Brevet FR2414119A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un procédé pour étanchéifier dans la direction radiale un volume de fluide confiné entre un stator et un rotor ainsi qu'un dispositif ou montage pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît bon nombre de machines dans lesquelles un voiume de fluide gazeux ou liquide, contenu entre un rotor présentant des fentes radiales, un stator et des flasques d'extrémité, est sujet à compression ou à détente sous l'action du mouvement d'une ou plusieurs aubes ou palettes coulissantes se déplaçant librement dans la ou les fentes du rotor. On trouve des exemples de telles machines dans de nombreux types de compresseuls à gaz ou de pompes hydrauliques. Du fait même de leur conception, les pâles coulissantes sont la source d'un certain nombre de difficultés. La première réside dans le fait qu'il faut contrôler avec la plus grande précision le contact entre le bord marginal ou le bout de-la palette et la périphérie ou profil interne du stator pour éliminer à la fois les risques de fuites et des frottements trop importants. La seconde difficulté est créée par le frottement entre la palette et la fente dans laquelle elle est montée de façon coulissante. Même si la machine tourne à vide ou dans des conditions de faible charge, les forces centrifuges et celles dérivées des forces de Coriolis induisent des frottements considérables de cette nature.Lorsque la machine est chargée et qu'il se développe une différence de pressions de part et d'autre de la palette, ces effets sont bien entendu encore accentués.Une troisième difficulté résulte du déplacement transversal de la palette entre les flasques d'extrémité, qui est la cause de frottements additionnels et de fuites considérables. I1 faut à ce propos rappeler qu'un jeu ou "intervalle" unique (c'est- -dire entre une palette et un flasque latéral) est générateur de fuites bien plus importantes qu'avec deux "demi-intervalles" (c'est-à-dire entre la palette et les flasques latéraux, de part et d'autre de la palette). I1 résulte de la combinaison de toutes ces difficultés que les palettes doivent être calculées de façon à être largement dimensionnées pour pouvoir supporter les contraintes de flexion importantes auxquelles elles sont soumises, et de façon à présenter d'excellentes caractéristiques de frottement et d'usure sur tout le corps de palette. Ces conditions tendent naturellement à réduire le rendement de la machine et à augmenter considérablement la complexité de fabrication. La présente invention a précisément pour objet d'obvier à ces difficultés et de remplacer les montages de palettes coulissantes existants par un montage qui supprime la plupart des inconvénients précédemment mentionnés. Pour ce faire, et selon une caractéristique de la présente invention, un procédé d'étanchéification dans la direction radiale d'un volume de fluide contenu entre un corps de stator et un rotor tournant dans ce stator consiste à prévoir l'utilisation de pales montées de façon à pouvoir pivoter, autour d'un axe ne passant pas par le centre de gravité de cette pale, sur un support monté dans le rotor et s'étendant entre le rotor et le corps de stator, l'axe de pivotement étant parallele à l'axe du stator et du rotor. Selon une autre caractéristique de la présente invention un montage pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprend un évidement cylindrique formé dans le rotor, une pale présentant un profil courbé en forme d'arc et montée de façon à pouvoir pivoter sur un support disposé dans cet évidement, autour de l'axe de symétrie de ce dernier, et un joint d'étanchéité linéaire disposé entre la pale et le rotor. La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif, mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels Les figures 1 à 3 sont des coupes schématiques de trois modes de réalisation du montage selon la présente invention; et Les figures 4 à 7 représentent de façon schématique quatre autres modes de réalisation de montage selon la présente invention. Le montage représenté sur la figure 1 comprend un stator 1 et un rotor 2 dans lequel est formé un évidement cylindrique 3. Un support 3 est installé dans l'évidement 3. Une pale 5, présentant un profil courbe en forme d'arc, est formée d'une seule pièce avec une ame ou un voile 6, au moyen duquel elle est montée de façon à pouvoir pivoter en 7 sur le support 4, le centre de gravité de la pale, généralement référencé 8, étant décalé par rapport à l'axe de pivotement 7, cet axe étant parallèle à l'axe de symétrie cylindrique du stator 1 et du rotor 2. Un dispositif d'étanchéité ou joint linéaire 9 est disposé entre la pale 5 et le rotor 2. Ce joint d'étanchéité est réalisé en un matériau présentant un faible coefficient de friction et de bonnes caractéristiques d'usure par rapport au matériau de la pale.De façon similaire, le bord marginal ou bout de pale 10 est constitué en un matériau présentant un faible coefficient de friction et une bonne tenue à l'usure par rapport au matériau du stator I. Ce bout de pale peut être réalisé sous la forme d'un insert monté sur la pale 5, la pale 5 toute entière pouvant toutefois être éventuellement réalisée dans ce même matériau. La géométrie de la partie courbée en forme d'arc de la pale est déterminée de façon que la résultante de certaines ou de toutes les forces uniformes agissant perpendiculairement à la surface de la pale, en un point quelconque de celle-ci,passe par l'axe de pivotement 7. De cette façon, l'effet des forces induites par des pressions non équilibrées ou non uniformes est supprimé. Un tel agencement est particulièrement adapté pour l'utilisation avec des fluides non compressibles. Dans le mode de réalisation repréSenté sur la figure 2, les parties identiques à celles du mode de réalisation de la figure 1 portent les mêmes chiffres de référence. Dans ce mode de réalisation, la pale 11 est cette fois constituée de deux parties cour béesenforme d'arc lla et llb qui se raccordent l'une à l'autre et forment un profil de pale composite.Des joints d'étanchéité linéaires 12 et 13 sont respectivement prévus aux extrémités des parties ila et llb, au niveau de leur ligne de contact avec le rotor 2, de sorte que l'espace 14 défini entre la pale 11 et la paroi de l'évidement cylindrique 3 du rotor est séparé de façon étanche des espaces 15 et 16, définis entre le rotor 3 et le stator 1. Cet agencement est particulièrement adapté pour la réalisation de machines volumétriques à gaz réalisant des processus successifs de compression et de détente, du fait que le volume clos, c'est-à-dire un volume défini dans l'espace 14 ne participe pas à ces processus, autorisant de ce fait des taux de compression (ou dedetente)élevés. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, dans lequel les éléments identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 2 portent les mêmes chiffres de réference, la pale composite lla, llb est équipée de galets 17 montés sur le voile 18 aux deux extrémités latérales de celui-ci. Un profil adéquat de com mande de came ou rail 19, formé sur les flasques latéraux (non représentés) du stator, guide le mouvement des galets 17 et commande ainsi la distance entre le bout de pale 20 et le stator 1 de fa çon à supprimer les frottements. Les figures 4 et 5 représentent deux modes de réalisation avec des profils particuliers pour des pales composites, les figures 6 et 7 représentant, elles, deux modes de réalisation différents du profil de l'évidement du rotor, celui-ci étant, dans ces cas particuliers, constitué de deux parties cylindriques de même axe mais de rayons différents. Quoique la présente invention ait été décrite ou schématiquement représentée sur les dessins en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour étanchéifier dans la direction radiale un volume de fluide confiné entre un corps de stator et un rotor tournant dans le stator, caractérisé en ce qu'il consiste à monter une pale de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe ne passant pas par le centre de gravité de la pale sur un support monté sur le rotor, et s'étendant entre le rotor et le corps de stator., l'axe de pivotement de la pale étant parallèle à l'axe cylindrique du stator et du rotor. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résultante de toutes les forces uniformes agissant perpendiculairement à la surface de la pale en un point quelconque de celle-ci est déterminée pour passer par l'axe de pivotement de la pale. 3 - Montage d'étanchéification pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caracteri sé en ce qu'il comprend un évidement cylindrique formé dans le rotor, une pale de profil courbé en forme d'arc montée de façon à pouvoir pivoter autour de l'axe de symétrie de l'évidement sur un support disposé dans l'évidement et un joint d'étanchéité linéaire entre la pale et le rotor. 4 - Montage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pale est constituée d'au moins deux parties courbées en forme d'arc, se raccordant l'une à l'autre et formant un profil composite, ce profil étant pourvu, à chaque extrémité, au niveau dé Ici ligne de contact avec le rotor, d'un joint d'étanchéité linéaire, de sorte que l'espace défini entre le profil et l'évidement est séparé de façon étanche du volume entre le rotor et le stator. 5 - Montage selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la pale comporte des galets adaptés pour coopérer avec des profils de guidage de came formés sur les flasques d'extrémité du stator. 6 - Montage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'évidement est constitué d'au moins deux parties cylindriques de même axe mais ayant chacune un rayon différent. 7 - Montage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le bord marginal de la pale en contact avec le corps du stator est constitué d'un insert réalisé en un matériau ayant un faible coefficient de friction et une bonne tenue à l'usure par rapport au matériau du stator. 8 - Pale pour montage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau présentant un fable coefficient de friction et une bonne tenue à l'usure par rapport au matériau du stator.