Brevet FR2574866A1 — publié le 19860620

"Appareil de déplacement de fluide de type à spirale, muni d'un mécanisme de support d'arbre". L'invention concerne un appareil de déplacement de fluide et plus précisément un mécanisme perfectionné d'arbre d'entraînement, destiné à être utilisé dans un appa- reil 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. Par exemple le brevet U.S.A. N 801.182 déposé par Creux décrit une cons- truction de base comprenant une paire de spirales munies chacune d'une plaque d'extrémité circulaire et d'un élément spiralé ou enroulé en spirale. Ces spirales sont maintenues décalées angulairement et radialement de façon que les deux éléments de spirale s'emboîtent pour former un certain nombre de lignes de contact entre les surfaces courbées en spirale, de manière à assurer l'étanchéité 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 permet de faire varier le volume des chambres à fluide. Ce volume des chambres à fluide augmente ou diminue suivant le sens du mouvement orbital, de sorte que l'appareil de déplacement de fluide de type à spirale peut être utilisé pour comprimer, détendre ou pomper des fluides. Typiquement, un arbre d'entraînement reçoit d'une source de puissance extérieure, une force d'entraînement de rotation dont il assure la transmission. L'arbre d'entrai- 257'4866 nement est supporté en rotation par des moyens de paliers de support placés à l'intérieur d'un carter. En particulier, comme indiqué dans le brevet U.S.A. N 4.435.136, l'arbre d'entraînement est supporté en rotation par deux moyens de paliers de support places à l'intérieur du carter. On décrira sur la figure 1, une telle construc- tion de support de l'arbre d'entraînement. Un arbre d'entrai- nement 13' comporte une partie en forme de disque 15' à son extrémité intérieure et se trouve supporté en rotation par un premier dispositif de support 19' monté à l'intérieur d'un manchon annulaire 17' faisant saillie sur une face d'extrémité avant de la plaque d'extrémité avant 11'. La partie en forme de disque 15' est également supportée en rotation par un second dispositif de support 16' monté à l'intérieur d'une ouverture 111' percée au centre de la plaque d'extrémité avant 11'. Une tige d'entraînement ou tige de manivelle (non représentée) fait saillie axialement sur la face d'extrémité de la partie en forme de disque 15', et se trouve décalée radialement par rapport au centre de l'ar- bre d'entraînement 13'. La tige d'entraînement est reliée à un coussinet 271' et une spirale orbitale 26' est supportée en rotation sur le coussinet 271' par un palier de roulement radial 272'. La spirale orbitale 26' est également reliée à un dispositif de support anti-rotation/palier en butée 28'. Ainsi, la spirale orbitale 26'peut effectuer son mouvement orbital sous l'effet de la rotation de l'arbre d'entraînement 13'. - Dans la construction de support d'arbre d'entraî- nement décrite ci-dessus, la distance entre le premier et second support 16' et 19' devrait être plus longue pour améliorer la durée de vie de ces supports 16', 19' en rédui- sant la charge qui leur est appliquée. Ainsi, un ensemble d'étanchéité d'arbre 20' devrait être monté sur l'arbre d'entraînement 13' de manière à se placer entre le premier et second support pour réduire la longueur axiale du compres- seur. D'autre part, l'ensemble d'étanchéité d'arbre devrait se monter sur l'arbre d'entraînement 13' de façon qu'on puisse le démonter pour le réparer. Cependant, si l'ensemble d'étanchéité d'arbre est placé entre les deux supports, la réparation de cet ensemble est compliquée et l'on ne peut obtenir un démontage facile de cet ensemble d'étanchéité d'abre par une construction simple. De plus, comme l'un des supports 19' doit être placé à l'extérieur de l'ensemble d'étanchéité d'arbre 20', ce support 19' doit être muni d'un mécanisme d'étanchéité à graisse. L'invention a donc pour principal but de créer un appareil de déplacement de fluide de type à spirale utili- sant un ensemble d'étanchéité d'arbre plus facile à démonter, tout en maintenant une longue durée de vie du palier suppor- tant l'arbre d'entraînement. L'invention a également pour but de créer un appareil de déplacement de fluide de type à spirale dans lequel l'ensemble de l'appareil est simplifié par réduction des parties constitutives. Enfin, l'invention a pour but de créer un appareil de déplacement de fluide de type à spirale dans lequel les caractéristiques ci-dessus sont obtenues de façon simple et facile à fabriquer. A cet effet, l'invention concerne un appareil de déplacement de fluide de type à spirale, comportant un carter comprenant une plaque d'extrémité avant, une spirale fixe montée de façon fixe à l'intérieur du carter et comportant une plaque d'extrémité circulaire d'o part un premier élément enroulé en spirale, une spirale orbitale comportant une plaque d'extrémité circulaire d'o part un second élément enroulé en spirale, ce premier et ce second élément enroulé en spirale s'emboîtant avec un décalage angulaire et radial pour former un certain nombre de lignes de contact permet- tant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanchées, un mécanisme d'entraînement relié en fonctionne- ment à la spirale orbitale pour produire le mouvement orbital de la spirale orbitale, et un dispositif anti- rotation destiné à empêcher le mouvement de rotation de la spirale orbitale pour modifier ainsi le volume des chambres à fluide, apparail caractérisé en ce que le mécanisme d'en- trainement comprend un arbre d'entraînement pénétrant dans la plaque d'extrémité avant 11 et se trouvant supporté en rotation par un palier de roulement placé à l'intérieur d'une ouverture 111 de la plaque d'extrémité avant, cette plaque d'extrémité avant comportant un manchon annulaire 177, faisant saillie sur une surface d'extrémité axiale de celle- ci de manière à entourer l'arbre d'entraînement 13,çt de définir une cavité d'étanchéité d'arbre montée sur l'arbre d'entraînement à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'ar- bre du manchon annulaire. Suivant une autre caractéristique del'invention,le palier de roulement est un palier angulaire à double action. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un bloc de compresseur selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un compresseur de fluide de type à spirale, selon une forme de réalisation de l'invention; et - la figure 3 est une vue en coupe verticale de la partie principale d'une construction de fixation de palier selon une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 2 représente un appareil de déplacement de fluide de type à spirale selon l'invention, et plus parti- culièrement un bloc de compresseur de fluide de type à spirale 1. Ce bloc de compresseur 1 comprend un carter 10 muni d'une plaque d'extrémité avant 11 et d'un bottier en forme de coupelle 12 fixé à une face 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 concentrique avec l'ouverture 111, est formée sur la surface d'extrémité arrière de la plaque d'extrémité avant 11, de manière à venir en face du boîtier en forme de coupelle 12. Une surface périphérique extérieure de la projection annulaire 112 pénètre dans une paroi intérieure de l'ouverture di bottier en forme de coupelle 12. Ainsi, l'ouverture du bottier en forme de coupelle 12 est recouverte par la plaque d'extrémité avant 11. Un joint torique 14 est monté entre la surface périphé- rique extérieure de la projection annulaire 112 et la paroi intérieure du boîtier en forme de coupelle 12, de manière à assurer l'étanchéité des surfaces correspondantes de la plaque d'extrémité avant 11 et du bottier en forme de coupelle 12. Un manchon annulaire 17 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 définir une cavité d'étanchéité d'arbre. Dans la forme de réalisa- tion représenté sur la figure 2, le manchon 17 fait partie intégrante de la plaque d'extrémité avant 11 pour permettre une fabrication et un montage faciles du bloc de compresseur. L'arbre d'entraînement 13 comporte une partie en forme de disque 15 à son extrémité intérieure, cette partie 15 étant supportée en rotation par la plaque d'extrémité avant 11 par l'intermédiaire d'un roulement à billes angu- laire à double action 30 monté dans l'ouverture 111 de la plaque d'extrémité avant 11. Une face d'extrémité extérieure du chemin de roulement extérieur de roulement à billes angulaire 30 vient s'adapter contre une partie étagée 171 formée sur la face de paroi intérieure du manchon 17, et un montage est effectué sur la partie périphérique extérieure de l'ouverture 111 pour empêcher le mouvement axial du roule- ment à billes angulaire 30. Comme indiqué sur la figure 3, un anneau d'encliquetage 31 peut être prévu dans la paroi intérieure de l'ouverture 111 pour venir s'adapter contre la surface d'extrémité intérieure du chemin de roulement extérieur du roulement à billes angulaire 30, de manière & empêcher le mouvement axial de ce roulement à billes angu- laire 30. Un ensemble d'étanchéité d'arbre 20 est monté sur l'arbre d'entraînement 13 à l'intérieur de la cavité d'étan- chéité d'arbre du manchon 17. L'arbre d'entraînement 13 est couplé à un embrayage électromagnétique 23 comprenant une poulie 231 montée en rotation sur la partie périphérique extérieure du manchon 17, une bobine électromagnétique 232 montée fixe à l'inté- rient d'une cavité annulaire de la poulie 231, et une plaque d'armature 233 supportée élastiquement par la partie d'extré- mité extérieure de l'arbre d'entraînement 13. Ainsi, l'arbre d'entraînement 13 est entraîné par une source de puissance extérieure (telle que par exemple un moteur d'automobile) par l'intermédiaire de l'embrayage électromagnétique 23. Un certain nombre d'éléments sont logés dans une chambre intérieure du bottier en forme de coupelle 12, parmi lesquels une spirale fixe 25, une spirale orbitale 26, un mécanisme d'entraînement de la spirale orbitale, et un dispositif anti-rotation/palier en butée 28 de la spirale orbitale 26. La chambre intérieure du boîtier en forme de coupelle 12 est formée entre la paroi intérieure du boîtier en forme de coupelle 12 et la plaque d'extrémité avant 11. La spirale fixe 25 comprend une plaque d'extrémité circulaire 251 et un élément spiralé ou enroulé en spirale 252 se fixant ou faisant saillie sur une face Iatérale de la plaque d'extrémité circulaire 251. La plaque d'extrémité circulaire 251 est également munie d'un certain nombre de pieds faisant saillie axialement sur son autre face latérale. Une face d'extrémité axiale de chaque pied vient s'adapter contre la surface intérieure d'une partie de plaque de fond 121 du boîtier en forme de coupelle 12, et se fixe dans ce boîtier en forme de coupelle 12 par des vis (non représen- tées) se vissant dans les pieds par l'extérieur de la partie de plaque de fond 121. La plaque d'extrémité circulaire 251 de la spirale fixe 25 sépare la chambre intérieure du boîtier en forme de coupelle en une chambre arrière 32 munie des pieds, et une chambre avant 33 dans laquelle vient se loger l'élément de spirale 252 de la spirale fixe 25. Un élément d'étanchéité 34 est placé à l'intérieur d'une rai- nure circulaire de la plaque d'extrémité circulaire 251 pour assurer l'étanchéité entre la paroi intérieure du boîtier en forme de coupelle 12, et la surface périphérique exté- rieure de la plaque d'extrémité circulaire 251. La spirale orbitale 26, placée dans la chambre avant 33, comprend une plaque d'extrémité circulaire 261 et un élément spiralé ou enroulé en spirale 262 se fixant ou faisant saillie sur une face latérale de la plaque d'ex- trémité circulaire 261. Les deux éléments de spirale 252, 262 s'emboîtent avec un décalage angulaire de 180 et avec un décalage radial prédéterminé. Les éléments-de spirale définissent au moins une paire de chambres à fluide entre leurs surfaces d'emboîtement. La spirale orbitale 26 est reliée au mécanisme d'entraînement et au dispositif anti- rotation/palier en butée 28, pour produire le mouvement orbital de la spirale orbitale 26 par rotation de l'arbre d'entraînement 13. Une tige de manivelle ou tige d'entraînement (non représentée) fait saillie axialement vers l'intérieur, à partir d'une face d'extrémité de la partie en forme de disque 15 et se trouve décalée radialement par rapport au centre de l'arbre d'entraînement 13. La plaque d'extrémité circulaire 261 de la spirale orbitale 26 est munie d'un bossage tubulaire 263 faisant saillie axialement vers l'ex- térieur à partir de la face d'extrémité opposée au c6té d'o part l'élément de spirale 262. Un coussinet axial 271 s'adapte dans le bossage 263 et se trouve supporté en rotation à l'intérieur de celui-ci par un palier 272. Un trou excentré (non représenté) est percé dans le coussinet 271 avec un décalage radial par rapport au centre du cous- sinet 271. La tige d'entraînement s'adapte dans ce trou excentré, de sorte que le coussinet 271 est entraîné par la rotation de la tige d'entraînement. L'élément de spirale de la spirale orbitale 26 se trouve alors poussé contre l'élé- ment de spirale de la spirale fixe 25 sous l'action du moment produit entre le point d'entralnement et le point d'appli- cation de la force de réaction du gaz sous pression, de manière à assurer l'étanchéité radiale entre les lignes de contact. Le dispositif antirotation/palier en butée 28 est monté entre la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11 et la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité circulaire 261 venant en face de la surface d'extrémité intérieure de la plaque d'extrémité avant 11. Le dispositif anti-rotation/palier en butée 28 comprend un anneau fixe 281 se fixant contre la surface d'extrémité axiale de la projection annulaire 112, un anneau orbital 282 se fixant contre la surface d'extrémité de la plaque d'extrémité ciruclaire 261 par un dispositif de fixation, et un élément de support constitué par exemple par un certain nombre de billes spériques 283. Les deux anneaux 281 et 282 comportent un certain nombre d'entailles 284 et 285, l'une des billes sphériques 283 est retenue entre chacune de ces entailles 284 et 285.Par suite, les billes 283 empêchent la rotation de la spirale orbitale 26 par interaction avec les bords des entailles 284 et 285. De plus, ces billes 283 supportent la poussée axiale de la charge produite par la spirale orbitale 26. Ainsi la spirale orbi- tale 26 effectue son mouvement orbital tout en conservant son orientation angulaire par rapport à la spirale fixe -25. Lorsque la spirale orbitale 26 effectue son mouvement orbital, les lignes de contact entre les éléments de spirale 252 et 262 se déplacent vers le centre des éléments de spirale le long des surfaces de l'élément de spirale. Les chambres à fluide définies par les lignes de contact entre les éléments de spirale 252, 262 se déplacent vers le centre en produisant ainsi une réduction de volume compri- mant le fluide contenu dans les chambres à fluide. Par suite, le fluide ou gaz réfrigérant introduit dans la cham- bre avant 33 et provenant d'un circuit de fluide extérieur par un orifice d'entrée (non représenté) monté sur le boîtier en forme de coupelle 12, est admis dans les chambres à fluide formées à la partie extérieure des éléments de spira- le 252, 262. Lorsque la spirale orbitale 26 effectue son mouvement orbital, le fluide contenu dans les chambres à fluide se trouve comprimé quand les chambres se déplacent vers le centre de l'élément de spirale. Enfin le fluide comprimé est envoyé dans la chambre arrière 32 puis déchargé ensuite dans le circuit de fluide extérieur par un orifice de sortie de fluide (non représenté) formé sur le boîtier en forme de coupelle 12. Comme indiqué ci-dessus, l'arbre d'entraînement est supporté en rotation par le coussinet constitué par exemple par un roulement à billes angulaire à double action placé dans l'ouverture de la plaque d'extrémité avant, et l'ensemble d'étanchéité d'arbre est logé à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre du manchon placé à l'exté- rieur du roulement à billes angulaire. Par suite, la cons- truction du mécanisme de support de l'arbre d'entraînement peut être réalisé de façon simple au moyen d'un nombre de pièces réduites. De plus, on peut facilement effectuer les réparations de l'ensemble d'étanchéité d'arbre en retirant simplement la plaque d'armature. R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Appareil de déplacement de fluide de type à spirale, comportant un carter comprenant une plaque d'extré- mité avant, une spirale fixe montée de façon fixe à l'inté- rieur du carter et comportant une plaque d'extrémité circu- laire d'o part un premier élément enroulé en spirale, une spirale orbitale comportant une plaque d'extrémité circu- laire d'o part un second élément enroulé en spirale, ce premier et ce second élément enroulé en spirale s'emboîtant 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, un mécanisme d'entraînement relié en fonctionnement à la spirale orbitale pour produire le mouvement orbital de la spirale, et un dispositif anti- rotation destiné à empêcher le mouvement de rotation de la spirale orbitale pour modifier ainsi le volume des chambres à fluide, appareil caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement comprend un arbre d'entraînement (13) pénétrant dans la plaque d'extrémité avant (11) et se trouvant supporté en rotation par un palier de roulement placé à l'intérieur d'une ouverture (111) de la plaque d'extrémité avant, cette plaque d'extré- mité avant comportant un manchon annulaire (17) faisant saillie sur une surface d'extrémité axiale de celle-ci de manière à entourer d'arbred'entrainement (13) et à définir une cavité d'étanchéité d'arbre montée sur l'arbre d'entraînement à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbredu manchon annulaire. 2 ) Appareil de déplacement de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier de roule- ment est un palier angulaire (30) à double action. ) Appareil de déplacement de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon annulaire (17) fait corps avec la plaque d'extrémité avant (11). h 4 ) Appareil de déplacement de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un carter muni d'une plaque d'extrémité avant; un arbre d'entraine- ment; cette plaque d'extrémité avant comprenant une partie de plaque d'extrémité avant dans laquelle est percée une ouverture par laquelle passe l'arbre d'entraînement, et une partie de manchon annulaire partant d'une face d'extrémité avant de la partie de plaque d'extrémité avant, de manière à entourer l'arbre d'entraînement pour définir une cavité d'étanchéité d'arbre, cette partie de manchon annulaire faisant corps avec la partie de plaque d'extrémité avant; une spirale fixe (25) montée de façon fixe par rapport au carter et comportant une plaque d'extrémité circulaire (251) d'o part un premier élément enroulé en spiraie venant se - loger à l'intérieur du carter, une spirale orbitale (26) munie d'une plaque d'extrémité circulaire (261) d'o part un second élément enroulé en spirale, le premier et le second élément enroulé en spirale s'emboîtant avec un décalage angulaire et radial de manière à former un certain nombre de lignes de contact permettant de définir au moins une paire de chambres à fluide étanches; des moyens d'en- traînement comprenant l'arbre d'entraînement traversant la plaque d'extrémité avant et se trouvant ainsi supporté en rotation de manière à produire ainsi le mouvement orbital de la spirale orbitale lorsqu'on fait tourner l'arbre de rotation, ce qui permet ainsi de faire varier le volume des chambres à fluide par le mouvement orbital de la spirale orbitale; un palier de roulement placé à l'intérieur de l'ouverture de la partie de plaque d'extrémité avant pour supporter en rotation l'arbre d'entraînement; et un ensemble d'étanchéité d'arbre monté sur l'arbre d'entraînement à l'intérieur de la cavité d'étanchéité d'arbre de la partie de manchon, et à l'extérieur du palier de roulement. )Appareil de déplacement de fluide selon la revendication 4, caractérisé en ce que le palier de roulement est constitué par un roulement à billes angulaire à double action.