Brevet FR2632021A1 — publié le 19891201

L'invention concerne un moteur-pompe à pistons rotatifs. On connaît déjà des transformateurs d'énergie hydrauliques rotatifs réversibles Z capables de transformer de l'énergie mécanique en énergie hydraulique et vice-versa, sous réserve d'une adaptation préalable. Il s'agite principalement, de dispositifs à engrenages ou à palettes utilisables comme pompes ou- comme moteurs hydrauliques sous réserve d'une adaptation préalable. Les dispositifs à engrenages très simples de conception et très robuste, offrent une puissance massique intéressante et autorisent des régimes de rotations élevés. Leur réversibilité est aisée, étant donné l'absence de clapet. Toutefois, ces dispositifs, exigent une filtration poussée, n'apprécient pas les régimes inférieurs à 1000 t/mn, ont un débit fluctuant et pulsé, et ne peuvent être utilisés en moteur que pour des puissances inférieures à 40 Kw. Les dispositifs à palettes sont de conception un peu plus complexe que ceux à engrenages, puisque, au cours de la rotation, les palettes se déplacent dans des rainures radiales aménagées dans le rotor, tout en étant rappelées contre la piste interne par la force centrifuge ou par de petits ressorts. Ces dispositifs offrent aussi des puissances massiques élevées et de bonnes performances. Ils sont silencieux et permettent de mettre en oeuvre- des énergies importantes. Toutefois, contr-airement aux pompes à engrenages leur hauteur d'aspiration est faible, ce qui exige leur alimentation en charge (pompe de gavage à engrenages, réservoir en charge ou pressurisé). Les performances optimums ne peuvent être obtenues que pour des vitesses de rotations élevées. Tous ces équipements présentent l'inconvénient d'avoir un rendement décroissant avec la pression d'utilisation et ont un débit irrégulier à bas régime, ce qui oblige souvent à les combiner à un réducteur, ou à un multiplicateur lorsque les vitesses d'utilisation sont basses. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en réalisant un moteur-pompe à rendement élevé, pratiquement constant sur toute la plage d'utilisation, en faisant appel à une combinaison de moyens très simples, dont les éléments mobiles sont uniquement tournant, sans faire appel à aucun dispositif d'étanchéité à déplacement alternatif. Le moteur-pompe à pistons rotatifs selon l'invention est constitué essentiellement d'un corps, comportant deux cavités semi-cylindriques jointives et communiquantes dans lesquelles sont montés deux rotors munis, à leur périphérie, de pistons à tête épanouie régulièrement répartis, solidaire en rotation) de façon que les pistons d'un des rotors soient décalés angulairement, par rapport à ceux de l'autre rotor, de la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons. Les cavités cylindriques, dans lesquelles sont montés les pistons rotatifs, sont closes par deux flasques, fixés de part et d'autre du corps, comportant chacun les paliers permettant le passage des arbres des rotors et deux lamages assurant la communication des cavités semi-cylindriques avec le circuit de fluide, par l'intermédiaire d'un conduit en T constitué de deux orifices cylindriques perpendiculaires percés dans le corps respectivement parallèlement aux axes des rotors et perpendiculairement au plan matérialisé par ceux-ci. Le rayon des rotors porte-pistons correspond à l'entraxe existant entre ceux-ci diminué du rayon des cavités semi-cylindriques. L'arc formé par l'épanouissement de la tête des pistons rotatifs correspond à la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons. Les lamages assurant la communication des cavités semi-cylindriques avec le circuit de fluide ont un diamètre correspondant au 1/3 du diamètre des cavités semi-cylindriques et sont disposés tangentiellement aux deux rotors. La forme des pistons est déterminée de façon à contrôler la mise en communication des lamages avec les intervalles inter-pistons en fonction de- la rotation des rotors, afin que ceux-ci soient actifs à tour de rôle sans discontinuité. Les arbres des rotors sont rendus solidaires en rotation par l'intermédiaire de deux engrenages logés dans un carter fermé par un contre-flasque comportant deux crapaudines destinées à recevoir les bouts d'arbres des rotors. L'un des arbres des rotors traverse le carter opposé au dispositif de solidarisation en rotation des rotors, afin de permettre son accouplement à un moteur ou à un récepteur. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un moteur hydraulique, à quatre pistons par rotor réalisé selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du moteur dans le plan médian des rotors (selon AA), - la figure 2 représente une vue en coupe transversale du moteur selon un plan passant par les axes des rotors (selon CC), - ta figure 3 représente une vue de face des rotors disposés en position initiale, - la figure 4 représente une vue de face des rotors disposés dans une seconde position, - la figure 5 représente une vue de face des rotors disposés dans une troisième position, - la figure 6 représente une vue de face des rotors dans une quatrième position. - la figure 7 représente une vue "éclatée" en perspective cavaliére de la pompe faisant apparaître les composants séparément. Les figures représentent un moteur hydraulique comprenant essentiellement: un corps 10, comportant deux cavités semi-cylindriques 11 et 12 et deux conduits en T 13 et 14 ; deux rotors 20 et 30 comportant 1 à leur périphérie, des pistons à tête épanouie 210 et 310 tournant par l'intermédiaire d'arbres 2 et 3 ; deux flasques 40 et 50 comportant respectivement un palier 41, une crapaudine 42 et deux lamages 43 et 44, deux paliers 51 et 52 et deux lamages 53 et 54 ; deux engrenages 4 et 5 logés dans un carter 6 formé par un contre-flasque 60 comportant deux crapaudines 61 et 62. En examinant la figure 1, on remarque que les rotors 20 et 30 sont solidarisés en rotation par l'intermédiaire des arbres 2 et 3 et des pignons 4 et 5 de façon que les pistons rotatifs 210 et 310, correspondant à chacun des rotors, soient décalés d'un demi-intervalle angulaire afin que les pistons rotatifs équipant l'un des rotors viennent glisser successivement contre le rotor opposé sans venir porter contre les pistons rotatifs équipant ledit rotor opposé. Comme on le voit, l'arc 210a ou 310a formé par l'épanouissement de la tête des pistons rotatifs 210 ou 310 a une valeur angulaire correspondant sensiblement à la moitié de l'intervalle angulaire séparant les pistons ) afin que chaque rotor 20 et 30 soit toujours en contact avec la tête d'un piston 210 ou 310 équipant le rotor opposé, pour éliminer tout risque de communication directe entre les lamages 43 et 44 ou 53 et 54, quelle que la position des rotors 20 et 30. Quant à la forme des pistons 210 ou 310, elle est déterminée, comme on le voit, pour contrôler la mise en communication des lamages 43 et 44 avec les intervalles inter-pistons en fonction du déplacement des pistons rotatifs; étant entendu que, pour réduire les pertes de charge, un diamètre maximum a été donné aux lamages. En examinant la figure 2, on remarque que le corps 10, comportant les cavités semi-cylindriques 11 et 12, est clos latéralement par les flasques 40 et 50 comportant les lamages 43, 44 et 53, 54 de mise en communication avec le circuit de fluide par l'intermédiaire des conduits en T 13 et 14 constitués des orifices 13a et 13b, 14a et 14b percés dans le corps 10.Les engrenages 4 et 5, assurant la solidarisation en rotation des rotors porte-pistons 20 et 30 avec conservation du décalage angulaire, sont montés dans un carter fermé par l'un des flasques 50 du corps et par un contreflasque 60 comportant les. crapaudines 61 et 62 destinées à recevoir le bout des arbres 2 et 3 de solidarisation des rotors porte-pistons 20 et 30 avec les pignons 4 et 5. L'un des arbres 2 traverse le flasque extérieur 40 pour permettre l'accouplement avec un équipement moteur ou récepteur selon que le dispositif selon l'invention, est utilisée comme pompe ou comme moteur. En examinant maintenant successivement les figures 3 à 6, montrant le fonctionnement du moteur-pompe utilisé en moteur, on remarque que lorsque l'un des pistons 211 du rotor 20 est situé dans le plan matérialisé par les axes de rotation des deux rotors 20 et 30, le fluide sous pression, arrivant par les lamages inférieurs 44 et 54, remplit Les intervalles existant entre les pistons 211 et 212 du rotor 20, les pistons 312 et 313 du rotor 30 et les pistons 211 et 313 des rotors 20 et 30 ; le pis-ton 312 du rotor 30 a presque terminé sa course motrice, puisque la communication de l'intervalle situé entre les pistons 312 et 313 avec les lamages 44 et 54 est presque interrompue; le piston 313 du rotor 30 franchit alors le lamage 44 et peut ainsi poursuivre sa course motrice (fig.4), alors que le piston 212 poursuit la sienne, jusqu'à ce que toute communication avec le lamage 44 soit interrompue par le piston suivant 211 (fig.5). La rotation se poursuit alors, sous l'action du piston 211, La -pression s'établit à la fois sur les pistons 211, 310 et 313 (fig.6) pour amener, à nouveau, les pistons dans la position représentée à la figure 3. Pendant la rotation des pistons, le fluide emprisonné entre les pistons s'évàcue par les lamages 43 et 53 et les espaces inter-pistons correspondant sont mis en communication avec le conduit d'évacuation. Comme on le voit, la rotation est entretenue par motorisation successive des rotors 20 et 30 sous l'effet de la variation alternative des volumes soumis à la pression sous l'action de celle-ci, compte-tenu du déséquilibre provoqué par la mise en communication des intervalles symétriques avec le conduit d'évacuation. Les caractéristiques dimensionnelles des cavités semi-cylindriques des rotors et des pistons pourront être aisément adaptées en fonction de l'énergie à transmettre. On comprend que le processus est réversible et que ce moteur-pompe puisse être utilisé comme pompe sans autre adaptation que celle de l'accouplement d'un moteur sur l'arbre 2 et qu'il puisse servir comme moteur en utilisant indifféremment des fluides compre-ssi bles ou i ncompressi bles, froids ou chauds, notamment des gaz chauds produits, par exemple, par un moteur à combustion interne. Revendications 1. Moteur-pompe à pistons-rotatifs, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'un corps (10) comportant deux cavités semi-cylindriques jointives (11 et 12) communiquantes dans lesquelles sont montés deux rotors (20 et 30) comportant, à leur périphérie, des pistons à tête épanouie (210,310) régulièrement répartis, solidaire en rotation , de façon que les pistons d'un des rotors (20) soient décalés angulairement par rapport à ceux de l'autre rotor (30) de la moitié de l'intervalle angulaire séparant les pistons et en ce que les cavités semicylindriques (11 et 12) du corps (10) sont closes par deux flasques (40 et 50) fixés de part et d'autre du corps (10) comportant chacun les paliers de passage des arbres (2 et 3) des rotors (20 et 30) et deux lamages (43, 44 et 53,54) permettant de faire communiquer les cavités semi-cylindriques (11 et 12) avec, reSpectiVement, le circuit d'arrivée et le circuit de sortie du fluide; ces lamages communiquent deux à deux par l'intermédiaire d'un conduit en T (13 ou 14) constitué de deux orifices cylindriques perpendiculaires percés dans le corps respectivement parallèlement aux axes des rotors (20 et 30) et perpendiculairement au plan matérialisé par ceux-ci. 2. Moteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon des rotors (20 et 30) correspond à l'entraxe- existant, entre ceux-ci diminué du rayon des cavités semi-cylindriques (11 et 12). 3. Moteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arc formé par l'épanouissement (310a) de la tête des pistons rotatifs (310) correspond à la moitié de l'angle séparant les pistons. 4. Moteur-pompe selon La revendication 1, caractérisé en ce que les lamages (43,44 et 53,54) assurant la communication des cavités semi-cylindriques (11 et 12) avec le circuit de fluide ont un diamètre correspondant au tiers du diamètre des cavités semicylindriques (11 et 12) et sont disposés tangentiellement aux deux rotors (20 et 30). 5. Moteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section des pistons est déterminée de façon à contrôler la mise en communication des lamages avec les intervalles inter-pistons en fonction de la rotation des rotors (20 et 30) afin que ceux-ci soient actifs sans discontinuité. 6. Moteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les arbres des rotors sont rendus solidaires en rotation par l'intermédiaire de deux engrenages (4 et 5) logés dans un carter (6) formé par un contreflasque (60) comportant deux crapaudines (61 et 62) destinées à recevoir les bouts d'arbres (2 et 3) des rotors (20 et 30). 7. Moteur-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des arbres (2) de rotor (20) traverse le carter (40) opposé au dispositif de solidarisation en rotation des rotors (20 et 30), afin de permettre son accouplement à un moteur ou à un récepteur.