CA2596603C - Machine rotative volumetrique avec rotors a profils asymetriques - Google Patents
Machine rotative volumetrique avec rotors a profils asymetriques Download PDFInfo
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Abstract
Machine rotative volumétrique (1) comprenant un boîtier (2) et au moins deux rotors jumelés (3, 4) dits à profils asymétriques, ayant chacun au moins un filet hélicoidal (7) qui a dans une direction radiale à l~axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) consideré et au-dessus de la surface (51) de ce rotor une première dimension prédéterminée (« h »), et d~une part, un premier flanc (9) a une tracé modifié, don~t la position et la machine rotative volumetrique (1) comprenant un boîtier (2) et au moins deux rotors jumelés (3,4) dits à profils asymétriques, ces rotors jumelés (3,4) étant chacun constitué d~un noyau (5) sur lequel fait saillie au moins un filet héliocoidal (7) qui, s~étend au dessus dudit noyau (5) à la manière d~une dent (8), a dans une direction radiale à l~axe longitudinal (6) de celui de rotors jumelés (3,4) considéré et au-dessus de la surface (51) de ce rotor une première dimension prédéterminée (« h »), cette machine étant caractérisée en ce qu~au lieu de comprendre un premier flanc (9) et un deuxième flanc (10) don~t les tracés conventionnels (91) et (101) se raccordent en un premier point (« w ») de manière à former une arête vive a long du filet héliocoidal (7) : - d~une part, ledit premier flanc (9) a un tracé (92), dit tracé modifié (92), don~t la position et la longeur d~arc son prédéterminées de manière telle que ledit tracé modifié (92) de ce premier flanc (9) et le tracé conventionnel (101) du deuxième flanc (10) se raccordent chaun à l~une des extrémités opposées (« B ») et (« C ») d~un court segment de raccordement (12), aui par sa présence tout au long du filet hélicoidal (7) constitue une surface hélicoidale (13) supprimant la présence d~une arête vive, et d~autre part, ledit segment de raccordement (12) a, dans une direction radiale à l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, une deuxième dimension ("L") prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension ("L") sur la première dimension ("h") est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
Description
MACHINE ROTATIVE VOLUMÉTRIQUE AVEC ROTORS A PROFILS
ASYMÉTRIQUES
L'invention se rapporte à un perfectionnement aux machines rotatives volumétriques.
L'invention intéresse les machines rotatives volumétriques destinées à recevoir des fluides compressibles et pouvant être utilisées comme machine de pompage, voire comme machine motrice.
L'invention concerne plus particulièrement mals non Iimitativement les machines qui comprennent un boîtier et au moins deux rotors jumelés, dont 1 o un premier rotor et un deuxième rotor,` lesdits rotors étant montés tournants dans ledit bottier et entraînés dans des sens qui sont opposés l'un par rapport à
l'autre.
Les rotors, sont classiquement constitués par des pièces en formes de vis, c'est-à-dire des pièces comportant un noyau qui porte un ou plusieurs filets dont le pas peut être constant ou variable au long de la dimension longitudinale dudit rotor.
Dans le bottier, les vis forment une série de "sas sans liaisons" pour lesquels les fuites dues aux jeux de fonctionnement ainsi qu'à l'architecture et la géométrie de la machine Influent sur le rendement volumétrique, le rendement
ASYMÉTRIQUES
L'invention se rapporte à un perfectionnement aux machines rotatives volumétriques.
L'invention intéresse les machines rotatives volumétriques destinées à recevoir des fluides compressibles et pouvant être utilisées comme machine de pompage, voire comme machine motrice.
L'invention concerne plus particulièrement mals non Iimitativement les machines qui comprennent un boîtier et au moins deux rotors jumelés, dont 1 o un premier rotor et un deuxième rotor,` lesdits rotors étant montés tournants dans ledit bottier et entraînés dans des sens qui sont opposés l'un par rapport à
l'autre.
Les rotors, sont classiquement constitués par des pièces en formes de vis, c'est-à-dire des pièces comportant un noyau qui porte un ou plusieurs filets dont le pas peut être constant ou variable au long de la dimension longitudinale dudit rotor.
Dans le bottier, les vis forment une série de "sas sans liaisons" pour lesquels les fuites dues aux jeux de fonctionnement ainsi qu'à l'architecture et la géométrie de la machine Influent sur le rendement volumétrique, le rendement
2 o énergétique ainsi que la pression finale obtenue.
Du fait que les rotors engrènent à la manière de roues dentées, on considère que le ou les filets constituent chacun une dent située en saillie sur le noyau central.
Les rotors peuvent être représentés en coupe selon un plan transversal approximativement orthogonal aux axes longitudinaux de leur noyau.
Sur ces coupes, on peut observer la forme de chaque dent et, précisément, noter que le contour extérieur de cette dent est défini par deux flancs opposés dont un premier flanc et un second flanc qui s'étendent chacun entre, . le noyau du rotor considéré, et une partie de la dent qui est située à une distance prédéterminée dudit noyau et au niveau de laquelle lesdits premier flanc et second flanc sont reliés.
On distingue en général, trois catégories de rotors en fonction du 1o profil transversal de la dent ou des dents de ces rotors et, précisément, des rotors à profils transversal dits conjugués, des rotors à profils dits symétriques et des rotors à profils dits asymétriques.
En ce qui concerne l'expression "rotors à profils conjugués", elle caractérise l'emploi de rotors dont les profils des dents diffèrent et, notamment, d'une part, d'un premier rotor équipé d'au moins une dent qui présente un premier flanc convexe et un deuxième flanc convexe et, d'autre part, un deuxième rotor équipé d'au moins une dent qui peut présenter, - un premier flanc concave et un deuxième flanc concave, ou - un premier flanc sur lequel on peut distinguer deux portions consécutives dont une première portion concave et une deuxième portion convexe et un deuxième flanc sur lequel on peut également distinguer deux, portions consécutives dont une troisième portion convexe et une quatrième portion concave.
La fabrication par usinage de ce type de rotors à profils conjugués est relativement aisée et la difficulté essentielle réside dans le calcul des profils.
En ce qui concerne l'expression "rotors à profils dits symétriques", elle caractérise l'emploi de rotors, d'une part, dont le premier flanc et le
Du fait que les rotors engrènent à la manière de roues dentées, on considère que le ou les filets constituent chacun une dent située en saillie sur le noyau central.
Les rotors peuvent être représentés en coupe selon un plan transversal approximativement orthogonal aux axes longitudinaux de leur noyau.
Sur ces coupes, on peut observer la forme de chaque dent et, précisément, noter que le contour extérieur de cette dent est défini par deux flancs opposés dont un premier flanc et un second flanc qui s'étendent chacun entre, . le noyau du rotor considéré, et une partie de la dent qui est située à une distance prédéterminée dudit noyau et au niveau de laquelle lesdits premier flanc et second flanc sont reliés.
On distingue en général, trois catégories de rotors en fonction du 1o profil transversal de la dent ou des dents de ces rotors et, précisément, des rotors à profils transversal dits conjugués, des rotors à profils dits symétriques et des rotors à profils dits asymétriques.
En ce qui concerne l'expression "rotors à profils conjugués", elle caractérise l'emploi de rotors dont les profils des dents diffèrent et, notamment, d'une part, d'un premier rotor équipé d'au moins une dent qui présente un premier flanc convexe et un deuxième flanc convexe et, d'autre part, un deuxième rotor équipé d'au moins une dent qui peut présenter, - un premier flanc concave et un deuxième flanc concave, ou - un premier flanc sur lequel on peut distinguer deux portions consécutives dont une première portion concave et une deuxième portion convexe et un deuxième flanc sur lequel on peut également distinguer deux, portions consécutives dont une troisième portion convexe et une quatrième portion concave.
La fabrication par usinage de ce type de rotors à profils conjugués est relativement aisée et la difficulté essentielle réside dans le calcul des profils.
En ce qui concerne l'expression "rotors à profils dits symétriques", elle caractérise l'emploi de rotors, d'une part, dont le premier flanc et le
3 deuxième flanc de chaque dent sont symétriques par rapport à un axe radial passant par le milieu de la dent et, d'autre part, dont la géométrie du profil est symétrique et similaire pour les deux rotors.
Le calcul des profils et la fabrication par usinage de ce type de rotors à profils symétriques sont aisés, mais l'étanchéité issue de la coopération des rotors dans les zones de têtes de dents (zones supérieures des dents) des rotors est imparfaite ce qui affecte négativement le rendement volumétrique des machines qui les comprennent.
Quant à l'expression "rotors à profils asymétriques", elle caractérise l'emploi d'un premier rotor et d'un deuxième rotor qui ont des profils similaires et dont au moins une dent présente un premier flanc convexe et un deuxième flanc concave DE-A-686298, GB A 112104, la concavité et la convexité étant accentuées au point que la dent affecte une forme courbe.
Les machines qui comprennent des rotors de ce type se caractérisent par leurs excellentes performances en termes de rendement volumétrique et de pression finale obtenue.
On reproche à ce type de rotor que leur fabrication par usinage soit rendue délicate du fait de la présence d'une singularité en forme d'angle aigu qui est située en tête de dent du flanc concave.
Les performances des machines qui mettent en oeuvre des rotors à
profils asymétriques sont fortement liées, d'une part, à la finesse avec laquelle la singularité géométrique précitée est usinée et, d'autre part, ,à la manière dont les rotors sont assemblés et réglés en vue d'obtenir un jeu de fonctionnement prédéterminé.
Des machines mettant en oeuvre des rotors à profils asymétriques et à pas variable WO-A 02/08609, permettent d'ailleurs d'obtenir de très bonnes performances, mais les tolérances de fabrication et de montage sont très contraignantes.
Le calcul des profils et la fabrication par usinage de ce type de rotors à profils symétriques sont aisés, mais l'étanchéité issue de la coopération des rotors dans les zones de têtes de dents (zones supérieures des dents) des rotors est imparfaite ce qui affecte négativement le rendement volumétrique des machines qui les comprennent.
Quant à l'expression "rotors à profils asymétriques", elle caractérise l'emploi d'un premier rotor et d'un deuxième rotor qui ont des profils similaires et dont au moins une dent présente un premier flanc convexe et un deuxième flanc concave DE-A-686298, GB A 112104, la concavité et la convexité étant accentuées au point que la dent affecte une forme courbe.
Les machines qui comprennent des rotors de ce type se caractérisent par leurs excellentes performances en termes de rendement volumétrique et de pression finale obtenue.
On reproche à ce type de rotor que leur fabrication par usinage soit rendue délicate du fait de la présence d'une singularité en forme d'angle aigu qui est située en tête de dent du flanc concave.
Les performances des machines qui mettent en oeuvre des rotors à
profils asymétriques sont fortement liées, d'une part, à la finesse avec laquelle la singularité géométrique précitée est usinée et, d'autre part, ,à la manière dont les rotors sont assemblés et réglés en vue d'obtenir un jeu de fonctionnement prédéterminé.
Des machines mettant en oeuvre des rotors à profils asymétriques et à pas variable WO-A 02/08609, permettent d'ailleurs d'obtenir de très bonnes performances, mais les tolérances de fabrication et de montage sont très contraignantes.
4 On concevra sans peine qu'il n'est pas possible de garantir que l'arrête vive située en tête de flanc concave soit uniformément usinée au long de l'arête, si bien qu'en pratique une arête vive située en tête de flanc concave présente donc des défauts de régularité.
Ces défauts d'usinage se traduisent par des irrégularités du jeu de fonctionnement présent entre deux flancs concaves lorsqu'ils coopèrent au long de la vis et des fuites, bien que localisées viennent détériorer les performances de la machine.
De plus, l'arrête de tête du flanc concave est très sensible à
l'abrasion et le fluide qui transite dans la machine peut entraîner une usure par abrasion qui détériore rapidement les performances de la machine.
L'invention concerne précisément les machines rotatives volumétriques dont les rotors sont dits à profils asymétriques et un résultat que l'invention vise à obtenir est une machine qui tout en étant d'une fabrication moins contraignante n'a pas pour autant des performances réduites.
Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est une machine dont les performances sont maintenues dans le temps.
A cet effet, l'invention a, selon un mode de réalisation préféré, pour objet une machine rotative volumétrique comprenant un boîtier et au moins deux rotors 2 0 jumelés dits à profils asymétriques, dont un premier rotor et un deuxième rotor, lesdits rotors jumelés étant montés tournants dans le boîtier et entraînés en rotation autour de leur axe longitudinal, ces rotors jumelés étant chacun constitué d'un noyau sur lequel fait saillie au moins un filet hélicoïdal qui, observé dans une vue en coupe transversale de celui des rotors jumelés considéré, s'étend au-dessus dudit noyau à la manière d'une dent, laquelle dent, 4a a dans une direction radiale à l'axe longitudinal de celui des rotors jumelés considéré et au-dessus de la surface de ce rotor une première dimension prédéterminée, comprend un premier flanc de forme concave et un deuxième flanc de forme convexe qui se raccordent au niveau d'une partie supérieure de la dent, ledit premier flanc ayant une forme d'arc d'épicycloïde, cette machine étant caractérisée en ce qu'au lieu de comprendre un premier flanc et un deuxième flanc dont les tracés conventionnels et se raccordent en un premier point de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal:
- d'une part, ledit premier flanc a un tracé, dit tracé modifié, dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé
modifié de ce premier flanc et le tracé conventionnel du deuxième flanc se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées et d'un court segment, dit segment de raccordement, qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal constitue une surface hélicoïdale, dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive, - d'autre part, ledit segment de raccordement a, dans une direction radiale à
l'axe longitudinal de celui des rotors jumelés considéré, une deuxième dimension prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension sur la première dimension est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
2 o L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :
- figure 1 : en vue de dessus, deux rotors jumelés, chacun avec un filet à pas constant, - figure 2: une vue en coupe du jeu de rotors jumelés de la figure 1, selon un plan radial aux deux rotors, - figure 3 : à plus grande échelle, l'un quelconque des rotors jumelés de la figure 1, vu en coupe selon un plan radial, - figure 4: à plus grande échelle, un détail de la figure 3, - figure 5 : une section de l'engrènement des rotors de la figure 1
Ces défauts d'usinage se traduisent par des irrégularités du jeu de fonctionnement présent entre deux flancs concaves lorsqu'ils coopèrent au long de la vis et des fuites, bien que localisées viennent détériorer les performances de la machine.
De plus, l'arrête de tête du flanc concave est très sensible à
l'abrasion et le fluide qui transite dans la machine peut entraîner une usure par abrasion qui détériore rapidement les performances de la machine.
L'invention concerne précisément les machines rotatives volumétriques dont les rotors sont dits à profils asymétriques et un résultat que l'invention vise à obtenir est une machine qui tout en étant d'une fabrication moins contraignante n'a pas pour autant des performances réduites.
Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est une machine dont les performances sont maintenues dans le temps.
A cet effet, l'invention a, selon un mode de réalisation préféré, pour objet une machine rotative volumétrique comprenant un boîtier et au moins deux rotors 2 0 jumelés dits à profils asymétriques, dont un premier rotor et un deuxième rotor, lesdits rotors jumelés étant montés tournants dans le boîtier et entraînés en rotation autour de leur axe longitudinal, ces rotors jumelés étant chacun constitué d'un noyau sur lequel fait saillie au moins un filet hélicoïdal qui, observé dans une vue en coupe transversale de celui des rotors jumelés considéré, s'étend au-dessus dudit noyau à la manière d'une dent, laquelle dent, 4a a dans une direction radiale à l'axe longitudinal de celui des rotors jumelés considéré et au-dessus de la surface de ce rotor une première dimension prédéterminée, comprend un premier flanc de forme concave et un deuxième flanc de forme convexe qui se raccordent au niveau d'une partie supérieure de la dent, ledit premier flanc ayant une forme d'arc d'épicycloïde, cette machine étant caractérisée en ce qu'au lieu de comprendre un premier flanc et un deuxième flanc dont les tracés conventionnels et se raccordent en un premier point de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal:
- d'une part, ledit premier flanc a un tracé, dit tracé modifié, dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé
modifié de ce premier flanc et le tracé conventionnel du deuxième flanc se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées et d'un court segment, dit segment de raccordement, qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal constitue une surface hélicoïdale, dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive, - d'autre part, ledit segment de raccordement a, dans une direction radiale à
l'axe longitudinal de celui des rotors jumelés considéré, une deuxième dimension prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension sur la première dimension est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
2 o L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :
- figure 1 : en vue de dessus, deux rotors jumelés, chacun avec un filet à pas constant, - figure 2: une vue en coupe du jeu de rotors jumelés de la figure 1, selon un plan radial aux deux rotors, - figure 3 : à plus grande échelle, l'un quelconque des rotors jumelés de la figure 1, vu en coupe selon un plan radial, - figure 4: à plus grande échelle, un détail de la figure 3, - figure 5 : une section de l'engrènement des rotors de la figure 1
5 dans le plan V-V indiqué sur ladite figure 1, - figure 6 : une section de l'engrènement des rotors de la figure 1 dans le plan VI-VI indiqué sur ladite figure 1, - figure 7 : une section de l'engrènement des rotors de la figure 1 dans le plan VII-VII indiqué sur ladite figure 1, - figure 8 : une section de l'engrènement des rotors de la figure 1 dans le plan légèrement décalé par rapport au plan V -V indiqué sur ladite figure - figure 9 : à grande échelle, un détail d'un des rotors de la figure 1 dans le plan IX-IX indiqué sur ladite figure 1, - figure 10 : en vue de dessus, deux rotors jumelés, chacun avec un filet à pas variable, - figure 11 : une vue en coupe du jeu de rotors jumelés de la figure 10, selon un plan radial aux deux rotors, - figure 12 : en vue de dessus, deux rotors jumelés, chacun avec deux filets à pas variable, - figure 13 : une vue en coupe du jeu de rotors jumelés de la figure 12, selon un plan radial aux deux rotors.
En se reportant au dessin, on voit une machine rotative volumétrique 1 comprenant un boîtier 2 et au moins deux rotors jumelés 3, 4 dits à profils
En se reportant au dessin, on voit une machine rotative volumétrique 1 comprenant un boîtier 2 et au moins deux rotors jumelés 3, 4 dits à profils
6 asymétriques, dont un premier rotor 3 et un deuxième rotor 4, lesdits rotors jumelés 3, 4 étant montés tournants dans le boîtier 2 et entraînés en rotation autour de leur axe longitudinal 6.
De manière préférentielle, mais non limitative, les axes longitudinaux 6 des rotors jumelés 3, 4 sont parallèles.
Les rotors jumelés 3, 4 sont chacun constitué d'un noyau 5 sur lequel fait saillie au moins un filet hélicoïdal 7 qui, observé dans une vue en coupe transversale de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, s'étend au dessus dudit noyau 5 à la manière d'une dent 8, laquelle dent 8, . a dans une direction radiale à l'axe longitudinal 6 de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré et au dessus de la surface 51 de ce rotor une première dimension prédéterminée "h", . comprend un premier flanc 9 de forme concave et un deuxième flanc 10 de forme convexe qui se raccordent au niveau d'une partie supérieure 11 de la dent 8, ledit premier flanc 9 ayant une forme d'arc d'épicycloïde.
Les rotors jumelés 3, 4 peuvent être de type à pas constant ou de type à pas variable.
De manière remarquable, au lieu de comprendre un premier flanc 9 et un deuxième flanc 10 dont les tracés conventionnels 91 et 101 se raccordent en un premier point "W" de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal 7:
- d'une part, ledit premier flanc 9 a un tracé 92, dit tracé modifié 92, dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé modifié 92 de ce premier flanc 9 et le tracé conventionnel 101 du deuxième flanc 10 se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées "B" et "C" d'un court segment, dit segment de raccordement 12, qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal 7 constitue une surface hélicoïdale 13, dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive,
De manière préférentielle, mais non limitative, les axes longitudinaux 6 des rotors jumelés 3, 4 sont parallèles.
Les rotors jumelés 3, 4 sont chacun constitué d'un noyau 5 sur lequel fait saillie au moins un filet hélicoïdal 7 qui, observé dans une vue en coupe transversale de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, s'étend au dessus dudit noyau 5 à la manière d'une dent 8, laquelle dent 8, . a dans une direction radiale à l'axe longitudinal 6 de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré et au dessus de la surface 51 de ce rotor une première dimension prédéterminée "h", . comprend un premier flanc 9 de forme concave et un deuxième flanc 10 de forme convexe qui se raccordent au niveau d'une partie supérieure 11 de la dent 8, ledit premier flanc 9 ayant une forme d'arc d'épicycloïde.
Les rotors jumelés 3, 4 peuvent être de type à pas constant ou de type à pas variable.
De manière remarquable, au lieu de comprendre un premier flanc 9 et un deuxième flanc 10 dont les tracés conventionnels 91 et 101 se raccordent en un premier point "W" de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal 7:
- d'une part, ledit premier flanc 9 a un tracé 92, dit tracé modifié 92, dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé modifié 92 de ce premier flanc 9 et le tracé conventionnel 101 du deuxième flanc 10 se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées "B" et "C" d'un court segment, dit segment de raccordement 12, qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal 7 constitue une surface hélicoïdale 13, dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive,
7 - d'autre part, ledit segment de raccordement 12 a, dans une direction radiale à l'axe longitudinal 6 de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, une deuxième dimension "L" prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension "L" sur la première dimension "h" est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
Lorsque chaque dent des rotors jumelés 3, 4 est définie par un premier flanc 9 et un deuxième flanc 10 qui sont raccordés à une surface extérieure 14 de profil sensiblement cylindrique de demi diamètre extérieur "Ra", au lieu que cette surface extérieure 14 se raccorde au tracé du premier 1o flanc 9 en un premier point "W" de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal 7, la surface extérieure 14 se raccorde au tracé dudit premier flanc 9 par le segment de raccordement 12.
De préférence, le rapport de la deuxième dimension "L" sur la première dimension "h" est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième), lorsque les rotors jumelés 3, 4 ont un diamètre compris entre cinquante millimètres (50 mm) et trois cent cinquante millimètres (350 mm).
De manière également remarquable :
- le tracé conventionnel 91 du premier flanc 9 et le cercle, dit cercle d'enveloppe "F" qui circonscrit celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, ont un point d'intersection "W", dit premier point "W", situé sur une première droite "Dl" qui passe par un deuxième point "O" situé sur l'axe longitudinal 6 de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, - le tracé modifié 92 du premier flanc 9 et le cercle "F" ont un point d'intersection "Z", dit troisième point "Z", situé sur une deuxième droite "D2" qui passe par le deuxième point "O" et forme avec la première droite "Dl" un premier angle Alfa dont la valeur peut être approchée par calcul selon la première équation,
Lorsque chaque dent des rotors jumelés 3, 4 est définie par un premier flanc 9 et un deuxième flanc 10 qui sont raccordés à une surface extérieure 14 de profil sensiblement cylindrique de demi diamètre extérieur "Ra", au lieu que cette surface extérieure 14 se raccorde au tracé du premier 1o flanc 9 en un premier point "W" de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal 7, la surface extérieure 14 se raccorde au tracé dudit premier flanc 9 par le segment de raccordement 12.
De préférence, le rapport de la deuxième dimension "L" sur la première dimension "h" est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième), lorsque les rotors jumelés 3, 4 ont un diamètre compris entre cinquante millimètres (50 mm) et trois cent cinquante millimètres (350 mm).
De manière également remarquable :
- le tracé conventionnel 91 du premier flanc 9 et le cercle, dit cercle d'enveloppe "F" qui circonscrit celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, ont un point d'intersection "W", dit premier point "W", situé sur une première droite "Dl" qui passe par un deuxième point "O" situé sur l'axe longitudinal 6 de celui des rotors jumelés 3, 4 considéré, - le tracé modifié 92 du premier flanc 9 et le cercle "F" ont un point d'intersection "Z", dit troisième point "Z", situé sur une deuxième droite "D2" qui passe par le deuxième point "O" et forme avec la première droite "Dl" un premier angle Alfa dont la valeur peut être approchée par calcul selon la première équation,
8 PCT/EP2005/050692 Arecos r-LZ(L-2Ra)a+H2(LZ-2LRa+2Ra2) 2H2Ra (-L+ Ra) avec les valeurs des paramètres, . "Ra" qui représente le demi-diamètre extérieur de celui des rotors jumelés 3,4 qui est considéré, . "L" qui représente l'amplitude du segment de raccordement 12 dans une direction radiale à celui des rotors jumelés considéré, la valeur de l'amplitude correspondant à la différence entre le demi diamètre extérieur "Ra"
et la valeur d'un rayon "Rp" qui sépare l'axe longitudinal 6 du noyau 5 d'un point lo du segment de raccordement 12 qui est le plus proche de cet axe longitudinal 6, "H" qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés 3, 4.
Le tracé modifié 92 du premier flanc 9 et la surface extérieure 51 du noyau 5 se raccordent en un point "A".
De manière encore remarquable, le segment de raccordement 12 est incliné par rapport à la première droite "Dl" d'un deuxième angle Bêta dont la valeur peut être approchée par calcul selon la deuxième l'équation, Arc Cosinus (H / (2Ra)) avec :
- "H" qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés 3, 4, et - "Ra" qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés 3, 4 qui est considéré.
et la valeur d'un rayon "Rp" qui sépare l'axe longitudinal 6 du noyau 5 d'un point lo du segment de raccordement 12 qui est le plus proche de cet axe longitudinal 6, "H" qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés 3, 4.
Le tracé modifié 92 du premier flanc 9 et la surface extérieure 51 du noyau 5 se raccordent en un point "A".
De manière encore remarquable, le segment de raccordement 12 est incliné par rapport à la première droite "Dl" d'un deuxième angle Bêta dont la valeur peut être approchée par calcul selon la deuxième l'équation, Arc Cosinus (H / (2Ra)) avec :
- "H" qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés 3, 4, et - "Ra" qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés 3, 4 qui est considéré.
9 Pratiquement, la position du tracé modifié 92 du premier flanc 9 peut être ajustée en opérant une oscillation du support du tracé conventionnel 91 dudit premier flanc 9, d'un premier angle Alfa autour du point O.
Le segment de raccordement 12 est incliné par rapport à la première droite "Dl" d'un deuxième angle Bêta, ce deuxième angle étant ajusté de manière telle que tout au long des filets hélicoïdaux 7 des rotors jumelés 3, 4, chaque surface hélicoïdale 13 qui se raccorde à un premier flanc 9 d'un des rotors jumelés 3, 4 puisse s'étendre sensiblement parallèlement au moins à une zone du premier flanc 9 de l'autre des rotors jumelés 3, 4, qui jouxte le segment 1o de raccordement 12 de cet autre rotor.
Une machine conforme à l'invention présente, en lieu et place de l'arrête vive conventionnelle, une surface hélicoïdale 13 constituée par un méplat.
Un tel méplat peut être, notamment au moyen d'outils conventionnels, facilement et précisément usiné ce qui garantit des fuites moindres qu'avec une arête vive.
La dispersion des performances par rapport aux tolérances d'usinage et de montage sera donc nettement moindre, tout en apportant une simplification de l'usinage des rotors jumelés et la possibilité d'augmenter les jeux de fonctionnement de la machine sans dégradation des performances.
Avantageusement, la surface hélicoïdale 13 obtenue grâce à la présence du méplat reste une surface réglée, et ce, que le pas des rotors soit constant ou variable.
En ce qui concerne le méplat, il est également souhaitable que sa longueur reste petite vis à vis de la hauteur de dent, pour éviter l'apparition d'une fuite localisée (expression plus connue sous le terme allemand de "Blasloch") qui seraient de nature à dégrader les performances du système (figures 7 et 8).
A titre d'exemples illustratifs, pour :
- un rayon "Ra" de 65 mm (soixante cinq millimètres) et une hauteur de dent "h" de 30 mm (trente millimètres), on a une largeur "L" de méplat 12 de 1 mm (un millimètre), 5 - un rayon "Ra" de 105 mm (cent cinq millimètres) et une hauteur de dent "h" de 60 mm (soixante millimètres), on a une largeur "L" de méplat 12 de 1,5 mm (un virgule cinq millimètre), - un rayon "Ra" de 130 mm (cent trente millimètres) et une hauteur de dent "h" de 75 mm (soixante quinze millimètres), on a une largeur "L" de le méplat 12 de 2 mm (deux millimètres).
Sur les dessins, en figures 7 et 8, la fuite localisée a été symbolisée par une simple flèche non repérée.
Il faut noter que les dimensions, angles et profils précités sont définis au jeu de fonctionnement près.
Il faut également noter que les caractéristiques annoncées sont applicables à des machines qui comprennent plus de deux rotors.
Le fait que les rotors soient de mêmes diamètres, de diamètres distincts, voire aient chacun différents diamètres selon leur dimension longitudinale reste compatible avec la présente invention.
Le segment de raccordement 12 est incliné par rapport à la première droite "Dl" d'un deuxième angle Bêta, ce deuxième angle étant ajusté de manière telle que tout au long des filets hélicoïdaux 7 des rotors jumelés 3, 4, chaque surface hélicoïdale 13 qui se raccorde à un premier flanc 9 d'un des rotors jumelés 3, 4 puisse s'étendre sensiblement parallèlement au moins à une zone du premier flanc 9 de l'autre des rotors jumelés 3, 4, qui jouxte le segment 1o de raccordement 12 de cet autre rotor.
Une machine conforme à l'invention présente, en lieu et place de l'arrête vive conventionnelle, une surface hélicoïdale 13 constituée par un méplat.
Un tel méplat peut être, notamment au moyen d'outils conventionnels, facilement et précisément usiné ce qui garantit des fuites moindres qu'avec une arête vive.
La dispersion des performances par rapport aux tolérances d'usinage et de montage sera donc nettement moindre, tout en apportant une simplification de l'usinage des rotors jumelés et la possibilité d'augmenter les jeux de fonctionnement de la machine sans dégradation des performances.
Avantageusement, la surface hélicoïdale 13 obtenue grâce à la présence du méplat reste une surface réglée, et ce, que le pas des rotors soit constant ou variable.
En ce qui concerne le méplat, il est également souhaitable que sa longueur reste petite vis à vis de la hauteur de dent, pour éviter l'apparition d'une fuite localisée (expression plus connue sous le terme allemand de "Blasloch") qui seraient de nature à dégrader les performances du système (figures 7 et 8).
A titre d'exemples illustratifs, pour :
- un rayon "Ra" de 65 mm (soixante cinq millimètres) et une hauteur de dent "h" de 30 mm (trente millimètres), on a une largeur "L" de méplat 12 de 1 mm (un millimètre), 5 - un rayon "Ra" de 105 mm (cent cinq millimètres) et une hauteur de dent "h" de 60 mm (soixante millimètres), on a une largeur "L" de méplat 12 de 1,5 mm (un virgule cinq millimètre), - un rayon "Ra" de 130 mm (cent trente millimètres) et une hauteur de dent "h" de 75 mm (soixante quinze millimètres), on a une largeur "L" de le méplat 12 de 2 mm (deux millimètres).
Sur les dessins, en figures 7 et 8, la fuite localisée a été symbolisée par une simple flèche non repérée.
Il faut noter que les dimensions, angles et profils précités sont définis au jeu de fonctionnement près.
Il faut également noter que les caractéristiques annoncées sont applicables à des machines qui comprennent plus de deux rotors.
Le fait que les rotors soient de mêmes diamètres, de diamètres distincts, voire aient chacun différents diamètres selon leur dimension longitudinale reste compatible avec la présente invention.
Claims (6)
1. Machine rotative volumétrique (1) comprenant un boîtier (2) et au moins deux rotors jumelés (3, 4) dits à profils asymétriques, dont un premier rotor (3) et un deuxième rotor (4), lesdits rotors jumelés (3, 4) étant montés tournants dans le boîtier (2) et entraînés en rotation autour de leur axe longitudinal (6), .cndot. ces rotors jumelés (3, 4) étant chacun constitué d'un noyau (5) sur lequel fait saillie au moins un filet hélicoïdal (7) qui, observé dans une vue en coupe transversale de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, s'étend au-dessus dudit noyau (5) à la manière d'une dent (8), laquelle dent (8), .cndot. a dans une direction radiale à l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré et au-dessus de la surface (51) de ce rotor une première dimension prédéterminée ("h"), .cndot. comprend un premier flanc (9) de forme concave et un deuxième flanc (10) de forme convexe qui se raccordent au niveau d'une partie supérieure (11) de la dent (8), ledit premier flanc (9) ayant une forme d'arc d'épicycloïde, cette machine étant caractérisée en ce qu'au lieu de comprendre un premier flanc (9) et un deuxième flanc (10) dont les tracés conventionnels (91) et (101) se raccordent en un premier point ("W") de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal (7) :
- d'une part, ledit premier flanc (9) a un tracé (92), dit tracé modifié
(92), dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé modifié (92) de ce premier flanc (9) et le tracé conventionnel (101) du deuxième flanc (10) se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées ("B") et ("C") d'un court segment, dit segment de raccordement (12), qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal (7) constitue une surface hélicoïdale (13), dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive, - d'autre part, ledit segment de raccordement (12) a, dans une direction radiale à l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, une deuxième dimension ("L") prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension ("L") sur la première dimension ("h") est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
- d'une part, ledit premier flanc (9) a un tracé (92), dit tracé modifié
(92), dont la position et la longueur d'arc sont prédéterminées de manière telle que ledit tracé modifié (92) de ce premier flanc (9) et le tracé conventionnel (101) du deuxième flanc (10) se raccordent chacun à l'une des extrémités opposées ("B") et ("C") d'un court segment, dit segment de raccordement (12), qui par sa présence tout au long du filet hélicoïdal (7) constitue une surface hélicoïdale (13), dite méplat, supprimant la présence d'une arête vive, - d'autre part, ledit segment de raccordement (12) a, dans une direction radiale à l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, une deuxième dimension ("L") prédéterminée, telle que le rapport de la deuxième dimension ("L") sur la première dimension ("h") est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième).
2. Machine selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsque chaque dent (8) des rotors jumelés (3, 4) est définie par un premier flanc (9) et un deuxième flanc (10) qui sont raccordés à une surface extérieure (14) de profil sensiblement cylindrique de demi diamètre extérieur ("Ra"), au lieu que cette surface extérieure (14) se raccorde au tracé du premier flanc (9) en un premier point ("W") de manière à former une arête vive au long du filet hélicoïdal (7), la surface extérieure (14) se raccorde au tracé dudit premier flanc (9) par le segment de raccordement (12).
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, le rapport de la deuxième dimension ("L") sur la première dimension ("h") est compris entre 0,005 et 0,1 (cinq millièmes et un dixième), lorsque les rotors jumelés (3, 4) ont un diamètre compris entre cinquante millimètres (50 mm) et trois cent cinquante millimètres (350 mm).
4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le segment de raccordement (12) est incliné par rapport à la première droite ("D1") d'un deuxième angle Bêta, ce deuxième angle étant ajusté de manière telle que tout au long des filets hélicoïdaux (7) des rotors jumelés (3, 4), chaque surface hélicoïdale (13) qui se raccorde à un premier flanc (9) d'un des rotors jumelés (3, 4) puisse s'étendre sensiblement parallèlement au moins à une zone du premier flanc (9) de l'autre des rotors jumelés (3, 4), qui jouxte le segment de raccordement (12) de cet autre rotor.
5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le segment de raccordement (12) est incliné par rapport à la première droite ("D1") d'un deuxième angle Bêta dont la valeur peut être approchée par calcul selon la deuxième l'équation, Arc Cosinus (H / (2 Ra)) avec :
- ("H") qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés (3, 4), et - ("Ra") qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés (3, 4) qui est considéré.
- ("H") qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés (3, 4), et - ("Ra") qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés (3, 4) qui est considéré.
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que:
- le tracé conventionnel (91) du premier flanc (9) et le cercle, dit cercle d'enveloppe ("F") qui circonscrit celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, ont un point d'intersection ("W"), dit premier point ("W"), situé sur une première droite ("D1") qui passe par un deuxième point ("O") situé sur l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, - le tracé modifié (92) du premier flanc (9) et le cercle ("F") ont un point d'intersection ("Z"), dit troisième point ("Z"), situé sur une deuxième droite ("D2") qui passe par le deuxième point ("O") et forme avec la première droite ("D1") un premier angle Alfa dont la valeur peut être approchée par calcul selon la première équation, avec les valeurs des paramètres, .cndot.("Ra") qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés (3, 4) qui est considéré, .cndot.("L") qui représente l'amplitude du segment de raccordement (12) dans une direction radiale à celui des rotors jumelés considéré, la valeur de l'amplitude correspondant à la différence entre le demi diamètre extérieur ("Ra") et la valeur d'un rayon ("Rp") qui sépare l'axe longitudinal (6) du noyau (5) d'un point du segment de raccordement (12) qui est le plus proche de cet axe longitudinal (6), .cndot.("H") qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés (3, 4).
- le tracé conventionnel (91) du premier flanc (9) et le cercle, dit cercle d'enveloppe ("F") qui circonscrit celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, ont un point d'intersection ("W"), dit premier point ("W"), situé sur une première droite ("D1") qui passe par un deuxième point ("O") situé sur l'axe longitudinal (6) de celui des rotors jumelés (3, 4) considéré, - le tracé modifié (92) du premier flanc (9) et le cercle ("F") ont un point d'intersection ("Z"), dit troisième point ("Z"), situé sur une deuxième droite ("D2") qui passe par le deuxième point ("O") et forme avec la première droite ("D1") un premier angle Alfa dont la valeur peut être approchée par calcul selon la première équation, avec les valeurs des paramètres, .cndot.("Ra") qui représente le demi diamètre extérieur de celui des rotors jumelés (3, 4) qui est considéré, .cndot.("L") qui représente l'amplitude du segment de raccordement (12) dans une direction radiale à celui des rotors jumelés considéré, la valeur de l'amplitude correspondant à la différence entre le demi diamètre extérieur ("Ra") et la valeur d'un rayon ("Rp") qui sépare l'axe longitudinal (6) du noyau (5) d'un point du segment de raccordement (12) qui est le plus proche de cet axe longitudinal (6), .cndot.("H") qui représente l'entraxe entre les rotors jumelés (3, 4).
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