Brevet FR2514835A1 — publié le 19830422

Des moteurs et des pompes à fluide volumétri- ques du type à volutes sont largement décrits dans l'art antérieur, par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 3 011 694, 3 600 114, 3 802 809, 3 874-827, 3 884 599, 3 924 977, 3 986 799, 3 989 422, 3 994 633, 3 994 635, 3 994 636, 4 065 279, 4 129 405, 4 160 629, 4 192 152 et 4 259 043 Une telle machine est en général bien connue et les machines de ce type présentent des sur- faces spiroldales ou en développante s'ajustant mutuelle- ment, appelées "spires", de même pas et agencée de maniè- re qu'une spire exécutant un mouvement orbital soit dépla- cée autour d'un axe d'orbite par rapport à une spire fixe afin qu'un transfert d'énergie puisse se produire entre un fluide renfermé à l'intérieur des espaces à volume varia- ble délimités entre les spires mobiles entre elles et la volute à mouvement orbital Suivant que la machine est une pompe ou un moteur, le transfert d'énergie s'effectue de la spire à mouvement orbital vers le fluide, ou bien du fluide vers la spire à mouvement orbital, respectivement. Dans de telles machines, il est bien connu qu'il faut minimiser le frottement et l'usure et diverses dispositions ont été prévues, dans l'art antérieur, pour guider la volute à mouvement orbital par rapport à la vo- lute fixe afin d'absorber les charges radiales des paliers de façon que les efforts de contact entre les spires soient pratiquement éliminés ou au moins minimisés Cependant, des inconvénients typiques des paliers de l'art antérieur com- prennent la nécessité d'une lubrificationd'une résistance relativement grande, d'un alignerernt précis et d'une bonne intégrité structurelle Des problèmes d'étanchéité apparaissent éga- lement entre les éléments mobile et fixe des machines ro- tatives à fluide volumétriques du type à volutes de l'art antérieur, et des paliers convenables, permettant à ces machines de fonctionner dans un état fermé de façon tout à fait hermétique, font défaut. L'invention est destinée à éliminer ces incon- vénients et elle porte sur l'utilisation d'un accouple- ment de Oldham du type à rouleaux entre les éléments à volutes fixe et à mouvement orbital L'invention concer- ne donc une machine volumétrique à fluide comprenant une volute fixe ayant au moins une spire en développante et une volute à mouvement orbital ayant au moins une spire en développante accouplée à la spire en développante fixe. La spire à mouvement orbital est agencée de manière à être entraînée sur un mouvement orbital par rapport à la spire fixe pour permettre un transfert d'énergie entre un fluide, maintenu entre les spires fixe et orbitale, et la-volute à mouvement orbital Cette dernière est guidée de façon à exécuter un mouvement orbital par rapport à la volute fixe, au moyen d'un agencement de paliers à rouleaux établissant un contact de roulement et comprenant des paires opposées de surface d'appui cylindriques, creuses et fixes, ayant des diamètres intérieurs égaux et disposées concentrique- ment sur des côtés axialement opposés de la volute orbitale. L'axe des paires de surfaces fixes d'appui s'étend parallè- lement à l'axe de l'orbite de la volute orbitale et ces axes sont placés sur la circonférence d'un cercle qui est cen- tré sur l'axe du mouvement orbital de la volute orbitale. Des surfaces d'appui cvlindricues creuses et orbitales ayant un diamètre égal au diamètre des surfaces d'appui fixes, s'étendent axialement à travers la volute orbitale à laquelle elles sont reliées Les axes des surfaces d'ap- pui orbitales s'étendent parallèlement aux axes des paires fixes de surfaces d'appui opposées et ils sont situés sur la circonférence d'un cercle dont le diamètre est égal à celui du premier cercle cité Tous les axes des surfa- ces d'appui cylindriques orbitales sont adjacents à l'axe d'une paire respective de surfacesfixe d'appui et sont dé- calés du même côté de cet axe sur une même distance qui est inférieure aux diamètres des surfaces d'appui cylin- driques, et un rouleau cylindrique d'appui est disposé à l'intérieur desdites paires de surfaces fixes d'appui et s'étend entre ces surfaces tout en s'étendant à tra- vers une surface orbitale respective d'appui Le rouleau d'appui présente un diamètre correspondant à celui néces- saire au maintien du décalage, tandis que les surfaces orbitales d'appui sont déplacées autour de leur axe d'or- bite par rapport aux surfaces fixes d'appui, de façon que la volute orbitale soit guidée avec précision par rapport aux spires de la volute fixe pour effectuer un mouvement orbital par rapport à elle. L'agencement des paliers est d'une structure rigide et d'une géométrie précise; il offre de grandes surfaces d'appui pour réagir aux charges centrifuges d'ap- pui, et sa structure est simple Un tel agencement de paliers se prête aisément à un montage hermétique à l'in- térieur d'un bottier présentant des orifices convenables d'entrée et de sortie d'un fluide et permettant l'utili- sation de divers mécanismes d'entratnement pour la volu- te orbitale. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement li- mitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale d'une pompe volumétrique du type à volutes, entrainée magnétiquement et comportant l'agencement de paliers selon l'invention;et la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne II-II de la figure 1. Le dessin représente globalement en 10 un élé- ment à volute à mouvement orbital dont les faces opposées axialement portent des spires 16 et 18 en forme de spirales symétriques La volute orbitale 10 est accouplée, en ajus- tement mutuel précis, ainsi qu'il est bien connu dans ce domaine, à des spires 12 et 14 d'une volute fixe Le bre- vet n O 4 192 152 précité, par exemple, décrit en détail de telles spires ajustées mutuellement. La volute orbitale 10 est guidée sur son tra- jet orbital par rapport à des éléments fixes 20 et 22 de corps par un agencement de paliers comprenant un accou- plement d'Oldham à rouleaux qui comprend des paires op- posées de surfaces d'appui cylindriques et creuses 24 et 26 situées dans les éléments fixes 20 et 22 de corps, les surfaces opposées 24 et 26 de chaque paire ayant toutes des diamètres intérieurs égaux et étant centrées sur des c 8 tés axialement opposés de la volute orbitale 10. Le terme Naxialement" signifie une orientation à peu près parallèle à l'axe de l'orbite de la volute orbitale Il apparait que les axes des paires opposées de surfaces fi- xes 24 et 26 d'appui s'étendent parallèlement à l'axe d'orbite de la volute orbitale 10 et qu'ils sont situés sur la circonférence d'un cercle centré sur les axes des volutes fixes Plusieurs de ces pairescpposées de surfaces d'appui cylindriques et creuses 24 et 26 sont espacées sur la circonférence du cercle centré et elles sont de plus situées à proximité d'une zone périphérique de la volute orbitale 10 dans la forme préférée de réalisation. En outre, la volute orbitale 10 présente des surfaces d'appui cylindriques et creuses 30 qui la tra- versent et qui ont des diamètres égaux à ceux des surfa- ces d'appui fixes 24 et 26 Les axes des surfaces d'appui orbitales 30 s'étendent parallèlement aux axes des paires fixes de surfaces d'appui 24 et 26 et ils sont de la même manière situés sur la circonférence d'un cercle dont le diamètre est égal à celui du cercle mentionné ci-dessus. Les surfaces d'appui orbitales 30 sont situées à proximi- té immédiate d'une paire opposée de surfaces fixes d'ap- pui 24 et 26 et elles sont décalées, par rapport aux pai- res fixes de surfaces d'appui, d'une distance inférieure au rayon des surfaces cylindriques d'appui, comme montré sur la figure 2 (le décalage étant en fait égal au rayon de l'orbite de la volute orbitale 10). Un rouleau cylindrique 32 d'appui est disposé à l'intérieur desdeux surfaces fixes et opposées 24 et 26 d'appui entre lesquelles il s'étend, et il passe dans une surface orbitale adjacente et correspondante 30 d'appui Chaque rouleau 32 d'appui présente un diamètre correspondant à celui nécessaire pour maintenir le déca- lage, tandis que les surfaces orbitales d'appui sont dé- placées autour de leur axe de mouvement orbital par rap- port aux surfaces fixes d'appui, de manière que la volu- te orbitale 10 soit positionnée et guidée avec précision sur son mouvement orbital par rapport aux éléments 20 et 22 du corps et aux spires fixes 12 et 14 En fait, le diamètre de chaque rouleau 32 d'appui est égal au dia- mètre des surfaces fixes 24 et 26 d'appui, diminué du rayon de l'orbite de la volute orbitale 10. La volute orbitale 10 de cette forme de réa- lisation est entraînée par un accouplement magnétique comprenant un arbre 34 d'entraînement auquel de l'énergie est fournie par un mécanisme convenable 36 d'entraînement, un bâti 38 qui porte un aimant 40 et un contrepoids 42. L'aimant réagit avec un anneau de matière ferromagnétique 44 fixé à la volute orbitale 10 ou réalisé d'une seule pièce avec cette dernière Une rotation du bâti 38 provo- que un mouvement orbital de la volute orbitale 10 sous l'effet du couplage magnétique réalisé entre l'aimant 40 et l'anneau 44 Il est évident que la relation existant entre les éléments menant et mené pourrait être inversée si la volute orbitale était entraînée par un fluide sous pression. Dans cette forme de réalisation, la machine est une pompe et elle présente une entrée 46 de fluide et une sortie 48 de fluide Des orifices convenables de transfert sont ménages à travers la volute orbitale 10 pour permet- tre une communication entre les spires symétriques 16 et 18. Les éléments 20 et 22 du corps peuvent être scellés hermétiquement l'un à l'autre, comme représenté, par assemblage des parois du corps entre elles, par exem- ple comme montré en 50 Il est évident que les rouleaux 32 peuvent présenter des surfaces extrêmes convenables 52 de butée, de configuration convenable, qui coopèrent avec des surfaces extrêmes 54 des paires de surfaces cylindriques d'appui 24 et 26 afin de constituer un palier totalement maintenu à l'état assemblé. Des boulons de fixation, qui ne sont pas re- présentés sur le dessin, peuvent être utilisés pour main- tenir les parois 20 et 22 du corps à distance l'une de l'autre et parallèlement entre elles Ces boulons peuvent passer dans de grandes ouvertures ménagées dans la zone périphérique de la volute orbitale 10 et dans des entre- toises axiales convenables disposées dans l'ouverture traversant la volute orbitale L'utilisation de tels bou- lons de fixation dépend des applications particulières de la machine à volutes. Il est évident que l'accouplement à paliers de la présente invention offre une grande surface d'ap- pui pour les charges radiales centrifuges de réaction entre la volute orbitale et le corps fixe et est de con- ception simple permettant de renfermer de façon tout à fait hermétique la structure du palier Ce dernier n'in- tervient que par un mouvement purement de roulement et il peut travailler avec divers lubrifiants. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la machine décrite et représen- tée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Machine à fluide volumétrique du type à vo- lutes, comprenant une volute fixe qui présente au moins une spire ( 12, 14) en développante, et une volute ( 10) à mouvement orbital ayant au moins une spire ( 16, 18) en développante enclenchée de façon ajustée avec la spire fixe en développante, et agencée de manière à être en- tralnée sur un mouvement orbital, ayant un certain rayon d'orbite, par rapport à la spire fixe pour permettre un transfert d'énergie entre un fluide retenu entre les spi- res fixe et orbitale et la volute orbitale, caractérisée en ce que la volute orbitale est guidée sur son mouvement orbital par rapport à la volute fixe par des paliers à contact de roulement comprenant des paires opposées de surfaces cylindriques, creuses et fixes d'appui ( 24,26), de même diamètre intérieur, disposées concentriquement sur des c 8 tés axialement opposés de la volute orbitale, les axes des deux surfaces fixes d'appui de chaque paire s'étendant parallèlement à l'axe de l'orbite de la volute orbitale et étant situés sur la circonférence d'un cercle centré sur l'axe du mouvement orbital de la volute orbita- le, des surfaces cylindriques, creuses et orbitales( 30) d'appui ayant des diamètres égaux à ceux des surfaces fixes d'appui, s'étendant axialement à travers la volute orbita- le et reliées à cette dernière, les axes des surfaces or- bitales d'appui étant orientés parallèlement aux axes des paires fixes de surfaces d'appui et étant situés sur la circonférence d'un cercle de même diamètre que le premier cercle cité, les axes de toutes les surfaces orbitales d'appui étant adjacents à l'axe des paires respectives de surfaces fixes d'appui et décalés dans le même sens de ces axes des paires respectives de surfaces fixes d'appui d'une même distance qui est égale au rayon de l'orbite, un rouleau cylindrique d'appui ( 32) étant disposé dans et s'étendant entre lesdites paires de surfaces fixes d'appui et passant dans une surface orbitale correspondan- te d'appui, le rouleau d'appui ayant un diamètre qui cor- respond à la différence entre le diamètre des surfaces fixes d'appui et le rayon de l'orbite. 2 Machine selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que les spires en développante et les paliers sont logés dans un corps commun ( 20, 22). 3 Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par des moyens d'entratnement ( 40, 44 > de la volute orbitale, ces moyens d'entraînement n'étant pas reliés physiquement à la volute orbitale. 4 Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les paires opposées de surfaces fixes d'ap- pui comprennent une surface extrême ( 54), et en ce que les rouleaux d'appui présentent des butées axiales extrêmes ( 52) qui coopèrent avec les surfaces extrêmes d'appui pour limiter le mouvement axial des rouleaux 1 Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la volute orbitale comporte des spires symétriques ( 16,18) sur la partie centrale de ses faces opposées axialement, ladite volute fixe comportant deux spires ( 12, 14) en développante qui s'ajustent avec les spires symétriques, et les rouleaux d'appui des paliers étant disposés à proximité des zones périphériques de la volute orbitale, à l'extérieur de ladite partie centrale. 6 Machine selon la revendication 1,caracté- risée en ce que le contact d'appui de roulement constitue le seul moyen pour porter et réagir aux charges radiales centrifuges de la volute orbitale. 7 Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la volute orbitale comporte un élément magnétique ( 44) et en ce qu'elle est entraînée par des moyens comprenant un aimant ( 40) qui peut tourner autour d'un centre de rotation, concentriquement à la volute fixe, l'aimant pouvant se déplacer sur un trajet circulaire qui passe à proximité immédiate du trajet suivi par l'élément magnétique de la volute orbitale.