Brevet FR2046853A1 — publié le 19710312

t 2046853 L'invention est relative à des ffiâehinés 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 prin-5 cipal ayant 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 10 présentant une cavité 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 15 mutuellement, un pour chaque rotor, et des parois extrÔ*as percées de lumières d'entrée et de sortie pour permettre la circulation d'un fluide de travail élastique, les rotors pouvant tourner dans le carter et assurer le déplacement positif et la variation du volume de fluide traversant la machine à chaque 20 cycle de travail, celle-ci étant dotée des moyens nécessaires pour que la rotation des rotors soit synchronisée. Un àam objet de l'invention est une machine de ce type, facile à équilibrer et facile à réaliser à un prix modique. Un autre objet est une machine de grande capacité eu égard 25 à ses dimensions externes et particulièrement à celles du carter. Un autre objet est une machine ayant des lumières d'admission et d'échappement aussi grandes que possibles. Un autre objet est une machine dans laquelle la vitesse du milieu de travail dans la machine et dans les lumières d'admission et d'é-30 chappement est faible. Un autre objet de cette invention est une machine ayant une dent sur chaque rotor et équilibrée sta-tiquement aussi bien que dynamiquement. Une machine à piston rotatif équilibré suivant l'invention est essentiellement caractérisée par l'existence d'une 35 première cavité qui part d'une ouverture ménagée dans le flanc concave de la dent du rotor principal et pénètre suffisamment dans la dent et le moyeu du rotor principal pour que celui-ci soit équilibré statiquement et. dynamiquement par rapport à son axe de rotation, et par l'existence d'une seconde cavité qui 40 part d'une ouverture ménagée dans le second flanc de la dent du 70 22104 a 2046853 rotor d'entrée et pénètre suffisamment dans la dent et le moyeu du rotor d'entrée pour que celui-ci soit équilibré statiquement et dynamiquement par rapport à son axe de rotation. " Une machine suivant l'invention est principalement 5 destinée à fonctionner en compresseur, mais peut également fonctionner en moteur. Les dessins annexés montrent, à titre d'exemples, un mode dé réalisation d'une machine suivant l'invention sous la forme d'un compresseur, ainsi qu'une modification 10 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, cependant, les rotors sont représentés vus en bout. 15 La figure 3 est une coupe axiale longitudinale par III-III de la figure 1. La figure 4 est une vue en bout du rotor principal et du rotor d'entrée de la machine des figures 1 à 3. Les figures 5 et 6 sont des vues de détail schémati-20 ques, 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, 25 avec les deux rotors dans la position où. les pointes des dents viœanent 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 cha-30 eun une 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. 35 Les alésages 5, 6 et les parois 2,3 forment des cham bres 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 ba-4-0 gues d'étanchéité 13 du côté des chambres de travail dans le 70 22104 3 2046853 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 5 14 traverse les parois 2 et 3 et le carter 1 pour aboutir à des lumières d'entrée 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 relié® par 1' intermédiaire d'un passage de sortie 21 dans le oartsr 1 et 10 dans lés parois 2,3 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 passage 24 pour évacuer le fluide d'un carter de transmission 34. 15 Le rotor principal 7 possède un moyeu dont une partie 25 a vui rayon constant qui, dans l'exemple représenté, s'étend 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 20 constant 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 eoncave 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 débou-25 che dans une ouverture 33 s'étendant 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, aussi statiquement. Le rapport entre le rayon constant de la partie 25 du 30 rotor principal et le rayon maximum de 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 "h supérieur au rayon constant de la partie 25 du iotor principal. La longueur du rotor principal peut, de préférence, 35 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. 40 Le rotor d'entrée 8 possède un moyeu composé d^une 70 22104 4 2046853 partie 35 été 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. Cependant, du 5 fait de la rotation des rotors, la vitesse périphérique'du moyeu du rotor principal diffère de celle du moyeu du rotor d* entrée. Cette 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 pos-10 sédant un flanc "d'attaque" concave 37 engendré par la pointe 29 de la dent 26 du rotor principal, pendant le mouvement de cette pointe, depuis la pointe 38 de la dent du rotor d'entrée 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, 15 avec une partie 39 qui constitue l'enveloppe d'une famille de cerclas 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 18intermédiaire d'une partie 40 qui est engendrée par la partis 27 de la dent du rotor 20 principal et qui constitue, par conséquent, l'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 forme quelcon-25 que convenable, dans certaines limites, étant donné qu'elle n'sst pas tenue de faire joint ^tanche avec le rotor principal. Les pointes 38, 29 de la dent peuvent être arrondies comme le montre la figure 7, de manière à ne pas être facilement endommagées et à assurer un meilleur contact d'étanehéité avec la 30 partie de rotor correspondante. La pointe 38 de la dent du rotor dè®ntré@, la partie 41 en arc de cercle et le flanc "de fuite" 42 ont engendré le flanc arrière 30 de la dent du rotor principal et la feorge 31 dans le moyeu de celui-ci, mais ces parties qui s'étendent sur un arc de 45° des rotors n'ont pas à former 35 joint étanche entre elles. 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 ro-40 tor d8entréa est, dans l'exemple représenté, environ- le tiers 70 22104 5 2046853 de la hauteur 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 de l'air ou du gaz traversant ces 5 dernières reste dans des limites raisonnables et que les vitesses d'écoulement, soient ainsi maintenues à une valeur réduite. De même, on obtient une vitesse du fluide plus adéquate dans les passages qui entourent le rotor dans le carter du compresseur. 10 En vue de rendre le fonctionnement de la machine plus évident et plus clair, les rotors des figures 5 et 6 ont été représentés dans la position qu'ils prennent au début de la compression (figure 5) et au début du refoulement (figure 6). La figure 7, qui représente une variante avec des pointes de ro-15 tor 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 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 en-20 tre 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'entrée soit toujours positif. Le sens de rotation des rotors est indiqué par des flèches sur les figures 1, 2, 5 et 6 et est le même sur les figures 4 et 7. La figure 7 re-25 présente les rotors dans la position qu'ils prennent quand les pointes 29 et 38 de leurs dents viennent tout juste d'arriver en contact, là où la pointe 29 commence à balayer la surface 37 de la dent 36, à proximité de la ligne de joint, le jeu à la pointe 29 sur la figuré 7 étant quelque peu exagéré. En vue d' 30 améliorer l'étanchéité autour des rotors, les surfaces périphériques convexes de ces derniers peuvent, de préférence, être revêtues d'un matériau capable d'être en partie usé par érosion, de la peinture par exemple. Les surface' extrêmes des alésages cylindriques qui sont dirigées vers les rotors peuvent égale-35 ment recevoir un tel revêtement. Les machines à rotor qui viennent d'être décrites ne l'ont été qu'à titre d'exemples èt peuvent être modifiées de différentes manières sans sortir de l'esprit de l'invention. 70 22104 6 2046853 BETENDIOAMONS 1 - Machine à rotors équilibrés ayant un rotor principal et un rotor d*entrée munis chacun d'un moyeu constitué d1 une partie principale de rayon sensiblement constant et d'une 5 dent, la dent du rotor principal ayant un fl^nc 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 10 moyeu 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 15 percé 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 va-20 riation des volumes du fluide de travail admis-dans la machine à ch.aq.ue cycle de travail, la machine étant dotée de moyens pour synchroniser la rotation des rotors, et cette machine étanj caractérisée par l'existence d'une première cavité qui, partant d'une ouverture ménagée dans le flanc concave de la dent du ro-25 tor principal, pénètre dans la dent et dans le moyeu du rotor principal, de manière que le rotor principal soit équilibré dynamiquement et statiquement par rapport à l'axe de rotation du rotor principal, et par l'existence d'une seconde cavité, partant d'une ouverture dans le second flanc de la dent iu rotor 30 d'entrée pour pénétrer dans la dent et dans le moyeu du rotor d'entrée, de manière que celui-ci soit équilibré dynamiquement et statiquement par rapport à son axe de rotation. 2 - Machine à rotors suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon maximum de la dent du rotor prin- 35 cipal est de 50 à 100 $ plus grand que celui de la partie du moyeu du rotor principal dont le rayon est constant, et en ce que l'ouverture ménagée dans le flanc concave de la dent du rotor principal s'étend sur la majeure partie de ce flanc. 3 - Machine à rotors suivant la revendication 1, ca-40 ractérisée en ce que la différence entre le rayon maximum de la 7Û 22104 7 2046853 dent du rotor principal et le rayon de la partie moyeu de celui-ci est supérieure à la différence entre le rayon maximum de la dent du rotor d'entrée et le rayon de la partie moyeu de ce dernier. 5 4 - Machine à rotors suivant la revendication 1, ca ractérisée en ce que la partie du moyeu à rayon constant du rotor principal s'étend sur un angle de 180° à 250° sur la périphérie de ce dernier et se raccorde avec le flanc convexe de la dertt du rotor principal, en passant par une partie plane qui 10 se raccorde avec une partie en arc de cercle s'étendant pratiquement jusqu'au rayon maximum de la dent du rotor principal. 5 - Machine à rotors suivant la revendication 1, caractérisée en ce.que la différence entre le rayon maximum de la dent du rotor principal et le rayon de la partie moyeu de 15 celui-ci est de deux à trois fois supérieure à la différence entre le rayon maximum de la dent du rotor d'entrée et le rayon de la partie moyeu de ce dernier. 6 — Machine à rotors suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les rotors consistent en une pièce moulée 20 présentant une ouverture et pourvue de nervures de renforcement dirigées radialement vers l'intérieur, et dont l'ouverture est disposée dans un flanc de la dent de chaque rotor.