Brevet FR2468770A1 — publié le 19810508

La présente invention se rapporte à un compresseur à piston roulant comprenant un stator cylindrique à section circulaire, fermé sur ses faces terminales, un piston roulant monté dans ce stator, tourillonnant sur un arbre disposé excentriquement dans le stator qui roule contre la surface interne du stator, un volet sépa- rateur guidé en translation, dans le stator qui est ap- puyé contre la surface périphérique du piston roulant sous l'action d'une force élastique et qui divise le volume intermédiaire compris entre le piston roulant et le stator en une chambre d'aspiration communiquant avec un orifice d'entrée et une chambre de pression commu- niquant avec un orifice de sortie et un moteur d'entraî- nement pour l'arbre engagé dans le stator, la partie for- mant compresseur étant disposée dans un carter fermé de tous côtés dans lequel débouche une conduite d'aspiration qui achemine le fluide à comprimer, ce carter étant en communication avec un orifice d'entrée de la chambre d'aspiration, de sorte que le fluide non comprimé passe de la conduite d'aspiration à la chambre d'aspiration à travers le volume intérieur du carter, et la surface laté- rale du volet séparateur qui est tourné vers la chambre de compression et se prolonge jusqu'à proximité immédiate de la surface périphérique du piston roulant s'étendant sur toute sa longueur parallèlement à la direction de la translation du volet séparateur de sorte que le fluide comprimé contenu dans la chambre de pression n'exerce aucune force sur le volet séparateur dans une direction parallèle à sa translation. Un inconvénient de cette construction consiste en ce qu'à l'intérieur du carter règne une pression relati- vement élevée qui est produite par la pression crée dans la partie formant compresseur. De ce fait, il s'exerce également sur le volet séparateur monté coulissant dans le stator une pression relativement élevée, à savoir la pression produite par le fluide comprimé, qui règne dans le volume intérieur du carter. De ce fait, le volet sépa- rateur est pressé contre le piston roulant avec une grande force, du moins dans certaines phases du processus de compression. Etant donné qu'en général, le volet sépara- teur est en contact avec la surface périphérique du pis- ton roulant le long d'une ligne, dans la région du joint s'établissent des pressions d'appui extrêmement élevées qui conduisent inévitablement à une usure considérable du volet séparateur. On connaît également des compresseurs à piston roulant dans lesquels le carter est parcouru par le fluide aspiré non encore comprimé (brevet US 3 130 902). Toute- fois, dans ces compresseurs, le gaz comprimé exerce son action sur la face arrière du volet séparateur de sorte que ce volet est pressé contre le rotor par cette pres- sion qui s'ajoute à l'action d'un ressort. Ceci accroit considérablement la force d'appui du volet séparateur sur le rotor et, de ce fait, également l'usure. Cette construction présente par ailleurs comme inconvénient que la force du gaz comprimé varie considérablement pen- dant le cycle de travail, de sorte que la pression avec laquelle le volet séparateur est appliquée contre le rotor varie. Pour compenser ces fluctuations, la force du ressort de pression doit également être choisie rela- tivement grande de sorte que, également pour cette raison, il n'est pas possible d'éviter une forte pression d'appui sur le rotor et une forte usure. Dans un autre compresseur à piston roulant connu, le volume situé en arrière du volet séparateur est éga- lement en communication par un canal avec la conduite d'aspiration (brevet US 2 271 730). Toutefois, ceci ne signifie pas que le fluide aspiré agit avec la pression d'aspiration sur la face arrière du volet séparateur. C'est exactement le contraire qui se produit dans ce compresseur connu. Le volume situé derrière le volet séparateur est rempli de liquide de fuite, les volumes adjacents aux volets séparateurs voi- sins étant en communication entre eux par un canal. Les volets séparateurs qui travaillent en opposition refoulent le fluide de fuite dans leurs volumes arrière, ce fluide oscillant d'un volume arrière à l'autre à chaque cycle, la fonction du fluide de fuite consistant à repousser les volets séparateurs vers l'intérieur dans le même sens que les ressorts d'accélération. De ce fait, les volets séparateurs sont également soumis à des forces d'appui accrues dans cette forme de construction. Dans les compresseurs à piston roulant connus, le volet séparateur présente en général dans la région de son arête inférieure une section en demi-cercle, ce volet séparateur étant appuyé sur la surface périphérique du piston roulant, à peu près à son point le plus bas, sui- vant un contact linéaire. De ce fait, la pression qui règne dans la chambre de pression peut exercer sur le volet séparateur une force qui tend à soulever ce volet du piston. Cette force agit dans le sens antagoniste à celui de la force que le fluide comprimé contenu à l'in- térieur du carter exerce sur le volet séparateur. La force antagoniste produite par le fluide contenu dans la chambre de compression varie continuellement avec la position de travail et avec la valeur de la pression régnant dans la chambre de pression. Le volet séparateur est donc en outre sollicité par des forces variables qui, d'une part, sont nuisibles aux propriétés d'étanchéité et d'autre part entraînent des difficultés en raison de leurs variations dans le temps. Le but de l'invention est de perfectionner un compresseur à piston roulant de ce genre d'une manière qui réduise la pression d'appui du volet séparateur sur le piston roulant. Suivant l'invention, ce but est atteint dans un compresseur à piston roulant du genre décrit au début par le fait que le volet séparateur est environné par le fluide non encore comprimé aspiré hors du stator dans le carter, de sorte que ce volet séparateur n'est appuyé par ce fluide contre le piston roulant qu'avec une force qui correspond au maximum à la faible pression du fluide non comprimé. Grâce à cette construction, le volume intérieur du carter qui entoure le compresseur et le moteur d'en- traînement ne contient que du fluide non comprimé, c'est- à-dire qu'il règne dans ce volume une faible pression. La configuration particulière donnée au volet séparateur garantit que le fluide comprimé contenu dans la chambre de pression n'exerce sur le volet séparateur aucune force tendant à déplacer ce volet, quelle que soit la pression régnant dans cette chambre de pression. Ces deux caracté- ristiques coopèrent de telle manière que le volet sépa- rateur soit poussé vers le piston roulant avec une pres- sion beaucoup plus faible que dans le cas d'un compresseur à piston roulant du mode de construction connu. Avec la construction suivant l'invention, on par- vient à ramener la pression du volet séparateur sur le piston roulant à 10 % de la pression maximum qu'un volet séparateur subit dans une construction connue, dans laquelle le fluide comprimé est introduit à l'intérieur du carter et dans laquelle le fluide contenu dans la chambre de pression tend à soulever le volet séparateur du piston roulant avec une force variable. Il est avantageux que le volet séparateur présente, à proximité immédiate de sa face latérale tournée vers la-chambre de pression une arête de contact étanche qui s'appuie sur la périphérie du piston roulant et que, dans la partie restante de son chant inférieur qui est tournée vers le piston roulant, ce volet se termine à distance de la périphérie du piston roulant. De-toute façon, le fluide non comprimé qui afflue dans la chambre d'aspira- tion agit sur le volet séparateur et agit donc en anta- gonisme par rapport à la force que le fluide exerce de l'extérieur sur le volet séparateur. Au total, ces influences se compensent largement de sorte que le volet séparateur n'est essentiellement soumis qu'à des forces d'accélération et de frottement. Le volet séparateur est de préférence chanfreiné en forme de coin dans la région de son bord inférieur, la pointe du coin formant l'arête de contact étanche. Il est avantageux que l'arête de contact étanche soit tronquée dans la région qui s'appuie sur la surface périphérique du piston roulant de manière qu'une surface de contact étanche étroite comparativement à l'épaisseur du volet séparateur s'étende à peu près parallèlement à la surface périphérique du piston roulant. Il peut être prévu que le fluide à comprimer passe sur le moteur d'entraînement avant d'être aspiré dans la chambre d'aspiration et refroidisse ce moteur. Il peut être prévu en outre que l'orifice d'aspi- ration soit directement en communication avec un compar- timent de pression dans lequel se trouvent éventuellement un séparateur d'huile et/ou un amortisseur de son et que ce compartiment de pression soit relié à une conduite de pression qui mène à l'extérieur du carter. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un compresseur à piston roulant d'une construction entiè- rement hermétique; la Fig. 2 est une vue schématique de côté de la partie formant compresseur à piston roulant; et la Fig. 3 est une vue en élévation à plus grande échelle du détail inscrit dans le cercle B sur la Fig. 3 Le compresseur à piston roulant suivant l'invention comprend une partie 1 formant compresseur et un moteur d'entraînement 2 qui sont contenus tous deux dans un carter 3 fermé de tous côtés. Dans le carter 3 débouche une conduite d'aspiration 5. Dans la région inférieure du carter 3 est monté en position fixe un enroulement de stator 5 à l'intérieur duquel tourillonne un rotor 6 d'un arbre 7. Dans le rotor 6 sont ménagés des canaux 8 pour la circulation du fluide qui pénètre dans le carter 3 par la conduite d'aspiration 4. La partie 1 formant compresseur comprend un stator 9 monté en position fixe et qui entoure une chambre de travail 10 de section circulaire. Les surfaces latérales du stator 9 sont fermées par des parois latérales planes 11 et 12. L'arbre -7 traverse les deux parois latérales 11 et 12 et tourillonne dans ces dernières. A l'intérieur de la chambre de travail 10, est prévu un excentrique 13 formé sur l'arbre 7 et sur lequel tourillonne libre- ment un piston roulant annulaire 14. L'excentrique 13 et le piston roulant 14 s'étendent sur toute la largeur de la chambre de travail 10. Les dimensions sont choisies de manière que le piston roulant 14 roule contre la surface interne du stator 9 (Fig. 2). Ainsi qu'il ressort de la Fig. 2, il est prévu un volet séparateur 15 qui est monté coulissant dans le stator 9 de manière à pouvoir prendre par translation des positions dans lesquelles il plonge plus ou moins profondément dans la chambre de travail 10. Ce volet séparateur 15 s'appuie sur le piston roulant 14 et il est sollicité élastiquement contre ce piston par un ressort de compression 16 qui prend appui, d'une part, contre le volet séparateur 15 et d'autre part contre le stator. Ce volet divise la chambre de travail 10 en une chambre d'aspiration 17 et une chambre de pression 18. La chambre d'aspiration 17 est en communication par un orifice d'entrée 19 avec le volume intérieur du carter 3. La chambre de pression 18 est en communication par un ori- fice de sortie 20 avec un compartiment de pression fermé 21, situé à l'intérieur du carter 3 (Fig. 1) et dans lequel se trouve éventuellement un séparateur d'huile ainsi qu'un dispositif amortisseur de son, ce compar- timent étant relié à la conduite de pression 22 qui mène à l'extérieur du carter 3. A l'orifice de sortie 20 est associé, un clapet anti-retour 23 qui est fermé tant que la pression régnant dans la chambre de pression 18 est inférieure à la pression régnant dans le compartiment de pression 21. Suivant l'invention, le volet séparateur 15 présente - du côté tourné vers la chambre de pression 18, une sur- face latérale 24 qui s'étend à partir de la paroi du stator 9 jusqu'à proximité immédiate de la surface périphérique du piston roulant 14 et est parallèle à la direction de la translation du volet 15 sur toute son étendue. En aucun point, la surface latérale 24 ne présente de partie qui formerait avec la direction de translation du volet un angle différent de zéro. De cette façon, le fluide comprimé dans la chambre de pres- sion ne peut exercer sur le volet que des forces qui agissent perpendiculairement à la direction de sa trans- lation, c'est-à-dire des forces qui ne peuvent provoquer aucun mouvement de translation du volet. Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, le volet séparateur 15 présente, le long de son chant tourné vers le piston roulant 14, un profil appro- ximativement en coin, ce coin étant formé d'un côté par la surface latérale 24 et, de l'autre côté, par la sur- face de liaison 26 qui s'étend obliquement par rapport à la surface latérale 25 opposée à la première. La sur- face latérale 24 et la surface de liaison 26 se rejoignent à la pointe du coin et forment une arête de contact étanche 27. Dans cette région, dont la largeur est faible comparativement à l'épaisseur du volet 15, la surface de l'arête de contact étanche est à peu près parallèle à la surface périphérique du piston roulant 14 (Fig.3). La surface de liaison 25 est d'une configuration telle qu'elle est tout entière espacée de la paroi périphérique du piston roulant 14, de sorte que cette surface est soumise à l'action du fluide à comprimer contenu dans la chambre d'aspiration 17. - Dans le fonctionnement du compresseur à piston rou- - lant suivant l'invention, un fluide réfrigérant gazeux à comprimer, par exemple de l'air ou un hydrocarbure fluoré de type connu, pénètre dans le volume intérieur du carter 3 par la conduite d'aspiration 4. Il parvient par les canaux 8 à l'orifice d'entrée 19 et refroidit le moteur d'entraînement 2 en le léchant. En partant de la position du piston roulant repré- sentée sur la Fig. 2, sous l'effet de la rotation de l'excentrique dans le sens de la flèche A, le volume de la chambre d'aspiration 17 s'agrandit de sorte que le fluide provenant du volume intérieur du carter est aspiré dans la chambre d'aspiration 17. En même temps, le volume de la chambre de pression 18 se réduit, de sorte qu'il se produit une compression du fluide précé- demment aspiré. Lorsqu'on atteint la pression de compres- sion désirée, le fluide comprimé s'échappe après l'ou- verture du clapet anti-retour 23 dans le compartiment de pression 21, et, de la, parvient à la conduite de pression 22. En fonctionnement, les conditions de pression suivantes s'établissent: A l'intérieur du carter 3, règne la pression relati- vement basse du fluide à comprimer qui est aspiré par la conduite d'aspiration 4; cette pression est désignée par P0 sur la Fig. 2. Cette pression, ou une pression inférieure.,règne dans la chambre d'aspiration 17. Au contraire, dans la chambre de pression 18, la pression croit progressivement avec la diminution du volume. Cette pression est désignée par Pc dans la représentation de la Fig. 2. Si l'on considère les forces exercées sur le volet séparateur 15 par les différentes pressions, on constate que les forces dues à la pression extérieure P0 qui règne dans le carter et qui agissent sur le volet sépa- rateur, en tendant à appliquer ce volet sur le piston roulant 14, sont partiellement neutralisées par les forces qui agissent sur le volet séparateur 15 par l'action de la pression P0 régnant dans la chambre d'aspiration 17. Sous l'effet de la surface de liaison chanfreinée 26, qui est librement exposée à la chambre d'aspiration 17, la pression régnant dans cette chambre d'aspiration 17 produit une composante de force orientée dans la direc- tion de la translation. Etant donné que la pression régnant dans la chambre d'aspiration 17 est en général plus faible que la pression P0 mais atteint au maximum la valeur P0, le volet séparateur 15 est pressé contre le piston roulant au maximum avec une force qui corres- pond à la pression P0 régnant à l'intérieur du carter, mais, en général ces forces sont beaucoup plus faibles en raison de l'effet de compensation. Au contraire, la pression variable Pc qui règne dans la chambre de pression 18, et qui est quelquefois très supérieure, n'engendre sur le volet séparateur 15 aucune force capable de déplacer ce dernier puisque la pression s'exerce sur une surface 24 qui s'étend sur toute son étendue parallèlement à la direction de la translation. La pression régnant dans la chambre de pression 18 ne peut donc exercer sur le volet séparateur que des forces dirigées perpendiculairement à la direc- tion de la translation et qui sont absorbées par le gui- dage du volet séparateur dans le stator 9. Au total, le résultat est donc que le volet sépara- teur ne subit absolument aucune force engendrée par la pression du fluide comprimé et que la pression du fluide aspiré, non encore comprimé, contenu dans le volume intérieur du carter, ne transmet à ce volet qu'une force qui est petite en raison de la valeur relativement faible de la pression régnant à l'intérieur du carter. Cette petite force est encore partiellement compensée par la pression régnant dans la chambre d'aspiration 17 de sorte que, au total, le fluide à comprimer n'exerce que de très faibles forces sur le volet séparateur. La configuration du volet séparateur et le fait que le carter est parcouru par le fluide aspiré et non encore comprimé et qu'il n'est pas parcouru par le fluide comprimé coopèrent pour réduire les forces qui agissent sur le volet séparateur. Le refroidissement du moteur d'entraînement par le fluide aspiré a par ailleurs comme avantage que la température du fluide aspiré est relati- vement basse de sorte que l'on peut se dispenser d'un refroidissement intermédiaire, qui serait nécessaire si le moteur d'entraînement était refroidi par le fluide comprimé. REVENDICATIONS 1. Compresseur à piston roulant comprenant un stator cylindrique à section circulaire, fermé sur ses fa- ces terminales, un piston roulant monté dans ce stator, tou- rillonnant sur un arbre disposé excentriquement dans le sta- tor, qui roule contre la surface interne du stator, un volet séparateur guidé en translation dans le stator, qui est ap- puyé contre la surface périphérique du piston roulant sous l'action d'une force élastique et qui divise le volume in- termédiaire compris entre le piston roulant et le stator en une chambre d'aspiration communiquant avec un orifice d'entrée et une chambre de pression communiquant avec un orifice de sortie et un moteur d'entraînement pour l'arbre engagé dans le stator, la partie formant compresseur étant disposée dans un carter fermé de tous côtés dans lequel dé- bouche une conduite d'aspiration qui amène le fluide à com- primer, ce carter étant en communication avec un orifice d'entrée de la chambre d'aspiration, de sorte que le fluide non comprimé passe de la conduite d'aspiration à la chambre d'aspiration à travers le volume intérieur du carter, et la surface latérale du volet séparateur qui est tournée vers la chambre de compression et se prolonge jusqu'à proximité im- médiate de la surface périphérique du piston roulant s'éten- dant sur toute sa longueur parallèlement à la direction de la translation du volet séparateur, de sorte que le fluide comprimé contenu dans la chambre de pression n'exerce aucu- ne force sur le volet séparateur dans une direction paral- lèle à sa translation, caractérisé en ce que le volet sépa- rateur (15) est environné par le fluide non encore comprimé aspiré hors du stator dans le carter, de sorte que le volet séparateur n'est appuyé contre le piston roulant qu'avec une force qui correspond au maximum à la faible pression du fluide non comprimé. 2. Compresseur à piston roulant suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que le volet séparateur (15) comporte à proximité immédiate de sa surface latérale (24) tournée vers la chambre de compression (18) une arête de - contact étanche (27) qui est appuyée sur la périphérie du ?468770 piston roulant (14) et dans la région restante de son chant inférieur qui est tournée vers le piston roulant (14), il se termine à une certaine distance de la périphérie du pis- ton roulant (14). 3. Compresseur à piston roulant suivant la reven- dication 2, caractérisé en ce que le volet séparateur (15) est chanfreiné dans la région de son chant inférieur avec un profil de coin, la pointe du coin formant l'arête de contact étanche (27). 4. Compresseur à piston roulant suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'arête de contact étanche (27) est tronquée dans la région adja- cente à la surface périphérique du piston roulant de maniè- re à former une surface de portée étanche étroite compara- tivement à l'épaisseur du volet séparateur (15), qui s'e- tend à peu près parallèlement à la surface périphérique du piston roulant. 5. Compresseur à piston roulant suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide à comprimer circule au droit du moteur d'entraînement (2) avant d'être aspiré dans la chambre d'aspiration (17) et refroidit ce moteur. 6. Compresseur à piston roulant suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'o- rifice de sortie (20) est directement en liaison avec un compartiment de compression (21) dans lequel se trouvent éventuellement un séparateur d'huile et/ou un amortisseur de son et en ce que ce compartiment de compression (21) est relié à une conduite de compression (22) qui conduit à l'extérieur du carter (3).