Brevet FR2495702A1 — publié le 19820611

Turbo-compresseurs portatifs. La présente invention a pour objet des turbo-compresseurs portatifs, de petite puissance. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des turbo-compresseurs centrifuges, qui sont entraînées par desmoteurs de faible puissance, comprise par exemple entre 0,5 Kw et 12- KW et qui sont destinés a fournir de l'air comprimé pour alimenter par exemple un ou plusieurs pistolets de peinture ou un gonfleur. On connaît des turbo-compresseurs centrifuges, composés d'un ou plusieurs étages, montés sur un même arbre d'entraînement, chaque étage comportant une turbine composée d'ailettes montées entre deux flasques et un déflecteur fixe,également composé d'ailettes montées entre deux flasques. Ces turbo-compresseurs sont légers et peu encom brants, de sorte qu'ils peuvent être soit portés en bandoulière pour les compresseurs à un ou deux étages, soit installés sur un châssis facilement transportable ou déplaçable sur roues. Les moto-compresseurs destinés à alimenter des pistolets de peinture comportent un moteur électrique monophasé universel jusqu'à une puissance de 1 KW, qui correspond à un compresseur à quatre étages débitant 4,5 m3/Minute sous une pression de 0,250 bar. On peut ainsi construire des groupes de peinture légers comportant un turbo-compresseur à quatre étages en alliage d'ålumi- nium entraîne par un moteur monophasé universel d'une puissance de I Kw, dont le poids total est de 17 Kg, qui peut être placé sur un petit chariot ou sur une brouette et qui permet d'alimenter un ou plusieurs pistolets a peinture ou pour projeter des enduits au ciment ou en colle-ciment. De tels groupes de peinture permettent d'atteindre des rendements compris entre 80 et 150 m2lheure, selon la nature des peintures. Pour construire des groupes de peinture plus puissants, permettant d'atteindre des rendements de l'ordre de 100 à 250 m2/h comme ceux qui sont utilisés dans des postes de peinture industrielle, il faut utiliser des turbo-compresseurs comportant par exemple six étages et délivrant 6 à sm3ind'air.à 0,5 bar, ce qui nécessite des moteurs d'une puissance comprise entre 2 et 12Kw, qui sont forcément des moteurs triphasés, ce qui conduit à des groupes motocompresseurs plus lourds et plus onéreux. L'objectif de la présente invention est d'aualiorer le rendement des turbo-compresseurs et notamment le rapport de compression par étage, de telle sorte qu'il soit possible de réduire le nombre d'étages et la puissance du moteur d'entraînement et d'arriver à couvrir une gamme de groupes de peinture plus étendue, englobant notamment des groupes de peinture industriels, avec des moteurs monophasés universels ayant une puissance allant jusqu'à 2,5 KW. Les turbo-compresseurs transportables que l'invention perfectionne sont du type comportant un ou plusieurs étages, composés chacun d'une turbine ayant une ouverture d'entrée d'air axiale et d'un diffuseur fixe, et ces étages sont situés dans un carter qui est fermé par deux flasques d'extrémité comportant chacun une ouverture respectivement-d'entrée et de sortie d'air, L'objectif de l'invention est atteint au moyen de turbocompresseurs dont le carter comporte, en outre, en amont du flasque d'entrée d'air, une chambre délimitée par ledit flasque et par un flasque supplémentaire qui lui est parallèle et qui comporte des ouies d'entrée d'air périphériques. De préférence, lesdites ouies d'entrée d'air sont disposées symétriquement par rapport à l'axe. Selon un mode de réalisation préférentiel, les ouies d'entree d'air sont délimitées par des arcs de cercle centrés sur l'axe. Le rapport entre la surface totale desdites ouies d'entrée d'air et la surface totale dudit flasque supplémentaire est compris entre 0,05 et 0,18 et, de préférence, de l'ordre de 0,1. Le rapport entre la largeur axiale de ladite chambre et le diamètre externe des turbines est compris entre 0,06 et 0,12 et, de préférence, de l'ordre de 0,09. L'invention a pour résultat de nouveaux turbo-compresseurs transportables perfectionnés. L'adjonction-d'une chambre selon l'invention permet, à performances égales, de réduire la consommation d'énergie d'environ 25 X, ce qui permet de fabriquer des groupes moto-compresseurs équi- pés d'un moteur universel monophase de2+5Kr,7 et comportant plusieurs étages qui délivrent de l'air comprimé à 0,5 bar et qui permettent de répondre à certains besoins, notarmnent à l'equipement de postes de peinture, qui exigeaient jusqu'à maintenant des groupes équipés d'un moteur triphasé. L'amélioration importante de rendement obtenue grâce à la présence d'une chambre placée en amont de ltouie axiale d'entrée d'air est un résultat surprenant. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un groupe turbo-compresseur selon l'invention. La figure 1 est une coupe axiale d'un groupe moto-compresseur. La figure 2 est une vue selon II-II du flasque supplémentaire. La figure 3 est un diagramme représentant les variations de la pression de sortie en fonction du rapport RI, entre la surface totale des ouies du flasque supplémentaire et la surface totale du flasque supplémentaire. La figure 4 est un diagramme représentant les variations de la pression de sortie en fonction du rapport R2 entre la largeur axiale de la chambre et le diamètre externe des turbines. La figure 1 représente un groupe moto-compresseur transportable composé d'un moteur électrique 1,comporonnz un ventilateur de refroidissement 2, et d'un turbo-compresseur 3 à deux étages. On a choisi un exemple de turbo-compresseur comportant deux étages mais bien entendu, le nombre d'étages peut être différent.; Pour fixer les idées, il s'agit par exemple d'un groupe moto-compresseur destiné à alimenter un pistolet pour peindre. Le moteur est un moteur électrique monophasé universel ayant une puissance de 0,5 KW. Le turbo-compresseur est en matière plastique et pèse 3,6 Kg. Il débite 2 m3/minute d'air comprimé à-environ 0,150 bar. Chaque etage comporte une turbine 4.suivie d'un diffuseur fixe 5. Les turbines sont composées de deux disques 4a, 4b entre lesquels sont montées des ailettes 4c et elles sont montées sur un arbre 6 d'axe x xl entraîné par le moteur. Chaque disque 4a de turbine comporte une ouverture axiale 7 d'entrée d'air et l'air comprimé sort à la périphérie de la turbine et est canalisé par les pales fixes du diffuseur 5 vers une ouverture axiale 8, située dans une cloison 9, qui sépare deux étages successifs. Le trajet de l'air est représenté par des flèches. L'ensemble des turbines et des diffuseurs est placé dans un carter 10 qui est fermé par deux flasques d'extremite 11 et 12.. Le flasque 11 et le flasque 12 comportent chacun une ouverture axiale 11a et 12a. L'air entre dans les turbocompresseurs connus à ce jour par l'ouverture 11a et l'air comprimé sort par l'ouverture 12a qui peut ne pas être axiale. Les turbo-compresseurs selon 1 invention comportent, en outre, en amont du flasque 11 comportant l'ouverture lia d'entrée d'air, une chambre 13 qui est délimitée par le flasque 11 et par un flasque supplémentaire 14 qui est parallèle au flasque 11. Ce flasque supplémentaire 14 comporte des ouies d'entrée d'air 15, 16, qui sont situées au voisinage de la périphérie, de telle sorte que l'air qui pénètre par les ouies 15 et 16 parcourt radialement la chambre 13 pour arriver à l'ouverture lita. Le flasque supplémentaire 14 comporte un orifice central 17 pour le passage de l'arbre 6 et une boîte dans laquelle se situe un roulement à bille 18 supportant l'arbre 6. Le flasque 14 comporte également à sa périphérie un rebord 19 qui s'emboîte sur le carter 10. Les flasques 11 et 14 et le rebord 19 délimitent la chambre 13. La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel le flasque supplémentaire comporte deux ouies d'entrée d'air 15 et 16 diamétralement opposées, qui sont des ouies de forme allongée délimitées par des arcs de cercle centrés sur l'axe x xl. Le nombre d'ouies peut être supérieur à deux et, de préférence, les ouies sont disposées symétriquement.par rapport à lr.axe x xl. Le flasque 14 pourrait comporter par exemple trois ouies décalées de 1200 ou quatre? oùies en croix. La forme des ouies réprésentée sur la figure 2 est une forme préférentielle mais non limitative. Les ouies 15-et 16 pourraient être circulaires ou rectangulaires ou de toute autre forme. Des essais systématiques ont été réalisés pour déterminer quel était le rapport optimum R1 entre la surface cumulée des ouies 15 et 16 et la surface totale du flasque 14 y compris la surface totale des ouies. Ces essais ont été réalisés avec un turbo-compresseur comportant un seul étage. Le diagramme de la figure 3 représente en-abscisses le rapport R1 et en ordonnées la pression relative P de l'air à la sortie exprimée en bars. La courbe C1 montre les variations de la pression relative P - lorsqu1 on fait varier le rapport R1. La partie hachurée représente le domaine d'utilisation préférentiel pour lequel on obtient un taux de compression supérieur à 1,075. On voit sur ce diagramme que le rapport Rt doit se situer entre 0,05 et 0,-18 et que, de préférence, le rapport RI doit être égal à 0,1, c'est-à-dire que la surface cumulee des ouies 15 et 16 doit être égale à environ 10 Z de la surface totale du flasque 14. Les essais ont montré que la puissance consommée par le moteur et le débit du compresseur ne varient pratiquement pas lorsqu'on fait varier le rapport R1 entre 0,05 et 0,18. Le gain de taux de compression, qui est de 11 ordre de 25 Z par rapport à celui d'un turbocompresseur sans la chambre 13, est obtenu sans accroissement notable de la puissance consommée, ce qui est un résultat très intéressant. Un autre facteur est la largeur axiale L de la chambre 13. Pour ob tenir le meilleur rendement, la largeur Q doit varier en fonction du diamètre extérieur des turbines et le rapport R2 entre la largeur Q et le diamètre extérieur des turbines doit être comprimé, de préférence, entre certaines limites. La figure 4 représente, en abscisses, le rapport R2 et en ordonnées, la pression relative P de sortie d'un turbo-compresseur à un étage qui aspire de l'air à la pression atmosphérique. La courbe C2 représente les variations de la pression de sortie P lorsqu'on fait varier le rapport R2. La zone hachurée représente le domaine dans lequel on obtient le meilleur rendement. On voit que le rapport R? doit être compris entre 0,06 et 0,12 et, de préférence, être égal à 0,09, ctest-à-dire que la largeur axiale de la chambre 13 doit être, de préférence, de l'ordre de 10 Z du diamètre-des turbines. Dans la description qui précède, on a choisi un exemple de turbo-compresseur portatif destiné à alimenter en air comprimé à basse pression un pistolet de peinture. il est précisé que ce choix n'entraîne aucune limitation quant à l'application des turbo-compresseurs perfectionnés selon l'invention qui peuvent être utilisés chaque fois qu'il est nécessaire de fournir de l'air comprimé sec sous une faible pression et un grand volume. REVENDICATIONS 1. Turbo-compresseur transportable comportant un ou plusieurs étages composés chacun d'une turbine (4) ayant une ouverture d'entrée d'air axiale (7) et d'un diffuseur fixe (5), lesquels étages sont situés dans un carter (10) qui est fermé par deux flasques d' extrémité (11, 12) comportant chacun une ouverture axiale d'entrée (12a) et une ouverture de sortie (12a) d'air, caractérisé en ce que ledit carter (10) comporte, en outre, en amont du flasque (11) d'entrée d'air une chambre (13) délimitée par ledit flasque d'entrée (11) et par un flasque supplémentaire (14) qui lui est parallèle et qui comporte des ouies d'entrée d'air périphériques (15, 16). 2. Turbo-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que-lesdites ouies d'entrée d'air périphérique (15, 16) sont disposées symétriquement par rapport à l'axe (x x1). 3. Turbo-compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 eut 2, caractérisé en ce que lesdites ouies (15, 16) d'entrée d'air sont délimitées par des arcs de cercle centrés sur l'axe (x xl). 4. Turbo-compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport (R1) entre la surface totale desdites ouies d'entrée d'air (15, 16) et la surface totale dudit flasque supplémentaire (14) est compris entre 0,05 et 0,18 et, de pré férence, de l'ordre de 0,1. 5. Turbo-compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en calque le rapport (R2) entre la largeur axiale (1) de ladite chambre (13) et le diamètre externe des turbines (4) est compris entre 0,06 et 0,12 et, de préférence de l'ordre de 0,09.