Brevet FR2002354A1 — publié le 19691017

■69 0449-8 2002354 1 la présente' invention concerne un carter de compresseur hermétique : le carter contribue à une réduction importante du niveau de vibration et de bruit du compresseur sur sa monture à ressort contenue dans une enveloppe hermétique, et réduit également l'action de 5 production 'le mousse au moment de la mise en marche du compresseur, de telle façon que le niveau de l'huile ne tombe pas au-dessous de l'arrivée dans la pompe à huile, ce qui élimine toute chute de lubrification au moment de la mise en marche. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la 10 description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur les dessins : la figure 1 est une vue en coupe centrale verticale le long 15 de l'axe d'un groupe moto-compresseur comprenant le carter de la présente invention! la figure 2 est une vue en élévation suivant 2-2 de la figure 1, avec arrachement; les figures 3, 4 et 5 sont des -vues en perspective par-20 tielle d'une première, seconde et troisième variante. la figure 6 est une vue en élévation de côté d'une quatrième et préférée forme de réalisation de la construction de carter de l'invention, une partie étant en arrachement afin de mieux représenter en détail; 25 la figure 7 est une vue en plan du carter de la figure 6; la figure 8 est une vue en perspective de la construction de carter des figures 6 et 7. En se référant plus en détail aux figures 1 et 2, on voit un groupe compresseur réfrigérant 10 qui comprend une enveloppe ou car-30 ter fermée hermétiquement 11 constituée par une moitié inférieure 12 reliée à une moitié supérieure 14 et contenant un groupe moto-compresseur 18. Le groupe 18 comprend un stator 22, un rotor 24, un vilebrequin 26 entraîné par le rotor 24, une bielle 28 dont la grosse-extrémité 30 tourillonne sur le maneton 32 du vilebrequin et la pe-35 tite extrémité 34 est reliée par un bouton 36 à un piston 38 qui est animé d'un mouvement de va-et-vient dans un alésage 40 prévu dans le bloc cylindre 42 du compresseur, le bloc 42 est représenté ici à titre d'exemple comme coulé en une seule pièce avec le carter 44 du 69 04498 2002354 2 compresseur qui à son tour sert de bâti de support du groupe 18. -Le groupe 18 est porté en relation espacée par la paroi interne du carter au moyen d'une série de supports à ressorts 20 tels que ceux décrits dans la demande de brevet français ÏT° 167 346 du 24. septembre 5 1968 déposée par la même Demanderesse. Ainsi, le carter 44 a des pattes 46 faisant saillie vers l'extérieur présentant des trous taraudés 48 dans lesquels les extrémités inférieures des supports à ressorts 20 sont vissées individuellement. La paroi supérieure 50 du carter 44 est, soit complètement 10 pleine comme représenté sur les figures 3 et 4, soit perforée de petits orifices comme représenté sur les figures 5 à 8 inclusivement, dans laquelle des trous d'évents spéciaux sont formés comme décrit par rapport à certaines des formes de réalisation décrites ci-après. La paroi 50 peut comprendre une partie de moyeu 52 dans laquelle 15 "tourillonne le vilebrequin 26. Le côté inférieur du carter 44 est également fermé, de préférence par une plaque inférieure séparée 54 fixée par des goujons 56 au carter 44. La plaque 54 a également une partie de moyeu 58 qui sert de tourillon inférieur ou externe à 3'-trémité externe 60 du vilebrequin 26. Une pompe à huile centrifuge 20 appropriée 62 peut être fixée à l'extrémité inférieure 60 du vilebrequin., qui, en réponse à la rotation de ce dernier, pompe l'huile du fond de carter d'huile 64 formé dans l'enveloppe vers le haut par des passages d'alimentation d'huile 66 prévus dans le vilebrequin 26. Le groupe 18 présente également les deux tuyaux d'admission 25 de gaz réfrigérant habituels 70 et 72 qui sont ouverts par leurs extrémités supérieures à l'atmosphère interne de l'enveloppe et qui sont reliés par leurs extrémités inférieures à un collecteur 74 qui communique avec la soupape d'admission de la chambre 41 du compresseur. 30 Le compresseur 10 décrit jusqu'ici, mis à part la forme munie d'évents à peu près fermée du carter, est classique et connu en soi et ne sera pas davantage décrit ci-dessous. La construction du carter de la présente invention est basée en partie sur la découverte qu'une partie de la vibration rencontrée 35 avec les compresseurs hermétiques du type à piston antérieurs est due à la construction de carter du type "ouvert", c'est-à-dire dans lequel la paroi du carter disposée de façon diamétralement opposée à l'alésage du cylindre présente une ouverture"relativement grande 69 04493 2002354 3 établissant une communication libre entre le carter et l'atmosphère isolée de l'enveloppe, par contre dans la présente invention le côté postérieur du carter 44 est fermé par la paroi 76 comme représenté sur la figure 1. la vibration du groupe moto-compresseur des com-5 presseurs antérieurs sur la monture à ressorts dans l'enveloppe hermétique s'est avérée comme étant provoquée par le gaz contenu dans le carter qui est tour à tour aspiré dans le carter et refoulé de ce dernier par l'action du côté inférieur 78 du piston 38 se déplaçant suivant un mouvement de va-et-vient et formant ainsi une paroi mobile 10 communiquant avec la chambre 80 du carter, les effets d'inertie de cette colonne de gaz ainsi que les effets de jet de la colonne réagissant contre la paroi de l'enveloppe 11 créent un système de forces entre le groupe moto-compresseur à suspension par ressorts et l'enveloppe qui à son tour fait osciller le groupe sur sa suspension à 15 ressorts et provoque ainsi des vibrations qui sont défavorables du point de vue du bruit, des exigences de montage du compresseur et du dommage et de l'usure partiels attribuables aux efforts vibratoires. Suivant la présente invention, on réduit la vibration du type ci-dessus en fournissant un carter 44 qui est presque complètement 20 fermé autour de la cavité 80 de la bielle, de façon à isoler les gaz exposés au côté intérieur 78 du piston 38 des gaz contenus dans l'espace 82 formé entre le carter 44 et l'enveloppe 11 du compres-suur 10. les gaz contenus dans la chambre 80 du carter sont alors comprimés contre les parois internes de la chambre 80. Etant donné 25 que le carter constitue une partie rigide de la pièce coulée du bloc de cylindre, les forces de réaction sont "enfermées" dans cette pièce coulée et par suite équilibrées à l'intérieur, de sorte qu'elles ne créent pas entre le groupe suspendu 18 et l'enveloppe hermétique 11 un système de forces qui aurait inévitablement tendance 30 à provoquer une vibration. Toutefois, il n'est pas possible de fermer complètement ou d'isoler hermétiquement la chambre du carter de l'atmosphère environnante de l'enveloppe 11, étant donné que la pression s'accumulerait dans le carter en raison de la faible fuite inévitable se pro-35 duisant au niveau des segments du piston 38 et cette accumulation de pression exercerait une influence défavorable sur l'écoulement du lubrifiant vers les paliers. De même, il est nécessaire de prévoir une évacuation de la chambre du carter à l'enveloppe environnante 69 04498 2002354 4 afin que l'huile qui s'accumule dans le carter puisse retourner vers le fond de carter d'huile 64. Suivant la présente invention, on obtient l'évacuation nécessaire sans sacrifier l'effet avantageux d'un carter fermé en prévoyant un ou plusieurs passages d'évacuation qui 5 sont convenablement orientés par rapport aux systèmes de forces de gaz dynamiques existant dans l'enveloppe et la structure du compresseur et/ou à d'autres sources de forces de réaction provoquant des vibrations, de telle façon qu'on obtienne un effet d'équilibre ayant tendance à amortir ou à annuler les forces produites. Avant de dé-10 crire l'installation d'évacuation préférée particulière du carter 44 représentée en détail sur les figures 6 à 8, on pense que l'invention sera mieux comprise en décrivant d'abord trois formes de réalisation à titre d'exemples de l'invention comprenant des ensembles de carters 144, 244 et 344 des figures 3, 4 et 5, respectivement. Chacun 15 de ces ensembles est identique au carter 44 mis à part son installation d'évacuation de gaz et ceux-ci sont représentés pour,plus de clarté d'illustration en les observant légèrement par-dessous, la plaque inférieure 54 étant enlevée. En se référant d'abord à la figure 3, on voit que l'ensemble 20 144 présente la chambre à peu près cylindrique 80 délimitée par une paroi supérieure 50, une plaque inférieure 54 (non représentée), le bloc de cylindre 42 à une extrémité, la paroi postérieure diamétralement opposée 76 et les parois latérales incurvées 146 et 148. Dans cette forme de réalisation, la chambre 80 est évacuée vers la 25 chambre environnante 82 de l'enveloppe par deux passages d'évacuation diamétralement opposés 150 et 152 traversant respectivement les parois latérales 146 et 148. De préférence, les passages 150 et 152 sont coaxiaux et leur axe commun coupe l'axe du moyeu 52 du vilebre- t quin et est perpendiculaire à l'axe de l'alésage 40. Dans cette.ins-30 tallation, les forces de réaction provoquées par les gaz qui sont refouléu à travers les évents 150 et 152 en réponse à la contraction et à la dilatation de la chambre 80, par suite du mouvement de va-et-vient du piston, sont orientées à l'opposé les unes des autres-et pratiquement, elles peuvent être considérées comme étant d'une gran-35 deur égale, comme indiqué schématiquement par des flèches 150' et 152' sur la figure 3. Par suite, ces forces de réaction s'annulent l'une l'autre, de façon à établir une'relation équilibrée qui ne provoque aucune force entre le groupe 18 et la suspension de 69 04498 2002354 5 l'enveloppe ayant tendance à provoquer une vibration du groupe moto-compresseur 18 par rapport à l'enveloppe 11 * De préférence, les é-vents 150 et 152 sont placés plus près de la paroi supérieure 50 que de la plaque inférieure 54, de sorte que le carter a une cer-5 taine capacité de retenue de l'huile, âinsi, les évents 150 et 152 servent d'ouvertures de trop plein, de sorte que l'huile s'accumulant dans la cavité 80 peut retomber dans le fond de carter 64. De même, les évents 150 et 152 empêchent la pression de s'accumuler dans la cavité du carter par suite de la fuite de gaz se produisant 10 au niveau des segments du piston de la chambre de compression 41. Sur la figure 4, l'ensemble sont placés dans les parois latérales du carter, mais leurs axes 15 respectifs 250 et 260 se coupent l'un l'autre sous un angle inférieur à 180° et sont orientés par rapport à l'axe 40' de l'alésage 40 sous des angles aigus égaux. Par suite,les forces ^ôsul.tan.'tes dues à l'accélération et au ralentissement des colonnes de gaz contenues dans les évents respectifs 246 et 248 peuvent être décomposées comme 20 indiqué schématiquement sur la figure 4 par le parallélogramme de décomposition de forces associé à chacun des axes 250 et 260 des passages d'évacuation respectifs. En considérant d'abord l'évent 246, on constate que la force résultante représentée par la flèche 254 peut être décomposée en une composante 256 et en une composante 258. 25 De même, la force résultante associée à la colonne de gaz contenue dans le passage 248 peut être représentée par la flèche 260 qui peut être décomposée en deux composantes représentées par les flèches 262 et 264. les deux composantes 256 et 262 sont coaxiales et d'une grandeur égale agissant dans des sens opposé»- • et par conséquent 30 s'annulent l'une l'autre, d'une façon analogue à la relation des forces de réaction d'évacuation de la figure 3. Si les composantes de forces représentées sur la figure 4 sont supposées être les forces de réaction agissant sur l'ensemble de carter 244, alors l'état provoquant ce système de forces est consti-35 tué par le mouvement du piston pendant sa course de compression qui dilate le volume de la cavité 80 et par conséquent aspire le gaz par les évents 246 et 248 de la cavité 82 de l'enveloppe dans la cavité 80 du carter. Dans cette condition, il existe une force exercée par 69 04498 2002354 6 le piston sur le gaz se trouvant derrière celui-ci, qui a tendance à "aspirer" le gaz en même temps que le piston et cette force est équilibrée par une forco de réaction égale et opposée exercée par le gaz sur le piston dans le sens de l'axe du cylindre 41 et opposée au 5 sens de déplacement du piston. Cette force est également une force provoquant une vibration latente qui peut également être équilibrée en orientant les évents du carter suivant la présente invention comme représenté sur la figure 4. En effet, les composantes 258 et 264 a-gissent toutes deux dans le même sens, parallèlement à l'axe 41 et 10 à des distances égales du centre de gravité du groupe 18'de façon à ne pas provoquer de couple de rotation. Les composantes 258 et 264 sont destinées à égaler cumulativement la force de réaction susmentionnée exercée sur le piston par le gaz qui est accéléré derrière le piston. 15 L'ensemble de carter 344 représenté sur la figure 5 comprend une troisième forme de réalisation d'un carter sensiblement fermé ayant les évents prévus dans la paroi supérieure 50 de la cavité 80 du carter au lieu des parois latérales comme dans les ensembles de carters 144 et 244. De préférence, on prévoit deux évents 346, 348 20 ou plus parallèlement à l'axe 53 du moyeu 52 et les évents sont disposés dans une relation angulaire équilibrée autour de l'axe 53. " âinsi, si deux évents seulement sont prévus, ils sont disposés^ diamétralement opposés l'un à l'autre par rapport à l'axe 53 et si trois évents sont prévus, ils sont disposés à des intervalles de 120°. Dans 25 le cas de quatre évents comme représenté sur la figure 5, deux de ces évents 346 et 348 étant représentés, l'espacement est par conséquent réduit à des intervalles de 90°. En maintenant cette orientation angulaire équilibrée par rapport à l'axe 53» la force de réaction résultante cumulative (indiquée schématiquement par la flèche 350) 30 agissant en provenance des colonnes de gaz se dégageant brusquement à travers les orifices d'évacuation coïncide avec l'axe 53, qui se rapproche de la coïncidence avec le centre de gravité de l'ensemble et par suite aucun couple de rotation important n'est provoqué par la série d'évents, La force de réaction résultante provoquée par les 35 évents 346 et 348 a, en supposant que le piston est sur sa course d'aspiration, tendance à pousser l'ensemble de carter 344 vers le-bas en observant les figures 1 et 5. Cetté force de réaction est destinée à compenser une force de réaction ascensionnelle provoquée par 69 04498 2002354 T / le gaz qui est aspiré dans les tuyaux d'admission 70 et 72 et le collecteur 74 comme indiqué par les flèches sur la figure 2. Par suite, cette installation a tendance à équilibrer encore une autre source de forces provoquant une -vibration dans le groupe moto-5 compresseur tout en fournissant encore une installation d'évacuation destinée à empêcher une accumulation de pression du gaz dans le carter et les orifices do trop plein pour ramener l'huile dans le fond de carter et pour conserver les avantages d'un carter fermé. Un autre avantage de l'ensemble d'_ carter 344 représenté sur la figure 10 5, réside dans la possibilité de placer les évents 346, 348, de façon que la force résultante agissant à partir des colonnes de gaz provenant des évents s'exerce contre le rotor 24 et/ou le stator 22, afin qu'aucune force déséquilibrée ne réagisse sur l'enveloppe 11. les figures 6, 7 et 8 représentent une forme de réalisation 15 préférée de l'invention dans lesquelles un ensemble de carter 44 présente deux passages d'évacuation 500 et 502 qui sont coulés sous la forme de fentes au lieu d'avoir la forme de trous, de façon à faciliter leur fabrication, les passages 500 et 502 peuvent être facilement évidés dans la pièce coulée en suivant la configuration 20 des surfaces définissant les passages comme représenté sur les figures 6, 7 et 8. l'orientation des passages 500 et 502 représente un composé des différents facteurs considérés dans l'ensemble des carters 144, 244 et 344 précédemment décrits. l'ouverture communiquant avec la chambre 80 du carter de chaque 25 passage comprend pratiquement une surface "6." (figure 7) débouchant dans la paroi supérieure 50 du carter et une surface "B" (figure 6) débouchant dans la paroi latérale du carter. Le passage qui en résulte par rapport au sens d'écoulement du gaz entre la cavité du carter et la chambre environnante 82 en réponse au mouvement de va-30 et-vient du piston dans la cavité peut être équivalent à un ensemble de carter contenant des orifices d'évacuation 246 et 248 plus des orifices d'évacuation 346, 348. la force de réaction résultante est représentée par des flèches 504 et 505 sur les schémas de décomposition de parallélogramme à trois dimensions des figures 6 et 7. Les 35 résultantes 504 et 505 ont chacune une composante 506 et 508 agissant vers le haut, respectivement, qui sert cumulativement d'équivalent aux forces de réaction résultantes350 de l'installation de la figure 5. Les deux autres composantes do la décomposition à trois 69 04498 8 2002354 composantes des résultantes 504 et 505 consistent en deux composantes de grandeur égale, dirigées dans des sens opposés 510 et 512 (figure 7) qui s'annulent l'une l'autre et en deux composantes 514 et 516 correspondant aux composantes 258 et 264 de la figure 4. Par suite, 5 l'installation d'évacuation de 1'611881111310 44 combine les avantages de toutes les trois formes de réalisation 144, 244 et 344 et est en outre plus économique à fabriquer. Tous les ensembles de carters sensiblement fermés, susmentionnés, présentent un avantage supplémentaire en ce qu'ils aident à éli-10 miner un problème de pompage du lubrifiant qui peut se poser lors de la mise en marche du compresseur. Cette condition résulte du phénomène connu de production de mousses réfrigérantes au moment de la mise en marcha oti une rapide baisse de pression se produisant dans la chambre 82 fait bouillir le réfrigérant gazeux dissous dans le 15 lubrifiant contenu dans le fond de carter 64 sous la forme d'eau . mousseuse ou de bulles, l'huile entraînée avec l'eau mousseuse est pompée à travers le compresseur et hors de l'enveloppe. Une partie de cette action de production de mousse se produit en raison de la baisse de pression immédiate provoquée dans l'enveloppe du compres-20 seur dès que le compresseur commence à pomper le gaz dans l'enveloppe, en faisant vaporiser et s'échapper en bulles le réfrigérant liquide. Toutefois, dans les ensembles antérieurs ayant des carters "ouverts", l'action de production de mousse est également due à l'effet d'agitation ou de roue mobile du vilebrequin et de la bielle en rotation 25 ainsi que du piston animé d'un mouvement de va-et-vient agissant sur la solution liquide de réfrigérant et de lubrifiant contenue dans-le fond de carter d'huile, ces éléments ayant tendance à battre le liquide en formant une mousse dès qu'ils commencent à se déplacer dans le fond de carter de liquide. En fermant le carter du compresseur 30 suivant la présente invention comme décrit précédemment ici, les éléments tournants ou mobiles sont recouverts ou isolés du fond de carter et par suite ce facteur contributif ou de production de mousse est éliminé. La suppression de cette cause de production de mousse s'est révélée comme réduisant suffisamment l'action de production de 35 mousse à la mise en marche à un point ou le niveau de l'huile ne tombe pas au-dessous de l'arrivée dans la pompe à huile, qui est tout ce qui est nécessaire pour éliminer --le problème de perte de lubrification au moment de la mise en marche. Il va de soi que les présentes formes de réalisation ont été 40 décrites à titre d'exemples préférentiels indicatifs mais non limitatifs et que l'on pourra introduire toute équivalence dans leurs éléments constitutifs sans sortir du cadre de l'invention, défini par les revendications annexées. 69 04498 2002354 9 REVENDICATIONS 1. Compresseur hermétique comprenant une enveloppe et un groupe moto-compressour monté dans l'enveloppe, caractérisé par un piston pouvant être animé d'un mouvement de va-et-vient dans un cylindre, 5 d'un vilebrequin reliant pour fonctionnel': le moteur au piston afin de transformer le mouvement de rotation communiqué par le moteur en un mouvement de va-et-vient du piston et un carter définissant une chambre qui entoure le vilebrequin et communiquant avec le côté du piston éloigné de la chambre de compression du compresseur-, ledit 10 carter ayant un moyen d'évacuation entre ladite chambre du carter et l'espace prévu dans l'enveloppe disposé à l'extérieur du carter, le moyen d'évacuation étant orienté de telle façon que des pulsations de gaz se produisant à travers ce dernier en réponse au mouvement de va-et-vient du piston aient tendance à réduire par rapport à l'enve- 15 loppe la vibration du groupe provoquée par le fonctionnement du groupe moto-compresseur. 2. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'évacuation comprend deux passages d'évacuation coa-xiaux disposés de façon diamétralement opposée l'un à l'autre dans 20 le carter, chacun de ces passages se reliant par une extrémité à la cavité du carter et par l'autre extrémité à l'espace formé dans l'enveloppe à l'extérieur du carter. 3. Compresseur suivant la revendication 2 caractérisé par le fait que les deux passages d'évacuation sont disposés dans des pa- 25 rois latérales opposées du carter, le vilebrequin pouvant tourner, autour d'un axe vertical disposé à peu près au centre de la cavité du carter et les passages d'évacuation étant placés plus près de l'extrémité supérieure que de 1'extrémité inférieure de la cavité du carter. 30 4. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'évacuation est orienté pour provoquer une composante de réaction du gaz ayant tendance à équilibrer la composante de réaction provoquée par l'action du côté éloigné du piston sur le gaz contenu dans le carter. 35 5. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'évacuation comprend deux passages d'évacuation à peu près diamétralement opposés l'un par rapport a l'autre et par rapport à l'axe de rotation du vilebrequin, les passages étant 69 04498 ' 2002354 10 orientés l'un par rapport à l'autre pour provoquer une première et une seconde forces de réaction résultantes pouvant chacune être décomposée en trois composantes; une première composante agissant dans un sens coïncidant avec la première composante de l'autre force ré-5 sultante et d'une grandeur égale à celle-ci pour annuler l'effet résultant des premières composantes, une seconde composante agissant dans le sens de déplacement du piston et en même temps que l'autre des secondes composantes ayant tendance à compenser l'effet de réaction du côté éloigné du piston qui agit sur le gaz contenu dans la 10 cavité du carter et une troisième composante agissant dans un sens à peu près parallèle au sens d'écoulement d'aspiration du gaz dans le groupe moto-compresseur, les troisième composantes ayant ensemble de façon générale tendance à équilibrer la force de réaction provoquée par l'aspiration du gaz dans le groupe moto-compresseur. 15 6. Compresseur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le carter comprend une pièce coulée comprenant un bloc cylindre du compresseur, une paroi supérieure transversale à l'axe de rotation du vilebrequin, une paroi inférieure à peu près parallèle à la paroi supérieure et espacée de la paroi supérieure, une paroi 20 postérieure éloignée du cylindre du compresseur et deux parois latérales reliant mutuellement la paroi postérieure au bloc cylindre, le moyen d'évacuation comprenant deux fentes formées dans les parois latérales du carter coupant la surface interne des parois latéi"ales du carter ainsi qu'une partie de la surface interne de la paroi su-25 périeure du carter. 7. Compresseur' suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le carter consiste en une pièce coulée comprenant un bloc cylindre du compresseur, une paroi supérieure transversale à l'axe de rotation du vilebrequin, une paroi inférieure à peu près parallèle 30 à la paroi supérieure et espacée de celle-ci, une paroi postérieure éloignée du cylindre du compresseur et deux parois latérales reliant mutuellement la paroi postérieure au bloc cylindre, le moyen d'évacuation comprenant une série d'évents formés dans la paroi supérieure du carter en relation angulaire également espacée autour de l'axe de 35 rotation du vilebrequin et s'étendant parallèlement à ce dernier. 8. Compresseur suivant-la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'évacuation comprènd deux évents approximativement opposés disposés de façon que leurs axes se coupent sous un angle 69 04498 2002354 11 inférieur à 180° et sous des angles aigus égaux par rapport au sens de déplacement du piston, de telle façon que les forces de réaction du gaz créées par chacun des évents en réponse au mouvement de va-et-vient du piston provoquent une force de réaction résultante pou-5 vant Être décomposée en deux composantes 5 une première composante agissant dans un sens opposé à la première composante de l'autre évent et d'une grandeur telle que les premières composantes s'an-, nulent les unes les autres et une seconde composante agissant dans le sens de déplacement du piston et ayant ensemble tendance à équi-10 librer la composante de réaction provoquée par l'action du côté éloigné du piston sur le gaz du carter.