Brevet FR2604491A1 — publié le 19880401

"Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal" La présente invention a trait à un compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal, et plus particulièrement à une pompe à huile pour compresseur de type rotatif horizontal. Les compresseurs de type rotatif horizontal sont utilisés le plus souvent dans des appareils de réfrigération parce qu'ils permettent de réaliser un gain supplémentaire (par rapport à ceux de type vertical) sur le volume effectif du réfrigérateur. Dans les compresseurs à arbre-manivelle horizontal, on ne peut assurer la circulation de l'huile conformément à la technique usuellement appliquée dans les compresseurs à arbre-manivelle vertical, c'est-à-dire en prévoyant à l'extrémité inférieure de l'arbre-manivelle une pompe centrifuge qui baigne dans l'huile présente à la partie inférieure de la coque, refoulant l'huile de bas en haut à travers l'arbre-manivelle jusqu'aux pièces exigeant une lubrification. Pour lubrifier des compresseurs à arbre-manivelle horizontal, il faut élever l'huile du carter d'huile jusqu'à l'arbre-manivelle, d'o elle est envoyée aux paliers et autres pièces à lubrifier. Une méthode antérieure pour élever et faire circuler l'huile est proposée par le brevet US 4 449 895. Ce brevet présente un compresseur hermétique de type rotatif horizontal dont le réseau de lubrification comprend un tuyau courbe qui s'étend jusqu'au carter d'huile prévu à la base de la coque et un ressort hélicoïdal qui tourne à l'intérieur de ce tuyau courbe. Le ressort hélicoïdal est relié par une de ses extrémités à l'arbre-manivelle, tandis que son autre extrémité est plongée dans l'huile. Quand l'arbre-manivelle est entraîné, il fait tourner le ressort hélicoïdal, élevant l'huile à travers le passage annulaire ménagé entre les spires du ressort et la surface périphérie intérieure du tuyau. L'huile est amenée à l'intérieur de la chambre de refoulement située à l'extrémité du palier auxiliaire puis envoyée à ce palier, à l'excentrique au palier principal par des rainures de graissage ménagées dans la surface de l'arbre-manivelle. Bien que ce système assure une amenée continue d'huile aux paliers et à l'excentrique, il donne lieu à des pertes mécaniques supplémentaires dans le compresseur. Ces pertes mécaniques découlent du frottement entre les spires du ressort et la surface intérieure du tuyau à huile. Une autre difficulté soulevée par cette solution est que la coque doit nécessairement être plus longue parce qu'il faut un plus grand;volume intérieur pour monter le tuyau à huile à l'extrémité du palier auxiliaire. Outre qu'il faut davantage de matériau (tôle d'acier) pour façonner la coque, cette augmentation de longueur provoque une surchauffe plus intense du gaz d'aspiration et une réduction consécutive du rendement volumétrique du compresseur. Cette surchauffe est due à la chaleur cédée au gaz d'aspiration par le gaz comprimé refoulé à haute température à l'intérieur de la coque. Le gaz d'aspiration est admis à travers le tuyau de liaison (intérieur à la coque). Plus ce tuyau est long, plus est grande la quantité de chaleur transférée à travers sa paroi et, donc, la surchauffe du gaz d'aspiration. Une autre difficulté encore soulevée par cette solution réside dans le coût élevé de fabrication du ressort hélicoïdal, attendu que la forme non circulaire de la section du fil métallique exige du fabricant une étude particulière. Une autre méthode connue pour élever et faire circuler l'huile est proposée par le brevet US 4 472 121. Ce brevet décrit un réseau de graissage pour compresseur de type rotatif horizontal dans lequel l'huile lubrifiante accumulée dans le fond de la coque est refoulée à l'intérieur d'un alésage de graissage ménagé centralement et axialement dans l'arbremanivelle grâce à l'utilisation efficace de la pulsation du gaz réfrigérant sortant sous haute pression de la chambre de compression. A cette fin le compresseur est muni: d'un tube d'amenée d'huile lubrifiante, dont une extrémité communique avec l'alésage de graissage de l'arbremanivelle et dont l'autre extrémité débouche au sein de l'huile lubrifiante présente dans le carter d'huile; et d'un tuyau de sortie de gaz réfrigérant, dont une extrémité est insérée à l'intérieur de l'extrémité du tube d'amenée d'huile lubrifiante débouchant dans le carter d'huile et dont l'autre extrémité est en communication avec le gaz réfrigé- rant sortant de la chambre de compression. Quand le gaz réfrigérant passe du tuyau de refoulement à l'intérieur de l'extrémité du tube d'amenée d'huile (débouchant dans le carter d'huile), l'huile lubrifiante accumulée dans le fond de la coque et mélangée avec du gaz réfrigérant se trouve refoulée à l'intérieur du tube d'amenée d'huile lubrifiante à travers un interstice ménagé au niveau des tronçons d'extrémité chevauchants des deux tuyaux. L'huile lubrifiante est emmagasinée dans un collecteur d'huile et distribuée, à travers un alésage de graissage central, aux pièces à lubrifier. En dépit de sa structure simple et de son faible coût, ce système a l'inconvénient de n'assurer qu'un graissage insuffisant lors de la mise en route du compresseur, parce que la pression de gaz réfrigérant régnant dans le tuyau de sortie est insuffisante pour refouler l'huile accumulée dans le carter d'huile à l'intérieur du tube d'amenée d'huile et pour l'élever jusqu'à l'arbre- manivelle. Cette insuffisance de graissage, outre qu'elle provoque du bruit du fait du contact entre les pièces métalliques, entraîne une usure précoce des organes du compresseur. Un autre inconvénient de ce dispositif est qu'il fait que le réfrigérant est absorbé par l'huile, réduisant la viscosité de celle-ci et modifiant ainsi l'état de lubrification des paliers. Cette absorption de réfrigérant par l'huile provoque aussi une réduction de la quantité de réfrigérant en circulation dans le réseau de réfrigération, ce dont découle une réduction de l'efficacité de ce système. Un autre effet indésirable de ce système réside dans les pertes de charge subies par le gaz réfrigérant à la sortie. Ces pertes de charge affectent directement la consommation d'énergie électrique du compresseur et par conséquent le rendement de celui-ci. Enfin, le brevet US 4 568 253 décrit une pompe à huile pour compresseur rotatif hermétique à arbre-manivelle horizontal. Le carter de moteur de celui-ci présente un passage vertical en communication avec le carter d'huile. L'arbre-manivelle comporte: un tronçon de diamètre réduit qui définit avec le carter de moteur une chambre annulaire et deux rainures hélicoïdales angulairement opposées en communication avec la chambre annulaire. Quand l'arbre- manivelle tourne, il s'établit dans la chambre annulaire une zone de pression qui fait que du lubrifiant est attiré vers le haut, traversant le passage du carter de moteur et pénétrant dans la chambre annulaire. Le lubrifiant est alors envoyé par les rainures hélicoïdales longer les tronçons extrêmes opposés de l'arbre-manivelle, graissant les paliers et autres pièces mobiles du compresseur. En dépit de sa structure simple et de son faible coût, cette pompe soulève en pratique certaines difficultés. Les rainures hélicoïdales des tronçons extrêmes de l'arbre-manivelle réduisent la surface portante effective du palier, déjà réduite par le tronçon abaissé intermédiaire de l'arbre-manivelle, ce qui provoque un contact et donc une usure entre l'arbre-manivelle et le palier. Un autre aspect défavorable qu'il faut mentionner est que l'écoulement d'huile dans ce réseau est gravement affecté par la présence du gaz réfrigérant, ceci surtout au démarrage du compresseur. Ce gaz réfrigérant est libéré par l'huile à la mise à l'arrêt du compresseur, formant des bulles de gaz qui se trouvent retenues dans le palier et dans le passage de l'arbre-manivelle. Quand le compresseur démarre, la dépression établie entre l'arbre-manivelle et le palier fait 2604491 que les bulles se dilatent, ce qui ajourne quelque peu l'aspiration de l'huile et son envoi au palier, rendant difficile le graissage de ce dernier. La présente invention a pour buts de proposer: - un réseau de graissage pour compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal qui permette de triompher des difficultés précitées; - un compresseur hermétique du type rotatif horizontal comportant une pompe à faible consommation o10 d'énergie de nature à établir un écoulement d'huile continu et adéquat pour graisser le compresseur sans en affecter le rendement; - un compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal comportant une pompe à auto-amorçage capable d'assurer un graissage efficace au démarrage du compresseur et de faire arriver l'huile aux paliers rapidement et indépendamment du gaz réfrigérant retenu dans le circuit de graissage; un compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal comportant une pompe à huile qui n'occupe que peu d'espace longitunal et ne fasse apparaître qu'un faible niveau de bruit; - un compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal qui soit muni d'une pompe à huile de structure simple, de grande fiabilité et de faible coût. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres, grâce à un compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal du type qui comprend: un groupe compresseur comportant un cylindre qui contient un piston, ce piston étant entraîné par un arbre-manivelle supporté par un palier principal et par un palier auxiliaire; un moteur électrique qui entraîne en rotation l'arbre-manivelle; une pompe à huile définie autour d'un tronçon de l'arbre-manivelle et en communication avec le carter d'huile et avec les pièces à graisser du groupe; et une coque hermétique renfermant le groupe compresseur, le moteur électrique, la pompe à huile et le carter à huile de graissage. Suivant la présente invention la pompe à huile comprend: un tronçon cylindrique et excentrique de l'arbre-manivelle; disposé de manière à patiner à l'intérieur d'un logement cylindrique respectif, ce logement étant concentrique à l'axe géométrique de l'arbre-manivelle et ménagé dans l'un des paliers ou dans un chapeau avant du palier auxiliaire; au moins un élément-pale courbe et allongé de largeur correspondant à la longueur axiale du logement cylindrique, fixé par l'un au moins de ses bords à la paroi du logement cylindrique, et inséré au point de contact entre le logement cylindrique et le tronçon excentrique de façon à définir une chambre d'admission et une chambre de refoulement, situées chacune dans l'un des espaces du logement cylindrique définis entre le point de fixation de la pale et le point de contact cité, la chambre d'admission étant en communication avec l'huile lubrifiante recueillie dans le carter d'huile et la chambre de refoulement étant en communication avec les pièces à graisser de l'arbre-manivelle et des paliers. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément-pale est constitué par une pellicule de matière plastique qui résiste à la chaleur et est compatible avec les conditions chimiques du milieu. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément-pale est en métal doté de flexibilité et de résistance à l'usure et à la fatigue. Une telle pompe à huile est à déplacement positif attendu que son débit dépend seulement du volume déplacé par l'excentrique. Contrairement à certains des systèmes décrits précédemment, ce dispositif n'utilise pas l'effet de la viscosité ni l'action de la force centrifuge pour aspirer et élever l'huile, ce qui non seulement le rend capable d'auto-amorçage, mais encore rend possible un graissage efficace des paliers lors du démarrage du compresseur, attendu que l'huile est amenée rapidement, même si du gaz réfrigérant est présent dans le circuit de graissage. Un autre aspect favorable de ce dispositif est qu'il a une faible consommation d'énergie et un faible niveau de bruit, attendu que les surfaces frottantes sont considéra- blement réduites et que les jeux nécessaires entre les pièces sont suffisamment grands. Un autre avantage particulier d'une pompe de ce type est qu'elle établit un écoulement d'huile continu qu'on peut aisément adapter aux besoins du groupe compresseur en faisant varier seulement l'excentricité, le diamètre ou la longueur du tronçon excentrique, sans affecter de manière sensible la consommation d'énergie. Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux d'après la description donnée de certains modes de réalisation préférés en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: les figures lA et lB sont des vues en coupe longitudinale partielle d'un compresseur hermétique de type rotatif horizontal suivant deux modes de réalisation préférés de la présente invention; la figure 2 est une vue de face, suivant la flèche "A", du compresseur représenté sur la figure lB; la figure 3 est une vue en coupe de face, suivant la ligne B-B', du compresseur représenté sur les figures 1A et lB; les figures 4,5 et 6 sont des vues en coupe de face, suivant la ligne de coupe C-C' de la figure 1A, représentant la pompe à huile en fonctionnement; la figure 7 est une vue en coupe de face, suivant la ligne de coupe C-C' de la figure 1A, montrant une autre structure de la pompe à huile représentée sur la figure lA; Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe de face, suivant la ligne de coupe C-C' de la figure lB, montrant deux structures différentes de la pompe à huile représentée sur la figure lB. On se réfère aux figures ci-dessus; le compresseur hermétique du type rotatif horizontal comporte essentiellement un groupe compresseur 1 et un moteur électrique 2, tous deux montés dans une coque 3. Le groupe compresseur 1 comprend un bloc-cylindre 4, un palier principal 5 et un palier auxiliaire 6. Le palier principal 5 et le palier auxiliaire 6 sont vissés sur le bloc-cylindre 4 et supportent un arbre- manivelle 7 qui entraîne un piston roulant 8 à l'intérieur d'un cylindre 9 ménagé dans le bloc-cylindre 4. Le groupe compresseur 1 comporte aussi une aube coulissante 10, maintenue dans une fente 11 du bloc-cylindre 4. L'aube 10 est pressée axialement contre le piston roulant 8 par un ressort 12 de façon à glisser à travers la fente 11 sur la surface du piston. L'aube 10 définit avec le piston roulant 8, avec le cylindre 9 et avec des rebords 13 et 14 des paliers principal et auxiliaire 6 des chambres étanches d'aspiration 15 et de compression 16 qui sont respectivement reliées à un tube aspirant d'admission 17 et à un tube de sortie 18, tous deux soudés à la coque 3 du compresseur. Le tube aspirant d'admission 17 est relié directement à la chambre d'aspiration 15 à travers sa saillie interne 19 et le tube de sortie 18 communique avec la chambre de compression 16 à travers le volume intérieur de la coque 3. Le groupe compresseur 1 est entraîné par le moteur électrique 2 qui comporte un stator 10 à enroulements 21 et un rotor 22 fixé sur l'arbre-manivelle 7. On se réfère plus particulièrement à la figure lA l'arbre-manivelle 7 présente un tronçon excentrique cylindrique 23 disposé à l'intérieur du palier principal 5 ou du palier auxiliaire 6. Le tronçon excentrique cylindrique 23 est disposé de façon à patiner à l'intérieur d'un logement cylindrique 26. Ce logement 26 est concentrique à l'axe géométrique de l'arbre-manivelle 7 et ménagé, dans l'exemple illustré, dans le palier principal 5. La profondeur du 9 2604491 logement correspond à la longueur axiale du tronçon excentrique 23 de l'arbre-manivelle 7. Sur la figure lB, le tronçon excentrique 23 de l'arbre-manivelle 7 a la forme d'un prolongement axial cylindrique de diamètre réduit qui part de la face d'extrémité avant 24b de l'arbre-manivelle 7. Comme représenté, le logement cylindrique 26 est ménagé dans un chapeau avant 37 du palier auxiliaire 6 et est monté sur son extrémité avant à l'aide d'une attache métallique 27 ou autre moyen. On s'abstiendra de donner dans le présent mémoire une description plus détaillée de cette réalisation parce que la description relative à la figure lA suffit à la compré- hension. Les figures 4 à 9 représentent à titre d'exemple un élément-pale 25 fixé à la surface interne cylindrique du logement 26 par un bord (figures 4, 5, 6, 8 et 9) ou par ses deux bords (figure 7) et inséré à travers la brèche existant au point de contact 28 entre le tronçon excentrique cylindrique 23 et le logement 26. Tel que représenté, l'élément-pale 25 a pour fonction de séparer la chambre d'admission 29 de la chambre de refoulement 30, les volumes de ces chambres étant délimités: par les surfaces opposées de l'élément-pale 25 et par la surface intérieure du logement 26; par le bord 31 de fixation de l'élément-pale 25 sur la surface intérieure du logement 26 et par le point de contact 28; et par les parois latérales du logement 26, dont l'une est définie (dans l'exemple selon la figure 1A) par la surface latérale 24a du piston 8 et par le tronçon excentrique 36 de l'arbre- manivelle 7, et l'autre, par la surface inférieure 32 du logement 26. On se réfère aux figures 1A, 4, 5, 6 et 7; la chambre d'admission 29 de la pompe à huile est reliée au carter d'huile 34 situé au fond de la coque 3 au moyen d'un trou d'aspiration 33a ménagé à travers le rebord 13 du palier principal 5. La chambre de refoulement 30 est reliée à un trou central d'arrivée d'huile 39 par un trou de sortie d'huile 38 ménagé radialement à travers le tronçon excentrique 23 de' l'arbre-manivelle 7. La répartition de l'huile depuis le trou d'arrivée d'huile central 39 sur les surfaces du palier principal 5 et du palier auxiliaire 6, et sur la surface interne du piston roulant 8 est assurée au moyen d'une ou plusieurs ouvertures radiales 38a (figure 1A). Il est à noter que l'extrémité périphérique du trou de sortie d'huile 38 (figures 1A, 4, 5, 6 et 7) est placée angulairement légèrement en avant du point de contact 28 entre le tronçon excentrique 23 et la surface interne du logement 26, de façon qu'il soit fait usage de tout le volume d'huile déplacé par la pompe. On se réfère aux figures lB, 8 et 9; la chambre d'admission 29 est reliée au carter d'huile 34 prévu au fond de la coque 3 par un tuyau d'aspiration 33b. La chambre de refoulement 30 est reliée au palier auxiliaire 6 et au palier principal 5 par des rainures de graissage qui peuvent avoir différentes formes. Sur les figures lB et 8, des rainures hélicoïdales 35 sont ménagées dans la surface de l'arbre-manivelle 7. Ces rainures hélicoïdales 35 ont pour rôle de faire arriver l'huile le long du palier auxiliaire 6, de l'excentrique 36 et du palier principal 5 suivant la technique courante. Comme représenté sur la figure 8, l'huile déplacée par la pompe sort à travers l'extrémité avant de la rainure hélicoïdale , angulairement placée un peu en avant par rapport au point de contact 28. La figure 9 représente un autre exemple de réalisation dans lequel l'huile déplacée par la pompe sort à travers une rainure 40. Cette rainure est ménagée dans la surface interne cylindrique du chapeau avant 37 et dans les surfaces des paliers auxiliaire 6 et principal 5. Un aspect sur lequel il faut insister est que le bord libre de l'élémentpale 25 représenté à titre d'exemple sur l les figures 4, 5, 6, 8 et 9 est suffisamment flexible pour uniformiser la pression d'huile dans tout le volume de la chambre de refoulement 30. Un autre aspect à mentionner à propos des figures 4, 5, 6, 8 et 9 est qu'on peut réduire la longueur de l'élément-pale 25 suivant la matière et l'épaisseur de celui-ci. Au cas o l'élément-pale 25 est en pellicule de plastique, on peut réduire sa longueur pourvu qu'il y ait adhérence suffisante de la pellicule à la surface du tronçon excentrique 23. Cette adhérence est due à la pellicule d'huile qui s'établit quand le tronçon excentrique 23 tourne et agit en sorte de contraindre légèrement la pellicule séparant les côtés admission et refoulement de la pompe. Dans la réalisation représentée à titre d'exemple sur la figure 7, le volume d'huile enfermé entre l'élément-pale et la surface cylindrique du tronçon excentrique 23 (représenté par l'aire 41) subit une pression intermédiaire entre la chambre d'admission 29 et la chambre de refoulement du fait qu'il y a fuite d'huile à travers la brèche entre l'élément-pale 25 et les surfaces latérales du logement 26. Cette fuite d'huile n'affecte pas le rendement de la pompe attendu qu'elle est sans rapport avec le volume effectivement déplacé. 12 2604491 REVENDICATIONS 1) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal, comprenant un groupe compresseur comportant un cyclindre qui contient un piston, ce piston étant entraîné par un arbre-manivelle supporté par un palier principal et par un palier auxiliaire; un moteur électrique qui entraîne en rotation l'arbre-manivelle; une pompe à huile définie autour d'un tronçon de l'arbre manivelle et en communication avec le carter d'huile. et avec les pièces à graisser du groupe; et une coque hermétique renfermant le groupe compresseur, le moteur électrique, la pompe à huile et le carter à huile de graissage, caractérisé en ce que ladite pompe à huile comprend un tronçon cylindrique et excentrique (23) de l'arbremanivelle (7) disposé de manière à patiner à l'intérieur d'un logement cylindrique (26), ce logement (26) étant concentrique à l'axe géométrique de l'arbre-manivelle (7) et ménagé dans l'un des paliers (5 ou 6) ou dans un chapeau avant du palier auxiliaire (6); au moins un élément-pale courbe et allongé (25) de largeur correspondant à la longueur axiale du logement cylindrique (26), cet élément-pale (25) étant fixé par l'un au moins de ses bords à un point (31) de la surface intérieure du logement (26), et étant inséré au point de contact (28) entre le logement cylindrique (26) et le tronçon excentrique (23) de façon à définir une chambre d'admission (29) et une chambre de refoulement (30), situées chacune dans l'un des espaces du logement cylindrique définis entre le point de fixation (31) de l'élément-pale (25) et le point de contact (28), la chambre d'admission (29) et la chambre de refoulement (30) étant respectivement en communication avec l'huile lubrifiante recueillie dans le carter d'huile et avec les pièces à graisser de l'arbre-manivelle (7) et des paliers (5 et 6). 2) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément-pale (25) est constitué par une pellicule de matière plastique résistant à la chaleur et compatible avec les conditions chimiques du milieu. 3) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon.la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément-pale (25) est en métal doté de flexibilité et de résistance à l'usure et à la fatigue. 4) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'admission (29) de la pompe à huile est reliée au carter d'huile (34) prévu dans le fond de la coque (3) par un trou d'aspiration ménagé à travers le palier principal (5) ou auxiliaire (6).; ) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'admission (29) de la pompe à huile est reliée au carter d'huile (34) prévu au fond de la coque (3) par un tuyau d'aspiration (33b). 6) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de refoulement (30) est reliée à un trou central d'arrivée d'huile (39) par un trou de sortie d'huile (38) ménagé radialement à travers le tronçon excentrique (23), ce trou central d'arrivée d'huile (39) étant en communication avec les parties à graisser de la surface de l'arbre- manivelle (7) par des ouvertures radiales (38a) ménagées dans l'arbre-manivelle (7). 7) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de refoulement (30) est reliée aux paliers auxiliaire (6) et principal (5) par des rainures de graissage-. 8) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 7, caractérisé en ce que les rainures de graissage sont ménagées dans la surface de l'arbre-manivelle sous forme de rainures hélicoïdales (35). 9) Compresseur hermétique à arbre-manivelle horizontal selon la revendication 7, caractérisé en ce que j3T4Tsod ueawamDldap e;sa leTTnq i adwod el enb ao ue 9STaaloeamD 'IT UO DTTPUeAea8 T UOsTeS lTUOZTaoq TIeATuem-oaqau m onbTIwaeq anessaadwoD (Zl 51 {L) eTIeATuu-agqae,I sp {9C) enbTaquoxe uoDuoil aS aed no/a (8) uoIsTd np { L 6 09