Brevet FR2718186A1 — publié le 19951006

"Machine volumétrique à palette(s)" DESCRIPTION La présente invention concerne une machine volumétrique du type à palette(s). On connaît d'après le FR-A-2 591 286 une telle machine comprenant un élément rotorique et un élément statorique définissant entre eux un intervalle annulaire subdivisé dans la direction circonférentielle par des moyens de fermeture rotoriques et respectivement statoriques. Dans cette machine connue, les moyens de fermeture rotorîques et statoriques ont la forme de palettes sollicitées par des ressorts pour s'appuyer de façon étanche contre la paroi de l'élément opposé. Les palettes rotoriques sont plus larges que les fentes recevant les palettes statoriques pour ne pas pouvoir pénétrer dans les fentes des palettes statoriques. En outre, les palettes statoriques sont sollicitées moins fortement que les palettes rotoriques pour ne pas pouvoir repousser les palettes rotoriques ni par conséquent pénétrer dans les fentes des palettes rotoriques. Ainsi, les palettes rotoriques peuvent en principe franchir les palettes statoriques sans risque d'interférence mécanique. En pratique, la mise au point de cette structure est délicate. Les palettes rotoriques sont soumises à la force centrifuge ce qui fait varier fortement la sollicitation à laquelle elles sont soumises. Pendant la courte période où seule la force plus importante appliquée aux palettes rotoriques empêche les palettes statoriques de pénétrer dans les fentes rotoriques, des vibrations peuvent quand même permettre une légère pénétration et par conséquent une usure mécanique. Le but de l'invention est de proposer une machine volumétrique dans laquelle tout risque d'interférence mécanique est évité lorsque les moyens de fermeture rotoriques franchissant les moyens de fermeture statoriques. Suivant l'invention, la machine volumétrique du type à palette(s), comprenant deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre en définissant entre des parois en regard, un intervalle subdivisé dans la direction du mouvement par des premiers et des seconds moyens de fermeture, appartenant respectivement à un premier et un second des éléments, les premiers et seconds moyens de fermeture comprenant respectivement un premier et second obturateur mobile associé à des moyens de sollicitation de l'obturateur mobile en appui étanche contre l'autre élément, les parois en regard étant sensiblement situées sur une ligne commune dans la région des moyens de fermeture, tandis que le premier obturateur présente pour le contact avec le second élément une extrémité de contact ayant une certaine largeur selon la direction du mouvement, est caractérisée en ce que le second obturateur présente deux extrémités de contact individuelles solidaires l'une de l'autre et qui traversent deux fentes espacées selon la direction du mouvement à travers ladite paroi du second élément, en ce que selon la direction du mouvement la largeur de chacune des deux fentes est inférieure à la largeur de l'extrémité de contact du premier obturateur, et en ce que la largeur du second obturateur est supérieure à celle de la fente recevant le premier obturateur. Ainsi, le premier obturateur est trop large pour pénétrer dans les fentes prévues pour chaque extrémité de contact individuelle du second obturateur, et le second obturateur est dans son ensemble trop large pour pénétrer dans la fente recevant le premier obturateur. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à un exemple non limitatif - la figure 1 est une vue d'une machine selon l'invention en coupe selon le plan I-I de la figure 2 - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue des moyens de fermeture statoriques à échelle agrandie ; et - les figures 4 et 5 sont deux vues analogues à la figure 3 mais montrant divers stades du franchissement par l'obturateur rotorique. La machine représentée aux figures comprend un stator 1 formé d'une couronne 2 montée entre deux flasques d'extrémité 3. Un rotor 4 est monté en rotation dans le stator 1. Pour cela, le rotor 4 porte deux demi-arbres opposés 6 coaxiaux, montés dans des paliers à roulements 7 des flasques 3. Le rotor 4 a la forme d'un disque dont les faces latérales planes 8 sont à très faible distance des faces planes internes 9 des flasques 3. Les flasques 3 présentent dans leur face 9 chacun une rainure annulaire 11 entourant le demi-arbre 6 situé du même côté, et contenant un joint d'étanchéité annulaire 12, représenté schématiquement à la figure 2, appuyé contre la face 8 du rotor 4 située en regard. La couronne 2 présente une surface intérieure 13 de forme générale annulaire ayant même axe X-X que les demi-arbres 6. Le rotor 4 présente une surface périphérique 14 de forme générale cylindrique d'axe X X. il existe entre les surfaces 13 et 14 un intervalle annulaire 16. L'intervalle 16 est subdivisé dans la direction circonférentielle par quatre têtes statoriques 17 également réparties autour de l'axe X-X, c'est à dire avec un angle de 900 entre têtes voisines. Chaque tête 17 est fixée dans la couronne 2 et forme dans l'intervalle 16 une protubérance 18 dans le sommet de laquelle et monté un segment d'étanchéité ou obturateur 19 capable de prendre appui étanche sur la surface cylindrique 14 du rotor 4. De part et d'autre de son sommet, chaque protubérance 18 présente un chanfrein 21 de raccordement avec le reste de la surface cylindrique 13. L'un des flasques 3 présente de part et d'autre du sommet de chaque tête 17, deux orifices, l'un de refoulement 22, l'autre d'admission 23, qui communiquent avec l'intervalle 16. Entre deux têtes 17 successives, il y a dans l'intervalle 16 un orifice 23 à une extrémité circonférentielle et un orifice 22 à 1' autre extrémité circonférentielle. Comme le montre la figure 2, les orifices 22, 23 traversent le flasque 3 qui les porte, pour aboutir dans un collecteur 24 (non coupé à la figure 2), muni de conduits internes par lesquels tous les orifices 22 sont raccordés à une tubulure de refoulement (non représentée) et tous les orifices 23 sont raccordés à une tubulure d'admission (non représentée). L'intervalle 16 est encore subdivisé dans la direction circonférentielle par des obturateurs ou palettes 26 montées dans des fentes 27 pratiquées dans la périphérie du rotor 4 selon des plans passant par l'axe X-X. Les palettes 26 forment des protubérances dans l'intervalle 16 et leur extrémité de contact 28 est capable de venir en contact étanche avec la paroi cylindrique 13 de la couronne 2. De plus, les palettes 26 sont sollicitées radialement vers l'extérieur des fentes 27 par des ressorts de compression 29 montés au fond de celles-ci. Ces ressorts 29 permettent aux palet tes 26 de se rétracter complètement dans leurs fentes 27 lorsque les palettes 26 franchissent les têtes statoriques 17. Les bords avant et arrière de l'extrémité libre de chaque palette 26 sont chanfreinés pour faciliter le franchissement des têtes 17 et notamment des segments 19. Comme le montre la figure 2, les palettes 26 et les têtes 17 s'étendent sur toute la dimension axiale du rotor 4 et de la couronne 2, et l'extrémité de contact 28 des palettes 26 de même que les sommets 18 des têtes 17 sont rectilignes et assurent un contact étanche sur toute leur longueur. Les fentes 27 sont entièrement situées à l'extérieur des joints 12. Compte-tenu de l'étendue axiale des têtes 17, la couronne 2 est constituée d'un assemblage de quatre secteurs cylindriques entre lesquels sont interposées les têtes 17, la cohésion de l'ensemble étant assurée par les flasques 3. Comme le montre la figure 1, en particulier dans son quart supérieur droit, l'angle entre deux palettes 26 successives est sensiblement égal à l'angle entre chaque paire d'orifices 22 et 23 qui ne sont pas séparés par une tête 17. Dans l'exemple représenté, cet angle est sensiblement égal à 720 et les palettes sont au nombre de cinq. Chaque segment 19 a, vu en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de la machine (figure 3), un profil en U s'ouvrant vers le rotor 4. Le segment 19 présente ainsi deux extrémités de contact individuelles 36 qui sont en permanence appuyées ensemble contre la paroi cylindrique 14 du rotor 4 à travers deux fentes respectives de largeur L1 et L2 aux extrémités d'un logement en U 37 pratiqué dans la tête 17 pour recevoir le segment 19. Le logement 37 est défini par une cavité de forme générale rectangulaire 38 pratiquée dans la tête 17 et par une barrette rapportée 39 fixée directement ou indirectement à la tête 17 de façon à se trouver entre les branches du U. Comme représenté à la figure 2, deux modes de fixation au moins sont envisageables pour la barrette 39. Selon un premier mode, représenté à la gauche de la figure 2 en bas, la barrette 39 est engagée par ses extrémités 41 dans des évidements correspondant de chaque flasque 3. Dans la variante représentée à la partie droite de la figure 2, la barrette 39 est solidaire de colonnettes 42 traversant des évidements 43 de la partie centrale du segment 19 et des évidements 44 de la tête 17 pour être fixées extérieurement par une collerette 46 à la tête 17 au moyen de vis 47 avec interposition le cas échéant de cales d'épaisseur 48 permettant un réglage précis en position radiale de la barrette 39. Des ressorts de compression 49 (voir aussi figure 3) sont logés entre la partie centrale 51 du segment 19 et le fond 52 du logement 37 pour solliciter le segment 19 en appui de ces extrémités de contact 36 contre la paroi périphérique 14 du rotor 4. Les fentes de largeur L1 et L2 traversent une région 53 de la paroi périphérique intérieure du stator qui est située sur le même cercle C (figure 4) centré sur l'axe de la machine que la paroi périphérique 14 du rotor, en particulier dans les régions de la paroi 14 où se trouvent les palettes 26. La région 53 est définie par deux faces 54 appartenant à la tête 17 proprement dite et situées de part et d'autre de la cavité 38 et une face intermédiaire 56 définie par la barrette 39. I1 y a entre les deux extrémités de contact 36 un écartement L3. Si la machine est prévue pour fonctionner en pompe, le côté haute pression est celui de l'orifice de refoulement 22. La fente L1 située du côté de la haute pression, donc de l'orifice 22, est plus large que la branche correspondante 57 du segment 19 de façon à ménager entre la face latérale extérieure de la branche 57 et la paroi latérale adjacente 58 de la cavité 38, un passage 59 par lequel le fluide refoulé soumis à la haute pression vient baigner la chambre 60 située à l'arrière du segment 19 et où se trouve le ressort 49. Ainsi, le segment 19 est appliqué d'autant plus fortement contre la paroi rotorique 14 que la pression à l'égard de laquelle l'étanchéité à réaliser est importante. En même temps, cette pression P s'applique contre la face latérale du segment 19 adjacente au passage 59 et pousse le segment en appui étanche contre la face opposée 61 de la cavité 38 ou contre la face 62, tournée dans le même sens, de la barrette 39 ce qui renforce l'étanchéité à l'égard des fuites tendant à contourner le segment 19 à travers le logement 37. L'autre branche 63 du segment 19, située du côté basse pression, est montée avec un jeu minimum entre la paroi 61 de la cavité 38 et la barrette 39 de manière à assurer le guidage coulissant du segment 19 dans le logement 37. Comme le montrent les figures 4 et 5 représentant cinq positions successives 26A, 26B, 26C, 26D et 26E de la palette rotorique 26 par rapport à la tête d'étanchéité 17, les largeurs L1 et L2 des fentes 36 ainsi que l'écartement L3 entre les deux extrémités de contact 36, tous trois mesurés selon la direction circonférentielle de la machine, sont inférieurs à la largeur L4 de l'extrémité active de la palette 26 (voir position 26B, 26C et 26D). Par ailleurs, la largeur totale L6 définie par les deux extrémités actives 36 du segment 19 (figure 4) est supérieure à la largeur L7 de la fente recevant la palette 26. Le fonctionnement de la machine qui vient d'être décrite est le suivant. On supposera que la machine est une pompe. Dans la situation représentée à la figure 1, l'une des palettes 26 (celle qui est la plus à droite sur la figure) vient de fermer un orifice de refoulement 22 tandis que, le rotor tournant dans le sens de la flèche F, la palette 26 qui vient juste après vient de fermer l'orifice 23 qui est situé entre les deux mêmes têtes 17 que l'orifice 22 précité. La fermeture de l'orifice 22 par la première palette citée fait cesser l'action de pompage par celle-ci. Cependant, après un délai qui peut être rendu aussi court qu'on le désire, la première palette citée va redécouvrir l'orifice 22 derrière elle, tandis que la seconde palette citée qui vient de fermer l'orifice 23 va reprendre le pompage sans aucun délai. Pendant ce temps, les autre palettes 26 effectuent un pompage invariable. La pression et le débit restent donc sensiblement constants même pendant le processus où une palette remplace l'autre pour pomper le volume situé entre deux têtes 17 successives. On va maintenant décrire en référence aux figures 4 et 5, le processus de franchissement d'une tête 17 par une palette 26. Dans un premier temps, la surface 54 de la tête 17 oblige la palette 26 (situation 26A à la figure 4) à se rétracter dans son logement à ras de la paroi rotorique 14. De son côté, la paroi rotorique 14 maintient en permanence les surfaces actives 36 sur le même cercle matérialisé par le paroi 14. Le segment 19 et la palette 26 sont donc prêts à glisser l'un sur l'autre sans choc. Ainsi, comme représenté à la figure 5, la palette atteint la situation 26B où elle est appuyée contre la première extrémité active 36 du segment 16 tandis que sa largeur L4 l'empêche de pénétrer dans la fente correspondante de la tête 17. Le segment 19 ne peut pas non plus pénétrer dans la fente recevant la palette 26 car l'autre branche du segment 19 est à ce stade appuyée contre la paroi 14. Ensuite, figure 4, la palette atteint la situation 26C où, grâce à sa largeur L4 qui est de préférence supérieure à l'écartement L3 entre les branches du segment 19, la palette 26 s'appuie à la fois sur les deux extrémités de contact 36. Comme la largeur totale L6 définie par les deux extrémités actives 36 du segment 19 est plus grande que la largeur L7 de la fente recevant la palette 26, le segment 19 ne peut pas s'engager dans la fente recevant la palette 26. Puis s'établit (figure 5) une situation 26D qui est similaire à la situation 26B mais concerne l'autre branche du segment 19. Pour les mêmes raisons aucune interpénétration ne peut avoir lieu. La situation 26E est la symétrique de la situation 26A, c'est cette fois l'autre face 54 qui maintient la palette 26 en position complètement rétractée jusqu'à ce que la palette 26 ait de façon certaine quitté tout contact avec le segment 19. On a ainsi réalisé un dispositif d'étanchéité qui assure mécaniquement l'absence de toute interférence entre l'obturateur statorique 19 et l'obturateur rotorique 26. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté. Elle est également applicable aux moteurs hydrauliques ou pneumatiques, aux compresseurs, et même aux moteurs thermiques utilisant un mécanisme de base du type à palettes. Les moyens décrits, qui assurent l'uniformité de la pression et du débit pompé ou, dans le cas du fonctionnement en moteur hydraulique ou pneumatique l'uniformité du couple fourni, ne sont pas nécessaires pour mettre en oeuvre les dispositions protégeant les moyens d'étanchéité contre tout risque d'interpénétration lorsqu'ils se franchissent. REVENDICATIONS 1. Machine volumétrique du type à palette(s), comprenant deux éléments (1, 4) mobiles l'un par rapport à l'autre en définissant entre des parois en regard (13, 14) un intervalle (16) subdivisé dans la direction du mouvement par des premiers (26) et des seconds (17) moyens de fermeture, appartenant respectivement à un premier et un second des éléments (1, 4), les premiers et seconds moyens de fermeture comprenant respectivement un premier (26) et un second (19) obturateurs mobiles associés à des moyens de sollicitation de chaque obturateur mobile en appui étanche contre l'autre élément, les parois en regard étant sensiblement situées sur une ligne commune (C) dans la région des moyens de fermeture, tandis que le premier obturateur (26) présente pour le contact avec le second élément (1) une extrémité de contact ayant une certaine largeur (L4) selon la direction du mouvement, caractérisée en ce que le second obturateur (19) a deux extrémités de contact individuelles (36) solidaires l'une de l'autre et qui traversent deux fentes (L1, L2) espacées selon la direction du mouvement relatif à travers ladite paroi du second élément, en ce que selon la direction du mouvement relatif, la largeur (L1, L2) de chacune des deux fentes individuelles (36) est inférieure à la largeur (L4) de l'extrémité de contact du premier obturateur (26), et en ce que la largeur (L6) du second obturateur (19) est supérieure à celle (L7) de la fente (27) recevant le premier obturateur (26). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second obturateur (19) a un profil en U chevauchant une barrette (39) solidaire d'un corps (2) du second élément. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de sollicitation (49, 59) du second obturateur (19) comprennent un passage (59) faisant communiquer une chambre (60) située à l'arrière du second obturateur (19) avec l'intervalle (16) du côté haute pression de l'obturateur. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le passage (59) est un jeu entre le second obturateur (19) et une face (58) d'un logement (37) recevant le second obturateur, du côté haute pression de l'obturateur. 5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'écartement (L3) entre les deux extrémités de contact individuelles (36) du second obturateur (19) est inférieur à la largeur (L4) de l'extrémité de contact du premier obturateur (26). 6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les deux éléments (1, 4) sont un stator et unrotor, l'intervalle (16) étant annulaire.