Brevet FR2498695A1 — publié le 19820730

La présente invention est relative à dés perfection- nements apportés aux cloisons escamotables du genre de celles qu'on utilise sur une machine tournante à fluide sous pression telle qutune pompe, un moteur ou un compres- seur. On connatt des machines tournantes de ce type, dont le schéma général est rappelé sur la figure 1 ci-Jointe. Pour fixer les idées, et pour faciliter la description, on parlera de "moteurshydrauliquesu dans' la description qui va suivre, étant bien entendu que l'objet concerné est une machine tournante en général, qu'il s'agisse d'un moteur, d'une pompe, ou d'un compresseur, fonctionnant avec un fluide compressible ou non. Le moteur connu illustré sur la figure 1 comprend un rotor cylindrique 1 tournant de façon étanche dans l'as- lésage d'un stator 2. Le rotor 1 est solidaire d'un arbre de sortie 3 par lequel le moteur hydraulique peut entraP- ner un appareil récepteur quelconque. Le rotor 1 comprend une ou plusieurs gorges cylin- driques annulaires 4, de section constante, dans lesquelles s'ajustent une ou plusieurs pièces fixes 5, dites "'organes de réaction*. Chacun des organes de réaction 5 dépasse sur la face intérieure de l'àlésage du stator 2 dont il est solidaire. Sur la périphérie du rotor cylindrique 1 sont creu- sées des encoches longitudinales 6 dont chacune est orien- tée suivant une génératrice et creusée radialement on travers de la ou des gorges annulaires 4. Les encoches longitudihales 6 sont par la suite appelées 'encoches axia- les". Dans chaque encoche axiale 6 est logée une cloison coulissante 7, dite "cloison escamotable". Chaque cloison escamotable 7 est aJustée dans son encoche 6 de façon à définir l'étanchéité contre la face interne de l'alésage du stator 2. Dans le stator t sont percés au moins deux canaux, à savoir: - un canal d'admission d'un fluide sous pression, schématisé par la flèche 8; - un canal dd refoulement schématisé par la flèche 9. Enfin, aux extrémités opposées du stator 2 sont placées deux cames complémentaires fixes 10 et 1il dont les faces annulaires en regard sont parcourues avec glisse- ment, par les extrémités des cloisons esca motables 10, lorsque le rotor 1 tourne. Comptée longitudinalement le long d'une génératrice, la distance séparant les profils en regard des cames 10 et 11il reste constante sur toute la périphérie du stator 2. Autrement dit, face à un creux de la came 10 se trouve une bosse de la came 11, et récipro- quement, comme cela apparant sur la figure 1. Par consé- quant, lorsque le rotor tourne par exemple dans le sens de la flèche 12, il entiaIne avec lui les cloisons esca- motables 7 et chacune de celles-ci est animée par rapport au rotor 1, d'un mouvement longitudinal alternatif com- mandé par les deux cames annulaires 10 et 11. Les profils de ces cames sont définis de façon que lorsqu'une cloison 7 aborde un organe de réaction 5, ce soit son encoche 6 qui se présente devant cet organe fixe pour permettre à ladite cloison 7 de le franchir. Ainsi, chaque cloison 7 permet de compartimenter la ou les gorges 4 du rotor 1, et s'efface par son encoche 6 pour franchir chacin des obstacles rencontrés successive- ment sous la forme des organes de réaction fixes 5. Le principe et la cinématique qui viennent d'Stre rappelés sont bien connus en théorie. Toutefois, nulle part au monde ce principe nta Jusqu'à ce Jour pu donner lieu à des fabrications de série pour des machines hydrau- liques. Les tentatives de réalisation ont toujours oscillé entre deux écueils extremes, i savoir: - ou bien, pour permettre le mouvement relatif dans leurs logements des cloisons escamotables 7 etdes organes de réaction 5, on était obligé d'adopter des Jeux tels que les rendements volumétriques de la machine devenaient in- suffisants; - ou bien, si on cherchait à réduire ces Jeux, en obtenait le blocage de ces pièces dans leurs logements (coincement de la cloison escamotable 7 et de llorgane de réaction 5), si bien que l1 rendement mécanique de la ma- chine devenait inacceptable. La présente invention a pour but d'éviter-ces in- convénients, c'est-à-dire d'assurer une parfaite étan- chélté au niveau des cloisons escamotables 7, tout en supprimant tout risque de blocage ou de coincement au cours de leurs déplacements. Une cloison escamotable selon l'invention pour machine rotative à fluide sous pression possède en élé- vation un profil inscrit dans un rectangle allongé le long d'un des grands c8tés duquel sont réparties une ou plusieurs encoches, et elle est caractérisée en ce que sa forme latérale est symétrique, c'est-à-dire compor- tant les mOnes encoches le long des deux grands côtés du rectangle, découpées et disposées de façon symétrique par rapport à la plus longue des deux médianes de ce rec- tangle, des moyens étant par ailleurs prévus pour mettre en communication hydraulique les deux encoches d'une méme paire situées dos à dos. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on dispose entre les encoches, des bassins de lubrifica- tion répartis sur les faces latérales de la cloison. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les arOtes de la cloison escamotable ont: - un profil en congé au fond des encoches, ce pro- fil étant ajusté avec ceux des gorges rentrantes du rotor; - des profils à angles vifs pour les bords supé- rieurs de chaque encoche. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les arêtes perpendiculaires au plan moyen d'une cloison escamotable plate, sont chanfreinéed,ainsi que les arêtes des extrémités, de façon à faire appara tre un film d'hui- le de lubrification au cours des déplacements de la cloi- son. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'in- vention, la loi choisie pour le tracé des deux cames annu- laires fixes situées en regard aux deux extrémités de la machine rotative, correspond à l'équation: y"(e) = (>) n + B o - z est l'ordonnée cylindrique instantanée de la cloison escamotable, comptée le long d'une génératrice du rotor; - y" est la dérivée seconde de X et correspond à l'ac- célération subie par la cloison pendant son déplacement; - & est l'angle polaire correspondant à la position instantanée du plan radial moyen de la cloison; - f est une valeur constante, égaie à l'amplitude de la variation périodique de e; - À et B sont des constantes fonctions de Y et de la course totale de la cloison; - n est un nombre positif compris entre 7 et 13. Grace à cette disposition, la variation de la valeur de la vitesse et la variation de l'accélération sont tel- les que le couple de rotation mécanique qu'aura à fournir le rotor pour déplacer les cloisons sera le plus faible possible; tout choc se trouve supprimé à chaque phase de démarrage ou d'arrêt du mouvement de la cloison. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limita- tif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Pig. 2 est une vue latérale d'une cloison escamotable de type connu. Fig. 3 en est une vue en plan. Fig. 4 et 5: sont les vues correspondantes d'une pri- mière variante d'une cloison escamotable selon l'invention. Fig. 6 et 7 sont les vues correspondantes pour une deuxième variante selon l'invention. Fig. 8 et 9 montrent une troisième variante. Fig. 10 est une vue développée d'un rotor, illustrant le fonctionnement de la variante des Fig. 8 et 9. Fig. 11 est une coupe radiale partielle suivant XI-XI (Fig. 12) montrant la face latérale interne d'une encoche longitudinale du rotor. Fig. 12 est une vue radiale correspondante de ce rotor Fig. 13 et 14 illustrent une cinquième variante selon 1' invention. Fig. 15 est une coupe du stator et du rotor suivant le plan médian d'une cloison escamotable plate. Fig. 16 est une vue analogue pour une autre position de cette cloison escamotable. Fig. 17 et 18 sont deux vues analogues pour une autre variante de réalisation des bassins d'équilibrage dans le rotor et le stator. Fig. 19 et 20 illustrent une sixième variante de réalisation de la cloison escamotable. Fig. 21, 22 et 23 sont des vues en coupe partielle montrant diverses sections possibles pour les bassins la- tèraux prévus suriles c8tés des cloisons escamotables se- lon l'invention ou sur les Laces des gorges du rotor en contact avec les c8tés de la cloison en question. Fig. 24 et 25 correspondent aux Fig. 8 et 9 pour une autre variante. Un moteur hydraulique de type connu du genre illustré sur la Fig. 1 comporte des cloisons escamotables 7 du type illustré sur les Fig. 2 et 3. Une telle cloison escamota- ble est une pièce plate à contour rectangulaire allongé, des échancrures radiales 13 étant réparties le long d'un des deux grands c8tés du rectangle. Le nombre des échancru- res 13 est égal au nombre des gorges annulaires 4 du moteur. Ces échancrures 13 sont prévues sur l'un seulement des deux c8tés du rectanglî. On constate que lorsqu'une pression hydraulique est exercée dans la machine et s'applique sur toutes les surfa- ces de la cloison, & l'exception de ses deux bouts d'extré- mités, les efforts auxquels se trouve soumise la cloison 7, à cause de la pression régnant dans les échancrures 13, s'ef- fectuent seulement d'un c8té, ce qui tend à déformer cette cloison 7 dans le plan de la Fig. 2, et à lui faire prendre une courbure longitudinale, le fond des échancrures 13 é- tant du c8té convexe de ce profil courbe. La présente invention consiste à réaliser des cloisons esca motables 15 qui, toutes, présentent la caractéristique illustrée sur les Fig. 4 et 5, à savoir: - d'une part, une cloison 15 possède un axe de symé- trie longitudinal constitué par la grande médiane 16 de son contour rectangulaire, si bien que dos à dos, derrière cha- que échancrure 13, se trouve une échancrure 17 de même di- mension; - d'autre part, des moyens de passage sont prévus pour mettre en communication chaque échancrure 13 avec ltéchan- crure 17 à laquelle elle est opposée. Dans le cas des Fig. 4 et 5. ces moyens de passage sont constitués par des creusures latérales 18 et 19. Le fonctionnement est le suivant: - les échancrures 13 d'une cloison escamotable 15 se- lon l'invention fonctionnent à la manière connue, comme les échancrures 13 d'une cloison esca mnotable 7 de type connu, c'est-à-dire qu'elles sont prévues pour permettre le passage de la cloison 15 au droit des organes de réac- tion 5 du moteur (Fig. 1); - les échancrures 17 ont pour fonction d'assurer la symétrie de la cloison et son équilibrage hydraulique; - les creusures latérales 18 et 19 ont pour fonction d'assurer à tout instant l'équilibrage des pressions en- tre les deux échancrures 13 et 17 d'une même paire. Bien-entendu, on ne quitterait pas le cadre de l'in- vention en réalisant une cloison escamotable 15 dont la symétrie ne serait pas rigoureuse par rapport à l'axe 16, ce qui aurait pour effet de ne pas supprimer totalement la courbure de la cloison 15 sous pression, le principe res- tant celui de l'invention, c'est-à-dire la limitation de cette courbure par un équilibrage hydraulique entre les gchancrures 13 et 17 disposées paire par paire. Dans la variante illustrée sur les Fig. 6 et 7, les moyens utilisés pour mettre en communication permanente les deux échancrures 13 et 17 d'une m4me paire sont constituées par au moins un perçage 20 pratiqué à travers le fond de chaque échancrure. La variante illustrée sur les Fig. 8,;9, 24 et 25 cor- respond à celle des Fig. 4 et 5. Toutefois, l'extrémité droite de la cloison comporte des bassins ou creusures 21" 229 24 ou 54, 55 de la cloison. Ces bassins ou creusures ont la m8me forme et la même surface sur les deux faces latérales opposées de la cloison et sont tels qu'ils conservent au moins une barrette 25 o l'épaisseur de la cloison escamotable 15 n'est pas modifiée. Avec les bassins 21, 22, 23 et 24, chaque face de la cloison a une barrette 25 située ou non sur l'axe médian de la cloison escamotable.Avec les bassins 21b, 23b, chaque face de la cloison escamotable possède deux bar- rettes 25. Ces barrettes 25 sont indispensables pour assurer, tout au long du déplacement de la cloison esdamotable, le guidage de celle-ci dans son encoche axiale correspon- dante du rotor. GrAce à cette disposition, la longueur de fuite de la veine 4d (figure 10) , vers l'extérieur du rotor sur les deux faces de la cloison escamotable 15 est constante. Les longueurs de fuite 29 et 30 sont varia- bles pendant le déplacement de la cloison 15, mais leur somme est constante et est toujours égale à la longueur 26. Cette disposition n'est pas nécessaire sur l'ex- trémité gauche de la cloison. On voit, en effet, sur la Figure 10, que la longueur d'étanchéité 27 entre la cloison 15 et le rotor 1 du moteur est toujours cons- tante. Bien entendu, et sans sortir du cadre de la pré- sente invention, les diverses longueurs 26, 27 et 28 peuvent être égales ou différentes. Dans la variante de réalisation illustrée sur les Figures 11 et 12, on prévoit sur les faces internes de chaque échancrure longitudinale du rotor 1, des bas- sins de lubrification situés deux par deux en opposition, chacun entre deux rainures annulaires telles que 4a, 4b, ho, 4d. Bien entendu, les bassins latéraux 31 et 32 qui viennent d'être décrits pour équiper l'intérieur des fa- ces latérales de chaque encoche longitudinale 6 du rotor 1 (Figures 11 et 12) peuvent être utilisés en concomitan- ce ou non avec les bassins 18, 19 des cloisons 15 selon l'invention. On a représenté sur les Figures 13 et 14 une cloi- son escamotable 15 sur laquelle apparaît une autre des caractéristiques de l'invention. On rappelle que sur la Figure 13, le profil de la cloison 15 est inscrit dans un rectangle allongé. Le long d'un des grands cêtés du rectangle ( par exemple le ctté 33), le bord de la cloison 15 est en contact avec la face interne de l'alé..6 sage du stator 2. Par contre, le long du grand c8té 34, le bord de la cloison 15 prend appui sur le fond 35 de son encoche longitudinale 6 dans le rotor 1. La caractéristique apparaissant sur les Fig. 13 et 14 est que: - toutes les arêtes 36 situées le long du bord 33 du rectangle, sont usinées en arêtes vives ( voir no- tamment la vue en section hachurée sur la partie gauche de la figure 13); - au contraire, toutes les arêtes 37 du bord 34 destinées à prendre appui sur des arêtes rentrantes du rotor 1, le long du fond 35 de chaque encoche longitu- dinale 6, sont des arêtes usinées avec un congé dont le rayon est ajusté avec celui du congé rentrant des arêtes en question du fond 35 dans les encoches longitudinales 6; - toutes les autres ardtes telles que 38 ou 39 sont chanfreinées, pour favoriser la lubrification. On voit que dans ce cas, si la cloison 15 reste bien globalement symétrique par rapport à son axe longi- tudinal 16, le détail qui vient dt'être décrit échappe à cette symétrie: les arêtes 36 sont vives, alors que leurs homologues 37 sont des argtes arrondies avec un con- gé. C'est pour tenir compte de cette exception de détail que la forme générale doune cloison escamotable 15 sera revendiquée comme correspondant à une "forme latérale sy- métrique* par rapport à l'axe 16, alors que les arêtes 37 peuvent être vives ( c'est-à-dire symétriques des arêtes 36) ou bien arrondies en congé ( auquel cas leur section n'est pas symétrique de celle des arêtes homologues 36). Si le rotor 1 du moteur possède plusieurs gorges annulaires 4 indépendantes les unes des autres, la pres- sion peut s'établir à des niveaux différents dans chacu- ne de ces gorges annulaires 4. Pour c"acune de ces gorges annulaires, la liaison hydraulique entre un bas- sin prévu au fond 35 de chacune des encoches longitudina- les 6 du rotor 1, et un bassin 41 prévu en regard dans le stator 2, se fait par l'intermédiaire des échancrures 13 et 17 de la cloison escamotable 15. On sait en effet que ces dernières,sont reliées entre el- les, soit par des bassins latéraux 18, 19, soit par des perçages 20. Cette liaison n'est valable que si les échan- crures 13 et 17 sont alimentées en permanence pendant le déplacement de la cloison escamotable 15, c'est-à- dire lorsqu'elle passe de la position illustrée à la figure 15 à la position qui apparalt sur la figure 16. Cette condition est satisfaite selon l'invention grace à la création de rainures 42 dont la forme appa- ratt sur les figures 15 et 16, et qui sont réalisées sur les deux chants de la cloison 15. Sur certaines machines hydrauliques possédant plusieurs gorges annulaires 4, il peut arriver qu'on ait à grouper hydrauliquement entre elles plusieurs de ces gorges. Par exemple, si le rotor 1 possède quatre gorges 4a, 4b, 4c, 4d,comme illustré sur les figu- res 17 et 18, on peut être amené à relier hydraulique- ment entre elles les gorges 4a et 4b, puis les gorges 4c et 4d. Dans ce cas, led rainures 42 ne sont plus nécessaires. On groupe alors par deux les bassins 41 du stator 2 et les bassins 40 du rotor 1. De cette façon, par exemple la canalisation d'admission 8A'est reliée -ux zones d'admission des gorges annulaires 4a et 4b, tandis que la canalisation d'admission 8B est reliée aux zones d'admission des gorges annulaires 4c et 4d. Bien entendu, deux autres canalisations pour le retour du fluide sont prévues et disposées de la même façon que les canalisations 8A et 8B. On désigne, dans ce mode de réalisation: - par la référence 43, un bassin double groupant deux bassins rotoriques 40; - par la référence 44, un bassin double grou- pant deux bassins statoriques 41. Pour améliorer encore la lubrification d'une cloison 15 et diminuer la surface portante cloison /ro- ___9 tor, on peut prévoir des bassins de lubrification sup- plémentaires, comme illustré sur les figures 19 et 20. Il s'agit alors de bassins tels que 45, 46, 47, et 48 ( ce dernier type n'apparaissant pas sur les figures 19 et 20) disposés au milieu des surfaces 49 situées sur la cloison entre les échancrures 13 et 17. On re- marque en particulier que les deux bassins 46 et 47 pré- vus sur une face de la cloison sont séparés entre eux par une barrette transversale 50 assurant à cet endroit l'étanchéité. Il en va de même sur l'autre face o une barrette non représentée, correspondant à 50, assure l'étanchéité entre chaque bassin 45 et le bassin cor- respondant 49 ( non visible sur les dessins). Ces bar- rettes 50 assurent l'étanchéité pendant la phase de tra- vail de la cloison 15. Il va de soi que les divers bassins de lubrifica- tion précédemment décrits, qu'il s'agisse des bassins 18, 19, 21, 22, 31, 40, 41, 43, 44, 46, 47, 48, ou 49 peuvent avoir des sections transversales diverses. A cet effet, on a illustré: - sur la Figure 21, une section transversale 51 en arc de cercle; - sur la Figure 22, une section transversale 52 triangulaire; - sur la Figure 23, une section transversale 53 à fond plat. Bien entendu, pour compléter la réalisation pra- tique de l'invention, on peut faire subir aux surfaces des gorges annulaires 4 et des encoches longitudinales 6 du rotor 1, un traitement superficiel pour leur con- férer une grande dureté, par exemple par nitruration ou sulfuration. On peut également soumettre à un traitement superficiel, la surface frottante des cloisons 15, afin d'augmenter leur capacité d'absorption du lubrifiant. Il peut s'agir d'un traitement par sulfatation, phos- phatation, ou sulfinuzation, visant à élever leur éner- gie superficielle. Ces différentes pi&oes peuvent également faire l'objet d'un traitement sous vide de type connu. * On constate en pratique que l'utilisation des diverses dispositions qui viennent dIgtre décrites four- nit sur le fonctionnement de la machine hydraulique tournante, une amélioration considérable. Toutes choses égales par ailleurs, on constate par exemple que l'effort longitudinal nécessaire pour déplacer une cloison 15 dans le rotor 1 se trouve pratiquement divisé par 30 (;trente) par rapport à ce qu'on observe sur une machine de type connu. REVENDICATIONS 1. Cloison escamotable pour machine rotative à fluide sous pression, possédant en élévation un profil inscrit dans un rectangle allongé le long d'un des grands c8tés duquel sont réparties une ou plusieurs encoches, et caractérisée en ce que sa forme latérale est globale- ment symétrique, c'est-à-dire comportant les mêmes enco- ches (13) et (17) le long des deux grands catés (33) et (34) du rectangle, découpées et disposées de façon symé- trique par rapport à la plus longue (16) des deux média- nes de ce rectangle, des moyens étant par ailleurs pré- vus pour mettre en communication hydraulique les deux en- coches (13) et (17) d'une mOme paire situées dos à dos. 2. Cldson escamotable suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte entre les encoches (13) et (17), des bassins de lubrification (18) et (19) répartis sur les faces latérales de la cloison esca mo- table (15). 3. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendica tions précédentes, caractérisée en ce que ses arêtes longitudinales ont un profil en congé (37) au fond des encoches (6) du rotor (1) pour s'y aJuster, alors qu'elles ont un profil (36) taillé à angle vif pour la partie prenant appui sur l'alésage du stator (2). 4. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce que ses arêtes transversales telles que (38) et (39) sont chanfreinées de façon à faire apparaître un film d'huile de lubrification au cours des déplacements de la cloison (15). 5. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée on ce qu'elle comporte un trou de communication (20) à travers le fond (59) qui sépare deux encoches (13) et (17) pla- cées dos à dos. 6. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un bassin tel que (21), (22), (23), (24), (54) ou (55) sur chacune des faces d'une de * 13 ses extrémités (bassin débouchant à l'extrémité) afin de définir une longueur de fuite constante au cours des déplacements de la cloison (15). 7. Cloison escamotable suivant la revendica- tion 6, caractérisée en ce que sur chacune des deux fa- ces de l'extrémité considérée, les bassins ménagent au moins une barrette de guidage (25). 8. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est logée dans une rainure longitudinale (6) du rotor (1), le long des faces intérieures de laquelle sont répartis des couples de bassins (31) et (32) situés deux à deux en vis-à-vis, pour assurer la lubrification. 9. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce que sur l'une des arêtes saillantes transversales de chaque échancrure (13) ou (17), on prévoit une rainure longitudinale (42) assurant en permanence une alimenta- tion hydraulique des échancrures (13) et (17), pendant les déplacements de la cloison (15). 10. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au niveau de chaque gorge annulaire (4), elle fait face à des bassins (40) prévus à fond de gorge dans le rotor (1), et des bassins périphériques (41) prévus dans l'alésage du stator (2). 11. Cloison escamotable suivant la revendica- tion 10, caractérisée en ce qu'elle fait face à des bas- sins (43) groupant au moins deux bassins (40) sur le ro- tor (1), et à des bassins (44) groupant au moins deux bassins (41) sur le stator (2). 12. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au milieu des surfaces latérales pla4es (48) séparant les échancrures(13) et (17), elle comporte en creux des bassins de lubrification. 13. Cloison escamotable suivant la revendica- tion 12, caractérisée en ce que lesdits bassins de lubri- fication sont groupés par deux sur chaque face plane, -2498695 comme les bassins (46) et (47) séparés entre eux par une barrette transversale d'étanchéité (50). 14. Cloison escamotable suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, coopérant avec deux cames annulaires fixes (o10) et (11) placées en vis-à-vis aux extrémités du stator (2), caractérisée en ce que la loi choisie pour le tracé des deux cames annulaires fixes (10) et (11) correspond a l'équation: y") =A ()n + B ( t), o: - X est l'ordonnée cylindrique instantanée de la cloison escamotable (15), comptée le long d'une généra- trice du rotor (1); - Z" est la dérivée seconde de y et correspond à l'ac- célération subie par la cloison pendant son déplacement; - & est l'angle polaire correspondant à la position instantanée du plan radial moyen de la cloison; r - Y est une valour constante, égale à l'amplitude de la variation périodique de 0; - A et B sont des constantes déterminées par la cour- se totale que la cloison doit avoir, et par la valeur de l'angle t; - n est un nombre positif compris entre sept et trei- ze, ce qui permet de supprimer tout choc à chaque démar- rage ou arrêt du mouvement de la cloison (15).