Perfectionnement aux machines volumétriques à palettes

Abstract

 Un rotor (2) rourne dans un stator (1) IL entraine où est entrainé par des palettes (6) dont l'axe de va et vient dont le point de centre est celui du rotor (CR) et son point de tangente (TR) différent du point de tangente (TS) du stator. Le guidage des palettes se fait par le moyen de galets de roulement (8) solidaires du bas de la palette et engagées lors du montage dans un chemin de roulement (7) ménagé dans les parois latérales, supprimant ainsi le frottement centrifuge. Par ailleurs, dans un évidement des palettes, sont logés deux galets de guidage de la palette (5) qui roulent dans le logement (4) ménagé dans le rotor, supprimant ainsi le frottement de roulement.
Le profil du chemin de roulement, figuré ici circulaire avec comme point de centre celui du stator, doit etre en fonction du profil intérieur du stator quel que soit celui-ci. L'étanchéité terminale étant assurée par un jeu de segmentation ordinaire.

Description

[0001] La presente invention consiste à obtenir dans les machines rotatives a palettes connues dans leur principe, un perfectionnement portant sur les besoins d'une étanchéité parfaite et d'une sup - pression tant des frottements de glissement de ces palettes que de leur frottement centrifuge et permettre ainsi des utilisations industrielles pour lesquelles ces machines ne peuvent pas être employées.

[0002] L'utilisation de telles machines est limitée actuellement à de petites machines n'ayant de volumétriques que le nom en raison de leur absence d'étanchéité réelle d'une part et de la pression centrifuge des palettes contre le rotor d'autre part, faisant ainsi un freinage de plus en plus efficace avec l'augmentation de la rotation.

[0003] De ce qui précède, il découle que malgré des avantages certains que de telles machines devraient procurer dans le cas où la prolongation de la détente impossible à obtenir dans les machines classiques à pistons notamment pour des moteurs thermiques, où dans la prolongation de la compression avec un amoindrissement de la section dû au retrait progressif des palettes au fur et à mesure de leur rotation permet de monoétager l'obtention directe d'une pression élevée.

[0004] Les conséquences de cette imperfection font que de telles machines ne sont utilisées que pour de petits compresseurs ou engins similaires avec un mauvais rendement volumétrique, impossibles à utiliser tant que le régime de rotation n'est pas suffisant pour faire agir la force centrifuge qui provoque le mouvement d'extension des palettes.

[0005] En remédiant à ces imperfections, la présente invention ouvre à de tels engins un créneau d'utilisation considérable, car l'emploi du procédé, non seulement améliore les fonctions dans le domaine où ils sont actuellement employés mais la construction de pompes et compresseurs à fort débit devient possible de même que celle de tous moteurs thermiques où à vapeur dans lesquels la détente la plus complète possible est un facteur d'économie considérable d'énergie qui ne peut être obtenu dans un moteur à pis - tons.

[0006] Pour apprécier la nouvelle utilisation de ces moteurs, si nous prenons l'exemple d'une machine à vapeur classique, nous consta - tons que sa détente n'est obtenue que par l'emploi de 2 cylindres de diamètre différent. Il en serait de même dans un moteur t_her- mique, mais le passage d'un cylindre de petit diamètre à un cylindre de plus gros diamètre entraîne à une baisse immédiate de pression préjudiciable au rendement et si l'on procédait à l'inverse en admettant dans un petit cylindre un mélange gazeux que l'on transférerait dans un plus gros cylindre, une machine à piston ne peut valablement profiter d'un temps de travail qui dans le meilleur cas n'est que de la moitié de celui de la vitesse de propagation de la flamme soit pour 30 mètres/seconde une vitesse de descente de 15 mètres seulement.

[0007] Dans une machine rotative à palettes, un moteur peut être obtenu en utilisant 2 chambres voisines, l'une faisant l'admission et la pré-compression, l'autre le travail moteur et la détente, mais celle-ci n'est limitée que par la vitesse circonférentielle/se- conde(ainsi que les autres temps). Tout se passe en continu, et alors que la détente vraie n'est obtenue dans un moteur à pistons que sur une hauteur moyenne d'environ les 7/8èmes de sa course de descente, dans un moteur a palettes bénéficiant des améliorations de la présente invention, la détente peut être effectuée à volonté du constructeur au moment où le volume détendu est supérieur au volume admis. En exemple non limitatif, une détente à 130 % malgré la baisse de pression moyenne qu'elle implique n'a pas d'influence sur le régime d'utilisation mais procure une économie d'environ 25 à 30 % de carburant.

[0008] Autre conséquence indirecte de l'utilisation de ces machines, dans un moteur à vapeur par exemple, en raison du travail en continu dans la même chambre, le taux d'admission peut être déterminé par le nombre de pales et la détente la plus basse qu'il est possible d'obtenir peut être telle qu'elle amène la suppression du condensateur, permettant ainsi un fonctionnement en circuit fermé permettant l'emploi d'autres facteurs de vaporisation que l'eau distillée (mélange eau/alcool par exemple) facilitant la vaporisation et économisant les calories de production de vapeur.

[0009] Ce qui précède a à seul titre d'exemple des conséquences direc - tes ou indirectes que l'invention permet d'envisager sans limitation.

[0010] La présente invention utilise un moteur rotatif à palettes dans lequel la ou les palettes dont le nombre est fonction du meilleur usage auquel est destiné la machine ne sont plus projetées par la force centrifuge mais parle mouvement de rotation qui les contraint à un va et vient par le moyen d'un cnemin de roulement. Ces machines peuvent donc remplir leur fonction à tous les régimes sans avoir de point mort au moment du départ. L'effet de frein centrifuge est également supprimé de ce fait, l'étanchéité entre palette et sat- tor étant assuré par une segmentation ordinaire sur lequel l'effet centrifuge est négligeable en raison du faible poids de ce ou de ces segments.

[0011] Le frottement de glissement du va et vient de la palette est également supprimé et remplacé par un frottement de roulement , lui- même négligeable en raison de la faible vitesse seconde de ce va et vient.

[0012] La figure 1 représente une coupe verticale pouvant également se concevoir en plan, d'une cellule dans laquelle la partie de la gauche de l'axe vertical est figuré vue sur un flanc comportant le chemin de roulement, rotor enlevé, la partie à droite de cet axe étant figurée avec un retor supposé à 4 pales et muni de ses palettes. Le Stator (1) est figure avec un vide supposé de 2 lu - miêres dont le développé et la position ne sont que facultatives, cha-que machine suivant sa destination, sa fonction et son nombre de palettes qui ne sera pas le même pour une pompe à liquide (incompressible) que pour des fluides gazeux à tout moment de leur état.

[0013] Entre le rotor (2°) et le stator (1) on obtient la chambre de travail (3) fractionnable ou non suivant le nombre de palettes(6). Le centre de rotation du rotor (CR°) est différent de celui sus- tator (CS) qui est fixe et ne sert que de centrage au chemin de roulement (7) pour les galets de guidage (8) commandant le va et vient des palettes qui sont ainsi soumises à des efforts imposés par :

- la pression donnée ou reçue sur la face de travail saillante hors rotor

- Le coulissement des palettes dans le logement (4) du rotor et qui est toujours perpendiculaire au point de centre (CR) du rotor.

[0014] Bien que la distance entre l'axe du chemin de roulement (7) et la paroi intérieure du stator soit toujours la même, le point de tangente (TR) de la palette ne correspondant pas au point de tangente du stator(TS) lequel a pour centre le point (CS) et comme point de pivotement le point (AP). Ceci crée pendant la rotation des an - gles pendant lesquels la palette n'est pas en contact absolu avec le stator dans les limites très infimes mais nécessitant néammoins une segmentation d'étanchëité en bout de palette.

[0015] Pour sustituer un mouvement de roulement au lieu du frottement de glissement de la palette dans son logement (4) ménagé dans le rotor, la palette comporte des bagues de roulement (5) à raison de 2 par palette pour éviter un.mouvement de bascule, ces bagues pivotant sur un axe passant dans le milieu de la palette dans le sens de son épaisseur . Les bagues de roulement sont usinées au diamètre supérieur à l'épaisseur des palettes donnant un jeu de quelques centièmes a 1/10 ème de millimètre suivant les cas, pour supprimer tout frottement de glissement. L'étanchéité est obtenue par segmentation ordinaire.

[0016] Le nombre de pales commandées par la rotation du rotor est en raison de la fonction de la machine. L'étancheité en point mort entre le rotor (2) et le stator (1) peut être obtenue soit di_rec- tement par un usinage convenable lorsqu'il s'agit d'un lfuide liquide, mais une étanchéité plus efficace peut être obtenue lorsqu'il s'agit de fluides gazeux, par le moyen d'un segment supé - rieur (1₁) maintenu en pression constante sur le rotor par le moyen d'un ressort (12) le tout encastré dans un logement usiné dans le stator. La partie inférieure, en contact avec le rotor doit être profilée au même diamètre ou rayon du rotor et comporter un adoucissement de cette pente du côté inverse à la rotation de manière à ne pas subir ou occasionner des chocs lors du passage des segments des palettes, très exactement à la manière dont agit une came quelconque.

[0017] La figure 2 représente un dessin d'une palette compléte. La palette (6) comporte en saillie en partie basse de chacune de ses extrémités dans le sens de la longueur des galets de roulement (8) qui devront circuler dans les chemins de roulement figurés en (7) sur la figure précédente. C'est la combinaison du roulement de ces galets dans le chemin qui leur est propre (opération effectuée au montage) qui maintient le contact plus ou moins relatif selon l'angle de rotation, avec la paroi intérieure du stator. Le haut de la palette est profilé en arc de cercle dont le rayon a comme point de centre (environ) l'axe de pivotement des galets de roulement.

[0018] La palette comporte en son milieu dans le sens de la longueur un évidement pour le logement des galets de guidage (5). L'étanchéité est assurée dans toutes les positions par les segments centrifuges (9) et par les segments latéraux (10) qui en partie d'excentre- ment maximum ne doivent pas sortir du logement des palettes p_ra-tiquées dans le rotor.

[0019] Pour des pompes, des compresseurs, des machines à vapeur n'ayant plus besoin d'être bi-étagés puisque la détente complète peut être obtenue, directement une seule cellule peut suffire comme _décrit et représenté. Par contre, pour des moteurs thermiques ou tout autre machine nécessitant une précompression du fluide avant sa détente deux cellules accouplees sur le même arbre ou en opposé sur un arbre parallèle sont nécessaires, le passage du fluide d'une cellule dans l'autre s'effectuant par tout moyen classique, soupape ou distributeur selon les besoins et la disposition choisie.

[0020] Dans tous les cas, que les machines construites avec le présent procédé comportent une ou deux cellules pour leur fonctionnement, ces machines peuvent être groupées en ligne, en parallèle ou en oppose sur un même arbre avec ou sans renvoi sur un arbre central. L'étanchéité étant dans tous les cas assurée et les échauffements de pièces en mouvements supprimés avec la disparition du frottement de glissement, certaines machines peuvent être réalisées en abandonnant l'utilisation des métaux, ferreux ou alumineux et de leur substituer des matériaux plastiques aussi bien pour des organes vitaux que pour des segments d'étancnéité. Un peut par exe_m- ple, en utilisant le procédé realiser des pompes de très fort débit antidéflagrantes à 100 %.

Revendications

1 - Dispositif perfectionnant le mécanisme des machines rotatives à palettes et les rendant aptes a une gamme d'utilisation plus complète s'étendant même à des moteurs thermiques ou a va - peur auxquels ils procurent à volonté une détente prolongée qui n'est pas possible dans les machines à pistons.

2 - Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que le mouvement de va et vient des palettes est commandé par un chemin de roulement en creux dans les parois latérales et dont le point de centre est le même que celui du stator. Ce chemin guide des galets de roulement qui sont solidaires de la palette de telle sorte que la largeur de celle-ci correspondant à la distance de la couronne ayant pour grand diamètre celui du stator et pour petit diamètre l'axe du chemin de roulement où circulent les galets de la palette.

3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 prises ensemble et caractérisé par le fait que ce dispositif supprime l'effort centrifuge de frottement des palettes, permet un départ facile par - tant de zéro, supprime les temps morts de mise en route et l'ac - tion de frein centrifuge des systèmes actuels.

4 - Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que chaque palette comporte en partie inférieure un évidement permettant le logement de galets de guidage d'un diamètre légèrement supérieur à l'affleurement des faces de la palette et inférieur d'un jeu normal à la rainure de logement de celle-ci. La palette n'a plus de frottement de glissement mais seulement un frottement de roulement de ses propres galets de guidage dont la position parallèle empêche également tout mouvement de bascule.

5 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises ensemble et caractérisé par le fait que malgré le guidage en maintien d'écartement des palettes contre le stator, le point de centre des palettes donnant à celles-ci un angle différent de ce qu'il devrait être pour avoir une efficacité totale d'étanchéité, ce qui nécessiterait le point de centre du stator comme base du rayon, l'extrémité de la palette est incurvé suivant un profil de base qui égal à un rayon partant de son angle de pivotement à l'axe du galet de roulement et le dôme du profil est égal à la largeur de la couronne partant de l'axe du chemin de roulement. Cette étancheité est complétée par ure segmentation courante dont le logement est de préférence ménagé dans la palette elle-même.

6 - Dispositif selon les revendications ₁,2, 3, 4 et 5 prises ensemble et caracterisé par le fait que l'ensemble du système de guidage des palettes ne se limite pas à l'application d'une utilisation du mouvement dans des figures géométriques seulement circulaires, le procède étant également valable pour des figures de tout profil, elliptiques, ovoïdes, ou autres sous réserve que le :hemin de roulement soit adapté au profil du stator pour mainte- air le même écartement du mouvement d'excentrement de la palette.

Dessins