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" Compresseur à deux rotors pourvus de dents extérieures complémentaires ".-
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La présente invention est relative à des perfection- nementa aux compresseurs et aux moteurs rotatifs pourvue de dents extérieures complémentaires.
Plus particulièrement, l'invention concerne un com- presseur ou un moteur composé d'au moins deux rotors à dents engrenantes dont les profils en forme de dents sont en contact réciproque continu, tournant dans une enveloppe étroitement ajustée pourvue de plaques d'extrémités ; le rotor étant pourvu d'orifices J'alimentation en fluide dans la région où les chambres de travail présentent un volume maximum, ou à proxi- mité de celle-ci, dans le cas d'un compresseur, et d'orifices d'échappement des gaz comprimés dans la région où les chambres de travail présentent un volume minimum, ou à proximité de celle-ci ; les orifices étant évidemment inversés dans le cas d'un moteur.
Les rotors suivant l'invention sont construits de telle sorte que les extrémités des dents soient disposées dans un plan qui passe par l'axe de leur rotor respectif et les rotors sont pourvus de dents coopérantes qui maintiennent des lignes ou des surfaces d'étanchéité des dents l'une avec l'autre et des dens avec l'enveloppe de telle sorte que, dans le cas d'un compresseur,
*une compres- sion intérieure préliminaire se produise dans les chambres de travail de volume décroissant entre l'enveloppe et les dente des rotors et qu'une compression finale se produise entre les profils des dents en contact continu des rotors complémentaires lorsque les chambres de travail subissent une réduction de volume jusqu'à une valeur minimum ou négligable à un échappe-
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ment réglé ou commande par valve.
Dans une forme d'exécution particulière suivant l'invention, les axes des rotors coopé- rants sont parallèles et les rotors présentent, en position d'engrènement, des profils en forme de dents en contact l'un avec l'autre et aveo l'enveloppe suivant au moins plusieurs lignes de oontact, à tout moment au cours de leur engrènement, ces lignes de contact étant parallèles aux axes des rotors et les lignes de contact existant entre une paire donnée de dents engrenantes se déplaçant de façon continue entre une position de cette paire de dents disposée à proximité de la périphérie de l'un des rotors et une seconde position ou position de volume minimum à proximité du cercle primitif de ce même rotor,
l'orifioe d'échappement communiquant tour à tour aveo chacune des chambre de travail lorsque celle-ci occupe la position de volume minimum dans le cas d'un compres- seur ou bien, l'orifice d'admission communiquant avec chaque chambre lorsqu'elle occupe sa position de volume minimum, dans le cas d'un moteur.
. 'Une des particularités de l'invention réside dans le fait qu'au cours de la compression finale, dans le cas d'un compresseur à air ou à gaz, la compression est sensible- ment radiale aux rotors coopérants.
D'autres objets et avantages de l'invention apparat- tront dans la description suivante et dans les dessine, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe médiane réalisée dans une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention, utilisé comme compresseur ; - les figures 2 et 2A sont des vues en coupe réalisées suivant les lignes 2-2 de la figure 1, les positions des ro- tors coopérants étant différentes dans les deux vues ;
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- la figure 3 est une vue d'extrémité du même compres- seur pourvu d'orifices d'échappement différents ; - la figure 4 est vue en coupe fragmentaire du même compresseur, réalisée suivant la ligne 4-4 de la figure 3 ;
et - les figures 5 à 8 sont des vues schématiques illus- trant d'autres profils de dents de rotors coopérants mettant en oeuvre les principes de l'invention.
Un type de compresseur couramment utilisé est pourvu de rotors ou de roues complémentaires de forme hélicoïdale.
Un avantage de ce type de oppresseur est qu'il est oapable de fonctionner à vitesse élevée mais différents modèles de ce compresseur présentent des inconvénients tels qu'un volume mort important au point d'échappement ou une longue ligne d'étanohéité entre les rotors hélicoïdaux ou des régions de fuite au cours du oyole de compression, ce qui entraîne des réductions de l'efficience de l'appareil. En outre, dans ce type de compresseur hélicoïdal, la variation volumétrique dépend de la longueur de l'hélice et de l'angle d'enroulement de celle-ci. L'invention permet de reoourir à des vitesses élevées et remédie aux inconvénients rencontrés dans les machines pouvues de rotors hélicoïdaux.
Bien que la présente invention s'applique également aux oompreseurs et aux moteurs, une utilisation actuellement envisagée de l'invention est la compression de l'air et la forme d'exécution préférée de l'appareil suivant l'invention est déorite ci-après en se référant à ce cas d'applioation.
Ainsi qu'on peut le voir aux figures 1 et 2, l'envelop- pe 10 constitue une enveloppe ou enceinte de forme générale cylindrique- dont les extrémités sont fermées par des plaques d'extrémités 11 et 12. Une paire de rotors coopérants 13 et
14 sont montés en rotation dans les plaques d'extrémités 11 et
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12, Les personnes familiarisées avec cette technique compren- dront que lorsque la compression se produit entre les rotors et l'enveloppe, le jeu compris entre les rotors ;'- les parois d'enveloppe de ferme générale cylindrique et les plaques d'extrêmes de l'enveloppe est de l'ordre de quelques oenti- èmes de millimètre..
Ce jeu est suffisant pour assurer au compresseur un fonctionnement efficient pour la structure déorite ci-après, mais l'étanchéité peut être améliorée entre les rotors et les plaques d'extrémités au moyen de bandes d'étanchéité, d'une manière bien connue. En outre, l'étan- chéité entre les rotors et la partie périphérique de l'enve- loppe peu;: être améliorée et d'autres avantages peuvent être obtenus en disposant une suspension d'huile dans l'enveloppe, ainsi que cela se fait couramment.
Les rotors que l'on va décrire sont dissemblables en ce qui concerne leur forme et le nombre de dents engrenantes bien que l'on mentionne plus loin la manière dont ces rapports peuvent être rendus identiques dans les deux cas.
Le rotor mâle 13 est monté de façon étroitement ajusta sur un arbre central 15 qui est monté en rotation de façon ajustée dans les plaques d'extrémités au moyen de paliers
16 et 17. A gauche de la plaque d'extrémité 11, lorsqu'on considère la figure 1, un volant 18 est fixé à l'arbre 15 de manière à tourner avec ce dernier. Ce volant est pourvu d'une enveloppe protectrice 19 fixée à la plaque d'extrémité
11 de toute manière appropriée (non représentée). Là où l'ar- bre 15 quitte l'enveloppe du compresseur et celle du volant, on a prévu des joints appropriés 20 et 21.
L'un des rotors doit être entraîné par une source de force motrice et dans ce cas, un arbra entraîné 22 est calé sur- l'arbre d'extrémité
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creux 15 et s'étend vers la gauche au delà de l'enveloppe 19, lorsqu'on considère la figure 1, de manière à être relié à une source de force motrioe appropriée quelconque.
Le rotor lA, passage conditionnel 14 est Sente en rotation dans les plaques d'extrémités à l'aide de paliers 23 et 24. Ce rotor présente un évidemont central. 14a à tram vers lequel s'étend un élément tubulaire 25 qui s'étend au delà de la plaque d'extrémité 12 à l'extrémité droite de la figure 1 pour refouler l'air oomprimé à volonté. L'extrémité gauche de l'élément 25 est, de préférenoe, pleine ainsi qu'il est indiqua en 25a et est fermement fixée à la plaque d'extré- mité 11 en 26. L'extrémité opposée de l'élément 25 est éga- lement fermement fixée dans la plaque d'extrémité 12 dans la région 27.
Ainsi qu'il est le mieux visible aux figures 2 et 2A, l'élément 25 est, de préférence, déooupé sur une partie importante de sa périphérie jusqu'à présenter un diamètre légèrement inférieur pour constituer un dégagement en 25d qui réduit le frottement entre le rotor 14 et l'élément tubulaire 25. Il est à noter qu'il y a dans la région 250, un jeu de quelques centièmes de millimètre.. dans lequel l'étanohéité eet assurée par des lames d'étanchéité à pression élastique 28.
Il n'y a de ce fait qu'un faible frottement entre le rotor 14 et l'élément 25 lorsque le rotor tourne dans ses paliers 23 et 24.
Dee moyens sont prévue pour assuer un entraînement positif synchronisé des rotors 13 et 14. A cette fin, une roue dentée 29 est calée sur l'arbre 15 et engrène sur une roue dentée 30 calée sur l'extrémité gauche du rotor 14, lors- qu'on considère la figure 1. Du fait que le rotor 13 est pourvu de trois dents et que le rotor 14 est pourvu de six dents, les
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cercles primitifs sont évidemment dans le rapport de 1 à 2.
Une forme d'exécution importante suivant l'invention est représentée aux figures 2 et 2A, dans lesquelles les rotors 13 et 14 tournent autour d'axes parallèles, la rota- tion s'effectuant dans le sens des flèches représentées aux dessins. Une admission d'air 31 traverse la paroi extérieure de l'enveloppe. A l'extrémité gauche des figures 2 et 2A, dn peut constater que la périphérie extérieure des dents des rotors 13 et 14 présente un jeu visible avec les parois de l'enveloppe mais sont en oontaot aveo celles-ci pour la position de ces mêmes éléments représentée à la figure 2A.
Dans ce dernier cas, l'air est emprisonné dans la poche 32 entre le rotor 14 et l'enveloppe tandis qu'une autre poche d'air est réalisée, ainsi qu'il est représenté, en 33 entre rotor le/13 et l'enveloppe. Dans la position des éléments représen- tée à la figure 2A, la dent i13a présente une ligne de contact aveo la dent 14a au moment exact où ces dents dépassent le point 10a de l'enveloppe de telle sorte qu'une chambre de compression préliminaire 34 se +orme immédiatement, ainsi qu'il est illustré à la figure 2, juste au-delà de la position des éléments représentée à la figure 2A tandis qu'un chambre de travail 35 est ménagée entre les deux rotors ooopérants dans la position illustrée'à la figure 2A.
A ce moment, une ligne de contact s'est établie entre les deux rotors, ainsi que mentionné précédemment, en 10a et une seconde ligne de contact est établie en 36. Ces deux lignes de contacts que présentent les dents se maintiennent entre les deux dents coopérantes à tout moment au oours de leur engrènement. Ces deux lignes de oontaot 10a et 36 sont parallèles aux axes des rotors et elles se déplaoent progressivement dans le sens radial vers l'intérieur du rotor 14 depuis les positions illus- trées à la figure 2A jusqu'à une position située juste en avant '
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de celle représentée à la figure 2. Au cours de ces dépla- cements des dents l'une vers l'autre, il est évident que l'air emprisonné dans la chambre 35 subit une compression et est entraîné radialement vers l'intérieur du rotor 14.
De prêté- ' rence, les dents se rapprochent l'une de l'autre de façon si étroite au point de refoulement qu'elles ne laissent qu'un volume mort sensiblement négligeable.
Pour permettre de refouler cet air dans la chambre de travail, on a prévu un .orifice d'échappement 37 dans oha- que région où les rotors sont les plus proches l'un de l'autre, ces orifices traversant le rotor. 14 jusque la surface inté- rieure de celui-ci et communiquant aveo un orifice fixe d'éohappement 3@ s'étendant sensiblement radialement à travers la paroi de l'élément tubulaire 25 et communiquant avec la partie oentrale creuse de celui-ci, désignée par la notation de référence 25b, qui est reliée à un point extérieur de refou- lement. On peut constater que le refoulement de l'air oompri- mé de la chambre de travail 35 commence dans la position il- lustrée à la figure 2A et se termine dans la position illus- trée à la figure 2.
Suivant le taux de compression désiré, la communica- tion entre les orifices 37 et 38 peut être établie plus tôt ou plus tard qu'illustré aux figures 2 et 2A. En partioulier, ces orifices peuvent être disposés de façon à 8tre en oommuni- cation après qu'une certaine compression se soit produite dans la chambre de travail 35.
Un système de valve est assuré lorsque les orifi- ces 37 et 38 prennent et quittent la position dans laquelle ils sont en registre. D'autres types de valves pourraient être utilisés pour déterminer le moment de refoulement de l'air comprimé.
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Divers profils de dents peuvent être utilisés dans la mise en oeuvre de l'invention. Ainsi qu'on peut le voir à la. figure 2A, la partie A de la dent du rotor 14 est une dévelop- pante de corde,la partie B est un arc circulaire, et la partie C est une oyololde. Dans le rotor 13, la partie A' est une développante, la partie B' est un arc de cercle et la partie 0' est une cycloïde. Les parties B et B' sont des cour-/ bes de centre 39 d@ situé... sur le cercle primitif du rotor 13.
Les parties D et D' sont de très courtes régions cylindriques disposées respectivement sur les cercles primitifs des deux rotors. Les parties A et A' sont dénommées ci-après;les profils d'attaque étant donné qu'ils sont les premiers à assurer le contact. Les parties a et 0' sont dénommées ci- après les profils de fuite. Les profils de fuite mettant en oeuvre les principes de l'invention peuvent Atre des cy- cloïdes, des développantes de cercle ou des arcs de cercle, ou des combinaisons de ces trois courbée, ou d'autres profile non définis par des équations mathématiques simples.
Il est essentiel four le fonctionnement de ce compresseur qu'il y ait un contact continu entre ces surfaces ainsi qu'une vitesse uniforme de chaque rotor assurant ce qui a été défini dans le présent mémoire comme étant une action conjuguée, ainsi qu'un déplacement uniforme ou non-uniforme de la zone d'étan- chéité ou de contact en direction de la zone d'étanchéité des profils de fuite. En ce qui concerne le profil de fuite, , le seul.profil qui agit dans le compresseur décrit est celui qui réalise le premier le contact d'étanchéité à l'intersec- tion 10a de l'enveloppe ou du bottier et du diamètre extérieur au maximum des deux rotors.
Le profil de fuite est dans le cas présent un profil engendré par points ou une cyclolde dans le rotor à passage conditionnel 14. Le profil de fuite
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du rotor 13 est également engendré par points et par consé- quent, il est une tronoholde ou oyololde. Il est à noter que dans la structure qui vient d'être décrite) les dents du rotor 13 sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif et que les dents du rotor 14 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif.
Les orifices 40 sont prévue pour permettre läntroduc- tion d'une suspension d'huile ainsi que cela est usuel dans les compresseurs rotatifs.
Les figures 5 à 8 illustrent de façon quelque peu schématique d'autres vues en coupe de rotors complémentaires mettant en oeuvre les principes de l'invention. Cette forme d'exécut@m n'est en aucun cas exhaustive étant donné que de nombreux rotors peuvent être utilisés pour mettre en oeu- vre les principes de l'invention.
A la figure 5, on a représenté deux rotors identique 41 et 42 en ce qui concerne la forme des dents, ces rotors étant pourvus d'un nombre égal de dents et chaque dent étant partiellement en saillie et partiellement en retrait par rapport au cercle primitif. Les profile d'attaque des dents sont, dans cet exemple, des cycloldes et il est prévu une courte région cylindrique auaai bien à l'extrémité qu'à la base de chaque lobe.
A la figure 6, on a représenté des rotors coopérants
43 et 44 pourvus d'un nombre égal de dents, le rotor 43 étant pourvu de lobes qui sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif et le rotor 44 présente des lobes qui sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Le profil d'attaque dans les deux structures représentées sont, dans ce cas, des cycloldes. Aucun plat n'est représenté à l'extrémité des lobes du rotor 43 bien que ceux-ci pourraient
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en '.être pourvus si on le désirait.
A la figure 7, on a représenté un rotor 45 pourvu de trois lobes et un rotor 46 pourvu de 4 lobes. Les lobes du rotor:., 45 sont uniquement en saillie par rapport au cerole primitif. Les lobes du rotor 46 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Dans le cas présent, les profils d'attaque de chaque rotor sont des développantes de cercle exoepté en ce qui concerne la partie E qui est une tronoholde destinée à empêcher l'interférence avec les dents des lobes du rotor 45.
A la figure 8, le rotor 47 est pourvu de quatre lobes et le rotor 48 en est pourvu de six. Les lobes du rotor 47 sont uniquement en saillie par rapport au cercle primitif tandis que les lobes du rotor 48 sont uniquement en retrait par rapport au cercle primitif. Les bords d'attaque sont, dans les deux cas, des arcs de oerole.
Le fonotionnement de chacune des formes d'exécution illustrées aux figures 5 à 8, est identique à celui déjà décrit. Une admission d'air est prévue en 31', les dents des rotors assurant l'étanohéité aveo l'enveloppe lorsqu'elles se rapprochent chacune du point 10a' de façon à constituer des poches de compression préliminaire , les rotors coopé- rants présentent un contact d'étanohéité à leur diamètre extérieur ou maximum, d'abord au point 10a' de l'enveloppe, deux lignes de contact s'établissant entre les dents ooopé- rantes,
ces contacts étant parallèles aux axes des rotors et les ligne de contact existant entre une paire donnée de dents engrenantes se déplaçant progressivement entre une position de la paire de dents dans laquelle elles sont dis- posées à proximité de la périphérie du rotor à passages conditionnels 42, 44, 46, 48 et une autre position de volume minimum à proximité du cercle de base du rotor à passage
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conditionnel, et l'air comprima est refoulé de la chambre de travail entre les dents engrenantes à travers des passages de refoulement 37' et 38' jusqu'au passage creux central d'un élément tubulaire fixe 25'.
D'autres moyens à orifice d'échappement peuvent être
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prévus toût-er1 cans.axvrn -les autres particularités de l'in- vention, c'est-à-dire, les: particularités autres que celles illustrées aux figures 1, 2 et 2A. Ainsi qu'on peut le voir aux figures 3 et 4, un compresseur conforme aux principes de l'invention comportent des rotors 50 et 51 présentant des profils de dents identiques à ceux des rotors 13 et 14, disposés dans une enveloppe 10', présentant une admission d'air 31' et un point 10a" opposé à l'admission 31" là où les profils des dents coopérantes des rotors 50 et 51 réa- lisent leur premier contact d'étanchéité au diamètre maximum extérieur de chaque rotor ainsi que déorit plue complètement dans la première forme d'exécution de l'invention.
Deux dents coopérantes sont représentées en traits interrompus et délimitent une chambre de travail 35' entre elles. Il est à noter que le rotor 50 peut être monté sur un arbre fixe
52 pourvu de paliers disposés dans la position des paliers 23 et 24 représentée à la figure 1. Dans au moins une des pla- ques d'extrémités 53 qui ferme l'enveloppe 10', il est prévu un orifice fixe de refoulement 54 au point ou les profils des dents des rotors ooopérante réalisent une ohambre de travail d'un volume minimum sensiblement nul. De préférence, un orifice 54 est prévu dans une plaque d'extrémité opposée à la plaque 53 représentée à la figure 4.
A proximité . du pied de chaque dent du rotor 50, il est prévu un passage de refoulement 55 et chacun de ceux-ci s'évase de préférence depuis une position de profondeur minimum sur l'axe 56'du
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rotor 50 juaqu'h une position de profondeur maximum à chaque plaque d'extrémité 53, à l'opposé de l'orifice de refoulement 54. Ainsi qu'il est illustré dans la position en traits interrompus des dents de la figure 3, chaque chambre de travail 35' peut refouler à travers les passages 55 jusque ' un orifice de refoulement 54 lorsque la chambre de travail 35' atteint une position de volume minimum.
En dehors de ce qui vient d'être décrit, la forme d'exécution de compres- seur illustrée aux figures 3 et 4, fonctionne de la marne manière que celle, représentés aux figures 1, 2 et 2A. fois
Chaque/que l'on a utilisé le mot "contact" pour décrire la coopération des dents des rotors complémentaires ou la coopération des dents des rotors et des parois de l'en- veloppe, il faut entendre dans la présente description et dans les revendications annexées, un rapprochement jusqu'à quelques centièmes de centimètre de telle sorte que dans les conditi@ns de Travail, les fuites sont telles qu'elles permettent un fonctionnement commercialement acceptable.
Si on le désire, des moyens peuvent être prévus pour entraîner l'huile hors de l'enveloppe du compresseur, une rainure longitudinale étant illustrée à la partie infé- rieurs de l'enveloppe 10.