Brevet FR2555673A1 — publié le 19850531

"Appareil de déplacement de fluide de type à spirale, pour comprimer, détendre, ou pomper des fluides". L'invention concerne un appareil de dépla- cement de fluide de type à spirale, et plus précisément un mécanisme de support de charge à poussée axiale pour spirale orbitale d'appareil de déplacement de fluide de type à spirale. Les appareils de déplacement de fluide de type à spirale sont bien connus de l'art antérieur. Le brevet U. S.A. N 801'182 déposé par Creux décrit par exemple un appareil du type ci-dessus, comprenant deux spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire et d'un élément de développante en forme de spirale. Les spirales sont maintenues décalées angulairement et radialement de façon que les deux éléments en spirale s'emboîtent pour former un certain nombre de lignes de contact entre leurs surfaces courbes spiralées, de manière à définir ainsi au moins une paire de chambres à fluide et à assurer leur étanchéité. Le mouvement orbital relatif des deux spirales déplace les lignes de contact le long des surfaces courbes spiralées, de sorte que le volume des chambres à fluide augmente ou diminue suivant le sens du mouvement orbital. Ainsi, l'appareil de déplacement de fluide de type à spirale peut s'utiliser pour comprimer, détendre ou pomper des fluides. En général, dans un appareil de déplacement de fluide de type à spirale classique, une spirale est fixée au carter et l'autre spirale constituant la spirale orbitale, est montée excentriquement sur une tige ou un arbre d'en- trainement de manière à produire le mouvement orbital. L'appareil de déplacement de fluide de type à spirale compor- te également un dispositif empêchant la rotation de la spi- rale orbitale, pour maintenir ainsi la spirale dans une position angulaire prédéterminée pendant le fonctionnement de l'appareil. Comme la spirale orbitale d'un appareil de déplacement de fluide de type à spirale classique, est montée en porte-à-faux sur le tourillon de manivelle, il se produit une inclinaison axiale de cette spirale orbitale. Une incli- naison axiale est également due au fait que le mouvement de la spirale orbitale n'est pas un mouvement de rotation autour du centre de celle-ci, mais un mouvement orbital produit par le mouvement excentrique du tourillon de manivelle entraîné par la rotation de l'arbre d'entraînement. Plusieurs problèmes résultent de cette inclinaison axiale, et notamment une étan- chéité imparfaite à l'endroit des lignes de contact, des vibrations de l'appareil en cours de fonctionnement, et un niveau de bruit important provoqué par les chocs physiques des éléments en spirales. Une solution simple et directe de ces problèmes consiste à utiliser un dispositif de palier en butée pour supporter les charges axiales. Ainsi, un appareil de déplacement de fluide de type en spirale est généralement muni d'un dispositif de palier en butée monté à l'intérieur du carter. Une tentative récente pour améliorer les dispositifs anti-rotation et de paliers de butée des appareils de déplacement de fluide de type à spirale, est décrite dans les brevets U.S.A. Nos 4 160 629 (Hidden et Cie) et 4 259 043 (Hidden et Cie). Dans ces brevets U.S.A., les fonctions anti- rotation et de palier de butée sont intégrées. Un dispositif antirotation/palier de butée selon ces brevets, comprend un ensemble de dentelures formées sur la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire de la spirale orbitale, et un second ensemble de dentelures formées sur la surface d'extrémité de la plaque fixée au carter. Un certain nombre de billes ou de sphères sont placées entre les dentelures des deux surfaces. Dans cette disposition, le rayon orbital maximum du dispositif anti-rotation/palier de butée, est défini par différents facteurs, tels que le diamètre de la bille, le diamètre de chacune des dentelures formées sur les surfaces et la position de déplacement des billes dans les dentelures, le rayon orbital de la spirale orbitale étant également défini par le nombre de tours de l'élément en spirale. Par suite, le rayon orbital du dispositif anti- rotation/palier de butée, et le rayon orbital de la spirale orbitale, doivent tous deux être choisis à la même valeur pour obtenir la fonction anti-rotation. Cependant, compte tenu des erreurs de dimensions provoquées par le processus de fabrication des différentes pièces et le montage de l'appareil, le rayon orbital du dispositif anti- rotation/palier de butée doit être choisi plus grand que le rayon orbital de la spirale orbitale pour maintenir l'étanchéité des chambres à fluide. Il en résulte un jeu des billes à l'intérieur du dispositif. De plus, le moment de rotation (t) qui provoque la rotation de la spirale orbitale, est défini par la formule suivante: Z(moment de rotation) = Fg x 2 o 2 o dans laquelle Fg est la force résultante de la pression de gaz agissant sur l'élément en spirale, et eO la distance entre le centre de la spirale fixe et le centre de la spirale orbitale (appelée ci-après "rayon de manivelle"). Le sens de ce moment correspond au sens de rotation de l'arbre d'entrai- nement. Ce moment de rotation est appliqué au dispositif antirotation/palier de butée. Cependant, le sens du moment est parfois décalé par rapport au sens de rotation de l'arbre d'entraînement, du fait que la force de la pression 25556 73 de gaz change. A ce moment, si la bille est placée dans le dispositif anti-rotation/palier de butée de manière à pouvoir jouer, le sens de la force agissant sur les billes est modifié, ce qui provoque un décalage du sens du moment et des vibrations à l'endroit du jeu des billes. On décrira sur les figures 1 et 2 le phéno- mène du fonctionnement ci-dessus. La figure 1 est une coupe schématique illustrant la relation entre les spirales fixe et orbitale de l'art antérieur. La figure 2 est un graphique représentant la distribution des pressions à l'intérieur des chambres étanches, suivant la ligne A-A de la figure 1. Dans les éléments de spirale selon l'art antérieur, les nombres de tours de la spirale se correspondent, c'est-à-dire que la spirale fixe et la spirale orbitale sont l'image l'une de l'autre dans un miroir. Par suite, comme indiqué sur la figure 2, la distribution des pressions de gaz est symétrique par rapport au point milieu du rayon de manivelle-o. Ainsi, la force résultante de la pression de gaz Fg est appliquée au point milieu du rayon de manivelle j perpendiculairement à ce rayon A. La force Fd dont le vecteur est le même que celui de la force résultante Fg, mais de sens inverse, est appliquée au centre de la spirale orbitale de manière à équilibrer la force résultante Fg. Par suite, les deux forces Fg et Fd créent un couple dont le moment, c'est-à-dire la force d'entraînement en rotation de la spirale orbitale est définie par Fg x ho. Dans cette disposition, on pourrait modifier la forci de rotation en changeant la pression de gaz, ce changement produisant le jeu des billes à l'intérieur du dispositif anti-rotation/palier de butée. L'invention a pour principal but de créer un appareil de déplacement de fluide perfectionné, de type en spirale, permettant de résoudre le problème des vibrations et des bruits inutiles. L'invention a également pour but de créer un appareil de déplacement de fluide de type en spirale, qui soit de construction simple et qui soit léger. A cet effet, l'invention concerne un appareil de déplacement de fluide de type en spirale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire d'o part une spirale enroulée, ces deux spirales enroulées s'emboîtant avec un décalage angulaire et un décalage radial pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches, des moyens d'entraînement reliés en fonctionnement à une spirale pour produire la rotation orbitale de celle-ci, et un dispositif anti-rotation destiné à empêcher la rotation de cette spirale pendant le mouvement orbital, de manière à modifier ainsi le volume des chambres à fluide, appareil caractérisé en ce que la longueur radiale de l'enroulement spiralé de la spirale orbitale est plus grande que la longueur radiale de l'enroulement spiralé de l'autre spirale fixe. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le dispositif anti-rotation est constitué par un dis- positif de couplage à billes. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe illustrant la relation entre la spirale fixe et la spirale orbitale selon l'art antérieur; - la figure 2 est un graphique illustrant la distribution des pressions dans chacune des chambres de fluide, suivant la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un bloc de compresseur de type à spirale correspondant à une forme de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue éclatée, en pers- pective, du dispositif anti-rotation/palier de butée de la figure 3; - la figure 5 est une vue schématique en coupe illustrant la relation entre la spirale fixe et la spirale orbitale selon l'invention; - la figure 6 est un graphique illustrant la distribution des pressions dans chacune des chambres de fluide, suivant la ligne B-B de la figure 5. Sur la figure 3, un appareil de déplacement de fluide de type à spirale, selon l'invention, est repré- senté sous la forme d'un bloc de compresseur i de type à spirale. Le compresseur 1 comprend un carter de compresseur muni d'une plaque d'extrémité avant 11 et un bottier en forme de coupelle 12 fixé à une surface d'extrémité de la plaque d'extrémité avant 11. Une ouverture 111 est percée au centre de la plaque d'extrémité avant 11, pour permettre la pénétration ou le passage d'un arbre d'entraînement 13. Une projection annulaire 112 est formée dans la surface d'extré- mité arrière de la plaque d'extrémité avant 11. Cette projec- tion annulaire 112 vient en face du bottier en forme de coupelle 12, concentriquement avec l'ouverture 111. Une surface périphérique extérieure ou projection annulaire 112 pénètre dans une paroi intérieure de l'ouverture du bottier en forme de coupelle 12. Ainsi, l'ouverture du boîtier en forme de coupelle 12 est recouverte par la plaque d'extré- mité avant 11. Un joint torique 14 est monté entre la surface périphérique extérieure de la projection annulaire 112 et la paroi intérieure de l'ouverture du bottier en forme de coupelle 12, de manière à assurer l'étanchéité entre les surfaces correspondantes de la plaque d'extrémité avant 11 et du boîtier en forme de coupelle 12. Un manchon annulaire 15 fait saillie sur la surface d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 11, de manière à entourer l'arbre d'entraînement 13 et à former une cavité d'étanchéité pour l'arbre. Dans la forme de réali- sation de la figure 1, le manchon 15 est formé séparément de la plaque d'extrémité avant 11. Par suite, le manchon 15 est a555673 fixé à la surface d'extrémité avant de la plaque d'extré- mité avant 11 par des vis (non représentées). Un joint torique 16 est monté entre la surface d'extrémité du manchon 15 et la surface d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 11, de manière à assurer l'étanchéité des surfaces correspondantes de la plaque d'extrémité avant 11 et du manchon 15. En variante, le manchon 15 peut faire corps avec la plaque d'extrémité avant 11. L'arbre d'entraînement 13 est supporté en rotation par le manchon 15, par l'intermédiaire d'un palier de roulement 18 placé à l'intérieur de l'extrémité avant du manchon 15. L'arbre d'entraînement 13 comporte, à son extrémité intérieure, un disque 19 supporté en rotation par la plaque d'extrémité avant 11, par l'intermédiaire d'un palier de roulement 20 placé à l'intérieur de l'ouverture 111 de la plaque d'extrémité avant 11. L'ensemble d'étan- chéité d'arbre 20 est monté de manière à étre couplé à l'arbre 13 à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre du manchon 15. La poulie 22 est supportée en rotation par le palier de roulement 23 monté sur la surface extérieure du manchon 15. Une bobine électromagnétique 24 est fixée autour de la surface extérieure du manchon 15 par la plaque de support 25, et vient se loger dans une cavité annulaire de la poulie 22. Une plaque d'armature 26 est montée élastiquement sur l'extrémité extérieure de l'arbre d'entraînement 13 qui dépasse du manchon 15. La poulie 22, la bobine magnétique 24 et la plaque d'armature 26 forment un embrayage magnétique. En cours de fonctionnement, l'arbre d'entraînement 13 est entraîné par une source de puissance extérieure constituée par exemple par le moteur d'une auto- mobile, par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de couple tel que l'embrayage magnétique décrit ci-dessus. Un certain nombre d'éléments sont placés à l'intérieur de la chambre intérieure du bottier en forme de coupelle 12, et notamment la spirale fixe 27, la spirale orbitale 28, un mécanisme d'entraînement de la spirale orbi- tale 28 et du dispositif anti-rotation/palier de butée 35 de la spirale orbitale 28. La chambre intérieure du bottier en forme de coupelle 12 est formée entre la paroi intérieure du boîtier en forme de coupelle 12 et la surface d'extrémité arrière de la plaque d'extrémité avant 11. La spirale fixe 27 comporte une plaque d'extré- mité circulaire 271 et un élément enroulé en spirale 272 fixé ou faisant saillie sur une surface d'extrémité de la plaque d'extrémité 271. La spirale fixe 27 est fixée dans la chambre intérieure du boîtier en forme de coupelle 12 par des vis 27 se vissant dans la surface d'extrémité 271 par l'extérieur du bottier en forme de coupelle 12. La plaque d'extrémité circulaire 271 de la spirale fixe 27 sépare la chambre inté- rieure du bottier en forme de coupelle 12, en une chambre avant 29 et une chambre arrière 30. L'anneau d'étanchéité 31 est placé dans une rainure circulaire de la plaque d'extrémité circulaire 271, pour former un joint étanche entre la paroi intérieure du bottier en forme de coupelle 12 et la surface extérieure de la plaque d'extrémité circulaire 271. L'élément de spirale 272 de la spirale fixe 27 est placé dans la chambre avant 29. La spirale orbitale 28 placée dans la chambre avant 29, comprend une plaque d'extrémité circulaire 281 et un élément enroulé en spirale 282 fixé ou faisant saillie sur une surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 281. Les éléments de spirale 272 et 282 s'emboîtent avec un décalage angulaire de 180 et un décalage radial prédéterminé. Les éléments de spirale 272 et 282 définissent au moins une paire de chambres à fluide étanches entre leurs surfaces d'emboîtement. La spirale orbitale 28 est supportée en rota- tion par le coussinet 33, par l'intermédiaire d'un palier de roulement 34, monté entre la surface périphérique extérieure du coussinet 33 et la surface intérieure du bossage 273, faisant saillie sur l'autre surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 281. Le coussinet 33 est relié à une extrémité intérieure du disque 19 en un point décalé radialement ou excentré par rapport à l'axe de l'arbre d'entraînement 13. Le dispositif anti-rotation/palier de butée est placé autour du bossage 273 de la spirale orbitale 27 et entre la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant il et la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 281, venant en face de la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11. Le dispositif antirotation/palier de butée 35 comprend un anneau fixe 351 fixé à la surface d'extrémité intérieure de l'élément de plaque d'extrémité avant 11, un anneau orbital 352, fixé à la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 231, et un certain nombre d'éléments de support, tels que des billes 353, placés entre les poches 351a, 352a formées par les anneaux 351 et 352. La rotation de la spirale orbitale 28 pendant le mouvement orbital, est empêchée par le fait que le centre d'interaction de la spirale orbitale, sur lequel agit la force de réaction Fd, vient au- delà de la moitié du rayon de manivelle.to, et que le moment du couple, c'est-à-dire la force d'entraînement en rotation de la spirale orbitale 28, est défini par la formule suivante: Fg x ( o+/) dans laquelle (ho +) est la distance entre le point d'application dg la force résultante Fg et le centre de la spirale orbitale. Comparativement à la force de rotation ci-dessus et à la force de rotation selon l'art antérieur, la présente force de rotation, définie par Fg x (4o +/), est supérieure à la force de rotation antérieure 2 définie par Fg x . Ainsi la force magnétique agissant sur le dispositif anti-rotation/palier de butée, se trouve augmenté de manière à maintenir plus fermement les billes dans les chambres. Cela permet alors d'éviter les vibrations de la spirale orbitale produites par le jeu des billes du dispositif anti-rotation/palier de butée. il REVENDICATIONS 1) Appareil de déplacement de fluide de type en spirale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire d'o part une spirale enroulée, ces deux spirales enroulées s'emboîtant avec un décalage angulaire et un décalage radial pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches, des moyens d'entraînement reliés en fonctionnement à une spirale pour produire la rotation orbitale de celle-ci et un dispositif anti-rotation destiné à empacher la rotation de cette spirale pendant le mouvement orbital, de manière à modifier ainsi le volume des chambres à fluide, appareil caractérisé en ce que la longueur radiale de l'enroulement spiralé de la spirale orbitale (28), est plus grande que la longueur radiale de l'enroulement spiralé de l'autre spirale fixe (27). 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première spirale est la spirale orbitale. 3) Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif anti- rotation est un dispositif à couplage par billes.