CA1338464C

CA1338464C - Machine rotative a deplacement non positif, utilisable comme pompe, compresseur, propulseur, generateur ou turbine motrice

Info

Publication number: CA1338464C
Application number: CA000595359A
Authority: CA
Inventors: Pierre Carrouset
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: CN1038686A; DE68903773D1; FR2629142A1; AU636292B2; ES2037974T3; ATE83298T1; EP0334737A1; DE68903773T2; WO1989009342A1; JPH03503437A; AU3295289A; US5139391A; GR3007266T3; JP2578232B2; RU2013662C1; EP0334737B1; EP0408618A1; CN1022505C

Abstract

Machine rotative à déplacement non positif utilisable comme pompe, compresseur, propulseur, générateur, ou turbine motrice, du type comportant au moins une aube enroulée en spirale creuse et au moins une pale située autour de l'axe de rotation de la dite machine, contenues dans une enveloppe circulaire entourant extérieurement le rotor, comprenant: la dite pale (11) que recoit sur l'avant de son bord extérieur la dite aube (12) progressant toutes deux avec un pas différent mais simultanément tant diamétralement (15) que longitudinalement (13) vis à vis de l'axe de rotation, et l'enveloppe circulaire (14) placée en amont du rotor (10) comportant des éléments de compression du fliude, de sorte à ce que le dit fluide soit entrainé d'abord par les aubes du rotor (10) en un flux périphérique contenu et comprimé par l'enveloppe circulaire forçant l'entrée de fluide et canalisé ensuite par les pales (11) du rotor (10) en un flux central.

Description

~_ -1- 1 338464 MACHINE ROTATIVE A DÉPLACEMENT NON POSITIF UTILISABLE COMME
POMPE, COMPRESSEUR, PROPULSEUR, OU TURBINE MOTRICE
La présente invention concerne les m~rhines qui employent l'énergie cinétique et la force centrifuge pour effectuer des transferts entre des quantités de travail et les fluides et vice versa.
Les matériels connus par exemple, hélices, turbines centrifuges, hélico-centrifuges, etc.. rencontrent des difficultés notoires quant à la préhension des fluides dès que l'on approche de conditions extrêmes, notamment dans le cas d'~llgment~tion importante des vilesses de rotation. Le terme NPSH requis "Net Positive Suction Head" = pression absolue l,,i~-illllllll à l'aspiration défini~s~nt les limites d'utilisation des pompes, illustre bien l'obstacle lencolllré. L'emploi de la vis d'Archimède à
diamètre croissant, bien connu depuis Léonard de Vinci, est sous forme de tire bouchon de gavage, le remède le plus connu pour éviter la cavitation des liquides, ou la détente exagérée des gaz à l'admission.
La m~rhine objet de la présente invention permet d"atténuer ces inconvénients grâce à:
- l'introduction directe du fluide par l'intérieur d'une vis d'Archimède à
diamètre croissant formant rotor, - à la présence obligatoire d'une enveloppe circulaire antagoniste et qui guide et colll~lillle les veines de fluide vers le dit rotor, - enfin à un meilleur aérodyn~mi~me des bords d'attaque des éléments d'amenée et de guidage, permis par le nouveau circuit du fluide.
Elle est du type comportant au moins une aube enroulée en spirale creuse et au moins une pale située autour de l'axe de rotation de la dite m~rhin~, contenues dans une enveloppe circulaire entourant extérieurement le rotor de manière à former une entrée d'amenée du fluide et à s'opposer à sa fuite et selon une première caractéristique cette m~rhine comprend, - un rotor comportant au moins une pale située autour de son axe de rotation, recevant sur l'avant de son bord extérieur au moins une aube enroulée en spirale creuse progressant toutes deux avec un pas dirréfelll mais simultanément tant diamètralement que longit~rlin~lement vis à vis de l'axe de rotation, - une enveloppe circulaire placée en amont du rotor comportant des éléments de colllpression du fluide, de manière à former une entrée d'amenée du fluide à s'opposer à sa fuite et à le co~.~p.;..~er, le dit fluide étant ensuite entraîné d'une part par les aubes du rotor en un flux périphérique et canalisé d'autre part les pales du rotor en un flux central.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention: *

-2- 1 3 3 84 ~4 Le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes est délimité latéralement de part et d'autre de son axe de symétrie par un segment plan sensiblement parallèle à l'axe ou légèrement conique, vers l'arrière du rotor, et prolongé ensuite par un segment collvergea~ll vers l'avant du rotor.
A sa n~ nce au plus près de l'axe chaque pale se confond avec une aube, puis celles-ci voyagent moment~nément ensemble.
Le pas des aubes ~limin~e en s'éloignant de l'axe.
Les pales présentent un bord périphérique recourbé dans le sens de rotation du rotor et les aubes ont d'une part, leur bord d'attaque extérieur qui s'incline vers l'arrière du rotor sous forme de bec pour améliorer la pénétration du flux périphérique du fluide et d'autre part, ont leur bord intérieur recourbé également vers l'arrière du rotor en forme de bec pour favoriser la transformation du flux périphérique en flux central.
Le rotor peut comporter des pales limitées aux espaces interaubes dont le bord avant s'étend radialement et sur une portion de circonférence entre les aubes, dans un espace compris entre la base et le sommet de celle-ci, afin de c~n~ er vers l'arrière le flux périphérique du fluide.
La partie rayonnante de l'aube peut s'atténuer ou disparaître au niveau de l'avant du prolongement de la pale et recroît ou renaît ensuite pour aller se raccorder à la pale suivante.
L'intérieur des pales peut être solidarisé à l'arbre du rotor dont le diamètre va en s'évasant le long de son axe, afin de former une turbine fermée ou semi-ouverte.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor et génèrent une turbine centrifuge dont l'extrémité
des pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente au niveau de la sortie de la turbine une surface arrière inclinée vis à vis de l'axe de rotation.
Selon une première variante de réalisation de la m~rhine selon l'invention l'enveloppe circulaire qui entoure extérieurement le rotor, est statique et définit une entrée axiale du flux vers le rotor, et est solidaire intérieurement à au moins une lame qui imprime ensuite une orientation périphérique au flux du fluide. L'entrée axiale est par exemple solidarisée aux éléments apportant le fluide par une bride.
Selon une deuxième variante, l'enveloppe circulaire est rotative, entraînée par exemple par un arbre lla~elsalll le rotor et entoure extérieurement le rotor et, définit une entrée hélicoïdale pourvue intérieurement d'au moins une lame vrillée, qui oblige,

-3 -par l'énergie cinétique ainsi délivrée et par la forme fuyante de la dite ou des dites lames int~rn~s, à générer un flux périphérique circulaire de fluide se raccordant au flux périphérique du rotor.
Selon une troisième variante l'enveloppe circulaire comporte en outre de l'entrée axiale fixe, un impulseur rotatif entraîné par exemple par un arbre traversant le rotor, pourvu de pales supportant des aubes enroulées en spirales et dont l'intérieur épouse le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes du rotor, les pales étant limitées aux espaces interaubes avec un bord avant s'étendant radialement et sur une portion de circonférence entre les dites aubes dans un espace compris entre la base et le sommet de celles-ci, afin de c~n~ r vers l'arrière le flux périphérique du fluide de sorte que globalement, les lames de l'entrée axiale impriment une orientation périphérique au flux du fluide, et ensuite le dit impulseur colllpllllle le flux de fluide l'obligeant à pénétrer entre ses aubes alors que ses pales le ~ul~resse dans le rotor.
Selon d'autre particularités:
L'enveloppe circulaire est constituée, dans la zone de plus grand diamètre des aubes du rotor, d'éléments ~alr~;le..~ent circulaires tels que, bagues cylindriques, coniques, alésages, etc...
Le nombre de pales du rotor et de lames de l'enveloppe peut être dirrérelll afind'éviter les harmoniques pouvant être engendrés par des flux de fluide résonnants.
La m~hine peut être pourvue de diffuseurs disposés à l'arrière du rotor pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.
Une chambre statique est prévue qui respectivement:
entoure, déborde vers l'avant puis, se recourbe vers l'intérieur de l'enveloppe circulaire, pour former un éjecteur, complémentée oulnon, par une enveloppe statique qui enferme l'ensemble de la m~rhine, et dont les bords des e~lelllilés débordent l'avant et l'arrière de la m~hine et se recourbent vers l'intérieur, coiffant l'ensemble en formant à l'avant un deuxième éjecteur et à l'arrière un élément de prélèvement du fluide alimentant ce dernier deuxième éjecteur, de manière à joindre un effet inducteur au niveau du fluide admis.
La ou les lames de l'enveloppe circulaire au niveau de la partie centrale avant,s'éloignent de la surface de révolution décrite par le bord d'attaque des aubes du rotor et vont éventuellement jusqu'à disparaître pour définir une ouvellule centrale not~mment quand il n'y a pas d'arbre.
Le segm~nt plan défini par le profil de la surface de révolution balayée par le X

-4-bord d'attaque des aubes du rotor, et les éléments circulaires de l'enveloppe circulaire, et/ou non une bague d'étanchéité connue en elle même prévue sur l'avant du flasque de la turbine centrifuge au moins semi-fermée disposée en arrière du rotor, et/ou non l'alésage arrière de la chambre statique, sont disposés en vis à vis et ont des jeux calibrés.
Une telle m~hine peut être utilisée comme élément propulseur ou générateur, et alors les canaux de la turbine centrifuge sont pourvus d'injecteurs reliés à une ~lim~nt~tion de fluide et/ou d'électrodes alimentées électriquennent De façon avantageuse un palier fluide constitué d'alvéoles qui sont mises en communication par des orifices de section réduite avec une arrivée de fluide sous pression, est disposé soit dans l'alésage de la bague d'étanchéité connue en elle même prévue sur l'avant de la turbine centrifuge au moins semi-fermée disposée en arrière du rotor dans le cas de l'enveloppe circulaire rotative, soit dans le cas de l'enveloppe circulaire fixe avec impulseur, dans l'alésage situé à l'arrière de l'entrée axiale statique, et destiné à centrer respectivement l'arrière de l'enveloppe rotative, ou l'arrière de l'impulseur.
Des dessins sont joints qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif, cette m~rllin~ étant décrite avec des éléments géométriques de base volo~ lllentschématisés afin de mieux faciliter la compréhension de formes extrêmement complexes. En pratique les formes sont adoucies et arrondies afin d'harmoniser et favoriser l'écoulement des flux de fluide.
Il sera fait référence aux dessins ~uiv~lls:
- la figure 1 est une vue de dessous d'une m~hine conforme à
l'invention, - la figure 2 est la vue en élévation d'un rotor et la vue en coupe d'une enveloppe circulaire, de la m~hine de la figure précédente, et monke en sortie des diffuseurs sous forme de plaques.
- la figure 3 est la vue de dessus de la même m~ inP, - la figure 4 montre un exemple de pales et quelques coupes correspon-l~ntes, - la figure 5 expose un type de profil de rotor avec un segment plan en arriere, - la figure 6 est la vue d'une aube en élévation et en vue de dessus, et présente quelques coupes correspon-l~ntes, la vue en élevation fait ~ 1 338464

-5 -apparaître la variation du pas croissant avec l'~lgment~tion du diamètre.
- la figure 7 est une vue d'un rotor comportant des pales limitées aux espaces inter-aubes, - les figures 8 et 15 montrent des enveloppes avec entrées hélicoïdales et leurs lames vrillées, vue en coupe et en vue de dessus, - la figure 9 représente une vue en élévation d'un impulseur rotatif, - la figure 10 est un rotor transformé en turbine ce~ ;ruge dont les bouts de pales sont dirigés vers l'arrière et inclinés vis à vis de l'axe de rotation, représentés en vue de dessous et en élévation, Pour faciliter la compréhension des dessins suivants, il a été représenté les coupes des volumes de révolution balayés par les éléments précédemment mieux détaillés.
- la figure l l montre une m~l~,hine dont l'enveloppe circulaire est statique, les lames se sont éloignées du rotor et ont disparu du centre, - la figure 12 montre une m~c,hine dont l'enveloppe circulaire est rotative et entraînée par un arbre traversant le rotor, nous voyons apparaître des électrodes, des injecteurs, les chambres et enveloppes statiques avec leurs éjecteurs, les étanchéités à jeux contrôlés, et le palier fluide.
- la figure 13 montre une m~t~,hine dont l'enveloppe circulaire comporte une entrée axiale fixe, et un impulseur rotatif entraîné par un arbre traversant le rotor, sont également montrées les étanchéités à jeux contrôlés, et le palier fluide.
- la figure 14 montre sur un rotor la disparition et la réapparition de l'aube rayonnante.
En référence à ces dessins cette m~l~,hine est constituée par:
Des pales 11 en forme d'hélice. Sur l'avant de cette hélice sont fixées et enroulées en spirale des aubes 12. Cet ensemble forme un rotor 10. Les pâles 11 et les aubes 12 se confondent 30 à l'avant du rotor 10 afin de ne présenter qu'un nombre .,.il-i...l.,.. d'arête pouvant déranger le flux du fluide qui se présente au centre du rotor 10.
Le bord d'attaque présenté par l'aube 12 qui couvre la pale 11, croît en diamètre 15 suivant flèche et avance iimllh~nément longi~l-lin~lement 13 suivant X

-6- l 33 8 4 6 4 flèche pénétrant et happant les veines de fluide qui tendent à s'échapper vers l'extérieur.
Une enveloppe circulaire 14 antagoniste entourant le rotor 10 s'oppose à la fuite du fluide et le co,-,p.;,--e. Elle est pourvue à cet effet d'éléments compressifs.
Il est à noter qu'après la séparation des pales 11 et des aubes 12 le fluide bénéficie de deux voies de dégagement dans le rotor 10: soit il passe directernent derrière le rotor 10 en e~ llent l'espace compris sous l'intérieur de l'aube 12 située sur le diamètre immé~ tçrnent supérieur, soit il s'échappe en voyageant entre les aubes 12. Si l'arrière du rotor 10 est au moins partiellement bouché le seul échappatoire reste l'extérieur, mais l'enveloppe circulaire 14 interdisant une expansion rayonnante et reculante il s'ensuit une surpression locale tendant à forcer la pénétration du fluide dans le rotor 10. Les éléments cités sont représentés figures 1, 2 et 3.
La pénétration des veines de fluide sera d'autant facilitée que les bords des pales 11 et des aubes 12 seront profilés dans le sens de l'écoulement du fluide: les bords se présentent sous forme de bec. Les pales 11 ont leurs bord avant 50 qui tend à s'allonger entre les aubes 12, l'arrière soit fuit dans le fluide ou se raccorde en s'évasant sur un élément complémentaire. par exemple un flasque. Les aubes 12 ont leur bord d'attaque extérieur 51 présentent un affûtage qui est déterminé selon un coln~lolllis de tolérance entre l'acceptation et le refus du fluide, leur bord interne 52 est un élément d'introduction du fluide extérieur vers l'intérieur et de guidage du flux interne. Le corps de l'aube 12 compris entre le bec extérieur 51 et le bec intérieur 52 a de façon pléfér~lllielle une forme convexe vers l'arrière et concave vers l'avant, pour complémenter en poussant le fluide, l'action des dits becs extérieurs 51 et intérieurs 52. Les figures 4 et 6 illustrent ce qui est précédemment exposé.
Le profil de la surface de révolution balayée par le bord des aubes 12, présenteun segment plan 20 sensiblement parallèle à l'axe, placé à l'arrière du rotor 10, pour permettre d'assurer une étanchéité avec une bague qui sera située en vis à vis. Le dit profil converge ensuite vers l'avant 21. La forme semi-sphérique est préférée, toutefois des formes coniques, ogivales, voir localement perpendiculaires vis à vis de l'axe de rotation sont sélectionnées selon les différents paramètres des problèmes à
résoudre. La figure 5 évoque un exemple de profil.
Dans une disposition particulière, le rotor 10 a des pales 11 qui ne sont colllellues que dans l'espace inter-aubes 60. Elles s'étendent radialement entre les aubes 12 sur une portion de circonférence. Elles maintiennent mécaniquement les aubes 12 entre elles et facilitent l'introduction du fluide vers l'intérieur du rotor 10 ou repoussent les veines de fluide vers les éléments compressifs de l'enveloppe circulaire.
La figure 7 représente ce type de disposition.
Lorsque les pales 11 dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes 12,le rotor 10 bénéficie alors de fait de la force centrifuge, ce qui crée donc une turbine ~r

-7-centrifuge 90. Le bout des pales 11 projettent le fluide vers l'extérieur. Dans une disposition préférentielle, le bout des pales est orienté vers l'arrière 91. La turbine étant soit fermée, soit ouverte et contenue dans un corps, le fluide est alors rejeté vers l'arrière. Afin de bénéficier des réactions incidentes du flux de fluide sur la rotation de la turbine centrifuge, les bouts des pales 11 sont de façon également préférée inclinées 92 vis à vis de l'axe de rotation. La figure 10 est un exemple de ce qui précède.
La pas des aubes 12 rlimim~e en s'éloignant de l'axe, car la vitesse du fluide à l'oeillard est plus grande au centre qu'à la périphérie de l'enveloppe 14 et l'inclinaison de l'aube 12 est relative à cette vitesse.
Selon la figure 14 où les parties hachurées correspondent à des espaces vides, la partie rayonnante de l'aube 12 s'atténue ou disparaît au niveau de l'avant 71 du prolongement de la pale 11 et recroît ou renaît 72 ensuite pour aller se raccorder à la pale 11 suivante, de façon à permettre un meilleur remplissage du dos de la pale.
L'intérieur ou arrière des pales 11 peut être solidarisé à l'arbre dont le diamètre va en s'évasant formant en quelque sorte un flasque en forme de bouclier, permettant ainsi la réalisation de turbines centrifuges ouvertes ou semi-ouvertes. Le nombre de pales 11 et de lames 101 peut être dirrelelll afin d'éviter les harmoniques engendrés par des flux de fluide résonnants. Des dirrus~ul~ 130 sont disposés à l'arrière de la m~hine afin d'orienter le flux du fluide et d'en optimiser les forces de réaction. La machine ne peut être efficace sans l'enveloppe antagoniste circulaire 14. L'enveloppe qui est fixe présente une entrée axiale 100 avant qui contient avantagell~ernent des lames 101 qui forment des canaux intPrnes et qui s'inclinent de façon progressive dans la direction de la rotation du rotor. Une solution inteles~ consiste à éloigner dans leur zone arrière 170 les lames 101 du rotor 10 vers le centre et même à ~ul~p~h~ler les lames 101 dans cette même zone défini~s~nt une ouverture 171. C'est vers lecentre, en effet, que le flux est généralement le moins perturbé dans une arrivée de fluide amené par une c~n~li.c~tion. Les lames 101 situées au plus près de l'axe, de par la finesse des toiles de construction qu'elles exigent pres~nt~nt des inconvénients supérieurs au gain que permettrait d'espérer un meilleur guidage du fluide dans cette partie centrale. La liberté donnée au fluide par un esp~c~ment plus grand, entre les lames 101 et le rotor 10, permet d'obtenir avec moins d'efficacité mais plus de souplesse la transformation de l'orientation du flux du fluide dans les canaux formés par les lames 101. L'enveloppe circulaire 14 statique est souvent enfermée dans une cht~mi~e et/ou un corps qui sera solidarisé aux éléments d'amenée du fluide, parexemple par une bride 102. La figure 11 représente l'exemple de telles dispositions.
L'enveloppe circulaire 14, dans la variante illustrée en figure 12 est rotative,elle présente une entrée hélicoïdale 121 formée de lames 122 qui sont vrillées, Son entraînement peut être effectué par un arbre 120 qui traversera par exemple le rotor 10. Si l'entr~în~n ent se fait par l'extérieur, sans arbre central, les lames 122 de l'enveloppe circulaire 14 rotative s'ouvriront au centre pour faciliter l'introduction du X

-8-fluide dans cette zone privilégiée. L'éloignement des lames 122 de l'enveloppe circulaire 14 rotative dans leur zone arrière 170, des aubes 12 du rotor 10 est également une éventuelle formule améliorant la souplesse "hydraulique" du système.
Une troisième formule de réalisation de l'enveloppe circulaire 14 est illustrée en figure 13 et est constituée en partant de l'avant:
- de l'enveloppe circulaire 14 statique qui présente une entrée axiale 100 tel que décrit précécl~mment, - d'un impulseur 140 rotatif entraîné par un arbre 141 qui peut traverser, de façon préférentielle, le rotor 10 et qui coiffe extérieurement le dit rotor 10.
L'impulseur 140 est constitué:
- d'aubes 143 enroulées en spirales prés~nt~nt un caractère con~ avec les aubes 12 précé~lçmment décrites, - de pales 142 présentant de la même façon un caractère commun évident avec les pales 11 limitées aux espaces interaubes 60.
Le fluide pénètre par l'entrée axiale 100 et se trouve dévié par les lames 101 de l'enveloppe circulaire 14 statique, qui l'oriente vers la périphérie dans le même sens que le sens de rotation de l'impulseur 140. Il est ainsi co~llpl;lllé et pénètre entre les aubes 143 de l'impulseur aidé par les pales 142 situées dans l'espace inter-aubes.
Le flux est présenté sous l'impulseur 140 au rotor 10 avec une surpression souhaitée.
Les figures 7, 9, 11 et 13 montrent des exemples de réalisation de cette formule.
Nous remarquons des points complémentaires et particulièrement:
près du haut des aubes 12 du rotor 10 se trouve un segment plan 20 et selon les variantes possibles de l'enveloppe circulaire 14, nous trouvons des surfacescirculaires 151, alésage, bagues, etc... superposées, toutes susceptible d'assurer des étanchéités à l'aide de jeux calibrés 181.
Sont également concernés, la bague d'étanchéité 180 connue en elle-même sur le flasque avant des turbines centrifuges 90, l'arrière de l'impulseur 140 et l'alésage d'une chambre statique 160 qui entoure le dispositif circulaire 14 de façon préférentielle .
Néanmoins, ces étanchéités réalisées entre des surfaces circulaires à faibles jeux ne sont jamais totalement, étanches et malgré un l~min~ge parfois intense, une fuite existe. La chambre statique 160 permet de reconduire ces fuites et d'en bénéficier en les réintroduisant à l'avant de l'enveloppe circulaire 14 à l'aide d'un injecteur 161 qui se recourbe sur l'avant de l'enveloppe circulaire 14. Le fluide aspiré profite d'un effet inductif offert par l'éjecteur 161 qui facilite l'introduction du dit fluide.
Une enveloppe statique 162 qui coiffe toute la m~hine présente un intérêt complémentaire en ce sens qu'elle permet d'adjoindre un deuxième éjecteur 163. Ce dernier va chercher son fluide moteur sur la sortie de la turbine centrifuge 90 à l'aide d'un dispositif de prélèvement 164 qui est en quelque sorte un éjecteur inversé. Les figures 11, 12 et 13 montrent des exemples de telles implantations.
Cette m~l hine est utilisable comme propulseur par le biais de l'utilisation de la force exercée par le dirrerel,liel de pression réalisé entre les surfaces avant et arrière. Une ~llgm~nt~tion hnpo,L~lle des vitesses de sortie est obtenue par exemple en introduisant et en enfl~mm~nt un c~bul~ll à l'aide d'injecteurs 190 et d'électrodes 191 dans les canaux de la turbine centrifuge. Ces injecteurs 190 et ces électrodes 191 peuvent remplir d'autres fonctions telles que mélanges de fluides, modifications des conditions électri~ntes locales etc... Ces éléments sont illustrés figure 12.
Enfin la bague d'étanchéité connue en elle-même 180 située à l'avant du flasque de laturbine centrifuge 90, ou l'alésage situé enarrière de l'entrée axiale 100 statique qui contient l'impulseur 140, reçoit de façon avantageuse un palier fluide constitué d'alvéoles 200 ~limentées par des orifices 201 calibrés, avec un fluide sous pression. Le but recherché par l'utilisation de ce palier fluide est le maintienmécanique relatif des bagues en présence car l'enveloppe circulaire 14 lorqu'elle est loldliv~, que ce soit avec une entrée hélicoïdale 121 ou sous forme d'impulseur 140, trouve son point de solidarisation avec l'arbre très largement décalé par rapport au niveau de l'arrière de la dite enveloppe circulaire 14.
L'ensemble se trouve donc mieux m~int~ml et un centrage relatif évite des frictions préjudiciables. Ces dirrélenL~ éléments sont mentionnés sur les figures 12 et 13.
L'invention n'est, de toute façon, pas limitée aux réalisations décrites mais encouvre, au colllldile, toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre ni de leur esprit. Not~mment l'adjonction de dispositifs de refroi(li~sçment permettant d'abaisser la température du fluide recyclé, et toutes les dispositions connues pour la réalisation des pompes et colllpress~ centrifuges sont complémentaires et applicables à la présente invention. La rigidification de la construction de ce type de m~ ine est amplement améliorée par l'adjonction de congés qui concourent également vers l'obtention d'un meilleur aérodyn~mi~me descircuits int~rnes Il y aura donc lieu de bien admettre qu'en gardant l'essentiel du caractère général de la m~hine décrit plus haut, les évolutions de forme qui découlent des lois conventionnelles et instinctives d'écoulement des fluides et de construction mécanique, feront partie de la présente invention.

-lo- 1 33 8 4 6 4 La construction des m~ hin~s, des pompes, des turbine, des propulseurs, etc...
selon la présente invention peut être réalisée en matières coulées dans des moules ou outillages en utili~nt not~mment les techniques de cire perdue. Des solutions par assemblage de pièces initialement séparées, par exemple de toles embouties, sontégalement adaptées. Les métaux, les matériaux composites, les matières plastiques, et tous leurs hybrides, sont utilisables.
L'application des m~hin~.s de la présente invention concerne tous les transfertsde fluides gazeux, liquides, ou pâteux. Les pompes à vide, les compresseurs de gaz, et la recompres~ion de vapeur d'eau, sont particulièrement concernés. Dans l'ensemble tous les fluides sous faible pression absolue ou en équilibre de tension de vapeur sont intéressés. La transformation de l'énergie en force, par le biais des différences de pressions et de vitesses exercées enke les surfaces d'aspiration et de refoulement, permet d'envisager l'emploi de cette m~hine partout ou l'application d'une force est utile: asservi~sçnnent génération de pression, transfert de m~ses, etc...
L'adjonction d'injecteurs et d'électrodes permet de réaliser des interactions entre les éléments mis en présence (fluides, C~lb~ , comburants, électricité, etc) et autorise l'utilisation de cette m~-~hine comme propulseur ou générateur notamment.

Claims

1. Machine rotative à déplacement non positif utilisable comme pompe, compresseur, propulseur, générateur, ou turbine motrice, du type comportant au moins une aube enroulée en spirale creuse et au moins une pale située autour de l'axe de rotation de ladite machine, contenues dans une enveloppe circulaire entourant extérieurement un rotor de manière à former une entrée d'amenée du fluide et à s'opposer à sa fuite, caractérisée en ce que d'une part, ladite pale reçoit sur l'avant de son bord extérieur ladite aube progressant toutes deux avec un pas différent mais simultanément tant diamétralement que longitudinalement vis-à-vis de l'axe de rotation et d'autre part, l'enveloppe circulaire placée en amont du rotor comporte des éléments de compression du fluide diminuant, en allant vers l'arrière, l'espace relatif disponible, pour le fluide, de sorte à ce que ledit fluide soit entraîné d'abord par les aubes du rotor en un flux périphérique contenu et, comprimé par l'enveloppe circulaire forçant l'entrée du fluide et canalisé ensuite par les pales du rotor en un flux central.

2. Machine rotatif à déplacement non positif selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes est délimité latéralement de part et d'autre de son axe de symétrie par un segment plan sensiblement parallèle à l'axe ou légèrement conique, vers l'arrière du rotor, et prolongé ensuite par un segment convergeant vers l'avant du rotor.

3. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait qu'à sa naissance au plus près de l'axe chaque pale se confond avec une aube, puis celles-ci voyagent momentanément ensemble.

4. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée par le fait que le pas des aubes diminue en s'éloignant de l'axe.

5. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 3 caractérisée par le fait que le pas des aubes diminue en s'éloignant de l'axe.

6. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5 caractérisée par le fait que les pales présentent un bord périphérique allongé entre les aubes et recourbé dans le sens de rotation du rotor et en ce que lesdites aubes ont d'une part leur bord d'attaque extérieur qui s'incline vers l'arrière du rotor sous forme de bec pour améliorer la pénétration du flux périphérique du fluide et d'autre part ont leur bord intérieur recourbé également vers l'arrière du rotor en forme de bec pour favoriser la transformation du flux périphérique en flux central.

7. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 3 caractérisée par le fait que les pales présentent un bord périphérique allongé entre les aubes et recourbé dans le sens de rotation du rotor et en ce que lesdites aubes ont d'une part leur bord d'attaque extérieur qui s'incline vers l'arrière du rotor sous forme de bec pour améliorer la pénétration du flux périphérique du fluide et d'autre part ont leur bord intérieur recourbé également vers l'arrière du rotor en forme de bec pour favoriser la transformation du flux périphérique en flux central.

8. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 4 caractérisée par le fait que les pales présentent un bord périphérique allongé entre les aubes et recourbé dans le sens de rotation du rotor et en ce que lesdites aubes ont d'une part leur bord d'attaque extérieur qui s'incline vers l'arrière du rotor sous forme de bec pour améliorer la pénétration du flux périphérique du fluide et d'autre part ont leur bord intérieur recourbé également vers l'arrière du rotor en forme de bec pour favoriser la transformation du flux périphérique en flux central.

9. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 6 caractérisée par le fait que le rotor comporte des pales limitées aux espaces inter-aubes et dont le bord avant s'étend radialement et sur une portion de circonférence entre les aubes dans un espace compris entre la base et le sommet de celle-ci afin de canaliser vers l'arrière le flux périphérique du fluide.

10. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 7 ou 8 caractérisée par le fait que le rotor comporte des pales limitées aux espaces inter-aubes et dont le bord avant s'étend radialement et sur une portion de circonférence entre les aubes dans un espace compris entre la base et le sommet de celle-ci afin de canaliser vers l'arrière le flux périphérique du fluide.

11. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'une partie rayonnante de l'aube s'atténue ou disparaît au niveau de l'avant du prolongement de la pale et recroît ou renaît ensuite pour aller se raccorder à la pale suivante.

12. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 7, 8 ou 9 caractérisée en ce que la partie rayonnante de l'aube s'atténue ou disparaît au niveau de l'avant du prolongement de la pale et recroît ou renaît ensuite pour aller se raccorder à la pale suivante.

13. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 10 caractérisée en ce que la partie rayonnante de l'aube s'atténue ou disparaît au niveau de l'avant du prolongement de la pale et recroît ou renaît ensuite pour aller se raccorder à la pale suivante.

14. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 6 caractérisée en ce que l'intérieur des pales est solidarisé à un arbre du rotor dont le diamètre va en s'évasant le long de son axe, afin de former une turbine fermée ou semi-ouverte.

15. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 7, 8, 11 ou 13 caractérisée en ce que l'intérieur des pales est solidarisé à l'arbre du rotor dont le diamètre va en s'évasant le long de son axe, afin de former une turbine fermée ou semi-ouverte.

16. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 12 caractérisée en ce que l'intérieur des pales est solidarisé à l'arbre du rotor dont le diamètre va en s'évasant le long de son axe, afin de former une turbine fermée ou semi-ouverte.

17. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5, 7, 8, 11, 13, 14 ou 16 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

18. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 3 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

19. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 4 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

20. Machine rotative à déplacement non- positif selon la revendication 6 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait-que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

21. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 9 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

22. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 10 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

23. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 12 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

24. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 15 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité des dites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation.

25. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 comprenant une enveloppe circulaire statique qui entoure extérieurement le rotor, et défini d'abord une entrée axiale du flux vers le rotor, caractérisé en ce que les éléments de compression du fluide de ladite enveloppe comportent solidarisé intérieurement à celle-ci, au moins une lame d'un profil circulaire arrière concave entourant au moins partiellement la forme protubérante de la surface de révolution des aubes ou des pales du rotor, et qui imprime ensuite une orientation périphérique au flux du fluide, cette dite entrée axiale étant par exemple solidarisée aux éléments apportant le fluide par une bride.

26. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 25 caractérisée en ce que le nombre de pales, et de lames est différent afin d'éviter les harmoniques engendrées par des flux de fluide résonnants.

27. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 caractérisée par le fait que l'enveloppe circulaire, est rotative, entraînée par un arbre traversant le rotor et, entoure extérieurement le rotor et définit une entrée hélicoïdale comprenant les éléments de compression du fluide et est pourvue intérieurement d'au moins une lame vrillée, qui oblige, par l'énergie cinétique ainsi délivrée et par la forme fuyante de ladite (ou desdites) lame(s) vrillée(s), à générer un flux périphérique circulaire compressif de fluide se raccordant au flux périphérique du rotor.

28. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconques des revendications 1, 2, 5, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 16 18 à 27 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à
l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

29. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 3 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

30. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 4 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

31. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 6 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

32. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 10 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

33. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 12 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

34. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 15 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

35. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 17 caractérisée en ce que des diffuseurs sont disposés à l'arrière de la machine pour orienter le flux du fluide et en optimiser les forces de réaction.

36. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 comprenant une enveloppe circulaire statique qui entoure extérieurement le rotor, et définit d'abord une entrée axiale du flux vers le rotor, caractérisé en ce que les éléments de compression du fluide de ladite enveloppe comportent solidarisé intérieurement à celle-ci, au moins une lame d'un profil circulaire arrière concave entourant au moins partiellement la forme protubérante de la surface de révolution des aubes ou des pales du rotor, et qui imprime ensuite une orientation périphérique au flux dufluide, cette dite entrée axiale étant par exemple solidarisée aux éléments apportant le fluide par une bride et caractérisé en ce que le nombre de pales et de lames est différent afin d'éviter les harmoniques engendrées par des flux de fluide résonnants, et caractérisé par le fait que l'enveloppe circulaire comporte en outre de l'entrée axiale fixe, un impulseur rotatif situé entre l'entrée axiale et le rotor entraîné par exemple par un arbre traversant le dit rotor, pourvu de pales supportant des aubes enroulées en spirales et dont l'intérieur épouse le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes du rotor, les pales étant limitées aux espaces inter-aubes avec un bord avant s'étendant radialement et sur une portion de circonférence entre les dites aubes dans un espace compris entre la base et le sommet de celles-ci afin de canaliser vers l'arrière le flux périphérique du fluide de sorte que globalement les lames fixes des éléments de compression du fluide de l'entrée axiale impriment une orientation périphérique au flux du fluide, et ensuite le dit impulseur comprime le flux du fluide l'obligeant à pénétrer entre ses aubes alors que ses pales le surpresse dans le rotor.

37. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1, 25, 27 ou 36, caractérisée par le fait que l'enveloppe-statique est constituée, dans la zone de plus grand diamètre des aubes du rotor, d'éléments parfaitement circulaires tels que, bagues cylindriques, coniques, alésages, etc.

38. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 1, 25, 26, 27 ou 29 à 36 caractérisée par le fait qu'une chambre statique, respectivement:
entoure, déborde vers l'avant puis, se recourbe vers l'intérieur de l'enveloppe circulaire, pour former un éjecteur complimentée ou/non, par un carter statique qui enferme l'ensemble de la machine, et dont les bords des extrémités débordent l'avant et l'arrière de la machine et se recourbent vers l'intérieur, coiffant l'ensemble en formant à l'avant un deuxième éjecteur et à l'arrière un élément de prélèvement du fluide alimentant ce dernier deuxième éjecteur, de manière à adjoindre un effet inducteur au niveau du fluide admis..

39. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 28 caractérisée par le fait qu'une chambre statique, respectivement: entoure, déborde vers l'avant puis, se recourbe vers l'intérieur de l'enveloppe circulaire, pour former un éjecteur complimentée ou/non, par un carter statique qui enferme l'ensemble de la machine, et dont les bords des extrémités débordent l'avant et l'arrière de la machine et se recourbent vers l'intérieur, coiffant l'ensemble en formant à
l'avant un deuxième éjecteur et à l'arrière un élément de prélèvement du fluide alimentant ce dernier deuxième éjecteur, de manière à adjoindre un effet inducteur au niveau du fluide admis.

40. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 37 caractérisée par le fait qu'une chambre statique, respectivement: entoure, déborde vers l'avant puis, se recourbe vers l'intérieur de l'enveloppe circulaire, pour former un éjecteur complimentée ou/non, par un carter statique qui enferme l'ensemble de la machine, et dont les bords des extrémités débordent l'avant et l'arrière de la machine et se recourbent vers l'intérieur coiffant l'ensemble en formant à
l'avant un deuxième éjecteur et à l'arrière un élément de prélèvement du fluide alimentant ce dernier deuxième éjecteur, de manière à adjoindre un effet inducteur au niveau du fluide admis.

41. Machine rotative à déplacement non positif selon l'une quelconque des revendications 25, 26, 27 ou 29 à 36, caractérisée par le fait que la ou les lames de l'enveloppe circulaire au niveau de la partie centrale avant s'éloignent de la surface de révolution décrite par le bord d'attaque des aubes du rotor et vont jusqu'à disparaître pour définir une ouverture centrale.

42. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 28 caractérisée par le fait que la ou les lames de l'enveloppe circulaire au niveau de la partie centrale avant s'éloignent de la surface de révolution décrite par le bord d'attaque des aubes du rotor et vont jusqu'à disparaître pour définir une ouverture centrale.

43. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 37 caractérisée par le fait que la ou les lames de l'enveloppe circulaire au niveau de la partie centrale avant s'éloignent de la surface de révolution décrite par le bord d'attaque des aubes du rotor et vont jusqu'à disparaître pour définir une ouverture centrale.

44. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes est délimité latéralement de part et d'autre de son axe de symétrie par un segment plan sensiblement parallèle à l'axe ou légèrement conique, vers l'arrière du rotor, et prolongé ensuite par un segment convergeant vers l'avant du rotor, les pales dépassant l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité desdites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation, et de plus caractérisée par le fait que l'enveloppe circulaire comporte en outre de l'entrée axiale fixe, un impulseur rotatif situé entre l'entrée axiale et le rotor entraîné par exemple par un arbre traversant le dit rotor, pourvu de pales supportant des aubes enroulées en spirales et dont l'intérieur épouse le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes du rotor, les pales étant limitées aux espaces inter-aubes avec un bord avant s'étendant radialement et sur une portion de. circonférence entre les dites aubes dans un espace compris entre la base et le sommet de celles-ci afin de canaliser vers l'arrière le flux périphérique du fluide de sorte que globalement les lames fixes des éléments de compression du fluide de l'entrée axiale impriment une orientation périphérique au flux du fluide, et ensuite le dit impulseur comprime le flux du fluide l'obligeant à pénétrer entre ses aubes alors que ses pales le surpresse dans le rotor et caractérisée par le fait que l'enveloppe statique est constituée, dans la zone de plus grand diamètre des aubes du rotor, d'éléments parfaitement circulaires.

45. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 dont les pales dépassant l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité desdites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation, ladite machine rotative étant utilisable comme élément propulseur, caractérisée par le fait que les canaux de la turbine centrifuge sont pourvus d'injecteurs reliés à une alimentation de fluide,

46. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité desdites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation et caractérisée par le fait que le segment plan défini par le profil de la surface de révolution balayée par le bord d'attaque des aubes du rotor, et les éléments circulaires du dispositif circulaire, et une bague d'étanchéité connue en elle-même prévue sur l'avant du flasque de la turbine centrifuge au moins semi-fermée disposée en arrière du rotor, et l'alésage arrière de la chambre statique, sont disposés en vis-à-vis et ont des jeux calibrés, ladite machine étant de plus caractérisée par le fait qu'un palier fluide constitué d'alvéoles qui sont mises en communication par des orifices de section réduite avec une arrivée de fluide sous pression, est disposé: soit dans l'alésage de la bague d'étanchéité connue en elle même prévue sur l'avant de la turbine centrifuge au moins semi-fermée disposée en arrière du rotor, soit dans l'alésage situé à l'arrière de l'entrée axiale statique, et destiné à centrer respectivement l'arrière de l'enveloppe circulaire rotative, ou l'arrière de l'impulseur.

47. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 44 caractérisée par le fait que l'enveloppe statique est constituée d'éléments parfaitement circulaires choisis parmi le groupe comprenant des bagues cylindriques, coniques ou alésages.

48. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 1 dont les pales dépassent l'arrière et le plus grand diamètre des aubes du rotor pour générer une turbine centrifuge caractérisée par le fait que l'extrémité desdites pales est dirigée latéralement vers l'extérieur et présente une surface extrême au niveau de la sortie de la turbine dirigée vers l'arrière et inclinée vis-à-vis de l'axe de rotation, ladite machine rotative étant utilisable comme élément propulseur, caractérisée par le fait que les canaux de la turbine centrifuge sont pourvus d'électrodes alimentées électriquement.

49. Machine rotative à déplacement non positif selon la revendication 45 caractérisée par le fait que les canaux de la turbine centrifuge sont également pourvus d'électrodes alimentées électriquement.