Brevet FR2534638A1 — publié le 19840420

E 553463 s. Procédé pour comprimer un fluide gazeux de transport au moyen d'un compresseur Roots et compresseur Roots pour l'exécution du procédé. L'invention concerne un procédé pour comprimer un fluide gazeux de transport au moyen d'un compresseur Roots, dans lequel alternative- ment du fluide de transport provenant du côté sous pression est ali- menté dans les chambres de transport respectivement formées par les pistons Roots respectifs et la paroi du volume de transport correspon- dante, après la séparation d'avec le côté admission Elle concerne de plus un compresseur Roots pour l'exécution du procédé. Dans le cas des compresseurs Roots, il se présente généralement le problème qu'une partie du fluide de transport déjà comprimé refoule dans la chambre de transport lors de l'ouverture de la chambre de transport en direction du côté sous pression Cette inversion du sens d'écoulement conduit à d'importants phénomènes de vibration aussi bien dans le compresseur Roots et sur le compresseur que dans le ré- seau de conduites tubulaires montées en aval côté sous pression. Certes on a déjà essayé de réduire ces phénomènes de vibration par le moyen que l'on alimente les chambres de transport, avant leur ouverture en direction du côté sous pression, en fluide de transport provenant de ce côté sous pression (vbir par exemple DE-PS 11 33500, DE-AS 12 58 543; bulletin du JSME, Vol 24, No,189, Mars 1981, pages 547 à 554) Grâce aux mesures proposées on ne peut toutefois pas com- plètement interdire un refoulement de fluide de transport depuis le côté sous pression dans la chambre de transport, de sorte qu'avec ces propositions connues, ce n'est dans tous les cas qu'une diminution de l'excitation aux vibrations qui est possible. L'objet de l'invention est de créer un procédé complètement nou- veau pour comprimer un fluide gazeux de transport au moyen d'un com- presseur Roots, ainsi qu'un compresseur Roots pour l'exécution du p To- cédé, dans lequel on évite une forte vibration du fluide de transport dans la conduite de transport coté sous pression ainsi que les désa- vantages acoustiques et mécaniques qui en résultent. Selon l'invention cet objet est atteint par le moyen que le pro- cédé et le compresseur approprié à son exécution sont conçus de façon que le début de l'alimentation en fluide de transport de la chambre de transport de l'un des pistons Roots coïncide dans-le temps avec la fin de l'alimentation en fluide de transport, de la chambre de trans- port, de l'autre piston Roots que lors de la fin de l'alimentation, la pression du fluide de transport qui se trouve dans la chambre de transport respective correspond à la pression de service du côté sous pression et que l'alimentation dans la chambre de transport respective est asservie de façon que le fluide de transport dans la conduite de transport côté sous pression présente une vitesse d'écoulement cons- tante. A la base de l'invention se trouve l'idée que les pulsations ou les phénomènes de vibration qui apparaissent dans la conduite de transport côté sous pression lors de la compression du fluide gazeux de transport par des compresseurs Roots sont évités par le moyen que, avant alimentation dans la conduite de transport, on soustrait du flu- ide transporté côté sous pression, chaque fois, une quantité telle que la quantité restante dans la conduite de transport continue à s'écou- ler à vitesse d'écoulement constante La quantité ainsi soustraite est à son tour réintroduite dans les chambres de transport de façon telle qu'à la fin de cette réintroduction la pression dans la chambre de transport respective correspond à la pression de service du c 8 té sous pression La vitesse d'écoulement constante résulte du volume dé- livré dans le temps côté admission, du rapport des densités côté admis- sion et côté sous pression et de la surface de section droite de la conduite de transport côté sous pression. Grâce aux mesures selon l'invention, non seulement on évite ainsi les vibrations qui se produisent dans les compresseurs Roots connus du fait du refoulement du fluide de transport dans les chambres de transport, mais on évite également les pulsations qu'il faut attri- buer à la géométrie du piston. En principe l'asservissement de l'alimentation de la chambre de transport respective en fluide de transport peut se faire au moyen de dispositifs internes ou externes au compresseur On obtient toutefois un asservissement particulièrement simple et approprié par le moyen que les surfaces de section droite décisives pour l'alimentation des cham- bres de transport en fluide de transport sont asservies aux pistons Roots eux-memes. Dans les compresseurs Roots pour l'exécution du procédé selon -3 l'invention, l'alimentation des chambres de transport en fluide de transport peut se faire de la façon la plus variée C'est ainsi que l'on peut prévoir des canaux liés au côté sous pression et qui débou- chent dans la chambre de transport respective le long de la surface cylindrique et/ou de la surface frontale du volume de transport Mais on peut également prévoir, pour l'alimentation en fluide de transport, des évidements, dans la surface cylindrique, qui agrandissent la fente normale d'étanchéité entre tête de piston et surface cylindrique. L'existence de canaux pour l'alimentation-en fluide de trans- port présente l'avantage que l'on peut également disposer dans la chambre de transport respective des dispositifs de refroidissement entre le prélèvement côté sous pression et l'embouchure Dans le cas d'un refroidissement, l'asservissement doit toutefois être conçu de façon que le fluide de transport restant dans la conduite de transport côté sous pression présente la vitesse d'écoulement constante décrite ci-dessus. La disposition des ouvertures débouchantes dans la zone des surfaces frontales du volume de transport présente l'avantage que l'on peut déjà dégager des sections relativement importantes avec de faibles modifications angulaires du piston Roots C'est en particulier le cas si les ouvertures débouchantes-sont adaptées, dans la zone de leur arête active au début de l'alimentation, en ce-qui concerne sa forme, à l'arête de contour du piston décisive pour l'asservissement. Pour autant que pour l'alimentation en fluide de transport, on prévoit des évidements, dans la surface cylindrique, qui agrandissent la fente normale d'étanchéité entre tête de-piston et surface cylin- drique, ces évidements peuvent s'étendre sur toute la longueur de la surface cylindrique En cas de besoin toutefois il peut également être avantageux que les évidements ne s'étendent que sur une partie de la surface cylindrique. Il est avantageux que les évidements soient constitués de deux portions disposées dans la zone des extrémités des surfaces cylindriques. Dans une conceptions de ce genre, on peut prévoir des coulisses, pou- vant coulisser dans les évidements depuis les surfaces frontales du volume de -transport, et qui permettent, tout en conservant la carac- téristique d'ouverture, selon la profondeur de coulissement, une modi- fication de la-fonction de surface en fonction du temps. Dans le cas d'un compresseur Roots comportant des canaux qui débouchent dans au moins une des surfaces frontales du volume de trans- port, une solution avantageuse consiste en ce que les ouvertures dé- bouchantes disposées dans les surfaces frontales s'étendent sur un angle de rotation déterminé du piston Roots et sont recouvertes, sur leurs faces opposées au volume de transport, par une portion de canal du type capotage, de façon telle que la surface de section droite effi- cace pour l'alimentation est déterminée par l'arête de contour du pis- ton décisive pour son asservissement et par la surface interne de la paroi de la portion de canal. Grâce à cette mesure on obtient que, après le dégagement de l'ouverture débouchante respective par les pistons Roots, ce n'est plus sa section droite qui est décisive pour l'alimentation de la chambre de transport en fluide de transport, mais c'est la section droite, sen- siblement perpendiculaire à celle-ci, formée par l'arête de contour de piston décisive pour l'asservissement et par la surface interne de la paroi de la portion de canal Une telle conception présente l'avantage que la surface de section droite active pour l'alimentation peut être asservie indépendamment de la section de l'ouverture débouchante. Le procédé selon l'invention peut se concrétiser de façon par- ticulièrement avantageuse avec les compresseurs Roots comportant deux pistons Roots à trois dents Certes, il est également possible de con- crétiser le procédé selon l'invention avec des compresseurs Roots com- portant deux pistons Roots à deux dents Mais le fait de concrétiser l'invention avec des compresseurs Roots comportant deux pistons Roots à trois dents présente cependant l'avantage que d'une part on peut con- server les dispositions de carter qui ont fait leurs preuves pour les pistons Roots à deux dents, et que d'autre part cependant on dispose de la zone d'angle de rotation nécessaire pour l'alimentation des chambres de transport en fluide de transport. Un autre avantage des pistons Roots à trois dents est à voir dans le fait que les pertes dans les fentes sont plus favorables le long d'une zone donnée d'angle de rotation que dans le cas des pistons Roots à deux dents De plus les pistons Roots à trois dents présentent l'avantage qu'ils ont des qualités plus favorables du point de vue de la déformation. Pour une même vitesse de rotation, dans le cas des compresseurs Roots comportant deux pistons Roots à trois dents, la fréquence de base typique et ses multiples sont plus élevés que dans le cas des compresseurs Roots comportant deux pistons Roots à deux dents Ceci conduit au fait que, pour obtenir encore un abaissement du bruit ré- siduel, on peut utiliser des résonateurs qui, en ce qui concerne leur encombrement, occupent, par rapport aux résonateurs pour pistons Roots à deux dents, moins de 50 % de leur volume. Pour concrétiser le procédé selon l'invention avec un compres- seur Roots comportant deux pistons Roots à deux dents, il est néces- saire de disposer les ouvertures d'admission et de sortie du compres- seur dans les surfaces frontales respectives du volume de transport. Dans le cas des compresseurs Roots à deux dents à tête de piston très large, une partie de l'ouverture d'admission peut également se trouver, sous forme d'admission par une fente, dans la surface cylindrique de la chambre de transport respective Dans le cas des compresseurs Roots à trois dents par contre, on peut conserver la disposition tradition- nelle des tubulures d'admission et de refoulement dans la zone de la surface cylindrique. Un autre avantage des compresseurs Roots comportant des pistons Roots à trois dents réside dans le fait que, pour un même encombrement, il est possible d'atteindre une capacité de transport par tour du même ordre de grandeur que dans le cas des compresseurs Roots comportant des pistons Roots à deux dents - Le procédé selon l'invention n'est pas limité aux compresseurs _ 25 Roots comportant des pistons Roots à deux ou trois dents C'est ainsi que le procédé selon l'invention peut également en cas de besoin et à tout moment se concrétiser avec des compresseurs Roots comportant deux pistons Roots à quatre dents ou-davantage. Dans ce qui suit, pour une meilleure explication et une meilleure compréhension de l'invention, on décrit en détail, à l'aide de l'exem- ple d'un compresseur Roots comportant deux pistons Roots à trois dents, quelques unes des possibilités d'asservissement pour l'alimentation de la chambre de transport respective en fluide sous pression On-se réfère aux dessins annexés sur lesquels Les figures 1 et 2 représentent des exemples d'exécution dans lesquels l'alimentation en fluide de transport se fait au moyen d'ou- vertures débouchantes disposées dans les surfaces frontales du volume de transport. Les figures 3 et 4 représentent des exemples d'exécution dans lesquels l'alimentation en fluide de transport se fait le long des têtes de piston au moyen des évidements disposés dans les surfaces cy- lindriques. Sur les figures 1 à 4, pour motif de simplicité, on n'a repré- senté chaque fois qu'une partie d'un piston Roots à trois dents ainsi que les portions du carter du compresseur nécessaires pour l'asservis- sement Le sens de rotation du piston Roots respectif 1 y est repéré chaque fois par une flèche. Pour tous les quatre exemples d'exécution, le piston Roots 1 se trouve dans une position o la dent Zl a fermé une chambre de trans- port F, formée entre les dents Zl et Z 2, vis-à-vis du côté admission S (figure 1) Dans tous les quatre exemples d'exécution, par-ailleurs, le piston Roots 1 est représenté dans une position dans laquelle le fluide de transport provenant du c 8 té sous pression D alimente la cham- bre de transport F. Dans le cas de l'exemple d'exécution selon la figure 1, le fluide de transport est extrait, du côté sous pression, par un canal non représenté et qui débouche dans la chambre de transport F par une ouverture débouchante 2 dans la surface frontale du volume de trans- port du compresseur Dans l'exemple d'exécution selon la figure 1, cette ouverture débouchante 2 a une forme à peu près en T, étant préci- sé que pour motif de bonne visibilité, on a hachuré la portion de la section droite de l'ouverture débouchante 2 qui est dégagée par la dent Z 2 du piston Roots 1. Comme le dessin le montre clairement, l'arête 3, active au début de l'alimentation, de l'ouverture débouchante 2 est exactement adaptée en ce qui concerne sa forme, à l'arête 4 de contour du piston décisive pour l'asservissement Une telle conception présente l'avantage que l'on peut déjà dégager une surface de section droite relativement im- portante de l'ouverture débouchante 2 à l'aide d'une très faible modi- fication de la position angulaire du piston Roots 1. On choisit du reste comme déjà mentionné au début la forme de l'ouverture débouchante 2 de façon que lors de la fin de l'alimen- tation, la pression dans la chambre de transport respective corresponde à la pression de service du côté sous pression et que l'on extraie, pour l'alimentation, chaque fois une quantité du fluide de transport telle que la quantité restante dans la conduite de transport continue à s'é- couler à vitesse d'écoulement constante. Dans tous les quatre exemples d'exécution, de plus, selon l'in- vention, la disposition est telle que, dans le temps, c'est à la fin de l'alimentation de la chambre de transport F que l'on commence l'ali- mentation de la chambre de transport opposée, non représentéedu com- presseur Roots, de sorte que le fluide sous pression est envoyé, alter- nativement et sans interruption dans les chambres de transport. Dans le cas de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 2, l'alimentation en fluide sous pression provenant du c 8 té sous pres- sion se fait également le long de la surface frontale du volume de transport Au contraire de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 1, ce n'est pas, par contre, l'ouverture débouchante 5, dispo- sée dans la surface frontale du volume de transport qui détermine la section efficace de passage Bien plutôt, dans cet exemple d'exécution, une portion de canal 6, de type capotage, est disposée sur l'ouverture débouchante 5, avec une forme telle que la surface de section droite efficace pour l'alimentation est déterminée par l'arête 7 de contour de piston décisive pour l'asservissement, de la dent Z 2 et la surface interne de la paroi de la portion de canal 6 Cette surface de section droite efficace 8 se trouve à peu près perpendiculaire à la surface frontale du piston Roots et, pour une meilleure compréhension, elle a été repérée par des hachures Une telle disposition présente l'avan- tage que la surface de section droite 8 décisive pour l'alimentation en fluide de transport peut être adaptée aux données respectives grâce à une forme correspondante de la surface interne de la paroi de la por- tion de canal 6 C'est ainsi qu'il est possible par exemple de mainte- nir constante la surface de section droite efficace 8 le long d'un an- gle donné de rotation du piston Roots malgré une section qui va en s'agrandissant de l'ouverture débouchante 5; ou bien de la faire croître selon des -critères déterminés. Dans le cas de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 3, l'alimentation en fluide de transport se fait aussi bien par un canal 9 lié au c 8 té sous pression que par des évidements 10 dans la surface cylindrique qui agrandissent la fente d'étanchéité normale entre la tête de piston et la surface cylindrique. En principe les évidements 10 peuvent s'étendre sur toute la surface cylindrique Selon chaque fois la surface de section droite nécessaire, on peut également obtenir pourtant que lés évidements soient respectivement constitués de deux portions disposées dans la zone des extrémités de la surface cylindrique Dans un tel cas, on peut disposer comme représenté sur la figure 4 -dans les évidements des coulisses de réglage 11 en forme de baguette Dans le cas de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 4, ces coulisses de réglage 11 en forme de baguette peuvent s'enfiler dans les évidements 10 à partir des surfaces frontales du volume de transport, ce qui per- met d'obtenir, de façon relativement simple, selon chaque fois la pro- fondeur à laquelle on enfile la coulisse, une modification de la fonc- tion de surface en fonction du temps tout en conservant la caractéris- tique d'ouverture. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art auxdispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de la mention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour comprimer un fluide gazeux de transport au moyen d'un compresseur Roots, dans lequel alternativement du fluide de trans- port provenant du côté sous pression est alimenté dans les chambres de transport respectivement formées par les pistons Roots respectifs et la paroi du volume de transport correspondante, après la séparation d'avec le côté admission, caractérisé en ce que le début de l'alimentation, en fluide de transport, de la chambre de transport de l'un des pistons Roots coïncide dans le temps avec la fin de l'alimentation en fluide de transport, de la chambre de transport de l'autre piston Roots; en ce que lors de la fin de l'alimentation, la pression du fluide de trans- port qui se trouve dans la chambre de transport respective correspond à la pression de service du côté sous pression; et en ce que l'alimen- tation dans la chambre de transport respective est asservie de fa- çon que le fluide de transport dans la conduite de transport côté sous pression présente une vitesse d'écoulement constante. 2 Compresseur Roots pour exécution du procédé selon la revendi- cation 1, dans lequel il est prévu, pour l'alimentation en fluide de transport, des canaux reliés au côté sous pression, débouchant dans la chambre de transport respective le long de la surface cylindrique et/ou des surfaces frontales de la chambre de transport et/ou, des évidements dans les surfaces cylindriques qui agrandissent la fente normale d'étanchéité entre la tête du piston et la surface cylindrique, caractérisé en ce que les ouvertures débouchantes ( 2,5) des canaux et/ou les évidements ( 10) dans les surfaces cylindriques sont disposées et di- mensionnées de telle façon que le début de l'alimentation, en fluide de transport, de la chambre de transport (F) de l'un des pistons Roots ( 1) coïncide dans le temps avec -la fin-de l'alimentation en fluide de trans- port, de la chambre de transport de -l'autre piston Roots; en ce que lors de la fin de l'alimentation la pression du fluide de transport qui se trouve dans la chambre de transport respective correspond à la pression de service du c 8 té sous pression; et en ce que l'alimentation dans la chambre de transport respective (F)-est asservie de façon que le fluide de transport dans la conduite de transport côté sous pres- sion présente une vitesse d'écoulement constante. 3 Compresseur Roots selon la revendication 2, caractérisé en ce l'asservissement des surfaces de section droite décisives pour l'alimen- tation est fait par les pistons Roots. 4 Compresseur Roots selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les ouvertures débouchantes ( 2) disposées dans les surfaces frontales du volume de transport sont adaptées, dans la zone de leur arête ( 3) active au début de l'alimentation, en ce qui concer- ne sa forme, à l'arête ( 4) de contour du piston décisive pour l'asser- vissement. Compresseur Roots selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les évidements ( 10) s'étendent sur toute la lon- gueur de la surface cylindrique. 6 Compresseur Roots selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les évidements ( 10) s'étendent sur une partie de la longueur cylindrique. 7 Compresseur Roots selon la revendication 6, caractérisé en ce que les évidements ( 10) sont constitués de deux portions disposées dans la zone des extrémités de la surface cylindrique. 8 Compresseur Roots selon la revendication 7, caractérisé en ce que des coulisses de réglage ( 11) en forme de baguette, peuvent s'enfiler dans les évidements ( 10), à partir des surfaces frontales du volume de transport. 9 Compresseur Roots selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les ouvertures débouchantes ( 5) disposées dans les surfaces frontales du volume de transport s'étendent sur un angle de rotation déterminé du piston Roots ( 1) et sont recouvertes, sur leurs faces opposées au volume de transport, par une portion de canal ( 6) du type capotage, de façon telle que la surface de section droite efficace ( 8) pour l'alimentation est déterminée par l'arête de contour du piston ( 7) décisive pour son asservissement et par la surface in- terne de la paroi de la portion de canal ( 6).