Brevet FR2566470A1 — publié le 19851227

La présente invention se rapporte à des machi- nes rotatives à fluide sous pression à déplacement posi- tif, comprenant au moins deux rotors engrenants, par exemple, des pompes à engrenage et des'moteurs à engrena- ge et elle se rapporte plus particulièrement à des machi- nes du type "bidirectionnel" dans lesquelles le fonction- nement peut se produire de façon satisfaisante quel que soit le sens de la rotation de l'arbre d'entrée dans le cas des pompes ou quel que soit le sens de rotation vou- lue de l'arbre de sortie dans le cas des moteurs. Jusqu'à présent, certaines des machines à flui- de sous pression de ce genre comprenaient un agencement sous l'effet duquel les flasques associés aux rotors des machines étaient équilibrés en pression. Cet équilibrage des pressions était destiné à éviter l'inclinaison intem- pestive des flasques et l'apparition d'une usure prématu- rée consécutive des rotors et/ou des flasques, inconvé- nients qui se manifestent dans les machines qui ne sont pas ainsi équipées d'un équilibrage des pressions. Pour réaliser cet équilibrage des pressions des flasques, les faces radiales arrière des flasques, c'est- à-dire celles qui sont à l'opposé des rotors, étaient jusqu'à présent divisées par des moyens d'étanchéité de manière à définir des zones de faces radiales qui peu- vent être exposées à de basses pressions de fluide et des zones des faces radiales qui peuvent être exposées à de hautes pressions de fluide, les dimensions déterminan- tes de ces zones et leur disposition étant prédétermi- nées de manière que les pressions qui agissent sur ces zones pendant le fonctionnement de la machine le fassent en antagonisme par rapport aux pressions qui subsistent dans les volumes de travail de la machine et qui agis- sent sur la face radiale avant du flasque ou de chaque flasque, c'est-àdire sur la face qui est adjacente aux rotors. Le dispositif d'équilibrage des pressions est également conçu pour plaquer les flasques contre les 2 2566470 rotors en établissant un joint convenablement étanche sans engendrer de frottement excessif entre les flasques et les rotors. On a constaté qu'en pratique la somme des aires des faces radiales arrière des flasques qui doivent être exposées aux hautes pressions est beaucoup plus grande que la somme des aires de ces faces qui doit être expo- sée aux basses pressions. En conséquence, il était sou- haitable jusqu'à présent que les zones soumises à de hau- tes pressions se prolongeassent le long du périmètre du flasque sensiblement au-delà du plan qui contient les axes des deux rotors, vers le côté basse pression de la machine, dans le sens de la rotation de chaque rotor dans le cas d'un moteur et dans le sens opposé au sens de la rotation de chaque rotor dans le cas d'une pompe: L'expérience a montré qu'il était préférable, et en fait, réalisé dans les machines unidirectionnelles, que les zones exposées aux hautes pressions se prolongeas- sent également dans une mesure prédéterminée au-delà du- dit plan vers le côté basse pression, dans une région de chacune desdites faces radiales arrière qui est en face, c'est-à-dire au droit, de la région de la face appuyée contre les rotors qui coincide avec la région o les dents ou lobes des rotors sont en prise ou sensiblement en prise. Toutefois, jusqu'à présent, on se heurtait à des difficultés considérables pour appliquer cette der- nière caractéristique de façon satisfaisante à des machi- nes du type bidirectionnel. L'invention vise à remédier à cette situation. Elle résout le problème de savoir comment construire une machine à pression de fluide à déplacement positif et bi- directionnelle dans laquelle, pour chaque sens de fonc- tionnement de la machine, ladite zone de haute pression se prolonge sensiblement au-delà du plan contenant les axes des deux rotors, dans la zone mentionnée plus haut, sur la face radiale arrière ou chacune des faces radia- 3 2566470 les arrière des flasques. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une coupe d'une machine rotati- ve à fluide sous pression à déplacement positif consti- tuée par une pompe à engrenage; la figure 2 est une coupe prise selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue agrandie et éclatée d'un élément de flasque, d'un deuxième élément de flas- que et d'un dispositif d'équilibrage des pressions cor- respondant qui font partie de la construction représen- tée sur les figures 1 et 2; la figure 4 est une vue prise dans le sens de la flèche IV de la figure 3, de certains des composants de la figure 3 dans leur état assemblé; et les figures 5 à 13 sont des coupes agrandies prises selon les lignes V-V à XIII-XIII de la figure 4. Les dessins représentent une machine rotative à fluide sous pression à déplacement positif 1 constituée par une pompe à -engrenage destinée à aspirer un liquide fourni par une source et à débiter ce liquide sous pres- sion vers un point d'utilisation. La machine comprend un corps 2, deux rotors engrenants 3, 4, constitués par des pignons qui tourillonnent dans le corps, des premiers éléments de flasques 5, 6 présentant un profil sensible- ment en huit et associés aux rotors, des deuxièmes élé- ments de flasques 7, 8, dont chacun comprend une paire de manchons 9, 10 garnis de bagues qui sont en contact entre eux dans un plan 11, et un dispositif d'équilibra- ge des pressions, désigné dans son ensemble par 12, qui est associé à la face radiale arrière 13 de chaque pre- mier élément de flasque 5, 6, c'est-à-dire à la face qui est éloignée des rotors 3, 4 et aux faces adjacentes 4 2566470 14, 15 des manchons 9, 10. Chaque dispositif d'équilibra- ge des pressions 12 comprend des moyens d'étanchéité qui séparent les unes des autres une pluralité de zones pou- vant être exposées individuellement à des pressions de fluide, sur les faces radiales 13 des premiers éléments de flasques 5, 6. Les moyens d'étanchéité comprennent un élément unique 16 en nylon non extrudable ou en nylon chargé,de fibre de verre. Comme on l'a représenté sur les figures 3 et 4, cet élément comprend deux parties annulaires 17 et 18 réunies l'une à l'autre, au niveau de leurs circon- férences par une partie 19 qui est de forme sensiblement carrée et présenté une ouverture 20 sensiblement carrée. Quatre bras 21, 22, 23, 24 orientés radialement vers l'extérieur et disposés symétriquement font saillie sur les parties 17, 18 comme on l'a représenté. Dans l'ensem- ble de l'élément 16, les formes de section des diverses parties de cet élément sont, soit rectangulaires, soit carréesr ainsi qu'il ressort des vues en élévation en coupe des figures 5 à 13. L'élément 16 est emboîté dans des évidements possédant des profils appropriés et complémentaires, dé- signés dans leur ensemble par la référence 25, et qui sont ménagés dans les faces 14, 15 des manchons 9, 10. Ainsi- qu'on l'a représenté, ces évidements comprennent deux anneaux 26, 27 qui reçoivent les parties 17, 18, un puits 28 sensiblement carré qui est formé symétriquement par rapport au plan 11 d'appui des manchons 9, 10, ce puits recevant la partie 19, et quatre rainures 29, 30, 31, 32, disposées radialement, qui reçoivent les bras 21, 22, 23, 24. Le puits 28 est également disposé symé- triquement par rapport au plan 33 qui contient les axes de rotation des rotors 3, 4. Chaque élément 16 est sollicité de manière à être poussé axialement en contact de joint étanche avec la face 13 du flasque 5 ou 6, selon le cas, par trois 2566470 éléments en caoutchouc 36, 37, 38 qui sont logés dans les évidements 25 au-dessous de l'élément 16. Les élé- ments 36, 37 sont de la forme qui est illustrée plus clairement sur la figure 3 et l'élément 38, qui est logé dans le puits 28, possède une partie 39 sensiblement car- rée qui fait saillie dans l'ouverture 20. D'autres évide- ments 40, 41, 42; 43, 44, 45, ménagés dans les faces 14, 15 des manchons 9, 10, forment des passages qui per- mettent au liquide à haute pression ou au liquide à bas- se pression, selon le cas, provenant des volumes travail- lants de la pompe en passant par les quatre échancrures 46, 47, 48, 49 des bords des éléments de flasques 5, 6, d'accéder respectivement aux zones séparées des faces 14, 15 qui sont définies par l'élément 16. Les rotors 3, 4 sont logés dans des alésages sé- cants 50, 51 formés dans le corps 2, ces rotors ou pi- gnons possédant des arbres 52, 53, 54, 55 qui font sail- lie sur leurs deux faces. L'arbre 55, par lequel la pom- pe est entraînée, émerge à l'extérieur du corps 2 et tous les arbres sont montés rotatifs dans les manchons, les premiers éléments de flasques 5, 6 prévus de part et d'autre des deux rotors étant percés d'ouvertures appro- priées pour recevoir les arbres. La pompe à engrenage peut travailler dans les deux sens de rotation de l'arbre 55, selon que c'est l'un ou l'autre des deux orifices 56, 57, formés dans le corps 2, qui est relié à une source de liquide ou qui est relié au point d'utilisation. Dans le cas représenté sur la figure 2, l'orifice 56 est relié à la source, qui est un réservoir 58, cet orifice constituant donc l'ori- fice d'entrée ou de basse pression, et l'orifice 57 est relié à un point d'utilisation, c'est-à-dire à un dispo- sitif 59 qui doit être alimenté en puissance par la pom- pe à engrenage, cet orifice constituant donc l'orifice de sortie ou de haute pression. Par conséquent, vu sur la figure 2, le rotor 4, qui forme le pignon moteur, 6 2566470 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre tandis que le rotor 3, qui forme le pignon entraîné ou fou, tourne dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. De cette-façon, lorsque la pompe à engrenage est entraînée par l'arbre moteur 55, en prenant son mouve- ment sur une source de force motrice appropriée, les ro- tors engrenants 3, 4 aspirent le liquide dans le réser- voir pour l'amener à l'orifice d'entrée 56 et refoulent ce liquide sous haute pression vers le dispositif 59, par l'orifice de sortie 57. Ainsi qu'on peut le voir en se reportant en par- ticulier à la figure 4, lorsque la pompe travaille dans le sens indiqué plus haut, les zones 60, 61, 62, 63 défi- nies par chaque élément 16 sur les faces radiales 14, 15 des manchons correspondants 9 et 10 sont exposées indivi- duellement à une haute pression de fluide fournie du cô- té haute pression de la pompe, tandis que les zones 64, , qui sont également définies par chaque élément 16 sur les faces radiales 14, 15, sont individuellement ex- posées à une basse pression de fluide provenant du côté basse pression de la pompe. En outre, la zone de l'ouver- ture 20 sensiblement carrée qui est définie par la par- tie 19 de l'élément 16 est également exposée à la haute pression de fluide provenant du côté haute pression de la pompe, cette haute pression parvenant à cette zone en provenance des zones 61, 62. Pour celà, et comme on le voit sur la figure 4, la partie latérale verticale gau- che de la partie 19 et/ou la partie correspondante de l'élément en caoutchouc 38 qui lui est associée et est placée sous cette partie 19, sont sujettes à se déformer sous la haute pression appliquée, pour laisser le liqui- de sous haute pression pénétrer dans l'ouverture 20, ces éléments exerçant donc l'effet d'un clapet anti-retour d'entrée débouchant dans cette zone. Par conséquent, la surface de la face radiale 13 des premiers éléments 5, 6 des flasques qui est expo- sée à la haute pression est beaucoup plus grande que la surface de cette face qui est exposée à une basse pres- sion. Etant donné que la surface 20, exposée à une haute pression, se prolonge notablement au-delà du plan 33 dans le sens allant vers le côté basse pression de la pompe, la propagation de la haute pression dans cette zo- ne sur la face 13 s'étend dans cette direction aussi loin qu'on peut-le désirer dans cette forme de réalisa- tion. De cette façon, la répartition de la pression sur la face radiale 13 de chacun des éléments de flas- ques 5, 6, est telle que cette face soit chargée de ma- nière à équilibrer les forces agissant sur la face radia- le avant de ces éléments 5, 6, c'est-à-dire sur la face qui est-adjacente aux rotors 3, 4, qui se manifestent lorsque le liquide aspiré par l'orifice 56 subit une élé- vation de pression sous l'effet de la rotation des ro- tors et qui, autrement, provoqueraient une inclinaison des flasques. En même temps, chaque élément de flasque est appliqué à joint étanche contre les faces latérales correspondantes des rotors sans engendrer de frottement excessif entre lui-même et ces faces. Grâce à la présen- ce de la zone 20 exposée à une haute pression, on ob- tient un équilibrage en pression des éléments de flas- ques plus parfait que celui qu'on obtenait jusqu'à pré- sent. Si la pompe doit travailler dans le sens inver- se, l'arbre 55 est mis en rotation dans le sens opposé. L'orifice 57 devient alors l'orifice d'entrée, qui est maintenant convenablement relié au réservoir 58, et l'orifice 56 devient l'orifice de sortie, qui est mainte- nant convenablement relié au dispositif 59 devant être alimenté en puissance par la pompe. L'agencement de l'élément d'étanchéité 16 et des éléments 36, 37, 38 est tel que le fluide sous haute pression convenablement pris sur le côté haute pression de la machine soit main- 8 2566470 tenant envoyé aux zones 60, 64, 65 et 63, tandis que les zones 61, 62 sont exposées à une basse pression prove- nant du côté basse pression de la pompe. La zone de l'ou- verture sensiblement carrée 20 définie par la partie 19 de l'élément 16 est ici également exposée à la haute pression de fluide provenant du côté haute pression de la pompe, cette haute pression accédant à cette zone en arrivant par les zones 64, 65. Pour celà, et comme on l'a représenté sur la figure 4, la partie latérale verti- cale de droite de la partie 19 et/ou la partie correspon- dante de l'élément en caoutchouc 38 associée à cette par- tie, subissent une déformation pour permettre au liquide à haute pression de pénétrer dans l'ouverture 20 et pour exercer de cette façon un effet de clapet anti-retour d'entrée qui débouche sur cette zone. De même que dans le cas de l'autre sens de fonctionnement de la pompe, étant donné que la zone 20, qui est exposée à une haute pression, se prolonge sensiblement au-delà du plan 33 dans - le sens allant vers le côté basse pression de la pompe, la propagation de la haute pression dans cette zo- ne sur la face 13 se produit aussi loin dans cette direc- tion que celà est souhaitable dans cette forme de réali- sation pour obtenir un équilibrage des pressions aussi parfait que possible. La grande amélioration de l'équilibrage des pressions qui a été décrite plus haut est obtenue gra- ce au fait que la zone 20 se trouve dans la région placée en face, c'està-dire au droit, de la région de la face des éléments de flasques 5, 6 appuyée contre les rotors 3, 4 qui coincide avec la région 66 dans laquelle les dents des rotors sont en prise ou sensiblement en prise. Pendant le fonctionnement de la pompe, la zone est continuellement exposée à la haute pression, quel que soit le sens de rotation-des rotors. Bien que, dans la forme de réalisation décrite 9 2566470 plus haut en regard des dessins, la machine travaille en pompe, dans d'autres formes de réalisation de l'inven- tion, la machine peut travailler en moteur, auquel cas l'orifice 56 ou, en variante, l'orifice 57, constitue l'orifice d'entrée, de haute pression tandis que l'orifi- ce 57 ou, en variante, l'orifice 56, constitue l'orifice de basse pression ou de sortie, selon le sens dans le- quel il s'agit de -faire tourner l'arbre 55. En outre, bien que, dans la forme de réalisa- tion décrite plus haut en regard des dessins, les deuxiè- mes éléments des flasques soient évidés sur leur face ad- jacente aux premiers éléments de flasques de façon appro- priée pour recevoir les moyens d'étanchéité, dans d'au- tres formes de réalisation de l'invention, ce sont les premiers éléments des flasques qui sont convenablement évidés sur leur face arrière pour recevoir les éléments d'étanchéité. En variante, la face arrière des deuxièmes éléments de flasques, c'est-à-dire celle qui est à l'op- posé des premiers éléments de flasques, ou encore la fa- ce d'une paroi du corps de la machine qui est adjacente à cette face radiale arrière desdits deuxièmes éléments de flasques, est convenablement évidée pour recevoir les moyens d'étanchéité. Dans d'autres formes de réalisation de l'invention, lesdits deuxièmes éléments de flasques sont supprimés, de sorte que seuls les premiers éléments de flasques sont présents et que, dans ce cas, l'élément d'étanchéité, ou chaque élément d'étanchéité, est conve- nablement porté, soit par la face radiale arrière des- dits premiers éléments de flasques soit, en variante, par la face radiale de la paroi du corps qui est adjacen- te à ladite face radiale arrière. A nouveau, dans d'autres formes de réalisation, l'élément d'étanchéité peut être lui-même porté par un ou plusieurs élément(s) plat(s) disposée(s), soit entre le premier élément de flasque et le deuxième élément de flasque, soit, dans le cas o il n'est pas prévu de 2566470 deuxième élément de flasque, entre le premier élément de flasque et une paroi radiale adjacente du corps de la ma- chine. Bien que, dans la forme de réalisation décrite plus haut en regard des dessins, la zone 20 soit d'une forme sensiblement carrée, dans d'autres formes de réali- sation, cette zone peut présenter une autre forme appro- priée, par exemple, rectangulaire ou circulaire. En outre, bien que, dans la forme de réalisa- tion décrite plus haut en regard des dessins, l'élément d'étanchéité soit constitué par un seul élément 16, dans d'autres formes de réalisation, l'élément d'étanchéité peut comprendre deux ou plus de deux éléments séparés et convenablement supportés mais qui ont cependant une fonc- tion analogue à celle de l'élément 16 unique. Par ailleurs, bien que, dans la forme de réali- sation décrite plus haut en regard des dessins, il soit prévu des premiers éléments de flasques 5, 6 et des deuxièmes éléments de flasques 7, 8 sur chaque face des rotors 3, 4, dans d'autres formes de réalisation de l'in- vention, il peut être prévu de tels éléments de flasques uniquement sur un côté des rotors. Finalement, bien que, dans la forme de réalisa- tion décrite plus haut en regard des dessins, le liquide à haute pression soit transmis à la zone -20 grâce à un effet de clapet anti-retour d'entrée, exercé par l'élé- ment 16 et par l'élément 38 qui lui est associé, dans des variantes de réalisation de l'invention, le liquide sous haute pression peut accéder à cette zone en passant par des canaux et/ou ouvertures appropriés ménagés dans lesdits premiers éléments de flasques et/ou lesdits deuxièmes éléments de flasques. Bien entendu, diverses modifications pourront 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. l 2566470 R E V E N D I C ATI ONS i - Machine rotative à fluide sous pression à déplacement positif, du type bidirectionnel, comprenant un corps, au moins deux rotors engrenants d'une forme dentée ou lobée, montés pour tourner dans ledit corps, des flasques associés auxdits rotors, et un dispositif d'équilibrage des pressions associé à la face radiale ar- rière du flasque ou de chaque flasque, c'est-à-dire à la face qui est à l'opposé desdits rotors, et à une face ad- jacente à cette face radiale, le ou chaque dispositif d'équilibrage des pressions comprenant des moyens d'étan- chéité qui séparent les unes des autres plusieurs zones de ladite face radiale, dont certaines peuvent être expo- sées à de hautes pressions de fluide et d'autres peuvent être exposées à de basses pressions de fluide, caractéri- sée en ce qu'une autre zone (20) est prévue sur ladite face radiale (13), dans une région de cette face qui est en face, c'est-à-dire au droit, de la région de la face desdits éléments de flasques (5, 6) en contact avec les rotors (3, 4) qui coincide avec la région o les dents ou lobes desdits rotors sont en prise ou sensiblement en prise, ladite autre zone (a) étant définie par d'autres moyens d'étanchéité (19), (b) coupant le plan (33) qui contient les axes de rotation (34, 35) desdits rotors et se prolongeant notablement au-delà de ce plan, dans le sens qui va vers le côté basse pression de ladite machi- ne et (c) pouvant être exposée uniquement aux hautes pressions de fluide quel que soit le sens de rotation des rotors. * 2 - Machine selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite face adjacente à ladite face radia- le est une face (14, 15) de deuxièmes éléments de flas- ques (7, 8) disposés entre lesdits-premiers éléments de flasques (5, 6) et une paroi radiale dudit corps (2). 3 - Machine selon l'une des revendications 1 et 12 2566470 2, caractérisée en ce que le fluide sous pression accède ladite autre zone (20) en passant par lesdits autres moyens d'étanchéité (19) qui sont adaptés pour s'ouvrir en se déformant et/ou par la déformation de moyens flexi- bles (38) qui sont en contact avec eux, pour laisser ce fluide pénétrer dans cette zone. 4 - Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le fluide sous pression at- teint ladite autre zone (20) en passant par des passages 1-0 prévus dans lesdits premiers éléments de flasques (5, 6) ou lesdits deuxièmes éléments de flasques (7, 8) et qui relient cette zone au côté de la machine, quel qu'il soit, qui est sous haute pression. - Machine selon lune quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens d'étanchéité (17, 18) et lesdits deuxièmes moyens d'étan- chéité (19) sont réalisés sous la forme d'un élément uni- que (16) fait d'une matière non extrudable et logé dans des évidements (25) de forme appropriée qui sont ménagés dans lesdits premiers éléments de flasques (5, 6) ou - dans lesdits deuxièmes éléments de flasques (7, 8), le- dit élément (16) étant sollicité de manière à être pla- qué axialement, en formant un joint étanche, contre la face qui lui est adjacente, par une pluralité d'éléments élastiques (36, 37, 38) dont chacun est en contact avec une partie dudit élément unique. 6 - Machine selon la revendication 5, caractéri- sée en ce que ledit élément d'étanchéité (16) comprend deux parties annulaires (17, 18) réunies en un point de leurs circonférences par une partie (19) de forme sensi- blement carrée, et deux ou plus de deux parties s'éten- dant radialement vers l'extérieur (21, 22, 23, 24), qui font saillie symétriquement sur chacune desdites parties annulaires. 7 - Machine selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce que lesdits 13 2566470 moyens d'étanchéité (17, 18, 19) sont réalisés en ny- lon. 8 - Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens d'étanchéité (17, 18, 19) sont réalisés en nylon chargé de fibre de verre.