Brevet FR2661457A1 — publié le 19911031

- Il est connu de construire des compresseurs à vis unique du type décrit par exemple dans le brevet français 1 331 998, utilisant deux glissières symétriques pour régler le débit du compresseur, comme décrit par exemple dans le brevet français 4 074 957. Ces glissières sont largement utilisées, particulièrement pour des compresseurs frigorifiques Le dispositif usuel consiste à relier ces deux glissières par un étrier, et de faire tirer ou pousser ledit étrier par un piston, de sorte que les glissières se déplacent de concert. Ceci représente une solution coûteuse, car elle oblige de prévoir, dans le compresseur, la longueur suffisante au dépla- cement de l'étrier; dans des machines frigorifiques, il est en effet préférable de maintenir tous les éléments à l'inté- rieur de l'enveloppe pour éliminer les joints, sources possibles de fuites. La présente invention se rapporte à un compresseur à vis unique équipé de deux glissières de réglage de débit, chaque glissière étant mue par un piston, chaque piston coopérant avec un ressort caractérisé en ce que les ressorts exercent des poussées sensiblement égales pour des positions identiques des glissières et que les deux cavités des pistons sont en relation hydraulique à travers des tubulures. Les ressorts agissent en effet comme indicateurs linéaires de position, si l'un venait à être plus comprimé que l'autre il créerait une pression supérieure sur le piston correspon- dant et, comme les deux pistons sont connectés hydraulique- ment, ceci pousserait l'autre piston jusqu'à égaliser leurs niveaux. Ce montage est très compact, car le ressort peut en pra- tique être disposé à l'intérieur de la course du piston et ne requiert pas de place supplémentaire, comme le ferait un étrier. Mais ceci conduit à quelques résultats inattendus. Dans la plupart des cas, et pour des raisons constructives diverses, ces compresseurs ont leur arbre d'entraînement du côté de l'aspiration du compresseur; en conséquence, l'étrier est très difficile à installer de ce côté, et on le trouve donc disposé du côté haute pression du compresseur. 2 - Avec la présente invention, on peut installer le piston du côté basse pression avec les avantages suivants: le piston pousse la glissière au lieu de la tirer; tirer implique de solidariser, et d'aligner convenablement les éléments en cause, ce qui est plus compliqué que de pousser simplement, le piston se trouvant du côté de l'aspiration, dans des compresseurs injectés dont le liquide d'injection est le réfrigérant, l'aspiration est très froide, étant pratiquement à la pression d'évaporation Pour mouvoir le piston, il est commode d'utiliser le même liquide, mais à haute pression, c'est-à-dire issu du condenseur Comme ce liquide sous pres- sion se trouve, de par la conductivité du piston, considéra- blement sous-refroidi, il ne se volatilisera pas de façon explosive lorsque, par exemple, le piston se trouve progressi- vement vidé pour faire varier le débit Si le piston se trou- vait placé du côté haute pression du compresseur, qui est à la pression d'échappement, ledit sous-refroidissement ne se pro- duirait pas naturellement et le liquide aurait tendance à "flasher", empêchant ainsi le piston de se mouvoir et conduisant à l'instabilité du piston En d'autres termes, la présente invention facilite grandement la commande des glis- sières par l'utilisation de réfrigérant liquide pour mouvoir les pistons, contribuant ainsi à l'élimination de l'huile et des problèmes qui y sont associés. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous et du dessin associé, donné à titre d'exemple non-limitatif et o: la figure 1 représente la coupe d'un compresseur selon l'invention la figure 2 représente le schéma des connexions de fluide relatives à la figure 1. On reconnaît sur la figure 1 la coupe d'un compresseur conforme à l'invention Il comporte une vis 1 engrenant avec deux pignons symétriques, non représentés, et tournant dans un carter 2 qui contient deux glissières 3 et 4 construites par exemple comme indiqué dans le brevet français 2 562 167. 3 - La vis est entraînée par un arbre 5 du côté de l'aspira- tion, l'aspiration n'étant pas représentée mais se faisant par exemple, d'une façon bien connue, par l'un des pignons Les deux échappements 6 et 7 sont reliés à la tubulure d'échap- pement 8. Chaque glissière 3 et 4 se trouve poussée respectivement par le piston 9 et 10, par l'intermédiaire des tiges 11 et 12. Les cavités 13 et 14 derrière les pistons peuvent être rem- plies ou vidées par les tubes 15 et 16. A l'intérieur desdites cavités sont disposés les ressorts 17 et 18. La figure 2 montre qu'un tube 19 est raccordé à l'échappe- ment du compresseur et peut être relié, à travers un disposi- tif de coupure 20, par exemple une vanne électrique commandée, aux tubes 15 et 16. Les tubes 15 et 16 peuvent également être reliés, à tra- vers la vanne électrique commandée 21, à l'aspiration du com- presseur par un tube 22. Le système fonctionne alors comme suit Quand il faut augmenter le débit du compresseur, on ouvre électriquement la vanne 21 Les glissières 3 et 4, poussées par le gaz en cours de compression, repoussent les tiges 11 et 12 et les pistons 9 et 10; sous cette pression, les cavités 13 et 14 se vident dans l'aspiration du compresseur à travers les tubes 15, 16 et 22 La vanne électrique 20 se trouve fer- mée dans ce cas. A l'inverse, lorsqu'il faut diminuer le débit du compres- seur, la vanne 21 est fermée et la vanne 20 ouverte, alimen- tant ainsi les cavités avec du gaz comprimé et/ou du liquide mélangé au gaz comprimé si le compresseur est refroidi par injection de réfrigérant liquide. Dans les deux cas, il est important que les deux glis- sières se trouvent sensiblement à la même position; elles ne sont en fait pas reliées mécaniquement et le rendement du com- presseur serait très dégradé si par exemple l'une était à plein débit alors que l'autre restait à débit minimal En outre, cela créerait, sans nécessité, un effort radial sur la vis en raison de la compression asymétrique. 4 - C'est pour éviter cette éventualité que les deux ressorts 17 et 18 ont été installés, tandis qu'autrement ils ne sont pas nécessaires, par exemple lorsqu'on utilise de telles glis- sières de façon asymétrique comme décrit dans le brevet améri- cain N O 4 261 691. Si une des glissières se déplaçait plus rapidement que l'autre, lorsque le remplissage ou de l'évacuation de la cavité s'achève, les ressorts, construits avec des caractéris- tiques semblables, seraient de longueur différente, et ils créeraient une pression différentielle qui, à travers la com- munication entre les tubes 15 et 16, pousserait les glissières jusqu'à égaliser leurs positions. Des valeurs typiques pour parvenir à ce résultat sont les suivantes: la surface des pistons est sensiblement double de la section droite de la glissière exposée à la pression d'échappement; les ressorts, complètement comprimés, créent une poussée sensiblement égale à la moitié de la poussée axiale créée sur la face avant de la glissière par le gaz com- primé; ces ressorts, lorsqu'ils sont à pleine extension, exercent une poussée sensiblement moitié de celle qu'ils exer- cent entièrement comprimés. Dans ces conditions, avec des glissières construites selon les enseignements du brevet français 2 562 167, qui ont un faible coefficient de frottement, on parvient à égaliser la position des glissières sans différence de position appré- ciable, ce qui affecterait le rendement et créerait une pous- sée asymétrique appréciable sur la vis. Ce système est extrêmement compact puisque les ressorts sont pratiquement logés à l'intérieur de la course du piston. Même s'il y a peu de place du côté de l'aspiration en raison de la proximité du moteur, en particulier s'il s'agit d'un mo- teur électrique semi-hermétique, il est alors possible de conserver les pistons du côté aspiration du compresseur, la paroi extérieure des pistons eux-mêmes étant entourée de liquide à la température d'évaporation lorsque le compresseur est injecté de réfrigérant liquide issu du condenseur. C'est pourquoi le gaz et/ou le liquide provenant du tube 19 à la pression d'échappement se trouve sous-refroidi à la - température d'aspiration et, lorsque la vanne 21 s'ouvre, il ne "flashe" pas. Si ces pistons devaient être installés du côté opposé, ils pourraient encore fonctionner avec un liquide auxiliaire, comme de l'huile, mais pas avec du réfrigérant liquide, puisque le liquide dans la cavité serait réchauffé à travers les parois du cylindre et il serait difficile, voire impos- sible de l'empêcher de "flasher" lorsqu'on ouvre la vanne 21. Ainsi l'invention contribue à éliminer l'huile du système et à utiliser le condensat du réfrigérant comme vecteur de la pres- sion qui meut les glissières. On notera que l'invention ne serait pas changée si les ressorts étaient disposés, non dans les cavités, mais du côté opposé des pistons; ou si les pistons étaient disposés du côté de l'échappement, mais utilisaient de l'huile par exemple et non du réfrigérant liquide; ou si les ressorts, tout en n'étant pas identiques, avaient des longueurs et aussi des raideurs différentes, tout en exerçant pour la même position axiale de la glissière une poussée axiale semblable; ou si les cavités étaient remplies d'un vecteur de pression diffé- rent du gaz comprimé issu du tube 19, par exemple si on les remplissait de liquide sous pression issu du condenseur; ou si les tubes 15 et 16 n'étaient pas en communication perma- nente, mais seulement pendant le mouvement des glissières et/ou peu après. Dans tous les cas, les ressorts et la communication hydraulique entre les cavités procureraient un moyen écono- mique, compact et fiable pour égaliser la position des glissières. La figure 2 représente une solution améliorée dans laquel- le les vannes électriques 23 et 24 communiquent avec les tubes et 16 à travers des étranglements 23 et 24 Ces étrangle- ments assurent en outre que, lorsque l'une des vannes s'ouvre, les débits à travers les étranglements s'égalisent; et si une des glissières rencontre un frottement plus élevé que l'autre, les deux glissières-se déplaceront néanmoins à peu près en synchronisme, même pour de petits déplacements De tels étran- glements se réalisent commodément en matériau fritté. 6 - Un autre perfectionnement consiste à s'assurer qu'au démarrage les deux glissières se positionnent à débit mini- mal; à cet effet, les étranglements 23 et 24 sont temporaire- ment court-circuités par une vanne électrique 25 alimentant les tubes 15 et 16 et assurant que la pression sur les pistons est sensiblement égale à la pression d'échappement On notera qu'avec un tel système il serait possible d'installer les res- sorts de l'autre côté du piston, puisque la pression sur le piston au démarrage peut surpasser la pression sur la glis- sière et la poussée du ressort. Dans certains cas, o la charge du moteur au démarrage ne pose pas problème et o on préfère démarrer le compresseur à pleine charge pour limiter l'accélération fournie par le moteur, il est même préférable d'avoir les ressorts du côté opposé à celui représenté figure 1, de maintenir la vanne 21 ouverte et la vanne 20 fermée; dans ce cas, la vanne 25 est superflue. 7 - Revendications 1 Compresseur à vis unique équipé de deux glissières de réglage de débit ( 3 et 4), chaque glissière étant mue par un piston ( 9 et 10), chaque piston coopérant avec un ressort ( 17 et 18) caractérisé en ce que les ressorts ( 17 et 18) exercent des poussées sensiblement égales pour des positions identiques des glissières ( 3 et 4) et que les deux cavités ( 13 et 14) des pistons sont en relation hydraulique à travers des tubulures ( 15 et 16). 2 Compresseur à vis unique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes ( 15 et 16) connectés aux cavi- tés des pistons ( 13 et 14) sont munis d'étranglements ( 23 et 24) et que ces étranglements sont les mêmes pour les deux pistons. 3 Compresseur à vis unique selon la revendication 2 o les pistons ( 9 et 10) sont situés du côté de l'aspiration du compresseur, poussent sur les glissières, et o les ressorts sont situés du même côté du piston que les cavités contenant le vecteur de pression des pistons, caractérisé en ce que les cavités des pistons sont directement reliées par des tubu- lures, court-circuitant les étranglements ( 23 et 24) à l'échappement ( 8) du compresseur à travers une tubulure munie d'un dispositif de fermeture ( 25), ledit dispositif se trou- vant fermé en règle générale, mais ouvert pendant un certain laps de temps au démarrage du compresseur.