Brevet FR2541387A1 — publié le 19840824

La présente invention concerne une machine hydraulique ou pneumatique, notamment formant pompe ou moteur. On a déjà proposé des machines hydrauliques ou pneumatiques comprenant deux rotors montés dans une chambre de travail afin qu'ils tournent autour d'axes parallèles L'un des rotors comporte des saillies dépassant radialement vers l'extérieur et coopérant avec des cavités formées dans l'autre rotor La présente invention concerne des machines hydrauliques ou pneumatiques, c'est-à-dire des pompes ou des moteurs, de ce type, et il faut noter que ce type de machine diffère des moteurs ou pompes à engrenage qui comportent deux rotors dentés qui engrènent. Les types connus de machines analogues ont eu tendance à présenter un rendement relativement mauvais de fonction- nement. La présente invention concerne une machine hydraulique ou pneumatique qui comporte un carter ayant à l'intérieur une chambre de travail, un premier et un second rotor montés dans la chambre afin qu'ils tour- nent autour d'axes parallèles respectifs, un dispositif de synchronisation de la rotation des deux rotors, le premier ayant une surface circonférentielle de rotation comportant au moins une saillie en dépassant radialement vers l'extérieur, le second rotor ayant une surface circonférentielle de rotation ayant au moins une cavité dont la configuration permet le logement de la saillie pendant la rotation des deux rotors, les surfaces circon- férentielles délimitant en coopération une barrière empêchant le passage du fluide entre les deux rotors, une entrée destinée à diriger du fluide dans la chambre de travail, dans la zone délimitée entre les surfaces de rotation des deux rotors, d'un premier côté de la barrière et de la surface périphérique de la chambre de travail, cette entrée étant disposée afin qu'elle dirige le fluide de manière générale en direction telle que le fluide se déplace autour de l'axe du premier rotor entre la surface de rotation du premier rotor et la surface périphérique de la chambre de travail en s'éloignant de la barrière, une sortie de fluide destinée à recevoir le fluide de la zone délimitée entre la surface de rotation des deux rotors de l'autre côté de la barrière et la surface périphérique de la chambre de travail, cette sortie étant orientée afin qu'elle soit tournée de façon générale dans la direction de déplacement du fluide autour de l'axe du premier rotor, et un dispositif délimitant des passages traversant les rotors d'une face axiale à l'autre de manière que les pressions aux deux faces axiales opposées des rotors soient égalisées. L'invention concerne en outre une machine hydraulique ou pneumatique comprenant une chambre de travail ayant une surface périphérique, un premier et un second rotor placés dans la chambre et destinés à tourner autour d'axes parallèles, le premier rotor ayant une surface circonférentielle sensiblement lisse munie d'une saillie dépassant radialement vers l'extérieur de cette surface, la saillie ayant un bout qui peut coopérer d'une manière pratiquement étanche avec la surface périphérique de la chambre, le second rotor ayant une surface circonférentielle sensiblement lisse ayant une cavité partant de la surface circonférentielle, cette surface du second rotor coopérant d'une manière pratiquement étanche avec la surface périphérique de la chambre, la saillie pénétrant dans la cavité pendant la rotation du rotor, les surfaces circonférentielles délimitant en coopération une barrière empêchant le passage du fluide entre elles, un dispositif délimitant une entrée de fluide débouchant dans la chambre de travail afin que le fluide soit dirigé entre la surface circonfé- rentielle du premier rotor et la surface périphérique de la chambre d'un premier côté de la barrière, et une sortie de fluide partant de la chambre de travail de l'autre côté de la barrière, l'entrée et la sortie étant dirigées de façon générale dans la direction de déplacement du fluide dans la chambre de travail, dans la zone adja- cente de la chambre de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation latérale d'une machine selon un mode de réalisation préféré de l'invention, avec une partie du carter arrachée afin que la structure interne apparaisse la figure 2 est une coupe de l'ensemble de la machine suivant la ligne 2-2 de la figure 1; les figures 3 et 4 sont respectivement une élévation latérale et une vue de bout plus détaillée de l'un des rotors de la machine les figures 5 et 6 sont respectivement une élévation latérale et une vue de bout représentant plus en détail l'autre rotor de la machine; et la figure 7 est une perspective éclatée de la machine. La machine représentée sur les dessins est destinée à être utilisée comme pompe pour de l'eau ou un autre liquide-, mais il faut noter qu'elle peut aussi être utilisée comme moteur, lorsqu'un fluide sous pression est transmis à la machine, La pompe a un carter ayant un corps 2 et une plaque 4 formant couvercle Le corps 2 a une forme générale creuse dans laquelle est disposée une chambre 6 de travail. Un premier et un second rotor 8 et 10 sont placés dans la chambre 6, le rotor 8 ayant des saillies diamétralement opposées qui ont des cotés en forme de développante. Il faut noter que, en élévation latérale, chaque saillie 12 a une largeur qui diminue progressivement de son pied vers son extrémité Le second rotor 1-0 a des cavités diamétralement opposées 14 dont la disposition est telle que, lorsque les rotors 8 et 10 tournent en sens inverses, les saillies 12 pénètrent dans les cavités 14 Les côtés des cavités 14 ont une forme en développante complémentaire de celle des saillies 12 et coopérant avec les côtés des sailies 12 alors que ces dernières sont logées dans les cavités 14 La chambre 16 a des surfaces périphériques 9 et 11 de forme partiellement cylindrique qui sont au contact des bouts des saillies 16 et de la surface cylindrique du rotor 8 (ou qui en sont séparées par une faible distance, par exemple inférieure à 1 mm) Les surfaces 9 et 11 sont raccordées progressivement par des surfaces- convexes 13 et 15 de connexion disposées afin qu'elles évitent les saillies effilées qui seraient formées par l'intersection des surfaces 9 et 11. Le premier rotor 8 est monté sur un arbre 16 supporté par des paliers 18 et 20 placés dans le corps 2 et la plaque 4 Une première extrémité de l'arbre 16 dépasse du corps 2 et, lors du fonctionnement, cet arbre est entraîné par un moteur convenable destiné à exercer un couple d'entraînement de la pompe Le second rotor 10 est monté sur un arbre 22 supporté par des paliers 24, 26 montés dans la plaque 4 et le corps 2 respectivement. Les arbres 16 et 22 sont obligés de tourner en sens opposés et à la même vitesse par des pignons 28 et 30 d'engrenage en prise montés sur les arbres 16 et 22 respectivement Dans l'arrangement représenté, les pignons-4 et 30 sont placés dans le carter et ils sont boulonnés ou vissés sur les rotors correspondants 8 et 10 Un joint latéral 32 est placé entre le pignon 28 et le palier 18 et il empêche la pénétration du fluide de la chambre de travail dans le palier 18 Le joint latéral 32 est de préférence sous forme d'un soufflet creux de matière plastique moulée Un trou 34 de purge est disposé afin qu'il permette la sortie du fluide du carter au lieu de pénétrer dans le palier 18, lorsque du fluide parvient jusqu'au joint 32 Dans une variante, les pignons peuvent être placés à l'extérieur du carter mais, dans ce cas, un joint latéral supplémentaire est nécessaire. Comme l'indiquent les figures 3 et 4, le premier rotor 8 a une forme de disque ayant une surface circonfé- rentielle lisse délimitée par une surface de rotation dont les saillies 12 dépassent radialement vers l'extérieur. Plus précisément, comme représenté, la surface circonféren- tielle est cylindrique La disposition est telle que les faces axiales 36 et 38 sont au contact du pignon 28 et de la plaque 4 respectivement ou sont très près de ces éléments De même, comme l'indiquent les figures 5 et 6, le second rotor 10 a lui aussi la forme d'un disque et ses faces axiales 40 et 42 sont au contact du pignon 30 et de la plaque 4 respectivement ou en sont très proches La surface circonférentielle du rotor est aussi lisse et telle que représentée, elle est cylindrique Sur les figures, la surface cylindrique du rotor 8 porte la référence 44 et celle du rotor la référence 46, les surfaces 44 et 46 étant destinées à être en contact mutuel ou à être si proches l'une de l'autre qu'elles forment une barrière pratiquement étanche entre elles Les extrémités des saillies 12 sont au contact de la surface périphérique de la chambre 6 ou très près de celle-ci et la surface cylindrique 46 du second rotor 10 est au contact de la surface périphé- rique de la partie correspondante de la chambre 6 ou est très près de celle-ci. On a déterminé que deux saillies 12 et deux cavités 14 seulement donnent des effets optimaux avec une construction simple Cependant, d'autres constructions sont possibles par exemple avec trois saillies et trois cavités qui donnent toujours un fonctionnement avec un bon rendement. La pompe a une entrée 48 et une sortie 50 de fluide à pomper lorsque le premier rotor tourne dans le sens contraire des -aiguilles d'une montre (sur la figure 1); lorsque le premier rotor 8 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, la référence 48 désigne ce qui devient la sortie et la référence 50 ce qui devient l'entrée. Le fonctionnement de la pompe est le suivant. Lorsque l'arbre 16 est entra né afin que le premier rotor 8 tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 1, les saillies 12 provoquent l'aspiration du fluide à l'entrée, dans la chambre, et elles se déplacent dans la chambre dans le sens contraire des aiguilles d'une montre Le fluide ne passe pas direc- tement vers la sortie 50 du fait de la barrière formée entre les rotors 8 et 10 La disposition est telle que la saillie 12 pénètre dans la cavité 14, les profils de la saillie 12 et de la cavité 14 étant tels qu'au moins un point de contact est pratiquement maintenu tant que la saillie se trouve dans la cavité A ce moment, le fluide qui vient juste de pénétrer dans la chambre 6 est de façon générale sous l'influence des deux saillies 12 et la poursuite de la rotation de l'arbre 16 provoque - un déplacement du fluide autour de la chambre jusqu'à ce que la saillie antérieure passe au niveau de la sortie et que le fuide sorte par cette sortie. L'entrée 48 provoque l'introduction du fluide dans la zone délimitée entre la surface périphérique de la chambre 6 et les surfaces cylindriques 44 et 46 des rotors 8 et 10, d'un premier côté de la barrière délimité par les surfaces 44 et 46, l'entrée étant orientée de manière qu'elle dirige le fluide de façon générale en direction telle que le fluide se déplace autour du rotor 8 en s'écartant de la barrière De même, la sortie communique directement avec la zone opposée délimitée entre la surface périphérique de la chambre 6 et les surfaces cylindriques des rotors 8 et 10 de l'autre côté de la barrière, la sortie étant orientée de manière qu'elle soit tournée de façon générale dans la direction du fluide-déplacé autour du rotor 8 Cette configuration de l'entrée et de la sortie contribue beaucoup au rendement de la pompe Il faut noter en particulier que l'entrée et la sortie sont placées symétriquement par rapport à un plan contenant les axes des deux rotors, et sont décalées angulairement autour de l'axe du rotor 8 d'un angle sensiblement égal à 2700 formé entre l'entrée et la sortie. Les profils des saillies 12 et des cavités 14, comme décrit précédemment, évitent le piégeage de fluide dans la cavité du côté de sortie lorsque la saillie pénètre dans la cavité Le fluide qui se trouve dans la cavité 14 dans la zone de la sortie est au contraire- chassé progressivement hors de cette cavité par la saillie lorsque celle-ci pénètre dans la cavité Cette caractéris- tique est importante étant donné que le piégeage du- fluide dans la cavité par la saillie aurait-tendance à réduire le rendement de la pompe De même, -du côté d'entrée, la saillie sort de la cavité sans créer une poche fermée en dépression dans la cavité. Les rotors 8 et 10 ont un certain nombre de trous 60 qui les traversent et qui sont alignés sur des trous 62 formés dans les pignons 28 et 30 Le rôle de ces trous est rendre égales les pressions sur les deux faces axiales des rotors 8 et 10 afin que des poussées latérales ne puissent pas être appliquées aux rotors et aux pignons d'une manière de plus en plus forte ayant tendance à accroître le frottement contre le carter et à rendre donc plus difficile la rotation avec réduction correspondante du rendement. Dans une autre variante, il est possible de réaliser l'entrée et la sortie 48 et 50 de manière qu'elles traversent la plaque 4 formant le couvercle afin que leur orientation soit encore plus tangentielle compte tenu du trajet annulaire de circulation du fluide Cette disposition facilite aussi l'écoulement des courants dans l'entrée et dans la sortie pratiquement dans la direction du fluide circulant dans le trajet annulaire, près de l'entrée et de la sortie respectivement; On a construit un prototype d'une machine selon l'invention et on a constaté qu'il fonctionnait - de manière tout à fait satisfaisante Dans le prototype, les arbres étaient formés d'acier inoxydable, le carter 254138/ était formé d'aluminium ou de matière plastique, les organes rotatifs étaient formés de matière plastique telle que le "Nylon", les paliers étaient formés d'une matière plastique telle que le "Delrin", et le joint 32 était un joint céramique de pompe à eau analogue à ceux utilisés dans les automobiles Le carter avait une dimension de 21,5 x 14,7 x 6,4 cm et pouvait pomper jusqu'à 15 m 3/h en tournant à 2000 tr/min, les entrée et sortie ayant un diamètre d'environ 3,8 cm La même pompe peut aussi fonctionner de façon satisfaisante à 500 tr/min ou peut être commandée à la main à de plus faibles vitesses de rotation. Dans la pompe décrite dans le présent mémoire, l'action de pompage est assurée par les deux-saillies 12. Bien que la pompe comprenne effectivement des pignons, ceux-ci sont simplement destinés à la synchronisation des deux rotors et ils ne participent pas directement au pom- page, contrairement au fonctionnement d'une pompe classique à engrenage La partie de travail de la chambre de travail de la pompe, àsavoir la partie qui entoure le premier rotor entre l'entrée et la sortie, n'a pas un volume réduit du fait de la présence des dents d'engrenage dépassant de la surface circonférentielle du premier rotor et pouvant avoir pour effet de réduire le volume de fluide pompé à chaque tour La machine hydraulique ou pneumatique décrite dans le présent mémoire a une construction simple et robuste et son fonctionnement est efficace. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Machine hydraulique ou pneumatique, comprenant un carter ayant une chambre de travail à l'intérieur, un premier et un second rotor ( 8, 10) montés dans la chambre afin qu'ils tournent autour d'axes parallèles respectifs et que la rotation des deux rotors soit synchronisée, le premier rotor ayant une surface de rotation comportant au moins une saillie dépassant radialement vers l'extérieur de cette surface, le second rotor ayant une surface de rotation comportant au moins une cavité ayant une forme permettant le logement de la saillie pendant la rotation des deux rotors, une entrée destinée à diriger du fluide dans la chambre de travail, et une sortie destinée à l'évacuation du fluide de la chambre de travail, caractérisée en ce que les surfaces de rotation ( 44, 46) du premier et du second rotor ( 8, 10) délimitent en coopération une barrière empêchant le passage de fluide entre elles, l'entrée ( 48) est- disposée afin qu'elle dirige le fluide dans la zone de la chambre de travail délimitée entre les surfaces de rotation ( 44, 46) du premier et du second rotor ( 8, 10) d'un premier côté de la barrière et de la surface ( 9) de la chambre de travail ( 6), l'entrée ( 48) dirigeant le fluide de façon générale en direction telle que le fluide se déplace autour de la surface ( 44) du premier rotor ( 8) en s'écartant de la barrière, en ce que la sortie ( 50) est disposée afin qu'elle reçoive le fluide de la zone délimitée entre la surface de rotation ( 44, 46) des rotors ( 8, 10) de l'autre côté de la barrière et de la surface ( 9) de la chambre de travail ( 6), la sortie ( 50) étant orientée afin qu'elle soit tournée dans la direction dans laquelle le fluide se déplace autour de la surface ( 44) du premier rotor ( 8), et en ce que des passages ( 60) d'égalisation de pression traver- sent les rotors ( 8, 10) d'une face axiale à l'autre. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée ( 48) et la sortie ( 50) sont disposées 254138 f symétriquement par rapport à un plan contenant les axes des deux rotors ( 8, 10) et sont décalées angulairement autour de l'axe du premier rotor d'un angle approximati- vement égal à 270 ', dans le sens de rototation du premier rotor ( 8) de l'entrée ( 48) vers la sortie ( 50). 3 Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la saillie ( 12) et la cavité ( 14) ont une forme telle qu'elles évitent le piégeage de fluide dans la cavité ( 14) par la saillie. 4 Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la saillie ( 12) a des côtés en forme de dévelop- pante, la saillie ( 12) ayant une largeur qui diminue progressivement de son pied vers son extrémité, et la cavité ( 14) a des côtés en développante destinés à coopérer avec les côtés de la saillie pendant la rotation. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif de synchronisa- tion comporte des pignons ( 28, 30) disposés dans la chambre ( 9) de travail.