Brevet FR2303939A1 — publié le 19761008

Le moteur rotatif perfectionné à fluide sous pression' de la présente invention utilise un moyeu cylindrique fixe par rapport à un carter immobile et définissant une 'chambre annulaire dans ce dernier, et un rotor annulaire monté dans le carter pour tourner dans la chambre annulaire. Plusieurs cavités espacées périphériquement, ménagées dans le rotor, définissent des sur- faces de came entre des portées intermédiaires qui sont en con- tact avec ledit moyeu cylindrique pendant outil tourne, cé ders nier présentant des fentes parallèles orientées dans une direc-' tion généralement radiale, qui sont espacées périphériquement, et ont une profondeur radiale prédéterminée pour déboucher dans ladite chambre.Des plaques coulissantes,logées dans lesdites fentes orientées dans une direction généralement radiale,prése?i- tent des extrémités qui sont destinées à glisser sur les portées et les surfaces de came ménagées entre ces dernières2pendar.t la rotation du rotor dans ladite -chambre annulaire,et un conduit -re- lié moyeu ou à son arbre distribue continuellement en flulib-sos pression au centre par ltintermédiaire du moyeu dans les fentes orientées dans une direction généralement radiale pour soilicter' les plaques coulissantes radialement vers l'extérieur en contact étanche au fluide avec les surfaces de came et les'cordors pendant la rotation du rot or. Les plaques coulissantes peuvent présenter un canal pour détourner une proportion prédéterminée du fluide sous pression vers les côtés d'attaque des plaques par rapport au sens de rotation dextrorsum du rotor, de manière que le fluide sous pression détourné engendre une pression suffisante dans des cavités correspondantes pour faire tourner le rotor dextrorsum.- un conduit de sortie est ménagé dans le rotor pour acheminer le fluide-sous pression usé provenant des cavités du coté de fuite des plaques coulissantes. La disposition est telle qu'il y a toujours au moins une plaque coulissante-qui se déplace dans une cavité de came pour assurer la rotation continue du rotor en marche avant. La forme de réalisation perfectionnée de l'invention permet assurer une étanchéité empcnsnt le fluide de passer entre les cavités de came pour assurer un fonctionnement efficace du mo teur. Des dispositifs perfectionnés permettent également dtattein- dre un rendement maximal pendant le fonctionnement du moteur en réglant le mode d'évacuation du fluide sous pression des cavités de came après son utilisation. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue en bout en partie en arrachement et en partie en coupe montrant un moteur rotatif à fluide sous pression dtun type connu auquel la présente invention s'ap plique et dans lequel u moteur annulaire est mis en rotation par rapport à un moyeu assujetti à un carter fixe par l'application d'un fluide sous pression contre l'une d'une série de plaques coulissantes radiales la figure 2 est une coupe transversale partielle à grande échelle drun élément d'étanchéité commandé par pression qui empoche le passage du fluide sous pression entre les chambres de cames adjacentes du rotor annulaire la figure 3 est une coupe verticale du moteur rotatif sensiblement suivant la ligne 3-3 de la figure 1 la figure 4 est une vue correspondant à la figure 1, montrant le moteur rotatif dont le rotor a été avancé dextrorsum dans une position dans laquelle le fluide sous pression est appliqué à une seconde plaque coulissante radiale la figure 5 est une vue correspondant à la figure 4, montrant la forme perfectionnée des plaques coulissantes obturatrices et des organes associés selon 11 invention ; et la figure 6 est une vue à grande échelle des éléments d'obturation et d'étanchéité représentés à gauche sur la figure 5. En se référant aux dessins d'une façon générale et aux figures 1 et 4 en particulier, le numéro de référence 10 désigne un moteur rotatif destiné à fonctionner d'une manière qui sera décrite plus bas à l'aide d'un fluide sous pression, tel que la vapeur d'eau, un gaz ou autre fluide sous pression disponible, en faisant appel au principe du bras de levier pour obtenir une plus grande puissance à partir d'une énergie relativement faible du fluide. A cet effet, le moteur 10 peut comporter un carter Il en forme de tambour, monté en position relativement fixe, auquel est assure'tri un moyeu centra.l cylindrique 12 de diamètre relativement petit et définissant, à l'intérieur du carter, une chs- bre annulaire fermée 13 dans laquelle est ajusté un rotor 14 er forme de tambour, pour qutil tourne dextrorsum par rapport au moyeu fixe 12, comme indiqué par des flèches sur les figures 1 et 4. Des paliers utilisés à cet effet sont désignés par le numéro de référence 16.Un arbre moteur central 15 peut Btre fixé au rotor 14 pour qutil tourne avec lui dans des paliers appropriés 22, 22 logés dans un prolongement 23 solidaire du carter 41, de manière que le rotor 14 tourne librement dans la chambre annsl- laire fermée 13 (avec un frottement doux normal). Le moyeu 12 présente une surface externe cylindrique lisse 18 destinée à tourner à l'intérieur de surfaces cylindriques de la paroi interne du rotor 14 pour définir plusieurs chambres fermées étanches au fluide 19, 19, délimitées par des parois latérales parallèles espacées axialement 20, 20 et la surface cylindrique lisse 18 du moyeu fixe 12 (figures I et 4). Une série de plaques coulissantes obturatrices 25, 25 (dont deux sont représentées) coulissent radialement en contact étanche au- fluide dans des évidements radiaux espacés périphériquement 24,24, ménagés dans le moyeu fixe 12. les extrémités internes des évidements 24 communiquent avec un conduit d'alimentation 26 relié à une source de fluide sous pression (non représentée)par l'intermédiaire d'un canal axial central 27 et de canaux radiaux 28,28 du moyeu 12. la disposition est telle qu'une quantité limitée de ce fluide repousse les plaques 25, radialement vers l'extérieur pour mettre leurs bords externes en contact étanche au fluide avec des surfaces de came de forme complémentaire 19a, 19b ou 19c, suivant le cas, lors de la rotation du rotor, comme on le verra plus bas. A cet effet, chaque un ou plaque 25 comporte/plusieurs canaux 29, 29, dont la surface minimale totale d'écoulement est inférieure aux surfaces d'écou- lement des évidements respectifs 24. Le fluide entrant dans les évidements par les canaux radiaux 28 exerce une pression convenable pour pousser les plaques distributrices radialement vers l'extérieur et mettre leurs bords externes en contact étanche au fluide avec les surfaces internes complémentaires du rotor, notamment les surfaces de came 19a, 19b et 19c, et avec les portées intermédiaires 21,21, comme on le voit en particulier sur la figure 1.La surface d'écoulement des canaux 29, 29 de chaque plaque 25 est calculée pour permettre au fluide sous pression d'entrer en quantité suffisante dans les chambres de came respectives 19 du c8té d'attaque d'au moins une plaque coulissante 25 qui est à découvert dans une chambre, pour engendrer une pression dans la chambre respectiveS afin de faire tourner le rotor 14 dextrorsum, comme indiqué par les flèches sur les figures 1 et 4 Ainsi, en utilisant un nombre de plaques coulissante inférieur à celui des chambres de came et en pompant continuellement le fluide sous pression dans les canaux 29 des plaques coulissantes 25, il y a toujours au moins une plaque 25 dans une chambre 19 (voir figure 1).Lorsque le rotor est mis en rotation continue, comme décrit ci-dessus, les plaques coulissantes sont animées radialement d'un mouvement alternatif pour passer successivement d'une chambre à l'autre. Lorsque chaque plaque coulissante 25 entre dans une chambre donnée 19, comme décrit, la pression du fluide monte dans cette dernière du c8té d'attaque de la plaque respective 25 pour repousser le rotor annulaire 14 dextrorsum, tandis que tout le'fluide résiduel restant dans -ette meAme chambre 19 du c8té arrière de la plaque 25 tend à castre refoulé hors de laditechambre 19 par un canal d'échappement 30 du rotor, de manière à être évacué par des aubes 32, 32, en V, qui sont espacées pé riphériquement sous forme d'une grille annulaire 31 qui est fixée dans un espace annulaire 33 du carter fixe 11 pour évacuer le fluide dans une direction donnée par l'intermédiaire dtun canal annulaire 34 du carter il et un conduit de sortie 35.A cet effet, chaque chambre 19 peut être relativement large à son extrémité avant et se rétrécir brusquement vers son extrémité arrière pour assurer une évacuation efficace du fluide résiduel précité par ltintermédiaire du canal d'échappement 30 du rotor 14, du canal annulaire 34 et du conduit de sortie 35 à ltextérieur ou à uu autre endroit. Avec le passage continu et successif dtun gaz comprimé, de l'air ou autre fluide à travers les plaques coulissantes 25, une pression est toujours engendrée du c8té d'attaque d'au moins une plaque 25 pour faire tourner continuellement le rotor 14 et produire ainsi une force d'entraSnement utilisable dans une application quelconque par-rotation de l'arbre moteur 15 du rotor 14.En se référant en particulier à la figure 1, il est évident qu'à cause de l'application de la pression dans les chambres 19 se trouvant à une grande distance radiale de ltaxe du moyeu fixe 12, la force effective appliquée pour faire tourner l'arbre moteur est relativement grande par rapport à la pression du fluide s'exerçant contre les bords attaque des plaques coulissantes 25 en raison de l'utilisation du principe du bras de levier. Ce principe peut être utilisé de la même manière dans des moteurs de toutes dimensions. Pour faciliter ltévacuation des gaz usés des chambres 19, la grille annulaire 31 comprenant unisérie d'aubes 32 en V très rapprochées peut être fixée dans l'espace annulaire 33 du carter 11 entre le rotor 14 et le canal annulaire d'avacuation 34. Les aubes 32 sont disposées, comme on le voit en particulier sur les figures 1 et 4, de manière à diriger les gaz usés dans une direction périphérique donnée, vers la sortie 35. il est possible d'améliorer le rendement du moteur 10 en empê- chant le fluide sous pression de passer entre le rotor 14 et le moyeu 12. Dans ce but, des éléments annulaires d'étanchéité 37 37 en V en matière élastique telle que le caoutchouc peuvent être montés dans le rotor 14 pour être sollicités élastiquement contre les côtés plats opposés du moyeu 12 sur ou près de la surface cylindrique du moyeu, les parois latérales 20, 20 du rotor ayant une section facilitant le montage de ces éléments annulaires comme décrit. Egalement, pour empêcher le fluide sous pression de passer d'une chambre 19 à l'autre, des barres rectilignes d'étanchéité 38 en T peuvent entre logées dans des évidements 39 de forme complémentaire du rotor dans chaque portée 21 entre les chambres 19.Un canal 40 relie chaque évidement 39 à ltextrémité avant d'une chambre adjacente 19, de manière que le fluide sous pression provenant de cette dernière applique une pression à la traverse de la barre d'étanchéité en X, pour maintenir l'extrémité interne de sa tige en contact étanche avec la surface cylindrique lisse du moyeu. Si nécessaire, les plaques coulissantes peuvent & re équipées d'un élément d'étanchéité élastique convenable pour empêcher que le fluide passe des évidements 24 vers le côté de fuite des plaques 25, ce qui aurait pour effet de diminuer le rendement du moteur. Afin de faciliter l'usinage du rotor 14 et son montage sur le moyeu 12, les côtés espacés axialement 41, 41 peuvent avoir la forme de disques superposés interne et externe 42 et 43 fixée ensemble de façon amovible et reliés à la partie annulaire délimitant les chambres du rotor, comme on le voit en particulier sur la figure 3.A cet effet, chaque plaque interne 42 peut comporter une partie centrale discoidale 44 et une partie annulaire externe 45 En utilisant cette-structure, les parties marginales de chaque partie de la plaque 42 peuvent avoir une forme complémentaire pour retenir un élément annulairid'étanchéité 46 en V en une matière élastique convenable qui est comprimé par un ressort hélicoldal 47, de manière que le bord effilé de l'élément drétanchéité reste en contact étanche au fluide avec une surface périphérique de l'extrémité correspondante des deux extrémités espacées axialement du moyeu 12. Ces éléments d'étanchéité 46, de meAme que les éléments d'étanchéité 37 en T situés le long des portées 21, sont destinés à empêcher le fluide sous pression de s'échapper des chambres 19 pendant la rotation du rotor provoquée par la pression exercée sur les bords d'attaque des plaques coulissantes respectives 25. En utilisant le moteur rotatif décrit plus haut pour entraîner tout dispositif mené (non représenté) qui est convenablement relié à l'arbr Woteur 15, le fluide sous pression est introduit continuellement par le conduit 26, les canaux 27 et 28, dans le moyeu 12, en ayant constamment tendance à repousser les plaques coulissantes 25 radialement vers l2ex- térieur, comme on le voit en particulier sur les figures 1 et 4. Le fluide sous pression sortant de l'extrémité d'une plaque coulissante quelconque à découvert dans une chambre 19 entre dans cette dernière pour repousser le rotor et le faire tourier en marche avant dans la direction indiquée par les flèches sur les figures 1 et 4.En se référant à ces deux figures, il est évi- dent qu'il y a toujours au moins une plaque coulissante dans une chambre et que la rotation du rotor 14 est constante tant que le fluide sous pression est introduit comme décrit. Le rendement du moteur rotatif est très amélioré par les dispositifs d'étanchéité décrits plus haut qui empêchent le fluide de passer entre les chambres respectives, ainsi que par le moyen efficace permettant une évacuation contrôlée du fluide usé de la chambre 19 dans le canal 34 en passant entre les aubes 32 de la grille annulaire 31. On va se référer maintenant aux figures 5 et 6 qui représentent la forme perfectionnée du moteur selon l'invention, dans laquelle des plaques obturatrices 25a coulissent dans des évidements radiaux 24a , 24a qui,toutefois,sont dans des plans parallèles à partir de points ou lignes opposés de la surface cylindrique du moyeu 12 et à égale distance de l'axe de ce dernier pour passer sur les cotés opposés de l'alésage axial 27. Guette disposition perfectionnée des évidements radiaux 24a permet d'utiliser des plaques coulissantes obturatrices 25a d'une longueur radiale supérieure à celle qui est possible dans la disposition correspondante représentée sur la figure 4, par exemple, et ltallongement des plaques coulissantes 25a leur permet de pénétrer plus profondément dans des chambres motrices 19d, dont la profondeur a été augmentée en conséquence.En outre, les chambres 19d peuvent comporter des parties de came évidées 19e qui sont encore plus profanes à leurs extrémités avant,de manière à conserver le fluide sous pression et par suite à augmenter le rendement. En outre, la meilleur Xosition angulaire desplaques coulissantes 25a, comme representé, permet d'obtenir un contact très efficace entre leurs extrémités externes et les surfaces de came 19e en améliorant beaucoup la régularité du fonctionnement du moteur.Ce fonctionnement régulier du moteur peut être encore amélioré en logeant des galets cylindriques rotatifs 25c dans les extrémités externes des plaques coulissantes pour assurer un contact régulier étanche au fluide avec les surfaces de came 19e et les portées 21 situées entre les chambres adjacentes 19d. Chaque portée 21 peut & re percée pour loger un bord arrondi 38a d'une lame 79a allongée axialement, qui est en matière plastique élastique résistant à l'usure, pour assurer un contact étanche au fluide avec des parties de même longueur axiale de la surface cylindrique lisse du moyeu 12. Les lames élastiques 39a sont représentées comme ayant des bords de fuite effilées 39b qui sont suffisamment exposées au fluide sous pression dans la chambre adjacente 19d pour maintenir la lame en contact étanche avec la surface lisse du moyeu 12. Le fonctionnement des plaques coulissantes 25a dans des plans qui s'écartent de l'axe du moyeu 12, comme on le voit sur la figure 5, permet aux plaques obturatrices d'entrer dans les chambres 19d avec un mouvement aussi régulier que possible. En outre, la position des plaques coulissantes les éloignant de l'axe du moyeu permet d'utiliser des évidements radiaux plus profonds 24a et de plus longues plaques coulissantes 25a, ce qui rend possible ltutilisation de chambres motrices plus profondes et un plus grand choix de la variation de leur forme dans le but de conserver le fluide moteur sous pression. Le joint élastique 39a du rotor, comme on le voit en particulier sur la figure 6, est destiné à assurer une étanchéité maximale au fluide le long des portées 21 entre les chambres adjacentes et avec une usure minimale dudit joint. Le moteur perfectionné décrit ci-dessus, en se référant à la présente invention représentée sur la figure 5 fonctionne par ailleurs de la même manière et dans le même but que celui décrit en se référant aux figures 1 à 4, les pièces analogues étant désignées par les mêmes numéros de référence, sauf indication contraire. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur décrit, sans sortir du cadre de l'in- vention. Par exemple, il est possible de faire varier le nombre et les proportions des plaques coulissantes 25a et des évidements 24a, comme on le voit en particulier sur la figure 6, en supposant que le terme radial englobe une convergence appropriée par rapport à l'axe du moyeu pour atteindre le même but par le déplacement des plaques coulissantes. RhviDICATIoNs 1. Moteur rotatif perfectionné à fluide sous pression, comprenant un carter relativement fixe, un moyeu non rotatif assujetti au carter et présentant une surface externe cylindrique définissant une chambre annulaire dans ce dernier, un rotor annulaire monté dans le carter pour tourner dans la chambre annulaire et présentant plusieurs cavités de came espacées périphériquemént définissant des surfaces de came entre des portées intermédiaires qui sont en contact avec la surface cylindrique pendant la rotation du rotor, le moyeu présentant des fentes espacées périphériquement qui sont orientées dans une direction généralement radiale, ont une profondeur prédéterminée à partir de la surface cylindrique et débouchent dans ladite chambre,des plaques coulissantes logées dans les fentes et ayant des extrémités qui glissent sur les portées et sur les surfaces de came formées entre ces dernières pendant la rotation en marche avant du rotor dans la chambre annulaire, un conduit pour introduire continuellement un fluide sous pression par lXintermédiaire du moyeu fixe dans lesdites fentes pour repousser les plaques coulissantes radialement vers ltestérieur au contact des surfaces de came et des portées lors de la rotation du rotor, lesdites plaques coulissantes présentant des canaux pour diriger des proportions prédéterminées du fluide sous pression à travers lesdites plaques à partir des fentes vers les bords d'attaque des plaques pour engendrer une pression dans les cavités correspondantes de manière à faire tourner le rotor en marche avant et des canaux ménagés dans le rotor pour évacuer le fluide sous pression usé à partir des cavités du cEté de fuite desdites plaques coulrssantes, moteur perfectionné caractérisé en ce que les fentes orientées généralement dans une direction radiale se prolongent vers l'intérieur du moyeu cylindrique dans des plans passant à distance de l'axe central de ce dernier. 2. Moteur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fentes ont une longueur vers l'intérieur qui est supérieure au rayon du moyeu cylindrique. 3. Moteur rotatif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques coulissantes sont d'une plus grande longueur dans une direction généralement radiale pour pénétrer dans les cavités de came présentant une plus grande profondeur correspondante. 4. Moteur rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des galets cylindriques sont montés dans les extrémités des plaques coulissantes pour venir en contact de roulement étanche au fluide avec les surfaces de came et les portées. 5. Moteur rotatif selon lrune quelconque-des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'unie longue lame d'étanchéité au fluide en matière élastique est fixée dans chaque portée du rotor et se prolonge périphériquement pour assurer un bon contact étanche avec la surface cylindrique du moyeu0