latérales 420 des chemises rotatives 400 une pression qui tend à les séparer des bords latéraux des palettes 210 et du rotor 200. Pour conserver l'étanchéité requise entre l'ensemble rotor/palettes et ces parois latérales 420, la pompe 100 comprend un système de compensation de forces 500. Il comprend deux butées rotatives telles que des butées à billes 510a et 510b respectivement interposées entre les deux flasques 610 et les parois latérales 420 des deux chemises rotatives 400. Pour compenser l'usure, de l'ensemble rotor/palettes et des parois latérales 420, le calage de ces butées peut être modifié en continu par l'intermédiaire de vis de réglage 520 incorporant des ressorts et qui sont susceptibles d'appliquer une pression constante sur la cage des butées à billes et qui est tournée vers les flasques. Cette cage est logée dans une gorge circulaire 612 et au moins deux vis à ressort 520 débouchent dans celle-ci pour repousser ladite cage. Dans une variante de réalisation, non représentée, du système de compensation, les cages à aiguilles 660 sont remplacées par des roulements à billes qui acceptent des efforts axiaux pour remplacer les butées à billes.
Le rendement de la pompe à palettes de l'invention est relativement élevé du fait de la nature du glissement limité existant entre les palettes et les chemises rotatives.
La continuité des flux d'entrée et de sortie de la pompe lui procure un fonctionnement silencieux et sans vibrations. Les accessoires, comme par exemple des condenseurs, susceptibles d'être raccordés à la sortie de la pompe bénéficient de cette régularité des flux et fonctionnent silencieusement.
Elle procure des débits importants au regard de son encombrement.
Sa simplicité de construction lui confère une grande fiabilité.
Utilisée en turbine volumétrique, qui exploite la détente d'un gaz pour entraîner le rotor, la turbine de l'invention présente les avantages de pouvoir fonctionner à des vitesses variables et de pouvoir supporter la présence d'une importante fraction de liquide de condensation lors de la détente. Cette dernière caractéristique autorise un plus large spectre de détente sans surchauffe.

Claims

REVENDICATIONS
1) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, du type comprenant un rotor incluant des palettes montées libres à coulissement dans des fentes radiales, cet ensemble étant logé respectivement par ses deux extrémités dans deux chemises rotatives montées libres à rotation dans la pompe, la turbine, celle-ci comprenant une plaque statique de distribution (630) d'un fluide susceptible d'être aspiré et refoulé par la pompe, la turbine, pendant la rotation du rotor, ladite plaque étant interposée entre lesdites chemises rotatives,
caractérisée en ce que chaque chemise rotative (400) présente en coupe longitudinale, une section en cloche comprenant une paroi cylindrique (410), contre la face intérieure de laquelle le bord libre des palettes (210) est susceptible d'être mis en contact, ladite paroi cylindrique étant fermée d'un côté par une paroi latérale (420) contre laquelle l'un des bords latéraux des palettes (210) et du rotor (200) est mis en contact.
2) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cloche constitutive de chaque chemise rotative (400) est fabriquée d'un seul tenant de sorte à obtenir une étanchéité parfaite entre la paroi cylindrique (410) et la paroi latérale (420).
3) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque chemise rotative (400) est montée libre à rotation, par l'intermédiaire d'un moyen de roulement (660), dans un manchon cylindrique (650) tenu entre la plaque de distribution (630) et un flasque (610).
4) Pompe à palettes ( 100), turbine à palettes, selon la revendication 3, caractérisée en ce que le bord libre de chaque paroi cylindrique (410) pénètre dans une gorge circulaire (634) réalisée dans chacune des faces principales de la plaque de distribution (630).
5) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la plaque de distribution (630) est traversée d'un passage cylindrique (632) coaxial avec les deux parois cylindriques (410) des deux chemises rotatives (400), le diamètre du passage cylindrique (632) étant à peine supérieur à celui du diamètre intérieur des parois cylindriques (410) de sorte que les palettes (210) puissent frôler ledit passage cylindrique (632) sans le toucher pendant leur rotation. 6) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 5, caractérisée en ce que la plaque de distribution (630) est traversée radialement d'au moins un conduit d'aspiration (636) et d'au moins un conduit de refoulement (638) du fluide et qui débouchent au travers du passage cylindrique (632).
7) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de compensation (500) capable de caler latéralement chaque chemise rotative (400) de sorte à compenser la pression du fluide exercée sur les parois latérales (420) pour conserver l'étanchéité requise entre l'ensemble rotor/palettes et ces parois latérales (420).
8) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de compensation (500) comporte deux butées rotatives (510a, 510b) respectivement interposées entre les deux flasques (610) et les parois latérales (420) des deux chemises rotatives (400).
9) Pompe à palettes (100), turbine à palettes, selon la revendication 8, caractérisée en ce que le calage des butées rotatives est susceptible d'être modifié en continu par l'intermédiaire de vis de réglage (520) incorporant des ressorts capables d'appliquer une pression constante sur la cage des butées et qui est tournée vers les flasques.
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