Brevet FR2643117A1 — publié le 19900817

Machines tournantes volumétriques à palettes. DESCRIPTION La présente invention a pour objet des machines tournantes volumétriques à palettes pouvant être utilisées comme moteurs. comme pompes ou comme compresseurs. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des machines tournantes. On connaît des moteurs ou pompes à palettes qui comportent un rotor muni de fentes radiales dans lesquelles sont placées des palettes coulissantes poussées vers l'extérieur par un ressort ou par la force centrifuge. lequel rotor est monté de façon excentrée dans un stator cylindrique. Un objectif de la présente invention est de procurer des machines tournantes à palettes perfectionnées grâce à une forme particulière du stator. Un autre objectif de la présente invention est de procurer un mode de réalisation préférentiel dans lequel le déplacement des palettes est dû ni à des ressorts, ce qui permet de.simplifier la fabrication et d'obtenir un fonctionnement plus fiable, ni à la force centrifuge, ce qui permet de construire des machines pouvant tourner à faible vitesse. Les machines tournantes selon l'invention sont du type connu comportant un rotor cylindrique muni de palettes qui coulissent dans des fentes radiales du rotor et un stator dans lequel tourne ledit rotor et qui comporte une ouverture d'arrivée et une ouverture de départ d'un fluide. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen de machines tournantes dans lesquelles le stator comporte deux secteurs cylindriques, coaxiaux avec ledit rotor et opposés par leurs sommets dont l'un dont l'un a un rayon sensiblement égal à celui dudit rotor et l'autre a un rayon supérieur à celui dudit rotor, lesquels secteurs cylindriques sont reliés entre eux par deux rampes diamétralement opposées. Selon un mode de réalisation préférentiel, les palettes ont une largeur radiale sensiblement égale à la somme des rayons des deux secteurs cylindriques dudit stator et sont disposées dans des fentes diamétrales qui traversent ledit rotor de part en part et lesdites palettes comportent chacune une encoche rectangulaire, lesquelles encoches coopèrent entre elles pour permettre que les deux palettes s'entrecroisent. La largeur radiale des encoches des palettes est au moins égale à la différence entre les rayons desdits secteurs cylindriques du stator augmentée de l'épaisseur d'une palette. Avantageusement les rampes du stator ont une forme telle que la distance entre deux génératrices diamétralement opposées soit égale à la largeur des palettes. c'est-à-dire à la somme des rayons des deux secteurs cylindriques du stator. L'invention a pour résultat de nouvelles machines tournantes à palettes qui peuvent être utilisées comme moteur pneumatique ou hydraulique, comme pompe volumétrique ou comme compresseur. Les machines selon l'invention présentent l'avantage d'être relativement compactes et de ne comporter aucune soupape ni aucun ressort. Elles sont faciles à construire et à entretenir et très robustes. Une machine selon l'invention est très facile à démonter. I1 suffit d'enlever le couvercle qui obture une extrémité du corps et d'enlever l'anneau déformable qui sert de butée au roulement de sortie et on peut sortir l'ensemble du rotor, des palettes et de l'arbre hors du corps. Les moteurs selon l'invention développent un couple au démarrage élevé qui reste sensiblement constant quelle que soit la vitesse. Les moteurs selon l'invention conviennent bien pour équiper des porte-outils tournants. des appareils de manutention, des nacelles de transport etc.... La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple d'une machine tournante à palettes selon l'invention. La figure 1 est une vue éclatée, en perspective d'un premier mode de réalisation. La figure 2 est une coupe axiale d'une machine selon la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale selon III-III de la figure 2. La figure 4 est une coupe axiale partielle montrant une variante de réalisation du joint d'étanchéité du roulement portant l'arbre de sortie. La figure 5 est une coupe axiale d'une variante de réalisation d'une machine selon l'invention comportant un rotor en porte à faux. Les figures 1 à 3 représentent une machine tournante à palettes utilisable comme moteur ou comme pompe volumétrique ou comme compresseur. Cette machine comporte un rotor cylindrique 1. ayant une section circulaire et un axe x xi. Le rotor 1 est équipé de plusieurs palettes radiales 2a, 2b qui coulissent dans des fentes radiales 3a, 3b du rotor. La figure représente un exemple de réalisation comportant deux palettes. En variante. le rotor peut comporter un nombre de palettes plus élevé. Le rotor 1 tourne à l'intérieur d'un corps creux 4 qui délimite une cavité 5 appelée cavité du stator ou stator. Le corps 4 comporte une ouverture 6 d'arrivée d'un fluide et une ouverture 7 de départ du fluide. Ces ouvertures 6 et 7 débouchent dans la cavité 5. Lorsque la machine est utilisée comme moteur on envoie dans l'ouverture 6 un fluide sous -pression par exemple de l'air comprimé, lequel sort par l'ouverture 7 après s'être détendu. Les ouvertures 6 et 7 peuvent être interchangées, de sorte que le moteur est réversible. Lorsque la machine est utilisée comme pompe, le rotor est entraîne en rotation et on envoie par l'ouverture 6 un fluide qui sort par l'ouverture 7 après avoir été comprimé. La pompe est volumétrique. c'est-à-dire que le débit est proportionnel à la vitesse de rotation. La figure 1 représente un mode de réalisation dans lequel le rotor l est supporté par un premier roulement à billes 8. qui est logé dans un évidement du rotor et qui prend appuis sur un tourillon central 9 visible sur la figure 2, qui fait partie d'un couvercle 10, qui obture une extrémité du corps 4. Le rotor 1 est prolongé par un bout d'arbre il qui est supporté par un deuxième roulement à billes 12 qui est monté entre deux anneaux déformables élastiques (circlips) 13a, 13b qui sont engagés dans des gorges périphériques du corps.Le roulement 12 est appuyé contre un épaulement 14 de l'arbre et il est arrêté par un anneau déformable élastique 15 qui pénètre dans une gorge 16 de l'arbre. Un joint d'étanchéité annulaire 17 est logé dans une gorge périphérique du corps et s'applique contre la périphérie du rotor. Selon une caractéristique de l'invention, la cavité 5 du stator comporte deux secteurs cylindriques coaxiaux au rotor et opposés par leurs sommets. On voit sur la figure 3 un premier secteur cylindrique 18 qui a une section circulaire dont le rayon r est très légèrement supérieur au rayon r' du rotor. Le deuxième secteur cylindrique 19 a la même ouverture angulaire a que le premier secteur et il a une section circulaire dont le rayon R est supérieur au rayon r' du rotor. Les deux secteurs cylindriques 18 et 19 étant coaxiaux au rotor sont parallèles à celui-ci. Lorsque le rotor tourne dans le stator, il glisse le long du premier secteur 18 avec un très faible jeu et il délimite avec le deuxième secteur 19 une chambre 20 ayant une largeur et un volume constants. Les deux secteurs cylindriques 18 et 19 sont reliés entre eux par deux surfaces 21 et 22 appelées rampes qui sont symétriques par rapport au plan bisecteur PP des deux secteurs 18 et 19 et qui se raccordent tangentiellement aux deux extrémités des deux secteurs qui les encadrent. Les ouvertures d'entrée 16 et de sortie 7 sont situées de préférence dans ces rampes 21, 22. Les figures 1 à 3 représentent un mode de réalisation préférentiel dans lequel le rotor comporte deux fentes diamétrales 3a. 3b disposées en croix qui traversent le rotor de part en part et comporte deux palettes 2a, 2b qui coulissent chacune dans une des fentes.qui traversent le rotor de part en part et qui ont une largeur radiale supérieure au diamètre du rotor 1. Dans ce mode de réalisation. les fentes 3a, 3b débouchent à une extrémité du rotor et la longueur axiale des fentes et des palettes est inférieure à la longueur axiale du rotor. de sorte que celui-ci comporte une plage annulaire 23 qui est dépourvue de fentes, contre laquelle frotte le joint d'étanchéité 17. Dans ce mode de réalisation préférentiel, les deux palettes 2a, 2b comportent chacune une encoche rectangulaire 23a, 23b. L'une des encoche débouche sur un côté radial d'une palette, tandis que l'autre encoche débouche sur le côté radial de l'autre encoche, de sorte que les deux palettes peuvent s'entrecroiser. Dans le mode de réalisation selon les figures 1 et 2 où le rotor est monté entre deux roulements, chacune des deux palettes 2a, 2b comporte, en outre, une encoche rectangulaire 24a, 24b pour le logement de roulement 8. Dans le cas de la palette 2a, les deux encoches 23a et 24a sont ouvertes du même côté, tandis que dans le cas de la palette 2b, les ouvertures sont situées sur deux côtés radiaux opposés. I1 est précisé que le mode de réalisation représenté comportant des palettes diamétrales qui traversent le rotor de part en part, n'est pas limitatif. En variante, on peut construire une machine tournante comportant un stator selon la figure 3, composé de deux secteurs cylindriques opposés par leurs sommets reliés entre eux par deux rampes et comportant un rotor muni de fentes radiales qui ont une hauteur inférieure au rayon du rotor et qui contiennent chacune une palette coulissante poussée par un ressort. Dans le mode de réalisation préférentiel selon les figures 1 à 3, chaque palette 2a, 2b a une largeur radiale supérieure au diamètre du rotor et égale à la somme r + R des rayons des deux secteurs cylindriques 18 et 19 du stator. Les encoches rectangulaires 23a et 23b ont une largeur radiale qui est au moins égale ou légèrement supérieure à la différence R - r entre les rayons des deux-arcs de cercle 18 et 19, augmentée de l'épaisseur d'une palette. Ainsi, lorsque l'un des bords externes d'une palette circule au contact du secteur cylindrique 18, la palette est repoussée par le stator, de sorte que l'autre bord externe glisse contre la face interne du secteur 19 ou suit celle-ci avec un très faible jeu. La figure 3 représente un mode de réalisation préférentiel, dans lequel les surfaces 21 et 22 de liaison entre les deux extrémités des secteurs cylindriques situées d'un même côté du plan de symétrie PP'. sont telles que la distance entre deux points diamétralement opposés de ces deux rampes est constamment égale à la somme R + r des rayons des deux secteurs cylindriques 18 et 19, et donc également à la largeur radiale des palettes. Ainsi, toutes les sections diamétrales du stator, c"est-à- dire les sections passant par le centre du rotor ont une longueur égale à R + r et les deux bords longitudinaux des palettes restent constamment au contact des parois internes du stator. Lorsque la machine fonctionne en moteur, il y a toujours une palette qui se trouve à l'intérieur de la chambre 20 et qui est donc soumise à une poussée du fluide égale à la différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie du fluide multipliée par la surface de la partie de palette qui émerge du rotor, laquelle est proportionnelle à la différence des rayons R - r. Cette poussée exerce un couple proportionnel à (R + r).R+r/2 = R2-r2/2. Les moteurs selon l'invention sont des moteurs à couple sensiblement constant pour une pression du fluide constante.. Ces moteurs conviennent bien pour équiper des appareils, par exemple des appareils de levage, qui nécessitent un couple de démarrage élevé. Le choix du rapport R/r entre les rayons des deux secteurs cylindriques 18 et 19 détermine des vitesses de rotation différentes. En effet, si on augmente ce rapport. on augmente le couple, mais on augmente également l'angle de frottement des palettes sur les rampes 21 et 22 et on diminue la vitesse de rotation. A l'inverse, en réduisant le rapport R/r, on obtient un moteur plus rapide. Des essais réalisés sur un prototype de moteur à air comprimé, équipé de deux palettes, ont montré que l'on atteignait une vitesse de rotation de l'ordre de 4.000 tours/minute. Les figures 2 et 3 représentent un mode de réalisation préférentiel d'une machine qui comporte, sur la face interne du couvercle 10, deux lumières ou gorges transversales en arc de cercle 25 et 26, qui s'étendent respectivement de part et d'autre de chaque ouverture 6 et 7 et qui sont symétriques par rapport au plan axial PP'. Ces lumières permettent d'équilibrer les pressions sur les deux faces opposées d'une palette pendant que celle-ci balaye le secteur sur lequel s'étend une lumière, ce qui permet d'améliorer le rendement de la machine. Avantageusement, chaque lumière 25. 26 s'étend sur un secteur angulaire qui coïncide avec la largeur de chacune des rampes 21 et 22. En variante, les lumières ou gorges 25 et 26 peuvent être creusées dans la paroi interne du corps 4. Selon une autre variante, on dimensionne les ouvertures 6 et 7, de telle sorte que, dans le sens transversal, elles s'étendent sur une largeur voisine de la largeur des rampes 21 et 22. La -figure 4 est une demi-coupe partielle montrant une variante du joint d'étanchéité entre le moteur et le roulement 12 qui supporte le bout d'arbre de sortie 11. On retrouve sur cette figure les anneaux déformables 13a. 13b qui tiennent le roulement dans le corps et l'anneau déformable 15 qui sert de butée au roulement, L'étanchéité du roulement est obtenue en intercalant une rondelle plate 17 entre l'anneau déformable 13a et la face interne de la cage du roulement 12, par exemple une rondelle en polytétrafluoréthylène. ou plus généralement en un matériau élastomère. La figure 5 est une coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'une machine selon l'invention. Les parties homologues sont représentées par les mêmes repères sur les figures 2 et 5. Dans le mode de réalisation selon la figure 5, le rotor 1 est monté en porte à faux en bout de l'arbre 11, qui est supporté par deux roulements à billes 8 et 12. I1 en résulte que les deux palettes 2a et 2b comportent chacune une seule encoche 23a et 23b. Les encoches 24a et 24b destinées au logement du roulement 8, lorsque celui-ci était placé à l'extrémité externe du rotor, n'existent pas dans ce mode de réalisation. Le corps 4 de la machine selon la figure 4 comporte une bride incorporée 28 qui permet de monter la machine en porte à faux sur le corps de l'appareil entraîné dans le cas d'un moteur ou sur le corps du moteur d'entraînement dans le cas d'une pompe ou d'un compresseur d'air. REVENDICATIONS 1. Machine tournante volumétrique à palettes pouvant être utilisée comme moteur ou comme pompe du type comportant un rotor cylindrique (1) muni de palettes (2a, 2b) qui coulissent dans des fentes radiales (3a, 3b) du rotor et un stator (4, 5), à l'intérieur duquel tourne ledit rotor, qui comporte une ouverture d'arrivée (6) et une ouverture de départ (7) d'un fluide, caractérisée en ce que ledit stator (4, 5) comporte deux secteurs cylindriques (18, 19) coaxiaux avec ledit rotor et opposés par leurs sommets, dont l'un a un rayon (r) sensiblement égal à celui dudit rotor et l'autre a un rayon (R) supérieur à celui dudit rotor, lesquels secteurs cylindriques sont reliés entre eux par deux rampes (21. 22) diamétralement opposées. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites palettes (2a. 2b) ont une largeur radiale sensiblement égale à la somme des rayons (r + Rudes deux secteurs cylindriques (18, 19) dudit stator (5) et sont disposées dans des fentes diamétrales (3a, 3b) qui traversent ledit rotor de part en part et lesdites palettes comportent chacune une encoche rectangulaire (23a, 23b), lesquelles encoches coopèrent entre elles pour permettre que les deux palettes s'entrecroisent 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur radiale desdites encoches (23a, 23b) est au moins égale à la différence (R - r) entre les rayons desdits secteurs cylindriques (18, 19) du stator augmentée de l'épaisseur d'une palette. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que lesdites rampes (21, 22) du stator ont une forme telle que la distance entre deux génératrices diamétralement opposées soit égale à la longueur des.palettes, c'est-à-dire à la somme (R + r) des rayons des deux secteurs cylindriques du stator. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites ouvertures d'entrée (6) et de sortie (7) de fluide sont situées dans lesdites rampes du stator (21, 22). 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites ouvertures d'entrée (6) et de sortie (7) du fluide s'étendent sur toute la largeur transversale desdites rampes (21, 22). 7. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacune desdites ouvertures d'entrée (16) et de sortie (17) du fluide est associée à une lumière transversale (25, 26) qui est creusée dans le couvercle (10) ou dans le corps (4) du stator et qui s'étend sur toute la largeur d'une desdites rampes (21, 22). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdites palettes (2a, 2b) ont une longueur axiale inférieure à la longueur dudit rotor (1) qui comporte une plage annulaire (23) dépourvue de fentes et ledit stator porte un joint d'étanchéité (17) qui frotte sur ladite plage annulaire (23). 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit rotor (1) est équipé d'un bout d'arbre de sortie (11) supporté par un roulement (12) et l'étanchéité dudit roulement est réalisée au moyen d'une rondelle plate (27) en matière élastomère qui est appliquée contre la face interne de la cage dudit roulement (12).