Brevet FR2080796A1 — publié le 19711119

L'invention concerne un compresseur à piston rotatif ant.ane chambre de compression dans laquelle sont disposés au moins deux rotors hélicoldaux et qui est limitée par deux parois terminales ou fonds, un du côté du refoulement et l'autre du côté de l'aspiration, les rotors étant munis de tourillons coaxiaux qui tournent dans des paliers logés dans des espaces intérieurs desdits fonds qui sont séparés de ladite chambre de compression, et l'huile introduite aux fins d'étanchéité et de lubrification se trouvant rassemblée dans les fonds d'où elle est évacuée et introduite dans la chambre de compression. Dans des compresseurs à piston rotatif connus, on introduit de l'huile dans les fonds aux fins d'étanchéité et de lubrification, à la suite de quoi on la recueille dans des cavités desdits fonds et, avant de l'évacuer dans le canal basse-pression, il faut lå refroidir. Dans les compresseurs à piston rotatif dont le fluide de travail est soluble dans l'huile dans une mesure importante, comme par exemple les agents frigorigènes de sécurité, l'huile prélevée dans le séparateur d'huile, qui se trouve à la pression finale de compression et qu'on envoie au moyen d'une pompe à huile aux paliers, au dispositif de compensation de poussée axiale et au presse-étoupe aux fins de graissage, de création d'efforts opposés aux poussées axiales et de refroidissement, est saturée dudit agent frigorigène.Quand on l'extrait des cavités des fonds pour l'amener à la tubulure d'aspiration, elle se détend à la pression beaucoup plus faible qui règne ici et, du fait que la solubilité du fluide de travail diminue avec la pression, ce fluide se vaporise en grande partie et se dégage de huile. Cette portion du fluide de travail occupe une partie importante du volume d'aspiration du compresseur et se trouve dissoute dans l'huile au cours de la compression. De ce fait, la quantité utile de fluide de travail qui traverse le compresseur est bien inférieure à son débit nominal, c'est-à-dire que le rendement volumétrique du compresseur est faible. Pour éliminer cet inconvénient, qui est important, en particulier dans les petits compresseurs, il a été proposé de faire passer l'huile en provenance des cavités des fonds par des trous percés dans les parois de la chambre de compression pour l'envoyer dans les creux de denture du rotor auxiliaire qui se trouvent essentiellement à l'intérieur du cercle primitif, lesdits perçages étant disposés dans la paroi de la chambre de compression de telle sorte que le creux de dent du rotor auxiliaire, qui se trouve en communication avec eux, ne soit plus en communication avec l'espace d'aspiration du compresseur et qu'ainsi, d'une part, le fluide de travail qui y entre ne trouve qu'une contre-pression encore faible. ais gug-,d'autre part, il ne puisse plus avoir d'influence sur les conditions qui règnent dans la chambre d'aspiration. Un compresseur qui fonctionne d'après ce principe évite bien dans une large mesure les inconvénients qui résultent de la libération du fluide de travail dissous dans l'huile, mais il ne tire pas profit des possibilités qui en résultent pour augmenter la puissance du compresseur et son rendement Le mélange de fluide de travail et d'huile est ainsi enuoyédans l'alésage qui contient le rotor auxiliaire, mais il faut alors l'accélérer à la vitesse périphérique de ce rotor, ce, qui.représ,ente une perte. En outre, l'huile saturée de fluide de travail, qui s'est échauffée dans le compresseur, passe de la haute pression qu'elle avait à la sortie des paliers et du presse-étoupe à la pression d'aspiration par une détende par étranglement (détente de Joule - Mayer) sans fournir de travail. Le problème à la base de l'inventoion est de réaliser un dispositif tel que les pertes énergétiques provoquées par l'agent frigorigène, qui se dégage par évaporation de l'huile recueillie, soient réduites dans la mesure la plus large possible Suivant la solution proposée par l'invention, l'énergie contenue dans l'huile qu'on peutorecueillir,-pZar rapport aux conditions qui règnent dans la chambre d'aspiration, -est utilisée pour injecter cette huile dans ladite chambre d'aspiration avec la vitesse la plus élevée possible et dans une direction, déterminée. L'injection ,s'effectue par une ou plusieurs tuyères prévues à cet effet.Le jet d'huile ou d'écume d'huile,qui résulte du dégagement gazeux de fluide de travail par suite de ''évaporation, est injecté dans la chambre d'aspiration en étant dirigé vers le rotor auxiliaire et, à l'instant où cette huile ou écume d'huile entre dans un creux de dent du rotor auxiliaire, sa direction coïncide essentiellement avec celle du fluide du travail qui entre dans ce même creux de dent.Les tuyères sont positionnées par rapport aux arêtes qui règlent l'entrée du fluide de travail de telle sorte que l'onde de pression à laquelle donne naissance l'huile ou écume qui pénètre dans le creux de dent n'atteigne le fond du côté de l'aspiration dans ce creux de dent ou celui du creux de dent de l'autre rotor qui lui est associé, après réflexion sur le fond du côté refoulement ou sur la dent de rotor principal qui engrène dans ces creux, que lorsque lesdits creux de dents ne sont plus en communication avec la chambre d'aspiration. Des quantités d'huile ou d'écume d'huile recueillies sous des pressions différentes en des points différents du compresseur sont injectées avec la vitesse la plus élevée possible par des tuyères séparées les unes des autres. Suivant une autre possibilité prévue par l'invention, on utilise l'huile ou écume disponible dans le compresseur sous une pression relativement enlevée comme fluide moteur pour aspirer, au moyen d'un système de tuyères organisé en trompe d'éjecteur, l'huile ou écume d'huile disponible sous une pression relativement basse et l'injecter dans la chambre d'aspiration. De plus, la chambre d'aspiration du compresseur, ou une partie de celle-ci, est conçue de façon à former une trompe d'entraînement pour précomprimer à une pression supérieure à celle qui règne dans. ladite chambre d'aspiration le fluide de travail qui arrive dans les filets des rotors ou dans un filet de rotor, en utilisant comme fluide moteur de l'huile ou de l'écume d'huile prélevée dans les chambres intérieures des fonds du compresseur. On comprendra mieux l'invention à partir de la description détaillée ci-après, en se référant aux dessins annexés, donnés ici uniquement à titre d'exemples illustratifs et sans aucun caractère limitatif, dans lesquels la figure 1 montre en coupe un exemple de compresseur et la disposition de son système d'injection la figure 2 montre en coupe la disposition de plusieurs systèmes d'injection la figure 3 repr-ésenté un dispositif d'injection organisé en trompe d'entraînement et les figures 4 et 5 représentent une chambre d'aspiration conçue elle-même en trompe d'éjecteur. Le compresseur représenté sur la figure 1 comprend comme éléments principaux une chambre de compression 1 dans laquelle sont disposés un rotor principal F' et un rotor auxiliaire 3, un fond basse-pression 4 et un fond haute-pression 5. Dans le fond 4 se trouvent la chambre d'aspiration 6 et un dispositif d'injection 7. Pour évacuer l'huile du fond haute-pressior: 5, il est prévu une conduite 8 qui est reliée au dispositif d'-injection 7 et, dans le fond côté basse-pression 4, il est prévu une conduite 9 qui est également reliée au dispositif d'injection 7. Le dispositif d'injection 7 comporte une tuyère 10 orientée de telle sorte que la vitesse du jet d'huile ou d'écume d'huile qui en sort ait mêmes direction et sens que la vitesse absolue du fluide de travail à l'entrée dans le rotor auxiliaire 3, lorsque ledit fluide de travail a atteint le point de la section frontale côté aspiration vers lequel est dirigé la tuyère 1Q. Sur la figure 1, la tuyère 10 est représentée dans le plan du dessin, et par conséquent décalée par rapport à la direction qui correspond aux exigences fonctionnelles. Avec la rotation des rotors 2 et 3, le volume augmente du côté de l'aspiration. De ce. fait, du fluide de travail stécou- le de la chambre d'aspiration 6 à l'espace des creux de dents 11, r. Lorsque l'entrée d'un creux de filet d'un rotor auxiliaire passe devant le jet qui sort de la tuyère 10, ce creux de filet se trouve suralimenté en conséquence de la vitesse élevée de l'huile ou écume d'huile injectée et il apparaît une onde de pression qui se propage dans le creux de filet du rotor vers le côté du refoulement et qui aspire dans ce creux de filet une quantité supplémentaire de fluide de travail.Comme l'huile ou écume d'huile injectée entre dans la chambre d'aspiration 6 avec une vitesse élevée, elle corrmunique une partie de son énergie au fluide de travail qui l'entoure et il en résulte une diminution des pertes liée à son entrée dans le creux de filet et une amélioration du coefficient de remplissage. Le mélange de l'huile ou écume d'huile et du fluide de travail s'effectue essentiellement à l'intérieur du filet de rotor, ce qui exige toutefois un certain temps et, de ce fait, les conséquences de ce mélange telles que, par exemple, ltélévation de température de la charge, ne se font sentir qu'à un moment où il ne peut plus se produire d'écoulement en retour vers la chambre d'aspiration 6.En outre, l'écume d'huile se trouve refroidie par la détente avec production de travail qui a eu lieu dans la tuyère 10, c'est-à-dire que la température de l'écume injectée est inférieure à celle de l'huile amenee à la tubulure d'aspiration suivant l'état antérieur de la technique, tel qu'on l'a décrit. Grâce à la direction choisie pour l'injection, il n'est plus nécessaire de fournir un travail supplémentaire pour accélérer l'huile ou écume d'huile injectée à la vitesse qui règne dans le creux de filet du rotor. La figure 2 montre une partie d'un compresseur dont la construction est essentiellement la même que celle de la figure 1. Comme l'huile recueillie au presse-étoupe 13 peut avoir une pression considérablement plus élevée que celle qui vivent de la chambre intérieure 14 du fond 5 du côté refoulement, le fait de réunir ces deux débits d'huile dans une même conduite coilectrice 15 pourrait avoir pour conséquence que la chambre intérieure 14 du fond 5 du côté refoulement se trouve noyée huile. Pour éviter ce risque, i'huile en provenance du presse-étoupe 13 est amenée à la chambre d'aspiration 6 par une tuyère séparée loua. L'emplacement de la tuyère 10a peut se trouver sur un rayon voisin de celui où se trouve la tuyère 10. La direction d'injection de la tuyère 10a correspond à celle qu'on a décrite à propos de Ia-~figure 1. i;a figure 3 montre une disposition particulière de tuyère lob avec laquelle on effectue, comme on l'a décrit à propos de la tuyère 10 de la figure 2, l'injection d'huile ou écume dthuile recueillie à des pressions différentes. Ici, on a disposé au moins deux tuyères 10a, lOb concentriques, l'huile ou écume d'huile recueillie à la pression la plus élevée entrainant par effet de trompe celle qui a été recueillie à une pression plus faible. Les figures 4 et 5 montrent une chambre d'aspiration 6 de compresseur dans laquelle une trompe 16 à effet d'éjecteur est disposée en avant (dans le sens de rotation du rotor) de 1'arête de distribution qui obture le creux de dent du rotor et effectue une précompression du fluide de travail avant son entrée dans le creux de filet du rotor. REVENDICATIONS 1. Compresseur à piston rotatif ayant une chambre de compression qui eSt limitée par un fond du côtéaspiration et un fond du-côté-refoulement et-dans lequel, -pour réaliser le graissage, pour créer-deç forces Ôpposées aux poussées axiales, et pour assurer-le refroidissement,-iI est introduit de l'huile qui se rassemble ensuite dans les fonds d'où on la reprend pour l'introduire dans la chambre de compression, prévu pour être utilisé avec un fluide de travail soluble dans l'huile, caractérisé par le fait que l'énergie contenue dans l'huile disponible, par rapport aux conditions qui règnent dans la chambre d'aspiration (6), est utilisée pour injecter dans cette chambre l'huile, ou l'écume produite à partir de cette huile par l'évaporation du fluide de travail qui y était dissous, par une ou plusieurs tuyères (10, loua, lOb) ou pour y injecter des quantités d'huile ou d'écume d'huile recueillies sous des pressions différentes en divers points du compresseur au moyen de tuyères séparées les unes des autres (10, loua, lOb), l'injection étant faite avec la vitesse la plus élevée possible et dirigée vers le rotor auxiliaire (3) et, à l'instant où cette huile ou écume entre dans un creux de dent (11) du rotor auxiliaire (2), la direction du jet correspondant essentiellement à celle du fluide de travail qui entre dans un creux de dent (11) en même temps que ladite huile ou écume huile. Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les tuyères (10, loua, lOb) sont positionnées par rapport aux arêtes de la chambre d'aspiration (6) qui règlent l'en- trée du fluide de travail de telle sorte que l'onde de pression émise par le jet d'huile ou d'écume, qui pénètre dans le creux de dent (11), n'atteigne l'extrémité située du côté aspiration de ce creux de dent (11) ou du creux de dent (12) de l'autre rotor avec lequel il est en communication, après réflexion sur le fond situé du côté refoulement (5) ou sur la dent du rotor principal (2) qui engrène dans ce creux, que lorsque lesdits creux de dents (11, 12) ne sont plus en communication avec la chambre d'aspiration (6). Compresseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise l'huile ou écume disponible dans le compresseur sous une pression relativement élevée comme fluide moteur pour aspirer, au moyen d'un système de tuyères (lob) organisé en trompe d'éjecteur, l'huile ou écume d'huile disponible sous une pression relativement basse et l'injecter dans la chambre d'aspiration (6). 4. Compresseur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la chambre d'aspiration (6) du compresseur,ou une partie de celle-ci, est conçue de façon à former une trompe d'entrainement pour précomprimer à une pression supérieure à celle qui règne dans ladite chambre d'aspiration le fluide de travail qui arrive dans les filets des rotors ou dans un filet de rotor, en utilisant comme fluide moteur de ''huile ou de l'écume dthuile prélevée dans les chambres intérieures (14) des fonds (4, 5) du compresseur.