Brevet FR2001276A1 — publié le 19690926

î 2001276 l'invention concerne un dispositif rotatif comportant un rotor équipé d'ailettes jouant le rôle de pistons rotatifs et qui peut fonctionner en tant que pompe, compresseur, moteur hydraulique, moteur à gaz ou à combustion interne ; aménagé sous la forme 5 d'ensembles adéquats, ce dispositif peur servir de transmission continue ou de réducteur et constituer d'autres variantes de moteurs à combustion interne. On connaît de nombreux dispositifs à pistons rotatifs, tels que les diverses variantes des moteurs à combustion interne commu-10 nément nomma es «Wankel, Eadziwil et Bazycki, le dispositif nommé Weinberger, les moteurs à combustion interne nommés Breell et Marshall, les moteurs hydrauliques de la firme Hartmann et d'autres dispositifs rotatifs à un ou plusieurs rotors, comme les compresseurs nommés Boots, ou sa variante Wade, des pompes h en— 15 grenage (pompe "Encke" des compresseurs ou pompes à. ailettes, notamment les pompes "Vickers") ou à vis , telle que celle nommée Lysholxu Outre les avantages connus de ces dispositifs rotatifs, un défaut essentiel consiste dans le fait que le volume de travail 20 atteint, engendré par un tour de rotor, est au plus égal au volume de construction, c'est-à-dire au volume géométrique du dispositif {pompe à engrenage, pompe Encke, pompes et compresseurs à ailettes à effet simple, compresseur Lysholma) et est rarement à peine plus grand (moteurs : Wankel, Badziwill, Rozyeki ; compresseurs : Boots, 25 à ailettes, à effet double, à vis et à trois rotors). Une exception est présentée, dans ce cas, par le moteur hydraulique de la firme américaine Hartmann dont le volume de travail est presque égal à quatre fois lé vdkime de construction, bien que ce dernier ne peut pas être très grand du fait de sa structure, les moteurs à combus-50 tion interne Breelle (France) et Marshall (Angleterre) ne présentant guère de solution très avantageuse, sous cet aspect. Tout le t cycle de travail se répète, dans le premier de ces moteurs, deux fois pendant un tour du rotor, et dans le deuxième - trois fois ; cependant, le volume de construction de ces dispositifs n'est uti-35 lisé qu'une seule fois pendant un tour du rotor, ou deux fois, si 6901548. 2 2001276 l'on considère séparément le processus d'aspiration et de compression, ainsi qtue de travail et de refoulement des gaz brûlés. C'est pour ces raisons,' que les machines mécaniques et machines thermiques employées présentent, en général, un grand poids et 5 de grandes dimensions et que les indices atteints, caractérisant le dispositif donné, tels Un autre trait caractéristique des dispositifs rotatifs connus est le fait que seuls, dans des cas exceptionnels, ils peuvent être utilisés pour des tâches autres que celles auxquelles ils 25 ont été destinés. Par exemple, l'emploi de la pompe à engrenage, de la pompe Encke, à ailettes ou lysholma, soit encore le compresseur Boots, Wade ou Vickers, en tant que moteur hydraulique, et surtout comme moteur à gaz» requiert de sérieuses modifications de construction. 30 Ce même problème se rapporte, dans une grande mesure, à d'autres dispositifs susmentionnés* On peut imaginer, par exemple, l'utilisation comme pompe du moteur hydraulique de la firme Hartmann, et même comme compresseur, mais son utilisation en tant que moteur à combustion interne serait difficile. 35 D'autre part, les dispositifs rotatifs connus se particulari 6901548 3 2001276 sent, en général, par des caractéristiques propres aux machines volumétriques, ou aux moteurs, sans présenter les avantages spécifiques des machines rotodynamiques comme les pompes et compresseurs rotodynamiques, ou les turbines. 5 les moteurs Wankel, Badziwill, Rozycki, ou le dispositif Weinberger, sont avant tout des machines volumétriques. Par exemple, la pompe Encke, la pompe à engrenage, les pompes et compresseurs à ailettes, à vis, et les pompes Boots, présentent des traits caractéristiques propres aux machines rotodynamiques. Ces traits sont néanmoins peu nombreux : l'absence de soupapes d'aspiration et de refoulement, l'aspiration et le refoulement étant continus. le moteur à oombustion interne Marshall, analysé sous cet aspect, se distingue, en outre, par une grande allure et par l'équilibrage dynamique des éléments rotatifs. Cependant, dans ce moteur, en raison du faible rapport du volume de travail au volume de construction, et dans le moteur de la firme Hartmann, en raison de la petite allure et du faible volume de construction, le détail ne peut être comparé à celui atteint dans les pompes et compresseurs rotodynamiques ou dans les turbines. Dç plus, aussi bien dans le moteur Marshall que dans celui de la firme Hartmann, l'aspiration et le refoulement ne constituent pas un processus continu, mais partiellement intermittent ce qui est dû au fait que le canal d'aspiration est couvert par les larges sommets des saillies du rotor, et dans le cas du moteur de la firme Hartmann, les orifices d'admission et d'échappement aménagés sur la périphérie du rotor, sont couverts par les vannes rotatives. Les défauts et lacunes susmentionnés ont été éliminés, dans une grande mesure, dans le dispositif faisant l'objet de la présente invention. Un dispositif rotatif conforme à l'invention se compose d'un t rotor à pistons, muni sur sa périphérie d'ailettes radiales en forme de cents à contour épicycloldal qui, en coopération avec des vannes cylindriques qui sont l'enveloppe des positions successives de l'arête du sommet des ailettes, remplissent le rôle de pistons, 6901548 4 2001276 le rotor à pistons étant monté axialement dans le corps grâce à des paliers et exécutant uniquement un mouvement de rotation, de mène que les vannes cylindriques qui lui sont accouplées cinéma-tiquement et qui coopèrent d'une façon étanche. les vannes cylin-5 driques sont également montées dans des paliers prévus dans des sièges répartis à la périphérie dudit corps, divisant le volume de construction du dispositif en un nombre quelconque de zones séparées. Dans l'une des variantes, le dispositif est construit comme 10 décrit précédemment, à cette différence que le rotor à pistons est monté de façon coulissante sur un. arbre creux auquel est accouplée également une douille avec siège approprié pour loger le rotor à pistons, et comportant des canaux d'admission ou d'échappement ; le rotor à pistons pouvant s'engager ou se dégager de la 15 douille qui tourne en commun avec lui, modifiant ainsi sa largeur active. tes canaux d'admission et d'échappement sont aménagés dans l'arbre creux et communiquent, plus loin, avec les zones de travail, pour s'ouvrir sur le côté d'aspiration ou de refoulement des 20 ailettes du. rotor à pistons soit encore, comme dans la deuxième variante du dispositif, l'agent arrive aux zones de travail par l'arbre ereux et ensuite par le rotor à pistons et il s'écoule par le canal ménagé dans la douille qui tourne en commun avec le rotor ou inversement. 25 En outre, ces canaux peuvent être répartis tout autrement. Par centre, dans les deux variantes, le contact géométrique des ailettes du rotor qui travaillent en commun avec les évidements des vannes cylindriques présente une grande importance ; ce contact se produit, à tout moment, simultanément le long des trois génératri-» 50 ces communes à l'ailette du rotor et à l'évidement de la vanne, à savoir, le long des deux bords de l'évidement de la vanne et du sommet de l'ailette du rotor, ce contact étant le résultat de la cinétique des éléments coopérant entre eux et de leur contour épicycloldal. 55 Une telle solution des machines et des moteurs permet, suivaÈ 6901548 5 2001276 le nombre de vannes de distribution du volume de construction du dispositif, d'utiliser ce volume pendant un tour du rotor à piston ; non seulement la multiplicité d'utilisation du volume de construction peut être beaucoup plus grande que dans les disposi-5 tifs connus| même en comparaison avec le moteur hydraulique de la firme Hartmann, mais également le rapport du volume de travail au volume de construction peut être plus grand. Cette caractéristique est d'un grand effet sur les dimensions et le poids de la machine de travail, particulièrement dans les 10 cas où. sont requises des valeurs exceptionnellement avantageuses pour les indices unitaires, soit donc en premier lieu, dans tous les genres d'utilisation en communication et pour les engins de transbordement ou de transport. l'élément actif, c'est-à-dire le rotor à pistons monté sur 15 l'arbre creux, ainsi que les vannes cylindriques coopérant et de/ accouplées audit rotor, n'exécutent qu'un mouvement rotation en raison de quoi, les surfaces intérieures du corps ne présentent pas de profil compliqué ; le rotor à pistons et les vannes cylindriques sont entièrement équilibrés dynami queuent et les surfaces 20 coopérantes de ces éléments ne portent pas d'empreintes, étant donné que le contact «Bt exclusivement géométrique. L'arbre creux peut même présenter un diamètre égal à celui du rotor à pistons et la vitesse de rotation de ce dernier n'est limitée que par des égards de résistance, par le genre d'entraîne-25 ment ou de réception de cet entraînement et par la vitesse admissible de l'agent et, en outre, pour les moteurs à combustion interne, par la vitesse de combustion. L'étanchéité des éléments coopérant est assurée, selon le procédé dit de "petite fente", ce qui est suffisant pour la vites-50 se circonférentielle du rotor à pistons choisie de façon adéquate et pour les différences de pression relativement petites entre { les chambres de travail voisines. En outre, l'étanchéité peut être assurée d'une autre façon, et il est possible d'utiliser d'autres garnitures connues. 55 De plus, le dispositif rotatif selon l'invention fonctionne 6901548 s 2001276 comme une machine à piston, ce gui signifie, entre autres, que l'aspiration et la compression, ou le refoulement, se produisent par suite de changements de volume des chambres de travail, et an même temps, ce fonctionnement est un processus continu, comme dans 5 les machines rotodynamiques classiques ; compresseurs et pompes rotodynamiques ou turbines et certaines autres machines rotodynamiques, comme dans les compresseurs et pompes à ailettes. Tout en maintenant la capacité d'auto-aspiration et la possibilité d'importants accroissements de pression, ce qui est une 10 caractéristique spécifique des machines volumétriques, ce dispositif présente, également, les propriétés des machines rotodynamiques telles que s une très large gamme de vitesses de rotation, une grande uniformité de marche9 un débit exceptionnellement grand, ces propriétés n'étant comparables qu'à celles atteintes dans les 15 pompes et compresseurs rotodynamiques ou dans les turbines de même grandeur. le dispositif selon l'invention se caractérise, également, par aa capacité d'autoréglage du taux de compression interne, suivant les conditions de régime et, dans l'une des variantes, par la 20 possibilité de réglage continu de l'intensité de courant, du débit ou de la vitesse de rotation, à l'intérieur d'une très large gaisse* En même temps, le dispositif répond, également, à la condition d'universalité dans les plus divers assemblages, en tant qu" une ou plusieurs variantes de machines de travail ou de moteur 25 susmentionnées. Ceci est possible après avoir procédé à de tuttiiasa ZEOdifications dans le mode d'amenée ou d'évacuation de l'agent, et après assemblage de deux ou de plusieurs dispositifs, dans des ensembles respectifs ; chaque dispositif, monté sur un arbre commun, soit donc accouplé cinématiquement, ou placé séparément et 30 accouplé par gaz ou hydrodynamiquement, soit encore en d'autres combinaisons, peut être un élément constituant d'un ensemble se composant d'un compresseur, d'une turbine à piston et d'une transmission continue, soit d'un moteur hydraulique. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins 35 en annexe qui en représentent, uniquement à titre d'exemple, des 6901548 7 2001276 modes de réalisation préférée. Sur ces dessins : - la figure 1 représente, en élévation et en coupe partielle, un dispositif pouvant remplir, entre autres, le rôle de compres- 5 seur ; - la figure 2 représente, en coupe transversale, le dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 représente, en coupe longitudinale, une variante du dispositif de la figure 1, qui peut remplir, par exemple, le 10 rôle d'une pompe ou d'un moteur hydraulique ; dans le champ inférieur de la coupe, le rotor mobile se trouvant en position extrême gauche ; - la figure 4 représente la coupe transversale, suivant les lignes A-A, B-B, C-G de la variante de la figure 3» 15 Sur la figure 1 on peut voir un dispositif rotatif pouvant remplir le rôle de compresseur, de pompe, de moteur hydraulique ou à gaz, qui se compose d'un corps nervuré 1 renfermant, en position axiale, un arbre creux 2 qui porte un rotor à piston 3. La partie périphérique de ce rotor est munie d'ailettes ra-20 diales .4 en. forme de dents à contour épicyololdal et à génératrices parallèles ou obliques par rapport à l'axe de l'arbre creux 2 et qui travaillent, en commun, avec des évidements 5 en forme de rainure adaptée à la dent épicycloïdale, ces évidements étant aménagés dans des vannes cylindriques 6 logées, parallèlement à l'arbre 25 creux 2, dans des sièges 8 répartis sur la périphérie du corps 1. Le corps nervuré 1 est fermé, de front, par un couvercle avant 9 et un couvercle arrière 10, dans lesquels sont montés des paliers 11 et 12 des arbres 7 des vannes 6, et des paliers 13 et 14, coa-xial au corps 1 pour l'arbre creux 2» 30 L'alésage de l'arbre 2 est divisé, par un élément inséré 15» en deux zones distinctes : une zone d'admission 16 et une zone d'échappement 17, rendues étanches à l'aide d'une garniture d'é-tanchéité 18 et d'un presse-étoupe 19« La zone d'admission 16 communique par des canaux 20 avec le 35 côté arrière des ailettes radiales 4» et la zone d'échappement 17 6901548 8 2001276 communique, par des canaux 21, avec le côté avant des ailettes radiales 4 j les canaux 20 et 21 étant aménagés tangentiellement à la paroi de l'alésage de l'arbre 2. L'arbre creux 2 et les arbres 7 sont accouplés cinématiquement par l'intermédiaire, par 5 l'intermédiaire, par exemple» de pignons d'engrenage 22 et 23, le rapport âe transmissien entre les pignons dépendant du rapport entre les diamètrees du rotor à pistons 3 et des vannes cylindriques 6, entrs le nombre de vannes cylindriques 6 et d'ailettes radiales 4, ce rapport étant favorable pour "n" vannes 6 et 10 "n + 1" ailettes 4-, ainsi que du nombre d'évidements 5. La variante du dispositif selon l'invention, (figures 3 et 4} pouvant fonctionner en tant que pompe, compresseur, moteur à gaz ou hydraulique à débit variable, se compose d'un corps 24 fermé par un couvercle avant 25 et un couvercle arrière 26, qui ;15 portent, par 1'intermédiaire de paliers 27 et 28, un arbre creux 29 disposé coasialement au corps 24. Sur cet arbre est monté, coulissant, ?m rotor s pistons 30 muni d'ailettes radiales 31 ea forme de dents à contour épicyololdal, ces ailettes coopérant, d'une façon etanche, avec des évidements 32 aménagés dans des 20 vannes cylindriques 33 montées sur des arbres 34, ces vannes cy= lindriques reposant, grâce à des paliers 35, et 36, dans des sièges parallèles à l'arbre creux 29 et répartis à la périphéri® du corps 24« L'arbre creux 29 est accouplé à une douille 38 qui tourne 25 conjointement avec l'arbre et qui renferme un siège 39 pouvant loger le rotor à piston 30, mobile par rapport à l'arbre creux 29 et à la douille 38. Un canal d'admission 40 faisant partie de l'alésage de 1'arbre 29, limité par un élément inséré 41, communique par des canass 30 42 aménagés dans le rotor à pistons 30 avec le côté arrière des ailettes radiales 31 du rotor 30. La partie avant des ailettes radiales 31 du rotor 30 communique par des canaux 43 aménagés da:as la douille 38, avec une zone annulaire 44, prévue dans le couverele avant 25 et, plus loin, avec un conduit d'échappement 45. 35 Du côté opposé à la douille 38, en aval du rotor à pistons ;:QS 6901548 9 2001276 l'arbre creux 29 porte un poussoir coulissant 46 qui, sous l'effet de l'agent amené par l'orifice 4-7» déplace le rotor à pistons 30 vers l'intérieur de la douille 38, provoquant la réduction de la largeur active du rotor à pistons 30. L'agent amené par un 5 orifice 48, dégage le rotor à pistons 30 de la douille 38. L'accouplement cinématique de l'arbre creux 29 du rotor à pistons 30 et des arbres 34 des vannes cylindriques 35* est réalisé au moyen de pignons 49 et 50. Le fonctionnement du dispositif résulte, directement, de la 10 description des exemples des variantes de construction. Il est en principe le même pour les deux variantes représentées. Pendant la rotation du rotor à pistons 3 ou 30 (dans le cas où. ce dernier est un élément entraîné par une source de puissance extérieure, c'est-à-dire lorsque le dispositit fonctionne par 15 exemple en tant que compresseur ou pompe), il se produit un accroissement de toutes les zones de travail, du côté aspiration des ailettes radiales 4 ou 31 (côté arrière par rapport au sens de rotation du rotor), et en même temps, une réduction de toutes les zones de travail du.côté refoulement des ailettes à piston 4 ou 20 31 (côté avant par rapport au sens de rotation du rotor). En conséquence, l'agent est aspiré de la zone d'aspiration 16 ou 40, par les canaux respectifs 20 ou 42, dans le rotor à pistons 3 ou 30, et il s'écoule en continu, par le côté aspiration des ailettes radiales 4 ou 31 et remplit, en môme temps, toutes les zones crois-25 santés de travail. Simultanément, le côté refoulement des ailettes radiales 4 ou 31r comprime l'agent dans les zones de travail décroissantes, le refoulement en continu, par les canaux 21, dans le rotor à pistons 3 vers la zone d'échappement 17» ou par les canaux 43, ménagés dans 30 la douille 38 tournant conjointement avec le rotor à piston, vers la zone annulaire 44, et plus loin vers la buse Le côté aspiration est sépaté du côté refoulement, et il est rendu étanche, dans les zones de travail, d'une part, par le bord au soumet du rotor à pistons 3 ou 30 se déplaçant soit le long de 35 la surface intérieure du corps 1 ou 24, soit le long de la surface 6901548 10 2001276 intérieure des évidements 5 ou 32 des vannes cylindriques 6 ou 55» et de l'autre part, par le contact linéaire de la surface extérieure des vannes cylindriques 6 ou 55 avec la surface extérieure du rotor à pistons 5 ou 50, soit encore par le contact linéaire 5 des bords des évidements 5 ou 52 des vannes cylindriques 6 ou 53» avec les surfaces extérieures des ailettes radiales 4 ou 31» Le fonctionnement du dispositif est le même dans le cas de son emploi en tant que moteur hydraulique ou à gaz, à cette différence près que le liquide, circulant comme auparavant, est amené 10 au dispositif sous pression, et agissant simultanément sur le côté arrière de toutes les ailettes radiales 4 ou 51» il provoque la rotation du rotor à pistons 5 ou 30» et parant, l'accroissement des volumes de travail respectifs ; il se détend et il est refoulé de façon continue, simultanément de toutes les autres zones de travail 15 en décroissance, par la surface avant de chaque ailette radiale suivante 4 ou 51® Dans la deuxième variante du dispositif, le déplacement du rotor à piâtons 50, par rapport à la douille 58 évoluant conjointement avec le rotor, provoque le changement simultané de tous les 20 volumes de travail du dispositif. Dans le cas d'une pompe ou d'un compresseur, on obtient ainsi le réglage continu et dans une large gamme de l'intensité du courant P et dans le cas de moteur hydraulique ou à gaz, fonctionnant en circuit fermé avec la pompe ou le compresseur, un réglage con-25 tinu, également dans une large gamme de la vitesse de rotation. Le fonctionnement du dispositif, en tant que moteur à combustion interne est possible dans les différentes versions, aais surtout enœliant, par des chambres de combustion adéquates, le compresseur avec le décompresseur (par moteur à gaz) après avoir 30 apporté certaines modifications au système d'alimentation et d'évaluation, chaque dispositif faisant partie de l'ensemble, fonctionnant comme décrit ci-dessus. La liaison du compresseur avec le décompresseur peut être réalisée de diverses manières, mentionnéas auparavant* 35 Evidemment, les exemples des modes de construction du disposi 6901548 11 2001276 tif selon l'invention n'épui.sent guère tous les détails de solution possibles et qui peuvent sensiblement développer le sens de l'invention. Ainsi, par exemple, l'accouplement cinématique de l'arbre du rotor et des arbres des vannes peut être obtenu à l'aide d'un 5 ensemble de roues à friction ou d'autres transmissions ; le déplacement du. rotor par rapport à la douille peut être réalisé par des moyens mécaniques ou pneumatiques et les canaux d'admission et d'échappement peuvent omettre l'arbre du rotor et être constitués par un système de fentes adécuantes* De même, le mode d'assemblait' ge de dispositifs sous la forme d'ensembles, mentionné plus haut, et qui peuvent remplir diverses fonctions, n'épuisent guère toutes les variantes possibles. Eien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède mais elle en comprend, au contraire, toutes 15 les variantes à la portée de l'homme de l'art. 6901548 12 2001276 REVENDICATIONS 1°) Dispositif rotatif à pistons rotatifs dans un corps dont la surface intérieure présente des cylindres circulaires parallèles, le cylindre central renfermant un rotor à piston et les au-5 très cylindres des vannes accouplées audit rotor par des transmissions arec évidements adéquats, ces vannes coopérant d'une façon étancge avec ledit rotor, caractérisé par le fait que le rotor à pistons comporte des ailettes radiales en forme de dents à contour épicycloîdal et à génératrices parallèles ou obliques par rapport 10 à l'axe du rotor, et coopère avec des vannes cylindriques présentant des évidements en forme d'enveloppe des positions successives du bord au sommet d'une ailette radiale, le rotor à pistons étant monté sur un arbre creux équipé d'un élément qui divise son alésage en une zone d'admission eonBD.uniq.uant par des canaux aménagés 15 dans ledit rotor avec le côté arrière, par rapport au sens de sa rotation, deadites ailettes et une zone d'échappement communiquant par des canaux aménagés dans ledit rotor avec le côté avant desdites ailettes. 2°) Une variante du dispositif rotatif selon la revendication 20 1 caractérisée par le fait que ledit dispositif est équipé d'un rotor à pistons mobile sur son arbre creux et par rapport à une douill© accouplée à cet arbre et présentant un siège q.ui peut loger le rotor à pistons mobile et tournant conjointement avec ladite douille, cette dernière comportant, également, des canaux 25 qui relient la zone de travail du dispositif avec une zone annu~ laire présentant un canal d'échappement.