Brevet FR2574870A1 — publié le 19860620

APPAREIL DE DEPLACEMENT DE FLUIDE D, TYPE A SPIRALE L'invention concerne ni appareil de déplacement de fluide et plus précisément an ment de spirale dest à%é a gtre utilisé dans un appareil de déplacement de fluide de type à spirale. Les appareils de déplacement de fluide sont bien connus de l'art antérieur. Par exemple, le Brevet U.S.A. NO 801 182, déposé par Creux, décrit une construction de base comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire et d'un élément spiralé ou enroulé en spirale. Les spirales sont maintenues décalées angulairement et radialement de façon que les deux éléments de spirale s'emboitent pour former un certain nombre de lignes de contact entre leurs surfaces courbées en spirale, de manière à former un joint étanche, et à définir au moins une paire de chambres à fluide. Le mouvement orbital relatif des deux spirales déplace les lignes de contact le long des surfaces courbées en spirale, ce qui modifie le volume du mouvement orbital. Ainsi, l'appa- reil de déplacement de fluide de type à spirale peut être utilisé pour comprimer, détendre ou pomper des fluides. Les appareils de déplacement de fluide de type à spirale peuvent convenablement s'utiliser en compresseurs de réfrigérant. Dans un compresseur de type à spirale, le gaz réfrigérant est générale- ment admis dans les chambres à fluide formées sur la partie d'extrémité la plus à l'extérieur des élé- ments de spirale, puis comprimé progressivement par suite du mouvement des chambres à fluide provoqué par le mouvement orbital de la spirale orbitale. Le fluide ainsi comprimé atteint finalement le centre des élé- ments de spirale emboités et se trouve déchargé dans un circuit de fluide extérieur. Par suite, dans la partie centrale des éléments de spirale emboités, la température et la pression du gaz réfrigérant sont à leurs valeurs maximum. Dans un compresseur de type à spirale selon l'art antérieur, l'épaisseur des éléments de spirale est uniforme, c'est-à-dire qu'on choisit de conserver une même épaisseur depuis la partie d'extrémité intérieure jusqu'à la partie d'extrémité extérieure des spirales. Par suite, si l'on augmente l'épaisseur d'un élément de spirile, en particulier dans la partie centrale de celui-ci, pour obtenir une résistance mécanique suffisante, il faut également augmenter l'épaisseur depuis la partie d'extrémité intérieure, jusqu'à la partie d'extrémité extérieure de cet élément de spirale. Il en résulte une augmen- tation du poids de la spirale, et par conséquent de la.force centrifuge produite par le mouvement orbital de la spirale. Cette augmentation de la force centri- fuge peut poser différents problèmes tels que par exemple une usure excessive et une détérioration de la spirale. L'invention a donc pour principal but de créer un appareil perfectionné de déplacement de fluide de type à spirale dans lequel on améliore la solidité mécanique sans augmenter le poids. L'invention a également pour but de créer un appareil de déplacement de fluide de type à spirale permettant d'obtenir le résultat ci-dessus au moyen d'une construction simple. A cet effet, l'invention concerne un appareil de déplacement de fluide de type à spirale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire et d'un élément enroulé en spirale se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de cette plaque d'extrémité, les deux spirales étant maintenues décalées angulairement et radialement de façon que les éléments enroulés en spirale s'em- boitent pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches, et un mécanisme d'en- trainement relié en fonctionnement à l'une des spirales pour produire le mouvement orbital d'une spirale par rapport à l'autre, de manière à faire varier ainsi le volume des chambres à fluide, appareil carac- térisé en ce qu'on réduit progressivement l'épaisseur de l'élément enroulé en spirale de l'une des spirales, vers la partie d'extrémité extérieure de celle-ci, et en ce qu'on augmente progressivement l'épaisseur de l'élément enroulé en spirale de l'autre spirale de manière à compenser la diminution d'épaisseur de l'élément de spirale venant en face, pour empêcher la dissociation de toutes les lignes de contact entre les deux éléments enroulés en spirale. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un bloc de compresseur selon une forme de réalisation de l'invention; - la figure 2a est une vue en coupe d'une spirale orbitale utilisée dans la figure 1; la figure 2b est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 2a; - la figure 3 est un schéma illustrant les propriétés de base de l'enroulement spiralé de la spirale orbitale de la figure 2; - la figure 4a est une vue en coupe d'une spirale fixe utilisée dans la figure 1; - la figure 4b est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 4a; - la figure 5 est un schéma illus- trant les propriétés de base de l'enroulement spiralé de la spirale fixe de la figure 4; - la figure 6a est une vue en coupe verticale de l'emboitement entre la spirale orbitale et la spirale fixe; et, - la figure 6b est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 6a. La figure 1 représente un bloc de compresseur de réfrigérant 1. Ce bloc comprend un carter de compresseur 10 muni d'une plaque d'extré- mité avant 11 et d'un boitier en forme de coupelle 12 fixé à une face latérale de la plaque d'extrémité avant 1 1. Une ouverture 1 1 1 est percée au centre de la plaque d'extrémité avant 11 pour permettre la péné- tration ou le passage d'un arbre d'entr&inement 13. Une projection annulaire 112, concentrique avec l'ou- verture 111, est formée sur la face intérieure de la plaque d'extrémité avant 11, et fait saillie vers le boitier en forme de coupelle 12. La surface périphé- rique extérieure de la projection annulaire 112 pénètre dans l'ouverture du boitier en forme de coupelle 12, de sorte que ce boitier en forme de coupelle 12 2574870. est recouvert par la plaque d'extrémité avant 11. Un joint torique 14 est monté entre la surface périphérique extérieure de la projection annulaire 112 et la surface intérieure du boitier en forme de coupelle 12 de manière à former un joint étanche entre les surfaces correspondantes de la plaque daeztrémité atant Il et du boitier en fore de coupelle 12. La plaque d'eztrémité avant H comporte un manchon a:nu!aire 15 faisant saillie sur sa face 'extraéité aeant de maniere à entourer l'arbre daen- trainament I3 pour forner une cavité d'étanchéité d'arbrze Dans la fr,,e de réalisation représentée aur la figure 1 le rancCon 15 est form seéparément ee la plaque d eztremz'é arant H] et ce manchon 15 est fi_é à la face 2eztrmité arvant ce la plaqUe d'ezrémité a Lant H par Sn dip ositif de afi:ation constitué par ezempl-e par dea via I6o En variante0 le manchon 15 peut faire corps avec la plaque dPeztr=é mité avant 11l L'arbre dentreinemen et supporté en rotation par le manchon 15 par lintermédiaire d'un palier de roulement monté à l'intérieur de la partie d'extrémité avant du manchon 15. L'arbre d'entrainement 13 comper.te,'a son extrémité intérieure, une partie en forme de disque 131 supportée en rotation par la plaque d'extrémité avant 11 par l'intermédiaire d'un palier de roulement 18 monté à l'intérieur de l'ouverture 111 de la plaque d'extrémité avant 11. Un ensemble d'étanchéité d'arbre 19 est monté sur l'arbre d'entrainement 13 à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre. L'arbre d'entrainement 13 est couplé à un embrayage électromagnétique 20 monté sur la partie périphérique extérieure du manchon 15. L'arbre d'en- 3 5 trainement 13 est ainsi entrainé par une source de puissance extérieure (telle que le moteur d'une auto- mobile par exemple), par l'intermédiaire de l'embrayage électromagnétique. Un certain nombre d'éléments sont placés à l'intérieur de la chambre intérieure du carter 10, parmi lesquels une spirale fixe 21, une spirale orbitale 22, un mécanisme d'entraînement de la spirale orbitale 22, et un dispositif anti-rotation/ palier en butée 23 de la spirale orbitale 22. La chambre intérieure du carter 10 est formée entre la surface intérieure du boitier en forme de coupelle 12 et la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11. La spirale fixe 21 comporte une plaque d'extrémité 211 et un élément spirale ou enroulé en spirale 212 fixé ou faisant saillie sur une face latérale de la plaque d'extrémité circulaire 211. Cette plaque d'extrémité circulaire 211 comporte également un bossage percé d'un trou fileté 213 faisant saillie axialement sur son autre face latérale. La surface d'extrémité axiale de chaque bossage 213 s'adapte contre la surface intérieure d'une face d'extrémité inférieure 121 et se fixe sur celle-ci par des vis 24 se vissant dans les bossages par l'ex- térieur de la plaque d'extrémité inférieure 121. Un élément de joint d'étanchéité 25 vient se loger dans une rainure circulaire formée sur la surface périphéri- que extérieure de la plaque d'extrémité circulaire 211, de manière à séparer la chambre intérieure du carter en une chambre arrière 26 disposée dans les bossages 213 de la spirale fixe 21 et une chambre avant 27 dans laquelle vient se placer l'élément de spirale 212 de la spirale fixe 21. Le boitier en forme de coupelle 12 est muni d'un orifice d'entrée de fluide 28 et d'un orifice de sortie de fluide 29 reliés respectivement aux chambres avant et arrière 26 et 27. Un trou ou orifice de déchargement 214 est percé dans la plaque d'extrémité circulaire 211, au voisinage du centre de l'élément de spirale 212, de manière à assurer la communication entre la chambre arrière 26 et les chambres à fluide centrales. Une soupape à anche 30 ferme l'orifice de déchargement 214. La spàale orbitale 22 logée dans la chambre avant 26, comporte une plaque d'extrémité circulaire 221 et un-élément spirale ou enroulé en spirale 222 se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de la plaque d'extrémité circulaire 221. Les deux éléments de spirale 212 et 222 s'emboitent avec un décalage angulaire de 1800 et un décalage radial prédéterminé. Une paire au moins de chambres à fluide sont ainsi formées entre les éléments de spirale 212, 222. La spirale orbitale 22 est supportée en rotation par un coussinet 31, par l'intermédiaire d'un palier de roulement 32 monté entre la surface périphérique extérieure du coussinet 31 et la surface intérieure du bossage annulaire 223 faisant saillie axialement sur la face arrière: de la plaque d'extrémité 221.. Le coussinet 31 est relié à une extrémité intérieure d'une partie en forme de disque 131 se situant en un point décalé radialement ou excentré par rapport à l'axe de l'arbre d'entraine- ment 13. La spirale orbitale 22 se trouve ainsi entrainée dans son mouvement orbital par la rotation de l'arbre d'entrainement 13. Le dispositif anti-rotation/palier en butée 23 est monté entre la surface d'extrémité inté- rieure de la plaque d'extrémité avant 11 et la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 221 venant en face de la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11. Le dispositif anti- rotation/palier en butée 23 comprend un anneau fixe 231 fixé A la surface d'extrémité intérieure de la projection annulaire 112 de la plaque d'extrémité avant 11, un anneau orbital 232 fixé à la face d'ex- trémité de la plaque d'extrémité circulaire 221, et un certain nombre d'éléments de support tels que des billes 233, montés entre les poches 231 a, 232 a formées sur les deux anneaux 231, 232. (Dans la forme de réalisation de la figure 1, chaque anneau 231, 232 comporte une plaque de chemin de roulement 231 A, 232A et une plaque 231B, 232B, formée sur les poches 231a, 232a. En variante, le plaque de chemin de roulement et la plaque annulaire peuvent 4tre soli- daires l'une de l'autre). La rotation de la spirale orbitale 22 pendant son mouvement orbital, est empg- chée par l'interaction des billes 233 avec les anneaux 231, 232. La charge axiale de la spirale orbitale 22 est également supportée par la plaque d'extrémité avant 11 par l'intermédiaire des billes 233. Pendant le fonctionnement du compres- seur, le débit de fluide pénétrant dans la chambre avant 27 par l'orifice d'entrée de fluide 28, est admis dans les chambres à fluide formées dans les espaces ouverts compris entre l'extrémité terminale extérieure de l'un des éléments de spirale 212, 222 et la surface de paroi extérieure de l'autre élément de spirale. Lorsque la spirale orbitale 22 effectue son mouvement orbital, ces chambres à fluide se déplacent vers la partie centrale des éléments de spirale, ce qui a pour résultat de réduire le volume et de comprimer le fluide. Le fluide comprimé est déchargé dans la chambre arrière 26, à partir de la poche à fluide centrale de l'élément de spirale, en passant par l'orifice de déchargement 214. Le fluide est ensuite déchargé dans le circuit de fluide exté- rieur par l'orifice de sortie de fluide 29. On décrira plus en détail sur les figures 2 et 3 la configuration de l'élément de spirale de la spirale orbitale. L'épaisseur de l'élé- ment de spirale 222 est progressivement réduite vers sa partie d'extrémité extérieure. La surface de paroi intérieure de l'élément de spirale 222 est formée par la courbe spiralée L1 qui démarre en un point du cercle générateur et se décale angulairement de m par rapport au plan horizontal Le cercle générateur de la courbe spiralée L1 présente un rayon rg 1 La surface de paroi extérieure de l'élément de spirale 222 est également formée par une courbe spiralée L2 démarrant en un point du cercle générateur décalé angulairement de 12 par rapport au plan horizontalo Le cercle générateur de la courbe spiralée L2 présente un rayon rg 2 choisi plus petit que le rayon rgl. Dans cette disposition, l'épaisseur l"t" de l'élément de spirale est généralement définie par la distance entre les intersections P,B des deux courbes spiralées, tangentiellement au cercle générateur. Cependant, dans l'invention, deux courbes spiralées sont générées par des cercles géné- rateurs différents, de sorte que la véritable épaisseur "t" est définie perpendiculairement à la tangente au point d'intersection P. Cependant la dif- férence entre les deux épaisseurs "t" et "t'" est très petite de sorte qu'elles peuvent être considérées comme approximativement les mêmes (t et'), les longueurs CB et DE étant également approximativement les mêmes. Par suite, l'épaisseur au point P est donnée par la formule suivante: t = rg2(0 +1 2) - rgl( -m1) = (rg2-rgl) 0+(rg2P2-rg1)1 De plus, le rayon rg1 du cercle générateur permettant de former les courbes de parois intérieures est choisi plus grand que le rayon rg2 du cercle générateur permettant de former les courbes de parois extérieures, par suite, le rapport de variation d'épaisseur dt/d b est défini par une valeur négative. Comme indiqué ci-dessus, on réduit progressivement l'épaisseur de l'élément de spirale entre la partie d'extrémité intérieure et l'extrémité terminale extérieure, de sorte que le poids total de la spirale orbitale se trouve réduit tout en conservant la solidité mécanique de cet élément de spirale. On peut ainsi réduire la force centrifuge produite par le mouvement orbital de la spirale orbitale 22. D'autre part, l'épaisseur de l'élément de spirale 212 de la spirale fixe 21 augmente progressivement pour compenser la réduction d'épaisseur de l'élément de spirale venant en face, comme indiqué sur la figure 4. En se référant à la figure 5, on peut constater que la paroi intérieure de l'élément de spirale 212 de la spirale fixe 21 est formée par la courbe spiralée L3 démarrant d'un point du cercle générateur avec un décalage angulaire par rapport au plan horizontal. Le cercle générateur de la courbe spiralée L présente un rayon rg3. La courbe de paroi extérieure de l'élément de spirale 212 est égale- ment formée par la courbe spiralée L4 démarrant d'un point du cercle générateur avec un décalage radial P4 par rapport au plan horizontal. Le cercle générateur de la courbe spiralée L4 présente un rayon rg4 qu'on choisit plus grand que leîrayon rg3. Dans cette disposition, l'épaisseur "t" au point P de la courbe spiralée L3, est donnée par la formule suivante: 257'4870 1 1 tt te= rg4 ( +( 4) - rg3( -3) = rg4 - rg3)' + (rg4"4 - rg3). Le rayon rg4 du cercle générateur permettant de former la courbe de paroi extérieure est choisi plus grand que le rayon rg3 du cercle géné- rateur permettant de former la paroi intérieure courbe, par suite le rapport de variation d'épaisseur (dt/d4) est défini par une valeur positive. Comme indiqué sur la figure 6, la réduction d'épaisseur de l'élément de spirale orbitale 222 est compensée par l'augmentation d'épaisseur de l'élément de spirale fixe 21, de sorte que la spirale orbitale 22 assure le mouvement orbital par un rayon orbital prédéterminé. REVENDICATIONS 1- Appareil de déplacement de fluide de type à spirale, comprenant une paire de spirales munies chacune d'une-plaque d'extrémité circulaire et d'un élément enroulé en spirale se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de cette plaque d'extré- mité, les deux spirales étant maintenues décalées angulairement et radialement de façon que les éléments enroulés en spirale s'emboitent pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluSde étanches, et un mécanisme d'entraînement relié en fonctionnement à l'une des spirales pour produire le mouvement orbital d'une spirale par rapport à l'autre, de manière à faire varier ainsi le volume des chambres à fluide, appareil caractérisé en ce qu'on réduit progressivement l'épaisseur de l'élément enroulé en spirale (212) de l'une des spirales (21), vers la partie d'extrémité extérieure de celle-ci, et en ce qu'on augMente progressivement l'épaisseur de l'élément enroulé en spirale (222) de l'autre spirale (22) de manière à compenser la diminution d'épaisseur de l'élément de spirale venant en face, pour emp4cher la dissociation de toutes les lignes de contact entre les deux éléments enroulés en spirale. 2- Appareil de déplacement de fluide de type à spirale selon la revendication 1, comprenant un carter muni d'un orifice d'entrée de fluide et d'un orifice de sortie de fluide, une spirale fixe (21) montée de façon fixe à l'intérieur du carter et comportant une plaque d'extrémité circulaire (211) d'o part un premier élément enroulé en spirale (212), une spirale orbitale (22) comportant une plaque d'extrémité circulaire (221) d'o part un second élément enroulé en spirale (222), le premier et le second élément enroulé en spirale s6emboîtant avec un décalage angulaire et radial pour former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches, et un mécanisme d'entraînement relié en fonctionnement à la spirale orbitale pour produire le mouvement o orbital de celle-ci tout en empochant son mouvement de rotation au moyen d'un dispositif anti-rotation, de manière à modifier ainsi le volume des poches-à fluide, appareil caractérisé en ce que le second élément enroulé en spirale de la spirale orbitale présente une épaisseur de paroi se réduisant progres- sivement à partir de sonextrémité intérieure, et en ce que le premier élément enroulé en spirale de la spirale fixe présente une épaisseur de paroi progressivement croissante à partir de son extrémité intérieure, de manière à compenser ainsi la diminu- tion d'épaisseur du second élément enroulé en spirale- 3- Appareil de déplacement de fluide de type à spirale selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de paroi intérieure et la surface >5 de paroi extérieure du second élément enroulé en spirale sont formées par des courbes de développantes circu- laires dont les cercles générateurs sont de rayons différents. 4- Appareil de déplacement de fluide de type à spirale selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la surface de paroi intérieure et la surface de paroi extérieure du premier élément enroulé en spirale sont formées par des courbes de développantes circulaires dont les cercles générateurs sont de rayons différents.