Brevet FR2330854A1 — publié le 19770603

La présente invention est du domaine des machines rotatives. Elle vise plus précisément une machine rotative perfectionnée dont le rotor orbite à l'intérieur d'une enveloppe fixe. Dans les machines dont le rotor effectue un mouvement orbi tai dans une enveloppe, il faut que le mouvement de celui-ci soit convenablement contrôlé pendant ce temps, ceci étant du au fait que le rotor peut ~ être monté sur un arbre à came ou sur l'arbre principal du moteur, et que des aubes ou des éléments analogues sont prévus pour diviser l'espace compris entre le ro tor et l'enveloppe fixe, de manière à former des chambres de travail, de sorte qu'une certaine relation doit etre maintenue entre ces aubes et les agencements de circulation des fluides, afin que les orifices, les aubes et les rotors formant les chambres de travail soient correctement synchronisés. Pour réaliser cette condition, il faut que le rotor soit convenablement contrôlé et un moyen pour obtenir ce résultat est d'avoir un second arbre à came ou à excentrique monté dans l'en- veloppe et sur lequel le rotor est, de son côté, monté à rotation, mais il est alors indispensable que ces deux arbres soient accouplés avec précision pour tourner à l'unisson, faute de quoi, il peut se présenter une situation dans laquelle, aux positions de point mort haut, ces arbres ou l'un d'entre eux pourrait avoir tendance à tourner dans la direction opposée. Le brevet australien N 474 336 décrit une machine orbitale dont le rotor est commandé par deux arbres à came ou à excentrique accouplés par un engrenage et l'un des objets de la présente invention est de fournir des moyens pour restreindre et pour confrôler convenablement le mouvement orbital de ce rotor, moyens qui sont à la fois simples et peu coûteux et qui peuvent être incorporés dans la machine rotative. La présente invention a pour objet une machine rotative ayant un rotor qui orbite dans une enveloppe fixe, ce rotor étant monté sur, au moins, un arbre à came ou à excentrique et ayant des moyens additionnels coopérant entre le rotor et l'enveloppe pour contrôler son mouvement, lesdits moyens comprenant un certain nombre d'éléments espacés circonférentiellement sur le rotor ou sur l'enveloppe pour coopérer avec un nombre correspon dent de cavités de l'enveloppe ou du rotor, la disposition étant telle qu'un certain nombre de ces éléments sont au con rtact d'un certain nombre de cavités afin de contrôler le mouve ment relatif du rotor dans l'enveloppe. L'invention vise plus précisément une machine rotative com portant une enveloppe, une chambre dans cette enveloppe, un ar bre concentrique à la chambre et sur lequel est monté excentri quement un rotor, un certain nombre d'aubes divisant l'espace compris entre le rotor et la paroi intérieure de la chambre en un certain nombre de chambres de travail et des moyens pour com mander la circulation d'un fluide dans lesdites chambres de tra rail, caractérisée par le fait que le rotor est guidé pour par ticipcr à un mouvement orbital dans la chambre par un certain nombre de lobes coopérant avec des cavités du rotor et de l'en- veloppe, ce qui fait que le rotor est empêché de tourner pendant qu'il exécute son mouvement orbital. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence auxdessinsan- nexé dans lesquels: - la figure 1 est une vue en bout de la machine de l'inven tion, la plaque d'extrémité étant enlevée ; - la figure 2 est une vue en bout de la même machine, vue de l'autre côté, la plaque d'extremité opposée étant elle aussi, enlevée - la figure 3 est une vue en coupe inversée suivant la li gne 3-3 de la figure 1 - la figure 4 est une vue en bout analogue à la figure 1 mais plus schématique, afin de montrer les orifices qui comman- dent la circulation du fluide;; - les figures 5A et 5B sont respectivement une vue en bout et de côté de la came qui commande les mouvements des aubes - la figure 6 est une vue latérale d'une aube ; - les figures 7A-et 7B sont des vues en bout montrant d'au tres formes de réalisation des aubes - la figure 8 est une vue en coupe dune aube montrant la disposition des ressorts - les figures 9A et 9B sont respectivement une vue de côté et en bout d'un ressort; et, - la figure 10 est une vue agrandie des joints annulaires logés dans les plaques d'extrémités. En se référant auydessins on voit une machine qui comprend une enveloppe cylindrique 1, entourée d'ailettes de refroidissement 2. Un arbre 3 est monté dans des paliers, fixés dans des plaques latérales 5 et 6, cet arbre s'étendant au centre de la chambre de travail circulaire ménagée dans l'enveloppe 1. Un rotor circulaire 7 est monté sur une came ou sur un excentrique 8 de l'arbre 3, ce rotor participant à un mouvement orbital sans tourner pour autant. Des aubes d'isolement ou d'é tanchéité 9 qui, dans le présent exemple sont au nombre de quatre, sont espacées autour du rotor, les aubes 9 étant sollicitées à s'appliquer contre la face intérieure de ltenveloppe par des poussoirs 10 prenant appui contre des cames 11. Le rotor 7 est guidé dans son mouvement orbital non-rotatif par des lobes 12, logés dans des cavités 13, les lobes 12 étant formés sur une plaque de commande de circulation 14 fixée, par exemple, par des vis ou des goujons au rotor 7. Les cavités 13 sont formées dans l'enveloppe 1 ou bien, comme représenté sur la figure 3, dans une plaque latérale à orifices 15. Chaque lobe 12 participe à un mouvement orbital dans sa cavité, deus des lobes étant, à tout instant, au contact de la paroi des cavités correspondantes, ce qui empêche le rotor 7 de tourner. Des étanchéités 16 sont prévues sur la plaque latérale 6 et sur la plaque latérale à orifices 15 pour agir sur les faces latérales du rotor 7, de sorte quelles chambres de travail comprises entre chaque groupe d'aubes 9 sont fermées hermétiquement entre les aubes 9 et les étanchéités 16. La plaque latérale 5 couvre la plaque de commande 14 et on profite du mouvement des lobes opérant entre la plaque latérale 5 et la plaque latérale à orifices 15 en utilisant ce mouvement relatif pour commander la circulation du fluide dans la chambre entre les aubes adJacentes. En cons quence, la plaque de commande 14 comporte un trou ou un orifice 17 et deux trous espacés 18, 19 sont formés dans la plaque latérale 15. Les orifices de la plaque latérale 5 sont disposés de la même façon que les orifices 18 et 19, en conséquence l'orifice 17 de la plaque de commande 14 sert à interconnecter les orifices 18 de la plaque latérale 5 et de la plaque latérale 15 ou les orifices 19 de la plaque latérale 5 et ceux de la plaque latérale 15. On voit donc en se référant à la figure 4 qu'en supposant que le rotor orbite dans le sens des aiguilles'a'une montre, les lobes situés du côté gauche peuvent etre considérés comme constituant le point mort haut, tandis que les lobes de droite sont à considérer comme formant le point mort bas. Quand le rotor orbite, l'orifice 17 découvre l'orifice 18 en permettant au fluide d'entrer dans la chambre dont le volume augmen-e jusqu'à ce qu'il atteigne son maximum, ce qui correspond à l'instant où orifice 17 a effectivement passé au-dessus de l'orifice 18, et commence à découvrir l'orifice 19 pour permettre au rotor de refouler le fluide par cet orifice 19. En conséquence, comme il a été décrit, la machine opère comme un compresseur dont les orifices 18 seraient les entrées et les orifices 19 les sorties. On voit aussi que la machine pourrait fonctionner comme un moteur à fluide ou comme un moteur à combustion interne à deux temps dont l'une des chambres char gerait la suivante. En utilisant deux machines identiques, l'une pourrait faire fonction de moteur à combustion interne à deux temps, tandis que l'autre ferait fonction de compresseur pour délivrer le mélange à la chambre qui convient selon un cycle à deux temps. La plaque latérale 5 pourrait renfermer des tubulures collectrices appropriées--20-destinées à relier les différents orifices d'entrée et de sortie qui doivent aboutir à une entrée ou à une sortie commune (non représentées). Sur le dessin, les orifices 17, 18 et 19 ont une forme circulaire, mais on comprend aisément qu'ils pourraient avoir n'importe quelle autre forme désirée, compatible avec la circulation voulue du fluide. C'est ainsi que ces orifices pourraient être allongés afin de prolonger le temps pendant lequel ils sont complètement ouverts en augmentant ainsi le débit, ou bien ils pourraient être profilés pour assurer une fermeture ou une ouver- ture plus rapides, au besoin. La machine décrite ci-dessus ne comporte que d'un côté une plaque de commande à orifices, mais on conçoit aisément qu'une telle plaque avec les lobes et les cavités qui s'y rapportent pourrait être prévue de chaque côté de la machine. De cette manière, l'une des plaques de commande à orifices pourrait être utilisée pour l'admission et l'autre pour l'échappement et, ainsi, on pourrait réaliser une circulation croisée du fluide dans la machine. Lorsque la machine fait fonction de moteur à combus tion interne, une telle circulation croisée contribue au balayage des gaz d'échappement0 Les aubes 9 sont logées dans des fentes 21 pratiquées dans le rotor, chaque aube comprenant, comme le montre la figure 7A, une monture en U, cette monture 22 étant en deux parties qui sont fixées sur deux goupilles ou-deux poussoirs 10.Ces poussoirs s'étendent radialement à travers des trous percés dans le rotor et s'appliquent contre la came 11, dont la surface 24 présente une partie incurvée ayant un rayon égal au rayon de la surface intérieure de l'enveloppe de sorte que les aubes sont maintenues au contact de la surface intérieure de cette dernièr Chaque aube 9 comprend quatre lames 24 et chaque lame présente une surface d'étanchéité 25 et une découpe 26 opposée à la surface 25. La lame 24 possède ainsi deux branches ?7 et 28; la branche 28 étant plus large que la branche 27, cette différence de largeur étant, de préférence, de l'ordre de 1,60 mm. 'tes quatre lames 24 sont formées de cette manière, mais elles sont assemblées tête bêche.Un ressort 29 inséré dans les découpes sollicite ainsi les branches suivant des directions opposées, de sorte que les joints qui s'appliquent contre la plaque latérale 6 et la plaque latérale à orifices 15 forment une sorte de joint à labyrinthe entre elles. Le ressort 29 a, de préférence, une forme en U avec des parties d'extrémités 30 qui s'appliquent contre les bords intérieurs des branches 27 et 28 des lames 24, les côtés du ressort 29 étant, eux aussi, élastiques, et celui-ci étant logé dans la monture en U 22. Un ou plusieurs ressorts 31 sont ensuite placés au-dessus du ressort 29 afin de solliciter les lames radialement vers l'extérieur et ces dernières sont ensuite introduites dans la monture 22.Ainsi, le ressort 29 sollicite chaque seconde lame suivant une direction opposée et le ou les ressorts 31 sollicitent toutes les lames vers l'exté- rieur. Bur la figure 7, la monture 22 est d'une pièce et a une forme en U avec un insert plein à la place du ressort 29. Dans ce cas, les ressorts 31 peuvent s'étendre sur toute la longueur de l'insert et, aussi, le long de chaque extrémité, de sorte qu'ils repoussent les lames radialement vers l'extérieur et aussi axialement par rapport à la monture 22. La goupille 10 est reliée invariablement à la base de la monture des lames par une soudure ou bien par ajustage dans un renfoncement et/ou dans l'insert. La présence de la goupille ou du poussoir 10 oblige la monture 22 à se déplacer radialement et, de cette manière, les fentes peuvent être maintenues à un minimum et même lorsque les autres font sensiblement saillie hors des fentes, les lames n'ont aucunement tendance à basculer. On conçoit qutau lieu d'avoir une forme en U, les lames 24 pourraient avoir une forme en D avec une seule branche et qu'elles pourraient être placées alternativement, auquel cas le res- sort 29 solliciterait chaque lame adjacente suivant une direction opposée. Pour réaliser une. étanchéité. entre les faces d'extrémités du rotor iui-même et la plaque latérale 6, ainsi qu'avec la plaque latérale à orifices, les étanchéités 16 peuvent comprendre une ou plusieurs gorges 32 dans lesquelles est logée une bague d'étanchéité circulaire fendue 33, les bagues 33 étant sollicitées vers l'extérieur par un ressort 34, de préférence ondulé de forme circulaire et qui exerce sa pression autour de la circonférence de la bague 33. La came Il peut faire partie intégrante de la plaque latérale correspondante ou bien, en variante, peut être vissée ou fixée à celle-ci par des goujons, la plaque et la came étant alésées pour permettre le passage de l'arbre. Des joints d'huile 23 sont prévus dans la face d'extrémité du ressort et dans la plaque 15 pour régler la circulation de l'huile de graissage fournie au centre du rotor afin de lubri fier les paliers et l'excentrique. Pour réaliser une étanchéité satisfaisante autour des orifices dans les lobes de la plaque de commande à orifices, un manchon (non représenté) pourrait être prévu autour de chaque orifice de la plaque latérale 5, ce manchon étant sollicité par un ressort à s appliquer contre la plaque de commande 14 afin d'assurer l'étanchéité autour des orifices. Selon une autre variante, les lobes pourraient comporter une partie saillante appelée à être pourvue d'une bague de roulement ou analogue, de sorte que la bague extérieure du roulement pourrait rouler autour de la cavité pour diminuer encore davantage la friction. Dans une autre forme de l'invention, le rotor, au lieu de comporter des branches externes et des cavités, pourrait être pourvu au centre d'un certain nombre de découpes ou de renfoncements semi-circulaires, ceux-ci étant uniformément espacés autour de son axe, et étant aussi semi-circulaires et ayant un rayon égal à la course de l'arbre à excentrique. Ces découpes doivent être espacées du centre du rotor d'une distance telle qu'elles se touchent pratiquement ou bien elles pourraient être espacées circonférentiellement l'une de l'autre d'une courte distance. Sur ltenveloppe, c'est-à-dire, sur les parois d'extrémités ou sur les parties fixées à l'enveloppe et aux parois d'extré- mités, pourraient être prévues un certain nombre de goupilles, égal à celui des cavités ou des renfoncements, le centre de ces goupilles étant espacé du centre des cavités d'une distance égale à la course de ltarbre à excentrique.Ainsi, quand le rotor et l'enveloppe sont assemblés, ces goupilles s'appliquent à glissement dans leur cavité respective pendant les différentes parties du mouvement du rotor dans l'enveloppe, chaque goupille étant ainsi au contact de sa cavité durant la moitié de la révolution de l'arbre et, de cette manière avec six goupille les et six cavités, on a pratiquement toujours trois goupilles de contact, des cavités correspondantes, car lorsque une goupille quitte sa cavité, la goupille diamétralement opposée vient immédiatement au contact de la cavité correspondante. Toutefois, lorsque les goupilles et les cavités sont espacées à un diamètre de leurs centres respectifs, il se peut qu'il n'y ait que trois goupilles au contact de leur cavité en même temps. C'est ainsi que si on considère le cas d'une goupille située au centre de sa cavité et au contact de celui-ci, la goupille de queue sera au contact d'un coté de sa cavité, tandis que la goupille de tête sera au contact de l'autre côté de sa cavité et, ainsi, les contacts et les positions seront tels que le rotor est pratiquement maintenu dans sa position correcte, de sorte qu'il exécute un mouvement purement orbital sans avoir tendance à tourner autour de son axe. L'exemple ci-dessus comporte six goupilles et cavités, mais on conçoit aisément que le nombre de celleeci peut tre supé -rieur ou inférieur, mais qu'on ne saurait descendre au-dessous de quatre, car dans ce cas, il y aurait moins de deux goupilles au contact des surfaces correspondantes et, dans ce cas, le guidage désiré ne serait pas maintenu. Les goupilles ont été décrites comme étant placées sur la plaque d'extrémité ou sur l'enveloppe de la machine rotative, les cavités étant dans le rotor, mais on conçoit que rien ne s'oppose à ce qu'on adopte la disposition inverse avec les goupilles sur le rotor et les cavités dans l'enveloppe, ces cavités si elles sont sur le rotor, ne devant pas nécessairement traverser celui-ci complètement mais pouvant être formées à l'une de ses extrémités, ou une plaque ayant la configuration désirée, pourrait être conformée ou fixée à l'extrémité du rotor. De meme les goupilles bien qu'ayant été désignées par ce terme pour la commodité de l'exposé, n'ont pas besoin de se présenter sous la forme de butées circulaires se dressant à l'extrémité de l'enveloppe ou sur une plaque ou un autre élément fixé à l'enveloppe. Les cavités peuvent être facilement formées en perçant des trous dans une plaque ou dans une autre pièce suivant le besoin, puis en perçant un autre trou plus grand, pour enlever la partie centrale en formant ainsi l'ouverture pour permettre le montage des paliers, de l'arbre à excentrique ou d'autres éléments nécessaires à l'intérieur du rotor. Le cas échéant, les cavités et autres pourraient être découpées dans une plaque de matière appropriée ou bien poawraients le cas échéant, être produites par moulage. En se référant à nouveau aux mêmes ensembles, il est à noter que chaque ensemble pourrait comporter une fente formée le long de son bord extérieur et aussi vers le bas à chaque bord d'extrémité, et que dans cette fente pourrait s'étendre au moins, une paire de joints ayant soit une forme en X; soit une forme en U, de manière à s'étendre le long du bord de l'aube et aussi vers le bas jusqu'à l'une des extrémités, au moins, de l'aube, des ressorts étant prévus sous les joints pour solliciter les aubes vers l'extérieur contre la surface cylindrique et aussi pour solliciter chaque second joint selon des directions opposées afin de réaliser une étanchéité contre les faces d'extrémités. C'est ainsi par exemple, que les étanchéités pourraient comprendre un certain nombre de joints en U s'ajustant dans la pente de l'aube et sous les joints pourraient être prévus des ressorts pour solliciter tous les joints vers l'extérieur, contre la surface cylindrique et pour solliciter les joints impairs dans une certaine direction pour étancher l'une des faces d'extrémités et les joints pairs dans la direction opposée pour étancher ltautre face d'extrémité, tous les joints étant ainsi sollicités vers l'extérieur en direction de la surface cylin- drique, et ce de manière que chaque second joint tende dans une direction opposée pour réaliser l'étanchéité des faces d'extrémités. Ainsi, le ressort prévu pour être placé sous les joints eux-nêmes peut avoir une forme ondulée, tout an ayant aussi un profil en U, mais chaque branche de cet U est fendue, les fentes de l'une des branches étant décalées par rapport aux fentes de l'autre, ces fentes ayant la largeur voulue pour recevoir un joint, de sorte que quand les joints sont placés dans la rainure de l'aube, chaque second joint a une branche s'engageant dans une fente située d'un côté de l'aube et les autres joints s'engageant dans les fentes situées de l'autre côté de l'aube, de sorte que chaque joint est sollicité vers l'exté rieur contre la surface cylindrique et aussi en direction des faces d'extrémités. De cette manière, en utilisant un seul ressort ondulé et un certain nombre de joints, quatre par exemple, qui sont tous identiques, on réalise des économies de fabrication et aussi d'assemblage puisqu'il suffit de laisser tomber le ressort ondulé dans la fente de l'aube et de placer ensuite les joints en position, ceux-ci s1 ajustant facilement dans la position correcte et étant ainsi automatiquement sollicités dans les directions désirées. Ainsi on réalise, en fait, un joint du type à labyrinthe, ce qui permet d'obtenir les caractéristiques d'étanchéité désirées par un contact linéaire ou virtuellement linéaire entre chaque joint et la surface avec laquelle il coopère, un certain nombre de ces joints étant prévu de sorte qu'on obtient en fait, une étanchéité idéale. Bien que les joints eux-mêmes puissent être découpés ou formés avec un profil en U pour s'étendre le long du sommet de la lame et pour descendre ensuite vers chaque extrémité de celle-ci, on conçoit que les joints eux-mêmes pourraient avoir une forme en L de manière à s'étendre le long du sommet de l'aube et à descendre vers l'une des extrémités de celle-ci, chaque joint étant alternativement placé de façon que sa branche descende le long de l'une des faces d'extrémités, cependant que la branche du joint adjacent descendrait le long de l'autre face d'extrémité. De cette tanière, le ressort ondulé n'a pas besoin d'être fendu à l'extrémité où les branches du ressort ondulé descendent vers les extrémités de l'autre, mais un simple ressort ondulé plié en U pourrait être utilisé. REVEMDICBIIONS ======================~=== 1.- Machine rotative comportant une enveloppe, une chambre dans cette enveloppe, un arbre concentrique à la chambre et sur lequel est monté excentriquement un rotor, un certain nombre d'aubes divisant l'espace compris entre le rotor et la paroi in térieure de la chambre en un certain nombre de chambres de travail et des moyens pour commander la circulation d'un fluide dans lesdites chambres de travail, caractérisée par le fait que le rotor est guidé pour participer à un mouvement orbital dans la chambre par un certain nombre de lobes coopérant avec des ca vités du rotor et de l'enveloppe, ce qui fait que le rotor est empêché de tourner pendant qu'il exécute son mouvement orbital. 2.- Machine rotative selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les lobes sont formés sur un prolongement du rotor et en ce que les cavités sont formées dans l'enveloppe, les lobes et les cavités étant respectivement au nombre de quatre, les cavités ayant une forme semi-circulaire et un rayon égal au rayon de la came ou de l'excentrique qui produit l'excentricité du rotor sur l'arbre. 3.- Machine rotative selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les lobes sont formés sur une plaque fixée à une des extrémités du rotor, cependant que des cavités sont formées dans une plaque latérale à orifices, formant l'une des parois latérales de la chambre, un orifice dans ledit lobe coopérant avec les orifices de ladite plaque latérale pour former les moyens de commande de la circulation du fluide. 4.- Machine rotative selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des lobes et des cavités forment deux groupes, le premier groupe étant situé d'un coté de l'enveloppe et le second de l'autre côté de celle-ci; ces lobes étant formés sur des prolongements du rotor, tandis que les cavités sont formées dans l'enveloppe. 5.- Tachine rotative qui comprend une enveloppe, une chambre dans l'enveloppe, un rotor monté sur un arbre dans l'enve- loppe, des aubes s'étendant entre le rotor et la paroi intérieure de la chambre et entre les parois latérales qui complètent la chambre, caractérisée par le fait que lesdites aubes compren nent un certain nombre de lames supportées dans une monture, des ressorts dans ladite monture sollicitant lesdites lames, de telle manière que celles-ci forment un joint à laSyrinthe. 6.- Machine rotative selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ladite monture est montée à glissement dans des rainures radiales pratiquées dans le rotor, la monture ayant, au moins, une tige radiale s'étendant vers l'intérieur, de manière à s'appliquer contre une came, ce qui fait que l'aube est maintenue au contact de la paroi intérieure de la chambre. 7.- machine rotative selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la monture a une forme en U, le ressort étant logé dans la base de l'U, cependant que les lames s'éten- dant au-delà du sommet et des extrémités de la monture, ledit ressort sollicitant chaque seconde lame dans une direction axiale opposée afin d'étancher les parois latérales et sollicitant également les lames contre la paroi intérieure de la chambre. 8.- Machine rotative selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les lames comportent un bord d'étanchéité latéral et un bord d'étanchéité d'extrémité, les lames étant al ternativement inversées, de sorte que chaque seconde lame étanche une paroi latérale opposée, lesdites lames présentant une découpe opposée au bord d'étanchéité latéral formée de manière que ledit ressort agit sur ladite découpe pour solliciter lesdits bords d'étanchéité d'extrémités contre la paroi latérale appropriée. 9.- Machine rotative selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdites lames présentent une forme en U ayant une branche plus large que l'autre, de sorte que quand les lames sont assemblées suivant une disposition alternative, les ressorts agissant dans la partie en U contre les extrémités des lames sollicitent chaque seconde lame dans une direction opposée. 10.- Machine rotative selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdits ressorts comprennent une partie sollicitant les lames longitudinalement et une partie sollicitant les lames radialement.