Brevet FR2656659A1 — publié le 19910705

COMPRESSEUR A VOLUTES AVEC SOUPAPES DE DECHARGE La présente invention concerne une amélioration d'un compresseur à volutes adapté à décharger un fluide, par exemple un fluide réfrigérant comprimé dans une paire d'es- paces de compression, à partir d'une ouverture de décharge en même temps. En général, le compresseur à volutes comporte un élé- ment en volute à mouvement orbital qui se présente substan- tiellement en une courbe en développante et est fixé à une surface de la plaque d'extrémité en une position verticale, et un élément en volute fixe qui est formé en complément de l'élément en volute à mouvement orbital et est disposé en juxtaposition aux enroulements des deux éléments étant mu- tuellement emboîtés étroitement L'élément en volute à mou- vement orbital est déplacé en une orbite tandis que sa ro- tation sur son propre axe est empêchée par un anneau Oldham disposé, par exemple, entre l'élément en volute à mouvement orbital et un châssis principal ou un bottier L'orbite de l'élément en volute à mouvement orbital réduit l'espace fermé ou poche de fluide formé par les deux éléments en vo- lute, et comprime ainsi un gaz à l'intérieur pour augmenter sa pression Une structure générale et le fonctionnement du compresseur à volutes sont illustrés, par exemple, dans les brevets U S 4,759,696; 4,838,773; et 4, 886,434, tous transférés au présent cessionnaire. Dans le compresseur à volutes classique, le fluide ré- frigérant comprimé dans l'espace de compression est évacué au moment o l'espace de compression est raccordé à l'ou- verture de décharge et, par conséquent, le rapport de com- pression est déterminé par le nombre d'enroulements et la taille de l'ouverture de décharge En conséquence, lorsque des réfrigérateurs de température d'évaporation différente sont utilisés, des compresseurs supplémentaires appropriés pour la température différente doivent être employés Ain- si, on a essayé de disposer une soupape de décharge à l'ou- verture de décharge de manière que le rapport de compres- sion puisse être modifié selon la différence de température d'évaporation des réfrigérateurs, comme représenté dans la demande japonaise de brevet NO 63-58271, publiée le 15 no- vembre 1988. Cependant, dans le compresseur classique illustré dans la demande japonaise de brevet précitée, la modification du rapport de compression au moyen de la soupape de décharge à l'ouverture de décharge présente l'inconvénient d'une dis- continuité dans la circulation du réfrigérant de l'espace de compression à l'orifice de décharge et par conséquent la soupape de décharge est sans arrêt ouverte et fermée pen- dant le fonctionnement ce qui produit du bruit Une ouver- ture de décharge de plus grand diamètre exige une soupape de plus grande épaisseur, ce qui entraîne un bruit plus im- portant dû à l'ouverture et la fermeture répétées de la soupape En outre lorsque le compresseur à volutes est tourné dans le sens inverse, l'ouverture de décharge est fermée par la soupape de décharge avec pour effet que l'es- pace de compression devient vide, et la différence de pres- sion entre l'espace de compression et l'espace fermé du compresseur à volutes entraine un engagement anormal, for- cé, entre l'élément en volute fixe et l'élément en volute à mouvement orbital, avec un grippage. La présente invention a pour objet de fournir un nou- veau compresseur à volutes dans lequel le bruit provenant du fonctionnement de la soupape peut être réduit. La présente invention a encore pour objet de fournir un nouveau compresseur à volutes qui peut fournir un fluide réfrigérant dans l'espace de compression même lorsque l'ou- verture de décharge est fermée par la soupape de décharge dans le cas d'une rotation inverse du compresseur à volu- tes, de manière qu'un fonctionnement dangereux dans l'état o l'espace de compression est vide puisse être empêché. Selon la présente invention, est fourni un compresseur à volutes comprenant un élément en volute fixe comportant une plaque d'extrémité et un enroulement fixé à une surface de la plaque d'extrémité en une courbe en développante, un élément en volute à mouvement orbital comportant une plaque d'extrémité et un enroulement fixé à une surface de la pla- que d'extrémité en juxtaposition à l'élément en volute fixe de manière que les enroulements des deux éléments en volute soient mutuellement emboîtés étroitement, la plaque d'ex- trémité de l'élément en volute fixe comportant une ouvertu- re de décharge pour permettre à un gaz comprimé d'être dé- chargé hors des enroulements, dans lequel la plaque d'ex- trémité de l'élément en volute fixe comporte une plaque de soupape comprenant une pluralité d'orifices de décharge re- liés à l'ouverture de décharge, et des soupapes de décharge adaptées indépendamment sur les orifices de décharge. Dans un mode de réalisation préférée, la plaque de soupape est fixée à la plaque d'extrémité de l'élément en volute fixe pour former un premier espace relié à l'ouver- ture de décharge et un second espace relié au premier es- pace L'élément en volute fixe comporte une chambre d'aspi- ration entre la plaque d'extrémité de l'élément en volute fixe et l'élément en volute à mouvement orbital, et un passage dans la plaque d'extrémité de l'élément en volute fixe de manière que le second espace soit relié à la cham- bre d'aspiration par le passage La plaque d'extrémité de l'élément en volute fixe comporte une soupape de non-retour dans le second espace afin de permettre une circulation à sens unique d'un réfrigérant dans le passage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description dé- taillée suivante des modes de réalisation préférée de la présente invention, référence étant faite aux dessins an- nexés, sur lesquels: La figure 1 est une élévation en coupe du compresseur à volutes selon la présente invention, La figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de l'élément en volute fixe représenté sur la figure 1, il- lustrant une plaque de soupape ajustée sur l'élément en vo- lute fixe, La figure 3 est une vue en plan de la plaque de soupa- pe ajustée sur l'élément en volute fixe, La figure 4 est une vue en plan de la plaque de soupa- pe représentée sur les figures 2 et 3, La figure 5 est une vue de dessous de la plaque de soupape, et La figure 6 est un graphique illustrant la comparaison du bruit mesuré dans le compresseur à volutes classique comportant une seule soupape de décharge et dans le com- presseur à volutes selon la présente invention. Des modes de réalisation de la présente invention vont être décrits avec référence aux dessins annexés Sur la fi- gure 1, un récipient fermé 1 comporte une enveloppe cylin- drique la à laquelle un moteur électrique 3 est fixé, un couvercle supérieur lb auquel un compresseur à volutes 2 est fixé, et une portion inférieure le comportant un réser- voir d'huile 40 Un châssis 4 fixé au compresseur à volutes 2 est placé sur la surface d'extrémité supérieure de l'en- veloppe cylindrique la Le châssis 4 est doté en son centre d'un palier 4 a formé d'un seul tenant avec lui et sup- portant un arbre d'entraînement 5 Le moteur électrique 3 comporte un stator 41 fixé à la surface interne de l'enve- loppe cylindrique la du récipient fermé 1, et un rotor 42 monté sur la portion de l'arbre d'entraînement 5 avec un espace d'air entre la surface interne du stator 41 et le rotor 42 Le compresseur à volutes 2 comporte un élément en volute fixe 7 et un élément en volute à mouvement orbital 8. L'élément en volute fixe 7 comporte une plaque d'ex- trémité du type disque 11 par laquelle l'intérieur du réci- pient fermé 1 est divisé en un espace supérieur 9 de haute pression et un espace inférieur 10 de basse pression, une paroi annulaire 12 se projetant vers le bord circonféren- tiel d'une surface de la plaque d'extrémité 11, et un en- roulement en spirale 13 entouré par cette paroi annulaire 12 et s'étendant verticalement à partir de la plaque d'ex- trémité 11 afin de présenter une forme de volute ou de presque volute en section transversale et une épaisseur constante La plaque d'extrémité 11 de l'élément en volute fixe 7 est dotée d'une ouverture de décharge 19 dans sa portion centrale La paroi annulaire 12 et l'enroulement 13 de l'élément en volute fixe 7 se projettent vers le bas. L'élément en volute à mouvement orbital 8 comporte une plaque d'extrémité 14, un enroulement en spirale 15 s'étendant verticalement à partir d'une surface de la pla- que d'extrémité 14 afin de présenter une forme de volute ou de presque volute en section transversale, et une tige 16 formée sur la portion centrale de la surface externe de la plaque d'extrémité 14 L'enroulement 15 de l'élément en vo- lute à mouvement orbital 8 s'étend vers le haut afin d'en- gager l'enroulement 13 de l'élément en volute fixe 7 en opposition et de former une pluralité d'espaces de compres- sion 17 sur la face interne des enroulements 13, 15 Les espaces de compression 17 s'amenuisent de la portion exter- ne à la portion interne pour comprimer le fluide réfrigé- rant dans une chambre d'aspiration 18 Un alésage à protu- bérance 20 est fourni à la portion d'extrémité supérieure de l'arbre d'entraînement 5 de manière que la tige 16 de l'élément en volute à mouvement orbital 8 puisse être in- sérée au dedans, le centre de l'alésage à protubérance 20 étant décalé latéralement par rapport l'axe de l'arbre d'entraînement 5 Un contrepoids 43 est formé d'un seul tenant avec une portion supérieure de l'arbre d'entraîne- ment 5 de telle manière qu'il est placé autour de l'alé- sage à protubérance 20 Un anneau Oldham 21 est adapté à être tourné selon une orbite circulaire de sorte que l'élé- ment en volute à mouvement orbital 8 ne tourne pas de ma- nière apparente autour de son propre axe relativement à l'élément en volute fixe 7 mais le long de l'orbite circu- laire Un passage d'aspiration 22 pour introduire un fluide réfrigérant dans le compresseur à volutes 2 est formé à la portion circonférentielle externe du châssis 4 Un tuyau d'aspiration 23 est ouvert dans la portion de l'intérieur du récipient fermé 1, à la position sous le moteur électri- que 3, et un tuyau de décharge 24 est raccordé au couvercle supérieur lb et ouvert dans l'espace supérieur 9 formé par le couvercle supérieur lb et la plaque d'extrémité 11 de l'élément en volute fixe 7. En se référant aux figures 2 à 5, une plaque de soupa- pe 25 est fixée à la plaque d'extrémité 11 de l'élément en volute fixe 7 La plaque de soupape 25 est dotée d'orifices de décharge 26, 27, 28, 29 et d'un premier espace 30 qui relie les orifices de décharge 26 à 29 à l'ouverture de décharge susmentionnée 19 de la plaque d'extrémité 11 La plaque de soupape 25 est dotée de soupapes de décharge 31, 32, 33, 34 pour fermer et ouvrir indépendamment les orifi- ces de décharge 26 à 29, et d'un second espace 36 adjacent au premier espace 30. Une soupape de non-retour 35 est disposée à la plaque d'extrémité 11 de l'élément en volute fixe 7, dans le se- cond espace 36 qui est relié au premier espace 30 La sou- pape de non-retour 35 permet une circulation à sens unique du fluide réfrigérant dans la chambre d'aspiration 18 par un passage 37 qui est formé dans la plaque d'extrémité 11 pour relier la chambre d'aspiration 18 au second espace 36 par l'intermédiaire de la soupape de non-retour 35, comme représenté sur la figure 2. Lorsque le moteur électrique 3 dans le compresseur à volutes ainsi construit est entralné, sa force de rotation est transmise à l'élément en volute à mouvement orbital 8 par l'intermédiaire de l'arbre d'entraînement 5 L'élément en volute à mouvement orbital 8 est entralné par la tige 16 insérée dans l'alésage à protubérance 20 dans l'arbre d'en- traînement 5 excentriquement par rapport à l'axe du même arbre 5, et il est ainsi tourné le long d'une orbite circu- laire de manière que la révolution apparente de l'élément en volute à mouvement orbital 8 autour de son propre axe relativement à l'élément en volute fixe 7 puisse être em- pêchée par l'anneau Oldham 21 Pendant ce temps, le volume des espaces de compression 17 formés par les éléments en volute fixe et à mouvement orbital 7, 8, respectivement, est progressivement réduit de la face externe à la face in- terne de l'espace de compression 17 afin de comprimer le fluide réfrigérant qui s'écoule du tuyau d'aspiration 23 dans l'espace inférieur à basse pression 10 du récipient fermé 1 et circule dans la passage d'aspiration 22 à la portion circonférentielle externe du chassis 4 et la cham- bre d'aspiration 18 via l'espace d'air entre le rotor 42 et le stator 41 dans le moteur électrique 3 Le réfrigérant comprimé circule de l'ouverture de décharge 19 de l'élément en volute fixe 7 à chacun des orifices de décharge 26, 27, 28, 29 par le premier espace 30 Par ouverture des soupapes de décharge 31, 32, 33, 34 le réfrigérant comprimé est dé- chargé dans l'espace supérieur 9 à haute pression puis éva- cué à partir du tuyau de décharge 24 jusqu'à l'extérieur du récipient fermé 1. En disposant indépendamment les soupapes de décharge 31,32, 33, 34 aux orifices de décharge 26, 27, 28, 29, res- pectivement, le réfrigérant comprimé dans l'espace de com- pression 18 est déchargé dans le premier espace 30 par l'intermédiaire de l'ouverture de décharge 19 puis déchargé par les orifices de décharge 26, 27, 28, 29 Les soupapes de décharge 31 à 34 sont ouvertes et fermées par le flux du réfrigérant avec une diminution du bruit par soupape en di- visant une seule soupape de décharge classique en la plura- lité de soupapes de décharge 31 à 34 de sorte que le mouve- ment d'ouverture/fermeture de chaque soupape ( 31 à 34) puisse être réduit Ainsi, le bruit issu de l'actionnement des soupapes pour fermer l'orifice de décharge peut être diminué. En outre, les orifices de décharge 26, 27, 28, 29, sont reliés à l'ouverture de décharge 19 par l'intermédiai- re du premier espace 30 et, en conséquence, le diamètre des orifices de décharge 26 à 29 peut être réduit et l'épais- seur des soupapes de décharge 31 à 34 peut être diminuée. Lors d'un fonctionnement normal du compresseur à volu- tes dans lequel l'élément en volute à mouvement orbital 8 tourne normalement, la soupape de non-retour 35 ferme le passage 37 de la plaque d'extrémité 11 par la différence de pression entre la pression élevée dans le second espace 36 qui est exercée par la pression du réfrigérant dans le pre- mier espace 30 et la basse pression dans le passage 37, si bien que le réfrigérant dans le premier espace 30 ne s'écoule pas dans le passage d'aspiration 22. Lors d'un fonctionnement anormal du compresseur à vo- lutes dans lequel l'élément en volute à mouvement orbital 8 tourne dans le sens inverse, le réfrigérant dans l'espace de compression 17 s'écoule de l'intérieur vers l'extérieur pour réduire la pression dans le premier espace 30 Lorsque la pression dans le premier espace 30 devient inférieure à celle dans le passage d'aspiration 22, la soupape de non- retour 35 est actionnée pour ouvrir le passage 37 afin de permettre au réfrigérant dans le passage d'aspiration 22 de s'écouler immédiatement dans l'espace de compression 17 par le premier espace 30 de manière que l'espace de compression ne devienne pas vide Ainsi, un contact anormal, forcé en- tre l'élément en volute fixe 7 et l'élément en volute à mouvement orbital 8 dû à la différence de pression entre le récipient fermé 1 et l'espace de compression 17 peut être empêché. La figure 6 illustre les données de bruit mesurées et obtenues au moyen d'un appareil de mesure de bruit connu spécifié par la norme industrielle japonaise (JIS)-C 1505, en comparant le bruit à une fréquence de bande d'1/3 d'oc- tave, pour le compresseur à volutes classique d'un seul orifice de décharge et le nouveau compresseur à volutes selon la présente invention La mesure du bruit a été ef- fectuée à la position de croisement à angle droit relati- vement au déplacement, ou sens de déplacement, de l'anneau Oldham 21 Sur la figure 6, le trait plein illustre le bruit dans le compresseur à volutes de la présente inven- tion au niveau de pression acoustique (N P A) et le trait en pointillé représente de même le bruit dans le compres- seur à volutes classique ne comportant qu'un orifice de décharge Comme représenté sur la figure 6, la structure à soupapes multiples du compresseur à volutes selon la pré- sente invention peut réduire le bruit de l'échelle A en di- minuant le son dans la plage de fréquences de 1000 à 2000 Hz. Selon la présente invention, la plaque de soupape com- portant une pluralité d'orifices de décharge est fixée à l'élément en volute fixe et des soupapes de décharge sont disposées aux orifices de décharge indépendamment et, en conséquence, le mouvement d'ouverture/fermeture peut être minimisé et l'épaisseur des soupapes de décharge peut être réduite, avec pour résultat que le bruit issu de l'action- nement des soupapes peut être diminué sans que ce soit au détriment de la résistance mécanique de la soupape. En outre, la soupape de non-retour adaptée à la plaque de soupape, qui peut être d'une structure simple, peut em- pêcher efficacement toute usure des éléments en volute qui se produit lorsque les éléments en volute sont tournés en sens inverse pour produire un vide dans l'espace de com- pression. REVENDICATIONS 1 Compresseur à volutes ( 2) comprenant: un élément en volute fixe ( 7) comportant une plaque d'extrémité () et un enroulement fixé à une surface de la- dite plaque d'extrémité ( 11) en une courbe en développante; un élément en volute à mouvement orbital ( 8) compor- tant une plaque d'extrémité ( 14) et un enroulement fixé à une surface de ladite plaque d'extrémité de l'élément en volute à mouvement orbital ( 8) en juxtaposition audit élé- ment en volute fixe ( 7) de manière que les enroulements ( 13, 15) des deux éléments en volute soient mutuellement embottés étroitement; ladite plaque d'extrémité ( 11) dudit élément en volute fixe ( 7) comportant une ouverture de décharge ( 19) pour permettre à un gaz comprimé d'être déchargé hors desdits enroulements ( 13, 15); dans lequel la plaque d'extrémité ( 11) dudit élément en volute fixe ( 7) comporte une plaque de soupape ( 25) com- prenant une pluralité d'orifices de décharge ( 26, 27, 28, 29) reliés à ladite ouverture de décharge ( 19), et des sou- papes de décharge ( 31, 32, 33, 34) adaptées indépendamment sur les orifices de décharge ( 26 à 29). 2 Compresseur à volutes selon la revendication 1, dans lequel ladite la plaque de soupape ( 25) est fixée à ladite plaque d'extrémité ( 11) dudit élément en volute fixe ( 7) pour former un premier espace ( 30) relié à ladite ouverture de décharge ( 19) et un second espace ( 36) relié audit pre- mier espace ( 30), ledit élément en volute fixe ( 7) compor- tant une chambre d'aspiration ( 18) entre ladite plaque d'extrémité ( 11) de l'élément en volute fixe ( 7) et ledit élément en volute à mouvement orbital ( 8) et un passage ( 37) dans ladite plaque d'extrémité ( 11) dudit élément en volute fixe ( 7) de manière que ledit second espace ( 36) soit relié à ladite chambre d'aspiration ( 18) par ledit il passage ( 37) , et dans lequel ladite plaque d'extrémité ( 11) de l'élément en volute fixe ( 7) comporte une soupape de non-retour ( 35) dans ledit second espace ( 36) afin de per- mettre une circulation à sens unique d'un réfrigérant dans le passage ( 37).