Brevet FR2366453A1 — publié le 19780428

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité au gaz entre un corps rotatif et une surface contre laquelle ce corps doit être maintenu d'une manière étanche dans un moteur rotatif ou un compresseur Il est de la plus grande importance, pour le maintien du rendement d'une machine, d'empêcher toute fuite de gaz entre un corps rotatif et une surface contre laquelle ce corps doit être maintenu d'une manière étanche dans un moteur rotatif ou un compresseur. Le corps rotatif et la surface contre laquelle ce corps doit être maintenu d'une manière étanche, diffèrent suivant le type du moteur rotatif. Dans un moteur du type dans lequel un rotor circulaire est monté en rotation à l'intérieur d'un carter et une partie de la surface interne du carter fait saillie en direction du rotor afin de glisser contre ce dernier,le corps rotatif est constitué par le rotor tandis que la surface où doit être assurée l'étanchéité, est formée par la partie du carter glissant sur le rotor. Dans un moteur du type dans lequel un rotor est monté à rotation à l'intérieur d'un carter, un évidement est prévu dans la surface interne du carter, un joint rotatif circulaire est monté à rotation dans cet évidement et la partie de ce joint faisant saille hors de l'évidement glisse contre le rotor, le corps rotatif est constitué par le joint rotatif tandis que la surface au contact de laquelle doit être assurée l'étanchéité, est formée par la partie de l'évidement du carter en contact avec le joint rotatif ou bien la partie du rotor en contact avec ce joint rotatif. Jusqu'à présent le procédé classique qui a été utilisé pour maintenir l'étanchéité entre ces parties, a consisté à prévoir un joint d'étanchéité à arête du c8té du carter au lieu d'être prévu du côté du rotor et d'appliquer ce joint d'étanchéité à arête contre le rotor sous l'effet de la pression du gaz, de manière à maintenir ainsi l'étanchéité entre le rotor et le carter. Cependant il arrive quelquefois, pour des raisons de structure du moteur rotatif ou du compresseur, que l'organe d'étanchéité doit être prévu du côté du rotor: dans ce cas non seulement la structure spécifique de l'organe d'étanchéité mais encore l'emplacement de cet organe sur la surface du rotor et l'étanchéité entre les deux extrémités longitudinales-de cet organe d'étanchéité et le carter sont d'importance. En particulier, lorsque l'organe d'étanchéité est allongé dans la direction radiale du rotor, l'étanchéité entre les extrémités longitudinales de cet organe et le carter pose un sérieux problème. La présente invention a principalement pour but de fournir une structure particulière du joint d'étanchéité à arête devant être prévu du côté du rotor d'un moteur rotatif ou d'un compresseur. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'étanchéité au gaz dans lequel le problème de l'étanchéité entre les extrémités longitudinales d'un organe d'étanchéité allongé dans la direction radiale du rotor et le carter a été résolu avec succès. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'étanchéité au gaz pour un moteur rotatif au moyen d'un organe d'étanchéité qui peut assurer d'une manière parfaite l'étanchéité entre le rotor et la surface qui doit être étanchée par rapport au rotor. A cet effet ce dispositif d'étanchéité entre un rotor et un carter dans lequel ce rotor est logé, est caractérisé en ce qu'il comprend une gorge prévue du câté du rotor, un joint d'étanchéité à arête sollicité dans la direction du carter et libre de se déplacer en direction du fond de cette gorge et vers l'extérieur de celle-ci, et un bloc d'étanchéité d'angle prévu aux deux extrémités longitudinales du joint d'étanchéité à arête, afin de supporter ce oint de façon qu'il ne puisse pas glisser hors du rotor et pour assurer l'étanchéité entre les extrémités de ce rotor et le carter. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel La figure I est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un moteur rotatif équipé d'un dispositif d'étanchéité au gaz suivant l'invention. La figure 2 est une vue en section droite du moteur de la figure I, à l'endroit de l'extrémité du rotor. La figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un moteur rotatif d'un type différent de celui illustré sur les figures I et 2, équipé d'un dispositif d'étanchéité au gaz suivant l'invention. La figure 4 est une vue en coupe transversale du moteur réprésenté sur la figure 3, à l'endroit de la position extrême où se trouve le joint d'étanchéité rotatif. La figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif d'étanchéité au gaz suivant l'invention. La figure 6 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, des éléments séparés de la figure 5, représentés ici assemblés. La figure 7 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, au voisinage d'un organe d'étanchéité. La figure 8 est une vue en perspective éclatée partielle des éléments constitutifs représentés sur la figure 7. Les figures I et 2 représentent un dispositif d'étanchéité au gaz suivant l'invention appliqué à un moteur rotatif du type dans lequel un rotor de section droite circulaire est logée à l'intérieur d'un carter et une partie de ce carter fait saillie vers l'intérieur en direction du rotor afin d'établir un contact glissant avec ce dernier. Sur ces figures on voit le carter 1 et le rotor 2 monté à rotation à l'intérieur de ce carter 1. L'espace annulaire délimité entre le carter 1 et le rotor 2 est séparé axialement en deux parties, l'une de ces parties constituant la chambre 3 du moteur destinée à l'aspiration et à la compression, tandis que l'autre partie constitue la chambre 4 du moteur prévue pour l'explosion et l'échappement. Entre les deux chambres 3 et 4 est prévu un passage de communication 5 pouvant être ouvert ou fermé.Dans la chambre 3 est prévu un orifice d'aspiration 6 tandis que dans la chambre 4 se trouvent un orifice d'échappement 7 et une bougie d'allumage 8. Les chambres 3 et 4 sont séparées radialement en plusieurs espaces par la paroi de séparation 9 qui fait saillie régulièrement vers le rotor situé à l'intérieur du carter l,et par un organe d'étanchéité 10 monté sur le rotor 2 et entraîné en rotation avec ce dernier. Le mouvement rotatif de l'organe d'étanchéité 10 par rapport à la paroi 9 entraine l'aspiration et la compression ou bien l'explosion et l'échappement. Pour maintenir l'étanchéité entre le rotor et une surface en contact étanche avec ce dernier, c'est-à-dire la paroi de séparation 9 formée à l'intérieur du carter 1, on a prévu de disposer, sur la périphérie du rotor 2, une pluralité de joints d'étanchéité à arête 11 parallèles les uns aux autres. Ces joints d'étanchéité à arête sont espacés les uns des autres de façon que pendant la rotation du rotor 2 l'un au moins de ces joints 11 soit en contact avec la paroi 9. Les figures 3 et 4 illustrent un dispositif d'étanchéité suivant l'invention appliqué à un type de moteur rotatif différent de celui illustré sur les figures 1 et 2. Les éléments constitutifs du moteur représenté sur les figures 3 et 4 qui correspondent aux éléments du moteur illustré sur les figures 1 et 2, sont affectés des mêmes numéros de référence et leur description a été omise. Une différence de structure essentielle réside dans le fait que la paroi de séparation 9 dans les chambres 3 et 4 du moteur des figures 1 et 2 est remplacée par un joint d'étanchéité rotatif I7. Plus particulièrement un évidement lb est prévu dans le carter 1 et le joint d'étanchéité 17 est monté à rotation dans cet évidement lb.-Dans cet évidement est également formé un bossage îc faisant saillie régulièrement en direction du joint d'étanchéité rotatif 17, ce bossage lc étant ainsi en contact glissant avec le joint d'étanchéité rotatif 17. Une partie de ce joint d'étanchéité rotatif 17 fait saillie par elle-même hors de l'évidement lb, en direction du rotor 2 et par conséquent cette partie en saillie en contact avec le rotor 2 assure l'étanchéité longitudinale du joint rotatif 17 dans les chambres 3 et 4.Ainsi dans ce cas le corps rotatif est constitué par le joint d'étanchéité rotatif 17 tandis que la surface en contact avec le joint rotatif 17-et qui doit être étanchée est la surface du bossage lc en contact avec le joint rotatif d'une part et la surface du rot or 2 qui est également en contact avec le joint rotatif d'autre part. Pour maintenir à tous moments l'étanchéité pendant la rotation du joint rotatif 17, on prévoit sur la périphérie de ce joint rotatif 17, le même type de joint à arête 11 tel que creux disposés sur la périphérie du rotor 2 illustré sur les figures 1 et 2. La structure d'un joint d'étanchéité a arête 11 lui-mtme est représentée sur les figures 5 et 6. Ce joint d'étanchéité 11 comporte une barrette d'étanchéité lla pouvant coulisser dans une gorge prévuevdans la direction longitudinale,à la périphérie du rotor 2, cette barrette étant pourvue à ses deux extrémités d'ergots llb empêchant la sortie de la barrette de sa gorge. Entre le joint d'étanchéité a are tue Il et le rotor 2 est inséré un ressort de maintien 12 qui sollicite le joint d'étanchéité 11 vers l'extérieur dans la direction radiale du rotor.Aux extrémités axiales du rotor 2 des évidements circulaires sont formés dans les positions correspondant aux deux extrémités de chaque joint d'étancll8ité à arête 11 et un bloc d'étanchéité d'angle 13 à section droite circulaire est monté à coulissement dans chacun de ces évidements. Chaque bloc d'étanchéité d'angle 13 présente une fente 13a dans laquelle la barrette d'étanchéité ila du joint 11 peut coulisser, et une encoche 13b dans laquelle s'engage l'ergot llb formant arrêt.Ainsi, étant donné que le joint d'étanchéité à arête 11 est supporté par le bloc d'étanchéité d'angle 13, par l'intermédiaire de l'ergot formant arrSt llb, et le bloc d'étanchéité d'angle 13 lui-meme est engagé dans l'évidement circulaire prévu a l'extrémité du rotor 2, le joint d'étanchéité 11 ne peut pas s'échapper à l'extérieur même lorsque le rotor 2 tourne. Entre le bloc d'étanchéité d'angle 13 et le rotor 2 est logé un ressort 14 de maintien du bloc lequel sollicite le bloc d'étanchéité d'angle 13 en direction du flasque latéral la du carter .Une joint d'étanchéité latéral 15 en forme de ruban est inséré entre les blocs d'étanchéité d'angle 13, dans une gorge prévue dans la face frontale du rotor 2 et il est pressé en direction du flasque latéral la du carter 1 par un ressort 16 de maintien du joint d'étanchéité latéral, ce ressort étant logé entre le joint d'étanchéité latéral 15 et le rotor 2. Dans un moteur rotatif réalisé de cette façon, lorsqu'une pression s'exerce d'un coté de la paroi de séparation 9 par rapport à l'autre coté, dans l'une des chambres 3 ou 4, le joint d'étanchéité à arete-ll est appliqué, sous l'effet de cette pression, contre la paroi latérale'de la gorge prévue dans le rotor 2 et la paroi de séparation 9, en assurant ainsi l'étanchéité entre cette paroi 9 et le rotor 2. Dans le même temps le bloc d'étanchéité d'angle 13 et le joint d'étanchéité latéral 15 sont pressés contre le flasque latéral la du carter 1, en réalisant ainsi l'étanchéité entre la face frontale du rotor 2 et le carter.L'étanchéité précitée est obtenue essentiellement sous l'effet de la pression du gaz mais les ressorts 12,14, 16 qui sollicitent les organes d'étanchéité, contribuent egalement additionnellement à cette étanchéité.Puisque les ressorts 12,14,16 sont disposés préalablement de manière à solliciter les organes d'étanchéité 11,13,15 en direction du carter 1, la pression du gaz agissant sur ces organes entraîne invariablement l'application de ces organes en direction du carter 1, en assurant ainsi l'étanchéité entre le rotor 2 et ce carter. On décrira maintenantle mécanisme d'étanchement d'un organe d'étanchéité allongé dans la direction radiale du rotor, c'est-à-dire de l'organe d'étanchéité représenté sur les figures 1 et 2. Ainsi qu'il est représenté sur les figures 7 et 8, l'organe d'étanchéité 10 est monté à coulissement dans une gorge 2a ménagée dans la périphérie du rotor 2 et s'ouvrant vers l'extérieur dans la direction radiale et cet organe d'étanchéité 10 est pressé contre la surface interne du carter 1 par un ressort 20qui le repousse vers l'extérieur dans la direction radiale. Ainsi, lorsque le rotor 2 tourne, l'organe d'étanchéité 14lorsqu'il passe en regard de la paroi de séparation 9, a son sommet enfoncé dans le rotor 2 au point qu'il se trouve être à fleur avec la surface périphérique du rotor 2. Après avoir dépassé la paroi de séparation 9, le sommet de l'organe d'étanchéité 10 fait de nouveau saillie au-dessus de la surface périphérique du rotor 2 pour venir en contact avec la surface interne du carter 1.Autrement dit l'organe d'étanchéité 10 effectue d'une manière répétée un mouvement d'entrée et de sortie par rapport au rotor 2, au cours de la rotation de ce dernier. L'organe d'étanchéité 10 est pourvu d'une gorge 10a, s'ouvrant à l'extérieur, s'étendant dans la direction radiale du rotor 2 et dans cette gorge 10a est monté à coulissement un joint d'étanchéité 11 à arête, en forme de barrette.. Ce joint Il est sollicité radialement vers 11 extérieur par un ressort 12 interposé entre le joint il et le fond de la gorge 10a, le sommet ou l'arête du joint 11 étant pressé à glissement contre la surfaçe interne du carter 1. Puisque l'organe d'étanchéité 10 est allongé dans la direction radiale du rotor, un organe évitant les fuites de gaz doit être prévu entre chaque extrémité axiale de l'organe d'étanchéité 10 et la surface latérale en regard du carter 1, et l'organe d'étanchéité 10 est équipé à cet effet. On décrira mainteant d'une manière détaillée cet organe d'étanchéité en se référant plus particulièrement aux figures 7 et 8. Pour assurer l'étanchéité au gaz entre les faces frontales du rotor 2 et les flasques latéraux du carter 1, un évidement circulaire est formé dans chacune des faces frontales du rotor 2 et un bloc d'étanchéité d'angle double 21 est inseré dans cet évidement. Ce bloc d'étanchéité d'angle double 21 est sollicité en direction du carter 1 et il est pressé contre ce carter par un ressort de compression 22. La surface de glissement du bloc d'étanchéité d'angle double 21 contre le carter 1 peut avoir sa partie médiane pourvue d'un évidement concave, ainsi qu il est indiqué par A sur la figure 7, afin de diminuer la résistance dueaux frottements. Par ailleurs un bloc d'étanchéité d'angle 13 est prévu aux extrémités longitudinales de l'organe d'étanchéité 10, à l'extérieur dans le sens radial du rotor, alors qu'un bouchon d'étanchéité 23 est prévu vers l'intérieur,toujours dans le sens radial. Entre le bloc d'étanchéité d'angle 13 et le bouchon d'étanchéité 23 est prévue une barrette d'étanchéité 24. Le bloc d'étanchéité d'angle 13, le bouchon d'étanchéité 23 et la barrette d'étanchéité 24 sont sollicités respectivement dans la direction axiale du rotor et pressés contre le flasque transversal du carter par des ressorts 25,26 et 27.Par ailleurs le bouchon d'étanchéité 23 présente une gorge s'étendant dans le sens de la rotation du rotor et dans cette gorge sont montées à coulissement deux barrettes d'étanchéité 28 qui sont sollicitées dans des direction opposées et pressées contre les paroi latérales de la gorge 10a par un ressort de compression 29 disposé entre les deux barrettes d'étanchéité 28, dans le sens de rotation de l'organe d'étanchéité. Si on suppose que dans un dispositif d'étanchéité d'un moteur rotatif ainsi constitué la pression d'un gaz agit dans la direction de la flèche représentée sur la figure 7, cette pression entrasse alors l'application du joint d'étanchéité à arête 11 contre la surface interne du carter 1 et contre la paroi latérale de la gorge 10a ménagée dans l'organe d'étanchéité 10, ce qui assure ainsi,pendant le glissement, l'étanchéité entre l'organe 10 et le carter 1. En même temps est réalisée l'étanchéité entre l'organe 10 et le rotor 2, du fait que l'organe d'étanchéité 10 est pressé, sous l'action de la pression du gaz, contre la paroi latérale de la gorge 2a ménagée dans le rotor 2. Par ailleurs l'étanchéité entre les faces frontales de l'organe d'étanchéité 10 et chaque flasque transversal en regard du carter 1 est obtenue du fait que le bloc d'étanchéité d'angle 13, le bouchon d'étanchéité 23, la barrette d'étanchéité radiale 24 et les barrettes d'étanchéité circonférentielles 28 sont pressées, sous l'action de la pression du gaz,contre une face des gorges prévues dans l'organe d'étanchéité 10 pour recevoir ces joints d'étanchéité, et également contre la surface du flasque transversal du carter 1. Les étanchéités précitées sont obtenus principalement sous l'effet de la pression du gaz et additionnellement par suite de l'action des ressorts 20,12,25,26,27 et 29 qui sollicitent les éléments d'étanchéité correspondants.Puisque ces ressorts sont disposés de telle façon qu'ils sollicitent les éléments d'étanchéité en direction du carter 1, la pression d'un gaz agissant sur ces éléments entraîne invariablement l'application sous pression de ceux-ci contre le carter 1. Par suite de l'effet d'étanchement précité, les chambres 3 et 4 peuvent betre parfaitement étanchées dans les deux sens de rotation de l'organe d'étanchéité 10, ce qui empêche ainsi toute fuite de gaz entre la zone d'aspiration et la zone de compression dans la chambre 3 et entre la zone d'explosion et la zone d'échappement dans la chambre 4 : le rendement du moteur peut être ainsi maintenu. La description qui précède a porté principalement sur l'application de la présente invention à un organe d'étanchéité prévu dans un moteur rotatif du type illustré sur la figure 1 mais il va de soi qu'elle peut également s'appliquer à un joint d'étanchéité à arête utilisé dans tout autre moteur rotatif d'un type courant, par exemple du type Wankel, ou bien encore dans un compresseur, dans lequelure étanchéité latérale est exigéepour tenir compte de l'allongement dans la direction radiale du rotor. Etant donnesla constitution et l'effet du dispositif d'étanchéité suivant l'invention, on peut voir que l'organe d'étanchéité interposé entre le rotor et le carter assure totalement l'étanchement dans le sens de rotation de cet organe d'étanchéité. Même Si l'organe d'étanchéité est allongé dans la direction radiale du rotor, la fuite de gaz latérale dans la direction axiale de l'organe d'étanchéité peut être empêchée d'une manière parfaite. En outre, du fait qu'il intervient principalement sous l'effet d'une différence de -pression du gaz, le dispositif d'étanchéité au gaz suivant l'invention est parfaitement fiable et d'un haut rendement. REVEND I CATI ON S 10 - Dispositif d'étanchéité au gaz entre un rotor et un carter dans lequel est logé ce rotor, caractérisé en ce qu'il comporte une gorge ménagée du côté du rotor, un joint d'étanchéité à arête sollicité en direction du carter et pouvant se déplacer librement vers le fond de la gorge et vers l'extérieur, et un bloc d'étanchéité d'angle prévu aux deux extrémités longitudinales du joint d'étanchéité à arSte, pour supporter ce joint, afin d'empêcher ce dernier de s'échapper du rotor et d'assurer l'étanchéité entre les faces frontales du rotor et le carter. 20 - Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la gorge est ménagée sur le rotor lui-mtme. 30 - Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'une pluralité de joints d'étanchéité à arête sont prévus sur la surface latérale du rotor et ces joints d'étanchéité sont espacés les uns des autres de telle b façon que l'un au moins des joints d'étanchéité à arête soit invariablement contact avec le carter. 40 - Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le joint d'étan 50 - Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le bloc d'étanchéité d'angle est sollicité en direction du carter par l'intermédiaire d'un ressort interposé entre ce bloc d'étanchéité d'angle et le rotor. 60 - Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le joint d'étanchéité à arete est empêché de s'échapper du rotor par suite de l'engagement d'un ergot formant arrêt, prévu aux deux extrémités du joint d'étanchéité à arête, avec une encoche prévue dans le bloc drétanchéité d'angle. 70 - Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la gorge est prévue dans l'extrémité, tournée vers le carter, d'un organe d'étanchéité allongé dans la direction radiale du rotor et qui peut se déplacer librement vers l'intérieur et vers l'extérieur du rotor. 80 - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que le joint d'étanchéité à arête est sollicité en direction du carter par un ressort interposé entre ce joint et le fond de la gorge ménagée dans l'organe d'étanchéité. 90 - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que le bloc d'étanchéité d'angle est sollicité en direction du carter par un ressort interposé entre ce bloc et l'organe d'étanchéité. 100 - Dispositif suivant la revndication 7 caractérisé en ce que le joint d'étanchéité à arête est empêché de s'échapper du rotor par suite de l'engagement d'un ergot formant arrêt, prévu aux deux extrémités du joint d'étanchéité à arête, dans une encoche formée dans le bloc d'étanchéité d'angle. 110 - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité est sollicité vers l'extérieur,dans la direction radiale du rotor, par un ressort interposé entre le fond de la gorge prévue dans la surface du rotor, pour recevoir l'organe d'étanchéité, et cet organe 120 - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce qu'un évidement est formé dans les deux faces frontales du rotor, un bloc d'étanchéité d'angle double, sollicité en direction du carter,est placé dans cet évidement et une encoche est ménagée dans ce bloc d'étanchéité d'angle double afin que l'organe d'étanchéité puisse s'emboîter à coulissement dans cette encoche. 130 - Dispositif suivant la revendication 12 caractérisé en ce qu'un évidement destiné à diminuer la résistance par frottement est formé dans la surface du bloc d'étanchéité d'angle double glissant contre le carter. 14" - Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce qu'un évidement est formé aux deux extrémités de l'organe d'étanchéité vers l'intérieur par rapport à la position du bloc d'étanchéité d'angle, en considérant la direction radiale du rotor, et en ce que dans cet évidement est logé un bouchon d'étanchéité sollicité en direction du carter. 150 - Dispositif suivant la revendication 14 caractérise en ce qu'aux deux extrémités de l'organe d'étanchéité sont prévues des barrettes dlétan- chéité pour assurer l'étanchéité entre le bloc d'étanchéité d'angle et le bouchon d'étanchéité, ainsi que des barrettes d'étanchéité circonférentielles pour assurer l'étanchéité entre le bouchon d'étancheité et le bouchon d'étanchéité d'angle double