Brevet FR2003644A1 — publié le 19691114

ç 0(6-3 -1- 2003644 Dans la conception des compresseurs ou systèmes compresseurs servant à fournir de l'air de service, c'est-à-dire de l'air comprimé destiné au fonctionnement d'outils pneumatiques par exemple, il faut prendre des mesures en vue des besoins va-5 riables qui caractérisent ce type d'utilisation; l'une des caractéristiques des compresseurs centrifuges à vitesse constante est qu'ils fonctionnent avec un rendement maximal sur une gamme relativement restreinte de débit volumétrique. le pompage ou la pulsation est un état de fonctionnement instable des compresseurs 10 centrifuges qui se produit lorsque le débit dans le compresseur s'est abaissé à un niveau inférieur à un point de fonctionnement nominal de la machine. L'intensité du pompage peut être telle qu'il en résulte des chocs violents pouvant endommager la machine . 1 ~ Pour étendre la gamme de débit voluihêtrique dans laquelle un compresseur centrifuge à vitesse constante fonctionne avec un rendement de pointe et pour abaisser le niveau nominal de débit auquel il se produit un pompage, une solution consiste à prévoir un diffuseur présentant une aire d'écoulement variable que l'on 20 peut régler en fonction du débit exigé du compresseur. Il est eormu de prévoir des diffuseurs sans aubes dans lesquels une paroi du passage de diffuseur est un élément annulaire que l'on peut déplacer relativement à l'autre paroi pour faire varier la largeur du diffuseur. 25 L'un des buts de l'invention est de fournir un compres seur centrifuge muni d'un diffuseur sans aubes présentant une paroi variable définie par un élément annulaire de parois et un mécanisme perfectionné permettant d'ajuster la position de la paroi mobile en fonction des conditions désirées. 30 Suivant l'invention, on prévoit un compresseur centri fuge i^uni d'un passage ou canal annulaire de diffuseur sans aubes qui fait communiquer la chambre de compression avec la chambre de refoulement, l'une des parois opposées de la chambre de diffuseur étant définie par un élément annulaire de paroi mo-35 bile relativement à la paroi opposée. L'élément annulaire de paroi est supporté et guidé en vue d'un mouvement de va-et-vient dans le corps du compresseur par des pliers parallèles. Les piliers sont accouplés par leurs extrémités opposées à un organe annulaire de commande -«OBté de manière à pouvoir tourner dans le 40 corps du compresseur et muni de cames servant à faire aller et 9 06673 -2- 2003644 venir l'élément de paroi en réponse à l'oscillation de l'organe de commande. Un mode d'exécution de l'appareil selon l'invention est représenté par les dessins annexés sur lesquels : 5 la figure 1 est une coupe d'un compresseur centrifuge suivant un plan passant par l'axe du rotor; la figure 2 est une vue fragmentaire du compresseur en direction du côté d'aspiration, suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et 10 la figure 3 est une coupe d'une portion de l'ensemble de commande, suivant la ligne 3-3 de la figure 2. Les dessins montrent un compresseur centrifuge 10 présentant un corps défini par des éléments de corps 10 et 11 fixés ensemble auprès de leur périphérie extérieure par des boulons 15 appropriés. Le corps du compresseur définit une chambre de compression située entre la buse d'aspiration 12 de l'élément de corps 10 et la chambre annulaire de refoulement 13 adjacente à la périphérie extérieure du corps. Un rotor 14 muni de pales 15 est monté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de la cham-20 bre de compression et est fixé à un arbre approprié 16 qui passe à travers une ouverture 17 de l'élément de corps 11. L'ouverture 17 peut recevoir des presse-étoupe ou boîtes de palier appropriées pour l'arbre de rotor. Le rotor 14 est entouré d'un diffuseur sans aubes qui 25 est un passage annulaire 20 dirigé radialement, faisant communiquer la périphérie extérieure du rotor 14 et la chambre de refoulement 13. Une paroi fixe du passage de diffuseur est définie par l'élément de corps 11; une paroi mobile 21 du passage de diffuseur est définie par un élément annulaire qui est disposé 30 dans une gorge annulaire 22 prévue dans l'élément de corps 10 et concentrique à l'axe de rotation du rotor. L'élément mobile de paroi présente une section généralement rectangulaire et la surface qui définit la surface de paroi du diffuseur est contournée en vue d'un écoulement régulier de l'air. De façon corres-35 pondante, la gorge annulaire 22 présente une section généralement rectangulaire et présente les dimensions voulues pour recevoir l'élément mobile de paroi avec un ajustement relativement étroit. La paroi mobile 21 est supportée et guidée en vue d'un mouvement axial de va-et-vient sur quatre piliers cylindriques 40 23 qui passent à travers des perforations cylindriques 24 de 1'é- -n ni -,3 -3- 2003644 69 06673 lément de corps 10, ces perforations étant parallèles entre elles et étant également espacées circonférentiellement, concentri-quement à l'axe du rotor. Les piliers 23 présentent les dimensions voulues pour s'ajuster étroitement tout en pouvant coulis-5 ser à l'intérieur des perforations respectives 24; les piliers sont munis de goujons filetés 25 et 26 faisant saillie à leurs extrémités opposées. Les piliers 23 sont fixés rigidement à la paroi mobile 21 par le fait que les goujons 25 se vissent dans des trous filetés appropriés de l'élément mobile de paroi. 10 Pour empêcher la circulation de gaz autour de l'élément mobile de paroi 21, donc radialement à travers la gorge 22, ce qui pourrait se produire à cause du gradient de pression qui existe de part et d'autre de la paroi d^diffuseur pendant le fonctionnement normal du compresseur, des dispositifs d'étan-15 chéité sont prévus aux périphéries intérieure et extérieure - de l'élément de paroi. Un anneau intérieur de joint 27 Avec ces joints ainsi que les joints des piliers 23» décrits plus loin, on obtient une poche ou un espace emprisonné entre l'élément mobile de paroi et le fond de la gorge annulaire 22. Il est désirable d'aérer cette poche emprisonnée; on y 30 parvient en prévoyant un ou plusieurs passages d'aération à travers l'élément mobile de paroi. De préférence, ces passages (29) d'aération s'ouvrent vers le côté du diffuseur, en un point précis de l'élément de paroi en direction radiale, toujours à cause du gradient de pression de part et d'autre de l'élément mobile 35 de paroi. L'emplacement radial est choisi de telle sorte que la pression qui existe dans la poche emprisonnée et qui agit sur l'élément mobile de paroi correspond à la pression moyenne agissant sur la paroi mobile du côté du diffuseur, c'est-à-dire que les forces agissant sur les côtés opposés de la paroi mobile 40 sont équilibrées de manière à ne pas influencer le positionne- >0 nA'73 2003644 69 06c/3 ment de la paroi mobile par les moyens décrits ci-après. Pour empêcher le gaz de fuir de la poche emprisonnée vers l'extérieur du corps 12, des joints toriques sont disposés dans des gorges annulaires appropriées prévues dans les parois 5 cylindriques des piliers 23» de manière à assurer l'étanchéité vis-à-vis des parois des perforations 24. Par ce qui précède, on voit que la paroi mobile de diffuseur 21 est montée et guidée en vue d'un mouvement axial de va-et-vient relativement à la paroi fixe de diffuseur, qu'elle 10 est empêchée de tourner relativement au corps et qu'elle est enfermée hermétiquement dans le corps. Le mouvement de va-et-vient de la paroi mobile de diffuseur 21 est commandé par un organe de commande 32 qui est un anneau monté de manière à pouvoir tourner à l'extérieur de l'élé-15 ment de corps 10, concentriquement à l'axe du rotor. La buse d'aspiration 12 de l'élément de corps 10 définit une surface cylindrique extérieure à l'intérieur de laquelle est prévue une bague extérieure de roulement à billes 33; la surface cylindrique intérieure de l'anneau de commande 32 est munie d'une 20 bague complémentaire de roulement à billes 34-.Ainsi, par des billes appropriées 42, l'anneau de commande 32 est fixé à l'élément de corps 10 de manière à pouvoir tourner et est empêché de se mouvoir relativement en direction axiale. L'anneau de commande 32 présente des cames hélicoïdales 25 55» également espacées angulairement, qui sont définies par des nervures arquées inclinées 36 divisées radialement par des fentes arquées 57 concentriques à l'axe de rotation de l'anneau de commande. La relation entre les cames hélicoïdales 35 e"t les pi-30 lier s 23 est telle que les goujons 26. des piliers passent à travers les fentes respectives 37» Contre les faces opposées des nervures 36 s'appliquent des éléments d'appui 38 constitués par des rondelles en forme de coin munies de saillies 39 qui pénètrent dans les fentes 37 e"t dont deux sont disposées sur 35 chacun des goujons filetés respectifs 26 et fixées sur ceux-ci par des écrous appropriés. Ges éléments d'appui peuvent être fabriqués en toute matière antifriction appropriée telle qu'un bronze autolubrifiant et jouent le rôle de galets vis-à-vis des cames hélicoïdales. Chacune des cames hélicoïdales présente une 40 même relation par rapport au plan de rotation de 1' anneau de commande 32 de sorte que lorsqu'on fait osciller l'anneau de commande , la paroi mobile de diffuseur est située dans des plans parallèles choisis, relativement à la paroi fixe de diffuseur. un bras de commande 40 est convenablement fixé à 11 anneau de commanag 32; il peut être actionné par tout mécanisme de commande approprié, de manière à faire osciller l'anneau de commande sous l'effet des conditions de fonctionnement du compresseur par exemple. Le mécanisme décrit ci-dessus assure une commande très sûre et précise permettant de faire varier la largeur du passage de diffuseur 20. :)9 06673 -6- 2003644 - BE'iEiaiCATIOHS - 1 - Compresseur centrifuge comprenant un corps qui définit une chambre de compression dans laquelle est monté un rotor et une chambre annulaire de refoulement et caractérisé 5 par le fait qu'il présente un passage, annulaire de diffusion faisant communiquer la chambre de compression et la chambre de refoulement, défini par des parois placées face à face dont au moins une est mobile relativement à l'autre de manière à élargir ou à resserrer le passage de diffuseur, la paroi mobile 10 comprenant un anneau disposé en vue d'un mouvement axial relativement eu corps, et supporté par plusieurs piliers dirigés parallèlement à l'axe du rotor, le corps présentant des moyens de guidage du mouvement rectiligne des pdLiers parallèlement à l'axe du rotor, caractérisé en outre par le fait qu'il comporte 15 un organe annulaire de commande monté de manière à tourner sur le corps, aligné axialement sur la paroi mobile et parallèle à celle-ci et définissant de multiples cames dont chacune est définie par des surfaces opposées de l'organe de commande qui sont inclinées suivant un arc relativement au plan de rotation 20 de l'organe de commande, et par le fait que des moyens sont prévus pour accoupler les piliers à des cames respectives de l'organe de commande de sorte que l'oscillation de l'organe de commande relativement au corps produit un mouvement rectiligne des piliers relativement au corps et un mouvement rectiligne cor-25 respondant de la paroi mobile de diffuseur. 2 - Compresseur selon 1, caractérisé par le fait que le corps présente de multiples perforations parallèles à 1J axe de rotation du rotor et présentant les dimensions voulues pour recevoir les piliers en leur permettant de coulisser, de manière JO à soutenir et à guider la paroi mobile. 3 - Compresseur selon 1, caractérisé par le fait que 1'élément de corps opposé à celui qui définit la paroi fixe ae aiffuseur présente une gorge annulaire à section généralement rectangulaire2 que la paroi mobile de diffuseur présente 35 une section généralement rectangulaire et les dimensions voulue^, pour se loger à l'intérieur de la gorge annulaire avec un ajustement relativement étroit, et que la paroi mobile est entièrement logée dans la gorge quanti la paroi mobile est dans la position de débit maximal, de sorte que la paroi mobile et la por-40 tion adjacente du corps définissent une surface lisse de paroi 9 06673 2003644 de diffuseur. 4 - Compresseur selon. 3^ caractérisé par le fait que des anneaux de joint à glissement sont prévus pour les- surfaces cylindriques adjacentes de la paroi mobile et de la gorge annulai- 5 re. 5 - Compresseur selon 1, caractérisé par le fait que l'organe de commande est monté sur le corps au moyen de bagues complémentaires de roulement à billes prévues respectivement dans une paroi périphérique d'un élément du corps qui fait sail- 10 lie axialement et dans une paroi intérieure de l'organe annulaire de commande, ces organes étant accouplés ensemble par des billes disposées dans les bagues de roulement. 6 - Compresseur selon 1, caractérisé par le fait que les cames sont des cames hélicoïdales définies par des portions 15 de nervure inclinées et espacées angulairement que présente l'organe de commande et qui ont une épaisseur uniforme et sont divisées radialement par des fentes arquées concentriques à l'axe de rotation, et par le fait que les piliers passent à travers les fentes arquées et sont munis de galets s'appliquant aux deux 20 surfaces opposées des portions de nervure. 7 - Compresseur selon 6, caractérisé par le fait que chacun des piliers comprend un goujon dirigé axialement, passant à travers une fente arquée de l'organe de commande et deux éléments d'appui supportés par le goujon de manière à glisser con- 25 tre les faces opposées de la nervure de came associée. 8 - Compresseur selon 3» caractérisé par le fait que des moyens d'étanchéité sont prévus entre les parois intérieures de la gorge annulaire et de l'élément mobile de paroi ainsi qu'entre les parois extérieures de la gorge annulaire et de 30 l'élément mobile de paroi, pour empêcher le gaz de s'écouler radialement à travers la gorge annulaire. 9 - Compresseur selon 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens d'aération traversant la paroi mobile de manière à aérer l'espacement annulaire compris entre la paroi et 35 le fond de la gorge annulaire, ces moyens d'aération s'ouvrant dans la paroi mobile du côté du diffuseur, en un point prédéterminé radialement de manière à maîtriser les forces agissant sur ses côtés opposés.