Brevet FR2591286A1 — publié le 19870612

La présente invention concerne une machine volumétrique du type a palette(s), comprenant un élément rotorique et un élément statorique -dé+inissant entre des parois respectives de forme générale cylindrique un intervalle annulaire subdivisé dans la direction circonférentielle par des moyens de fermeture permanents portés par l'un des éléments, et des moyens de fermeture rétractables portés par l'autre élément-q tandis qu'un premier des éléments statorique et rotorique précités comprend un orifice d'admission et un orifice d'échappement de part et d'autre des moyens de fermeture qui lui sont associés. Une telle machine est connue d'après le brevet britannique 4 236 AD 1909. Les moyens de fermeture permanents sont constitues par une protubérance portée par le rotor tandis que les moyens de fermeture rétractables sont constitués par une palette rétractable portée par le stator. Si une telle machine est motrice, le couple fourni n est pas uniforme car l'action motrice disparalt lorsque la protubérance du rotor se déplace entre l'orifice d'échappement et l'orifice d'admission en franchisqant la palette rétractable. De mme, Si la machine était utilise en pompe, il y aurait disparition du débit dans la plage angulaire précitée a chaque tour du rotor. Dans de nombreuses applications, telles que la robotique, on a besoin de pompes ou de moteurs fluidiques fournissant un couple ou respectivement un débit uniforme. Par "uniforme", on entend un couple ou un débit dont la valeur n'oscille pas de part et d'autre dune valeur moyenne au rythme de la rotation de la machine, et bien entendu on n'exclut pas la possibilité que le couple ou le débit soit réglable. Pour réaliser des machines répondant a cette condition, on utilise actuellement des techniques complexes et couteuses, telles que des machines à barillets ou a pistons radiaux avec des cames de commande à profil per+ectionné. Ces machines ont une faible puissance massique et leur rendement est médiocre en raison du nombre des surfaces fonctionnelles. qui sont des sources de frottements mécaniques et de fuites du fluide sous pression. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en se basant sur l'idée inventive consistant a modifier la machine a palettes du type cité au début pour qu'elle fournisse un couple ou respectivement un débit constant. Suivant l'invention, la machine est caractérisée en ce que les moyens de fermeture du second des éléments statorique et rotorique précités comprennent au moins deux protubérances individuelles régulièrement réparties angulairement dans l'intervalle annulaire, avec entre protubérances successives un angle sensiblement égal a un angle entre les orifices d'admission et d'échappement, mesurez dans l'intervalle annulaire sans traverser les moyens de fermeture du premier élément. Dans le cas d'une machine motrice, lorsque l'une des protubérances du second élément (par exemple le rotors fait cesser la communication entre l'orifice d'échappement et la région de l'espace annulaire située devant elle, lrautre- protubérance du rotor fait de mEme avec l'orifice d'admission. Sensiblement en méme temps, la première protubérance rotorique citée découvre l'orifice d'échappement derrière elle en mSme temps que la seconde protubérance citée découvre l'orifice d'admission derrière elle. Il en résulte que la force pressante qui cesse de s'exercer sur la première protubérance commence en mme temps à s'exercer sur la seconde protubérance avec la méme intensité. Le couple fourni est donc uniforme. Dans le cas d'une pompe, pour des raisons similaires, le refoulement assuré par l'une des protubérances commence sensiblement au moment ou celui assuré par l'autre protubérance dispara-1t. Le débit global de la machine est donc constant. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-apres. Aux dessins annexés. donnés a titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue dune machine selon l'invention en coupe selon le plan I-I de la figure 2 ; et - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II II de la figure 1. La machine représentée aux figures comprend un. stator l formé d'une couronne 2 montée entre deux flasques d'extrémité 3. Un rotor 4 est monté en rotation dans le stator i. Pour cela, le rotor 4 porte deux demi-arbres opposés 6 coaxiaux, montés dans des paliers à roulements 7 des flasques 3. Le rotor 4 a la forme d'un disque dont les faces latérales planes 8 sont a très faible distance des faces planes internes 9 des flasques 3. Les flasques 3 présentent dans leur face 9 chacun une rainure annulaire il entourant le demi-arbre 6 situé du même cet6! et contenant un joint d'étanchéité annulaire 12, représenté schématiquement a la figure 2, appuyé contre la face 8 du rotor 4 située en regard. La couronne 2 présente une surface intérieure 13 de forme générale cylindrique ayant même axe X-X que les demiarbres 6. le rotor 4 présente une surface périphérique 14 de forme générale cylindrique d'axe X-X. Le diamètre de la surface 14 est sensiblement inférieur a celui de la surface 13 de sorte qu'il existe entre les surfaces 13 et 14 un intervalle annulaire 16. L'intervalle 16 est subdivisé dans la-direction circonférentielle par quatre testes statoriques 17 également réparties autour de l'axe X-X, cpest-à-dire avec un angle de 900 entre tettes voisines. Chaque tette 17 est fixée dans la couronne 2 et forme dans l'intervalle 16 une protubérance 18 dans le sommet de laquelle est monté un segment d'étanchéité 19 capable de prendre appui étanche sur la surface cylindrique 14 du rotor 4. De part et d'autre de son sommet, chaque protubérance 18 présente un chanfrein 21 de raccordement de profils entre ledit sommet et la surface cylindrique 13. L'un des flasques 3 présente de part et d'autre du sommet de chaque tete 17, deux orifices, l'un d'échappement 22, l'autre d'admission 23, qui communiquent avec l'intervalle 16. Entre deux tetes 17 successives, il y a dans l'intervalle 16 un orifice 23 a une extrémité circonférentielle et un orifice 22 a l'autre extrémité circonférentielle. Comme le montre la figure 2, les orifices 22, 23 traversent le flasque 3 qui les porte, pour aboutir dans un collecteur 24 (non coupé a la figure 2), muni de conduits internes par lesquels tous les orifices 22 sont raccordés à une tubulure d'échappement (non représentée) et tous les orifices 23 sont raccordés à une tubulure d'admission (non représentée > . L'intervalle 16 est encore subdivisé dans la direction circonférentielle par des palettes 26 montées dans des fentes 27 pratiquées dans la périphérie du rotor 4 selon des plans passant par l'axe X-X. les palettes 26 forment des protubérances dans l'intervalle 16 et leur extrémité libre 28 et capable de venir en contact étanche avec la paroi cylindrique 13 de la couronne 2. De plus, les palettes 26 sont sollicitées radialement vers l'extérieur des fentes 27 par des ressorts de compression 29 montés au fond de celles-ci. Ces ressorts 29 permettent aux palettes 26 de se rétracter complètement dans leurs fentes 27 lorsque les palettes 26 franchissent les tettes statoriques 17. Les bords avant et arrière de l'extrémité libre de chaque palette 26 sont chanfreinés pour faciliter le franchissement des tettes 17 et notamment des segments 19. Comme le montre la figure 2, les palettes 26 et les tettes 17 s'étendent sur toute la dimension axiale du rotor 4 et de la couronne 2, et l'extrémité libre 28 des palettes 26 de même que les sommets 18 des têtes 17 sont rectilignes et assurent un contact étanche sur toute leur longueur. Les fentes 27 sont entièrement situées à l'extérieur des joints 12. Compte tenu de l'étendue axiale des têtes 17, la couronne 2 est constituée d"un assemblage de quatre secteurs cylindriques entre lesquels sont interposées les têtes 179 la cohésion de l'ensemble étant assurée par les flasques 3. Comme le montre la figure 1, en particulier dans son quart supérieur droit, l'angle entre deux palettes 26 successives est sensiblement égal a l'angle entre chaque paire d'orifices 22 et 23 qui ne sont pas séparés par une tête 17 Dans l'exemple représenté, cet angle appelé A est sensiblement égal à 720 et les palettes sont au nombre de cinq 'e fonctionnement de la machine qui vient entre décrite est le suivant :: On supposera d'abord que la machine est un moteur Dans la situation représentée a la figure 1, une des palettes 26 (celle qui est la plus à droite sur la figure) vient de fermer un orifice d'échappement 22 tandis que, le rotor tournant dans le sens de la flèche F, la palette 26 qui vient juste aprbs vient de fermer orifice 23 qui est situé entre les deux mêmes testes 17 que l'orifice 22.La fermeture de l'orifice 23 par la seconde palette citée fait cesser l'action motrice sur la première palette 26 citée Cependant, après un délai qui peut entre rendu aussi court qu'on le désire, la première palette citée va redécouvrir l'orifice 22 derrière elle, tandis que la seconde palette citée va redécouvrir l'orifice 23 derrière elle de sorte que l'action motrice va reprendre sur la seconde palette pratiquement sans aucun délai après la fin de l'action motrice sur lapremière palette.Pendant ce temps, les autres palettes 26 subissent une action motrice invariable jusqu'a ceque, à son tour, la palette située on bas à droite sur le dessin vienne recourir l'orifice 22 qui est devant elle. A ce moment, la palette 26 qui est située le plus à droite sur le dessin viendra recouvrir l'orifice 23 situé devant elle et, à partir de ce moment, recevra l'action motrice de cette teste statorique à la place de la palette située en bas à droite. Au total, si la pression d'admission du fluide moteur est constante, et comme la surface des palettes exposée a la pression est toujours la même quelle que soit la position angulaire du rotor 4. le couple demeure sensiblement constant bien que périodiquement l'action motrice cesse sur une palette pour s'exercer sur celle qui est située derrière. Pour que ce fonctionnement puisse avoir lieu, il est essentiel qu'il y ait au moins une protubérance de plus sur le rotor que sur le stator. Rien n'empche en théorie que le rotor comporte au moins deux protubérances de plus que le stator mais en tout état de cause le nombre de protubérances (palettes) au travail ne peut excéder le nombre d'orifices d'admission, lequel est nécessairement égal au nombre de testes 17.Dans ces conditions, le fait d'augmenter le nombre des protubérances rotoriques n'a d'inté8t que Si, le nombre de tettes étant relativement important, l'écart angulaire très faible existant entre les deux orifices d'échappement et d'admission situés entre deux tettes successives oblige à prévoir un nombre de palettes encore nettement plus grand sur le rotor. Lors du fonctionnement en pompe, dans la situation représentée à la figure 1, l'action de pompage de la palette 26 située la plus à droite vient de cesser puisque l'orifice de refoulement 22 vient dextre obturé. En mEme temps, l'action de pompage de la palette 26 située en haut sur la figure va pouvoir commencer puisque l'orifice d'admission 23 vient entre obturé et l'orifice de refoulement 22 va précisément entre découvert derrière la première palette citée. La fluctuation de débit occasionnée par le changement de palettes refoulant dans cet orifice 22 sera donc négligeable. Bien entendu, toutes les considérations ci-dessus relatives au nombre de palettes et de tBtes s'appliquent au cas des pompes. L'invention nlest pas limitée aux exemples décrits et représentés. De nombreux aménagements peuvent Etre apportés à cet exemple sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, à la place des tettes fixes 17, le stator pourrait porter des palettes rétractables radialement vers l'extérieur auquel cas les palettes mobiles du rotor seraient remplacées par des bossages dont l'extrémité serait éventuellement garnie d'un segment d'étanchéité. REVENDICATIONS 1. Machine volumétrique du type à palette(s), comprenant un élément rotorique (4) et un élément statorique (1) définissant entre des parois respectives ( 14) de forme générale cylindrique un intervalle annulaire (16) subdivisé dans la direction circonférentielle par des moyens de fermeture permanents (17) portés par l'un des éléments (1 > , et des moyens de fermeture rétractables (26) portés par l'autre élément (4) tandis qu'un premier des éléments statorique (1) et rotorique (4) précités comprend un orifice d'admission et un orifice d'échappement (12) de part et d'autre des moyens de fermeture (17) qui lui sont associés, caractérisé en ce que les moyens de fermeture du second (4) des éléments statorique (1) et rotorique (4) comprennent au moins deux protubérances individuelles (26) régulièrement réparties angulairement dans l'intervalle annulaire (16), avec entre protubérances (26) un angle () sensiblement égal à un angle entre les orifices d'admission (23) et d'échappement (22), mesuré dans l'intervalle annulaire (16 > sans traverser les moyens de fermeture (17) du premier élément (1). 2. Machine volumétrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fermeture (26) portés par le second élément (4) sont les moyens de fermeture rétractables. 3. Machine volumétrique selon l'une-des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de fermeture (17) du premier élément (1) comprennent quatre éléments de fermeture individuels répartis angulairement dans l'intervalle annulaire (16)! et les éléments de fermeture individuels (26) du second élément (4) sont au nombre de cinq.