Brevet FR2182137A1 — publié le 19731207

La présente invention concerne un groupe compresseur, notamment pour installation frigorifique du type comportant un condenseur, un évaporateur et un groupe compresseur qui comprend un premier compresseur formant un étage basse pression et un second 5 compresseur formant un étage haute pression. L'invention concerne aussi un procédé de commande d'installation frigorifique. Dans les grandes installations frigorifiques, par exemple pour salles de congélation, le réfrigérant est sous une pression absolue qui peut aller de 1,0 à 18 atmosphères. Déjà au stade pré-10 coce de mise au point de telles installations, il s'est avéré nécessaire d'opérer cette compression en deux stages pour obtenir un rendement acceptable. On a aussi constaté qu'il suffit de prévoir au premier étage un compresseur à rapport de compression relativement faible, par exemple de 3/1, ce qui ramène le débit 15 d'alimentation du compresseur de second étage au tiers environ du débit de gaz sortant de 1'évaporateur, le compresseur de premier étage jouant ainsi le rôle de compresseur auxiliaire vis-à-vis du compresseur principal de second étage. Les deux compresseurs peuvent être dejbypes identiques ou différents. 20 Depuis quelques années, on utilise de plus en plus dans l'industrie frigorifique, des compresseurs à roues couplées par engrenages entre autres parce que, poupin volume donné, de tels compresseurs peuvent imprimer à un grand volume de gaz une forte compression. Les compresseurs de grande puissance sont munis de 25 moyens assurant l'injection de quantités d'huile relativement de importantes -ans la chambre de compression, dans un but/refroidissement, d'étanchéité et de graissage. Ces fortes quantités d'huile donnent lieu à des pertes de ventilation qui, on le sait, augmentent fortement de manière pro-30 gressive avec la vitesse. De ce fait, il faut faire fonctionner les compresseurs à engrenages à injection d'huile (noyés dans l'huile) à vitesse assez modérée, en imprimant par exemple aux pointes des dents de la roue mâle une vitesse d'environ 30 m/s. Jusqu'à présent, lorsqu'on utilise des compresseurs à en-35 gren'ages dans les deux étages du groupe coripresseur d'une installation frigorifique, on choisit soit deux compresseurs à grande puissance, à injection d'huile, soit, pour le premier étage, un compresseur auxiliaire du type sec synchronisé. Dans les deux cas le rendement du compresseur auxiliaire est assez faible, par exem-40 pie de l'ordre de 55 %• 73 15151 2 2182137 L'invention a pour objet un procédé de comande d'installation frigorifique qui per.iet d'obtenir un haut rendement adia-batique du compresseur auxiliaire et, ainsi, de l'ensemble du groupe compresseur, et aussi d'utiliser comme compresseur auxili-5 aire un compresseur à roues couplées par engrenage de structure simple et peu encombrant. Un compresseur à engrenages comporte deux roues engrenant ensemble, tourillonnantautour d'axes parallèles dans un carter. Dans de tels compresseurs, les roues engrenant ensemble sont, 10 l'une, du type mâle et, l'autre, du type femelle et constituent ensemble un jeu de roues. Si l'on examine les roues-dans un plan transversal à leurs axes, les dents et les espaces interdentaires de la roue mâle sont situés en majeure partie à l'extérieur du cercle primitif de la roue et présentent des flancs nettement 15 convexes, alors que les dents et les espaces interdentaires de la roue femelle sont situes en majeure partie au moins 0 l'intérieur du cercle primitif de la roue et présentent des flancs sensiblement concaves, les roues sont situées dans/chambre de compression ménagée dans un carter muni d'embouts d'admission et de refoule-20 ment et sont enfermées par des parois cylindriques et d'extrémité . Suivant un de ses premiers aspects, l'invention concerne un groupe compresseur comprenant un premier et un second compresseur à engrenages constituant respectivement des étages de com-25 pression faible et forte, un moyen entraînant les premier et second compresseurs de façon que la vitesse périphérique de la roue mâle du premier compresseur soit supérieure à celle de la roue mâle du second compresseur et un moyen alimentant le premier compresseur en huile, de graissage à une vitesse qui ne dépasse 30 pas, du moins sensiblement, celle nécessaire au bon graissage des surfaces portantes animées d'un mouvement relatif. Suivant un second de ses aspects, l'invention concerne un procédé de commande d'une installation frigorifique comprenant un évaporateur, un condenseur et un groupe compresseur qui com-35 porte un premier et un second compresseur à engrenages constituant respectivement des étages de faible compression èt de forte compression, caractérisé en ce qu'on entraîne le premier compresseur à une vitesse telle que la vitesse périphérique de sa roue mâle soit supérieure à celle de la roue mâle du second 40 compresseur et en ce qu'on alimente le premier compresseur en bad original 73 15151 3 2182137 huile de graissage à une vitesse ne dépassait pas, du moins notablement, celle nécessaire au bon graissage des surfaces portantes animées d'un mouvement relatif. Suivant un troisième de ses aspects, l'invention concerne 5 une installation" frigorifique comprenant un condenseur, un évaporateur et un groupe compresseur suivant le premier aspect précité de l'invention. Du fait qu'elle n'est prosente qu'en quantité faible dans le premier compresseur, l'huile ne provoque pas de pertes de 10 ventilation appréciables. On peut donc faire tourner le premier compresseur beaucoup plus vite qu'un compresseur à injection d'huile et, par exemple, imprimer à sa roue mâle une vitesse périphérique de 70 m/s, ce qui réduit le volume du compresseur. De plus, le rapport de compression étant faible, la charge imprimée 15 aux paliers radiaux est aussi faible, ce qui permet d'utiliser des paliers antifriction de diamètres assez faibles pour ménager de la plice entre les arbres des roues, mais ayant toutefois -une longévit' acceptable. De préférence, en entraîne le premier compresseur à une 20 vitesse telle que sa roue mâle tourne au moins deux fois plus vite que celle du second compresseur. Pour entraîner le compresseur auxiliaire à" la grande vitesse souhaitable, il est souvent bon d'interposer un engrenage entre l'organe moteur (tel que moteur électrique) et ce compres-25 seur. Toutefois, le coût d'un tel engrenage est plus que compensé par la réduction de volume du compresseur. L'huile arrive en quantité si faible dans la chambre de travail du compresseur auxiliaire qu'elle n'exerce pratiquement pas d'effet refroidisseur. En conséquence, il faut le plus sou-30 vent assurer autrement le refroidissement de ce compresseur, de préférence en soutirant du réfrigérant liquide dans la section sous haute pression de l'installation et en l'injectant dans les espaces interdentaires des roues du premier compresseur, à un stade de compression tel et à une vitesse telle que la rêfrigé-35 rant gazeux ne risque pas de dépasser la température de sortie souhaitable. Eventuellement, on peut refroidir encore le réfrigérant gazeux sortant du compresseur auxiliaire dans un refroidisseur intermédiaire avant qu'il ne pénètre dans le second compresseur ou compresseur principal. 4-0 On va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de réa 73 15151 4 2182137 lisation de lfinvention en se r'férant(au dessin annexé, dont la figure unique représente schamatiquement une^installation frigorifique fonctionnant suivant l'invention. L'installation représentée comprend un groupe compresseur 5 qui comporte un premier compresseur 10A de compression faible et un second compresseur 10b de forte compression. De manière classique, 1'"installation comprend encore un séparateur d'huile 12, un condenseur 14, un évaporateur 16, un refroiàisseur d'huile 18 et xmejpompe à huile 20. Les compresseurs, le séparateur d'huile, le condenseur et 1 ' évaporateur sont montés en série^pour définir un circuit de réfrigérant fermé, un robinet de réglage 22 étant interposé sur le conduit 24- reliant le condenseur 14 à 1'évaporateur 16. Les deux compresseurs 10-i et 10B sont du type à roues en-15 grenant ensemble. Chaque compresseur est entraîné par un moteur électrique 26, par exemple à induction. Dans l'exemple considéré, les moteurs sont supposés avoir la même vitesse nominale. Le compresseur 10Â est entraîné par le moteur associé par l'intermédiaire d'un engrenage multiplicateur 28 dont la vitesse de sor-20 tie est, par exemple, deux à trois fois supérieure à la vitesse d'entrée. Le compresseur 10B est entraîné directement par le moteur associé. Dans la réalisation représentée, de l'huile arrive de la pompe à huile 20 aux deux compresseurs 10A et 10B, par des con-25 duits 50 et 32 respectivement. La quantité d'huile arrivant au -compresseur 10À est limitée de façon à ne pas dépasser notablement celle nécessaire pour bien graisser les surfaces portantes animées d'un mouvement relatif. Simultanément, on peut obtenir automatiquement un certain effet d'étanchéité. Le compresseur 30 10B est du typejcioyé dans l'huile dans lequel l'huile, outee qu'elle exerce un effet de graissage et d'étanchéité, imprime au réfrigérant un refroidissement pendant sa compression. Les compresseurs à roues couplées par engrenage noyés dans l'huil^sont bien connus et décrits dans divers brevets britanniques, par 35 exemple N° 832 386 et If° 1 171 291. Dans de tels compresseurs, il existe dans le compresseur un débit massique d'huile supérieur au débit massique de gaz. Ainsi, la quantité d'huile envoyée au compresseur 10B est plusieurs fois supérieure à celle envoyée au compresseur 10A. 4-0 Pour refroidir le réfrigérant gazeux comprimé par le com- BAD OFtfGtMAL 73 15151 5 2182137 presseur 10A, on envoie du réfrigérant liquide au compresseur, à partir du condenseur 14, à travers un conduit 3^- On opère l'injection de réfrigérant liquide dans la chambre de travail du compresseur à un stade tel de la compression et à une vitesse telle 5 que la température du réfrigérant gazeux ne puisse dépasser une température de sortie îésirée dont la valeur est déterniée par calcul de manière à convenir pour le cycle thermodynamique particulier. Simultanément, on maintient le cœpresseur à une température telle que les déformations thermiques des roues et du car-10 ter ne soulèvent pas de problèmes. Les roues du compresseur 10A tourillonnent dans des paliers antifriction. Sur le dessin, on voit aussi des embouts d'entrée et de sortie d'un fluide de refroidissement, par exemple eau, circulant dans le condenseur 14 et le refroidisseur d'huile 13. 15 On peut munir un des compresseurs, ou les deux, de tiroirs de réglage de capacité et imprimer aussi au compresseur 10B un refroidissement par admission de réfrigérant liquide, s'ajoutant au refroidissement par injection d'huile, de manière analogue à celle décrite dans la demande de brevet britanique IT° 60274/71 au 20 nom de la Demanderesse. 73 15151 2182137 R5V5IISIG aT IOITS 1. Procédé de commande d'une installation frigorifique comportant un condenseur, un évaporateur, un premier compresseur for-nant un étage de compression faible et mn second compresseur formant un étage de compression forte, chacun de ces compresseur3 étant du type à roues engrenant ensemble comprenant une première roue entraînée par un organe moteur et une seconde roue entraînée par contact direct entre ses dents et celles de la première roue, caractérisé en ce qu'on entraîne le premier compresseur à une vitesse telle que la vitesse périphérique de sa roue mâle soit supérieure à celle de la roue mâle du second compresseur et en ce qu*on alimente le premier compresseur en huile de graissage à une vitesse ne dépassant pas, du moins sensiblement, celle nécessaire au bon graissage des surfaces portantes animées d'un mouvement relatif. 2. Procédé selon la revendicati-n 1, caractérisé en ce qu'on soutire du réfrigérant liquide de la section sous haute pression de l'installation et en ce qu'on l'injecte dans les espaces interdentaires des roues du premier compresseur, à un stade de compression tel et à unejvitesse telle que le réfrigérant gazeux ne puisse dépasser une température de sortie désirée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier compresseur est-entraîné à une vitesse telle que sa roue mâle tourne au moins deux fois plus vite que celle du second compresseur.