Brevet FR2317527A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne un compresseur rotatif à gaz. Le terme "compresseur" utilisé dans le présent mémoire désigne à la fois un dispositif de compression d'un gaz à la pression atmosphérique, destiné à lui donner une pression supérieure, et un dispositif (habituellement appelé pompe à vide) destiné à comprimer un gaz à une pression inférieure à la pression atmosphérique et à le porter à la pression atmosphérique. Dans un compresseur à déplacement positif du type qui aspire un gaz dans une chambre de travail, qui l'y comprime et qui le chasse, cette chambre de travail ayant une forme de croissant et étant délimitée entre un rotor excentrique et une chambre cylindrique de compression formée dans le stator dans lequel tourne le rotor, les vitesses relatives élevées du rotor et du stator nécessitent l'introduction d'une huile dans la chambre de compression afin que le lubrifiant empt- che une usure excessive. L'huile contamine dans une certaine mesure le gaz pompé et ce phénomène est indésirable dans certains cas. L'invention est destiné à la réduction des vitesses et des déplacements-relatifs des parties mobiles et fixes du compresseur, limitant la chambre de travail, afin que la quantité de lubrifiant nécessaire, autre que le gaz comprimé, soit minimale ou nulle. Plus précisément, l'invention concerne un compresseur rotatif ayant un arbre muni de deux tourillons et d'une partie intermédiaire excentrique par rapport à l'axe des tourillons, un piston cylindrique creux monté sur la partie excentrique et tournant dans une chambre cylindrique de compression formée dans le corps du compresseur afin qU'il délimite une chambre de travail en forme de croissant entre lui et le corps, une languette placée le long de la chambre et ayant deux bords parallèles à l'axe de rotation de l'arbre, l'un de ces bords étant associé au corps du compresseur, de manière étanche, et l'autre des bor étant relié au piston, de manière étanche, la languette et le piston ayant leurs faces d'extrémité très proches des parois d'extrémité de la chambre de compression afin qu'il ne passe que des quantités négligeables de gaz entre ces faces d'extrémité et les parois d'extrémité, et une entrée et une sortie de gaz, communiquant avec la chambre de compression de part et d'autre r3e la languette et disposées afin qu'elles communiquent sélectivement avec la chambre de travail lors de la rotation de l'arbre. D'autres caractéristiques et avantages d? 1 ' irrention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une perspective schématique d'un compresseur selon l'invention, couplé à un moteur électrique - la figure 2 est une coupe du compresseur de la figure 7 et elle représente la disposition interne des différentes parties qui travaillent ; - les figures 3a à 7d sont des diagrammes illustrant le fonctionnement d'un compresseur selon l'invention ; et - la figure 4 est une coupe d'une variante de compresseur selon l t invention. Le compresseur de la figure 1 est destiné à constituer une pompe à vide. il comporte un corps 2 ayant deux plaques 4 d'extrémité fixées par des vis 6. Un arbre rotatif couplé à l'arbre d'entratnement d'un moteur électrique 8, dépasse de la paroi arrière mais on ne peut pas-le voir étant donné l'angle de perspective. La pompe comprend un raccord 10 qui dépasse d'une paroi d'extrémité et qui permet la connexion de l'appareillage à évacuer par un tronçon de tuyauterie souple, afin que l'entrée de la pompe à vide communique avec l'intérieur de l'appareillage à évacuer. Le corps 2 comprend un canal 12 dans la base duquel est logé un clapet de retenue qui permet l'échappement du gaz à l'atmosphère. La figure 2 représente clairement la construction in-terne de la pompe à vide. Le ccrps 2 (ou stator) de la pompe à vide comprend une chambre de compression ayant une paroi courbe 14 qui a pratiquement la configuration d'un cylindre droit ayant un prolongement 16 pour des raisons décrites dans la suite. Un piston cylindrique 18 est monté dans la chambre de compression et il est porté par un arbre 20 qui tourne autour d'un centre 22, sur deux tourillons 23 (un seul est représenté) ayant le meme axe que l'arbre d'entratnement (non représenté). Des paliers anti-friction sont montés entre le piston 18 et l'arbre 20. Les tourillons 23 sont aussi portés par les paliers des parois d'extrémité 4.Ces paliers peuvent maintenir le piston 18 et l'arbre 20 en position axiale fixe l'un par rapport à l'autre et par rapport au couvercle 4 d'extrémité (à l'aide des paliers de mise en position de l'arbre d'entratnement). Etant donné la distance matérielle entre ces paliers et la chambre 14 de travail en forme de croissant et formée entre le piston 18 et la paroi 14 de la chambre de compression, les paliers peuvent rester pratiquement à la pression atmosphérique et peuvent donc titre lubrifiés avec de la graisse ou une huile, sans danger de contamination du gaz de la chambre 24 par l'huile. Une languette 26 est disposée entre le stator 2 et le piston 18. Les bords parallèles à l'axe 22 ont des saillies 28 et 29 dont les surfaces externes sont courbes et qui sont destinées à se loger étroitement dans des cavités du stator et du piston respectivement, tout en pouvant glisser. L'ajustage est tel que la languette peut tourner dans une certaine mesure autour de l'axe d'articulation formé par la coopération de la saillie 28 et de la cavité complémentaire. Cependant, l'ajustement est si étroit que la quantité de gaz qui peut s'écouler entre les surfaces respectives est pratiquement nulle malgré la différence de pressions établie de part et d'autre de la languette lors du fonctionnement de la pompe. La partie principale de la languette 26, placée entre les saillies 28, est courbe. Elle a une face interne 30 de courbure complémentaire de celle du piston 18 si bien que, lorsque le piston et la languette ont la position relative choisies ils nue délimitent pratiquement aucun espace mort". La face externe 32 de la languette est destinée à coopérer étroitement avec le prolongement 16 de la chambre de compression, afin que l'espace mort soit réduit au minimum dans cette partie de la pompe. La languette 26 a une face courbe d'extrémité 34 qui peut glisser sur la face correspondante 36 du prolongement 16. Cet ajustement est si étroit que l'intérieur du prolongement 16 est pratiquement coupé de la chambre 24 de travail jusqu'à ce que les surfaces 34 et 36 ne soient plus en contact. il faut noter que le piston 18 et la languette 26 coopèrent si étroitement avec les faces internes des parois d'extrémité 4 que seules des quantités négligeables de gaz peuvent passer le long de la languette, dans les espaces compris entre les parois d'extrémité d'une part et les pistons et la languette d'autre part, afin que la différence de pressions créée de part et d'autre de la languette 26 lors du fonctionnement de la pompe, soit conservée. De cette manière, la matière utilisée pour la formation de la languette en particulier doit satisfaire à des critères très astreignants, car elle doit être dimensionnellement stable et doit posséder une faible vitesse d'usure malgré le déplacement relatif entre la languette et le stator, le piston et les parois d'extrémité. L'une au moins des parois d'extrémité 4 comporte un canal de circulation de gaz à comprimer qui communique avec un raccord 10. Une position avantageuse pour le canal est indiquée par la configuration "triangulaire curviligne" 38 repérée en traits interrompus. Une autre position pour l'entrée de gaz est représentée par les traits mixtes 40. Le canal 38 débouche dans la paroi d'extrémité et il est destiné à être sélectivement ouvert et fermé lors du déplacement du piston 18 au cours de la rotation de la came. L'autre entrée 40 est formée dans le stator 2 et communiqllv toujours avec le prolongement 16.Cependant, comme indiqué, ce prolongement 16 et avec lui l'entrée 40, sont disposés sélectivement en communication avec la chambre 24 de travail, suivant la position de la languette 36 pár rapport au stator 2. Quelle que soit la configuration de l'entrée utilisée, la sortie est formée par un passage 42 dont les parois sont contiguës à la paroi 14 de la chambre du compresseur à un emplacement proche de l"'articulation de stator" de la languette 26. L'extrémité de sortie du passage 42 est destinée à & re fermée par un clapet de retenue, de préférence comprenant un volet 44 de matière élastomère, si bien que le passage 42 est ouvert à l'atmosphère lorsque la pression du gaz à l'intérieur est légèrement supérieure à la pression atmosphérique. L'élasticité naturelle du volet 44 provoque a fermeture étanche r et empoche l'entrée du gaz de l'atmosphère dans le passage 42 lorsque la pression du gaz dans ce passage tombe à une valeur suffisamment faible. On a indiqué que les canaux 38 et/ou 40 constituaient les entrées et le passage 42 une sortie, étant donné qu'on considère que l'arbre 20 tourne dans le sens horaire. Cependant, lorsque le sens de rotation est opposé, on peut placer le canal 38 d'entrée et le passage 42 de sortie de l'autre côté de la pompe, avec un pompage satisfaisant. La figure 4 représente cette variante dans laquelle les références précédentes ont conservé leur signification. La description qui précède indique que l'une des fonctions de la languette 26 est d'empocher une rotation importante du piston 18 par rapport au stator 2 bien que, lorsque la pompe fonctionne, le piston décrive un mouvement de précession autour du centre 22, en contact glissant ou presque avec la paroi 14 de la chambre de compression. Son mouvement autour de la paroi 14 de cette chambre est une combinaison d'un roulement et d'un glissement.Bien que les parties du piston 18 et la paroi 14 qui passent très près l'une de l'autre adequn mouvement relatif, la vitesse de ce mouvement est si faible que la matière de lubrification nécessaire est minimale ou qu'on peut utiliser des matières auto-lubrifiantes (sans application d'un lubrifiant), l'espace entre les deux parties mobiles étant cependant si faible qu'une quantité négligeable de gaz peut passer dans cet espace étant donné les différences de pressions créées dans les parties de la chambre 24 de travail qui se trouvent de part et autre de la languette 26 en cours de fonctionnement de la pompe.En conséquence, la matière de l'un au moins des éléments qui frottent, c'est-à-dire le piston et la paroi 14, peut être par exemple en matière plastique auto-lubrifiante, en matière plastique sèche ou en matière poreuse imprégnée d'une huile ou d'une graisse. On considère le fonctionnement à partir de la figure 3a dans laquelle le canal d'entrée (38 sur la figure 3d) est fermé par la face d'extrémité du piston rotatif 18, la partie 25 de la chambre 24 étant remplie de gaz introduit. La rotation de l'arbre -20 dans le sens horaire provoque le déplacement du piston 18 autour de la paroi 14 dans le sens horaire aussi. Pendant la première partie de ce mouvement, le volume 25 reste pratiquement constant (figure 3b) bien que de légères variations de pression du gaz apparaissent dans la partie 25étant donné que le canal d'entrée 38 ne communique pas avec la partie 25 car des parties du piston 18 sont disposées entre eux. Lorsque la rotation se poursuit-, le piston 18 découvre une zone du canal 38 (figure 3c) qui permet au gaz de s'écouler dans une partie 27 placée sur le côté droit (sur la figure 3c) de la chambre 24. Lorsque le piston continue à se déplacer, le volume de la partie 27 augmente si bien que le gaz est aspiré dans celle-ci (figure 3d) jusqu'à ce que cette partie ait son volume maximal.Pendant cette rotation continue, le volume de la partie 25 diminue progressivement (figures 3c et 3d) si bien que le gaz contenu est mis sous pression et finalement atteint une valeur telle qu'il provoque l'ouverture du clapet 44, le gaz s'échappant alors par le clapet. Le volume de la partie 25 de la chambre de travail est réduit à une très faible valeur qui est minimale lorsque la distance entre le pistoel et la paroi 14 est la plus faible juste à gauche du passage 42. Le cycle de pompage recommence alors. il faut noter que le canal 38 d'entrée est fermé de façon étanche par la face d'extrémité du piston rotatif chaque fois que le canal pourrait communiquer avec le passage 42 de sortie. De cette manière, le gaz ne peut pas s'échapper en quantité importante de la chambre de travail au canal 38 d'entrée. Il faut noter que le mouvement angulaire relatif de la languette 26 et du stator 2, au cours d'un cycle de pompage, et entre la languette 26 et le rotor 28, est relativement faible. il est encore réduit lorsque le rapport du diamètre du rotor au diamètre de la chambre de travail augmente. Les petits déplacements angulaires font apparattre des vitesses de frottement relativement faibles entre les extrémités du piston et les parois des cavités dans lesquelles elles sont logées si bien qu'on peut utiliser une quantité minimale de matière de lubrification ou des matières auto-lubrifiantes. Des -supports élastiques qui permettent les petits déplacements angulaires sans frottement conviennent aussi. La languette articulée 26 du type représenté peut être remplacée selon l'invention par une languette de matière souple (par exemple une mince bande d'un métal élastique ou plusieurs bandes formant une structure laminée) ou une matière élastomère (par exemple du caoutchouc armé) ou une structure composite comprenant des matières de ces deux types. Dans ces circonstances, les bords parallèles de la languette doivent etre fixés au stator et au piston de manière étanche afin que la languette puisse fléchir sans permettre un pivote- ment oscillant au niveau des points d'ancrage (qui serait nécessaire dans le cas d'une languette rigide). L'utilisation d'une languette souple nécessite qu'une attention toute particulière soit portée à la réduction des fuites entre les faces d'extrémité de la languette et les deux parois d'extrémité. il est avantageux que les distances comprises entre les faces d'extrémité de la languette et les parois d'extrémité soient aussi faibles que possible, et la face d'extrémité de la languette doit wetre aussi large que possible afin que le débit de gaz dans ces espaces corresponde à un débit suffisamment faible de fuite dans la pompe pour Btre tolérable. REVENDICATIONS 1. Compresseur rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre ayant deux tourillons et une partie intermédiaire excentrique par rapport à l'axe des tourillons, un piston cylindrique creux monté sur la partie excentrique et travaillant dans une chambre cylindrique de compression fcrmée dans le corps du compresseur afin qu'il délimite une chambre de travail en forme de croissant entre lui et le corps, une languette placée sur toute la longueur de la chambre et ayant deux bords parallèles à l'axe de rotation de l'arbre, l'un des bords coopérant avec le corps du compresseur de manière étanche et l'autre coopérant avec le piston de manière étanche, la languette et le piston ayant leurs faces d'extrémité très rapprochées des parois d'extrémité de la chambre de compression afin que seules des quantités négligeables de gaz puissent passer entre les faces d'extrémité des parois d'extrémité, et une entrée et une sortie de gaz communiquant avec la chambre de compression de part et d'autre de la languette, l'entrée et la sortie étant destinées à communiquer sélectivement avec la chambre de travail lors de la rotation de l'arbre. 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coopération étanche de la languette est obtenue par formation aux extrémités de celle-ci, de saillies ayant des faces externes courbes destinées à s'ajuster étroitement dans des cavités du corps du compresseur et du piston respectivement, en pouvant glisser dans ces cavités, l'ajustement étant tel que, lors de la rotation de l'arbre, la languette peut tourner d'un angle limité autour de l'axe d'articulation formé par la coopération de chaque saillie et de la cavité complémentaire, l'ajustement étant si étroit que la quantité de gaz qui peut s'écouler entre les saillies et les cavités respectives est pratiquement nulle malgré la différence de pressions existant de part et d'autre de la languette lors du fonctionnement du compresseur. 3. Compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de la languette placée entre les saillies est courbe. 4. Compresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face interne de la languette a une courbure complémentaire de celle du piston Si bien que, lorsque le piston et la languette occupent des positions relatives choisies, ils délimitent entre eux un espace mort pratiquement nul. 5. Compresseur selon l'une des revendications 7 et 4, caractérisé en ce que la face externe de la languette a une forme telle qu'elle peut se loger étroitement dans une cavité placée le long de la paroi de la chambre de compression. 6. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la languette est en matière souple, ses bords étant fixés au corps du compresseur et au piston de manière étanche, mais permettant aux raccords résultants de constituer des articulations. 7. Compresseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la languette a une structure composite stratfiée, comprenant des couches d'une matière élastomère et des couches d'une matière souple ayant une stabilité dimensionnelle suffisante pour que la languette coopère de façon pratiquement étanche avec la paroi d'extrémité du compresseur. 8. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal d'entrée est destiné à étre ouvert et fermé sélectivement par le piston lors de la rotation de l'arbre. 9. Compresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le canal d'entrée communique avec la cavité placée le long de la paroi de la chambre de compression et est placé sélectivement en communication avec la chambre de travail suivant la position de la languette par rapport au corps du compresseur. 10. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière du piston ou de la paroi de la chambre de compression au moins est une matière plastique auto-lubrifiante, une matière plastique sèche ou une matière poreuse imprégnée d'une huile ou d'une graisse.