Brevet FR2562961A1 — publié le 19851018

L'invention se rapporte à un compresseur Roots destiné à comprimer un fluide gazeux, dans lequel du fluide provenant du côté pression est introduit alterna- tivement dans les deux chambres de refoulement dont cha- cune est délimitée par un piston Roots, la paroi de la zone de refoulement du cylindre qui est associée à ce piston, et les flasques avant et arrière, après que ces chambres ont été isolées du côté aspiration, à travers des évidements ménagés dans la surface du cylindre, la surface de fond et les surfaces latérales de chaque évi- dement formant, en combinaison avec le piston correspon- dant, et dans chaque position de ce piston, une ouvertu- re possédant une aire prédéterminée, qui est établie en fonction de la caractéristique d'ouverture nécessaire, S15 Dans les compresseurs Roots, il se pose en gé- néral le problème consistant en ce qu'une partie du flui- de qui a déjà été comprimé revient dans la chambre de re- foulement au moment o la chambre de refoulement s'ouvre sur le coté pression. Cette inversion d'écoulement con- duit à de fortes vibrations, aussi bien à l'intérieur du compresseur Roots et sur ce compresseur Roots que dans le réseau de conduites de pression raccordé en aval du compresseur. On a certes déjà tenté de réduire ces vibra- tions en faisant pénétrer du fluide qui provient du côté pression dans les chambres de refoulement avant que celles-ci ne s'ouvrent sur le côté pression (voir, par exemple, brevet de la R.F.A. ll 33 500, demande de bre- vet de la R.F.A. publiée sous le n 12 58 543; Bulletin of JSME, vol. 24, n 189, Mars 1981, pages 547 à 554). Toutefois, les dispositions proposées ne permettent pas d'éviter totalement un retour brusque du fluide du côté pression dans la chambre de refoulement, de sorte qu'avec ces propositions connues, on peut tout au plus obtenir une diminution de l'excitation des vibrations. Par ailleurs, il est déjà connu, par le brevet des E.U.A. 4 215 277 que, lorsqu'on comprime un fluide gazeux au moyen de compresseurs Roots, on peut réduire encore davantage les pulsations ou phénomènes oscillatoi- res dans la conduite de refoulement côté pression en pré- levant toujours uniformément la fraction du fluide néces- saire pour la compression sur le fluide refoulé vers le côté pression, avant que ce fluide ne soit introduit dans la conduite de refoulement. Toutefois, cette nouvel- le réduction n'est possible, dans un compresseur de ce genre déjà connu, que lorsque les conditions de travail sont respectées de façon extrêmement précise, ce qui est le plus souvent impossible en pratique. Or, dans un com- presseur de ce genre, il n'est malheureusement pas possi- ble de procéder à une modification ultérieure permettant de l'adapter aux conditions de travail réelles. Pour pouvoir réaliser cette modification, il a déjà été proposé d'emmancher dans les évidements, à par- tir des surfaces avant et arrière de la zone de refoule- ment, des curseurs de réglage présentant la forme de ré- glettes, ce qui petmet d'obtenir d'une façon simple une modification continue de la courbe de variation de l'ai- re d'ouverture en fonction du temps en faisant varier la profondeur d'enfoncement des curseurs de réglage, tout en conservant la caractéristique d'ouverture déterminée par l'angle de rotation. De cette façon, une seule et même machine peut être adaptée à différentes conditions de travail sans grande complication technique et sans travaux de trans- formation coûteux. Ceci est particulièrement important lorsqu'il est nécessaire d'adapter le compresseur aux conditions spéciales de l'utilisateur parce que les spé- cifications de la commande ne correspondent pas aux con- ditions du service, ce qui se produit fréquemment en pra- tique. D'un autre côté, dans un grand nombre de cas d'application, il n'est pas indispensable de pouvoir mo- difier par variation continue, c'est-à-dire sans palier, la courbe de variation de l'aire d'ouverture en fonction du temps, et ceci est d'autant plus avantageux que la complexité technique pour obtenir ce résultat n'est pas négligeable. Le but de la présente invention est donc de trouver une nouvelle solution qui, d'une part, conserve les principaux avantages de la solution connue, citée en dernier, mais qui, d'autre part, réduise la complication technique. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la surface de fond et les surfaces latérales de chaque évidement sont au moins partiellement formées dans un élément rapporté qui est fixée par une liaison démontable dans une cavité de la paroi du cylindre. La réalisation selon l'invention permet de sup- primer toute la complication technique exigée par le mé- canisme de réglage en continu des curseurs de réglage. Par ailleurs, il n'est plus nécessaire de ménager un es- pace dans la région des flasques avant et arrière pour recevoir la partie des curseurs de réglage qui déborde au-delà des extrémités des cylindres. Dans cette construction, on n'a à souffir d'au- cun inconvénient fonctionnel, puisque les éléments rap- portés peuvent être fabriqués avec des dimensions d'évi- dements échelonnées de façon extrêmement fine. Grâce à la conception selon l'invention, il est possible d'équiper un compresseur Roots existant et d'une taille donnée de cavités standards dans lesquelles on dispose des éléments rapportés adaptés à tous les cas de fonctionnement. Si nécessaire, les éléments rapportés peuvent être formés d'un sous-ensemble composé de deux ou plus de deux pièces. En principe, il est possible de fixer les éléments rapportés dans les cavités, soit dans des positions rigidement immobilisées, soit mobiles dans certaines limites. Dans le cas d'un montage fixe des él1- 2562961t ments rapportés dans les cavités, on obtient une cons- truction d'un fonctionnement sûr. Si, au contraire, les éléments rapportés sont fixés dans les cavités de maniè- re à pouvoir se déplacer dans certaines limites, on dis- pose en supplément d'un réglage fin dans un certain in- tervalle. En principe, les cavités peuvent présenter les configurations les plus diverses. Toutefois, il est avan- tageux de réaliser les cavités sous la forme d'ouvertu- res qui débouchent sur la face externe du compresseur parce que, de cette façon, il est possible d'équiper le compresseur d'éléments rapportés d'une façon simple sans qu'il soit nécessaire de démonter d'importantes parties de la machine pour le montage des éléments rapportés. Ce- ci est particulièrement avantageux en particulier dans le cas o l'on a à adapter des compresseurs Roots de ce genre sur le lieu d'utilisation. Dans les cas o les cavités sont constituées chacune par une ouverture débouchant sur la face externe du compresseur, il est avantageux d'obturer chaque ouver- ture sur la face externe du compresseur au moyen d'un couvercle. De cette façon, il n'est pas nécessaire de réaliser directement dans la région des éléments rappor- tés, le joint étanche nécessaire pour le fonctionnement, ce qui serait relativement compliqué du point de vue technique. Au contraire, le joint étanche peut être re- porté dans la région du plan séparant le cylindre du cou- vercle et dans lequel il est possible d'obtenir un joint étanche absolument sûr d'une façon simple et avec des moyens techniques classiques. En principe, il est possible de donner aux cavi- tés la configuration de poches qui s'ouvrent sur les flasques- avant et arrière. Cette configuration est parti- culièrement avantageuse lorsqu'on cherche à calculer la conception d'ensemble de manière à réduire au minimum le nombre des zones dans lesquelles il peut se produire des défauts d'étanchéité, comme celà est exigé, par exemple, dans le cas de compresseurs étanches aux gaz ou de com- presseurs qui travaillent dans le domaine du vide. Pour éviter d'avoir à exécuter des travaux d'ajustage dans le positionnement des éléments rapportés dans les cavités, ouvertures ou poches, il est avanta- geux de prévoir des butées, guides ou équivalents pour les éléments rapportés et d'équiper ces derniers de con- tre-butées correspondantes ou d'organes équivalents. Selon l'invention, les évidements ménagés dans les éléments rapportés peuvent être d'une configuration telle que, considéré dans le sens de la rotation des pis- tons, soit la largeur de la surface de fond reste cons- tante et la hauteur des surfaces latérales croisse, soit la hauteur des surfaces latérales constante et la lar- geur de la surface de fond croisse, soit encore la lar- geur de la surface de fond et la hauteur des surfaces la- térale présentent toutes deux des valeurs variables. Cette configuration peut être choisie en fonc- tion des conditions existantes et il est possible d'obte- nir la forme désirée à partir d'un corps de base unique, en utilisant un gabarit de profil. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, au moins une partie de l'élément rapporté est articulée dans la région de son extrémité la plus éloignée du côté de pression, par un axe qui s'étend parallèlement à l'axe des pistons Roots ou encore au moins une partie de l'élément rapporté est montée libre en translation dans une direction sensiblement radiale, ceci pour le cas des éléments rapportés montés mobiles dans une certaine pla- ge à l'intérieur des cavités. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 représente schématiquement et avec 256296 1- arrachements partiels une coupe d'un compresseur Roots du genre en question, prise dans la région de la cavité dans laquelle un élément rapporté est fixé par une liai- son démontable; les figures 2, 3 et 4 représentent par des vues en perspective et à échelle agrandie trois exemples de réalisation d'éléments rapportés immobiles, ces vues étant prises respectivement selon les flèches II, III et IV de la figure 1; les figures 5, 6 et 8 représentent chacune dans une coupe correspondant à la figure 1 trois exemples de réalisation utilisant des éléments rapportés mobiles dans une certaine plage; la figure 7 montre par une vue en perspective et à échelle agrandie l'exemple de réalisation selon la figure 6, prise dans le sens de la flèche VII de la figu- re 6; et la figure 9 montre par une vue en perspective et à échelle agrandie l'exemple de réalisation de la fi- gure 8, prise dans le sens de la flèche IX de la figure 8. Les compresseurs Roots représentés schématique- ment sur les figures 1, 5, 6 et 8 présentent deux pis- tons Roots qui engrènent l'un dans l'autre d'une façon connue et sont montés rotatifs dans un cylindre 2. Le cy- lindre 2 est fermé d'une façon connue dans la région de ses extrémités frontales ou avant et arrière, par des flasques (non représentés sur les figures) et il est équipé d'une tubulure d'aspiration 3 et d'une tubulure de pression 4, qui définissent respectivement le côté d'aspiration S et le côté de pression D. Dans les compresseurs Roots de ce genre, du fluide provenant du côté pression D est introduit alter- nativement dans les chambres de refoulement dont chacune est délimitée par un piston Roots 1, la paroi de la zone de refoulement du cylindre 2 qui est associée à ce pis- 7 2562961 ton, et les flasques avant et arrière, après que ces chambres ont été isolées du côté aspiration S, en pas- sant par des évidements 6. En ce qui concerne le mode se- lon lequel cette introduction est réalisée et les avanta- ges obtenus par cette introduction, on se reportera aux exposés donnés dans la demande de brevet de la R.F.A. pu- bliée sous le n P 32 38 015.1. Ces évidements 6 sont formés par une surface de fond 87 et des surfaces latérales et 9 qui, selon la pré- sente invention, sont au moins partiellement usinés dans un élément rapporté 10 qui est fixé d'une façon amovible dans une cavité A ménagée dans la paroi du cylindre 2. Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures 1, 5, 6 et 8, la cavité A est constituée par une ouverture qui débouche sur la face externe du compresseur et qui est obturée par un couvercle 11. Pour la fixation de la position des éléments rapportés 10 dans les cavités A, il est prévu sur les éléments rapportés 10 des butées 12 présentant la forme de barrettes de guidage et qui, dans l'état mis en pla- ce, viennent s'appuyer contre des surfaces correspondan- tes Les figures 2, 3 et 4 montrent les différentes formes que les éléments rapportés 10 peuvent présenter dans la région de leur face supérieure qui forme les évi- dements 6. C'est ainsi que, dans le cas de l'élément rap- porté selon la figure 2, la face supérieure forme seule- ment le fond 7 de l'évidement 6 tandis que les surfaces latérales 8 et 9 sont formées par des surfaces du cylin- dre 2 qui sont adjacentes à l'élément rapporté 10. Dans le cas des exemples de réalisation selon les figures 3 et 4, les éléments rapportés présentent ici également la surface de fond 7 et, en outre, l'une des surfaces latérales 9 de l'évidement 6. L'autre surfa- ce latérale 8 est ici également formée par la surface du 8 2562961 cylindre 2 qui est adjacente à la surface de fond 7, com- me ceci est visible sur la figure 1. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, l'élément rapporté 10 est articulé dans la région de son extrémité la plus éloignée du côté de pres- sion D, par un axe W qui s'étend parallèlement à l'axe des pistons Roots, comme ceci est indiqué par la double flèche sur la figure 5. Egalement dans cette version, la surface de fond 7 est uniquement formée par la face supé- rieure de l'élément rapporté 10 tandis que les surfaces latérales 8 et 9 de l'évidement 6 sont formées par les surfaces du cylindre 2 qui sont latéralement adjacentes à l'élément rapporté. Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures 6 à 9, l'élément rapporté mobile 10 est monté de façon à pouvoir se déplacer en translation sen- siblement radialement dans la cavité A. Egalement dans ces exemples de réalisation, la face de fond 7 de l'évi- dement 6 est seule formée par la face supérieure de l'élément rapporté 10 tandis que les surfaces latérales 8 et 9 de l'évidement sont formées par les surfaces adja- centes du cylindre 2. Etant donné que les moyens de guidage et de po- sitionnement prévus pour les éléments rapportés 10 mon- tés mobiles en translation radiale peuvent être formés des façons les plus diverses, on s'est dispensé d'en don- ner une représentation sur les dessins. Les surfaces latérales des éléments rapportés qui sont dirigées vers les surfaces latérales 8 et 9 peuvent être usinées sur toute la hauteur. Toutefois, et comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 7, il est avantageux d'usiner exclusivement une étroite ban- de ST servant de surface de guidage et de joint étanche, et de réaliser la partie adjacente des surfaces latéra- les de l'élément rapporté avec une forme en retrait. Bien entendu, diverses modifications pourront 9 2562961i être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. ] 2562961 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Compresseur Roots destiné à comprimer un fluide gazeux, dans lequel du fluide provenant du côté pression est introduit alternativement dans les deux chambres de refoulement dont chacune est délimitée par un piston Roots, la paroi de la zone de refoulement du cylindre qui est associée à ce piston, et les flasques avant et arrière,après que ces chambres ont été isolées du côté aspiration, à travers des évidements ménagés dans la surface du cylindre, la surface de fond et les surfaces latérales du chaque évidement formant, en combi- naison avec le piston correspondant, et dans chaque posi- tion de ce piston, une ouverture possédant une aire pré- déterminée, qui est établie en fonction de la caractéris- tique d'ouverture nécessaire, caractérisé en ce que la surface de fond (7) et les surfaces latérales (8, 9) de chaque évidement (6) sont au moins partiellement formés dans un élément rapporté (10) qui est fixé par une liai- son démontable dans une cavité (A) de la paroi du cylin- dre. 2 - Compresseur Roots selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément rapporté (10) est compo- sé de deux ou plus de deux pièces. 3 - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments rappor- tés sont fixés dans les cavités (A) de manière à y être immobilisés. 4 - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments rappor- tés (10) sont fixés dans les cavités (A) de manière à pouvoir s'y déplacer dans certaines limites. - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que les cavités (A) sont formées chacune par une ouverture qui débouche sur la fa- ce externe du compresseur. 256296 1 6 - Compresseur Roots selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ouvertures peuvent être obtu- rées sur la surface extérieure du compresseur au moyen d'un couvercle (11). 7 - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que les cavités (A) sont formées par des poches qui s'ouvrent sur les flasques avant et arrière. 8 - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 5 et 7, caractérisé en ce qu'il est prévu des bu- tées (12), guides ou équivalents pour fixer la position des éléments rapportés dans les cavités, ouvertures ou poches. 9 - Compresseur Roots selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que la largeur de la sur- face de fond (7) est constante dans la direction de la rotation des pistons et que la hauteur des surfaces laté- rales (8, 9) croît dans ce sens. - Compresseur Roots selon l'une des revendi- cations 3 et 4, caractérisé en ce que la hauteur des sur- faces latérales (8, 9) est constante dans le sens de la rotation des pistons et que la largeur de la surface de fond (7) croit dans ce sens. 11 - Compresseur Roots selon l'une des revendi- cations 3 et 4, caractérisé en ce que la largeur de la surface de fond (7) et la hauteur des surfaces latérales (8, 9) présente des valeurs variables. 12 - Compresseur Roots selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'élément rapporté (10) est articulée dans la région de son extré- mité la plus éloignée du côté de pression (B), par un axe (W) qui s'étend parallèlement à l'axe des pistons Roots. 13 - Compresseur Roots selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'élément rapporté (10) est montée libre en translation sensible- ment radiale.