Brevet FR2137681A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne un dispositif pour le graissage de compresseurs à moteur, montés en parallèle, d'une installation frigorifique, chaque compresseur à moteur comportant une chambre à moteur et une chambre à vilebrequin séparées par uné paroi, ainsi qu'une chambre d'aspiration entourant partiellement le cylindre ou les cylindres et une conduite d'aspiration débouchant dans la chambre à moteur, la partie inférieure de la chambre à moteur et la partie inférieure de la chambre à vilebrequin constituant des réservoirs d'huile qui communiquent entre eux. Dans ces moteurs à compresseur, la paroi de séparation comporte une ouverture pour ltéquilibrage de la pression du gaz, une ouverture de retour d'huile pour la liaison de la chambre à moteur avec la chambre à vilebrequin et un étranglement d'aspiration pour la communication de la chambre à moteur avec la chambre d'aspiration. En outre, la chambre d'aspiration est reliée, au moyen d'une ouverture de passage pour le gaz, avec la chambre à vilebrequin. La gaz aspiré est conduit hors de la chambre à moteur, par l'intermédiaire de l'étranglement d'aspiration, dans la chambre d'aspiration et il est conduit, par un écoulement secondaire, hors de la chambre à moteur, par l'intermédiaire de l'ouver- ture pour l'équilibrage de la pression du gaz, à la chambre de vilebrequin, et par l'intermédiaire de l'ouverture pour le passage du gaz, dans la chambre d'aspiration.Les compresseurs à moteurs auxquels se rapporte l'invention présentent en outre une construction de petites dimensions, avec un réservoir d'huile de la chambre de vilebrequin aussi petite que possible et un niveau d'huile relativement élevé qui, lorsque le compresseur à moteur est mis hors circuit, s'étend presque jusqu'au dessous des pièces tournantes du mécanisme vilebrequin -bielle et se forme dans la chambre à moteur en raison de la communication par l'intermédiaire de l'ouverture de retour d'huile. L'huile qui a pénétré dans la chambre à moteur et qui forme la réserve d'huile est transportée lors de la mise en marche du compresseur à moteur, dans la chambre de vilebrequin, en raison de la différence de pression qui se produit. L'utilisation de plusieurs compresseurs montés en parallèle dans une installation frigorifique présente, comme on sait, certains avantages en comparaison de l'utilisation d'un compresseur unique de plus grande puissance, du fait que, lorsqu'on met hors circuit des compresseurs individuels, on obtient un échelonnement de puissance qui est économique et qu"en outre on peut réaliser au moyen d'un type de fabrication unique des installations frigorifiques ayant des puissances différentes. Toutefois, certaines difficultés se présentent quand il s'agit d'assurer l'alimentation en huile de graissage de tous les compresseurs étant donné qu'on court le risque d'une migration de l'huile dans l'un des compresseurs et d'un manque d'huile correspondant dans un autre compresseur, en particulier quand il s'agit de compresseurs qui ne sont pas en fonctionnement simultanément. Des moyens connus pour résoudre les problèmes de graissage dans le cas de compresseurs ne fonctionnant pas simultanément consistent à disposer des conduites d'équilibrage de la pression d'huile encre les réservoirs d'huile des chambres de vilebrequin et des conduites d'équilibrage de la pression du gaz entre les chambres à gaz des chambres de vilebrequin des différents compresseurs à moteur. Ces conduites présentent de préférence de grandes sections droites de passage. Elles sont destinées à éviter que prennent naissance des pressions différentes au dessus des niveaux d'huile des différents réservoirs d'huile et à garantir un niveau d'huile de communication dans les réservoirs d'huile de tous les compresseurs et cela indépendamment du fait que peuvent être ramenées des quantités d'huile différentes dans les différents réservoirs d'huile.Lors de la mise hors circuit de compresseurs individuels, il se forme, outre l'écoulement de gaz aspiré conduit à travers la branche de conduite d'aspiration, la chambre de moteur, l'étranglement d'aspiration et la chambre d'aspiration du compresseur en service, un écoulement transversal de gaz aspiré passant à travers les branches de conduite d'aspiration, les chambres de moteur et les chambres de vilebrequin des compresseurs mis hors circuit et à travers les conduites d'équi librage, les chambres de vilebrequin et les chambres de moteur des compresseurs mis en service. Cet écoulement transversal est provoqué par la chute de pression de l'écoulement de gaz aspiré dans les branches de conduite d'aspiration et le carter de moteur des compresseurs mis service. Cet écoulement transversal présente des inconvénients. En effet, dans le cas des compresseurs à moteurs ayant un niveau d'huile relativement élevé et par opposition à ce qui se produit dans le cas d'un fonctionnement isolé, de l'huile provenant du réservoir d'huile de la chambre de vilebrequin du compresseur en marche est refoulée par l'intermédiaire de l'ouverture de retour d'huile dans la chambre du moteur. En outre, de l'huile provenant des réservoirs d'huile des compresseurs à moteur arrêtés est transportée par l'écoulement transversal, par l'intermédiaire des ouvertures d'équilibrage de la pression d'huile dans les réservoirs d'huile de la chambre de vilebrequin des compresseurs à moteur se trouvant enservice et elle est en outre refoulée dans la chambre de moteur. L'huile transportée dans la chambre de moteur vient en contact avec le courant de gaz aspiré, elle est absorbée par ce courant et elle est entrainée par l'intermédiaire de la chambre d'aspiration et du cylindre dans le circuit de l'agent réfrigérant de l'installation frigorifique. L'entraSnement d'huile est à peu près de l'ordre de grandeur de 35 de parties d'huile dans le mélange huile-agent réfrigérant. Il existe donc un inconvénient du fait de la nécessité d'avoir recours à des séparateurs d'huile afin de réduire la proportion d'huile à la valeur d'environ 5% admissible pour les installations frigorifiques. Un autre inconvénient est constitué par un coefficient élevé de circulation d'huile, avec une charge thermique accrue de l'huile. En outre, lors de l'application de ce système à des compresseurs de petites dimensions fonctionnant à pleine charge, il existe une sensibilité plus grande vis à vis des différences dues à la fabrication ou à d'autres causes ancr dotales, dans les pertes de pression se produisant le long des chemins du gaz aspiré dans les différents compresseurs. Cela résulte de ce que lors des différences de pression aux parois de séparation des différentes chambres à moteur, des écoulements transversaux se forment par l'intermédiaire des chambres de vilebrequin et des conduites d'équilibrage. Ces écoulements transversaux provoquent à l'ouverture de retour d'huile dans la paroi de séparation du compresseur à moteur, avec le niveau de pression plus élevé c8té moteur,un courant de bulles de gaz dans le réservoir d'huile, courant qui arrive dans la zone de l'ouverture d'aspiration de la pompe à huile du système autonome d'huile et qui peut aboutir par conséquent à un effondrement de la pression d'huile dans ces moteurs à compresseur Par ailleurs, ces écoulements transversaux provoquent dans les compresseurs à moteur avec le niveau de pression plus faible côté moteur à la paroi de séparation un refoulement d'huile hors du réservoir d'huile se trouvant dans la chambre de vilebrequin, ce refoulement pénétrant à travers l'ouverture de retour d'huile, dans la chambre de moteur du compresseur à moteur et par suite dans le courant de gaz aspiré de sorte qu'il peut se produire, même en marche à pleine charge une augmentation de l'entrainement d'huile. D'autres formes de réalisation proposées de l'équilibrage de l'huile prévoient l'utilisation de dispositifs de transport de l'huile dans les conduites d'équilibrage ainsi que des interrupteurs de niveau supplémentaires. Ces formes de réalisation ne fournissent pas de possibilité avantageuse d'application en raison de l'augmentation de dépense qu'elles imposent. L'invention a pour bl1t en assurant un graifflage uniforme de tous les compresseurs à moteurs montés en parallèle, dans tous les modes de fonctionnement, de maintenir ltentratnement de l'huile hors des compresseurs à moteur dans le circuit d'agent réfrigérant, dans des limites telles que l'em- ploi de séparateurs d'huile ne soit pas nécessaire. L'invention se propose en employant des compresseurs à moteur prévus pour un fonctionnement isolé, montés sans modifications importantes pour fonctionner en parallèle, de dériver l'accumulation exécentaire d'huile se produisant dans le fonctionnement à charge partielle dans les compresseurs à moteur mis hors circuit, d'une manière telle que dans tous les modes de fonctionnement, le courant de gaz aspiré et l'huile du réservoir d'huile ne viennent en contact que dans une faible proportion. Conformément à l'invention, ce problème est résolu du fait que les chambres à moteur des compresseurs à moteur montés en parallèle sont reliées entre elles au moyen d'une conduite de communication disposée à la hauteur des niveaux nominaux d'huile des réservoirs dlhuile.Grâce à cette conduite de communication, l'huile escédentaire est aspirée, lors du fonctionnement à charge partielle hors des compresseurs à moteur arrêtés. On évite ainsi un écoulement transversal entre les chambres de vilebrequin des compresseurs à moteur, écoulement qui provoquerait un transport d'huile de la chambre de vilebrequin dans la chambre de moteur des compresseurs à moteur mis en fonctionnement et par suite une augmentation de ltentrainement d'huile. De préférence, la conduite de communication est disposée dans chaque cas à la chambre d'entrée de gaz de la chambre de moteur. L'huile existant dans la chambre d'entrée de gaz est entrainée complètement pour chaque compresseur à moteur en fonctionnement, par le courant de gaz aspiré, de sorte qu'il n'est pas possible que se produise un recouvrement des embouchures des conduites de communication par de l'huile et qu'il ne peut se produire dans le fonctionnement à pleine charge une migration indésirable de l'huile par suite de différences de pression dues à des défectuosités de fabrication. Au contraire, le niveau d'huile dans la chambre intermédiaire n'est pas défini nettement lors du fonctionnement, de sorte que des migrations supplémentaires deviennent possibles. Une autre caractéristique de l'invention réside en ce que la conduite de communication présente une section droite de passage qui est beaucoup plus petite que celle d'une branche de conduite d'aspiration. De ce fait, l'action de dérivation est limitée à ce qui est indispensable et en outre les frais de fabrication sont maintenus faibles. Une caractéristique supplémentaire de l'invention réside en ce que pour que soit assurée une répartition uniforme, sur tous les compresseurs à moteurs mis en service, de l'huile ramenée avec le courant de gaz aspiré de l'installation frigorifique, la chute de pression dans les conduites d'aspiration des différents compresseurs à moteur est la même grâce à une division symétrique et à une disposition symétrique des branches de conduite d'aspiration. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après et aux dessins annexés dont la figure unique représentant un exemple de réalisation de l'invention montre une coupe longitudinale de deux compresseurs à moteur semihermétiques, refroidis par du gaz aspiré et montés en parallèle. Deux compresseurs à moteur similaires 1,2 comportent chacun une paroi de séparation 3 d'un c8té de laquelle se trouve une chambre de moteur 4 et de l'autre c8té de laquelle se trouve une chambre de vilebrequin 5. La chambre de moteur 4 reçoit un moteur qui se compose essentiellement d'un stator 6, des enroulements 7 et du rotor 8. Ce moteur se trouve à peu près au milieu de la chambre 4; de sorte qu'il existe aux extrémités du moteur, d'une part une chambre intermédiaire 9 qui est limitée par la paroi de séparation 3 et d'autre part une chambre 10 d'entrée pour le gaz. La partie inférieure de la chambre 4 du moteur sert de réservoir d'huile ll au repos. Le stator 6 possède plusieurs canaux 12 qui mettent en communication la chambre 10 d'entrée du gaz avec la chambre intermédiaire 9. Les canaux 12 servent au refroidissement du moteur et ils sont disposés sur le pourtour du stator 6. Dans la chambre 5 de vilebrequin, sont logés des cylindres 13, une chambre d'aspiration 14 entourant en partie les cylindres 13 ainsi que le mécanisme bielle-vilebrequin qui n'est pas désigné d'une manière détaillée. La partie inférieure de la chambre 5 de vilebrequin constitue un réservoir d'huile pour 19 circuit d'huile autonome. Dans la parois de séparation, est prévu un étranglement d'asFiration 16 qui sert à mettre en communication la chambre intermédiaire 9 avec la chambre d'aspiration 14, une ouverture 17 pour l'équilibrage de la pression du gaz, qui sert à mettre en communication la chambre intermédiaire 9 avec la chambre de vilebrequin 5 et au point le plus bas de la paroi de séparation une ouverture 18 de retour d'huile qui est destinée à mettre en communication les réservoirs d'huile il, 15. Le niveau nominal d'huile se forme à l'état de repos du compresseur 1, 2 et il dépasse l'ouverture 18 de retour d'huile de sorte que les deux réservoirs d'huile 11, 15 de la chambre 4 du moteur et de la chambre 5 du vilebrequin sont en communication. Dans la chambre de moteur 4, il se produit un équilibrage du niveau nominal 19 de l'huile entre la chambre 10 d'entrée du gaz et la chambre intermédiaire 9 par 1 ' intetmédiaire des canaux de refroidissement 12 les plus bas. Les chambres 10 d'entrée du gaz des deux compresseurs à moteur 1, 2 sont reliées entre elles à la hauteur du niveau nominal 19 de lihuile au moyen d'une conduite de liaison 20. Une ouverture 21 d'entrée du gaz met en communication la chambre d'aspiration 14 avec la chambre de vilebrequin 5. Les compresseurs à moteur 1, 2 sont reliés à leur chambre 10 d'entrée du gaz par l'intermédiaire des branches symétriques de conduite d'aspiration 31, 32 et d'une conduite d'aspiration commune 30, avec le c3té basse pression et ils sont reliés à leurs cylindres 13 par l'intermédiaire de conduites de refoulement 4C avec le cbté haute pression de l'installation frigorifique non représentée. On va décrire maintenant le mode de fonctionnement dans le cas où un compresseur seulement est en service4 ce compresseur étant par exemple le compresseur à moteur 1. A partir de l'installation frigorifique est aspiré un courant de gaz qui ramèhe en mEme temps aux compresseurs l'huile entratnée à travers les compresseurs dans l'installation frigorifique. Ce courant de gaz aspiré s'écoule à travers la conduite d'aspiration 30, la branche 31 de conduite d'aspiration, la chambre 10 d'entrée du gaz, les canaux de refroidissement 12, la chambre intermédiaire 9, l'étranglement 16 d'aspiration et la chambre d'aspiration 14 pour arriver dans les cylindres 13.Il se produit un écoulement secondaire de gaz aspiré qui provient de la chambre de moteur 4, qui passe par l'ouverture 17 pour l'équilibrage de la pression du gaz et par l'ouverture de retour d'huile 18 pour arriver dans la chambre S de vilebrequin et pour se rendre de cette dernière, par l'intermédiaire de l'ouverture 21 pour le passage du gaz, dans la chambre d'aspiration 14. Dans le cylindre 13, le gaz est comprimé et il est ramené en tant que gaz comprimé à travers la conduite de refoulement 40, dans le cbté haute pression de l'installation frigorifique. Il se produit pendant ce temps des chutes de pression très importantes dans la branche 21 de conduite d'aspiration, dans les canaux de refroidissement 12 et dans l'étrangle- ment d'aspiration 16. Parallèlement à ce qui se passe dans ltétran- glement d'aspiration 16, la même chute de pression s'établit au dessus de l'orifice 17 d'équilibrage de la pression du gaz et de l'ouverture 18 de retour d'huile et de l'ouverture 21 beaucoup plus petite de passage du gaz. Ces chutes de pression sont dues à ce qu'en ces endroits les sections droites de passage sont rétrécies.Le gaz aspiré qui est arrivé dans la chambre 10 d'entrée du gaz est acheminé à travers les canaux de refroidissement 12 ainsi qu'à travers l'intervalle entre le stator 6 et le rotor 8 qui provoquent une chute de pression cbnsidérable, jusque dans la chambre intermédiaire 9. En raison de la différence de pression entre la chambre 10 d'entrée du gaz et la chambre intermédiaire 9, la formation d'une réserve huile dans la chambre 10 d'entrée du gaz se trouve empêchée. Après que la mise en marche du compresseur à moteur 1 a été faite la réserve d'huile au repos 1l ainsi que huile séparée du courant de gaz aspiré se trouvert de ce fait transportées immédiatement dans la chambre intermédiaire 9. Le courant de gaz aspiré arrive en passant à travers l'étranglement d'aspiration 16 qui produit pareillement une chute de pression importante, dans la chambre d'aspiration 14. Une chute de pression est produite pareillement dans le trajet de l'écoulement secondaire de gaz aspiré par l'intermédiaire de l'ouverture 17 d'équilibrage de la pression du gaz, de l'ouverture 18 pour le retour d'huile, ainsi que de l'ouverture 21 pour le passage du gaz. Avec cet écoulement seconaaire de gaz aspiré, de l'huile est transportée de la chambre intermédiaire 9 dans le réservoir d'huile 15 de la chambre de vilebrequin 5. Il n'arrive donc pas non plus qu'il se forme dans la chambre intermédiaire 9, après qu'est effectuée la mise en marche du compresseur à moteur, une réserve d'huile. Une partie d'huile seulement est quelque peu dérivée vers le fond en raison de la formation d'un mouvement de rotation dans le sens de rotation, mouvement qui se superpose à l'écoulement du gaz. Une faible partie seulement de l'huile est entrainée, avec l'écoulement de gaz aspiré, dans la chambre d'aspiration 14, le cylindre 13 et avec le courant de gaz sous pression à travers la conduite de refoulement 40, suivant une nouvelle dérivation de l'huile, dans l'installation frigorifique. Dans la branche 31 de conduite d'aspiration, il se produit également une chute de pression qui provoque un écoulement en dérivation par l'intermédiaire de la branche de conduite d'aspiration 32, de la chambre d'entrée de gaz 10 du compresseur à moteur 2 mis hors circuit, de la conduite de liaison 20 et de la chambre d'entrée de gaz du compresseur à moteur en fonctionnement. La section droite de passage de la conduite de communication 20 est beaucoup plus petite que la section droite de passage d'une branche de conduite d'aspiration 31 Ou 32, de sorte qu'il n'y a qu'une petite partie du courant de gaz aspiré qui prend le chemin prescrit comme écoulement de dérivation et par conséquent une petite partie seulement de la quantité d'huile ramenée avec le courant de gaz aspiré de l'installation frigorifique qui arrive dans le compresseur à moteur 2 mis hors circuit.Cette huile est séparée du courant de gaz aspiré dans la chambre d' entrée du gaz 10 et elle complète la provision d'huile du réservoir à huile ll jusqu'à la hauteur du niveau nominal de l'huile 19 tandis que l'huile en excès est aspirée à travers la conduite de liaison avec l'écoulement de dérivation dans la chambre d'entrée du gaz 10 et à partir de là, à travers les canaux de refroidissement 12 dans la chambre intermédiaire 9 et ensuite dans le réservoir à huile 15 du compresseur à moteur 1. Il est d'usage courant, dans les installations frigorifiques de faire fonctionner alternativement, dans un service à charge partielle, les deux compresseurs à moteur montés en parallèle. Le mode de fonctionnement décrit ci-dessus n'est pas modifié dans son principe quand on met en service au lieu du compresseur à moteur 1, le dompresseur à moteur 2. Du mode de fonctionnement décrit ci-dessus on peut déduire sans difficulté le mode de fonctionnement dans le cas où les deux compresseurs à moteur sont en service simultanément. Dans les deux compresseurs à moteur, il se produit en raison de l'identité des dimensions, des conditions d'écoulement identiques. La conduite de liaison 20 n'est pas en service étant donné que normalement il n'existe pas de différences de pression dans les chambres d'entrée du gaz 10 et qu'en outre, en service, il n'existe pas de niveaux d'huile dans les chambres d'entrée du gaz 10. Le retour de l'huile s'effectue en raison de la symétrie des branches de conduite d'aspiration 31, 32 de manière identique dans les deux compresseurs à moteur. De petites différences possibles dans le retour de l'huile aux différents compresseurs sont compensées par un retard de l'huile s'établissant pareillement de manière différente dans les différents compresseurs à moteur et Ues se tradlisent par des différences très faibles des hauteurs de niveau d'huile dans les chambres de vilebrequin des différents compresseurs à moteur se trouvant en fonctionnement. L'addition d'autres compresseurs à moteur montés en parallèle ne change rien au mode de fonctionnement de l'invention décrite ci-dessus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représentés, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Dispositif pour le graissage de compresseurs à moteur d'une installation frigorifique, disposés au meme niveau et pouvant fonctionner au choix individuellement ou dans un montage en parallèle, chaque compresseur à moteur comportant une chambre à moteur et une chambre à vilebrequin séparées par une paroi, ainsi qu'une chambre d'aspiration entourant partiel lement le cylindre ou les cylindres et une conduite d'aspiration débouchant dans la chambre à moteur, la partie inférieure de la chambre à moteur et la partie inférieure de la chambre à vilebrequin constituant des réservoirs d'huile communiquant entre eux, dispositif caractérisé en ce que les chambres à moteur sont reliées entre elles par une conduite de communication disposée à la hauteur des niveaux d'huile nominaux. 20) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de communication aboutit aux chambres d'entrée de gaz des chambres à moteur 3 ) Dispositif suivant l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que la conduite de communication présente une section droite de passage beaucoup plus petite que celle de la branche de conduite d'aspiration. 40) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les chambres à moteur sont reliées à la conduite d'aspiration par l'intermédiaire de branches de conduite d'aspiration symétriques.