Brevet FR2046852A1 — publié le 19710312

L'invention est relative à des machines à piston rotatif équilibré comprenant un rotor principal et un rotor d'entrée munis chacun d'un moyeu ayant une partie principale de rayon sensiblement constant et une dent, la dent du rotor principal ayant 5 un flanc concave et un flanc convexe qui se raccorde progressivement avec la partie principale du moyeu du rotor principal, et la dent du rotor d'entrée ayant au moins un: flanc concave et un second flanc qui se raccorde avec la partie principale du moyeu du rotor d'entrée, le moyeu du rotor principal présentant une cavi-10 té adjacente au flanc concave de sa dent pour le passage de la dent du rotor d'entrée, le moyeu du rotor d'entrée présentant une cavité adjacente au flanc concave de sa dent pour le passage de la dent du rotor principal, la machine ayant un carter percé d'alésages cylindriques qui s'entrecoupent mutuellement, un pour 15 chaque rotor, et des parois extrêmes percées de lumières d'entrée et de sortie pour permettre la circulation d'un fluide de travail élastique, les rotors pouvant tourner dans le4 carter^ et assurer le déplacèment positif et la variation du volume de fluide traversant la machine à chaque cycle de travail, celle-ci étant do-20 tée des moyens nécessaires pour que la rotation des rotors soit synchronisée. Un objet de l'invention est une machine à piston rotatif de ce type facile à fabriquer. Un autre objet est uiie machine de grande capacité par rapport aux dimensions extérieures de la ma-25 chine et particulièrement à celles du carter. Un autre objet est une machine dans laquelle la longueur des lignes de fuites ou des joints soit minimale par rapport au volume du cylindre balayé. Un autre objet est une machine du type décrit munie de lumières d'admission et d'échappement aussi grandes que possible. 30 Un autre objet est une machine dans laquelle la vitesse du fluide de travail dans la machine et dans les lumières d'entrée et de sortie soit faible. Un autre objet est une machine ayant un volume d'admission relativement important. Encore un autre objet est une machine dans laquelle le fluide de travail sort à une tempé-35 rature basse quand la machine fonctionne comme compresseur. Une machine à piston rotatif du type décrit est caractérisée principalement en ce que le rayon à peu près constant du moyeu du rotor principal est sensiblement inférieur au rayon à peu près constant du moyeu du rotor d'entrée qui commande la lumière axia-40 le dans la paroi extrême de l'alésage du rotor d'entrée. 70 22103 2 2046852 Une machine suivant l'invention est principalement destinée à fonctionner en compresseur, mais peut également fonctionner en moteur. Les dessins annexés montrent à titre d'exemples un mode de 5 réalisation d'une machine suivant l'invention sous la forme d'un compresseur, ainsi qu'une modification. La figure 1 est une vue en bout d'un compresseur à piston rotatif selon l'invention, avec une dent sur chaque rotor. La figure 2 est une coupe du compresseur, sur laquelle, ce-10 pendant, les rotors sont représentés vus en bout. La figure 3 est une coupe axiale longitudinale par III-III de la figure 1. La figure- 4 est une vue en boiut du rotor principal et du rotor d'entrée de la machine des figures 1 à 3* 15 Les figures 5 et 6 sont des vues de détail schématiques à échelle réduite, montrant les rotors et les contours des alésages cylindriques, vus d'une extrémité des rotors, respectivement au début de la compression et au début de l'échappement. La figure 7 est une vue en bout analogue à la figure 4, 20 avec les deux rotors dans la position où. les pointes des dents viennent de se rencontrer, les rotors étant un peu modifiés par rapport à ceux des figures 2 et 4 à 6. La machine représentée est un compresseur à un étage pourvu d'un rotor principal et d'un rotor d'entrée portant chacun une 25 dent. La machine est contenue dans un habillage composé d'un carter central 1 et de deux parois extrêmes 2 et 3 reliées au carter central 1, au moyen de boulons 4. Le carter 1 comporte deux alésages cylindriques 5 et 6 à axes parallèles qui se recoupent partiellement. 30 Les alésages 5, 6 et les parois 2, 3 forment des chambres de travail pour un rotor principal 7 et un rotor d'entrée 8 portés par des arbres parallèles 9 et 10 montés dans les parois 2 et 3 par l'intermédiaire de paliers, dont la rotation est synchronisée par un train d'engrenages 12, et munis de bagues d'é-35 tanchéité 13 du côté des chambres de travail dans le logement 1. Le carter 1 possède une tubulure d'entrée 14 et une tubulure de sortie 15 dont les extrémités se trouvent dans des plans 16 et 17 qui sont perpendiculaires entre eux et parallèles à l'axe du rotor. Un passage 18 venant de la tubulure 14 traverse les pa-40 rois 2 et 3 et le carter 1 pour aboutir à des lumières d'entrée 70 22103 3 2046852 dans la chambre de travail de la machine, à savoir une lumière radiale 19 et deux lumières axiales 20, une dans chaque paroi. La tubulure de sortie 15 est reliée par l'intermédiaire d'un passage de sortie 21 dans le carter 1 et dans les parois 2, 3 5 à deux lumières d'échappement 22, une dans chaque paroi. Le carter 1 est refroidi par air, et les parois 2, 3 sont refroidies par un liquide et sont à cet effet percées de passages 23 pour le fluide de refroidissement et de passages 24 pour évacuer le fluide d'un carter de transmission 34. 10 Le rotor principal ? possède un moyeu dont un© partie 25 a un.rayon constant qui, dans l'exemple représentéy g0étend sur un angle de 225° à la périphérie du moyeu. Le moyeu du rotor principal porte de plus une dent 26 ayant un flanc convexe formé par une partie plane 27 reliant la partie 25 de rayon constant 15 à une partie 28 de préférence en arc de cercle qui s'étend jusqu'à la pointe 29 de la dent„ Le flanc "de fuite" 30 de la dent du rotor principal est concave et voisin d'une gorge 31 formée dans le moyeu et qui se raccorde avec la partie 25» Le rotor principal 7 possède une cavité 32 qui débouche 20 dans une ouverture 33 s3étendant sur la plus grande partie du flanc 30 de la dent. La cavité 32 a une forme telle que le rotor principal soit équilibré dynamiquement et, naturellement, /statiquement. Le rapport entre le rayon constarrë âe la partie 25 du ro-25 tor principal et le rayon maximum fie la dent 26 de ce même rotor est, dans l'exemple représenté, de 35 à 60. De préférence, le rayon maximum de la dent du rotor principal peut être de 50 à 100# supérieur au rayon constant de la partie 25 du rotor principal. La longueur du rotor principal peut} de préférence, 30 être sensiblement égale à celle du rayon, maximum. L'invention permet une utilisation très favorable du volume de l'habillage du compresseur. De plus, on obtient un rapport favorable entre la ligne d'étanchéité totale et le volume balayé de la machine, ce qui implique de faibles pertes par fuites. 35 Le rotor d'entrée 8 possède un moyeu composé d'une partie 35 de rayon constant, qui, dans l'exemple représenté, s'étend sur un angle de 225° à la périphérie de ce dernier, coopère avec la partie 25 de rayon constant du rotor principal et assure ainsi l'étanchéité avec cette partie. Ospendant, du fait de la 40 rotation des rotors, la vitesse périphérique du moyeu du rotor 70 22103 4 2046852 principal, diffère de celle du.moyeu du rotor d'entrée. Çette différence est à l'origine d'une usure convenable des surfaces des rotors, ce qui se traduit par un jeu.d*étanchéité satisfaisant. le rotor d'entrée a une dent 36 possédant un flanc "d'at-5 taque" concave 37 engendré par la pointe 29 de la dept 26 du rotor principal, pendant le mouvement de cette pointe, depuis la pointe 38 de la dent du rotor d'entré© jusqu'à la racine de cette dent. Le flanc "d'attaque" 37 de la dent du rotor d'entrée se raccorde, à la racine de la dent* avec une partie 39 10 qui constitue l'enveloppe d'un® famille de cercles engendrés par la partie en arc de cercle 28 de la dent du rotor principal sur le rotor d'entrée. La portion 39 se raccorde avec la partie 35 du moyeu par l'intermédiaire d'une partie 40.qui est engendrée par la partie 27 de la dent du rotor principal et qui cons-15 titue, par conséquent,.1'enveloppe d'une famille de lignes. La dent 36 du rotor d'entrée possède à sa pointe une partie 41 en arc de cercle qui part de la pointe 38 pour se raccorder avec le flanc "de fuite" 42 du rotor d'entrée tangent à la partie 35 du moyeu et peut avoir une forma quelconque convenable dans certai- 20 nés limites, étant donné qu'elle n'est pas tenue de faire joint étanehe avec le rotor principal. Les pointes 38,. 29 de la dent peuvent stre arrondies comme le montre la figure 7, de manière à a© pas être facilement endommagées et à assurer un meilleur contact d8étanchéité avec la partie de rotor correspondante. La 21 pointe 38 de la dent du rotor d'entrée, la partie 41 en arc de oer-el© et 1® flanc "de fuite" 42 ont engendré le flanc arrière jO de la dent du rotor principal et la gorge 31 dans le moyeu de celui-ci8 mais ces parties qui s'étendent sur un arc de 45° des rotors si6ont pas à former joint étanehe entre elles. 30 Etant donné que le rotor d'entrée est également asymétrique, il est, comme le rotor principal, muni d'une cavité 43 qui débouche dans une ouverture 44 dans le flanc "de fuite" 42 de la dent de celui-ci. La hauteur effective de la dent du rotor d'entrée ests dans l'exemple représenté, environ le tiers de la hau-35 teur effective de la dent du rotor principal. Grâce à cette disposition et à cette relation entre les hauteurs des dents, il est possible de réaliser des lumières de sortie assez grandes pour que la vitesse ce l'air ou du gaa traversant ces dernières reste dans des limites raisonnables et que les vitesses d'écou-40 lement soient ainsi maintenues à une valeur réduite. De même, 70 22103 5 2046852 on obtient une vitesse du fluide plus adéquate dans les passages qui entourent le rotor dans le carter du compresseur,, En vue de rendre le fonctionnement de la machine plus évident et plus clair, les rotors des figures 5 et 6 ont été repré-5 sentés dans la position qu'ils prennent au début de la compression (figure 5) et au début de refoulement (figure 6) La figure 7» qui représente une variante avec des pointes de rotor arrondies, montre aussi la position des rotors au moment où les pointes 29 et 38 sont en -contact. La distance ou le rayon du rotor 10 d'entrée à la ligne de joint entre la pointe 29 et le flanc 37 devrait, pour toutes les positions des rotors, être plus grande que la distance ou le rayon à la ligne de joint entre les flancs convexes 27 et 28 et la partie 40 du moyeu, de façon que le couple exercé par la pression du fluide sur la dent du rotor d'en-15 trée soit toujours positif. Le sens de rotation des rotors est indiqué par dés flèches sur les figures 1, 2, 5 et 6 et est le même sur les figures 4 et 7. La figure 7 représente les rotors dans la position qu'ils prennent quand les pointes 29 et 38 de leurs dents viennent tôfct juste d'arriver en contact, là où. la 20 pointe 29 commence à balayer la surface 37 de la dent 36, a proximité de la ligne de joint, le jeu la pointe 29 sur la figure 7 étant quelque peu exagéré. En vue d'améliorer 1'étanchéité autour des rotors, les surfaces périphériques convexes de ces derniers peuvent, de préférence, être revêtues d'un matériau ca-25 pable d'être en partie usé par érosion, de la peinture par exemple. Les surfaces extrêmes des alésages cylindriques qui sont dirigées vers les rotors peuvent également recevoir un tel revêtement. Les machines s Mriraot qui viennent d'être décrites, ne l'ont 30 été qu'à titre d'exemples et peuvent être modifiées de différentes manières sans sortir de l'esprit de l'invention. 70 22103 6 2046852 REVENDICATIONS 1 « Machine à piston rotatif équilibré ayant un rotor principal et un rotor d'entrée munis chacun d'un moyeu constitué d'une partie principale de rayon sensiblement constant et d'une dent, 5 la dent du rotor principal ayant un flanc concave et un flanc convexe, celui-ci se raccordant progressivement avec la partie principale du rotor principal, la dent du rotor d'entrée ayant au moins un flanc concave et un second flanc qui se raccorde avec la partie principale du moyeu du rotor d'entrée, le moyeu 10 du rotor principal possédant une gorge adjacente au flanc concave de la dent du rotor principal pour le passage de la dent du rotor d'entrée, celui-ci possédant une gorge adjacente au flanc concave de la dent du rotor d'entrée pour le passage de la dent du rotor principal, et la machine possédant un carter percé 15 d'alésages cylindriques qui se recoupent, un pour chaque rotor, et des parois extrêmes percées de lumières axiales d'entrée et de sortie pour un fluide de travail élastique, les rotors étant montés dans le carter de façon à tourner dans les alésages en vue de permettre le déplacement positif et la variation des volumes 20 du fluide de travail admises dans la machine à chaque cycle de travail, la machine étant dotée de moyens pour synchroniser la rotation des rotors, et cette machine étant caractérisée en ce que le rayon à peu près constant de la partie principale du moyeu du rotor principal est sensiblement inférieur au rayon à 25 peu près constant de la partie principale du moyeu du rotor d'entrée qui commande la lumière axiale dans la paroi extrême de l'alésage du rotor d'entrée. 2 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la différence entre le rayon maximal de la 30 dent du rotor principal et le rayon de la partie principale du moyeu du rotor principal est plus grande que la différence entre le rayon maximal de la dent du rotor d'entrée et le rayon de la partie principale du moyeu du rotor d'entrée. 3 - Machine à piston rotatif suivant l'une quelconque des re-35 vendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rotor principal a une longueur axiale qui est à peu près la moitié du diamètre de son alésage. 4 - Machine à piston rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rayon maximal de 40 la dent du rotor principal est entre 50 et 100# plus grand que 70 22103 7 2046852 le rayon de la partie du moyeu principal à rayon constant. 5 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la partie du moyeu à rayon constant du rotor principal s'étend sur un angle de la périphérie du rotor 5 principal compris entre 180° et 250° et se raccorde avec le côté convexe de la dent du rotor principal par une partie plane qui se raccorde avec une partie arrondie s'étendant sensiblement jusqu'au rayon maximal de la dent du rotor principale 6 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 5» ca-10 ractérisée en ce que les dents et les moyeux des deux rotors s'étendent depuis une paroi extrême du carter de la machine. 7 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une ou plusieurs lumières axiales dans la paroi extrême de l'alésage du rotor principal sont en comraunica- 15 tion continue avec les alésages dans le carter. 8 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une lumière radiale est prévue sur la périphérie de 1*alésage du rotor principal. 9 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, ca-20 ractérisée en ce que 1® profil du rotor principal est convexe ou plan sur toute la partie comprise entre le pointe du roto» principal et la cavité dans le moyeu du rotor principal pour la dent du rotor d'entrée. 10 - Machine à piston rotatif suivant la rev@ndication 1, ca-25 ractérisée en ce que le profil du rotor d'entrée est convexe ou plan sur toute la partie comprise entre la racine du bord d'attaque de la dent et la pointe de la dent. 11 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la différence entre le rayon maximal de la 30 dent du rotor principal et le rayon de la partie principale du moyeu de ce rotor est environ trois fois la différence entre le rayon maximal de la dent du rotor d'entrée et le rayon de la partie principale du moyeu de ce rotor. 12 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, ca-35 ractérisée en ce que la différence entre le rayon maximal de la dent du rotor principal et le rayon de la partie principale du moyeu de ce rotor est entre deux et trois fois la différence entre le rayon maximal de la dent du rotor d'entrée et le rayon de la partie principale du moyeu de ce rotor. 40 13 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1, ca 70 22103 8 2046852 ractérisée en ce que le rapport entre la longueur axiale du rotor d'entrée et le rayon de la partie principale du moyeu de ce rotor est compris entre 0,5 et 2,0. 14 - Machine à piston rotatif suivant la revendication 1 et 5 destinée à fonctionner oomm® compresseur, caractérisé® en s© que la forme de la lumière de sortie, celle du flanc concev© d© la dent du rotor d'entrée engendré par la pointe de la dent du rotor principal, et celle du flanc convexe de la dent du rotor principal sont telles que le volume ~/id© à la fin d© la cours© 0 de compression de la dent du rotor principal soit nul» 15 — Rotor principal pour une machine à piston rotatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16 - Rotor d'entrée pour une machine à piston rotatif suivant l'une-quelconque des revendications 1 à 14»