Brevet FR2607873A1 — publié le 19880610

POMPE A PALETTES La présente invention se rapporte à une pompe à palettes, qui est une pompe rotative utilisée pour équiper divers appareils, tels que les surcompresseurs, les compresseurs, etc. La pompe à palettes représentée schématiquement sur la Figure 6 est très connue jusqu'à maintenant. Sur la Figure 6, le chiffre de référence 31 désigne un carter; 32 un rotor, introduit de façon excentrée dans l'espace périphérique interne du carter 31 et supporté en rotation par un arbre tournant 33; 35a, 35b et c, des palettes de type plaques, disposées radialement, avec possibilité de rétraction, dans des rainures de palette 34a, 34b et 34c, régulièrement espacées l'une de l'autre à la périphérie, de façon à diviser la paroi latérale périphé- rique externe du rotor 32 en trois sections. Lorsque le rotor 32 est entrainé en rotation, dans la direction telle qu'indiquée par la flèche X, par l'arbre tournant 33, les palettes 35a, 35b et 35c sont éjectées selon la direction diamétrale, vers l'extérieur, par la force centrifuge, et leurs bords d'extrémité sont entraînés en rotation tout en étant en contact de glissement avec la surface périphérique interne du carter 31. Etant donné que le rotor 32 est excentré par rapport au carter 31, comme cela a été mentionné ci-dessus, au fur et à mesure qu'une telle rotation se produit, les volumes des espaces de travail 36a, 36b et 36c, délimités par le carter 31, le rotor 32 et les palettes 35a, 35b et 35c, sont, de façon répétée, agrandis et diminués, pour permettre à un fluide amené par un conduit d'admission 37 d'être refoulé vers l'extérieur par un conduit de sortie 38. Cependant, la pompe à palettes classique décrite ci-dessus pose les problèmes qu'étant donné que les palettes se déplacent avec glissement le long de la surface périphé- rique interne du carter à des vitesses élevées, la diminu- tion du rendement mécanique, due à la résistance au glisse- ment entre les bords d'extrémité des palettes et la surface périphérique interne du carter, ne peut pas être évitée; la diminution du rendement volumétrique du fluide porteur due à la chaleur de glissement, ne peut pas être évitée; lés palettes se dilatent pour provoquer un grippage avec les deux surfaces internes selon la direction radiale du carter, et il se produit une usures importante. Compte tenu des problèmes qui viennent d'être exposés, la présente invention a pour but d'empêcher la survenue d'une résistance ou d'une production de chaleur due au mouvement de glissement, afin d'augmenter les rendements mécanique et volumétrique de la pompe. Pour atteindre le but susmentionné, la présente invention propose une pompe à palettes, comprenant un rotor supporté en rotation, de manière excentrée, dans l'espace périphérique interne d'un carter, et des palettes de type plaques, disposées pour être capables de venir en saillie et d'être rétractées dans une pluralité de rainure de palette, constituées par des cavités dudit rotor, dans laquelle les variations répétées des volumes des espaces de travail entre les palettes sont utilisées pour aspirer un fluide d'un côté et le refouler de l'autre, caractérisée par le fait que des dispositifs de retenue ou des paliers, coaxiaux à l'espace périphérique interne, sont ajustés à l'intérieur de la paroi d'extrémité du carter, les dispositifs de retenue ou les paliers sont en engagement avec les palettes, pour définir la sortie des palettes hors des rainures de palette, et la surface périphérique interne du carter est formée en corres- pondance avec le lieu des extrémités des palettes toujours en situation de non-contact avec la surface périphérique interne du carter par suite de la limitation de la sortie des palettes. Conformément à la présente invention, la sortie des palettes hors des rainures de palette n'est pas limitée par leur contact avec la surface périphérique interne du carter, mais elle est déterminée de manière que les bords d'extrémité des palettes décrivent un lieu fixe par l'enga- gement des dispositifs de retenue ajustés dans le carter et des palettes. Par conséquent, les palettes peuvent être entraînées en rotation dans une situation o elles ne sont pas en contact avec la surface interne du carter. En outre, un jeu uniforme est établi sur la totalité de la circonfé- rence entre les extrémités des palettes toujours en situa- tion de non-contact avec la surface périphérique interne du carter en raison de la limitation de la sortie des palettes et de la surface périphérique interne du carter, et ledit jeu est rendu aussi étroit que possible, de façon à limiter la fuite du fluide porteur. Ainsi, la pompe à palettes selon la présente invention est conçue de telle sorte que les palettes peuvent être entraînées en rotation dans une situation o elles ne sont pas en contact avec la surface périphérique interne du carter, et, par conséquent, la diminution du rendement rotatoire et de l'usure des palettes résultant de la résistance au glissement peut être empêchée, et la survenue de la diminution du rendement volumétrique, due à l'augmen- tation de la production de chaleur provoquée par le glisse- ment peut être empêchée; et, en outre, la surface périphé- rique interne du carter est formée en correspondance avec le lieu des extrémités des palettes toujours en situation de non-contact avec la surface périphérique interne du carter en raison de la limitation de la sortie des palettes, pour établir un jeu uniforme sur la totalité de la circonférence entre les extrémités des palettes et la surface périphérique interne du carter, et, par conséquent, on peut proposer une pompe à palettes de haute performance, qui présente la caractéristique que l'on peut toujours faire fonctionner la pompe d'une manière efficace avec moins de pertes, y compris dans le cas o les conditions de fonctionnement de la pompe sont des conditions de faible vitesse et de pression élevée. Alors que la présente invention a été présentée brièvement, les buts cidessus, ainsi que d'autres, et de nouvelles caractéristiques de la présente invention, ressor- tiront à la lecture de la description détaillée suivante, faite avec référence aux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. On soulignera que le dessin est utilisé exclusivement pour illustrer des modes de réalisa- tion destinés à mieux faire comprendre la présente inven- tion, et qu'il n'est pas destiné à limiter la portée de cette dernière. Sur le dessin: - la Figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à palettes conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention; - la Figure 2 est une vue explicative du fonctionnement de cette pompe à palettes; - la Figure 3 est une vue en coupe d'une pompe à palettes conforme à un second mode de réalisation de la présente invention; - la Figure 4 est une vue en coupe d'une pompe à palettes conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention; - la Figure 5 est une vue en coupe d'une pompe à palettes conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention; et - la Figure 6 est une vue explicative montrant la structure schématique d'une pompe à palettes classique. On décrira maintenant, en se référant aux figures 1 à 5, les différents modes de réalisation de la pompe à palettes conforme à la présente invention. Sur les Figures 1 et 2, représentant un premier mode de réalisation, un carter avant 1 et un carter arrière 2, ces deux carters étant réalisés en un métal non ferreux, tel que l'aluminium, qui est de poids léger et qui présente un faible coefficient de dilatation thermique, sont rendus solidaires l'un de l'autre par fixation à l'aide de boulons 3. Un rotor 4, réalisé en fer, introduit de façon excentrée dans l'espace périphérique interne 5 du carter, s'étend à travers les deux carters 1 et 2, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 7a, maintenu par une bague fixe 6, d'une manière anti-glissante, dans un épaulement axial du carter avant 1, et d'un roulement à billes 7b, maintenu par un couvercle de roulement 8, d'une façon anti-glissante, dans un épaulement axial du carter arrière 2, et il est monté à rotation sur un arbre tournant 10, auquel une force d'entraînement est transmise par une poulie 9. Des palettes de type plaques lia, llb et 11c, réalisées principalement en une matière carbonée présentant un excellent coefficient de glissement, sont disposées de façon à venir en saillie et à être rétractées radialement dans des ràinures de palettes respectivement 12a, 12b et 12c, qui se présentent sous la forme de cavités et qui sont régulièrement espacées l'une de l'autre à la périphérie du rotor 4, de façon à diviser la paroi latérale périphérique externe du rotor 4 en trois sections. Sur les extrémités opposées de chacune des palettes lla, llb et lic correspondant aux côtés opposes, selon l'axe, du rotor 4, font saillie des broches en acier respectivement 13 et 13, et un palier douille (non repré- senté), réalisé en une résine présentant un excellent coefficient de glissement et une excellente résistance à l'abrasion, est enfilé sur chacune desdites broches 13. Des plaques de retenue 15a et 15b, réalisées en un métal non ferreux tel que l'aluminium, présentant chacune une voie annulaire 16 sont ajustées de façon rotative dans des cavités annulaires 14a et 14b, formées dans les surfaces internes des parois d'extrémité o le carter avant 1 et le carter arrière 2 sont opposés l'un à l'autre coaxialement à l'espace périphérique interne 5 du carter (coaxialement à la surface périphérique interne 1' du carter avant 1). Les extrémités extérieures des plaques de retenue 15a et 15b, op- posées au côté interne du carter 1, comportent des rainures en spirale 17, comme représenté sur la Figure 3, et leurs surfaces périphériques:externes, comportent des rainures en gradin de Rayleigh 18 et des rainures en chevron 19, comme représenté sur les Figures 4 et 5. Le mécanisme de palier de pression dynamique est prévu pour entraIner en rotation sans à-coups les plaques de retenue 15a et 15b par rapport au carter 1. Les broches 13 et 13, en saillie sur les différentes palettes lla, 11b et 1lc, sont en engagement de glissement périphérique, dans les voies annulaires 16 et 16 des plaques de retenue 15a et 15a. Cet engagement détermine le mouvement radial des palettes lla, 11b et 11c durant la rotation, de façon à maintenir une situation dans laquelle il est formé un léger jeu entre les bords d'extrémités desdites palettes et la surface périphérique interne 1' du carter avant 1. Le fonctionnement de la pompe à palettes décrite ci-dessus va maintenant être décrit. Lorsque l'arbre tournant 10 et le rotor 4 sont entraînés en rotation par la force d'entrainement transmise par la poulie 9, les palettes 11a, llb et 11c tournent également, et les broches 13 et 13, en saillie sur les palettes respectivement lia, llb et 11c_ tournent le long des voies annulaires 16 et 16. Comme cela est représenté sur la Figure 2, la surface périphérique interne 1' du carter et la voie annulaire 6 sont coaxiales l'une par rapport à l'autre, et la voie annulaire 16 et le rotor 4 sont excentrés l'un par rapport à l'autre, et, par conséquent, au fur et à mesure que la rotation a lieu, les palettes lla, llb et 11c se déplacent radialement avec glissement dans les rainures de palette 12a, 12b et 12c du rotor 4, pour venir en saillie et être rétractées de façon répétée, avec le résultat que le volume des espaces de travail 5a, 5b et 5c, définis par les deux carters 1, 2, le rotor 4 et les palettes lla, llb et 11c, augmente et diminue de façon répétée. Autrement dit, la Figure 2 montre le processus suivant lequel l'espace de travail 5a voit son volume augmenter avec la rotation, pour aspirer un fluide par une conduite d'admission (non représentée) s'ouvrant dans ladite partie; l'espace de travail 5c voit son volume diminuer avec la rotation, pour refouler le fluide vers une sortie (non représentée) s'ouvrant dans ladite partie; et l'espace de travail 5b transfère le fluide ainsi aspiré vers la sortie. Dans le fonctionnement décrit, étant donné que les bords d'extrémité des palettes lia, llb et 11c ne sont pas en contact de glissement avec la surface périphérique interne 1' du carter avant comme cela a été mentionné ci- dessus, il ne se produit pas d'usure ni de chaleur élevée. Les broches 13 sont entraînées en rotation avec glissement, à l'intérieur de la voie annulaire 16 des plaques de retenue a et 15b, par la force centrifuge, tout en étant poussées contre le côté diamétral externe, mais les plaques de retenue 15a et 15b se trouvent dans une situation o elles tournent sans à-coups par le fait aue l'on a prévu le méca- nisme de palier à pression dynamique et, par conséquent, elles tournent en suivant les broches 13. La vitesse relative de glissement entre les broches 13 et les voies annulaires 16 est très petite, d'o il résulte que l'usure des voies annulaires 16 (des plaques de retenue 15a et 15b), des bro- ches 13 et similaires peut être réduite au minimum. Dans le fonctionnement décrit ci-dessus, le lieu décrit par les extrémités des palettes lia, 11b et 11c sera discuté en détail. On considère que le lieu n'est pas circu- laire lorsqu'il est observé selon la même direction que celle représentée sur la Figure 2. Autrement dit, comme cela a été décrit ci-dessus, les palettes lia, llb et 11c viennent en saillie et sont rétractées radialement par rapport au rotor 4, mais la sortie des palettes lia, llb et 11c est déterminée par la voie annulaire 16 qui est excentrée par rapport au rotor 4,voie annulaire dont le cercle est de ce fait recoupé oblique- ment par les palettes excepté dans la position supérieure et la position inférieure o le plan diamétral du rotor 4 et celui de la voie annulaire 16 sont superposés. Si l'on suppose un cercle (non représenté mais coaxial à la voie annulaire 16), dont le diamètre serait une ligne reliant l'extrémité d'une palette se trouvant dans la position supérieure o les palettes lia, llb et lic sont rétractées au maximum dans les rainures de palettes 12a, 12b et 12c, et dans la position inférieure o les palettes lla, llb et llc sont extraites au maximum des rainures de palettes 12a, 12b et 12c, le lieu réellement dé- crit par les extrémités des palettes par suite de l'inclinai- son (0) des palettes lla, llb et 11c par rapport au plan dia- métral de la voie annulaire qu'elles recoupent, ne forme pas un cercle, mais approximativement une ellipse longitudinale, excepté au voisinage de la position supérieure et de la posi- tion inférieure. D'autre part, la surface périphérique interne 1' du carter doit être rendue plus grande que le cercle, même au voisinage de la position supérieure et de la position infé- rieure, de façon à ne pas venir au contact avec les extrémités des palettes. Si la surface périphérique interne 1' du carter est formée pour que sa section soit un cercle dont le diamètre correspond à une telle dimension, il se produit un jeu rela- tivement important qui varie sur toute la périphérie par rap- port aux extrémités des palettes qui tournent en suivant une ellipse, ce par quoi on observe une fuite importante du fluide transporté et, en particulier, lorsque la pompe tourne à une vitesse faible et que la pression est élevée, ceci donne lieu à des difficultés significatives. Compte tenu de ceci, dans la présente invention, en plus de la structure décrite ci- dessus, la forme de la surface périphérique interne du carter ne correspond pas à un cercle (vu selon la même direction que celle de la Figure 2) mais à une ellipse plus grande que le lieu des extrémités des palettes, qui correspond à la première ellipse mentionnée, d'o il résulte qu'un jeu uniforme et extrêmement étroit sur toute la circonférence est établi pour empêcher les inconvénients susmentionnés. Ensuite, on décrira le second mode de réalisation de la présente invention en se référanc aux différences avec le premier mode de réalisation. Comme représenté sur la Figure 3, dans cette pompe, des bagues de retenue 18a et 18b, présentant une section rectangulaire simple à la place des plaques de retenue 15a et 15b présentant les voies annulaires 16 du premier mode de réalisation, sont ajustées dans les cavités annulaires 14a et 14b, pour réduire les difficultés et le coût requis pour fabriquer les plaques de retenue 15a et 15b. Les broches 13, en saillie sur les deux extrémités de palettes lia, llb et 11c, sont en engagement avec les surfaces périphériques internes des bagues de retenue 18a et 18b, et elles sont maintenues de façon a ne pas être en contact avec la surface périphérique interne 1' du carter, tout en déterminant la sortie des palettes hors des rainures de palette 12a, 12b et 12c, la surface périphérique interne 1' du carter étant formée suivant une ellipse approximative analogue au premier mode de réalisation. Les bagues de retenue 18a et 18b sont dotées, dans leur surface en contact avec les carters 1 et 2, telles que leurs surfaces périphé- riques externes ou leurs extrémités externes, de mécanismes de palier à pression dynamique, tels qu'une rainure en spirale, une rainure en gradin de Rayleigh ou une rainure en chevron, si nécessaire, de façon à fournir une rotation sans à-coups des bagues de retenue 18a et 18b. Les bagues de retenue 18a et 18b peuvent être remplacées par des roule- ments à billes (non représentés). Avec cette structure, les palettes lia, llb et 11c sont rendues libres dans le sens de la rétraction dans les rainures de palette 12a, 12b et 12c, et lorsque la pompe s'arrête ou tourne à une faible vitesse, les palettes lia, 11b et 11c se rétractent librement, mouvement qui provoque une charge d'impact conduisant à un endommagement prématuré. Par conséquent, des bossages 19a et 19b, constituant des butoirs, sont en saillie sur le côté diamétral interne des palettes lla, llb et 11c, de façon a limiter le libre mouvement des palettes lia, llb et 11c. Les bossages 19a et 19b, se présentant sous une forme annulaire sont disposés coaxialement à l'espace périphérique interne 5 du carter 1 et ils sont moulés d'un seul tenant avec les parois d'extrémité du carter avant 1 et du carter arrière 2. La Figure 4 montre un troisième mode de réalisa- tion de la présente invention, dans lequel les butoirs 20a et 20b, en saillie dans une direction parallèle à l'axe, sont formés sur les extrémités périphériques externes des plaques de retenue 15a et 15b, pour contrôler la sortie des palettes lla, llb et 1lc, et la surface périphérique interne 1' du carter est moulée suivant la forme approximative d'une ellipse, tout en s'ajustant au lieu des extrémités des palettes. Cependant, dans le cas de ce mode de réalisation, l'engagement entre les palettes lla, llb et 11c et les butoirs 20a et 20b est réalisé au voisinage de la surface périphérique interne 1' du carter, par comparaison au cas o la broche 13 est en prise avec la voie annulaire 16 dans les premier et second modes de réalisation décrits ci- dessus, et, par conséquent, une forme relativement proche d'un cercle devrait être maintenue. Sur la Figure 4, les chiffres de référence 21 et 22 désignent des cames destinées à relier en rotation le rotor 4 et les plaques de retenue a et 15b entre leurs extrémités opposées, trois de ces cames étant disposées sur une surface du rotor 4 en étant espacées régulièrement l'une de l'autre. Les cames 21 et 22, ajustées dans les cavités 27 et 28 formées à distance régulière l'une de l'autre dans la surface d'extrémité du rotor 4, présentent des premières broches 23 et 24 en engagement avec le rotor 4, en saillie au centre d'une surface (surface interne) d'un disque tournant circulaire et montées de façon rotative sur le rotor 4 par l'intermédiaire des roulements à billes 29 et 30. Les cames 21 et 22 présentent en outre des secondes broches 25 et 26 en engage- ment avec les plaques de retenue 15a et 15b en saillie au voisinage du bord périphérique de l'autre surface (surface externe) dudit disque rotatif, les secondes broches 25 et 26 étant engagées de façon rotative dans des cavités 31 et 32 formées dans les plaques de retenue 15a et 15b, par l'inter- médiaire des roulements à billes 33 et 34. Les premières broches 23, 24 et les secondes broches 25, 26 se situent sur les circonférences de même diamètre excentrées l'une par rapport à l'autre avec la même excentricité que le rotor 4, et les plaques de retenue 15a et 15b sont entrai- nées en rotation en synchronisme avec le rotor 4 par les cames 21 et 22. La pompe peut présenter une structure plus simple par élimination des cames 21 et 22, comme représenté sur la Figure 5, et, en outre, les bossages du second mode de réalisation peuvent être ajoutés pour fournir des moyens pour contrôler le mouvement des palettes lia, llb et llc. Il est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications Pompe à palettes comprenant un rotor (4), supporté en rotation, de manière excentrée, dans l'espace périphérique interne (5) d'un carter (1, 2), et des palettes (11a, 11b, 11c), disposées pour être capables de venir en saillie et d'être rétractées dans une pluralité de rainures de palettes (12a, 12b, 12c), constituées par des cavités dudit rotor (4), dans laquelle les variations répétées des volumes des espaces de travail (5a, 5b, 5c) entre les palettes lla, 11b, l1c) résultant de la rotation du rotor (4) et des palettes (11ae, 11b, 11c), sont utilisées pour aspirer un liquide d'un côté et le refouler de l'autre, caractérisée par le fait que des dispositifs de retenue (15a, 15b) ou des paliers (18a, 18b), coaxiaux à l'espace périphérique interne(s) sont ajustés à l'intérieur de la paroi d'extrémité du carter (1, 2), les dispositifs de retenue (15a, 15b) ou les paliers (18a, 18b) étant en prise avec les palettes (11a, 11b, 11c), pour limiter la sortie des palettes (11a, 11b, 11c) hors des rainures de palettes (12a, 12b, 12c), et la surface périphérique interne (1') du carter (1, 2) étant formée en correspondance avec le lieu des extrémités des palettes (11a, 11b, 11c), toujours en situation de non-contact avec la surface périphérique interne (1') du carter (1,2), par suite de ladite limitation de la sortie des palettes.