Brevet FR2562960A1 — publié le 19851018

CCOPRESSEUR ROTATIF MUNI D'UN DISPOSITIF DE LUBRIFICATION PAR REINTRODUCTION D'HUILE La présente invention se rapporte à un compresseur rotatif dont l'arbre s'étendant à peu près horizontalement est entraîné par un mo- tcur électrique,et qui est logé dans une capsule dotée d'un carter à huile et soumnise à une pression de compression, ce compresseur étant pourvu d'un dispositif de lubrification des paliers de l'arbre, dans lequel de l'huile est charriée, par la différence de pression entre la pression de la capsule et la pression d'aspiration, en empruntant un trajet qui quitte le carter à huile par l'entremise d'un raccord d'admission et gagne une chambre de pression intermédiaire à proxi- mité de l'arbre, pour parvenir ensuite au côté aspiration. Un compresseur rotatif connu de ce genre (US-A-1 928 300), ser- vant de compresseur à réfrigérant, est logé dans une capsule qui trans- met une pression de compression, son moteur d'entraînement étant en revanche incorporé dans une chambre séparée de ladite capsule et raccordée au conduit d'aspiration. Ce compresseur rotatif présente un rotor muni de quatre ailettes ajustables radialement, qui sont guidées contre une surface excentrée de roulement du stator et passent en regard de gorges pratiquées côté aspiration et côté pression. Le ni- veau de l'huile dans le carter se trouve au-dessus de l'arbre en deux parties. Par l'entremise d'un raccord d'admission et d'un ensemble de valves, un trajet part du carter à huile et gagne des chambres de pres- sion intermédiaire qui sont, à chaque fois, formées un court instant par des chambres de pression situées à la face interne des ailettes. Ledit trajet se poursuit par une zone de lubrification entre le palier de l'arbre du compresseur situé côté moteur, puis par un trou central ménagé dans l'arbre moteur et, pour finir, par le palier de cet arbre moteur tourné à l'opposé du compresseur, jusqu'à la chafibre interne du carter du moteur dans laquelle règne une pression d'aspiration. En outre, de l'huile peut s'écouler hors de la chambre de pression derrière les ailettes, en longeant ces ailettes, jusqu'au côté aspira- tion du compresseur. 256296 0 L'inconvénient consiste néanmoins en ce que le moteur est séparé du compresseur, et en ce qu'il faut prévoir deux compartiments dans lesquels règnent des pressions différentes. Cependant, dans la plupart des compresseurs à réfrigérant actuellement fabriqués, le compresseur et le moteur sont réunis en une unité structurelle dans une capsule, ce qui autorise à la fois des types de réalisation plus ramassés et des simplifications de réalisation, par exemple l'utilisation d'un arbre commun plus court. L'invention a pour objet de proposer un compresseur rotatif du lo type décrit ci-dessus, qui puisse constituer un groupe structurel avec son moteur, tout en tirant néanmoins parti des avantages de la lubrification par différence de pression. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le moteur se trouve lui aussi dans la capsule; et par le fait que l'arbre est muni d'un dispositif de refoulement qui renvoie l'huile de la chambre de pression intermédiaire à ladite capsule, par l'entremise du palier de l'arbre prévu au minimum du c8té moteur. Dans cette conception, le compresseur et le moteur sont disposés dans une capsule comunne. Le principe de la différence de pression est exploité sur le premier tronçon de refoulement d'huile, c'est- à-dire jusqu'à la chambre de pression intermédiaire. De la sorte, l'huile est élevée jusqu'à la hauteur de l'arbre, sans pièces mues mécaniquement. En revanche, pour le deuxième tronçon de l'acheminement, on a prévu un dispositif de refoulement qui peut être réalisé sans difficultés au voisinage de l'arbre et est en mesure de faire refluer l'huile dans la capsule, en passant par le palier de l'arbre situé c8té moteur, à l'encontre de la différence de pression entre la pres- sion de la capsule et la pression intermédiaire. Il est ainsi tenu compte du fait que, en l'absence d'un carter moteur soumis à une pression d'aspiration, aucune pression différentielle n'est disponible pour expulser l'huile de la chambre de pression intermédiaire, en la faisant passer par le palier de l'arbre situé côté moteur. D'autre part, la pression d'aspiration peut toutefois être captée dans la zone de compression, de sorte que la différence de pression peut con- tinuer d'être exploitée pour provoquer la première partie de l'achemi- nement. Etant donné que, grâce au dispositif supplémentaire de refou- lement, une grande partie de la chute de pression entre la pression de 256296 0 la capsule et la pression d'aspiration peut être utilisée pour faire monter l'huile jusqu'au voisinage de l'arbre, le niveau de l'huile dans le carter peut également se trouver au-dessous de l'arbre et, de préférence, au-dessous du rotor du moteur. - Dans une forme de réalisation particulièrement simple, le dispo- sitif de refoulement comporte une gorge hélicoïdale entre l'arbre et le palier de cet arbre situé côté moteur. Une telle gorge hélicol- dale assure un refoulement forcé et elle est à même de surmonter des différences de pression considérables. D'une manière particulièrement avantageuse, la zone par laquelle l'huile quitte le palier de l'arbre situé côté moteur est pourvue d'un étranglement. Cet étranglement a pour effet que, pendant des périodes d'immobilisation, la pression de la capsule ne pénètre pas (ou pas si rapidement) dans la chambre de pression intermédiaire, de sorte que de l'huile y est encore présente lors de la mise en route suivante. En particulier, l'étranglement peut être formé par un tronçon de gorge extrême qui se raccorde à la gorge hélicoidale et présente une section plus petite que cette gorge hélicoïdale. Il est particulièrement favorable que le niveau de l'huile dans le carter se trouve au-dessous du rotor du moteur, d'o résulte une hauteur de refoulement s'étendant jusqu'au niveau de l'huile de tra- vail dans la chambre de pression intermédiaire; et que l'étranglement soit dimensionné, en tenant compte de la viscosité de l'huile, de manière qu'il fasse office de barrage en présence d'une pression intermédiaire correspondant à la hauteur de refoulement. De la sorte, on empêche à coup sûr une baisse du niveau de l'huile résultant d'un écoulement hors de la chambre de pression intermédiaire lorsque le compresseur est à l'arrêt, bien que le carter à huile soit relégué relativement bas. Il est par ailleurs avantageux que le compresseur rotatif com- prenne un excentrique relié à l'arbre, un piston de roulement calé sur ledit excentrique, ainsi qu'une aile d'étanchement logée dans le boîtier et pressée contre ledit piston de roulement pour assurer la sépara- tion entre une chambre de pression et une chambre d'aspiration; et que le tronçon final du trajet gagnant le côté aspiration soit formé par le jeu ou interstice entre les faces extrêmes dudit piston de 256296 0 roulement et les parties voisines dudit boîtier. Lorsqu'on choisit un compresseur rotatif de ce type de conception, au moins le dernier tronçon du trajet débouchant du côté aspiration peut être obtenu sans mesures de réalisation supplémentaires. La chute de pression le long de ce dernier tronçon est certes grande,parce que le jeu est faible en vue d'éviter un flux d'huile de fuite dans la chambre d'aspiration. Néanmoins, la différence entre la pression de la capsule et la pres- sion intermédiaire demeure suffisamment grande pour faire monter l'huile sans aucun problème jusqu'à la hauteur de l'arbre. Il est également favorable qu'un trou borgne, parcourant l'arbre axialement et partant de la chambre de pression intermédiaire située à la face extrême libre dudit arbre, soit relié, par l'intermédiaire d'un canal répartiteur gagnant la périphérie, à la zone de lubrifica- tion sur le palier de l'arbre situé côté moteur. Dans ces conditions, l'huile part de la face extrême librement accessible, pour parvenir au palier de l'arbre qui est situé c8té moteur et est décalé axiale- ment de ladite face extrême. Un autre canal répartiteur, bifurquant du trou borgne, peut déboucher dans le palier de l'arbre qui entoure l'extrémité libre de cet arbre. Il est dans ce cas judicieux de prévoir également un dis- positif de refoulement à gorge hélicoïdale entre l'extrémité libre de l'arbre et le palier associé de cet arbre. Encore un autre canal répartiteur, partant du trou borgne, peut gagner la surface de portée entre l'excentrique et le piston de rou- lement. Ces canaux répartiteurs forment également des trajets parallèles au jeu ou interstice permettant un mouvement rotatoire entre l'extré- mité libre de l'arbre et le palier associé de cet arbre, si bien qu'ils font partie du tronçon du trajet entre la chambre de pression inter- médiaire et le côté aspiration. L'effet de refoulement est encore amélioré lorsque les aubes d'une pompe à aubes sont logées dans le trou borgne. Le raccord d'admission doit s'engager-dans la chambre de pression intermédiaire en faisant au moins sensiblement saillie au-delà de la face inférieure del'arbre.On assure de la sorte la subsistance dans la chambre de pression intermédiaire, à l'arrêt du compresseur, d'une réserve d'huile disponible pour la mise en route suivante. Une solution particulièrement simple résulte du fait que, pour former la chanbre de pression intermédiaire, une cloche est placée sur le boîtier qui entoure l'extrémité libre de l'arbre. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur les- quels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un compresseur rotatif conformément à l'invention, logé dans sa capsule; et la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Un moteur électrique 2 et un compresseur rotatif 3 entra né par ce dernier sont logés dans une capsule 1. Le moteur électrique com- prend un stator 4 et un rotor 5, lequel est muni d'un arbre 6. Le compresseur rotatif 3 possède un boîtier 7 se composant d'un stator 8 retenu fermement dans la capsule, d'une pièce d'extrémité 9 située côté moteur et d'une pièce d'extrémité 10 tournée vers la face extrême. La pièce d'extrémité 9 forme un palier 11, situé côté moteur, d'un tronçon 12 de l'arbre disposé côté moteur. La pièce d'extrémité 10 constitue un palier 13, situé du côté de la face extrê- me, pour une extrémité libre 14 dudit arbre. L'arbre 6 est doté d'un excentrique 15 qui est entouré par un piston de roulement 16 en formant un palier 17 à excentrique. Le piston de roulement se déplace le long d'une face circonférentielle interne 18 du stator 8, agencée concentriquement à l'axe de l'arbre. Une aile d'étanchement 19 est poussée radialement vers l'intérieur contre le piston 16, par la force d'un ressort 20 au cours de la mise en route et également, lors du fonctionnement, par la pression régnant dans la capsule 1, ce qui donne naissance à une chambre d'aspiration 21 et à une chambre de pression 22. La chambre d'aspiration communique avec une gorge d'aspi- ration 23, laquelle est à son tour raccordée à un manchon de pression 24. La chambre de pression communique avec un orifice de pression 25 menant à un espace interne 26 de la capsule, dont part un raccord de pression 27. Dans la partie inférieure de la capsule, se trouve un carter 28 à huile dont le niveau 29 est encore situé au-dessous du rotor 5 du moteur électrique 2. Une cloche 30, enfilée hermétiquement par pression sur la pièce d'extrémité 10 tournée vers la face extrême, forme dans son espace interne une chambre de pression intermédiaire 31, et communique avec le carter 28 par l'intermédiaire d'un raccord d'admis- sion 32. L'arbre 6 est percé d'un trou borgne axial 33 qui part de la face extrême libre, et dans lequel est incorporée une pompe 34 à aubes constituée par une tôl81e enroulée spiroldalement. Trois canaux radiaux répartiteurs bifurquent de ce trou axial 33: un canal radial gagnant le palier 11 de l'arbre situé côté moteur; un canal ra- dial 36 débouchant dans le palier 13 de l'arbre situé à la face extrê- me; et un troisième canal radial 37 menant au palier 17 à excentrique. A la face externe du tronçon 12 de l'arbre situé côté moteur, il est prévu un dispositif de refoulement se présentant sous la forme d'une gorge hélicoïdale 38 qui s'achève à une distance A devant la face extrême du palier 11 de l'arbre situé côté moteur. Cette gorge se prolonge, jusqu'à la face extreme ou sensiblement au-delà de cette dernière, par une gorge agissant commne un étranglement 39 et présentant une section plus petite que celle de ladite gorge hélicoïdale 38. Une autre gorge hélicoïdale 40 est ménagée sur l'extrémité libre de l'arbre. Lorsque le compresseur rotatif 3 est en fonction, la pression de compression ou de service règne dans l'espace interne 26 de la capsule, tandis qu'une pression notablement inférieure, c'est-à- dire la pression d'aspiration, règne dans la gorge d'aspiration 23. La différence de pression est habituellement comprise entre environ bars et 15 bars. Il existe, entre les chambres parcourues par la pression de service et la pression d'aspiration, un trajet comprenant le raccord d'admission 32; la chambre de pression intermédiaire 31; un circuit parallèle englobant un jeu ou interstice de montage 41 entre l'extrémité 14 de l'arbre et le palier associé 13 de cet arbre et les trois canaux radiaux 35, 36 et 37 communiquant avec le jeu ou interstice du palier 17 à excentrique; ainsi que, dans le dernier tronçon, des jeux ou interstices 42 et 43 entre le piston de roulement 16 et les pièces d'extrémité 9 et 10 voisines. La baisse de pression s'établissant le long de ce trajet provoque, dans la chambre de pres- sion intermédiaire 31, le développement d'une pression intermédiaire inférieure à la pression de la capsule. Il se produit, par conséquent, une ascension de l'huile du carter 28 jusqu'à la hauteur de l'arbre 6, d'o résulte un niveau 44 de l'huile, c'est-à-dire une hauteur de refoulement B mesurant, par exemple, de 30 nmmn à 50 mmn. De là, la pour- suite de l'acheminement est assurée par la pompe 34 à aubes. Le dispositif de refoulement à gorge hélicoïdale 38 fait en sorte que le palier 11 de l'arbre situé côté moteur soit lubrifié, bien que l'huile doive être acheminée à l'encontre de la pression régnant dans l'espa- ce interne 26 de la capsule. Il en résulte une lubrification telle qu'illustrée par des flèches sur la figure 1. Lorsque le compresseur rotatif est mis à l'arrêt, l'étrangle- ment 39 a pour effet que, par suite de la viscosité de l'huile, la pression de la capsule ne suffit pas pour repousser dans la chambre de pression intermédiaire l'huile située dans la gorge hélicoïdale. De surcroît, étant donné que la pression d'aspiration est normalement entretenue dans le système pendant une plus longue période, les con- ditions de fonctionnement initiales président approximativement à la mise en route suivante. Pour le cas o le niveau 44 de l'huile viendrait néanmoins à baisser par suite de conditions défavorables, le raccord d'admission 32 est engagé dans la cloche 30 de manière qu'il soit en saillie vers le haut d'une hauteur C. Ainsi, sa face supérieure dépasse, vers le haut, sensiblement au-delà de la face inférieure de l'arbre 6. On assure de la sorte qu'une quantité résiduelle d'huile subsiste dans la cloche 30, même lorsque cette huile est par ailleurs redescendue hors de la chambre de pression intermédiaire 31 et du raccord d'admis- sion 32. Cette huile résiduelle suffit pour provoquer la lubrification au cours de la mise en marche ultérieure. Aussitôt après, le plein effet de la lubrification est cependant à nouveau disponible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être appor- tées au compresseur décrit et représenté, sans sortir du cadre de 1' invention. 256296 0 REVENDICATIONS 1. Compresseur rotatif dont l'arbre s'étendant à peu près hori- zontalement est entraîné par un moteur électrique, et qui est logé dans une capsule dotée d'un carter à huile et soumise à une pression de compression, ce compresseur étant équipé d'un dispositif de lubri- fication des paliers de l'arbre, dans lequel de l'huile est charriée, par la différence de pression entre la pression de la capsule et la pression d'aspiration, en empruntant un trajet quittant ledit carter à huile par l'entremise d'un raccord d'admission et gagnant une cham- bre de pression intermédiaire à proximité dudit arbre, pour parvenir ensuite au côté aspiration, compresseur caractérisé par le fait que ledit moteur (2) se trouve lui aussi dans ladite capsule (1); et par le fait que l'arbre (6) est muni d'un dispositif de refoulement (34, 38) qui renvoie l'huile de la chambre de pression intermédiaire (31) à la capsule (1), par l'entremise du palier (11) de l'arbre prévu au minimum du côté moteur. 2. Compresseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de refoulement (38) présente une gorge hélicoidale entre l'arbre (6) et le palier (11) de cet arbre situé côté moteur. 3. Compresseur rotatif selon l'une des revendications 1 et 2, - caractérisé par le fait que la zone par laquelle l'huile sort du palier (11) de l'arbre situé côté moteur est pourvue d'un étranglement (39). 4. Compresseur rotatif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'étranglement (39) est formé par un tron- çon de gorge extrême qui se raccorde à la gorge hélicoïdale, et dont la section est plus petite que celle de ladite gorge. 5. Compresseur rotatif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que le niveau (29) de l'huile dans le carter (28) se trouve au-dessous du rotor (5) du moteur (2), d'o il résulte une hauteur de refoulement (B) s'étendant jusqu'au niveau (44) de l'huile de travail dans la chambre de pression intermédiaire (31); et par le fait que l'étranglement (39) est dimensionné, compte tenu de la viscosité de l'huile, de telle sorte qu'il agisse comme un barrage en présence d'une pression intermédiaire correspondant à ladite hauteur de refoulement. 256296 0 6. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé par le fait que ce compresseur rotatif (3) comprend un excentrique (15) relié à l'arbre (6), un piston de roulement (16) calé sur cet excentrique, ainsi qu'une aile d'étanchement (19) montée dans le boîtier (7) et pressée contre ledit piston de roulement pour assurer la séparation entre des chambres respectives de pression et d'aspiration (22, 21); et par le fait que le tronçon final du trajet gagnant le côté aspiration est formé par le jeu ou interstice (42, 43) entre les faces extrêmes dudit piston de roulement et les parties voisines dudit boîtier. 7. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un trou borgne (33), parcourant l'arbre (6) dans le sens axial et partant de la chambre de pression intermédiaire (31) située à la face extrême libre de cet arbre, est relié à la zone de lubrification sur le palier (11) dudit arbre situé côté moteur, par l'intermédiaire d'un canal répartiteur (35) débou- chant à la périphérie. 8. Compresseur rotatif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'un autre canal répartiteur (36), bifurquant du trou borgne (33), débouche dans le palier (13) de l'arbre qui entoure l'extrémité libre (14) de cet arbre. 9. Compresseur rotatif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un dispositif de refoulement à gorge hélicoidale (40) est également prévu entre l'extrémité libre (14) de l'arbre et le palier associé (13) de cet arbre. 10. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait qu'un autre canal.répartiteur (37), partant du trou borgne (33), débouche dans le palier (17) entre l'excen- trique (15) et le piston de roulement (16). 11. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé par le fait que les aubes d'une pompe (34) à aubes sont logées dans le trou borgne (33). 12. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé par le fait que le raccord d'admission (32) s'engage dans la chambre de pression intermédiaire (31) en faisant au moins sensiblement saillie au-delà du niveau de la face inférieure de 1' arbre. JO 13. Compresseur rotatif selon l'une quelconque des revendica- tions J à 12, caractérisé par le fait qu'une cloche (30) est placée sur le bottier entourant l'extrémité libre (14) de l'arbre, en vue de former la chambre de pression intermédiaire (31).