Brevet FR2537664A1 — publié le 19840615

COMPRESSEUR ROTATIF L'invention se rapporte à un compresseur rotatif utilisable dans un moteur à combustion in- terne suralimenté, ce compresseur étant muni d'un manchon rotatif monté, libre en rotation, dans un carter central et comprenant des aubes radiales fixées,libres en glissement, dans un rotor disposé excentriquement dans le manchon rotatif Entre la périphérie extérieure du manchon rotatif et la pé- riphérie intérieure du carter central se trouve un espace faisant coussin d'air qui supporte, libre en flottement, le manchon rotatif. Dans l'exposé d'invention japonais 58-65988 publié le 19 avril 1983, est illustré un compresseur rotatif comprenant un manchon rotatif interposé entre un carter central et un rotor et supporté, libre en f lot- tement, par un fluide compressible Ce compresseur est particulièrement adapté aux moteurs d'automobiles suralimentés, qui doivent opérer sur une large gamme de vitesses Le manchon rotatif tourne avec les aubes de façon à éliminer la chaleur de frottement et l'u- sure de frottement à 1 'apex de chaque aube Cependant, il subsiste une possibilité de grippage si l'air est hautement compressé dans l'espace de compression con- finé entre le manchon rotatif, le rotor et les aubes adjacentes, poussant le manchon rotatif depuis l'in- térieur vers la périphérie intérieure du carter cen- tral. Selon l'invention, on propose un compresseur rotatif amélioré dans lequel un manchon rotatif est -2- monté, libre en rotation, dans un carter central avec des aubes et protégé contre le contact direct avec la périphérie extérieure du carter central lorsqu'il est déplacé sur le côté depuis l'intérieur par l'air à haute pression dans l'espace de compression. Pour atteindre cet objectif,'le compresseur selon l'invention comprend un manchon rotatif monté, libre en rotation, dans un carter central avec des aubes fixées radialement, libresen glissement, dans un rotor disposé excentriquement dans le manchon ro- tatif, et des chambres de succion et décharge Une multiplicité de gorges accumulant l'air sont façonnées sur la périphérie intérieure du carter central, ou sur la périphérie extérieure du manchon rotatif, ou sur les deux Un espace faisant coussin d'air, ménagé entre la périphérie intérieure du carter central et la périphérie extérieure du manchon rotatif, est ali- menté avec de l'air comprimé du compresseur Les gor- ges accumulant l'air sont séparées les unes des autres et de préférence symétriques par rapport à une coupe centrale de l'espace faisant coussin d'air Les gorges accumulant l'air dans le carter central sont façonnées au moins à la périphérie intérieure, du côté compres- sion, là o le manchon rotatif peut entrer en contact. L'air dans l'espace faisant coussin d'air est entraîné le long de la périphérie intérieure du carter central par la périphérie extérieur du manchon rotatif et vient s'accumuler à une des extrémités de chaque gorge, c'est- à-dire à l'extrémité contra-rotatoire de la gorge dans la périphérie extérieure du manchon rotatif et à l'ex- trémité rotatoire de la gorge dans la périphérie in- -3- térieure du carter central L'air accumulé,non seu- lement augmente les capacités de sustentation de l'espace formant coussin d'air, mais également re- pousse le manchon rotatif lorsque celui-ci vient à être déplacé par l'air à haute pression, pressant l'air accumulé dans les gorges. Les avantages offerts par l'invention sont principalement que le compresseur ne risque pas de grippage m&me si l'air est hautement compressé et que le manchon rotatif et le carter central ne peu- vent gripper et sont utilisables pendant une longue durée 1 L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limita- tif Dans ce dessin: la figure 1 est une vue d'artiste d'une forme d'exécution de l'invention, en partie éclatée pour révéler l'intérieur du compresseur rotatif, la figure 2 est une coupe axiale du compres- seur de la figure 1, la figure 3 est une coupe prise selon l'axe III-III de la figure 2, les figures 4 et 5 sont des vues d'artiste et en coupe du manchon rotatif de la figure 1, qui il- lustre de façon exagérée la profondeur des gorges ac- cumulant l'air, la figure 6 est une vue développée d'une partie de la périphérie intérieure du carter de la figure 1, les figures 7 et 8 sont des vues d'une -4- autre forme d'exécution, semblables aux figures 4 et 5, et les figures 9 et 10 sont des vues d'ar- tiste de différentes formes d'exécution, semblables à la figure 4. En se référant initialement à la figure 1, le compresseur a un rotor 10 muni intégralement d'un arbre rotatif 12, qui est supporté, libre en rotation, par des paliers 18,19 dans des carters latéraux respectivement avant et arrière 21,23, et est fixé à l'extrémité avant à une poulie 14 qui est mise en rotation par un moteur non représenté Des aubes 16 sont fixées radialement, libres en glis- sement, dans des gorges d'aubes 15 ménagées dans le rotor 10 et ont leur apex en contact avec la pé- riphérie intérieure d'un manchon rotatif 30 Le man- chon rotatif 30 est monté à l'intérieur du carter central 22 pour définir un espace faisant coussin d'air 40 d'une épaisseur de 0,02 à 0,15 nmi Un joint est interposé entre le logement latéral arrière 23 et le couvercle arrière 24 o sont ménagées une chambre de décharge 41 et une chambre de succion non représentée. Comme on peut le voir sur la f igure 2, chaque aube s'étend radialement depuis la gorge d'aube dans le rotor 10 et a son apex en contact avec la périphérie intérieure du manchon rotatif 30 Les carters laté- raux avant et arrière 21,23 ont leur surface inté- rieure respective façonnée chacune avec une gorge an- nulaire 26 dans laquelle un palier 25 sans huile est noyé pour faire un contact doux avec les surfaces -5- latérales du manchon rotatif 30 Les chambres de décharge et succion 41,51 sont respectivement re- liées à des orifices de décharge et succion 42,52. Le carter latéral arrière 23 comprend un alésage 44 à haute pression s'étendant depuis une soupape de dé- charge 60 jusqu'à une gorge à haute pression 45 for- mée à la surface de jonction entre le carter central 22 et le carter latéral arrière 23 Le carter central 22 comprend un passage à haute pression 46, qui s'é- tend axialement depuis la gorge à haute pression 45. Le passage à haute pression 46 est muni d'une plurali- té d'étranglements 47 ouverts sur la périphérie in- térieure du carter central 22 Ainsi, la chambre de décharge 41 est reliée à l'espace faisant coussin d'air 40 Des boulons 27 passent à travers la paroi renforcée 28 du carter central 22, des carters laté- raux avant et arrière 21,23 et du couvercle arrière 24 pour les réunir fermement et axialement en un seul corps Les paliers à billes 18,19 supportent l'arbre rotatif 12, qui est relié à la poulie 14 mais peut en être désolidarisé, par l'intervention d'un embra- yage électromagnétique. Comme on peut le voir sur la figure 3, les passages à haute pression 46 sont disposés sur la gorge à haute pression 45 qui forme un arc circulaire sous-tendant un angle d'environ 170 du côté compression du compresseur Une pluralité de passages à haute pres- sion 46 s'étendent axialement depuis la gorge 45 dans le carter central 22 L'espace faisant coussin d'air 40 est défini entre la périphérie extérieure du man- chon rotatif 30 et la périphérie intérieure du carter central 22, pour supporter, libre en flottement, le manchon rotatif 30 Quatre aubes 16 sont disposées -6- dans des gorges d'aubes 15 pour confiner des espaces de succion 53 du côté succion et des espaces de com- pression 43 du côté compression, avec à la fois la surface extérieure du rotor 10 et la surface intérieure du manchon rotatif 30 Quatre boulons 27 sont dispo- sés circulairement, à équidistance, dans des parties renforcées 28 de la paroi du carter central 22. Comme on peut le voir sur les figures 4 et , le manchon rotatif présente une multiplicité de gorges 32 accumulant l'air, en chevrons, façonnées à la périphérie extérieure 31 par une gravure élec- trolytique ou selon la méthode dite "shot-blast" Les gorges 32 accumulant l'air sont symétriques axiale- ment et ont une profondeur de 0,02 à 0,08 mm Il n'y a pas toujours de gorges accumulant l'air formées à la fois sur la périphérie intérieure du carter cen- tral et sur la périphérie extérieure du manchon ro- tatif En général, les gorges accumulant l'air sont façonnées dansle manchon rotatif seulement Dans le cas o des gorges accumulant l'air sont façonnées à la fois sur la périphérie extérieure du manchon rotatif e t sur la pérpiphérie intérieure du carter central, il faut éviter que les gorges se chevauchent complètement l'une avec l'autre durant la rotation du manchon rotatif Par exemple, si des gorges 35 ac- cumulant l'air dans la périphérie intérieure 34 du carter central 22 ont une forme ressemblant à un V, comme on le voit sur la figure 6, le manchon rotatif doit être-façonné avec des gorges 32 accumulant l'air et ayant une forme de V inverse, comme on le voit sur les figures 7 et 8 Sinon, les gorges ne serviraient pas à protéger le manchon rotatif contre un contact direct avec le carter central. -7- Les gorges accumulant l'air peuvent avoir des formes très variées comme on peut le voir sur les figures 9 à 12 Le manchon rotatif 30 de la figure 9 a des gorges 32 accumulant 1 tair comprenant un groupe central en forme de W et un croupe opposé en forme de V Le manchon rotatif 30 de la figure 10 a des gorges 32 accumulant l'air comprenant un groupe central en forme de W et des groupes opposés dispo- sés en biais, mais non symétriquement Le manchon ro- tatif 30 de la figure 12 comprend, à côté des gorges 32 similaires aux précédentes, des fossettes 33. Les fossettes 33 sont alignées à la périphérie et ont une profondeur plus grande que les gorges en biais, en forme de V et de W Les fossettes 33 sont légère- ment plus longues dans la direction périphérique pour une meilleure accumulation de l'air a leur extrémité contra-rotatoire lorsque le manchon rotatif 30 tourne. Le manchon rotatif 30 de la figure 12 comprend des gorges 32 accumulant l'air en forme de fossettes rondes légèrement différentes de celles de la figure 11. En cours de fonctionnement, la rotation du moteur est transmise au rotor 10 par la poulie 14 De l'air est admis dans l'espace de succion 53 à travers la chambre de succion 51 et l'orifice de succion 52 p et puis est transmis à l'espace de compression 43. L'air est comprimé dans l'espace de compression 43 et délivré à la chambre de décharge 41 à travers l'ori- fice de décharge 42 et la soupape de décharge 60 Une partie de l'air comprimé est conduit à travers l'alé- sage 44 à haute pression, la gorge 45 à haute pression, le passage 46 à haute pression ou il est injecté dans l'espace faisant coussin d'air 40, du côté compression, par l'intermédiaire des étranglements 47 L'air s'écou- -8- lant le long de l'espace formant coussin d'air 40 supporte le manchon rotatif 30 par pressions sta- tique et dynamique L'air injecté est entraîné par la périphérie extérieure du manchon rotatif 30 et s'écoule le long de la périphérie intérieure du carter central 22 Cet air s'accumule par- tiellement à l'extrémité dans la direction contra-rotatoire des gorges 32, 33 accumulant l'air, disposées en périphérie ou en biais, dans la péri- phérie extérieure du manchon rotatif 30, de même qu'àl'extrémité dans la direction rotatoire des gorges 35 accumulant l'air, alongées en biais à la périphérie intérieure du carter central 22 L'air accumulé augmente l'effet de coussin d'air de l'es- pace 40 Il a été testé que la charge maximum de l'espace 40 faisant coussin d'air n'excède pas kg/cm 2 sans gorges accumulant l'air, mais aug- mentejusqu'à 150-200 kg/cm dans le cas o le carter central ou le manchon rotatif est muni des gorges accumulant l'air. Le manchon rotatif 30 est déplacé depuis l'intérieur vers la périphérie intérieure, du côté compression, du carter central par l'air à haute pression dans l'espace de compression 43 définit par le manchon rotatif 30, le rotor 10 et les aubes 16 Cependant, l'air accumulé dans les gorges accu- mulant l'air repousse le manchon rotatif 30 vers l'intérieur, en direction du centre du carter central 32, dès l'instant que la haute pression dans l'espace de compression 43 pousse le manchon rotatif 30 vers la périphérie intérieure du carter central 22 Ceci est très efficace pour éviter que le manchon rotatif ne vienne en contact avec la périphérie intérieure > t-ws X; D; _," È>ô' d i -9- du carter central 22, dès l'instant o, soit la périphérie intérieure du carter central 22, soit la périphérie extérieure du manchon rotatif 30 est façonnée avec des gorges 32,35 accumulant l'air. Mais il est plus efficace encore si les deux sont façonnéesavec des gorges accumulant l'air, sauf si les gorges 32,35 ménagées sur la périphérie inté- rieure du carter central 22 et sur la périphérie extérieure du manchon rotatif 30 se chevauchent, pour dissiper l'air accumulé durant la rotation du manchon rotatif 30. De ce qui précède, on comprendra aisément que les gorges accumulant l'air sont efficaces pour empêcher la périphérie extérieure du manchon rotatif de venir directement en contact avec la périphérie intérieure du carter central Il n'y a ainsi pas de possibilité de grippage entre le manchon rotatif et le carter central. REVENDICATIONS 1 Compresseur rotatif comprenant un carter central, un manchon rotatif monté, libre en rota- tion, dans le carter central avec des aubes fixées radialement, libres en glissement, dans le rotor dis- posé excentriquement dans le manchon rotatif, un espace formant coussin d'air défini entre la pé- riphérie extérieure du manchon rotatif et la péri- phérie intérieure du carter central, et des cham- bres de succion et décharge, caractérisé en ce que une multiplicité de gorges ( 32,33,35) accumulant l'air sont façonnées sur la périphérie intérieure du carter central ( 22), ou sur la périphérie exté- rieure du manchon rotatif ( 30), ou sur les deux, et sont séparées les unes des autres. 2 Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace ( 40) formant cous- sin d'air est alimenté avec de l'air comprimé du com- presseur rotatif. 3 Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges ( 32,33,35) accu- mulant l'air sont symétriques axialement. 4 Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges ( 32,33,35) accu- mulant l'air sont parallèles en direction périphéri- que, ou en biais par rapport à celles-ci. Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges ( 32,33,35) accu- mulant l'air sont disposées en chevrons. 1 - Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges ( 32,33,35) accu- mulant l'air sont des fossettes. 7. Compresseur 1, caractérisé en ce mulant l'air ont une 8 Compresseur 1, caractérisé en ce mulant l'air ont une 9. rotatif selon la revendication que les gorges ( 32,33,35) accu- forme de V. rotatif selon la revendication que les gorges ( 32,33,35) accu- forme de W. Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter central ( 22) a sa périphérie intérieure ( 34), côté compression, façonné avec des gorges ( 35) accumulant l'air. Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon rotatif ( 30) a sa périphérie extérieure ( 31) façonné entièrement avec des gorges ( 32,33) accumulant l'air. a-M 4 'e; 6.