Brevet FR2806750A1 — publié le 20010928

La présente invention concerne et a essentiellement pour objet une machine motrice et/ou réceptrice à mouvement rotatif, tel qu'une machine rotative à vapeur, un moteur à air comprimé, à combustion interne, une machine hydraulique, ou une pompe aspirante - foulante, une pompe à vide, un compresseur, un aspirateur, ou analogue. Plus particulièrement, l'invention peut fonctionner en machine motrice avec un fluide sous pression ou en machine réceptrice qui met en mouvement un fluide. On connaît jusqu'à aujourd'hui des moteurs à piston comprenant un système de bielle-manivelle qui transforme le mouvement alternatif rectiligne du piston dans le cylindre en un mouvement circulaire de l'arbre moteur. Ces différents organes à transformation de mouvement, moteurs et distributeurs, absorbent de l'énergie en cours de fonctionnement, et l'énergie initiale engendrée à la détente du gaz dans le cylindre donne naissance à un martèlement qui génère des vibrations. On connaît également des moteurs rotatifs comprenant un cylindre ou stator dans lequel est disposé un rotor présentant plusieurs points de contact réalisés notamment avec des aubes coulissantes, avec la surface interne du stator pour ainsi définir des chambres de volume variable. Ainsi par la compression et la détente d'un fluide tel qu'un gaz dans les différentes chambres, on peut faire tourner le rotor par rapport au stator. Toutefois ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients notamment pour réaliser l'étanchéité au niveau du contact entre les pales du rotor et la surface interne du stator. Dans cette zone de contact, il existe d'importantes forces de frottement qui diminuent de manière importante le rendement énergétique de la machine, notamment sa puissance. D'autre part, ces frottements provoquent un échauffement important qui nécessite un système complexe de lubrification-refroidissement, ou alors entraînent la dilatation et le grippage des mécanismes. La présente invention permet, dans le domaine concerné, de limiter considérablement ces contraintes et ces inconvénients en proposant une machine motrice et / ou réceptrice à mouvement rotatif dans laquelle les frottements des pièces qui la composent sont réduites au minimum et o les problèmes d'étanchéité sont résolus de façon simple, l'une des caractéristiques importantes du mécanisme faisant que toutes les parties tournent simultanément selon le même mouvement et à la même vitesse. De ce fait, la conception de la présente invention couvre un large éventail d'applications industrielles o - 2 - suivant le mode de fonctionnement, moteur ou récepteur, on peut envisager son utilisation en tant que moteur à combustion, machine à air comprimé, machine à vapeur, compteur, machine hydraulique et analogues, ou bien, entraînée par exemple par un moteur électrique, en tant que pompe aspirante et foulante, pompe hydraulique, pompe à vide, compresseur, aspirateur et analogue. Par ailleurs, il convient pour chacune des applications envisagées d'utiliser les matériaux les plus adaptés au fonctionnement optimum de l'application en question, afin de tenir compte des impératifs d'étanchéité, de résistance, ou de dilatation, aussi minimes soient-ils. A cet effet, la présente invention a pour objet une machine motrice et réceptrice du type à mouvement rotatif fonctionnant, par exemple, avec un fluide sous pression comme un moteur ou un compteur ou analogue ou pour mettre en circulation un fluide comme une pompe aspirante- foulante, un compresseur, un aspirateur, ou analogue caractérisée en ce qu'elle comprend un premier rotor interne monté dans un second rotor externe de manière excentrée de façon à avoir constamment un point de tangence entre les deux rotors, les axes de rotations respectifs desdits rotors étant fixes, une aube montée articulée par ces deux extrémités respectivement sur la surface dudit rotor interne et sur la surface interne dudit rotor externe pour ainsi définir entre lesdits deux rotors et avec le point de tangence précité, deux chambres sensiblement étanches de volume variable, l'une des chambres étant mise en liaison de fluide avec une alimentation d'un fluide, l'autre chambre étant mise en liaison de fluide avec une sortie dudit fluide, ladite aube étant escamotable dans la paroi de l'un desdits rotors. Avantageusement cet escamotage de l'aube précitée est effectué dans un évidement formé sur la surface du rotor interne précité. Ce dispositif d'escamotage pouvant être adapté, dans une autre version, sur la surface interne du rotor externe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chacun des rotors interne et externe comprend respectivement des flasques latéraux internes et externes. Les points de contact des deux rotors, outre le point de tangence précitée, se limitent à un débord partiel des flasques latéraux internes sur le corps du rotor externe. L'étanchéité à ce point de contact est assurée par des joints d'étanchéité s'encastrant dans la face interne des flasques latéraux du rotor interne. Les flasques latéraux externes sont fixés sur les rebords du rotor externe qui forment des saillies, évitant avantageusement le contact entre lesdits flasques internes - 3 - et externes. Ces dites saillies se caractérisent également par ce qu'elles sont régulièrement percées d'orifices de ventilation qui communiquent avec l'espace formé entre les deux paires de flasques internes et externes, et qui avec le mouvement des rotors provoquent un appel d'air qui traverse cet espace et s'évacue le long des axes des rotors. A cet effet, et afin d'optimiser le refroidissement des pièces en frottement, les surfaces externes des flasques du rotor interne présentent un relief en forme d'ailettes. Par ailleurs, le rotor externe précité comprend deux flasques latéraux externes supportés par une première paire de paliers par exemple à roulement, le rotor interne comprenant un arbre central s'étendant longitudinalement à travers lesdits flasques latéraux du rotor externe et étant supporté en rotation sur une seconde partie de paliers, par exemple à roulement. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les liaisons de fluide précitées entre respectivement les deux chambres et une sortie ou une arrivée de fluide sont constituées par des canaux réalisés dans ledit rotor interne et communiquant respectivement avec ladite sortie de fluide et ladite arrivée de fluide et débouchant à la surface dudit rotor interne de part et d'autre et à proximité de l'aube précitée. Avantageusement, l'un desdits canaux formant une liaison de fluide débouche au niveau de l'évidement précité formant logement pour l'aube en position escamotée. Avantageusement, l'autre desdits canaux formant l'autre liaison de fluide débouche à la surface de l'aube dirigée vers l'extérieur du rotor interne en position escamotée de celle-ci. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les arrivée et sortie de fluide précitées sont constituées par des canaux formés dans l'arbre longitudinal du rotor interne précité. Avantageusement, l'arrivée de fluide est réalisée dans une première moitié dudit arbre tandis que la sortie de fluide est réalisée dans l'autre moitié de l'arbre. Par ailleurs, les rotors interne et externe sont cylindriques et le rotor interne est avantageusement plein. -4- D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne de coupe II de la figure 2 illustrant un mode de réalisation préféré de la machine de l'invention; -la figure 2 est une vue de dessus de la machine représentée à la figure 1 selon la flèche II; -la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1 illustrant l'ensemble des rotors de la machine conforme à l'invention, en son point mort; - la figure 4 est une vue en coupe transversale selon la ligne IVIV de la figure 1 illustrant l'ensemble des rotors dans une position identique à celle de la figure 3; -la figure 5 est une coupe transversale identique à celle de la figure 3 dans laquelle l'ensemble des rotors de la machine ont tourné d'environ 180 d'angle; et -la figure 6 est une vue en coupe transversale identique à celle de la figure 4 dans laquelle l'ensemble des rotors a tourné d'environ 180 d'angle. -la figure 7 est une vue en coupe longitudinale de la moitié droite de la figure 1 avec en regard et dans le même prolongement une vue de l'ensemble des rotors de la machine en coupe transversale selon les lignes III-III,IV-IV et V-V superposées, en son point mort. En se référant aux figures et plus particulièrement aux figures 1 et 2, la machine de l'invention comprend avantageusement une embase 1 sur laquelle sont fixées deux paires de paliers à roulements respectivement 2, 3. La première paire de paliers 2 supporte un rotor externe 4 avantageusement par un arbre creux 5 prolongeant les flasques 6 du rotor 4. La seconde paire de paliers 3 supporte l'arbre 8 d'un rotor interne 7 disposé à l'intérieur du rotor externe 4 et de manière excentrée. Les flasques 7b du rotor interne 7 s'insèrent entre le corps du rotor externe 4 et ses flasques externes 6. Le seul point de contact des flasques 7b s'applique sur le corps du rotor externe 4. L'étanchéité à cette surface de contact est assurée par un joint d'étanchéité. L'arbre 8 du rotor interne 7 s'étend à travers l'arbre creux 5 du rotor externe 4 et au delà de celui-ci. Comme il est clair à partir des figures, les axes de rotation 4a, 7a respectifs des rotors externe 4 et interne 7 sont fixes l'un par rapport à l'autre. Le rotor externe 4 est creux, tandis que le rotor 7 -5 est avantageusement un rotor plein. Toutefois, il est possible, sans pour cela sortir du cadre de l'invention d'utiliser un rotor 7 creux. Comme cela est plus visible à partir des figures 3 à 6, les deux rotors 4, 7 ont un point de tangence 9. Ce point de tangence est fixe étant donné que les axes 4a, 7a des deux rotors 4, 7 ne se déplacent pas l'un par rapport à l'autre. Selon l'invention, les deux rotors 4 et 7 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une aube 10 mobile et montée articulée par exemple autour d'un axe 10a fixé sur la face intérieure du rotor externe 4 et s'encastrant dans l'aube 10 mobile, et d'une gorge lOb formée à la surface externe du rotor interne 7. Pour permettre la rotation des deux rotors et le passage de l'aube mobile au point de tangence 9, un évidemment 11 est pratiqué à la surface externe du rotor interne 7 formant logement pour l'aube mobile 10 lorsque celle-ci est en position repliée comme illustrée aux figures 3, 4. Toutefois, il est possible de réaliser ce logement dans la paroi du rotor 4 externe. Bien entendu, le mode de réalisation de l'aube mobile représenté est donné simplement à titre d'exemple. Ainsi, l'aube 10 définit, entre les deux rotors 4 et 7, et avec le point de tangence 9 deux chambres sensiblement étanches 12, 13. Ces chambres ont des volumes variables selon la position de l'aube 10 par rapport au point de tangence 9. La machine de l'invention comprend également un système d'alimentation et d'échappement ou de sortie d'un fluide. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les canaux d'arrivée 14 et de sortie 15 du fluide sont réalisés respectivement dans une moitié de l'arbre 8 du rotor 7 comme illustré à la figue 1. Des canaux 16 et 17 sont formés dans le rotor interne 7 pour amener et évacuer le fluide respectivement des chambres 12, 13 précitées. Dans le mode de réalisation préféré, le canal 16 débouche à la surface du rotor interne 7 à proximité de l'aube mobile 10 et en amont de celle-ci par rapport au sens de rotation des rotors indiqués par la flèche F, avantageusement à la surface du logement 11 de l'aube mobile 10. Le canal 17 débouche quant à lui en aval de l'aube mobile par rapport au sens de rotation F des rotors. Avantageusement, et comme illustré aux figures 4 et 6, ce canal débouche sur la face aval de l'aube 10 par rapport au sens de rotation F. -6- On décrira maintenant le fonctionnement de la machine de l'invention lorsqu'elle est utilisée comme machine motrice c'est à dire comme un moteur rotatif. Pour faire fonctionner la machine de l'invention en moteur rotatif et la faire tourner dans le sens F indiqué aux figures 5 et 6, on alimente un fluide sous pression, par exemple de l'air comprimé ou des gaz de combustion provenant d'une chambre de combustion par le canal 14 et à travers le canal 16 dans la chambre 12 (figure 5). Ce fluide exerce une poussée sur l'aube mobile 10 qui entraîne les deux rotors 4, 7 en rotation selon la flèche F, le gaz contenu dans la chambre 13 étant évacué à travers le canal 17 et la conduite de sortie 15. Bien entendu, pour inverser le sens de rotation de la machine de l'invention, il suffit d'introduire le fluide sous pression par la conduite 15 à travers le canal 17. Le mouvement rotatif ainsi généré par la machine motrice de l'invention peut être transmis à toute autre machine par les moyens de transmission connus, par exemple en reliant l'arbre 8 du rotor interne 7 à la machine à entraîner. La machine de l'invention peut être également une machine réceptrice telle qu'une pompe aspirante - foulante, un compresseur ou autres. Pour ce faire, il suffit d'entraîner avec un moteur, par exemple un moteur électrique, à combustion interne ou analogue un des rotors 4, 7. Dans le cas d'une rotation selon la flèche F des figures 5 à 6, au passage du point mort 9, l'aube mobile entraînée par les rotors 4, 7 provoque un vide dans la chambre 12 qui augmente progressivement de volume et donc on aura une aspiration d'un fluide à travers les canaux 16 et 14. Du côté de l'aube mobile agissant dans le sens de la rotation, la chambre 13 diminue de volume et il se produit donc un refoulement ou une compression du fluide, ce fluide étant évacué et refoulé à travers les canaux 17 et 15. Ainsi l'invention propose une machine fonctionnant selon un mouvement rotatif dans laquelle les pertes de puissance et de rendement énergétique par frottement entre le rotor et le stator sont considérablement supprimées étant donné que ces deux éléments tournent ensemble par rapport au bâti mais ne tournent pas l'un par rapport à l'autre. De ce fait, les problèmes d'étanchéité au niveau des surfaces de contact entre ces deux rotors sont également très simplifiés. Cette machine est d'une utilisation très simple. En effet, elle peut être utilisée avec tout type de fluide tel que liquide ou gaz, le sens de rotation désiré est obtenu par simple choix du côté de l'alimentation du fluide. -7- REVENDICATIONS 1 Machine motrice et / ou réceptrice du type à mouvement rotatif fonctionnant, par exemple, avec un fluide sous pression comme un moteur à combustion interne, à vapeur, à air comprimé, une machine à gaz, une machine hydraulique, un compteur ou analogue ou pour mettre en circulation un fluide comme une pompe aspirante-foulante, une pompe hydraulique, une pompe à vide, un compresseur, un aspirateur ou analogue, comprenant un premier rotor (7) interne monté dans un second rotor (4) externe de manière excentrée de façon à avoir constamment un point de tangence (9) entre les deux rotors (4, 7), les axes de rotation (4a, 7a) respectifs desdits rotors (4, 7) étant fixes, une aube (10) montée articulée par ses deux extrémités respectivement sur la surface dudit rotor interne (7) et sur la surface interne dudit rotor externe (4) pour ainsi définir entre lesdits deux rotors (4, 7) et avec le point de tangence précité, deux chambres (12, 13) sensiblement étanches et de volume variable, l'une des chambres étant mise en liaison de fluide avec une alimentation (14, 16) d'un fluide, l'autre chambre étant mise en liaison de fluide avec une sortie (15, 17) dudit fluide, ladite aube (10) étant escamotable dans la paroi du rotor interne, caractérisée en ce que le rotor (4) externe précité comprend deux flasques (6) latéraux reliés au corps du rotor (4) par une saillie 6a et supportés par une première paire de paliers (2) par exemple à roulement, le rotor interne (7) comprenant d'une part deux flasques latéraux (7b) s'insérant entre le corps du rotor externe (4) et ses flasques externes (6) et ayant pour seule surface de contact le corps du rotor externe (4), et comprenant par ailleurs un arbre central (8) s'étendant longitudinalement à travers lesdits flasques (6) latéraux du rotor externe (4) précité et étant supportés en rotation sur une seconde paire de paliers (3) par exemple à roulement. 2 Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que les saillies (6a) reliant les flasques externes (6) au corps du rotor externe (4) sont percées d'orifices de ventilation reliant l'espace formé entre les flasques (6) du rotor externe (4) et les flasques (7b) du rotor interne (7). 3 Machine selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les flasques (7b) du rotor interne (7) ont leurs surfaces externes dirigées vers l'espace constitué avec les flasques (6) du rotor externe (4), - 8- formées par des ailettes de refroidissement. 4 Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits flasques (7b) du rotor interne (7) et le corps du rotor externe (4) sont serties d'un joint d'étanchéité en leurs points de contacts.