Brevet FR2978195A1 — publié le 20130125

La présente invention concerne le perfectionnement des moteurs ou des pompes à palettes rotatives dont la conformité actuelle présente des inconvénients majeurs lorsque ces types de moteurs doivent tourner à grande vitesse, soit pour récupérer l'énergie motrice de liquides ou de gaz pressurisés, soit pour pomper des fluides avec un maximum de rendement par tour/moteur. La plupart de ces moteurs à palettes comportent un axe rotor, équipé de palettes mobiles radialement, inséré dans une chambre de corps cylindrique et désaxé par rapport au centre de celui-ci, en sorte que les palettes délimitent un volume actif de chambre en forme de croissant compris entre la surface interne du « carter » du corps du moteur et la surface périphérique en vis-à-vis du rotor. Ce volume étant actif entre l'orifice d'entrée et de sortie des fluides moteurs. Hormis la largeur du moteur et l'écartement des palettes, le volume actif de la chambre est surtout défini par la longueur de dépassement des palettes, du diamètre du rotor, tout en conservant un appui de glissement pour la translation mécanique à l'intérieur de ce rotor. De ce fait le diamètre du rotor, ne peut être que largement supérieur au double de la longueur respective des logements radiaux où coulissent les palettes rayonnantes. Cette dimension doit être augmentée de l'encombrement des différents systèmes internes au rotor, faisant coulisser et appliquer les palettes pour l'étanchéité, contre la paroi interne du cylindre : qu'ils soient à ressorts, à fluides pressurisés ou autres. Dans ces systèmes la variation de translation des palettes est faible par rapport au diamètre du rotor et du cylindre du moteur. Ce qui est adapté pour les pompes à haute pression ne nécessitant pas un débit important Exemples: Demande de brevet FR 2467970; EP 0230054. Certains systèmes utilisent un double rotor interne appelé aussi « tambour » de rotor, comportant des lumières 2 où vont coulisser les palettes. Ce dit « tambour » enveloppe de manière désaxée, le premier rotor qui lui est axé au centre du cylindre moteur. Celui-ci est alors de plus petit diamètre que le « tambour » et peut servir pour les appuis (talonnage), et guidage, des extrémités des palettes. Ce dit « tambour » sert alors de transmetteur des forces motrices, en assurant le glissement radial des palettes à travers des lumières pratiquées sur son pourtour. Il ne peut être que d'assez forte épaisseur, donc relativement lourd, car à l'apogée des palettes le point d'appui à l'extrémité des glissières est faible et en porte-à-faux. Aussi, dans cette conformité, selon le point de révolution du dit « tambour » désaxé, les écartements et les angles radiaux des lumières (où coulissent les palettes) étant fixes, la distance n'est pas toujours constante entre le point de talonnage d'une palette sur la circonférence du premier rotor et la partie interne « carter » du cylindre moteur. Cela implique des joints d'étanchéité des palettes pour rattraper la différence ; dans certaines configurations, c'est le cylindre moteur qui doit être légèrement ovoïde. Exemple : dans la demande de brevet EP 1118773 Dans d'autres types de moteur à palettes comportant un « tambour » désaxé, les palettes sont retenues vers le centre du moteur, par des ergots et des rainures circulaires de guidage situées dans le plan interne, mais excentrées à l'inverse par rapport au centre du dit « tambour ». Ces rainures de guidage sont pratiquées à l'intérieur et de chaque côté des flasques du moteur. Les palettes doivent être libres en variation angulaire et en déplacement circulaire, à cause du désaxage de leur centre de rotation par rapport au centre du dit « tambour ». Dans ce type de conformité, la variation radiale des palettes est limitée par plusieurs critères : D'une part, par la différence entre le diamètre et la largeur des rainures de circulation, par le diamètre et l'épaisseur du « tambour », et d'autre part, 3 par la différence des excentricités maximales des rainures, du « tambour » et le diamètre du cylindre moteur. Le volume actif de la chambre moteur est relativement diminué dans ce type de construction et la variation des palettes ne peut pas être importante par rapport au diamètre du cylindre moteur. Exemple : dans les demandes de brevet (FR 2716235 ; EP 0058456 etc.). Dans d'autres conformités de moteur à palettes, l'étanchéité des palettes sur la paroi interne du cylindre moteur, ne peut se faire qu'avec un certain niveau de la force centrifuge et en conséquence, qu'à partir d'une certaine vitesse de rotation. Cela ne pose pas de problème pour une utilisation en version pompe mais présente des difficultés de démarrage en version moteur du fait du manque d'étanchéité à l'arrêt, soit pour la récupération d'énergie, soit pour l'utilisation en moteur pneumatique d'entraînement. Dans les techniques actuelles de constructions des moteurs rotatifs à palettes, la plupart présentent des palettes mobiles radialement et de ce fait, elles sont limitées en translation et donc limitent le rapport entre le volume d'extension et celui de compression. En fonctionnement, les palettes rotatives à translation radiales sont toujours excentrées en un point donné (point d'apogée) de leur révolution par rapport à leur centre de rotation. Cette conformité crée un balourd important et donc des vibrations lorsque ces moteurs doivent tourner à des vitesses relativement rapides. Cela implique des compensations de contrepoids mécaniques ou d'accouplement d'un deuxième moteur décalé en rotation de 180 degrés (systèmes bi-rotors). Les constructions utilisant des systèmes à palettes libres en déplacement circulaire ; solidaire à des disques empilés et articulés sur leur axe, ou retenues par des ergots de guidage circulant dans des rainures autour de leur axe, pratiquées sur des disques alors de plus de gros diamètre, présentent des conformités ayant un « tambour » à « pas » fixe , c'est-à-dire avec des écartements fixes de lumières à travers lesquelles passent les palettes. Cela limite le rapprochement dudit « tambour » du sommet de l'angle des palettes, et de ce fait limite l'excentricité entre les centres de rotation des palettes et du tambour et réduit le volume actif de chambre par rapport au diamètre du moteur. Pour ces diverses raisons certains constructeurs ont employé des systèmes faisant varier un peu les dimensions entre les intervalles des lumières où passent les palettes, mais cela dans des proportions très limitées. Tel est le cas dans l'invention (FR637268) où le tambour possède des fenêtres où oscillent de part et d'autre les lumières articulées. Cela leur permet respectivement une petite translation sur le « tambour », mais cela reste limitée car les écartements entre les fenêtres ne peuvent être que supérieurs à la largeur de celles-ci à cause de la largeur des patins comportant les lumières, glissant à l'intérieur du tambour contre ces fenêtres et venant les obturer. Cette conformité limite le rapport d'excentricité entre les diamètres du tambour et carter de chambre et, par conséquence, le volume actif de la machine. L'objectif de la présente invention est l'élaboration d'un moteur à palettes rotatives, n'ayant aucune pièce mécanique en mouvement radial afin d'éviter les vibrations à grande vitesse, et présentant un « tambour » dont les secteurs périphériques peuvent varier dans de grandes proportions. Ceci afin d'obtenir une importante excentricité entre le diamètre du« tambour » et le diamètre du cylindre de chambre de la machine, de façon à avoir le maximum de volume actif de chambre où se trouvent les palettes rotatives de transmission de l'énergie, d'où un meilleur rendement volumique par tour moteur. De ce fait et selon les dimensions choisies de palettes, ce moteur est destiné à une large gamme d'utilisation à faible ou à forte pressurisation de fluides à fort ou à faible débit et pouvant tourner à des vitesses de rotations relativement élevées sans vibrations 5 excessives. La figure 1 représente selon l'invention le principe de ce type de moteur. I1 est constitué d'un corps creux cylindrique (1) appelé aussi « carter » de moteur dans lequel est inséré axialement un rotor constitué d'un axe rotatif (2), comportant un certain nombre de palettes (3) fixes et solidaires à celui-ci. Ce premier rotor destiné à transmettre l'énergie par l'intermédiaire des palettes.est entouré d'un deuxième rotor composé d'éléments articulés, appelé aussi « tambour » de rotor et dont le centre de rotation est désaxé par rapport à l'axe central du premier rotor. Cela permet de définir avec les palettes un volume actif important de chambre en forme de secteur de croissant compris entre les orifices d'entrée (13) et de sortie (14) des gaz moteurs (ou vice versa, selon le sens de rotation). Le dit « tambour » est composé d'éléments comportant sur son pourtour des lumières, déterminées chacune par un axe creux (6) où est inséré concentriquement un axe (5) comportant la lumière dans laquelle va glisser la palette. Les axes (5) suivent les variations de positions angulaires des palettes par rapport à la tangente du « tambour ». Cet angle est fonction de l'écart respectif entre les palettes, qui est définit par sa position de rotation et par rapport au centre de rotation du dit « tambour ». Les axes (6), comportant les axes (5) des lumières et les joncs d'étanchéité (19), ils sont reliés entre eux par trois segments de portions circulaires (10) (11) et (12), mais dont le nombre peut être variable en fonction du diamètre du moteur et du nombre de palettes. Ces segments sont articulés entre eux par glissement de manière télescopique et sont reliés de chaque côté, aux axes (6) par des articulations 6 respectives (8) et (9). L'ensemble de ce dit « tambour » est guidé en rotation par deux canaux circulaires (ou rainures) (15) pratiqués intérieurement sur les flasques de chaque côté du 5 moteur. Chaque canal est doté d'un joint d'étanchéité en fond de gorge et de joints (17) et (18) en sa périphérie. Dans ces canaux vont circuler les extrémités des côtés des segments et leurs articulations, et également les extrémités des axes (6), contenant les axes (5). Les lumières du dit « tambour », où passent les palettes, sont donc articulées axialement et en déplacement circulaire par rapport au centre de rotation du « tambour » et n'ont pas de déplacement radial, ce qui évite tout balourd et mouvement perturbateur créant des vibrations. Le maintien radial des segments est guidé par les parois des canaux de circulation et par leurs joints d'étanchéité dont la composition peut être variable selon la température des gaz ou des fluides utilisés. Ces joints peuvent être fabriqués en matériaux composites, ou en téflon, ou en céramique, ou en d'autres matières adaptées thermiquement et en frottements. La figure 2 représente le principe de l'articulation télescopique d'un secteur de segments du dit « tambour » et de deux palettes (3) traversant les lumières 25 pratiquées respectivement à travers les axes (5) insérés à l'intérieur des axes (6) où sont attenantes et solidaires sur chacun de leur côté, des charnières (8) et (9).Ces charnières relient les segments (10) et (12) qui enserrent le segment (11) du milieu. (Volontairement les joints 30 d'étanchéité n'ont pas été représentés afin de ne pas encombrer la clarté du schéma). La figure 3 représente le montage schématique d'une lumière articulée composée par l'axe (5) représenté séparément par la figure 4, et inséré dans l'axe creux (6) 35 représenté par la figure 5 où sont fixées les articulations 10 15 20 2978195. 7 (8) et (9) des segments respectifs (11) , (10) (représentés partiellement), ainsi que les joncs d'étanchéité (19). La figure 7 représente, en partie, la jonction d'angle des joints d'étanchéité (20) et (21) d'une palette et des ressorts (22) assurant la poussée de ces joints contre les parois du cylindre. Ils doivent être ajustés précisément, de façon à assurer l'étanchéité la plus efficace avec le moins de frottements et la lubrification peut être assurée de différentes manières selon l'utilisation de la machine (barbotage ou distribution sous pression). La présente invention projette l'utilisation en fonction moteur, pour récupérer le maximum de l'énergie, de gaz où de liquides à faible ou à forte pression à fort ou à faible volume. Par exemple : soit avec des gaz émanant d'échappement de moteurs thermiques, de turbines à gaz ou tous autres systèmes à fluides pressurisés ayant une faible pression mais de gros débits, soit avec des gaz frigorigènes fonctionnant en circuits fermés, chauffés par des panneaux solaires ou toutes autres sources thermiques puis condensés par des sources plus froides générant ainsi des flux de gaz moteurs. Ce type de moteur peut être aussi utilisé avec un gaz de forte pression ou détendu après avoir été hautement pressurisé, par exemple pour l'entraînement moteur de véhicules ou à d'autres applications de tractions ou transformé et adapté en moteur thermique. Hormis l'utilisation dans les diverses fonctions motrices, ce dispositif rotatif à palettes peut être utilisé en version pompe. L'entrée et la sortie des fluides devenant alors aspirant et refoulant, ou vice versa, selon le sens de rotation des palettes. 20 25 30 REVENDICATIONS1- Dispositif à palettes rotatives, composé d'un corps creux cylindrique (1) appelé chambre de moteur, dans lequel est inséré axialement un rotor (2) constitué d'un axe comportant solidairement des palettes (3) destinées à récupérer ou à communiquer l'énergie à ce premier rotor qui est enveloppé d'une manière désaxée, d'un deuxième rotor appelé « tambour » de rotor, qui comporte des lumières où vont passer les palettes, ce qui définit un volume actif de IO chambre en forme de secteur de croissant de part et d'autre des orifices d'entrée (13) et de sortie (14), caractérisé en ce que ledit « tambour » est formé et constitué par des éléments articulés de manière télescopique, comportant des lumières variables en écartement et angulairement selon la 15 position de rotation considérée. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit « tambour » est formé et constitué d'éléments articulés, réalisés respectivement par secteurs circulaires entre les palettes, et composés chacun de segments télescopiques glissant les uns sur les autres (10;11;12) et reliés à un ensemble d'axes (5;6) articulés axialement comportant les lumières où vont passer les palettes (3), où sont fixées de chaque côté de l'axe (6) des charnières (8;9). 3- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit « tambour » est guidé en rotation par des canaux circulaires (15) pratiqués de manière excentrée, par rapport à l'axe de rotation (2) des palettes, sur les flasques situés de chaque côté du moteur, 30 et comportant respectivement un joint d'étanchéité en fond de gorge et des joints (17;18) en leur périphérie inférieure et supérieure. 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les palettes (3) 35 comportent des logements en leurs pourtours destinés à 20 25 9 recevoir respectivement des joints d'étanchéité (20;21) et leurs ressorts de poussée (22). 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est un moteur lorsqu'un gaz ou un liquide sous pression est injecté à l'orifice d'entrée (13) et évacué à l'orifice de sortie (14) ou vice versa selon le sens de rotation a obtenir. 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est une pompe lorsque son axe central comportant les palettes, est entraîné par une force motrice provoquant une aspiration par l'orifice d'entrée (13) et un refoulement par l'orifice de sortie (14) ou vice versa selon l'application du sens de rotation.