Brevet FR2662749A1 — publié le 19911206

L'invention concerne un système de palier conférant une certaine mobilité radiale à l'encontre de forces de rappel à un organe tournant reçu dans ce système et formé notamment par un tourillon. Dans un compresseur à spirale, les volumes enfermés ont la forme de croissants et sont définis entre les spires ou éléments de la spirale fixe et de la spirale tournante et leurs plaques d'extrémité ou flasques Les extrémités des croissants définissent des points de tangence ou de contact entre les spires des spirales fixe et tournante Ces points de tangence ou de contact sont transitoires en ce sens qu'ils se déplacent continûment vers le centre des spires pendant que les volumes enfermés continuent à diminuer en grandeur, jusqu'à ce qu'ils soient exposés à l'orifice de sortie. Ces points de tangence ou de contact représentent des points d'usure et de fuite, de sorte qu'il est souhai- table de permettre le mouvement radialement vers l'ex- térieur de la spirale tournante afin de maintenir sa spire en contact étanche avec celle de la spirale fixe. De plus, comme le volume enfermé peut contenir une quantité (généralement petite) de liquide, de réfrigé- rant et/ou d'huile, il est souhaitable de permettre le mouvement radialement vers l'intérieur de la spirale tournante afin de permettre une fuite à partir du ou des volumes enfermé(s) pour détendre toute pression exces- sive susceptible de s'établir. Une approche pour tenter de résoudre ce problème a consisté à utiliser un mécanisme à coussinet excentré pour former la liaison entre le vilebrequin et la spirale tournante. Une autre approche a consisté à utiliser une liaison à bielle oscillante entre la spirale tournante et le vilebrequin Un dispositif d'adaptation radiale à bloc coulissant est brièvement mentionné dans le brevet des Etats Unis 3 924 977 Selon ce brevet, la force centrifuge de la spirale tournante est utilisée pour actionner le mécanisme La ligne de mouvement de la spirale tournante suit la force centrifuge, c'est-à-dire la ligne s'étendant depuis le centre de gravité du contrepoids et passant par l'axe du vilebrequin au centre de la spirale tournante. Le vilebrequin est supporté par un palier de butée à son extrémité inférieure et est supporté dans le carter de vilebrequin par un palier de tourillon La spirale tournante possède un tourillon dont l'axe tourne autour de l'axe du vilebrequin pendant le fonctionne- ment Comme la liaison entre le tourillon de la spirale et le vilebrequin est réalisée par l'intermédiaire d'un bloc coulissant excentré qui doit être capable de se déplacer en direction radiale en vue de l'adaptation radiale pour assurer l'étanchéité et permettre des mouvements d'écartement en présence de quantités de li- quide, la combinaison des forces et des axes mutuelle- ment espacés a tendance à incliner le tourillon de la spirale et/ou le bloc coulissant Cette inclinaison provoque une charge sur les arêtes, donc des forces localisées, entraînant une usure excessive, et ainsi de suite. La présente invention apporte un mécanisme perfectionné à bloc coulissant d'adaptation radiale avec un palier flexible intégré Le mécanisme comprend une cavité de forme allongée dans l'extrémité du vilebrequin et un bloc disposé coulissant dans cette cavité Le bloc coulissant possède un alésage excentré destiné à rece- voir le tourillon de la spirale tournante et l'alésage est défini par un palier flexible intégré, c'est-à-dire réalisé d'un seul tenant avec le bloc coulissant. Selon l'invention, un mécanisme d'adaptation radiale, prévu en particulier dans un compresseur à spirale possédant un vilebrequin et une spirale tour- nante, le vilebrequin présentant un axe et une extrémité, est caractérisé en ce qu'il comprend une cavité de forme allongée ménagée dans l'extrémité du vilebrequin et traversée par l'axe du vilebrequin, un bloc coulissant reçu dans cette cavité et pouvant être animé, dans cette cavité, d'un mouvement alternatif qui est le seul mouvement relatif notable entre le bloc coulissant et le vilebrequin, un alésage pratiqué dans le bloc coulissant pour la réception d'un tourillon formé sur la spirale tournante et ayant un axe espacé de l'axe du vilebrequin et parallèle à lui, ainsi qu'un palier flexible réalisé d'un seul tenant avec le bloc coulissant, ce palier étant formé par l'alésage, lui- même défini par une pluralité de patins mutuellement espacés et définissant collectivement le palier fle- xible, les patins et le tourillon coopérant pour per- mettre l'inclinaison relative entre la spirale tournante et le vilebrequin sans provoquer une charge sur les arêtes lorsque le vilebrequin tourne autour de son axe en entraînant la spirale tournante. Fondamentalement, le bloc coulissant tourne avec le vilebrequin et par rapport au tourillon de la spirale tournante, laquelle est entraînée suivant une trajectoire de révolution par rapport l'axe de rotation du vilebrequin Le tourillon est reçu dans un alésage du bloc coulissant et cet alésage est défini par un palier flexible formé dans ce bloc et réalisé d'un seul tenant avec lui Le bloc peut effectuer un certain mouvement, de type coulissant, dans la cavité L'amplitude du mouvement permis sera généralement de l'ordre de 0,25 à 2,5 mm De plus, le palier flexible permet un certain mouvement d'inclinaison du tourillon ou du bloc coulis- sant, sans que cela provoque le mouvement de l'autre de ces deux éléments, de sorte que la charge sur les arêtes est réduite. Pour que l'invention puisse être mieux com- prise, il y a lieu de se reporter maintenant à la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'une partie d'un compresseur à spirale utilisant le mécanisme à bloc coulissant selon l'invention, la coupe corres- pondant à la ligne 1-1 de la figure 2; la figure 2 est une coupe du mécanisme à bloc coulissant suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus du bloc coulissant; la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3; la figure 5 est une coupe prise suivant la ligne 55 de la figure 4; et la figure 6 est une vue développée prise suivant la ligne 6-6 de la figure 5. Sur la figure 1, la référence 10 désigne globalement un compresseur à spirale qui est seulement représenté en partie Le compresseur 10 comporte une spirale tournante 12 avec une spire 12-1 et une spirale fixe 14 avec une spire 14-1 La spirale tournante 12 possède un tourillon 12-2 reçu dans un alésage 20-1 d'un bloc coulissant 20 La ligne A-A représente l'axe d'un vilebrequin 30, tandis que la ligne B-B représente à la fois le centre de la spirale tournante 12 et l'axe de l'alésage 20-1 Lorsqu'on se reporte plus particulière- ment aux figures 3-6, le bloc coulissant 20 présente des faces planes 202 et 3 et l'axe B-B de l'alésage 20-1 apparaît comme un point B L'alésage 20-1 est formé d'une pluralité de patins flexibles 24 qui sont mutuel- lement espacés axialement et circonférentiellement Ces patins peuvent être en T avec des parties transversales ou traverses 24-1 et ils définissent collectivement l'alésage 20-1 de même qu'un palier flexible Les traverses 24-1 sont dirigées vers l'intérieur de l'alé- sage et sont reliées au reste du bloc coulissant 20 par des parties de liaison ou attaches 24-2 On notera que les patins 24 sont formés en réalisant des saignées axiales 24-3 et une saignée circonférentielle 24-5 dans le bloc coulissant 20; pendant le fonctionnement, ces saignées 24-3 et 5 ont tendance à se remplir de lubri- fiant Les saignées axiales 24-3 sont notamment orien- tées radialement vers l'extérieur, à partir de l'alésage -1, généralement suivant un plan espacé d'un plan tangent à cet alésage De même, les saignées 24-3 isolent les patins 24 de parties en retrait 24-4 qui ne viennent pas en contact avec le tourillon 12-2, comme c'est le cas pour les patins 24 Ainsi que cela est représenté le mieux sur la figure 6, la saignée circon- férentielle 24-5 divise l'alésage 20-1 axialement en 1 -patins 24 et parties en retrait 24-4 supérieurs et inférieurs Les traverses 24-1 des patins 24 peuvent être revêtues ou garnies de métal antifriction, bronze au plomb, alliage d'aluminium, polymères tels que "Vespil", Téflon" et composés pour paliers à base de "Téflon" afin de réduire les forces de frottement. La figure 2 montre le mieux que le bloc coulissant 20 est reçu dans une cavité 30-1 de forme allongée du vilebrequin 30 de manière que les faces planes 20-2 et 3 du bloc puissent venir en contact avec des faces planes 32 et 33 respectivement de la cavité -1 Le bloc coulissant 20 tourne conjointement comme une unité avec le vilebrequin 30 Un mouvement alterna- tif du bloc coulissant 20 dans la cavité 30-1 est le seul mouvement relatif notable du bloc 20 par rapport au vilebrequin 30 pendant le fonctionnement et ce mouvement est généralement de l'ordre de 0,25 à 2,5 mm tout au plus Plus précisément, le bloc coulissant 20 est supporté dans la cavité 30-1 de manière que la face plane 20-2 soit en contact avec la face plane 30-2, lesquelles sont parallèles à un plan défini par les axes A-A et B-B, lesquels apparaissent comme des points A et B respectivement sur les figures 2 et 3. Au cours du fonctionnement, pendant que le vilebrequin 30, le contrepoids 32 et le bloc coulissant 20 tournent ensemble autour de l'axe A-A du vilebrequin , la force centrifuge agissant sur le bloc 20 provoque le mouvement de ce bloc radialement vers l'extérieur dans la cavité 30-1, par rapport à A-A et le long du plan défini par les axes A-A et B-B Le contact mutuel des faces planes 22 et 32, lesquelles sont parallèles au plan défini par A-A et B-B, facilite le mouvement du bloc coulissant 20 Pendant que le bloc 20 se déplace, il entraîne avec lui le tourillon 22 donc aussi la spirale tournante 12 Sous réserve du mouvement du bloc coulis- sant 20 par suite de la force centrifuge et des forces exercées par les gaz sur la spire 12-1, d'un mouvement éventuel dû au passage par-dessus une quantité de liquide, d'un changement de trajectoire à l'intérieur des limites du jeu du palier ou analogue, le bloc 20 se déplace de manière générale comme une unité avec le vilebrequin 30. Pendant que le vilebrequin 30 tourne, de l'huile de la cuvette-carter à huile (non représentée) est forcée dans un perçage excentré 30-4 d'orientation générale axiale, qui agit comme une pompe centrifuge Le lubrifiant pompé pénètre dans la cavité 30-1 et s'écoule dans la rainure axiale 20-4 o elle lubrifie le touril- lon 20-2 et les patins 24 Pendant que le vilebrequin 30 et le bloc coulissant 20 tournent, le tourillon 20-2 et la spirale tournante 12 sont maintenus sur une trajec- toire de révolution par un anneau d'Oldham 28 Par suite, la rainure 20-4 balaie la surface cylindrique du tourillon 12-2 en la lubrifiant Plus spécialement, ainsi qu'il a été mentionné précédemment, les axes A et B sont espacés l'un de l'autre, avec le résultat que les charges sur la spirale tournante 12 agissent en porte-à- faux par rapport au vilebrequin 30 Dans le système classique, il en résulte une charge sur les arêtes du palier Le tourillon 12-2 peut seulement venir en contact avec les traverses 24-1 des patins 22 et non pas avec les parties en retrait 24-4 entre les patins. Cependant, comme les attaches 24-2 permettent la flexion des patins 24, ceux-ci, en fléchissant, peuvent s'alig- ner avec le tourillon 12-2, pendant que le bloc coulis- sant 20 reste aligné dans la cavité 30-1 sans applica- tion d'une charge sur les arêtes En fait, le fléchis- sement des patins 24 consiste en un fléchissement d'un ou plusieurs patins 24 au sommet d'un côté de l'alésage -1 et un fléchissement correspondant de patins 24 sur le fond de l'alésage 20-1, diamétralement à l'opposé des autres patins 24 fléchis Le fléchissement tournera dans le cercle des patins 24 définissant l'alésage 20-1 pendant la rotation du vilebrequin 30 Le fléchissement des patins 24 contribue en outre à créer un meilleur effet de coin, produisant à son tour de meilleures épaisseurs du film d'huile, ce qui augmente la capacité de charge et la durée de service du palier Le lubri- fiant amené à la cavité 30-1 assure également le grais- sage du palier 34 et de la spirale tournante 12. Bien qu'un mode de réalisation préféré de l'invention ait été représenté et décrit, d'autres modifications viendront à l'esprit de l'homme du métier. Par exemple, bien que l'invention ait été décrite relativement à un palier situé dans un organe mobile avec laquelle il est réalisé d'un seul tenant, c'est-à- dire le bloc coulissant, le palier pourrait également être situé et intégré dans un organe fixe L'invention n'est donc pas limitée aux formes de réalisation dé- crites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Mécanisme d'adaptation radiale prévu en particulier dans un compresseur à spirale ( 10) possédant un vilebrequin ( 30) et une spirale tournante ( 12), le vilebrequin présentant un axe (A-A) et une extrémité, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité ( 30-1) de forme allongée ménagée dans l'extrémité du vilebrequin ( 30) et traversée par l'axe (A-A) du vilebrequin, un bloc coulissant ( 20) reçu dans cette cavité et pouvant être animé, dans cette cavité, d'un mouvement alternatif qui est le seul mouvement relatif notable entre le bloc coulissant et le vilebrequin, un alésage ( 20-1) pratiqué dans le bloc coulissant ( 20) pour la réception d'un tourillon ( 12-2) formé sur la spirale tournante ( 12) et ayant un axe (B-B> espacé de l'axe (A-A) du vilebrequin ( 30) et parallèle à lui, ainsi qu'un palier flexible réalisé d'un seul tenant avec le bloc coulissant ( 20), ce palier étant formé par l'alésage ( 20-1), lui-même défini par une pluralité de patins ( 24 > mutuellement espacés et définissant collectivement le palier fle- xible, les patins et le tourillon ( 12-2) coopérant pour permettre l'inclinaison relative entre la spirale tournante et le vilebrequin sans provoquer une charge sur les arêtes lorsque le vilebrequin tourne autour de son axe en entraînant la spirale tournante. 2 Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 1, dans lequel les patins sont d'un seul tenant avec le bloc coulissant ( 20) et comportent chacun une traverse ( 24-1) dirigée vers l'intérieur de l'alé- sage et reliée au reste du bloc coulissant par une partie de liaison ou attache ( 24-2). 3 Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 1, dans lequel les patins sont mutuelle- ment espacés circonférentiellement et séparés par des zones en retrait ( 24-4). 4 Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 1, dans lequel les patins ( 24) sont d'un seul tenant avec le bloc coulissant ( 20) et sont formés par une pluralité de saignées axiales ( 24-3) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de l'alésage ( 20-1) et généralement suivant un plan espacé d'un plan tangent à cet alésage. Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 4, dans lequel les patins sont formés en outre par une saignée circonférentielle ( 24-5) s'éten- dant radialement vers l'extérieur à partir de l'alésage ( 20-1). 6 Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 1, dans lequel les patins ( 24) sont mutuellement espacés axialement et radialement. 7 Mécanisme d'adaptation radiale selon la revendication 1, dans lequel les patins ( 24) ont une surface à faible friction.