Brevet FR2512105A1 — publié le 19830304

La présente invention concerne les rotors de genre héli- coidal ou à vis ayant des pales ou branches et des gorges interposées, ces rotors coopèrent en prise dans un carter de machine, telle qu'à compression ou détente de gaz et en particulier présentant des profils améliorés et plus efficaces. La technique antérieure est riche en profils de rotors du genre ci-dessus, qui réalisent des améliorations de rendement de ces machines, tels ceux des brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 3 423 017 et 4 028 026 du 21 janvier 1969, pour machine à rotors à viset rotors pour celle-ci, et du 7 juin 1977, respectivement, pour compresseur à vis et dentures en développante. L'invention a donc pour objet des profils de rotors encore plus efficace qui accroissent le rendement desdites machines par l'angle de pression réalisé entre rotors et, de plus, par déli- mitation de surface d'étanchéité entre deux rotors, entraîné et entraînant, qui chargent ou exercent un couple sur le rotor, entrainé, par la pression de gaz dans une poche étanche, dans le sens positif ou de rotation d'avance. Particulièrement, l'invention réalise un rotor à pales ou branches hélicoïdales et gorges interposées, tournant autour d'un axe en coopération, dans un carter de machine, avec un rotor en prise, de sorte que le fluide admis dans le carter soit reçu dans lesdites gorges et, en raison de l'engrènement mutuel et de la rotation des rotors, o sa pression est modifiée, les flancs desdites gorges de rotors étant concaves, avec un flanc d'attaque et un flanc de dégagement, selon un sens donné de rotation, une première par Li. du flanc d'attaque ayant une partie en ellipse. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation, et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un tracé géométrique d'une partie du profil d'un rotor femelle entraîné, selon l'invention: la figure 2 est un tracé analogue d'une partie d'un rotor mâle entraînant le rotor femelle; la figure 3 est un tracé de l'ensemble en association des deux rotors des figures 1 et 2; et 12105 la figure 4 donne les courbes caractéristiques de fonctionnement du compresseur ainsi réalisé. Le rotor femelle 10, réalisé selon l'invention (figure 1), comporte six pales hélicoïdales 12 (dont seulement deux sont repré- sentées complètement) et un nombre égal de gorges hélicoïdales interposées 14 (incomplètement représentées) En coopération avec le rotor mâle, le rotor femelle 10 a un cercle primitif 16 et un axe 18 de rotation, lequel se trouve dans un plan commun 20 avec celui du rotor mâle. Le profil du rotor femelle 10 est, selon l'invention, déterminé comme suit La section B-C est un arc de cercle 22 dont le le centre est sur le primitif 16 Cet arc 22 part au-dessous du plan 20, un peu au-dessus de la mi-hauteur du flanc 24 de tête du rotor La section C-D est une partie 26 de développante, tangente en C à l'arc 22 Cette partie 26 se termine à sa rencontre sur le cercle 16 La section D-E est une partie 28 choisie pour être tangente à la partie 26 au point D, et tangente au cercle extérieur 30 en E. La section E-E 1 est une partie d'un arc 32 de cercle La section B-A est une épitrochotde 34, engendrée par un point H du rotor mile (figure 2) Le point A se trouve sur le primitif 16 La section A-E 1 est un arc 36 de cercle, dont le centre est également sur le primitif 16 et qui est tangent à la partie 32 et traverse au point A. En ce qui concerne le rotor mâle 38 d'entraînement (figure 2), selon l'invention, il comporte cinq lobes hélicoïdaux 40 (dont un seul est complètement représenté) et un nombre égal de gorges hélicoïdales 42 (dont seulement deux sont représentées). Relativement au rotor 10 associé (figure 1), le rotor 38 a un cercle primitif 44 et un axe de rotation 46 Comme déjà indiqué, les axes 18 et 46 des rotors en prise se trouvent dans le plan commun 20. Le profil de ce rotor mâle 38 est, selon l'invention, déterminé comme suit dans la réalisation exposée, sa section H-I est un arc de cercle 48, dont le centre est sur son primitif 44 Cet arc 48 est identique à l'arc 22 (B-C) du rotor 10 La section J-K est une partie engendrée 52, comme la partiede développante 26 (D-C) du rotor 10 La section J-K est une partie 52 engendrée par la section elliptique 28 (D-E) du rotor 10 La section KK 1 est un arc de cercle 54 La section G-H est une épicycloide 56 engendrée par le point A du rotor 10 La section G-K 1 est un arc 58 de cercle dont le centre est sur le primitif 44. Sur la figure 3, les rotors 10 et 38 sont représentés en prise mutuelle, et la partie 26 de développante du rotor 10 constitue une étanchéité convenable avec la partie engendrée 50 (I-J) du rotor 38 L'angle de pression entre eux est approximative- ment de 400 d'arc Lorsque la partie elliptique 28 (D-E) du rotor 10 est refermée par la partie engendrée 52 (J-K) du rotor 38 (comme représenté en pointillé sur la figure 3), l'angle de pression mutuel n'est pas sensiblement modifié. L'emplacement, c'est-à-dire les début, extension et aboutissements des parties de développante et elliptique 26 et 28, est déterminant pour définir lesdits angles de pression On indique, pour la description totale, que le point I constitue l'amorce de la partie de développante 26 Le rotor 10 a un diamètre horstout qui est celui du cercle 30 et les gorges 14 ont des points radialement intérieurs qui marquent un diamètre minimal 60 de gorge:. La partie 26 de développante s'étend extérieurement, le long du flanc de tête, à partir du point C, lequel est situé sue un diamètre sensiblement à mi-chemin du diamètre hors-tout 30 et du diamètre minimal 60 de gorge. La partie 26 de développante aboutit en D sur le primitif et se confond progressivement, en contiguïté de la partie ellip- tique 28 La dernière partie aboutit de même progressivement en contiguïté de la partie circulaire hors-tout 32. Dans cette forme de rotors,à 5 et 6 pales, c'est-à-dire rotors mâle à cinq lobes et femelle à 6 branches, est constitué un tracé plus caractéristique qui est fonction du minimum admissible d'épaisseur de pale ou branche, des longueurs des parties elliptiques 28 et 26 de développante, et d'interface de la partie engendrée 34 et de la partie circulaire 22 Cette interface apparaît au point B> et l'aboutissement de tête de la partie elliptique 28 apparaît au point B (sur le diamètre hors- tout 30) Une ligne droite 62 joignant 12105 ces points B et E doit sensiblement traverser au point C de la partie 24 de développante. En plus des angles de pression améliorés (caractéris- tique prioritaire), les profils des rotors doivent former des zones d'étanchéité 64, 66 et 68 (figure 3) qui déterminent en coopération une poche 70 de gaz sous pression Le point 64 consti- tue sensiblement une étanchéité très efficace entre la partie 26 de développante du rotor 10 et la partie engendrée 50 du rotor 38. Les points d'étanchéité 66 et 67 sont sensiblement de contacts réduits et donc d'efficacité limitée La portée 66 est déterminée par l'interface du point H du rotor 38 avec la surface engendrée 34 du rotor 10; la portée 68 est déterminée par l'interface du point A du rotor 10 avec la surface engendrée 56 du rotor 38 Il se trouve alors que les profils de rotors coopèrent pour délimiter la poche 70 avec des forme et effet tels qu'un couple positif est appliqué au rotor 10 et améliore l'étanchéité moins effective en 66 et 68, ce qui est exposé dans la suite. On voit sur la figure 3 que les rotors tournent, selon la flèche respective, le rotor 10 dextrorsum et le rotor 38 sinis- trorsum La poche 70 est constituée en croissant décalé afin d'appli- quer la majorité de la pression du gaz selon une longueur appré- ciable du flanc de tête de branche du rotor femelle, en le rappelant dextrorsum, c'est-à-dire en couple positif En coïncidence la pression de la poche de gaz, applique une même pression sur le flanc de tête du lobe de rotor mâle En conséquence, les étanchéités, moins fiables aux points 66 et 68, sont déplacées ou rappelées en contact plus étroit de sorte que leur étanchéité critique est renforcée. Ces résultats sont évidemment de technique très répandue et les améliorations sont-donc peu importantes De même, les subti- lités de raffinement des profils, angles de pression et tracés peuvent apparaître en premier lieu de nouveauté peu significative. Cependant ces raffinements, bien qu'appréciables, en rendement et éco- nomies d'énergie sont avantageux, et perfectionnent la technique Les nouveaux profils exposés ici sont donc souhaités La figure 4 donne des courbes caractéristiques de compresseurs à vis comparables, 2 512105 disponibles sur le marché, repérés par les indices "G" et '"K". La courbe "I" correspond à un prototype de compresseur, appli- quant l'invention et la courbe "II" à une seconde génération plus avancée ou finale de l'invention Il faut noter que la puissance plus faible et l'aplatissement de la courbe "II" de compresseur représentent un progrès sensible de technique, et résultent des données exposées et du raffinement des nouveaux profils, angles de pression obtenus et tracé caractéristiques de ces profils. En plus de ces données, plus spécialement le rotor femelle 10 a d'autres caractéristiques de dessin, qui assurent son efficacité Par exemple un arc 72 de cercle, tracé à partir d'un centre situé au point B de tête de la surface 34, qui passe au point A (de la surface engendrée 34) comporte un rayon qui est sensiblement égal à deux fois le rayon d'un arc 74 de cercle tracé avec un centre situé au point C de départ de la partie 26, recoupant le point D de départ de la partie elliptique 28 Cette partie 28 englobe un arc 76, qui est au moins égal à deux fois l'arc 78 'englobé par l'arc de cercle 36 La largeur du profil de branches 12 à la surface la plus extérieure (E-E') est inférieure au tiers de la largeur transversale des profils au point de départ C de ladite partie 26. Ces tracés, dimensions relatives et rapportsont été soigneusement dérivés et déterminés pour aboutir aux profils à performances améliorées des nouveaux rotors 10 et 38, et rentrent dans le cadre de l'invention. Il est bien entendu que les réalisations qui viennent d'être décrites ne sont données qu'à titre d'exemples non limitatifs de l'invention. 12105 R E V E N D I C A T I O N S 1 Rotor ( 10), ayant des cordons,ou branches, hélicoïdaux ( 12) et des gorges interposées ( 14, 42), tournant autour d'un axe et coopérant en prise avec un autre rotor ( 38) dans un carter de machine, de sorte qu'un fluide admis dans ce carter soit reçu dans lesdites gorges et, en raison de l'engrènement et de la rotation des deux rotors, ai tsa pression modifiée ( 40 ), dispositif dans lequel les flancs des gorges de rotor sont de forme concave d'ensemble, chacune des gorges présentant un flanc de tête et un flanc de queue, selon un sens donné (S) de rotation de rotor, une première partie (E-E 1) du flanc de tête, ayant une section en ellipse. 2 Rotor ( 10) selon la revendication 1, dans lequel une seconde partie (B-C) du flanc de tête est un arc de cercle. 3. Rotor selon la revendication 2, dans lequel une troisième partie dudit flanc est une 4 Rotor selon la trois parties comprend une Rotor selon la trois parties comprend une 6 Rotor selon la des trois parties comprend 7 Rotor selon la partie de développante (C-D). revendication 3, dans lequel l'une des majeure partie du flanc de tête. revendication 3, dans lequel l'une desdites mineure partie du flanc de tête. revendication 3, dans lequel l'une une partie médiane du revendication 4, dans flanc de tête. lequel une partie comprend ledit arc de cercle. 8 Rotor selon la revendication 5, dans lequel une partie comprend ladite partie d'ellipse. 9 Rotor selon la revendication 5, dans lequel une partie comprend ladite partie de développante. Rotor selon la revendication 1, dans lequel lesdites parties de flanc de tête et de queue sont un arc de cercle. 11 Rotor selon la revendication 3, dans lequel ladite partie de développante est contiguë et intermédiaire desdits arc de cercle et partie d'ellipse. 12105 12 Rotor ( 10) selon la revendication 1, dans lequel ledit rotor a un cercle primitif ( 16) centré sur ledit arc et ladite partie en ellipse est extérieure à ce cercle. 13 Rotor selon la revendication 12, dans lequel une partie dudit flanc de tête est une partie de développante, laquelle est intérieure audit cercle primitif. 14 Rotor selon la revendication 13, dans lequel lesdites parties d'ellipse et de développante sont contiguës. Rotor selon la revendication 3, dans lequel ledit rotor ( 10 a un diamètre hors-tout ( 30) donné, et chacune des gorges a un point radialement le plus intérieur qui se trouve sur un rayon commun et déterminé partant dudit axe, définissant pour le rotor un diamètre minimal de gorge, ladite partie de développante s'étendant vers l'exté- rieur, le long dudit flanc de tête, à partir d'un point de départ situé sensiblement à mi-chemin dudit diamètre hors-tout et dudit diamètre minimal de gorge. 16 Rotor selon la revendication 15, dans lequel ledit flanc de tête affleure une branche voisine, en y définissant un aboutisse- ment du-flanc, ledit arc de cercle s'étend dans le flanc de queue en un point définissant un aboutissement de l'arc, et une ligne droite, tracée depuis l'aboutissement du flanc vers l'aboutissement d'arc, passe par ledit point de départ de partie de développante. 17 Rotor selon la revendication 1, dans lequel ladite partie d'ellipse affleure une branche voisine, celle-ci affleurant de plus un flanc de queue d'une autre gorge qui est la plus voisine à travers un autre arc de cercle; et ladite partie d'ellipse englobe un élément radial autour dudit axe qui est au moins égal à deux fois celui qui est englobé par ledit autre arc de cercle. 18 Rotor selon la revendication 15, dans lequel ledit flanc de queue comporte une partie engendrée ayant des points de tête et de queue; ladite partie d'hélice a des points de tête et de queue et un arc de cercle tracé à partir d'un centre situé au point de tête de ladite partie engendrée, recoupant le point de queue de la partie engendrée, à un rayon égal sensiblement à deux fois le rayon d'un arc de cercle, tracé à partir du centre audit point de départ de partie de développante qui recoupe ledit point de queue de ladite partie d'ellipse. 19 Rotor selon la revendication 2, dans lequel ladite partie d'ellipse englobe un arc qui est au moins égal à deux fois l'arc radial entouré par ledit arc de cercle. Rotor selon la revendication 15, dans lequel l'un desdits flancs de tête, et un flanc de queue d'une gorge, située en avant selon ledit sens de rotation, délimitent une pale ou branche entre eux, laquelle a une largeur, à sa surface la plus interne radialement, inférieure au tiers de la largeur en travers à l'emplacement dudit point de départ de ladite partie de développante.