Brevet FR2223570A1 — publié le 19741025

L'invention est relative à une machine à piston :.- rotatif, notamment à un compresseur à piston rotatif, comportant un piston rotatif monté dans des paliers excentriquement par rapport à son arbre d'entraînement et une couronne mobile, disposée de manière à tourner librement à l'intérieur du piston rotatif et montée sur une partie excentrique de l'arbre, laquelle couronne est réalisée soit sous forme excentrique,soit sous forme symétrique de révolution et soit est montée de manière à tourner librement sur cette partie de l'arbre, soit peut coulisser par rapport à cette partie jusqu'en une position excentrique, grâce à un montage réglable et peut être immobilisée dans cette position, laquelle machine à piston rotatif comporte en outre un tiroir séparateur pousse contre le piston par au moins un ressort. De tels compresseurs à piston rotatif sont connus depuis longtemps. Dans leurs modes de construction connus, il faut, pour assurer l'étanchéité de la surface latérale du piston rotatif à l'intérieur du carter, ajouter à l'air aspiré une quantité relativement grande d'huile. Cette huile peut bien etre partiellement extraite de l'air comprimé fourni par le compresseur, au moyen d'un séparateur d'huile, et être ramenée au compresseur. Mais, lorsque l'usure des paliers augmente, c'està-dire lorsque le jeu de ceux-ci augmente, la quantité d'huile nécessaire à l'étanchéité augmente considérablement. Du fait que les compresseurs à piston rotatif ne présentent pas, comme les compresseurs à pistons alternatifs, d'espace nuisible qui empêche automatiquement toute élévation trop élevée de pression, les compresseurs à piston rotatif connus sont équipés de soupapes de surpression pour les protéger de toute surcharge. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients. Pour cela elle vise à réaliser un compresseur à pistonrotatif, dans lequel le jeu, produit par l'usure, entre le piston rotatif et le carter ou bien est compensé automatiquement ou bien peut être éliminé par intervention manuelle sans démontage du compresseur, et dans lequel aucune soupape supplémentaire n'est nécessaire pour limiter la pression. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que la droite, qui relie l'axe de l'arbre à l'axe de la partie excentrique, forme, vec la droite qui relie ce dernier axe a l'axe central e la couronne excentrique, Lr. angle t;ui > t compris entre 70 et l10 , de telle manière que le piston rotatif roule en s'appliquant sur la paroi intérieure du carter du compresseur et que, une fois atteinte une certaine pression de décollement qui de son coté correspond à une position de décollement du piston à l'intérieur du carter, il soit écarté de la paroi du carter. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la couronne mobile, réalisée sous forme de couronne excentrique, est montée de manière à tourner librement à l'intérieur du piston rotatif et sur la partie excentrique de l'arbre et l'axe de l'arbre est lui aussi disposé avec un certain décalage en direction de l'axe de la cavité cylindrique qui se trouve à l'intérieur du carter du compresseur. Avec ce mode de réalisation, l'angle précité varie au cours de la rotation du piston, le piston rotatif étant plus fortement poussé contre la paroi de la cavité du carter dans la région de l'ouverture de sortie du compresseur pour s'opposer à la plus grande pression du gaz comprimé- qui règne dans cette région. On obtient ainsi que la pression d'application du piston rotatif se trouve répartie uniformément sur le pourtour du carter . Grâce à un choix approprié de l'angle précité et des excen i:ridtésde arbre et de la couronne mobile, on obtient que le piston rotatif décolle de la paroi du carter une fois dépassée une certaine pression. Cette limitation automatique de pression protège le compresseur de toute surcharge, sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre une soupape de surpression supplémentaire. Elle permet aussi de concevoir des compresseurs pour des pressions de sortie différentes. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux Gessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation de compresseurà piston rotatif - la figure 2 est une coupe longitudinale du compresseur de la figure i - les figures 3a et 3b illustrent schématiquement l'influence de l'excentricité de l'arbre et de la couronne mobile, en l'absence de décalage excentrique de l'arbre dans le carter - la figure 4 illustre schématiquement l'action d'un décalage du carter par rapport à l'axe de l'arbre - la figure 5 est une coupe transversale de l'arbre et du piston rotatif d'un second mode de réalisation du compresseur - les figures 6a et 6b sont respectivement une coupe transversale et une coupe longitudinale de l'arbre et du piston rotatif d'un troisième mode de réalisation du compresseur - les figures 7a et 7b sont respectivement une coupe transversale et une coupe longitudinale de l'arbre et du piston rotatif d'un quatrième mode de réalisation de compresseur , et - la figure 8 illustre schématiquement l'influence de l'excentricité de l'arbre et de la couronne mobile, au moment du décollëment, en l'absence de décalage de l'axe de l'arbre Le compresseur à piston rotatif représenté sur les figures 1 et 2 comporte un carter constitué de deux pièces latérales 1, 2 et d'une pièce médiane 3. Dans des paliers des pièces latérales 1, 2, est monté un arbre 4 comportant une partie médiane excentrique 5. Sur cette partie excentrique 5 est montée et tourne une couronne mobile 6, également excentrique, et sur celle-ci est monté et tourne un piston rotatif 8 qui est en contact par sa surface latérale, selon une droite, avec la paroi intérieure de la pièce de carter 3. La surface de glissement entre la couronne mobile 6 et le piston rotatif 8 est représentée sous la forme d'un palier lisse. Mais on pourrait tout aussi bien prévoir un palier à éléments de roulement.L'-espace actif 9 du compresseur est subdivisé par un tiroir séparateur 10 qui, par l'tntermédiaire d'une tige de guidage 12, est poussé par un ressort 11 contre le piston rotatif 8. L'air est aspiré par une ouverture d'entrée E située d'un cote-du tiroir separa- teur 10 et,par l'intermédiaire d'une soupape de refoulement 14, est refoulé dans l'ouverture de sortie A, par un évidement 13 situe de l'autre coté du tiroir séparateur Sur les figures I et 2, la ligne- axiale centrale de l'arbre 4 a été désignée par 15, celle de la partie excentrique 5 de l'arbre par 16 et celle de la couronne mobile 6 par 7. Les rayons correspondants de ces trois parties ont été désignés par R15, R16 et R17 . Sur la figure 1, on a désigné en outre par 18 la droite qui relie les axes 15 et 16, et par 19 la droite qui relie les axes 16et 17. Ces deux droites 18, 19 délimitent un angle qui, conjointement avec la valeur des deux excentri cités de l'arbre et de la couronne mobile, a une influence déterminante sur la force avec laquelle, pour une pression de compression déterminée, le piston rotatif, au cours de sa rotation, est poussé contre la paroi carter. Plus l'angle est grand,-plus grande est cette force d'application. Grâce à la mise en oeuvre de la couronne mobile excentrique 6, on obtient ainsi que le piston rotatif 8 tourne sans jeu, ce qui fournit une bonne étanchéité avec une faible consommation d'huile. Les figures 3a et 3b montrent, à échelle relativement grande et d'une manière schématique, la position du piston rotatif 8, lorsqu'il se trouve à son point mort haut et lorsqu'il se trouve dans une position décalée de 2700 dans le sens D de la rotation. L'angle entre les droites 18 et 19 demeure constant pendant toute la rotation du piston rotatif. Afin d'obtenir une force d'application raisonnable, l'angle doit être compris entre 70 et 1100 et de préférence être égal à 90 . La position angulaire relative des deux droites 18, 19 montre visuellement l'effet que l'on peut appeler de levier coudé" que les deux excentricités permettent d'obtenir. La force effective d'application du piston rotatif 8 contre la paroi du carter 3 est déterminée, pour une pression antagoniste donnée régnant dans la canalisation de sortie, par la pression de compression existant dans l'espace 9. Lu force d'application est ainsi maximale un peu après l'ouverture d'entree E, car la pression de compression est encore faible, et diminue de plus en plus, au fur et à mesure quelle piston se rapproche de l'ouverture de sortie A, car l'air qui est comprimé tend à écarter le piston de la paroi. Grâce à un décalage supplémentaire, par rapport au centre du carter, de l'arbre 4 on peut agir sur la farce d'application du piston 8 en faisant varier l'angle cc au cours de la rotation du piston. Cette action est illustrée schématiquement sur la figure 4 qui montre le piston rotatif 8 dans deux positions, décalées l'une par rapport à l'autre de 1800, l'axe 15 de l'arbre étant décalé par rapport à l'axe central 15a du carter de la distance désignée par V. La position des droites 18, 19 et l'angle montrent clairement que le piston rotatif, dans la position représentée en trait mixte, située un peu en avant de l'ouverture de sortie A, est appliqué avec plus de force par suite de l'augmentation de l'effet de levier coudé (angle o: plus grand) et s'oppose donc à la pression de compression. La figure 5 montre une coupe transversale d'un autre mode de réalisation de compresseur, dans lequel 'e piston rotatif 8 est également poussé automatiquement sans aucun jeu contre la paroi du carter 3. Les diverses pièces sont désignées de la même manière que sur la figure 1. La couronne mobile 6 est montée ici avec un certain jeu S sur la partie excentrique 5 de l'arbre. Dans la région d'excentricité maximale de la couronne mobile 6 est disposé, dans un évidement 20 de la partie 5, un rouleau 21 qui s'engage aussi dans un évidement 22 de la couronne mobile 6. L'évidement 22 comporte des surfaces obliques de rayon sypérieur à celui du rouleau 21, de sorte que la couronne mobile, au cours de la rotation relative de l'arbre, subit en montant sur le rouleau 21, par suite du jeu S , un déplacement radial et pousse ainsi le piston rotatif 8 contre la paroi du carter. Le jeu S est avantageusement limité à environ 0,3 mm. Evidemment on pourrait tout aussi bien prévoir des surfaces obliques sur la partie 5 de l'arbre. Les figures 6a et 6b montrent un mode de réalisation de compresseur à piston rotatif à couronne mobile excentrique 6, laquelle, pour le réglage du piston rotatif 8 sur la partie excentrique 5 de l'arbre 4 peut être libérée et tournée et ennui te de nouveau fixée sur la partie 5. La couronne mobile 6 est montée pratiquement sans jeu sur la partie 5 de l'arbre. Dans trois alésages radiaux de cette partie 5 sont montées des chevilles de serrage coulissantes 23. L'arbre 4 comporte un alésage axial 24 dans lequel est logée une tige de pression 25 dont une extrémité conique pointue 25a s'engage entre les trois chevilles de serrage 23. La tige de pression 25 est vissée, grâce à un filetage 25b, dans I'arbre 4 et est immobilisée par un écrou de blocage 26.Pour le réglage initial ou un réglage ultérieur du piston rotatif 8, la tige de pression 25 est légèrement desserrée de manière que les chevilles de serrage 23 libèrent la couronne mobile 6. Si on fait tourner alors l'arbre 4 dans le sens de la flèche, ce qui s'effectue de la façon la plus avantageuse au point mort bas du piston rotatif 8 car en cet endroit le piston rotatif est poussé contre la paroi du carter par le tiroir séparateur 10 poussé lui-même par le ressort, la couronne mobile 6 tourne sur la pièce 5 jusqu'à ce qu'aucun jeu ne subsiste entre le piston rotatif 8 et la paroi du carter. La tige de pression 25 est alors revissée et immobilisée. Les chevilles de serrage 23 immobilisent alors la couronne mobile 6 dans la nouvelle position de réglage.La surface d'extrémité extérieure des chevilles de serrage 23 et la surface intérieure de la couronne mobile 6 peuvent être munies d'une denture ou d'une striure fine, destinée à accroître l'adhérence, une fois le serrage effectué. Au lieu d'une tige de pression 25 on pourrait tout aussi bien utiliser une tige de traction, munie d'un coin travaillant à la traction de la tige, pour immobiliser les chevilles de serrage 23. Les figures 7a et 7b montrent un mode de réalisation d'un compresseur à piston rotatif comportant une couronne mobile 6 présentant la symétrie de révolution, qui permet également un réglage après coupe automatique pour compenser tout jeu app & ais- sant éventuellement entre le piston rotatif 8 et la paroi du carter. Dans ce but, la couronne mobile 6 est montée avec un certain jeu S sur la partie excentrique 5 de l'arbre 4. Dans la partie 5 est montée une cheville de serrage 28, coulissant radialement, qui s'engage dans un évidement 6a de la couronne mobile La cheville de serrage 28 s'applique, par une surface oblique 28a, sur une surface oblique 29a d'une tige à extrémité biseautée 29, qui est logée à l'intérieur d'un alésage axial 30 de l'arbre 4 et qui est mise en compression par un ressort 31 constitué par exemple par des coupelles élastiques.En cas d'usure du piston rotatif 8 ou de la paroi de carter, le piston rotatif est automatiquement réglé de la grandr du jeu S Du fait que les compresseurs à piston rotatif ne présentent aucun espace nuisible pour limiter automatiquement la pression finale, comme c'est le cas avec les compresseurs à pistons alternatifs, il faut prévoir une protection contre les .surchar- ges. Sur la figure 8, on a représenté schématiquement la manière dont l'angle a: et la répartition desexcenrencités de l'arbre et de la couronne mobile coopèrent pour que le piston rotatif décolle de la paroi du carter, pour une pression de compression déterminée. La position à chaque instant du piston 8 par rapport au carter 3 est définie par un angle de rotation w Sur la figure 8, la ligne médiane du tiroir séparateur 10 a été désignée par 50 et la ligne de contact du piston avec le carter par 52. La droite qireLe;'axe15del'stte etla ligne de con- tact 52 a été désignée par 51. L'angle de rotation w est défini par la ligne médiane 50 et la droite 51. Le sens de rotation de l'axe de l'arbre est désigné par D..L'angle est avantageusement choisi entre 90 et 110 .. La limitation de pression recherchée, par exemple 35 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique, correspond à une certaine position du piston rotatif par rapport au carter, définie dans ce cas par un angle de rotation w égal au moins approximativement à 310 . La répartition des excentricités de l'arbre et de la couronne mobile est déterminée, à la construction, de telle manière qu'au moment du décollement pour un angle de rotation w de 3100, la direction de la force de pression résultante P, provenant de la poussée exercée sur le piston par la pression de 35 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique, colncide avec la droite 19. Immédiatement après, le piston a franchi cette position instable et s'écarte de la paroi du carter ; il en résulte que la pression de compression ne peut plus augmenter. En choisissant d'autres -répartissins- des excentricités de l'arbre et de la. couronne mobile dans - la gamme avantageuse de 90 à 1100, de l'angle- , on peut concevoir et réaliser des compresseurs à piston rotatif pour diverses pressions finales. Par exemple la position de décollement d'un compresseur à piston rotatif} prévu pour une pression de 7 atmosphères au-dessus de la pression atmosphérique, correspond à un angle de rotation de 2500 Du fait que le piston 8, dans les modes de réalisation a compensation automatique de jeu, est poussé en permanence contre la paroi de la partie 3 du carter, il se produit, au niveau de la fentedu carter qui contient le tiroir séparateur 10, à chaque tour du piston 8, un léger bruit, de la nature d'un choc Celui-ci peut être considérablement réduit en munissant le tiroir séparateur, au moins en certaines parties,d'une région arrondie 33 (fig. 1) de rayon correspondant à celui de l'alésage du carter et en prévoyant aussi, pour le tiroir coulissant 10, des butées agissant lorsque celui-ci se trouve à son point mort haut. Ces butées peuvent être constituées par exemple par des vis de réglage 34, représentées sur la figure 2, qui peuvent être immobilisées a l'aide d'écrous de blocage 35. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Machine à piston rotatifs notamment compresseur à piston rotatif, comportant un piston rotatif monté dans des paliers excentriquement par rapport à son arbre d'entraînement et une couronne mobile, disposée de manière à tourner librement à l'intérieur du piston rotatif et montée sur une partie excentrique de l'arbre, laquelle couronne est réalisée soit sous forme excentrique, soit sous forme symétrique de révolution, et soit est montée de manière à tourner librement sur cette partie de l'arbre, soit peut coulisser par rapport à cette partie jusqu'en une position excentrique, grâce à un montage réglable et peut être immobilisée dans cette position, laquelle machine à piston rotatif comporte en outre un tiroir séparateur poussé contre le piston par au moins un ressort etestcaractérisée en ce que la droite (18) qui relie l'axe (15) de l'arbre à l'axe (16) de la partie excentrique (5)~forme, avec la droite (19) qui relie ce dernier axe (16) à l'axe central (17) de la couronne excentrique (6), un angle () qui est compris entre 70 et 110 , de telle manière que le piston rotatif (8) roule en s'ap- pliquant sur la paroi intérieure du carter (3) du compresseur et que, une fois atteinte une certaine pression de décollement qui de son côté correspond à une position de décollement du piston à l'intérieur du carter, il soit écarté de la paroi du carter. 2. Machine à piston rotatif selon la revendication 1 comportant une couronne mobile (6) réalisée excentriquement, qui est montée et tourne sur la partie excentrique (5) de l'arbre (4), caractérisée en ce que l'axe (15) de l'arbre ( 4) est lui aussi disposé avec un certain décalage en direction de l'axe (15a) de la cavité cylindrique qui se trouve à l'intérieur du carter (3) du compresseur (Figure 4 > 3.Machine à piston rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couronne mobile (6),réalisée sous la forme d'un anneau excentrique, est montée avec un certain jeu (S) sur la partie excentrique (5) de l'arbre (4), en ce qu'en outre, dans la région d'excentricité maximale-de la couronne mobile (6) est disposé, entre la partie excentrique (5) et la couronne mobile (6), un corps en forme de rouleau (21), au moins la couronne mobile (6) ou la partie excentrique (5) présentant des surfaces obliques pour le rouleau (21), en vue d'assurer un décalage excentrique de la couronne mobile (6) en cas de rota tin relative intervenant entre les deux pièces (5 ou 6) (Figu- re 5). 4. Compresseur à piston rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne mobile (6) réalisée sous forme symétrique de révolution, est montée avec jeu (S) sur la partie excentrique (5) de arbre (4), et en ce que dans la partie excentrique (5) est montée au moins une cheville de serrage (28), coulissant radialement, qui prend appui d'un côté sur la couronne mobile (6) et de l'autre coté sur un coin de serrage (29,29a) qui-est soumis à l'action d'un ressort (31) (Figres 7a, 7b). 5. Compresseur à piston rotatif selon la revendication 1, comportant une couronne mobile (6), réalisée sous forme excentrique, qui est montée et tourne sur la partie excentrique (5) de l'arbre (4), caractérisé en ce que dans la partie excentrique (5) sont montées de chevilles de serrage (23) coulissant radialement, qui prenaient appui d'un côté sur a couronne mobile (6) et de l'autre côté sur une surface conique (25a) d'une tige de compression ou de traction (25) qui est logée dans un alésage axial de l'arbre (4) et qui,-de ltextérieur,peut être déplacé axialement et immobilisé (Figures 6a, 6b). 6. Compresseur à piston rotatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alésage de la couronne mobile (6) et la surface d'extrémité extérieure des chevilles de serrage (23) sont munis d'éléments de blocage superficiels par exemple de dentures ou de striures. 7. Compresseur à piston rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position du piston (8) par rapport au carter (3) est définie par un angle de rotation (w) qui est formé par une ligne médiane (50) du tirnir séparateur (10) et une droite (51) qui relie l'axe (15) de l'arbre à une ligne de contact (52) du piston avec le carter, en ce que l'ongle cité à la revendication 1 ( ) est compris entre 90 et 110 , en ce que la position de décollement du piston (8) correspond à une valeur de l'angle de rotation (w) comprise entre 250 et 310 de manière que la direction de la force de pression (P) résultante, provenant de la pression exercée sur le piston (8) en position de décollement coIncide au moment du décollement, au moins approximativement avec la droite (19) qui relie l'axe (16) de la partie excentrique (5) et l'axe central (17) de la couronne mobile (6) et dont la direction pr rapport au carter à l'instant du décol- lement est déterminée par la répartition des excentricités de la partie excentrique (5) de l'arbre et de la couronne mobile (6) (Figure 8). 8. Compresseur à piston rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir séparateur (10) s'applique, en position de point mort haut, contre des butées réglables (34).