Brevet FR2591670A1 — publié le 19870619

L'invention a pour objet des perfectionnements aux machines motrices du type rotatif et vise, plus particulibrement, une machine du type turbine. C'est, d'une façon générale, un but de l'invention de fournir des perfectionnements aux machines motrices du type radial permettant l'obtention d'un travail important. C'est, encore, un but de l'invention de fournir une machine motrice du type turbine dont la réalisation n'entraîne pas à des appareillages d'une trop grande complexité. C'est, enfin, un but de l'invention de fournir une telle turbo-machine motrice a haut rendement de structure et d'entretien simples, de sorte qu'elle peut être mise en oeuvre dans des conditions d'emploi relativement difficiles et sans crainte de panne ou d'incident de fonctionnement. Une machine motrice selon l'invention, comportant une enveloppe présentant une ouverture propre a etre reliée à une source de fluide sous pression et, â l'intérieur de ladite enveloppe, deux rotors co-axiaux ainsi que des moyens de prise de force motrice à l'extérieur de ladite enveloppe, est caractérisée en ce que lesdits rotors sont propres à être mis en rotation suivant des sens opposés, un premier rotor comprenant des moyens mécaniques et/ou électro-magnétiques de transmission du mouvement à l'extérieur de ladite enveloppe et un second rotor comprenant une pluralité d'éléments dont chacun est propre à être mis en rotation sous l'action dudit fluide autour d'un axe sensiblement perpendiculaire å l'axe commun de rotation desdits premier et second rotors Dans une réalisation préférée de l'invention, le premier rotor comprend un corps de forme générale annulaire dans lequel est ménagé une cavité de forme générale torique et un évidement diamétral circulaire. L'invention prévoit en outre que ladite cavité, de forme générale torique, présente en section par un plan perpendiculaire a l'axe de rotation dudit premier rotor des dents comportant chacune une face oblique et une face diamétra le sur laquelle s'exerce l'action du fluide sous pression pour la mise en rotation dudit rotor. Le second rotor est sensiblement conformé suivant un disque annulaire et la pluralité d'éléments propres à être mis en rotation autour d'axes perpendiculaires à l'axe de rotation dudit second rotor sont prévus a la périphérie dudit disque suivant une disposition angulaire regulière et avec les axes desdits éléments dirigés sensiblement tangentiellement au disque. Selon l'invention, également, on prévoit d'associer audit second rotor une pompe de distribution du fluide sous pression, laquelle est solidaire dudit second rotor et est ainsi logée avec lui dans ladite enveloppe. Dans une réalisation preférée, le fluide sous pression est délivré par la pompe dans un anneau de distribution dans lequel débouche une pluralité de canaux, dont chacun est associé à un des éléments de ladite pluralité d'éléments. Chacun de ces derniers comporte une première partie fixée sur le disque du second rotor et une seconde partie de forme généralement ogivale, montée à rotation par rapport à ladite première partie, chacune desdites première et seconde parties comportant sur leurs faces en regard des creusures de circulation du fluide sous pression dont la forme et la disposition sont telles qu'elles provoquent ladite rotation de la seconde partie par rapport à la première partie. La forme et les dimensions de l'ensemble de la pluralité d'éléments sont conjugüées de celles de la cavité du premier rotor, dans laquelle lesdits éléments sont logés à rotation libre, tandis que la forme et les dimensions du disque sont conjuguées de celles de l'évidement diamétral du premier rotor, dans lequel il peut librement tourner, la pompe de distribution de fluide associée au second rotor étant, quant à elle, placée dans le forage longitudinal dudit premier rotor. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, audit premier rotor est associé un moyen mécanique d'entratnement en rotation de la pompe fixée au second rotor, de préférence avec interposition d'une transmission à variateur de vitesses. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit de coupler le mouvement du premier rotor et celui de la pompe solidaire du second rotor par des moyens de transmission de mouvement, comme des dispositifs à engrenages ou à disques de friction et auxdits moyens est reliée une prise de force de la machine motrice. Une machine telle que définie ci-dessus, et qui constitue une cellule autonome, peut être associée à des cellules identiques pour l'obtention d'une puissance suffisante à l'entratnement d'une machine électrique comme un alternateur ou analogue, le lancement de la machine étant assuré par un dispositif de démarreur. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - la figure I est une vue schématique, en coupe, d'une machine motrice selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 pour une variante - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne brisée 4-4 de la figure 3 - la figure 5 est une vue développée selon la ligne 5-5 de la figure 3 - la figure 6 est une vue en plan, avec arrachement partiel, du second rotor d'une machine selon l'invention - la figure 7 en est une vue en perspective ;; - la figure 8 est une vue en coupe, selon le plan 8-8 de la figure 7, et à plus grande échelle, d'un élé- ment rotatif du premier rotor - la figure 9 est une vue suivant la direction de la flèche a de la partie mobile de l'ensemble montré sur la figure 8 ; - la figure 10 est une vue selon la flèche b de la figure 8 de la partie fixe de l'ensemble montré sur ladite figure ; et, - la figure 11 est une vue très schématique illustrant les moyens d'accouplement du premier rotor et de la pompe solidaire du second rotor. Une machine motrice selon l'invention, du type turbine radiale comprend une enveloppe 10, étanche, représentée ici sous forme d'un boîtier 10a à contour plan circulaire et d'un couvercle lOb muni d'un orifice 10c auquel peut être abouchée une canalisation 11 d'introduction dans l'enveloppe 10 d'un fluide sous pression, des moyens, non représentés, permettant le réglage du débit et de la pression d'admission. Dans l'enveloppe 10 sont montés deux rotors 12 et 13, de même axe 14 que celui du boitier-10. Le premier rotor 12 est constitué par deux demicouronnes 12 122 propres à être assemblées de part et d'autre d'un plan de joint diamétral 17 et qui définissent une cavité 15, de forme générale torique, d'une part et, d'autre part, un évidement diamétral 15a à contour plan sensiblement circulaire et qui règne dans un plan perpendiculaire à celui de l'axe 14, lequel constitue-aussi l'axe central d'un forage longitudinal 15b dudit premier rotor. Comme montré sur les figures 2 à 5, la cavité 15 présente des dents 161, 162, 163..., régulièrement réparties sur sa périphérie interne avec chacune une face diamétrale 18 et une face oblique 19 et des dents 201, 202, 203,... etc, avec chacune une face oblique 21 et une face diamétrale 22, les faces diamétrales 18 et 22 étant co-planaires et reliées entre elles par des faces comme 24, figure 5, formées sur la surface interne limitant l'évidement 15 de chacune des deux demi-couronnes 121, 122. Sur sa périphérie externe le rotor 12 est muni en des zones prédéterminées de moyens magnétiques ou électro magnétiques 25 propres a coopérer avec des moyens conjugués 26 prévus sur une couronne extérieure 27 montée a rotation autour de l'axe 14 par des moyens, non représentés, dans un carter 30. Celui-ci présente une ouverture 31 au travers de laquelle peuvent être rendues opératoires les dents d'une couronne de démarreur 32 laquelle coopere avec des dents conjuguées de la couronne 27 qui, dans une forme de réalisation, sert à récupérer la force motrice de la machine. A l'intérieur du premier rotor 12 est monte le second rotor 13, figures 6 à 10,-lequel est réalisé par la réunion d'un disque annulaire de faible épaisseur 35 et d'une pluralité d'éléments 40 fixés à la périphérie du disque suivant une disposition régulière à intervalles angulaires égaux. Comme bien visible sur les figures 6 à 8, les ensembles 40 sont de forme générale ogivale, avec un corps 46 sensiblement cylindrique fixé sur le disque 35 et une pointe conique propre a être mise en rotation par rapport aù corps 46 sous l'action du fluide, gazeux ou liquide, distribué à partir d'une pompe 48. De façon plus précise, la pointe 45 de chaque élément 40 comporte une partie pleine 49 à base circulaire 50 d'ou fait saillie une queue 51 de montage à rotation de ladite pointe dans le corps 46 par des roulements 52. Comme montré sur la figure 9,la base circulaire 50 de la pointe 45 est munie de creusures 53 de circulation du fluide sous pression en forme d'arcs de spirales entre un anneau central 54 et une gorge 57,circulaire,d'un rayon voisin de celui de la périphérie de la base 50. Les creusures 53 sont prévues pour être alimentées en fluide sous pression à partir de la pompe 48 dont la sortie 9, figure 6, débouche dans un anneau de distribution 60 a partir duquel prennent naissance des canaux 61 dont chacun correspond à un des éléments 40 de la pluralité d'éléments. A son extrémité distante de l'anneau de distribution 60 chaque canal 61 traverse un corps 46 pour déboucher sur la face circulaire 62 de celui-ci qui est adjacente à la face 50 de la pointe 45.Comme bien montré sur la figure 10, ladite face 62 présente des creusures 63 de formes analogues à celles des creusures 53 de la face 50 mais à disposition inverse, à symétrie de miroir, et qui règnent entre un anneau central 64 et une gorge périphérique circulaire 65 de même rayon que la gorge 57. Cette dernière, qui sert au recueil du fluide s'échappant des creusures 53, communique avec un forage 66 traversant le corps 46, une extrémité dudit forage débouchant dans la gorge 65 et l'autre à "l'arrière" du corps 46 dans le sens de déplacement de celui-ci montré par la flèche f sur les figures 2,6 et 8. L'invention prévoit que la pompe 48 délivrant le fluide moteur soit logée dans le forage longitudinal 15b du premier rotor, figure 1 et, complémentairement, qu'elle soit entraînée en rotation à partir du premier rotor 12 par l'intermédiaire d'une transmission montrée schématiquement en 55 avec interposition d'un variateur de vitesse 56. Dans une forme de réalisation, figure 11, le mouvement de rotation du premier rotor 12 est couplé à celui de la pompe 48 par des moyens montrés très schématiquement en 70 et qui peuvent être des dispositifs à engrenages, ou à disques de friction, auxquels est reliée une prise de force 71 de la machine motrice. Le fonctionnement de celle-ci est le suivant. A partir de la condition initiale de repos la turbine est mise en route à l'aide du démarreur 32. Le fluide sous pression introduit par la canalisation 11 est distribué par la pompe 48 dans l'anneau de distribution 60 et, de là, au centre la face 50 de la pointe 45 d'où il est acheminé par une rainure 67 à l'anneau 54 puis dans les creusures 53 dont il s'échappe par la gorge 57 et le forage 66. I1 en résulte un mouvement de rotation de la pointe 45 de chacun des éléments 40 autour de son axe longitudinal, perpendiculaire à l'axe de rotation 14 des rotors 12 et 13, comme montré schématiquement par la flèche i de la figure 6. La vitesse de rotation de chacune des pointes 45 dont les axes de rotation sont dirigés sensiblement tangentiellement au disque 35, peut être rendue plus ou moins rapide par l'intermédiaire d'un démultiplicateur de vitesse (non représenté) et qui est associé à chaque dispositif de montage d'une pointe 45 sur un corps 46. La rotation de chacune des pointes 45 provoque la mise en rotation du disque 35 et de la pompe 48 qui en est solidaire. Simultanément, le rotor 12 est entraîné en rotation dans le sens de la flèche h, figure 2, qui est le sens inverse de rotation du rotor 13 et le travail moteur est récupéré par l'intermédiaire des moyens magnétiques et/ou électromagnétiques 25 et 26 du rotor 12 et de la couronne 27, respectivement. En variante, c'est par l'intermédiaire de la prise de force 71 reliée aux moyens d'accouplement 70 du rotor 12 et de la pompe 48 qu'est prélevée la force motrice. La machine, telle que définie ci-dessus, constitue un moteur autonome dont la vitesse peut être réglée par commande de la pression du fluide moteur. Lorsqu'une puissance relativement importante est requise, par exemple pour l'entraînement d'une machine électrique comme un alternateur ou analogue, l'invention prévoit d'associer entre elles plusieurs cellules telles que définies ci-dessus, soit à l'intérieur d'un carter unique, soit par juxtaposition de cellules d'axes coaxiaux. REVENDICATIONS 1. Machine motrice rotative du type turbine comportant une enveloppe présentant une ouverture propre à etre reliée a une source de fluide sous pression et, à l'intérieur de ladite enveloppe, deux rotors coaxiaux ainsi que des moyens de prise de force motrice à l'extérieur de ladite enveloppe, caractérisée en ce que lesdits rotors (12,13) sont propres à être mis en rotation suivant des sens opposés, un premier rotor (12) comprenant des moyens mécaniques (70, 71) magnétiques et/ou electromagnétiques (25) de transmission du mouvement à l'extérieur de ladite enveloppe (10) et un second rotor (13) comprenant une pluralité d'éléments (40) dont chacun est propre à être mis en rotation sous l'action dudit fluide autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe commun (14) de rotation desdits premier et second rotors (12,13). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier rotor (12) comprend un corps de forme générale annulaire dans lequel est ménagée une cavité (15) de forme générale torique et un évidement (15a) diamétral, circulaire, ladite cavité présentant en section perpendiculaire à l'axe de rotation dudit premier rotor (14) des dents (16,20) comportant chacune une face oblique (19,21) et une face diamétrale (18,22) sur laquelle s'exerce l'action du fluide sous pression pour la mise en rotation dudit rotor. 3. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le second rotor (13) est sensiblement conformé suivant un disque annulaire (35) et en ce que la pluralité d'éléments (40), propres à être mis en rotation autour d'axes perpendiculaires à l'axe de rotation (14) dudit rotor, sont prévus à la périphérie dudit disque (35), régulièrement répartis au point de vue angulaire et avec leurs axes dirigés sensiblement tangentiellement au disque (35). 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une pompe de distribution de fluide (48) est associée audit second rotor (13) auquel elle est fixée et avec lequel elle est logée à l'intérieur dudit premier rotor (12) enfermé dans l'enveloppe étanche (10). 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pompe (48) délivre le fluide sous pression dans un anneau de distribution (60) du disque dans lequel débouchent des canaux (61) dont chacun est associé à un-des éléments (40) de ladite pluralité d'éléments. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacun des éléments (40) de la pluralité d'éléments comporte une première partie (46) solidaire du disque (35) dudit second rotor (13) et une seconde partie (45) de forte générale ogivale, montée à rotation par rapport à ladite première partie (46), chacune desdites première et seconde parties comportant sur leurs faces en regard (50, 62) des creusures (53) de circulation du fluide sous pression dont la forme et la disposition sont telles qu'elles provoquent la rotation de ladite seconde partie (45) par rapport à ladite première partie (46). 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites creusures (53, 63) sont réunies a leur périphérie externe par une gorge (57, 65) dans laquelle débouche une extrémité d'un forage (66) traversant ladite première partie fixe (46). 8. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que auxdites secondes parties (45) des éléments (40) sont associés des moyens démultiplicateur de la vitesse de rotation desdites parties autour de leurs axes. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au premier rotor (12) est associé un moyen mécanique (55) d'entraînement en rotation de la pompe (48) fixée au second rotor (13), l'entraînement ayant avantageusement lieu avec interposition d'une transmis sion (55) à variateur de vitesse (56). 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un démarreur (32) pour sa mise en rotation initiale. 11. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mouvement du premier rotor (12) et celui de la pompe (48) solidaire du second rotor (13) sont couplés par des moyens (70) de transmission de mouvement, comme des dispositifs à engrenages ou à disques de friction et en ce qu'auxdits moyens (70) est reliée une prise de force motrice (71).