Brevet FR2588322A1 — publié le 19870410

La présente invention concerne d'une façon générale les machines hydrauliques, et concerne plus particulièrement une machine hydraulique apte à fonctionner en mode moteur et en mode pompe, et de façon bidirectionnelle, avec un rendement énergétique excellent et une structure mécanique considérablement simplifiée. La présente invention vise également à proposer une machine hydraulique de structure modulaire, dont on puisse faire varier la capacité de manière extrêmement simple et peu onéreuse. On connaît déjà par de nombreux brevets des machines hydrauliques ou pneumatiques du type comprenant un rotor excentré-dans une chambre, de manière à définir un espace de travail en forme de croissant. Une ailette est mobile radialement dans une cavité du rotor et a pour double fonction d'assurer l'étanchéité avec la paroi de la chambre et d'alimenter l'un des demi-espaces ainsi créés en fluide sous pression. On transforme ainsi une énergie hydraulique en une énergie mécanique sous la forme d'une rotation. Certaines de ces machines sont réversibles, pour fonctionner en mode pompe. Cependant, ces machines sont le plus souvent d'une structure extrêmement complexe. En outre, leur capacité est définie une fois pour toutes à la conception, et elles ne peuvent en aucun cas être modifiées pour fournir une puissance supérieure. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer une machine hydraulique qui soit d'une structure extrêmement simplifiée, et donc d'un moindre coût. La présente invention propose également une machine hydraulique dont la capacité puisse être accrue (ou diminuée) d'une manière extrêmement simple, sans outillage ni main-d'oeuvre spécialisés. A cet effet, la présente invention concerne une machine hydraulique, du type comprenant au moins une chambre de travail dans laquelle est monté rotatif autour d'un axe un rotor cylindrique, la chambre et le rotor définissant ensemble au moins un espace de travail en forme de croissant, chaque rotor comportant un alésage central et au moins un évidement radial en communication avec ledit alésage central, une ailette étant montée mobile radialement dans chaque cavité du rotor, l'ailette comportant un passage destiné à établir une communication de fluide entre ledit alésage central et l'espace de travail, des moyens d'entrée et de sortie de fluide hydraulique étant en outre prévus pour communiquer avec l'alésage central des rotors et l'espace de travail, caractérisée en ce que chaque rotor comporte des moyens de coopération mâle-femelle dans ses régions supérieure et inférieure, pour ainsi solidariser les rotors en rotation deux à deux ainsi qu'avec un moyen mécanique d'entrée/sortie d'énergie mécanique, sans autre moyen mécanique de solidarisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suiVante d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une élévation de côté en coupe d'une machine hydraulique selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne 2-2 de la machine de la figure l, et - la figure 3 est une vue en perspective d'un élément modulaire faisant partie de la machine des figures 1 et 2. En référence au dessin, et tout d'abord aux figures 1 et 2, la machine hydraulique selon le présent mode de réalisation préféré de l'invention comprend tout d'abord un carter de forme extérieure cylindrique, globalement indiqué en 10. Le carter est constitué d'un certain nombre de plaques circulaires, à savoir une plaque supérieure 12, une plaque inférieure 14, et cinq plaques intermédiaires 16. Des éléments de forme globalement cylindrique sont également prévus pour définir les parois latérales du carter. Plus précisément, on trouve un élément cylindrique 18 d'admission/refoulement et de réception d'organes de roulement, prévu entre la plaque supérieure 12 et la plaque intermédiaire immédiatement adjacente, et quatre éléments cylindriques identiques 20 prévus entre les cinq plaques intermédiaires 16. Comme le montre mieux la figure 2, les éléments de paroi latérale 20 sont de forme extérieurement cylindrique, mais sont traversés par un alésage circulaire excentré 21. Les éléments de carter décrits réalisent ainsi conjointement quatre chambres cylindriques excentrées superposées 22. Lesdits éléments sont assemblés rigidement les uns aux autres par l'intermédiaire de tiges 24 filetées à leurs extrémités. Les tiges 24 traversent verticalement des trous associés 26 prévus dans les éléments de paroi latérale 18, 20 ainsi que dans les plaques circulaires 12, 14 et 16 du carter. Des écrous 27 sont prévus à chaque extrémité pour le serrage. Les plaques circulaires intermédiaires 16 et les éléments de paroi latérale 20 présentent chacun une ouverture circulaire verticale, respectivement 28, 30, pour ainsi définir après leur assemblage un conduit intérieur 31 de sortie de fluide hydraulique, comme expliqué plus loin. Les ouvertures 30 des éléments de paroi 20 communiquent également avec les alésages intérieurs 21 associés par des ouvertures 32. En outre, des ouvertures circulaires centrales 33 sont formées dans chacune des plaques intermédiaires 16. Dans chacune des chambres 22 du carter est prévu un rotor 34 (voir en particulier figure 3). Chaque rotor 34 est constitué globalement d'un élément en forme de disque plein monté de façon excentrée dans sa chambre 22. Dans chaque rotor 34 est formé un évidement radial 36. Dans l'évidement 36 est reçue, mobile radialement, une ailette 38 constituée d'une pluralité de plaques superposées 38a. Un creusage 39 formé latéralement dans l'ailette 38 permet la mise en communication de la région intérieure de l'évidement 36 et l'espace de travail situé du côté correspondant de l'ailette entre le rotor et l'élément de paroi latérale associé. L'extrémité radialement interieure de chaque évidement 36 communique avec un alésage central 40 du rotor 34 par l'intermédiaire d'un passage radial 42. Par ailleurs, chaque rotor présente à sa surface supérieure et à sa surface inférieure un prolongement axial annulaire, respectivement 44 et 46, qui entoure l'alésage central 40. A la surface libre de chaque prolongement annulaire 44, 46 sont formés une pluralité de créneaux ou dents rectangulaires 48. Comme le montre la figure 1, les créneaux respectifs de deux rotos 34 adjacents coopèrent pour solidariser les rotors en rotation deux à deux. De plus, on trouve, en association avec chaque interface entre deux rotors 34, un roulement à rouleaux 50 disposé entre les prolongements annulaires 44, 46 et la surface intérieure de l'ouverture circulaire centrale 33 de la plaque intermédiaire 16 associée. Des joints d'étanchéité circulaires 52 sont par ailleurs prévus dans des renfoncements correspondants formés dans les surfaces supérieure et inférieure des plaques intermédiaires 16. La machine hydraulique de l'invention comprend en outre un élément de sortie d'énergie mécanique 54 qui est reçu pivotant dans une cavité prévue entre la plaque supérieure 12 et la plaque intermédiaire 16 immédiatement adjacente du carter. Des roulements à rouleaux coniques 56, 57 sont prévus à cet effet. L'élément 54 est rendu solidaire en rotation des rotors 34 à l'aide d'un crénelage 56 analogue à celui qui a été décrit plus haut. I1 est par ailleurs solidaire en rotation d'un moyeu de poulie 58. Des joints d'étanchéité 60 sont par ailleurs prévus entre une ouverture centrale de la plaque supérieure 12 du carter et la partie supérieure, formant arbre de sortie, de l'élément 54. On trouve en outre un trou taraudé 62 communiquant avec le conduit intérieur de sortie de fluide hydraulique décrit plus haut, pour le raccordement d'un tuyau ou analogue. De même, un tel raccordement pourra être effectué dans la paroi latérale du carter, un trou taraudé similaire étant ici obturé par une vis 64. Enfin la machine comprend des trous taraudés 66, 68, 70 pour le raccordement d'une arrivée de fluide hydraulique. Le trou inférieur 66 communique directement avec l'alésage central d'admission de fluide défini par l'ensemble des rotors 34? tandis que pour les trous 68, 70, la communication avec l'alésage central est établie via des passages (non illustrés) formés dans l'élément 54 décrit plus haut. Le fonctionnement de la machine telle que décrite ci-dessus est le suivant. Lorsque l'on applique du fluide hydraulique sous pression à l'un des trous d'entrée 66, 68, 70, et donc à l'alésage central défini en commun par les rotors 34, ce fluide est chassé vers l'évide- ment radial 36 de chaque rotor, puis, via le creusement 39 de chaque ailettes 38, vers l'espace de travail mentionné plus haut. On crée ainsi, selon un principe bien connu, un mouvement de rotation des rotors 34, et donc de l'élément de sortie 58. Le fluide hydraulique est récupéré du côté des ailettes opposé au creusement 39 de chacune de celles-ci, via le conduit intérieur latéral 31 indiqué plus haut. Le fonctionnement tel que décrit correspond au mode moteur hydraulique. Il est bien entendu que l'on pourra très facilement inverser le sens de rotation des rotors et de l'élément de sortie en appliquant le fluide sous pression au niveau du conduit intérieur latéral 31 et en le récupérant depuis l'alésage central des rotos 34. De même, il sera très facile de faire fonctionner en mode pompe en entraînant mécaniquement les rotors 34 par l'intermédiaire des organes 54 et 58, et en récupérant l'énergie hydraulique au niveau dZ trou de raccordement concerné, selon le sens de la rotation imprimée. Mais un avantage substantiel de la machine de la présente invention réside dans sa simplicité. En effet chaque étage de la machine est réalisé à l'aide de trois éléments principaux, à savoir un rotor 34, une plaque intermédiaire 16 et un élément de paroi latérale 20, outre les moyens d'étanchéité de roulement tels que décrits. On réalise ainsi une structure modulaire pouvant être assemblée par un non-spécialiste. La capacité de la machine peut être très facilement accrue en augmentant le nombre d'étages. Il suffit simplement de prévoir des tiges d'assemblage 24 de longueur appropriée.De manière associée, le décalage angulaire qui est conventionnellement nécessaire entre les rotors (et de 900 dans le mode de réalisation décrit) pourra être modifié en fonction du nombre des rotors, grâce à la solidarisation amovible en toute position angulaire appropriée des rotors deux à deux par l'intermédiaire des créneaux. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais inclut toute variante ou modification que pourra y apporter l'homme de l'art. En particulier, on pourra construire selon les principes de l'invention une machine hydraulique ayant un nombre de rotors tout à fait quelconque. De plus le nombre d'ailettes et de chambres en croissant associées à chaque rotor pourra être tout à fait quelconque. Comme on l'a déjà dit, dans le cas d'une machine à plusieurs rotors, on pourra facilement réaliser le décalage angulaire conventionnellement souhaité (par exemple 900 pour quatre rotors, 1200 pour trois rotors, etc.) entre les rotors sans la moindre modification structurelle, l'ajustement étant effectué au niveau des créneaux formant l'interface entre deux rotors adjacents. Par ailleurs, on pourra sans difficulté juxtaposer une section de machine hydraulique fonctionnant en mode pompe avec une section fonctionnant en mode moteur, ces deux sections étant accouplées en rotation. On réalisera ainsi une machine hydraulique de pompage très intéressante pour certaines applications. Par exemple, lors du pompage de pétrole au fond d'un puits, l'énergie nécessaire au pompage sera acheminée au fond du puits sous forme d'un fluide hydraulique sous pression (éventuellement le pétrole-lui-même) dans des canalisations souples ou analogues. Un résultat intéressant d'une telle application est que la circulation du fluide hydraulique dans la section de pompage provoque un échauffement de la machine. Cet échauffement sera avantageusement mis à profit pour fluidifier le pétrole à pomper, et diminuer ainsi l'énergie nécessaire pour le pompage. Enfin, pour assurer de façon durable une étanchéité appropriée dans la région de la ligne de contact entre chaque rotor 34 et la paroi intérieure de sa chambre associée (voir figure 2), on pourra prévoir tout dispositif connu dans l'art. Une solution particulièrement simple pourra consister à prévoir un brossage (non visible sur la figure) sur la paroi intérieure de la chambre dans cette région. REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique, du type comprenant au moins une chambre de travail (22) dans laquelle est monté rotatif autour d'un axe un rotor cylindrique (34), la chambre et le rotor définissant ensemble au moins un espace de travail en forme de croissant, chaque rotor comportant un alésage central (40) et au moins un évidement radial (36) en communication avec ledit alésage central, une ailette (38) étant montée mobile radialement dans chaque évidement radial du rotor, l'ailette comportant un passage (39) destiné à établir une communication de fluide entre ledit alésage central et l'espace de travail, des moyens d'entrée et de sortie de fluide hydraulique étant en outre prévus pour communiquer avec l'alésage central des rotors et l'espace de travail, caractérisée en ce que chaque rotor comporte des moyens de coopération mâle-femelle (48) dans ses régions supérieure et inférieure, pour ainsi solidariser les rotors en rotation deux à deux ainsi qu'avec un moyen mécanique d'entrée/ sortie d'énergie mécanique, sans autre moyen mécanique de solidarisation. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de coopération mâle-femelle comprennent des créneaux (44) de section rectangulaire, de manière à pouvoir solidariser deux rotors en rotation en toute position angulaire relative souhaitée. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque chambre de travail est réalisée à l'aide d'un élément de paroi latérale (20) et de deux plaques intermédiaires (16), respectivement supérieure et inférieure, identiques pour toutes les chambres.