Brevet FR2029391A1 — publié le 19701023

La pressente invention est relative à un compresseur rotatif à palettes d'un type nouveau, destin à tourner à grande vitesse pour la production d'air comprimé. On connaît déjà plusieurs types de cofllpresseurs rotatifs à palettes. La plupart d'entre eux comportent des palettes qui frottent sur la périphérie ou sur les parois latérales du stator, ce qui limite la vitesse maxima de rotation et fait rapidement apparaître une usure importante. Pour éviter cet inconvénient, d'autres sytèmes connus prévoient de monter dans le stator, des bagues extérieures tournantes qui reçoivent l'effort centrifuge des palettes : cette réalisation est compliquée, et elle s'ac- comnce mal d'une vitesse de rotation importante. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant par des oyens très simples un compresseur rotatif dont les palettes ne frottent ni sur la périphérie ni sur les parois latérales du stator, ce qui supprime pratiquement l'usure et autorise des vitesses de rotation extr8mement élevées, Un compresseur rotatif selon lîinvention comprend un rotor tournant de façon excentrée à l'intérieur d'un stator dans lequel il entraîne en rotation des palettes radiales, et il est caractérisé en ce que les palettes sont montées sur des moyeux de faible épaisseur, lesquels moyeux sont enfilés sur un arbre central centré sur l'axe du stator, des pièces d'articulation étant enfin prévues dans le rotor pour coulisser librement sur chaque palette dans la zone où celle-ci traverse le rotor. Suivant un mode de réalisation préféré, on prévoit dans l'épaisseur de la paroi du rotor, une série de logements cylindriques longitudinaux dans chacun desquels on place deux pièces hemi-cylindriques ménageant entre elles un jeu suffisant pour que la palette correspondante puisse aller et venir. A chaque extrémité, le rotor est muni d'un flasque latéral ou frette qui lteilipeche iLe de s'ouvrir sous l'effet des forces cen- trifuges. Ces flasques retiennent les palettes et les demi-axes d'articulation dans le sens longitudinal, ce qui définit tres exactement leur position par rapport aux faces latérales planes du stator. Le stator est constitué par un manchon tubulaire cylindrique fermé a ses deux extré.lités par des flasques plans rap?ortés. On voit qu'en utilisant des cales d'épaisseur, il est possible de positionner avec précision les palettes par rapport aux faces latérales du stator, de manière à définir un jeu suffisamment faible pour assurer ltétanchéité, mais cependant réel pour éviter l'usure par frottement. L'arbre sur lequel sont enfilés les moyeux des palettes peut être percé en son centre et recevoir une arrivée d'huile de lubrification redistribuée par des trous radiaux sur les moyeux des palettes ; cette huile est ensuite centrifugée par la vitesse et elle vient lubrifier l'ensemble des demi-axes d'articulation équipant le rotor. Le diamètre interne du stator et les dimensions radiales des palettes sont choisis de façon qugentre ces palettes et l'alésage du stator existe un jeu faible qui évite tout frottement. Suivant un mode de réalisation possible, chaque palette est portée par deux paliers. Dans ces conditions, on comprend que la position axiale des deux paliers varie d'une palette à l'autre, pour tenir compte de ltépaisseur desdits paliers. Les paliers qui supportent une partie importante de la palette dépassant en porte à faux sont ainsi davantage sollicités que ceux qui sont proches dtune extrémité de la palette. Pour des raisons pratiques de standardisation et de prix de revient, il est avantageux de prévoir deux types de paliers, un type large pour ceux au-delà desquels la palette dépasse largement en porte à faux, et un type mince pour ceux qui sont fixés près d'une extrémité de la palette. Suivant une première variante possible, 11 arbre sur lequel sont enfilés les paliers des palettes est monté fixe, en porte à faux et encastré par une extrémité dans le stator. Suivant une autre variante possible, cet arbre reste monté en porte à faux, mais il tourne librement dans son support. Une autre variante prévoit de maintenir cet arbre fixe, mais de le supporter à ses deux extrémités, l'une d'elles étant soutenue par un roulement à l'intérieur du rotor. Enfin, suivant une dernière variante convenant bien à un compresseur de forte puissance équipé d'un rotor long, l'arbre de retenue des palettes est porté à ses deux extrémités par des rouleLients, tandis que le rotor est solidaire d'un arbre creux qu'on entraîne en rotation par l'attaque d'un pignon latéral. L'absence de frotte.llent permet de réaliser des palettes en acier, ce qui autorise un Ap importQlAt et rend possible la fabrication d'un compresseur mono-étagé comprinant de O à 8 bar. Le messin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettre de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue éclatée montrant en perspective les principaux éléments d'un compresseur selon l'invention. Fig. 2 est une coupe suivant ïI-II (fig. 3) où deux palettes seulement ont été représentees. Fig. 3 est une coupe suivant III-III (fig. 2) Fig. 4 et 5 illustrent le mode de montage d'une palette et la répartition des paliers d'une palette à l'autre. Fig. 6 est une coupe axiale schématique correspondant au compresseur des fig. 1, 2, 3 où l'arbre portant les palettes est fixe et en porte à faux. Fig. 7 illustre une variante où l'arbre portant les palettes est monté en porte à faux mais tournant librement. Fig. 8 montre une variante où cet arbre est fixe mais soutenu à ses deux extrémités. Fig. 9 illustre une autre variante où l'arbre de retenue des palettes est porté à ses deux extrémités par des paliers dans lesquels il tourne librement. Le compresseur rotatif représenté sur les fig. 1 à 6 comprend principalement un rotor 1, un stator 2, et un arbre 3 sur lequel tournent librement les paliers de plusieurs palettes radiales 4. On verra que la disposition selon l'invention supprime tout frottement des palettes 4 contre les faces internes du stator, si bien qu?il est possible de réaliser ces palettes 4 sous la forme de minces plaques d'acier, Cette caractéristique est importante car elle permet d'accepter une différence de pression importante entre les deux faces d'une meme palette, ce qui autorise pour le compresseur un fonctionnement mono-étagé par exemple pour comprimer de l'air directement E. 8 bar. L'arbre central 3 est fixe il est dispose coaxialement dans l'alésage 5 du stator 2. Le stator k est complété par deux flasques fixes 6 et 7 qui définissent deux faces intérieures planes 8 et 9 (fig. 2). Le rotor 1 se prolonge par un arbre d'entraînement 10 qui est porté dans le flasque 7 par un palier 1 1. Une ou plusieurs cales d'épaisseur 12 intercalées entre ce palier 11 et la face d'appui adjacente du rotor I permettent a-e I3ositionner avec précision la face latérale 13 de ce me:.e rotor par rapport a la face Interte 9 du flasque 7. On verra plus loin que ce moyen permet de régler également le jeu des palettes du compresseur par rapport à la face 9. A l'opposé, on intercale entre la partie cylindrique 2 du stator et la face d'appui 8 du flasque 6, une ou plusieurs cales de clinquant 14 pour régler le jeu relatif de cette face plane 8 et de la face terminale adjacente 15 du rotor 1. Le corps du rotor 1 se présente sous la forme d'une cage cylindrique creuse munie dans son épaisseur, de logements longitudinaux 16, à forme également cylindrique, qui sont régulièrement répartis autour de l'axe 10 du rotor. Dans ltexemple illustré, on a supposé que le compresseur comporte dix palettes 4 et, par conséquent, on prévoit dix logements cylindriques 16 sur la périphérie du corps du rotor 1. Chacun de ces logements 16 intéresse toute la longueur du corps du rotor 1 et débouche à la fois à la périphérie 17 et vers l'intérieur 18 de celui-ci. A son extrémité libre, le corps du rotor 1 se termine par un rebord saillant 18 qu'on coiffe au moyen d'une cloche 19 solidaire d'un manchon cylindrique 20. La fixation de la cloche 19 sur le corps du rotor 1 s î effectue à l'aide de vis 21. Le manchon 20 est ainsi maintenu coaxialementpar rapport à l'arbre 10 du rotor et à l'opposé de celui-ci. il est maintenu extérieurement par un palier 22 que porte le flasque 6 du stator. Ainsi, le rotor 1 tourne entre deux paliers 11 et 22. Par ailleurs la présence de la cloche 19 autour du rebord 18 évite que le rotor 1 n'ait tendance à s'ouvrir du fait de la présence des fentes longitudinales 16, 17, 18, sous l'effet des forces centrifuges.On verra plus loin que cette cloche 19 assume une fonction supplémentaire qui est de servir de butée latérale aux palettes 4 pour les maintenir dans le plan de la face 15 du rotor et définir avec précision leur jeu axial sur la face plane 8 du stator. A cet effet, on adjoint à la cloche 19 une autre cloche ou coupelle 23 qui coiffe à l'opposé du corps du rotor, un épaulement 24 sur lequel on la fixe par des vis 25. Par contre, l'arbre fixe 3 dépasse en porte à faux à l'intérieur du corps du rotor 1, et ii est maintenu à une extrémité du stator par clavetage dans un support fixe 26 disposé à l'intérieur du manchon tournant 20 Sur cet arbre fixe 3 sont eripilés des moyeux tels que 27, 28, 29, 30 portant les palettes 4. Chacun de ces moyeux tourne libreilsent sur l'arbre 3 et il possède une fente dans laquelle on loge la palette après quoi on l'arase par une goupille 31. Dans l'exemple représenté, on a supposé que chaque palette 4 est portée par deux moyeux tels que 27 et 28 ou 29 et 30. Pour des raisons constructives, les moyeux sont de deux épaisseurs. Pour ceux qui sont voisins du centre des palettes 4, et qui sont donc conduits à subir la plus grande partie de l'ef- fort centrifuge, on choisit une épaisseur 32 importante (cas des moyeux 28 et 29). Par contre, pour les moyeux tels que 27, 30, 33 ou 34 qui sont situés près des extrémités (fig. 2, 4 et 5), on adopte une épaisseur 35 plus faible car ils ntont a' supporter au maximum qu'environ la moitié de l'effort centrifuge. Dans chaque logement circulaire 16, on dispose deux pièces d'articulation hémi - cylindriques 36 et 37 qui ménagent entre elles un jeu suffisant pour qu'une palette 4 puisse aller et venir. Gracie à cela, lorsque le rotor 1 tourne, il entrain par les pièces d'articulation 36 et 37, les palettes 4 que l'arbre 3 maintient centrées sur l'axe du stator 2. Ces palettes 4 sont conçues pour avoir un jeu faible mais connu dans l'alésage 5 du stator 2. On voit ainsi que l'effort centrifuge développé par les palettes 4 est absorbé entre les moyeux tels que 27, 28, 29 ou 30 et l'arbre 3. Par ailleurs, les logements 16 débouchant aux deux extrémités du corps du rotor 1, les faces d'appui des cloches 19 et 23 servent de butées axiales à la fois aux palettes 4 et aux pièces d'articulation 36 et 37. Cela permet de définir très exactement le jeu latéral par rapport aux faces planes 8 et 9 du stator. L'arbre 3 peut entre percé en son centre et recevoir une ar rivee d'huile de lubrification redistribuée par des trous convenables sur les moyeux tels que 27 à 30 Cette huile est ensuite centrifugée par la vitesse et elle vient lubrifier par les fentes 17, 18 l'ensemble articulé formé par les pièces 36,- 37 et par les palettes 4. On ne décrira pas glus en détail le cycle de fonctionnement du compresseur selon l'invention : ce fonctionnement est tout à fait classique dans le domaine des compresseurs à palettes. On a représenté sur la fig. 7 une variante de réalisation possible où on a remplacé l'arbre fixe 3 par un arbre 38 qui dépasse en porte à faux hors du support fixe 26 dans lequel il tourne librement, race à des paliers 39 et 40. Une autre variante a été illustrée sur la fig. 8 où l'on conserve pour les moyeux des palettes, un arbre 41 qui est fixe. Combine marbre 3, cet arbre 41 est solidaire par une extrémité du support 260 Par contre, à ltextrémité opposée, l'arbre 41 prend appui par un roulement a billes ou à rouleaux 42 à l'intérieur du rotor 1, près du palier 11. On a représenté sur la fig. 9 une version dans laquelle l'arbre central 43 sur lequel sont enfilés les moyeux des palettes, n'est pas en porte à faux, mais porté à chaque extrémité par des roulements à billes 44 et 45. Pour cela, le rotor 1 se termine par deux flasques creux 46 et 47. Le flasque 46 reçoit un pignon 48 qui engrène sur un pignon moteur 49 monté sur un arbre d'entrée 50. Les flasques 46 et 47 sont alors utilisés pour servir de bute latérale aux palettes 4 et aux demi-axes d'articulation 36, 37 en jouant pour cela le ralle des cloches 19 et 23 de la fig. 2. On voit que l'arbre 43 de cette variante (fig. 9) tourne librement dans les paliers 44 et 45 qui le portent à ses extrémités. Cette version convient donc bien à un compresseur de forte puissance, où l'on confère au rotor 1 une grande longueur. REVENDICATIONS -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= 1- Compresseur rotatif comprenant un rotor tournant de façon excentrée à l'intérieur d'un stator dans lequel il entraîne en rotation des palettes radiales, et caractérisé en ce que les palettes sont montées sur des moyeux de faible épaisseur, lesquels moyeux sont enfilés sur un arbre central centré sur l'axe du stator, des pièces d'articulation étant enfin prévues dans le rotor pour coulisser librement sur chaque palette dans la zone où celleci traverse le rotor. 2- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit dans ltépaisseur de la paroi du rotor, une série de logements cylindriques longitudinaux dans chacun desquels on place deux pièces hémi-cylindriques ménageant entre elles un jeu suffisant pour que la palette correspondante puisse aller et venir. 3- Compresseur rotatif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rotor est muni à chaque extrémité de cloches ou frettes qui l?empêehent de s'ouvrir sous lteffet des forces centrifuges et constituent par ailleurs des butées retenant les palettes et les demi-axes d'articulation dans le sens longitudinal. 4- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le stator est constitué par un manchon tubulaire cylindrique fermé à ses deux extrémités par des flasques plans rapportés. 5- Compresseur rotatif suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise des cales d'épaisseur, d'une part pour régler la position axiale du rotor par rapport à l'un des flasques plans du stator, d'autre part pour régler l'écartement des deux flasques plans du stator, de manière à définir un jeu entre les palettes et, d'une part les faces internes planes des flasques, d'autre part la face interne de l'alésage du stator. 6 Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre sur lequel sont enfilés les moyeux des palettes est percé en son centre et reçoit une arrivée d1hiiile. 7- Compresseur rotatif suivant les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque palette est solidaire de deux paliers ou moyeux. 8- Compresseur rotatif suivant les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que la largeur des paliers ou moyeux de palettes placés vers le milieu du compresseur est supérieure à la largeur des paliers ou moyeux situés près des flasques plans du stator. 9- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre. sur lequel sont enfilés les paliers des palettes est monté fixe, en porte à faux et encastré par une extrémité. 10- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre sur lequel sont enfilés les paliers des palettes est monté en porte à faux mais tourne librement dans son support. 11- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caract- risé en ce que l'arbre sur lequel sont enfilés les moyeux des palettes est fixe, mais supporté à ses deux extrémités, l'une d'elles étant soutenue par un roulement à l'intérieur du rotor. 12- Compresseur rotatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre sur lequel sont enfilés les moyeux des palettes est porté à ses deux extrémités par des roulements, tandis que le rotor est solidaire d'un arbre creux qu'on entratne en rotation par l'attaque d'un pignon latéral. 13- Compresseur rotatif suivant les revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des palettes en acier et est réalisé sous forme mono-étagée pour comprimer en un seul étage de l'air de zéro à 8 bar.