Brevet FR2617244A1 — publié le 19881230

MACHINE VOLUMETRIOUE A PALETTES. L'objet de l'invention est une machine volumétrique à paulettes, fonctionnant en pompe ou en compresseur, comprenant essentiellement un anneau statorique délimité intérieurement par sa surface statorique, un rotor tournant autour de son axe à l'intérieur de cet anneau, des dispositifs d'admission et d'échappement et des palettes coulissant dans le rotor. Dans les machines connues de ce type, tout contact de chaque palette avec la surface statorique est localisé en permanence dans l'espace compris entre les plans limitant la rainure de guidage de la palette dans le rotor. Dans les machines conformes à l'invention, tout contact entre la palette et la surface statorique est localisé en dehors de l'espace compris entre les plans limitant la rainure, et en avant de cet espace dans le sens du mouvement du rotor, et ce, au moins pour toutes les postions angulaires de la palette qui correspondent à la décroissance du volume de la chambre de travail située en avant de cette palette. Nous dirons du contact ainsi localisé qu'il est déporté vers l'avant. Dans les machines conformes à l'invention, la localisation voulue du contact de chaque palette et de la surface statorique est obtenue en infléchissant suffisamment vers l'avant, du côté de la tête, "la ligne moyenne" de cette paulette, définie comme le lieu géométrique du centre de gravité des sections de cette palette par un plan perpendiculaire à l'axe de la rainure. Cet infléchissement peut être continu ou discontinu. Pour permettre l'effacement total de la palette dans le rotor, celui-ci doit présenter un dégagement approprié où vient se loger la tête déportée de la palette. Le déport vers l'avant du contact de la palette avec le stator, la forrre de la palette qui le permet et le dégagement du rotor qu'il exige, imHilquent l'action, directe et immédiate, sur la tete de la palette, du fluide présent dans la chambre de travail avant, sous forme d'un effort tendant à extraire la palette de sa rainure, et la réaction a cet effort s'applique au rotor, dans le dégagement permettant l'effacement de la palette. Il est ainsi possible, et c'est l'avantage direct de l'invention, d'assurer, par l'importance du déport, la permanence du contact entre la palette et.la surface statorique, à partir d'une vitesse de rotation cholsre, quelle que soit l'évolution des pressions dans les chambres de travail que la palette sépare et quelle que soit la pression appliquée au piez de la palette par le fluide présent dans le fond de la rainure. On peut notamment maintenir cette pression au niveau de la pression du fluide présent dans la chambre de travail arriéré, de manière à équilibrer naturellement et en permanence l'action du fluide qui s'exerce sur la tête de la palette dans l'espace compris entre les plans limitant la rainure de guidage de la palette dans le rotor.Dans la machine ainsi conçue, le niveau moyen des pertes organiques induites par le contact palette-surface statorique se trouve sensiblement réduit par rapport à celui que l'on peut atteindre dans les machines connues. Cette réduction des pertes organiques, qui rend la machine objet de l'invention moins dispendieuse en énergie que toute machine à palettes connue de prestations équivalentes, constitue l'avantage Indirect mais tout aussi déterminant, de l'invention. Considérons, pour expliciter conformément à l'invention la condition de localisation du contact entre la palette et la surface statorique, un repere Op## lié a' la paulette, dont l'origine 0p est au coin postérieur avant de la palette et dont l'axe Op#, parallèle å la direction de glissement de cette palette dans le rotor, est orienté positivement dans la direction centrifuge.La condition implique que l'affixe #u du point de contact palette-stator satisfasse a la relation: lm tu > 0, cet affixe #u étant lié a l'affixe Zudu mêrne point de contact selon les relations suivantes, exprimé dans un repère OXY centre sur l'axe de la machine: #u = Zu exp j (- # - t) - Rr exp j ( - t)-Tp, et -dl t /darc arctg [------------------------] + arc t + V + t 1 Sul -dl Zul /darcZu = arctg [------------------------] + arc Zu, |Zu| relations dans lesquelles on a désigné par:: RrX le rayon du profil de la surface extérieure du rotor, y, l'angle de rotation du rayon polaire du rotor qui passe par l'intersection Q du profil du rotor et du profil de la face avant de la rainure, I, l'angle atgu d'inclinaison de la rainure sur la direction OQ, Tp, la grandeur algébrique égale à la distance OpQ multipliée par ( -1 ). Les flgures 1 à 5 des planches 1/4 à 4/4 représentent respectivement un compresseur volumétrique à palettes connu, un compresseur conforme à llnventlon, un détail de ce compresseur et deux dlag-ammes comparatifs des pertes organiques. La figure 1 de la planche 1/4 est une coupe simplifiée perpendlculalre a l'axe de la machine connue. On y distingue l'anneau statu loue 1, limité intérieurement par la surface statorlque 2, comportant les lumières d'admission 3 et 5 et les clapets d échappement 4 et 6, l'arbre 7 auquel est assemble le rotor 8 comportant cinq rainures telles que 9 dans lesquelles coullssent cinq palettes telles que 10. Dans cette machine les fonds de rainures sont mis à une pression moyenne sensiblement constante par un canal annulaire 11 du rotor 8, alimenté par lumières percées dans les flasques et non représentées. La figure 2 de la planche 2/4 est une coupe orthogonale simplifiée dans un compresseur comparable, mais conforme à l'invention et dans lequel les palettes sont radiales. On y retrouve l'anneau statorique 101, la surface statorique 102, les lumières d'admission 103 et 105, les clapets 104 et 106, l'arbre 107, le rotor 108, des rainures telles que 109 et les palettes telles que 110. Le sens du mouvement du rotor est indiqué par la flèche. La figure 3 de la planche 3/4 est un détail de la coupe précédente agrandie au volsinage de la palette 1 10. Le contact de la palette 110 avec la surface statorique 102 apparaît au point U situé hors de l'espace localisé entre les traces 112 et 113 des plans limitant la rainure, et en avant de cet espace dans le sens du mouvement du rotor. La ligne moyenne infléchie de la palette apparat en 114, et le dégagement du rotor en 115. La palette sépare la chambre de travail avant 116 de la chambre de travail arrière 117. La pression dans la rainure au pied de la palette est maintenue au niveau de la pression du fluide dans la chambre arrière 117 par des canaux tels que 118 percés dans le rotor. Le repère Optn est iie à la palette et le repère OXY centré sur l'axe de la machine est absolument fixe.Le profil du rotor 108 et le profil 112 de la face avant de la rainure 109 se coupent au point Q qui détermine avec le centre O le rayon polaire 00, incliné de l'angle y sur l'axe OX. Le profil 112 de la face avant de la rainure est lui-meme inciiné de l'angle aigu L sur la direction OQ. La figure 3 fait encore apparaître la distance OpQ, égale à Tp On peut voir dans cet exemple que la pression dans la rainure au pied de chaque palette est maintenue au niveau de la pression du fluide dans la chambre arrière 117-entre un angle e 1 pour lequel la palette vient de commencer son mouvement centrifuge et un angle e2 > voisin de l'angle e3 pour lequel la palette découvre la lumière d'échappement 121, mais tel que 82 S 63. Dans l'exemple illustré, le passage de chaque fond de rainure devant les lumières telles que 119 et 120 ménagées dans les flasques permet l'injection temporaire de fluide chargé de lubrifiant à une pression intermédiaire entre les pressions d'admission et de refoulement ou à une pression égale à la pression de refoulement, le canal 118 étant pendant toute la durée de cette injection, obturé par la face arrière 113 de la palette Les diagrammes des figures 4 et 5 représentent respectivement, en fonction de l'angle y, l'évolution de la puissance organique instantanée PO calculée pour une paulette, dans les machines figurées en 1 et 2 respectivement.Les courbes A1 et B1 sont relatives aux pertes dues au frottement de la palette dans le rotor, selon un modèle de Coulomb avec un coefficient de frottement de 0,1. Les courbes A2 et B2 sont relatives aux pertes dues au frottement de la palette sur la surface statorique, selon un modèle de Coulomb avec un coefficient de frottement égal à 0,05. Enfin les courbes A3 et B3 globalisent les deux pertes précédentes. Les deux machines ont une cylindrée de 140 cm3 > un diamètre de rotor de 72 mm, des palettes d'une densité de 2,7 et les pertes sont évaluées à 300Ctr/min, la pression dans les chambres de travail évoluant entre 2 et 1 4 bars selon une loi polytropique de coefficient sc = i 1,3. Dans la machine connue, la pression dans le canal 11 est de 8 bars. Bien que la perte instantanée maximale dans la machine conforme à l'invention soit plus élevée que dans la machine connue, la puissance de perte moyenne est réduite de 15% dans la machine conforme à l'invention par rapport à ce qu'elle est dans la machine connue. R E U E D I C R r I O H S 1) Machine volumétrique à paulettes, fonctionnant en pompe ou en compresseur, comprenant essentiellement un anneau statorique (101) délimité intérieurement par sa surface statorique (102), un rotor (108) tournant autour de son axe à l'intérieur de cet anneau (101), des dispositifs d'admission (103 et 105) et d'échappement ( 104,106 et 121) et des palettes (110) coulissant dans des rainures (109) du rotor (108), CARACTERiSEE EN CE QUE tout contact (U) de chaque palette (110) avec le rotor (108) est localisé en dehors de l'espace compris entre les traces (112 et 113) des plans limitant la rainure de guidage (109) de la palette (110) dans le rotor (108) > et en avant de cet espace, dans le sens du mouvement du rotor, au moins pour toutes les positions angulaires de la palette qui correspondent à la décroissance du volume de la chambre de travail située en avant (116) de cette palette (1 10). 2- Machine volumétrique à palettes conforme à la revendication 1, CARA'TERISEE EN CE QUE tout contact (U) de chaque palette (110) avec la surface statorique (102) est toujours localisé en dehors de l'espace compris entre les traces (112 et 113) des plans limitant la rainure de guidage (109) de la palette ( 1 10) dans le rotor (108) et et en avant de cet espace dans le sens du mouvement du rotor. 3- Machine volumétrique à palettes conforme aux revendications 1 ou 2, CARACTERISEE EN CE QUE la pression dans la rainure (109) au pied de chaque palette (110) est maintenue, par des canaux (11 8) percés dans le rotor (108) , à la pression du fluide contenu dans la chambre de travail située en arrière (117) de la palette (1 10), dans le sens du mouvement du rotor, entre un angle #i pour lequel la palette vient de commencer son mouvement centrifuge et un angle e2 voisin de l'angle e3 pour lequel la palette découvre la lumière d'échappement (121), mais tel que #2 ##3