Brevet FR2458675A1 — publié le 19810102

La présente invention consiste à obtenir dans les machines rotatives à palettes, connues dans leur principe, un perfectionnement portant sur les be- soins d'une étanchéité parfaite et d'une suppression tant des frottements de glissement de ces palettes que de leur frottement centrifuge et permettre ainsi. des utilisations industrielles pour lesquelles ces machines ne peuvent pas être employées. L'utilisation de telles machines est limitée actuellement à des petites machines n'ayant de volumétriques que le nom en raison de leur absence dtétaneh chéité réelle d'une part et de la pression centrifuge des palettes contre le rotor d'autre part, faisant ainsi un freinage de plus en plus efficace avec 1' augmentation de la rotation. De ce qui précéde, il découle que malgré des avantages certains que de telles machines devraient procurer dans des cas o la prolongation de la détente impossible à obtenir dans les machines classiques à pistons notamment pour des moteurs thermiques, o dans la prolongation de la compressioe avec un amoindris- sement de la section dé au retrait progressif des palettes au fur et à mesure de leur rotation permet de monoétager l'obtention directe d'une pression élevée. Les conséquences de cette imperfection font que de telles machines ne sont utilisées que pour des petits compresseurs o engins similaires avec un mauvais rendement volumétrique, impossibles à utiliser tant que le régime de rotationÉf n'est pas suffisant pour faire agir la force centrifuge qui provoque le mouve- ment d'extension des palettes. En remédiant à ces imperfections, la présente invention ouvre à de tels engins un créneau d'utilisation considérable, car l'emploi du procédé, non seu- lement améliore les fonctions dans le domaine o ils sont actuellement employés mais la construction de pompes et compresseurs à fort débit devient possible de même que celle de tous moteurs thermiques o à vapeur dans lesquels la détente la plus complète possible est un facteur d'économie considérable d'énergie qui ne peut pas être obtenu dans un moteur à pistons. Pour apprécier la nouvelle utilisation de ces moteurs, si nous prenons 1' exemple d'une machine à vapeur classique, nous constatons que sa détente n'est -obtenue que par l'emploi de 2 cyolindres de diamètre différent. Il en serait de meme dans un moteur thermique, mais le passage d'un cylindre de petit diamètre à un cylindre de plus gros diamètre entraine à une baisse immédiate de pression préjudiciable au rendement et si l'on procédait c l'inverse en admettant dans un petit cylindre un mélange gazaux que l'on transférerait dans un plus gros cy- lindre, une machine à piston ne peut valablement profiter d'un temps de travail qui dans le meilleur cas n'est que de la moitié de celui de la vitesse de pro- pagation de la flamme soit pour 30 métreeeconde une vitesse de descente de 15 métres seulement. Dans une machine rotative à palettes, un moteur peut etre obtenu en uti- lisant 2 chambres voisines, l'une faisant l'admission et la,précompression, 1' autre le travail moteur et la détente, mais celle ci n'est limitée que par la vitesse circonférentielle/seconde ( ainsi que les autres temps) Tout se passe en continu, et alors que la détente vraie n'est obtenue dans un moteur à pistons que sur une hauteur moyenne d'environ les 7/80 de sa course de descente, dans un moteur à palettes bénéficiant des améliorations de la pi*sente invention, la détente peut etre effectuée à volonté du constructeur au moment o le volume détendu est supérieur au volume admis. En exemple non limitatif, une détente à 130 % malgré la baisse de pression moyenne qu'elle implique n'à pas d'influence sur le régime d'utilisation mais procure une économie d'environ 25 à 30 % de carburant. er 2458675 Autre conséquence indirecte de l'atilisation de ces machines, dans un moteur à vapeur par exemple, en raison du travail en continu dans la même cham- bre,q/y'y le taux d'admission peut etre déterminé par le nombre de pales et la détente la plus basse qu'il est possible d'obtenir peut etre telle qu'elle amène la suppresion du condenseur, permettant ainsi un fonctionnement en cir- cuit fermé permettant l'emploi d'autres facteurs de vaporisation que l'eau distillée ( mélange eau/alcool par exemple facilitant la vaporisation et écono- misant les calories de production de vapeur) Ce qui précédeà à seul titre d'exemple des conséquences directes o indi- rectes que l'invention permet d'envisager sans limitation. La présente invention utilise un moteur rotatif à palettes dans lequel la o les palettes dont le nombre est fonction du meilleur usage auquel est destiné la machine ne sont plus projetées par la force centrifuge mais par le mouvement de rotation qui les contraint à un va et vient par le moyen d'un chemin de roulement. Ces machines peuvent donc remplir leur fonction à tous les régimes sans avoir de point mort au moment du départ. L'effet de frein centri- fuge est également supprimé de ce fait, l'etanchéite entre palette et #p stator étant assuré par une segmentation ordinaire sur lequel l'effet centri- fuge est négligeable en raison du faible poids de ce o de ces segments. Le frottement de glissement du au va et vient de la palette est également supprimé et rempléce par un frottement de roulement, lui même négligeable en rai- son de la faible vitesse seconde de ce va et vient. La figure 1-représente une coupe verticale pouvant également se concevoir en plan, d'une cellule dans laquelle la partie de la gauche de l'axe vertical est figurée vue sur un flanc comportant le chemin de roulement, rotor enlevé, la partie à "Y droite de cet axe étant figurée avec un un retor supposé à 4 pales et muni de ses palettes. Le stator ( 1) est figuré avec un vide supposé de 2 lumiéres dont le développé et la position ne sont que facultatives, chaque machine suivant sa destination, sa fonction et son nombre de palettes qui ne sera pas le même pour une pompe à liquide ( incompressible) que pour des flui- des gazeux à tout moment de leur état. Entre le rotot (20) et le stator (1)-on obtient la chambre de travail (3) fractionnable o non suivant le nombre de palettes (6). Le centre de rotation du rotor (CRU est différent de celui sustator (ô cs) qui est fixe de ne sert que de centrage au chemin de roulement (7) pour les galets de guidage (8) commandant lla va et vient des palettes qui sont ainsi soumises à des efforts imposés par. - la pression donnée o recue sur la face de travail saillante hors rotor - le coulissement des palettes dans le logement (4) du rotor et qui est toujours perpendiculaire au point de centre (CR) du rotor. Bien que la distance entre l'axe du chemin de roulement (7) et la paroi intérieur? du stator soit toujours la même le point de tangente (TR) de la pal- ette ne correspondant pas au point de tangente du stator (TS) lequel à pour cent tre le point (CS) et comme point de pivotement le point (AP). Ceci crée pendant la rotation des angles pendant lesquels la palette n'est pas en contact absolu avec le stator dans des limites très infimes mais nécessitant néanmoins une seg- mentation d'étanchéité en bout de palette. Pour substituer un mouvement de roulement an lieu du frottement de glisse- ment de la palette dans son logement (4) ménagé dans le rotor, la palette compor- -te des bagues de roulement (5) à raison de 2 par palette pour éviter un mouve- ment de bascule, ces bagues pivotant sur un axe passant dans le milieu de la palffl -lette dans le sens de son épaisseur? Les bagues de roulement sont usinées au 3 2458675 diamètre supérieur à l'épaisseur des palettes donnant un jeu de quelques centiéme mes à 1lOo de millimétre suivant les cas, pour supprimer tout frottement de glissement. L'étanchéité est obtenue par segmentation ordinaire. Le noàbre de pales commandées par la rotation du rotor est en raison de la fonction de la machine. L'étanchéité en point mort entre le rotor (2) et le stator (1) peut etre obtenue soit directement par un usin.ge convenable lorsu'il s'agit d'un fluide Bi liquide, mais une étanchéité plus efficace peut etre obtenue lorsqu'il s'agit de fluides gazeux, par le moyen d'un segment supérieur (11) maintenu en pression constante sur le rotor par le moyen d'un ressort (12) le tout encastré dans un logement usiné dans le stator. La partie inférieure, en contact avec le rotor doit etre profilée au même diamétre o. rayon du rotor et comporter un adoucissement de cette pente du coté inverse à la rotation de manié# re à ne pas subir o accasionner des chaos lors du passage des segments des palettes, très exactement à la manière dont agit une came quelconque. l.a figure 2 représente un dessin d'une palette compléte. La palette (ô) comporte en saillie en partie basse de chacune de ses extrémités dans le sens de la longueur des galets de roulement ( 8) qui devront circuler dans les chemins de roulement figurés en (7) sur la figure précédente. C'est la combinaison du roulement de ces galets dans le chemin qui leur est propre ( opération effectuée au montage) qui maintient le contact plus o moins relatif selon l'angle de rotation, avec la paroi intérieure du stator. Le haut de la palette est profilé en arc de cercle dont le rayon à comme point de centre ( environ) l'axe de pivoW tement des galets de roulement. La palette comporte en son milieu dans le sens de la longueur un évide- ment pour le logement des galets de guidage (5), L'aténchéité est assurée dans toutes les positions par les segments centrifuges (9) et par les segments lat6- raux (10) qui en partie d'excentrement maximum ne doivent pas sortir du logement des palettes pratiquées dans le rotor. pour des pompes, des compresseurs, des machines à vapeur n'ayant plus beee soin d'être bi-étagés puisque la détente compléte peut etre obtenue, directement une seule cellule peut suffire comme décrit et représenté. Par contre, pour des moteurs thermiques o toute autre machine nécessitant une précompression du flui de avent sa détente deux cellules accouplées sur le même arbre o en opposé sur un arbre parallèle sont nécéssaires, le passage du fluide d'une cellule dans 1' autre s'effectuant par tout moyen classique, soupape o distributeur selon les besoins et la disposition choisie. Dans tous les cas, que les machines construites avec le présent procédé comportent une o deux cellules pour leur fonctionneme.t, ces mahhines peuvent etre groupées en ligne, en parallèle o en opposé sur un même arbre avec o sans renvoi sur un arbre centraL. L'étanchéité étant dans tous les cas assurée et les échauffementz de piéces en mouvements supprimés avec la disparition du frottement de glissement, certaines machines peuvent être réalisées en abandon- nant l'utilisation des métaux, ferreux o alim!neux et de leur substituer des matériaux plastiques aussi bien Dour des organes vitaux que pour des se6ments d'étanchéité. On peut par ezemple, en Utilisant le proc6dè réaliser des pompes de trs fort débit antidéflanrantes à 10c, 4 - 2458675 RE7EMICATIONS.- lo.- Dispositif perfectionnant le mécanisme des machines rotatives à pa- lettes et les rendant aptes à une gamme d'utilisation plus complète s'étendant même à des moteurs thermiques o à vapeur auxquels ils procurent à volonté une détente prolongée qui n'est pas possible dans les machines à pistons. 2o- Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que le mouve&ent de va et vient des palettes est commandé par un chemin de roulement en creux dans les parois latérales et dont le point de centre est le même que celui du stator. Ce chemin guide des galets de roulements qui sont solidaires de la palette de telle sorte que la largeur de celle-ci correspondant à la dis- tance de la couronne ayant pour grand diamètre celui su stator et pour petit diamètre l'axe du chemin de roulement o circulent les galets de la palette. o.- Dispositif selon les revendications 1 et 2 prises ensemble et caractéri- sé par le fait que ce dispositif supprime l'effort centrifuge de frottement les palettes, permet un départ facile partant de zéro, supprime les temps morts de mise en route et l'action de frein centrifuge des systèmes actuels. 4 .- Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que chaque palette comporte en partie inférieureun évidement permettant le logement de galets de guidage d'un diamétre légèrement supérieur à l'affleurement des faces de la palette et inférieur d'un jeu normal à la rainude de logement de celle-ci. La palette n'à plus de frottement de glissement mais seulement un frottement de roulement de ses propres galets de guidage dont la position parallèle empèche également tout mouvement de bascule. .- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises ensemble et ca ractérisé par le fait que malgré le guidage en maintien d'écartement des palet- tes contre le stator, le point de centre des palettes donnant à celles ci un angle différent de ce qu'il devrait etre pour avoir une efficacité totale d' étanchéité, ce qui nécessiterait le point de centre du stator comme base du rayon, l'extrémité de la palette est incurvé suivant un profil de base qui égal à un rayon partant de son angle de pivotement à l'axe du galet de roulement, et le dôme du profil est égal à la largeur de la couronne partant de l'axe du che- min de roulement. Cette étanchéité est complétée par une segmentation courante dont le loge ment est de préférence ménage dans la palette-elle-même. 60.- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises ensemble et caractérisé par le fait que l'ensemble du système de guidage des palettes ne se limite pas à l'application d'une utilisation du mouvement dans des figures géo- métriques seulement circulaires, le procédé étant également valable pour des fi- gures de tcut profil, elliptiques, ovoides ou autres sous réserve que le chemin de roulement soit adapté au profil du stator pour maintenir le même écartement du mouvement d'excentrement de la palette.