Brevet FR2544459A1 — publié le 19841019

Il est connu d'utiliser les compresseurs monovis tels que décrits dans les brevets français 1 331 998 et 1 586 832 pour comprimer des gaz frigorigènes, tels qu'halocarbones, en injectant dans la chambre de compression, du condensat pour refroidir le compresseur Un tel dispositif est connu par exemple par le brevet français na 2 089 717. Il est toutefois nécessaire d'assurer une lubrification des roulements et ceci peut être obtenu de façon conventionnelle, en envoyant dans les roulements de l'huile prélevée dans un réservoir au moyen d'une pompe auxiliaire et en retournant l'huile après lubrification dans ledit réservoir Une telle disposition est décrite par exemple dans le document intitulé "The development of the Single Screw Compressor and Oul Reduced Operation" par G F HUNDY et al publié en 1982, par ''The Institute of Refrigeration", notamment dans sa figure 7. Ce procédé est toutefois co Oteux car il nécessite un réservoir auxiliaire et une pompe; en outre, comme il peut se produire des départs d'huile occasionnels dans le circuit frigorifique, il est nécessaire de reconstituer en permanence le niveau d'huile, par exemple en distillant une partie du condensat liquide par des moyens de chauffage annexes, et en envoyant l'huile contenue dans le distillat dans le réservoir précité Ceci ajoute à la complexité. La présente invention a pour objet un procédé de lubrification de roulements pour compresseur frigorifique entratné par moteur électrique hermétique, dans lequel le moteur est refroidi par vaporisation de liquide réfrigérant, ledit liquide contenant un faible pourcentage d'huile dissoute et caractérisé en ce qu'au moins une fraction du liquide vaporisé est aspirée par le compresseur en passant à travers les roulements à lubrifier. Par moteur électrique hermétique, on désigne un moteur électrique tournant dans un carter relié hermétiquement au reste du circuit frigorifique, l'intérieur du carter étant rempli du gaz frigorigène circulant dans le circuit. Ce procédé présente en effet de multiples avantages. Tout d'abord, la chaleur créée par le moteur électrique étant très impor- tante, elle permet de vaporiser une grande quantité de liquide, donc de produire un volume important d'huile; il n'est plus nécessaire alors de retourner l'huile ayant lubrifié les roulements vers un ballon et de la recirculer avec une pompe; l'huile ayant lubrifié le roulement est simplement entraînée dans le compresseur, comprimée et revient avec le liquide pour être à nouveau séparée par vapori- sation Il est donc possible de supprimer la pompe et tous les circuits complexes qui l'entourent. Dans une variante, l'huile est séparée par décantation dans le carter entourant le moteur D'une part ceci permet d'avoir un réservoir d'huile qui ne coûte pratiquement rien, ce qui permet de contrôler, par exemple par un niveau, l'huile contenue dans le système ou de la remplacer facilement D'autre part la puissance calorifique fournie par le moteur est tellement excédentaire par rapport à la puissance de vaporisation nécessaire pour l'alimentation des roulements, qu'elle assure cette lubrification avec des teneurs en huile dans le liquide réfrigérant très faibles; de ce fait, la plus grande partie de l'huile du système est en permanence dans le carter du moteur et est très rapidement ramenée dans ce carter en cas de départ accidentel. Dans une seconde variante, le carter est isolé de l'aspiration du compresseur par des moyens d'étanchéité et mis en communication avec un orifice sur le compresseur, exposé à une pression intermédiaire entre la pression d'aspiration et la pression de refoulement. Ceci assure non seulement une amélioration connue en soi du rendement du système, mais fournit en outre une assez grande constance dans la différence de pression entre carter et roulements, assurant par là un débit relativement constant de lubrification. 1 La présente invention a également pour objet le produit industriel nouveau pour la mise en oeuvre du procédé, comportant un compresseur frigorifique entratné par moteur électrique hermétique, ledit moteur étant disposé dans un carter en communication avec une canalisation de liquide frigorigène et égale- ment relié par des conduits au compresseur, et caractérisé en ce qu'au moins certains desdits conduits communiquent avec l'intérieur du compresseur au travers des roulements dudit compresseur. Dans une solution préférentielle du produit, objet de l'invention, le carter entourant le moteur comporte un volume formant réservoir, et l'un des conduits au moins débouche dans le carter du compresseur en un point situé entre l'aspiration et le refoulement. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci- après et du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif et o: la figure 1 est une vue en coupe d'un moto-compresseur permettant d'appliquer le procédé suivant l'invention, la figure 2 est une vue schématique montrant la disposition du motocompres- seur de la figure 1 dans un circuit frigorifique, la figure 3 représente une variante de la figure 1, la figure 4 est une variante d'un détail de la figure 3. -3 - On voit sur la figure 1 un compresseur 1 entratné par un moteur électrique hermétique 2. Le compresseur 1 est dans l'exemple choisi du type décrit dans le brevet français 1 331 998 et comporte une vis 3 munie de filets 4, tournant dans un carter 5, et engrenant de façon connue avec deux pignons symétriques non représentés, l'axe de l'un d'entre eux étant visible en 6 et tournant dans des roulements non visibles situés dans les bossages 7 et 8. La vis 3 est supportée par un axe 9, tournant dans des roulements 10 et 11 et portant un rotor 12 tournant dans un stator 13 disposé dans un carter 14 fermé par un couvercle 15. Le compresseur comporte une aspiration 16 et un échappement 17. A travers le carter 14 et le stator 13 arrive, de façon connue en soi, une canalisation 18 qui débouche dans la zone 19 entre stator & carter o sont disposées des gorges 20 en hélice. Une canalisation 21 relie le carter 14 aux roulements 10 de la vis et au roulement de pignon contenu dans les bossages tels que 8; d'autres canalisations non figurées relient de la même manière le carter 14 aux autres roulements, c'est- à-dire au roulement situé dans le bossage 7 et aux deux roulements de l'autre pignon, non représentés car en avant de la figure. L'on remarquera également qu'entre le carter 14 et l'arbre 9 existe un passage 22 débouchant sur le roulement 11 ainsi qu'un orifice 23 entre le carter 14 et l'aspiration 16. L'on a représenté sur la figure 2 une disposition du dispositif de la figure 1 dans un circuit frigorifique. On voit que l'échappement 17 est relié à un condenseur 24, un réservoir 25, une vanne d'expansion 26, un évaporateur 27 relié à l'aspiration 16 Du réservoir part une canalisation 28 qui est reliée d'une part à une injection 29 de liquide non visible sur la figure 1 et destinée comme montrée sur le brevet français 2 089 717 à assurer le refroidissement du compresseur, d'autre part à la canalisation 18 à travers une vanne de réglage 30 De façon non représentée car connue en soi, cette vanne 30 est par exemple une vanne thermostatique dont l'ouverture est commandée par un thermostat placé dans les enroulements du moteur ou par un bulbe qui mesure la surchauffe du gaz quittant l'enceinte du carter par l'orifice 23. Le liquide condensé, contenu dans le réservoir 25, est, au départ de l'installation, additionné d'huile dans un pourcentage compris entre une fraction de pour cent et quelques pour cent, par exemple 1 %. -4 - Le procédé de lubrification des roulements est alors le suivant. Le liquide réfrigérant contenant de l'huile en dissolution est injecté dans le moteur par la canalisation 18 et se vaporise en refroidissant le moteur. Les gaz de vaporisation contenant de l'huile en suspension sont alors dirigés par le passage 22 ou les canalisations telles que 21 vers les différents roulements qu'ils lubrifient au passage avant de retourner à l'aspiration du compresseur et être recomprimés On voit par, exemple sur la figure 1 des trous 31 ménagés dans la vis 3 permettant au gaz chargé d'huile ayant traversé les roulements 10 de retourner à l'aspiration. L'on remarquera que le fait d'utiliser la chaleur du moteur électrique pour vaporiser le liquide assure un très grand excès de lubrification permettant d'éviter t d'avoir à recirculer l'huile. Des essais ont en effet montré que sur un compresseur de 30 kilowatts environ comprimant du R 22 à des pressions de condensation de 10 à 30 bars, 300 à 500 watts seulement étaients nécessaires pour vaporiser le volume de gaz et d'huile nécessaire à la lubrification lorsque la teneur du liquide en huile est de l'ordre de 2 % en poids. Or sur un eotnpreàse Ur hermétique, la chaleur dissipée par le moteur est de l'ordre de 7 à 10 % de la puissance du moteur, soit de l'ordre de 2 à 3 kilowatts, c'est-à-dire 4 à 10 fois le montant nécessaire. Il en résulte un excès de capacité de lubrification qui assure que, même si accidentellement la teneur en huile du liquide s'abaisse, parce que l'huile par exemple s'est concentrée en un point éloigné du circuit, il reste suffisamment d'huile pour assurer la lubrification; cet excès permet également d'utiliser des teneurs en huile plus faibles, qui permettent éventuellement de meilleurs rende- ments de l'évaporateur et du condenseur. L'on notera en particulier que l'on peut régler l'excès en dimensionnant l'orifice 23 et également qu'en disposant l'orifice 23 dans la partie supérieure du carter et la' canalisation 21 dans la partie inférieure, les gaz partant par la canalisation 21 sont enrichis en huile car les gouttelettes ont tendance à tomber par gravité dans la partie basse du 'carter 14. On voit sur la figure 3 un dispositif permettant d'employer une variante du procédé précédemment décrit. Dans cette variante le carter 14 est un ppu agrandi vers le bas de façon à ménager des poches telles que 32 permettant d'accumuler de l'huile dont le niveau est visible en 33. Cette huile s'accumule par gravité; l'on pourrait aussi utiliser la force centrifuge du rotor pour améliorer cette séparation Le gaz séparé quitte le carter par l'orifice 23 de la figure 1 ou, alternativement, comme représenté figure 3, par une canalisation 35 reliée en un joint 36 du carter du compresseur. La perte de charge créée par l'orifice 23 ou la canalisation 35 est alors suffisante pour pousser l'huile accumulée en 32 vers les roulements par les canalisations telles que 21 ou 34 alimentant le roulement 11. Dans une variante préférée, l'on isole le carter 14 du compresseur par le moyen de joints tels que le joint 37 -qui peut être simplement un labyrinthe avec faible jeu entre arbre et enveloppe fixe et le point 36 est disposé sur le carter en un point exposé à une pression intermédiaire entre la pression d'aspiration et la pression de refoulement mais de préférence aussi proche que possible de la pression d'aspiration. Cette disposition a non seulement l'avantage connu en soi d'éviter de renvoyer les calories du moteur à l'aspiration ce qui améliore le rendement du cycle thermodynamique; mais elle permet en outre de maintenir une différence de pression entre le carter et l'aspiration du compresseur relativement constante, donc d'assurer un débit d'huile relativement constant. En effet, lorsque la pression d'aspiration varie (parce que la température de l'évaporateur charhge), le débit de gaz transitant par la canalisation 35 ou l'orifice 23 varie inversement proportionnellement et pour une réduction de pression de moitié, le débit de gaz double sensiblement entranant un quadruplement de l'écart de pression. Si au contraire, la canalisation 36 est reliée à un point en cours de compression et que la pression 'du carter s'équilibre avec cette pression (en élargissant convenablement la canalisation 35 pour éviter toute perte de charge significative) la pression dans le carter évolue alorscomme la pression d'aspi- ration, donc la différence de pression avec l'aspiration ne fait que doubler. Si en outre le point 36 est utilisé comme orifice d'économiseur, il est connu que plus la pression d'aspiration baisse, plus le taux de compression augmente, plus il y a de 'gaz retournant à l'économiseur, plus élevé est le rapport de pression entre la pression 36 et la pression d'aspiration. Par exemple, dans un compresseur refoulant à 12 bars, avec un orifice d'économiseur pour deux pignons comme décrit dans la demande de brevet français 7 915675 du 19 6 1979, si la pression d'aspiration est de 4 bars, la pression à l'économiseur c'est-à-dire à l'orifiqe 36 est d'environ 6 bars soit un écart de 2 bars; mais si la pression d'aspiration chute à 2 bars, la pression d'économiseur monte aux environs de 4 bars ce qui maintient sensiblement l'écart de pression. 6 - Il serait toutefois possible sans changer l'invention, mais au prix d'un dispositif complémentaire, de maintenir la pression d'huile constante en déplaçant le point 36 vers l'aspiration et en disposant sur la canalisation 35 une vanne de chute de pression à chute de pression constante. L'on remarquera que le niveau de liquide 33 tend à être autostabilisé En effet s'il baisse, c'est que la teneur en huile du liquide dans le réservoir 25 augmente ce qui augmente la quantité d'huile produite par distillation. Une stabilisation rapide n'est rendue possible que parce que la chaleur de vaporisation fournie par le moteur est très excédentaire par rapport aux besoins de lubrification. L'on remarquera également que le procédé, objet de l'invention, utilise pour la lubrification des roulements dans le cas de la figure 1 les gaz vaporisés chargés d'huile, dans le cas de la figure 3 l'huile séparée après vaporisation; l'on pourrait également, sans changer l'invention, repulvériser cette même huile par des moyens connus dans une partie du gaz vaporisé de façon à envoyer dans les roulements du gaz fortement chargé en huile. Un dispositif permettant de réaliser ce procédé est visible figure 4; on voit que la canalisation 21 part du carter au-dessus du niveau 32 et qu'une canalisation 37 débouchant dans la canalisation 21 est reliée au carter 14 en-dessous du niveau 33 Il se produit à l'intersection des deux canalisations un phénomène de venturi et de façon connue une pulvérisation d'huile dans le jet de gaz. REVENDICATIONS 1 Procédé de lubrification de roulements pour compresseur frigorifique entratné par moteur électrique hermétique, dans lequel le moteur est refroidi par vaporisation de liquide réfrigérant, ledit liquide contenant un faible pourcentage d'huile dissoute et caractérisé en ce qu'au moins une fraction du liquide vaporisé est aspirée par le compresseur en passant à travers les roulements à lubrifier. 2 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'en outre la fraction du liquide vaporisé, aspirée en passant à travers les roulements, est constituée par de l'huile, cette huile étant obtenue par décantation du liquide vaporisé dans le carter entourant le moteur. 3 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'en outre la fraction du liquide vaporisé, aspirée en passant à travers les roulements, est constituée par de l'huile et du gaz vaporisé, l'huile étant d'abord séparée par décantation du liquide vaporisé dans le carter entourant le moteur puis réentraînée dans une partie du gaz produit par le liquide vaporisé. 4 Procédé suivant les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'en outre le carter du moteur est isolé de l'aspiration du compresseur par des moyens d'étanchéité et est relié par une canalisation en un point au moins du compresseur exposé à une pression intermédiaire entre la pression d'aspiration et la pression de refoulement. Produit industriel nouveau, comprenant un compresseur frigorifique entratné par moteur électrique hermétique, ledit moteur étant disposé dans un carter en communication avec une canalisation de liquide et également relié par des conduits au compresseur, et caractérisé en ce qu'au moins certains desdits conduits communiquent avec l'intérieur du compresseur au travers des roulements dudit compresseur.