Brevet FR2596815A1 — publié le 19871009

COMPRESSEUR A PISTON, NOTAMMENT COMPRESSEUR DE REFRIGERATION La présente invention concerne un compresseur de refrigération à piston. Dans le compresseur de refrigération à piston agencé selon l'invention, le cylindre est fermé, d'une part par la culasse et, d'autre part, par une plaque à clapet disposée entre la culasse et le cylindre; la plaque à clapet présente une ou plusieurs ouvertures d'admission et une ou plusieurs ouvertures d'échappement, pouvant être obturées par des clapets à lamelle. L'invention peut s'appliquer avantageusement à tous les types de compresseur de refrigération qui comportent l'ensemble mentionné ci-dessus, constitué d'un cylindre, d'une plaque à clapet et d'une culasse. Dans un mode de construction connu, l'agencement d'un compresseur de refrigêration tel que défini ci-dessus est tel que les ouvertures d'admission et d'échappement ménagées dans la plaque à clapet s'étendent en direction généralement perpendiculaire au plan de la plaque à clapet, tout en étant parallèles à l'axe longitudinal du cylindre. I1 s'établit donc dans l'espace intérieur du cylindre délimité par le piston et la plaque à clapet, des conditions d'écoulement telles que les clapets à lamelle sont soumis à des vibrations et que des variations de pressions se produisent dans l'enceinte intérieure du cylindre; de ce fait, le rendement est diminué et, de plus, il se produit des bruits dont l'amplitude dépasse les limites admissibles.Ces inconvénients peuvent se manifester surtout dans le cas des machines travaillant à grande vitesse et avec un nombre de tours/minute élevé. La solution proposée dans le brevet GB-A-963 655 tend à atténuer ces phénomènes indésirables. Selon cette solution connue, on tente d'éliminer les inconvénients précités en agençant les ouvertures d'admission et/ou d'échappement de la plaque à clapet de façon telle que leur axe ne soit pas perpendiculaire à la plaque à clapet, mais qu'il soit incliné de manière à diriger le gaz entrant et sortant vers l'extrémité libre du clapet a lamelle fixé à l'autre extrémité. On augmente ainsi le rendement, mais on ne diminue pas, dans les proportions voulues, les variations de pression dans le cylindre, ni les vibrations du clapet, ni le volume sonore du compresseur.En effet, dans ce mode de réalisation connu, le clapet à lamelle se comporte comme une poutre encastrée à l'une de ses extrémités, tandis que le gaz présent dans ltes- pace derrière le clapet est relativement stationnaire, pendant que sa pression augmente. Par conséquent, la force engendrée par la pression du gaz et agissant sur le clapet à lamelle est orientée, au moment de l'ouverture verticalement au plan du clapet et l'ouvre d'un certain degr tandis que l'angle d'incidence du courant gazeux augmente en fonction du degré d'ouverture. En conséquence, la composante résultant de l'impact du courant gazeux et perpendiculaire à la surface intéressée, diminue en fonction du degré d'ouverture, et la force provoquant la flexion du clapet à lamelle diminue.Conformément aux lois de la mécanique, l'amplitude de la flexion diminue également proportionnellement à cette diminution de force; de ce fait, le clapet à lamelle se déplace vers sa position de fermeture, ce qui entrain une diminution de la section de passage. De plus, la valeur de l'angle d'incidence diminue, de même que la composante perpendiculaire à la surface du clapet, qui constitue la force de flexion du clapet à lamelle, de sorte que ce dernier est mis en position d'ouverture. Ce déplacement entrain, à son tour, une augmentation de l'angle d'incidence, si bien que le processus décrit ci-dessus se répète.A ce jeu de forces alternantes se superpose, de plus, le fait que la pression régnant dans l'espace au-dessus du clapet à lamelle augmente et que cette pression accrue tend à fermer le clapet, c'est-à-dire qu'elle favorise en quelque sorte la mise du clapet à lamelle en position de fermeture. I1 en résulte, en raison de la section de passage réduite (étranglement plus accentué) une pression accrue devant le piston évoluant dans le cylindre, en conséquence de quoi la force favorisant la flexion du clapet à lamelle augmente également et favorise sa mise en position d'ouverture. Ce processus amplifie les vibrations du clapet et les oscillations de pression dans le cylindre. La présente invention a pour but de réaliser un compresseur de réfrigération agencé de manière à éliminer les incon vénients précités, à réduire encore les vibrations du clapet et les oscillations de pression, par comparaison aux solutions connues et, en même temps, à maintenir un rendement satisfaisant de refoulement, tout en abaissant l'amplitude des bruits du compresseur. Ce but est atteint, selon l'invention, en ce que dans l'ensemble de clapet, une ou plusieurs ouvertures d'admission et respectivement une ou plusieurs ouvertures d'échappement sont ménagées dans la plaque à clapet et peuvent être obturées ou dégagées à l'une de leurs extrémités par le clapet à lamelle qui y est fixé; du caté faisant face au piston, la (ou les) ouverture(s) d'échappement peut (ou peuvent) donner naissance à un ou plusieurs canaux dont l'un au moins est incliné du côté faisant face au clapet à lamelle, ce canal ou ces canaux pouvant se réunir en un ou plusieurs canaux ou respectivement une ou plusieurs ouvertures d'échappement, les canaux partant de la zone du centre géométrique de la surface circulaire perpendiculaire à l'axe longitudinal du cylindre, et le canal inclin formant avec la perpendiculaire à la plaque à clapet, dans la direction de la partie obturatrice du clapet à lamelle, un angle tel qu'en fonction du mouvement d'ouverture du clapet à lamelle, le courant gazeux soit dirigé selon la direction de flexion produite à l'extrémité fixée du clapet à lamelle, la direction dudit courant gazeux étant inclinée sur l'axe de flexion du clapet à lamelle et incline ou parallèle par rapport à un plan perpendiculaire audit axe de flexion. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation avantageux et en référence au dessin annexé où: - la figure 1 représente l'ensemble selon l'invention, incorporé à un compresseur de refrigération et comprenant un cylindre, une plaque à clapet et une culasse; - la figure 2 est un mode de réalisation de la plaque à clapet, vue de la culasse; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2; - la figure 4 représente la plaque à clapet de la figu re 2, vue du piston; - la figure 5 représente une plaque à clapet pourvue d'une ouverture d'échappement à deux ca naux, vue de la culasse; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 5; - la figure 7 représente la plaque à clapet de la figu re 5, vue du piston; ; - la figure 8 représente un autre mode de réalisation de la plaque à clapet pourvue d'une ouverture d'échappement à deux canaux, vue de la culasse; - la figure 9 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 8; - la figure 10 représente la plaque à clapet de la figu re 8, vue du piston. - la figure 11 représente une plaque à clapet pourvue de deux ouvertures d'échappement à deux ca naux; - la figure 12 est une coupe prise suivant la ligne A-A de la figure 11; et - la figure 13 représente la plaque à clapet de la figu re 11, vue du piston. Ainsi qu'il ressort de la figure 1, le compresseur de refrigération agencé conformément à l'invention comporte un cylindre 1 dans lequel se déplace un piston 2. Le piston 2 est entraîné par un mécanisme (non représenté), un moteur électrique par exemple. Une culasse 12 est fixée sur le cylindre 1 moyennant'l'interposition d'une plaque à clapet 4 et de joints d'tanchité 3 et 11. Une ouverture d'admission 5 et une ouverture d'échappement 7 sont formées dans la plaque à clapet 4 délimitant l'enceinte située au-dessus du piston 2. Un clapet à lamelle 6 obture l'ouverture d'admission 5 et est disposé sur le côté de la plaque à clapet 4 faisant face au piston 2. Un clapet à lamelle 8 obture l'ouverture d'échappement 7 et repose sur le côté de la plaque à clapet tourné vers la culasse 12. Les déplacements du clapet à lamelle 8 sont limités par une tôle de butée 9 qui, dans le mode de réalisation considéré, est fixée, d'un c8té, par des rivets 10 sur la plaque à clapet 4. La culasse 12 comporte un tube d'entrée 13 et un tube de sortie 14, assurant la circulation du fluide réfrigérant. Les figures 2, 3 et 4 représentent un mode de rFalisa- tion de l'ouverture d'admission 5 et de l'ouverture d'échappement 7 ménagées dans la plaque à clapet 4. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture d'échappement 7 est formée d'un seul canal agencé de façon telle que l'axe de ce dernier soit parallèle au plan perpendiculaire à l'axe de flexion Z du clapet à lamelle 8, et incliné par rapport à la normale N à la plaque à clapet 4 ce qui signifie inclin aussi par rapport à la surface de la partie obturatrice 8a du clapet à lamelle 8, de façon telle que la direction du courant gazeux soit orientée vers l'axe de flexion Z situé à l'extrémité fixée du clapet à lamelle 8. La figure 4 indique la position de l'ouverture d'échappement 7 sur la plaque à clapet 4.Sur cette figure, la surface circulaire transversale du cylindre 1 est représentée en coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal du cylindre 1, et il est visible que, du côté du cylindre, l'ou- verture d'échappement 7 part d'une région voisine du centre géométrique de la surface circulaire la. Par contre, les canaux d'admission 5 sont parallèles à l'axe du cylindre 1. Les figures 5, 6 et 7 montrent une plaque à clapet pourvue d'une ouverture d'échappement constituée par deux canaux. Ainsi qu'il ressort clairement du dessin, les canaux 7a, 7b, sont parallèles au plan perpendiculaire à l'axe de flexion du clapet à lamelle, d'une manière analogue à la solution précite; toutefois, ici, le canal 7a est incliné sur l'axe de flexion situé à l'extrémité fixée du clapet à lamelle 8, tandis que l'axe du canal 7b est parallèle à l'axe du cylindre 1; par ailleurs, comme dans la disposition selon la figure 4, le canal 7a prend son origine à proximité du centre géométrique de la surface circulaire la. Les figures 8, 9 et 10 représentent, de la même manière, la plaque à clapet 4 pourvue d'une ouverture d'échappement constituée par deux canaux 7c et 7d. Dans ce mode de réalisation, les canaux 7c et 7d sont inclinés sur la surface de la partie obturatrice 8a du clapet à lamelle 8, tout en étant inclinés, en même temps, sur l'axe de flexion Z situé à proximité de la partie fixée du clapet à lamelle 8, chacun des deux canaux prenant naissance sur le côté de la plaque à clapet faisant face au cylindre, dans une zone proche du centre géométrique de la surface circulaire la. Les figures 11, 12 et 13 représentent des plaques à clapet comportant deux ouvertures d'échappement 7f, 7g disposées de manière à suivre la ligne de symétrie 15 de la surface des parties obturatrices 8a du clapet à lamelle 8. Les ouvertures d'échappement 7f et 7g sont disposées de la même manière que les ouvertures d'admission 7a et 7b (voir les figures 5, 6 et 7). Bien entendu, on peut prévoir plus de deux ouvertures d'échappement; mais, dans ce cas, il importe également de noter que les deux ouvertures d'échappement successives doivent être disposées de manière à être placées sur la ligne de symétrie 15 de la surface des parties obturatrices 8a du clapet à lamelle 8. Bien entendu, l'invention ne se limite nullement aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. On peut envisager de nombreuses variantes, quant à la disposition et au nombre des ouvertures de sortie, variantes qui n'ont pas été mentionnées dans la description qui précède, tout en étant comprises dans le domaine défini par l'invention. Dans la disposition du clapet selon l'invention, lorsque le piston 2 se déplace vers le haut du cylindre 1, le clapet à lamelle 8 se lève et le fluide réfrigérant pFnètre dans l'espace entre la plaque à clapet et la culasse 12. Au moment de l'ouverture, le clapet à lamelle 8 fléchit et prend appui partiellement sur la tôle de bute 9. Dans cette position, "l'angle d'incidence" du jet de gaz quittant l'ouverture d'échappement se rapproche de plus en plus de la normale à la surface de la partie obturatrice 8a du clapet à lamelle 8, de sorte que la composante verticale de la force agissant sur la surface de la partie obturatrice 8a du clapet 8 augmente. En même temps, la pression régnant dans l'espace défini entre la plaque à clapet 4 et la culasse 12 du cylindre augmente.Cette augmentation de pression et la force de réaction engendrée par la flexion du clapet lamelle 8 finissent par s'équilibrer avec la force due à la pression de gaz régnant dans la fente entre le clapet à lamelle 8 et l'ouverture d'échappement 7, étant donné qu'il n'existe pas, ici, de libre passage comme c'est le cas selon le brevet britannique mentionné dans l'introduction ci-dessus. I1 s'ensuit que, lors de l'ouverture du clapet à lamelle 8, il ne se produit, après une oscillation naissante, qu'une contre-oscillation minimale. La perte due à l'effet de laminage dans la fente entre l'ouverture d'échappement 7 et le clapet à lamelle 8 est largement surcompensée par le fait que les canaux 7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7f et 7g prennent leur origine, du côté de la plaque à clapet 4 faisant face au cylindre 1, à proximité du centre géométrique de la surface circulaire la. On obtient ainsi une diminution du trajet des particules gazeuses relativement éloignées du centre géométrique, et de la résistance due à la déviation lors de l'admission, de sorte que le gaz transite plus facilement et que l'on peut réduire les pertes qui se manifestent à l'admission. Il ressort de ce qui précède que la plaque à clapet selon l'invention permet de réduire le nombre et l'amplitude des oscillations du-clapet à lamelle 8, ainsi que les variations de pression dans le cylindre, par comparaison aux solutions appliquées jusqu'à présent; de ce fait, on obtient salement une diminution des vibrations du clapet et du bruit résultant des variations de pression dans le cylindre; par ailleurs, le rendement de refoulement du compresseur se trouve augmenté. L'invention peut être mise avantageusement en oeuvre dans tous les compresseurs de réfrigération à piston dans lesquels la culasse ferme le cylindre moyennant l'interposition d'une plaque à clapet comportant une ou plusieurs ouvertures d'admission et d'échappement munies d'un clapet à lamelle, tandis que le compresseur fonctionne à une vitesse de rotation relativement élevée. REVENDICATIONS 1.- Compresseur de réfrigération à piston dont le cylindre est fermé par une culasse moyennant l'interposition d'une plaque à clapet pourvue d'une ou plusieurs ouvertures d'admission et/ou d'échappement susceptibles d'être obturées ou dégagées par des clapets à lamelle fixés à l'une de leurs extrémités, ladite ou lesdites ouverture(s) d'échappement pouvant prendre naissance du côté face au piston, sous forme d'un ou plusieurs canaux dont l'un au moins est incliné, ces canaux étant réunis, sur le côté dirigé vers ledit clapet à lamelle, pour former un ou plusieurs canaux ou une ou plusieurs ouvertures d'échappement, caractérisé en ce que les canaux (7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7f, 7g) prennent naissance à un endroit proche de l'axe géométrique du cylindre (1) et en ce que le canal incliné forme un angle avec la normale (N) à la plaque à clapet (4) et avec la surface de la partie obturatrice (8a) du clapet à lamelle (8), de façon telle qu'après l'ouverture du clapet à lamelle (8) le courant gazeux soit dirigé vers l'axe de flexion (Z) du clapet (8), situé à proximité de l'extrémité fixe dudit clapet (8), ledit courant gazeux étant, par ailleurs, incliné ou parallèle par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de flexion (Z) qui fait office de normale dudit plan. 2.- Compresseur de refrigération à piston selon la revendication 1, caractéris en ce que ladite ouverture d'échappement est formée de deux canaux (7a, 7b), l'axe de symétrie d'un desdits canaux (7a) étant incliné par rapport à l'axe de symétrie du cylindre (1), tandis que l'axe de symétrie de l'autre canal (7b) est parallèle à l'axe de symétrie du cylindre (1), les deux canaux (7a, 7b) se rejoignant du côté de la plaque à clapet (4) faisant face à la culasse, pour former une seule ouverture d'échappement. 3.- Compresseur de refrigération à piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture d'échappement est formée de deux canaux (7c, 7d) qui sont inclinés, d'une part par rapport à la surface de la partie obturatrice (8a) dudit clapet à lamelle (8) et, d'autre part, par rapport â l'axe de flexion (Z) adjacent à l'extrémité fixée dudit clapet à lamelle (8). 4.- Compresseur de refrigération a piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en présence de deux ou plus de deux ouvertures d'échappement, deux éléments successifs (7f, 7g) de la série d'ouvertures d'échappement sont disposés selon la ligne de symétrie (15) de la partie obturatrice (8a) du clapet à lamelle.