Brevet FR2532371A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne une machine de refoulement de fluides compressibles, comportant un piston annulaire dans une enceinte annulaire formée par des parois cylindriques disposées concentrique- ment et par une paroi longitudinale du carter, ce piston mû par une manivelle suivant une trajec- toire fermée et par une manivelle oscillante qui décrit une ligne non fermée, est articulée d'une part sur le carter, d'autre part sur le piston annu- laire et est plus longue que la manivelle tournante décrivant un mouvement de refoulement et comportant pour la paroi longitudinale une fente qui subdivise la paroi cylindrique formant le piston annulaire en un début de paroi c 3 té aspiration et en une extrémi- té terminale de paroi c 8 té refoulement. Dans les machines de refoulement de ce genre connues, le processus de transport du fluide se dé- roule dans un seul sens avec une faible vitesse re- lative du piston annulaire, de sorte que l'emploi de ces machines en tant que compresseur ou pompe à vide paralt intéressant là o il s'agit d'obtenir des rap- ports de compression élevés sans lubrification ou avec peu de lubrification. Il faut toutefois pour cela que dans les zones de contact radial entre le piston annulaire et les parois cylindriques disposées concentriquement et la paroi longitudinale du carter, les surfaces intéres- sées se développent avec précision les unes sur les autres et que l'étanchéité soit exacte, notamment lorsque la machine de refoulement est conçue pour que le mouvement de refoulement exécuté par le piston an- nulaire se déroule sans contact, au cours duquel il se produit des pertes de charge-considérables du fait des jeux nécessaires entre le piston annulaire et le carter. Il est décrit dans le brevet d'invention DE 177654 une machine de refoulement de ce genre, et l'on voit 2 D 32371 -2- aux figures 3 et 4 de ce brevet que le piston annulaire est de construction symétrique, étant disposé en avan- cée axiale de part et d'autre d'un disque comportant le moyeu formant le palier de la manivelle, et qu'il glisse par une fente longitudinale sur la paroi longi- tudinale qui relie entre elles les parois cylindriques. Etant donné que les parois cylindriques intérieu- res forment axialement un renfoncement pour recevoir le disque, mais que cette disposition n'est pas possi- ble pour la paroi longitudinale sinon les chambres d' aspiration et de refoulement seraient en court-circuit, il y a dans le disque un évidement pour recevoir la paroi longitudinale afin que le piston annulaire puisse décrire le mouvement de refoulement Cet évidement, qui n'est pas représenté au dessin mais est mentionne dans la description, doit présenter une largeur supé- rieure à la fente longitudinale, car le piston annu- laire vibre autour du guidage rectiligne sur la paroi longitudinale Il en résulte une formation variable de la fente lors du mouvement du piston annulaire, si bien que la chambre d'aspiration intérieure se trouve reliée à la chambre de refoulement extérieure, ce qui conduit en outre à des pertes de charge considérables et donc à des pertes de rendement. Le problème qui se posait consistait donc à concevoir une machine de refoulement du genre décrit en préambule de telle sorte que soit empochée la mise en court-circuit des chambres de travail intérieures et extérieures; pour compenser les pertes de charge et améliorer le rendement, il faut aussi que soit as- surée une compression interne pendant le processus de transport de fluide avant que ce dernier n'arrive à la sortie de la machine, ce qui toutefois n'est pos- sible que si le fluide véhiculé est compressible; cette machine de refoulement peut donc être mise en oeuvre comme compresseur. _ 3 _ 2532371 La solution à ce problème consiste, conformément à l'invention, en ce que la paroi longitudinale en- toure partiellement, avec un jeu minimal, la courbe enveloppante décrite par la dite extrémité terminale c 8 té refoulement lors du mouvement de refoulement qui va de la paroi cylindrique extérieure à la paroi cy- lindrique intérieure En outre ou en variante, la dite extrémité c 8 té refoulement forme un rebord en forme de croissant dont la courbe enveloppante décrite par la dite extrémité terminale c Sté refoulement lors du mouvement de refoulement qui va de la paroi cylin- drique intérieure à la-paroi cylindrique extérieure entoure partiellement, avec un jeu minimal, lextré- mité de la paroi cylindrique intérieure qui détermine la fente de sortie. Grâce à ces dispositions la machine de refoule- ment selon l'invention présente les avantages énumé- rés ci-après: a) elle peut fonctionner avec une compression in- terne, ce qui en améliore le rendement et per- met d'en réduire les dimensions En liaison avec une régulation par rejet de fluide ou pal débrayage, il devient possible de choisir en- tre une compression interne dans les deux compartiments, dans un seul d'entre eux ou éventuellement dans aucun; b) en rapport avec la manivelle oscillante arti- culée, au moyen d'une patte formant disque, sur la partie radialement élargie ou directe- ment dans un évidement circulaire, il est pos- sible de partager la paroi longitudinale, ce qui évite de mettre en-courtcircuit des compartiments d'aspiration et de refoulement comme cela est le cas dans les machines connues; c) ellepeut, grâce à la structure symétrique de son piston annulaire et à son montage en porte- à-faux sur le maneton de manivelle excentré, 4 _ 2532371 Ctre assemblée à peu de frais et fonctionner avec une perte de puissance extramement faible. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront dans la description d'un exemple d'exécution faite ci-après en se référant au dessin annexé; sur ce dernier la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une machine de refoulement selon l'invention avec compression interne dans une enceinte de transport de fluide, la figure 2 illustre une variante d'exécution de la machine de refoulement selon la fig 1, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une machine de refoulement selon l'invention avec compression interne dans les deux enceintes de trans- port de fluide, et la figure 4 est une vue en coupe longitudinale dans un plan passant par les zones de contact du piston annulaire de la machine de refoulement selon les fig 1 à 3. Une forme d'exécution de la machine de refoule- ment selon l'invention est illustrée aux fig 1 et 4, respectivement en coupe transversale et en coupe lon- gitudinale Cette machine se compose de deux parties de carter 1, 2 qui, avec des parois ylindriqueg 3, 4 disposées concentriquement, forment une enceinte an- nulaire 5 La partie de carter 1 est conçue pour ser- vir de palier à un arbre à manivelle 6 qui, hors du carter, porte une poulie à gorge 7. Le maneton de manivelle excentré 8 de l'arbre 6 est monté dans un moyeu 9 d'un piston annulaire 10 dis- posé dans l'enceinte annulaire 5 Ce moyeu est dispo- sé sur un disque 11, en porte-à-faux axial de part et d'autre de ce dernier, de m 9 me qu'une paroi cylindri- que 12 Le disque 11 comporte des ouvertures 13 dis- posées de telle sorte que lors du mouvement de refou- lement elles ne s'étendent pas au-delà de l'enceinte intérieure 14 formée par la paroi cylindrique 3 Dans -5- le sens radial le disque 11 se termine avec la paroi cylindrique 12. Dans le sens axial la partie de carter 2 compor- te en son milieu une tubulure de raccordement 15 à un appareil de consommation Une tubulure d'aspira- tion 16 pour l'amenée de fluide pénètre radialement dans le carter; elle est formée par les deux parties 1, 2 du carter. Le piston annulaire 10 comporte une fente longi- tudinale 17 pour recevoir une paroi longitudinale 18 reliant les parois cylindriques 3, 4 disposées concen- triquement Cette fente 17 et la paroi longitudinale 18 forment respectivement un début 19, côté aspira- tion, de la paroi cylindrique 12, et, côté refoule- ment, une extrémité terminale 20 de cette paroi 12. Dans le champ de la tubulure 16 d'amenée de fluide est montée une manivelle oscillante 22 sur laquelle est articulé, au moyen d'une goupille 25, le piston annulaire 10 par une patte radiale élargie 23 du disque 11 et par un alésage 24 ménagé dans cette patte, cette articulation étant située entre le début 19 et l'extrémité terminale 20 de la paroi cylindrique 12. La manivelle oscillante 22 coiffe la patte radiale 23 par une chape 26. Par rapport à la paroi cylindrique extérieure 4 et à la paroi cylindrique intérieure 3 le piston an- nulaire 10 comporte toujours des zones de contact ef- fleurant 27, 28 qui font, en liaison avec la paroi longitudinale 18, que le reste de l'enceinte annu- laire 5 se trouve subdivisée en quatre compartiments 29, 30, 31, 32 dont deux ( 29,30) travaillent toujours en aspiration, les deux autres ( 31,32) en refoulement. Les compartiments 29, 30 sont, par la tubulure 16 et la fente 17 dans la paroi cylindrique 12 du piston annulaire 10, reliés à l'atmosphère et au réservoir de fluide comprimé les compartiments 31, 32 sont, par l'intermédiaire de la fente 33 qui se forme entre 6 2532371 l'extrémité terminale 20 c 8 té refoulement de la paroi cylindrique 12 du piston annulaire 10 et la paroi lon- gitudinale 18 et une fente de sortie 34 de la paroi cylindrique intérieure 3, reliés à l'enceinte 14 asso- ciée à la tubulure 15 de raccordement à l'appareil de consommation. Lorsque, dans la machine de refoulement selon la fig 1, le piston annulaire 10 fait un tour, le fluide traverse sans compression interne les compartiments in- térieurs 30,31 et, avec compression interne, les com- partiments 29,32, car au cours du mouvement de refoule- ment décrit par la paroi cylindrique extérieure 4 vers la paroi cylindrique intérieure 3, durant lequel, dans les machines de refoulement connues, une expulsion de fluide est déjà possible, l'extrémité terminale 20 de la paroi cylindrique 12 du piston annulaire 10, c 8 té refoulement, du fait que cette extrémité est partiel- lement entourée par la paroi longitudinale 18, ne cesse de l'etre qu'à partir d'une position prédéterminée entre les parois cylindriques extérieure 4 et inté- rieure 3, de sorte que le fluide, comprimé du fait que son expulsion a été empêchée, peut maintenant s'é- chapper par la fente 33 qui est alors formée entre la dite extrémité terminale 20 et la paroi longitu- dinale 18. A la fig 2 est représentée une variante d'exé- cution dans laquelle la manivelle oscillante 22 com- porte un appendice en forme de disque 35 qui a l'é- paisseur du disque 11 du piston annulaire 10 et qui est engagé directement, avec possibilité de rotation, dans un évidement complémentaire circulaire 36 de ce disque 11 entre le début 19 et l'extrémité terminale de la paroi cylindrique 12. A la fig 3 est représentée une forme d'exécution dans laquelle le transport du fluide se fait par les compartiments extérieurs et intérieurs 29, 30, 31, 32 avec compression interne, c'est-à-dire par le fait que l'extrémité terminale 20, c 8 té refoulement, de la paroi cylindrique 12, forme un rebord 37 en forme de croissant qui, lorsque la paroi cylindrique inté- rieure 3 se déplace vers la paroi cylindrique exté- rieure 4 pour refouler le fluide déplacement au cours duquel une expulsion du fluide est déjà possi- ble dans les machines connues n'admet qu'à partir d'une position prédéterminée la formation d'une fente entre lui (le rebord 37) et une extrémité 38, déter- minée par la fente d'évacuation 34, de la paroi cy- lindrique intérieure 3 du carter, de sorte que là encore le fluide se trouve comprimé avant d'gtre ex- pulsé. Dans toutes les formes d'exécution représentées au dessin, l'étanchéité avec une fente minimale entre les compartiments travaillant en aspiration et ceux travaillant en refoulement est assurée par des sur- faces courbes chevauchantes 399 40, 41, 42 dans le carter, sur la manivelle oscillante 22 et sur le piston annulaire 10 dans le champ du disque 11. -7- -8 - 2532371 ' - REVENDICATIONS 1 Machine de refoulement de fluides compressi- bles, comportant un piston annulaire ( 10) dans une enceinte annulaire ( 5) formée par des parois cylindri- ques ( 3, 4) disposées concentriquement et par une pa- roi longitudinale ( 18) du carter ( 1, 2), ce piston actionné par un mécanisme à manivelle ( 8) suivant une trajectoire fermée et par une manivelle oscil- lante ( 22) qui décrit une ligne non fermée, est articu- lée d'une part sur le carter ( 1, 2), d'autre part sur le piston annulaire ( 10) et est plus longue que la manivelle du dit mécanisme ( 8) décrivant un mouve- ment de refoulement et comportant pour la paroi longi- tudinale ( 18) une fente ( 17) qui partage la paroi cy- lindrique ( 12) formant le piston annulaire ( 10) en un début ( 19) cté aspiration et en une extrémité termai- nale ( 20) c 8 té refoulement, cette machine étant remar- quable en ce que la paroi longitudinale ( 18) entoure partiellement, avec un jeu minimal, la courbe envelop- pante décrite par la dite extrémité terminale ( 20) c 8 té refoulement lors du mouvement de refoulement allant de la paroi cylindrique extérieure ( 4) vers la paroi cylindrique intérieure( 3). 2 Machine de refoulement selon le préambule-de- la revendication 1, remarquable en ce que la dite extrémité terminale ( 20) coté refoulement forme un rebord ( 37) en forme de croissant dont la courbe en- veloppante décrite lors du mouvement de refoulement qui va de la paroi cylindrique intérieure ( 3) à la paroi cylindrique extérieure ( 4) entoure partielle- ment, avec un jeu minimal, l'extrémité ( 38) de la paroi cylindrique intérieure ( 3) qui détermine la fente de sortie ( 34). 3 Machine de refoulement selon la revendication 1 ou 2, remarquable en ce que la paroi cylindrique ( 12) du piston annulaire ( 10) est disposé en porte-à-faux sur axial de part et d'autre /'un disque ( 11) qui comporte 2532371. un moyeu ( 9) de montage du mécanisme à manivelle ( 8). 4 Iv Machine de refoulement selon la revendication 3, remarquable en ce que le disque ( 11) se termine, dans le sens radial, avec la paroi cylindrique ( 12) du piston annulaire ( 10). Machine de refoulement selon la revendication 4, remarquable en ce que le disque ( 11) présente, entre le début ( 19),c 8 té aspiration,et l'extrémité terminale ( 20),c 8 té refoulement, de la dite paroi cylindrique ( 12), une partie élargie radiale ( 23) qui pénètre dans la tubulure d'aspiration ( 16) et comporte un alésage ( 24) destiné à recevoir une goupille ( 25) qui assemble cette partie élargie ( 23) à la manivelle oscillante( 22). 6 Machine de refoulement selon la revendication 5, remarquable en ce que la manivelle oscillante ( 22) est en forme de chape ( 26) dans sa partie articulée sur la dite partie élargie ( 23) du disque ( 11). 7 Machine de refoulement selon la revendication 4, remarquable en ce que le disque ( 11) présente, entre le début ( 19), c 8 té aspiration, et l'extrémité terminale ( 20), c 8 té refoulement, de la dite paroi cylindrique ( 12), un évidement circulaire ( 36) dans lequel est reçu à rotation, un appendice en forme de disque ( 35) de la manivelle oscillante ( 22), cet appendice sortant de la tubulure d'aspiration ( 16). 8 I Machine de refoulement selon la revendication ou 7, remarquable en ce que dans le champ de la cour- be enveloppante du, disque ( 11) le carter ( 1, 2) présente axialement un renfoncement ayant au moins l'épaisseur du disque. 9 Machine de refoulement selon la revendication 7, remarquable en ce que dans le champ de la courbe en- veloppante de la manivelle oscillante ( 22) le carter ( 1,2) forme axialement un renfoncement ayant au moins l'épaisseur de l'appendice ( 35) du disque ( 11). Machine de refoulement selon la revendication 9, 2532371 remarquable en ce que les fentes axiales sont délimi- tées par des dimensions appropriées tandis que les fentes longitudinales le sont par des surfaces courbes chevauchantes ( 39, 40, 41, 42) du carter ( 1, 2),de la manivelle oscillante ( 22) et du piston annulaire ( 10).