Brevet FR2668211A1 — publié le 19920424

Résonateur pour compresseur rotatif hermétique L'invention concerne un compresseur rotatif hermétique destiné à des applications de conditionnement d'air En particulier, cette invention concerne un résonateur pour un compresseur rotatif hermétique, susceptible de réduire le bruit dans une certaine mesure. La meilleure méthode pour réduire le bruit des compresseurs est d'agir sur la source du bruit, c'est-à- dire en diminuant les composantes à haute fréquence des pulsations du gaz. Dans le passé, on a utilisé des moyens tels que des silencieux, des résonateurs d'Helmholtz et des orifices pour assurer la réduction du bruit On n'utilie les silencieux et les orifices que comme composants de compresseurs rotatifs, du fait des grandes dimensions normalement nécessairespour obtenir une réduction de bruit adéquate. Comparés à ceuxci, un résonateur peut conduire à des paramètres physiques de réalisation adéquats pour obtenir une réduction de la pulsation du gaz Cependant, concevoir un résonateur avec une fréquence centrale donnée recherchée et une bande de fréquences, pour une réduction de bruit souhaitée d'une certaine ampleur, est également sujette à des limitations géométriques diverses, pour pouvoir être installé dans un espace limité dans le compresseur Un résonateur est composé d'une chambre et d'un canal d'entrée qui lui est relié Le canal fait communiquer la chambre de résonateur et la chambre de compression Le fluide dans le canal d'entrée agit à la façon d'une masse, tandis que celui de la chambre agit à la façon d'un ressort Ainsi, le volume de la chambre et l'aire de la section transversale et la longueur du canal d'entrée sont des paramètres qui déterminent la fréquence centrale recherchée et la largeur de bande, pour une certain ampleur souhaitée de réduction de bruit. En augmentant le volume du résonateur, on augmente la bande de fréquences pour une certaine valeur souhaitée de réduction du bruit Il faut ainsi rendre maximale la bande de fréquences, avec un certain effet de réduction de bruit, tout en minimisant les pertes de rendement. Par conséquent, il a été demandé et jugé souhaitable de proposer un procédé de réalisation d'un résonateur de structure appropriée qui ne se limite pas à la géométrie, tout en produisant une fréquence centrale recherchée et une bande de fréquences, avec une certaine valeur de réduction de bruit souhaitée. Par conséquent, un objet de l'invention est de proposer un résonateur pour un compresseur rotatif hermétique, dans lequel le bruit est réduit dans une proportion maximale, par une absorption efficace des composantes à haute fréquence de la pression dans le cylindre. Un autre objet de l'invention est de proposer un résonateur, pour un compresseur rotatif hermétique, qui soit en mesure de rendre maximale la réduction du bruit, sans compromettre la performance du compresseur. Encore un autre objet de l'invention est de proposer un résonateur, pour un compresseur rotatif, dans lequel on puisse donner un grand volume au résonateur, dans un espace ou une zone donnée restreinte. Selon l'invention, les objets ci-dessus peuvent être atteints en proposant un compresseur rotatif hermétique, comprenant un moteur électrique, monté rigidement dans le compresseur, un cylindre, situé en- dessous dudit moteur et pourvu d'un arbre excentrique qui s'étend dans ledit cylindre, ledit arbre étant relié à l'arbre du moteur, un piston, monté sur l'arbre excentrique et disposé dans le cylindre de telle façon qu'un espace soit ménagé entre la surface intérieure du cylindre et la surface extérieure du piston, une palette coulissante, montée coulissante dans le cylindre et agencée pour diviser ledit espace en une chambre d'aspiration et une chambre de compression, des brides de palier supérieure et inférieure, boulonnées aux deux extrémités verticales du cylindre, respectivement, un orifice d'évacuation, formé dans la bride supérieure et agencé pour évacuer le gaz comprimé dans la chambre de compression à l'intérieur du compresseur, et un espace résonateur, ménagé sur la surface inférieure de ladite bride supérieure, pour communiquer avec ledit orifice de décharge au moyen d'un canal d'entrée ménagé entre l'espace résonateur et l'orifice d'évacuation, le compresseur étant caractérisé par le fait que ledit canal d'entrée présente une surface conique qui diverge vers l'espace résonateur, de façon à former une entrée étroite, reliée à l'orifice d'évacuation, et une sortie large, reliée à l'espace résonateur, et que l'espace résonateur comprend deux chambres de résonateur de niveaux différents. D'autres buts et aspects de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de plusieurs formes de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels La figure i représente une vue en coupe de la structure générale d'un compresseur rotatif hermétique auquel cette invention est appliquée; la figure 2 est une vue en coupe transversale du compresseur de la figure 1, illustrant le principe de fonctionnement de cette invention; la figure 3 est une vue de dessous d'une bride de palier supérieure du compresseur; la figure 4 est une vue schématique à plus grande échelle d'un résonateur selon l'invention; la figure 5 est une vue en coupe de la bride de palier supérieure représentée sur la figure 3; la figure 6 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, de la bride de palier supérieure, représentant le résonateur selon l'invention; la figure 7 est un graphique illustrant la perte de transmission en fonction de l'angle de divergence d'un canal d'entrée selon l'invention; la figure 8 est un graphique illustrant la largeur de la bande de fréquences nécessaire pour obtenir une réduction de bruit de 10 d B, en fonction de l'angle de divergence du canal d'entrée; la figure 9 est un graphique représentant la fréquence centrale du résonateur en fonction de l'angle de divergence du canal d'entrée; la figure 10 est un graphique illustrant la différence du niveau de bruit moyen entre deux cas, équipé et non équipé d'un résonateur selon l'invention; la figure Il est un graphique illustrant l'analyse en fréquence de la pulsation du gaz à l'intérieur d'un cylindre, en cas d'absence de résonateur selon l'invention; et la figure 12 est un graphique illustrant l'analyse en fréquence de la pulsation du gaz à l'intérieur du cylindre, dans le cas de la présence d'un résonateur selon l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe de la structure générale d'un compresseur rotatif hermétique auquel cette invention est appliquée Comme représenté sur le dessin, le compresseur 1 comprend un moteur électrique 2 fixé à l'intérieur Un cylindre 3 est placé au-dessous du moteur 2 Un arbre excentrique 4 relié à l'arbre du moteur 2 s'étend dans le cylindre 3 Un piston 5 est monté sur l'arbre excentrique 4 et est disposé dans le cylindre 3 de façon qu'un espace 6 soit ménagé entre la surface intérieure du cylindre 3 et la surface extérieure du piston 5 L'espace est divisé en une chambre d'aspiration 6 ' et une chambre de compression 6 ', au moyen d'une palette coulissante 7, montée coulissante dans le cylindre 3, comme représenté sur la figure 2 Des brides de palier supérieure et inférieure 8 et 9 sont respectivement boulonnées sur les deux extrémités verticales du cylindre 3 Un orifice 10 d'évacuation verticale est formé sur la bride supérieure 8, de façon à évacuer le gaz comprimé à l'intérieur du compresseur 1 La bride supérieure 8 est également pourvue, sur sa surface inférieure, d'une gorge radiale qui communique avec l'orifice d'évacuation 10 La gorge ménage, avec la surface supérieure du cylindre 3, un espace résonateur 11 Un canal d'entrée 12 est prévu-pour mettre en communication l'espace résonateur 11 et l'orifice d'évacuation 10. Selon l'invention, le canal d'entrée 12 présente une surface conique 12 ' qui diverge en direction de l'espace résonateur 11, de façon à former une entre étroite, reliée à l'orifice d'évacuation 10, et une sortie large, reliée à l'espace résonateur 11, comme représenté sur la figure 4. Cette divergence du canal d'entrée 12 entraîne une réduction efficace du bruit, comme décrit ci-dessous Par ailleurs, l'espace résonateur 11 comprend deux chambres de résonateur lla et llb, de différents niveaux ou profondeurs, comme représenté sur la figure 6 Le niveau de la seconde chambre de résonateur llb est supérieur à celui de la première chambre de résonateur lla Cette construction à deux niveaux permet de rendre maximale la réduction de bruit et de minimiser le manque d'efficacité du résonateur, comme décrit ci-dessous. La figure 7 illustre le fait qu'une variation de l'angle de divergence du canal d'entrée 12 produise une modification de la fréquence centrale et de la bande de fréquences d'un niveau donné de réduction de bruit. Lorsque l'angle augmente, la courbe se déplace suivant le tracé 1 2 3 4 En d'autre termes, lorsque l'angle de divergence du canal d'entrée 12, vers l'espace résonateur 11, augmente, la fréquence centrale se déplace vers les hautes fréquences et la largeur de la bande de fréquences, pour une certaine réduction du bruit, augmente Ces variations peuvent se manifester, même dans les cas de volume constant de l'espace de résonateur ou d'aire de section transversale et de longueur constantes du canal d'entrée. Pour élargir la bande de fréquences, à un certain niveau de réduction de bruit, il est nécessaire d'augmenter le volume de l'espace résonateur Cependant, l'augmentation dégrade le rendement volumétrique du compresseur Ainsi, il est nécessaire de réduire le bruit sans sacrifier la performance et cela peut être accompli en faisant diverger le canal d'entrée en direction de l'espace résonateur L'augmentation de la divergence conduit à une bande de fréquences plus large, ce qui produit une réduction maximale du bruit, tout en rendant le volume de résonateur insensible à la performance du compresseur (capacité et rendement énergétique) Par conséquent,un résonateur avec un canal d'entrée divergent est plus efficace pour réduire le bruit du compresseur, pour un niveau de réduction de bruit donné. De plus, l'espace nécessaire pour implanter le résonateur est très limité, à proximité de la zone de l'orifice d'évacuation, et cela limite géométriquement la conception d'un résonateur efficace Le fait que l'angle de divergence du canal d'entrée, vers l'espace résonateur, produise un déplacement de la fréquence centrale vers les fréquences plus élevées, constitue un avantage important dans la conception d'un résonateur. Pour déplacer la fréquence centrale recherchée vers les plus hautes fréquences, il faut soit raccourcir le canal d'entrée soit élargir l'aire de la section transversale de l'entrée du canal Cependant, la mise en oeuvre de ces deux modifications crée des variation de tolérance dans le canal d'entrée, suite à l'effet de pénétration et aux effets de friction provoqués par l'augmentation de la surface du canal d'entrée, ce qui conduit à une moindre efficacité de la réduction du bruit. Bien que le déplacement de la fréquence centrale recherchée vers les plus hautes fréquences puisse être réalisé par une réduction du volume de l'espace résonateur, il y a également réduction de la largeur de la bande de fréquences, avec un certain niveau de réduction de bruit. La figure 8 illustre le fait que la bande de fréquences, pour un niveau donné de réduction de bruit (par exemple 10 d B), puisse être élargie en augmentant l'angle de divergence du canal d'entrée, selon l'invention Cela montre l'augmentation de l'efficacité de la réduction de bruit en fonction de la largeur de bande de fréquences avec un certain niveau de bruit, grâce à la divergence du canal d'entrée. La figure 9 illustre le déplacement de la fréquence centrale recherchée en fonction de la variation de l'angle de divergence du canal d'entrée En cas d'absence de divergence dans le canal d'entrée, comme dans l'art antérieur, la fréquence centrale recherchée du résonateur est proportionnelle à la racine carrée de l'aire de la section transversale du canal d'entrée, divisée par la valeur obtenue en multipliant la longueur effective (c'est-à-dire la longueur effective du canal plus une valeur ajustée pour l'effet de pénétration) par le volume de l'espace résonateur La figure est tracée pour une valeur constante des éléments ci-dessus, de manière à illustrer le fait que lorsque l'angle de divergence augmente, il en est de même pour la fréquence centrale, indépendamment des autres paramètres (volume, longueur et aire de section transversale du canal d'entrée). La figure 10 illustre la différence du niveau de bruit par échantillon moyenné sur cinq, découpé par bande de tiers d'octave, avec et sans résonateur selon l'invention On peut voir d'après la figure que la différence dans le niveau moyen de bruit se fait sentir remarquablement dans les hautes fréquences. Les figures 11 et 12 illustrent une analyse en fréquence de la pulsation de gaz se produisant à l'intérieur de la chambre de cylindre, respectivement avec et sans résonateur selon l'invention La pulsation du gaz à l'intérieur de la chambre de cylindre agit comme cause principale du bruit du compresseur On y voit l'illustration du fait que le résonateur selon l'invention réduit la pulsation du gaz dans une plage de fréquences allant de 2 à 5 k Hz. D'autres détails sur l'efficacité de l'invention sont donnés ci-dessous, la pulsation du gaz à haute fréquence étant la cause première de la production de bruit dans le cylindre Selon l'invention, un espace résonateur et un canal d'entrée, tous deux de caractéristiques géométriques uniques, sont réalisés dans la zone de contact, entre la surface supérieure du cylidre et la surface inférieure de la bride de palier supérieure Le canal d'entrée divergent permet de décaler la fréquence centrale comme recherché et d'élargir la largeur de la bande de fréquences L'espace résonateur ayant deux chambres réalisées avec des profondeurs différentes, c'est-à-dire suivant une construction à deux niveaux, la largeur de la bande de fréquences peut être augmentée pour un certain niveau de réduction du bruit Cela permet alors de rendre maximale la réduction du bruit, sans compromettre la performance du compresseur De plus, les chambres du résonateur permettent de ménager un grand volume de résonateur dans un espace ou une zone donné restreint. L'un des principaux avantages de cette configuration géométrique est de minimiser le manque d'efficacité du résonateur lorsque les chambres de résonateur sont remplies d'un réfrigérant liquide, d'huile de réfrigération, ou d'un mélange des deux. Ainsi qu'il est évident à la lumière de la description ci-dessus, cette invention, tout en conservant constants les paramètres de conception (par exemple le volume de l'espace résonateur, de l'aire de la section transversale et de la hauteur du canal d'entrée) qui déterminent l'efficacité du résonateur, le décalage de la fréquence centrale et l'élargissement de la bande de fréquences peuvent être obtenus par la divergence de l'angle du canal d'entrée Cette invention facilite l'installation d'un résonateur efficace, avec des paramètres de conception optimisés, dans une zone et un espace géométriquement restreints, et minimise la diminution d'efficacité du résonateur, suite au remplissage de ce dernier par un réfrigérant liquide et une huile réfrigérante Il en résulte que cette invention rend maximal l'effet de réduction par l'obtention d'une géométrie appropriée, dans les paramètres de conception d'un résonateur. Bien que des formes de réalisation préférées de la présente invention aient été décrites dans un but d'illustration, il est évident pour l'homme de métier que différentes modifications, additions et substitutions sont possibles, sans sortir du champ et de l'esprit de l'invention, tels que définis par les revendications suivantes. REVEND ICATION Compresseur rotatif hermétique ( 1), comprenant un moteur électrique ( 2), monté rigidement dans le compresseur, un cylindre ( 3), situé en-dessous du moteur et pourvu d'un arbre excentrique ( 4) qui s'étend dans ledit cylindre ( 3), ledit arbre étant relié à l'arbre du moteur, un piston ( 5), monté sur l'arbre excentrique ( 4) et disposé dans le cylindre ( 3) de telle façon qu'un espace soit ménagé entre la surface intérieure du cylindre ( 3) et la surface extérieure du piston ( 5), une palette coulissante ( 7), montée coulissante dans le cylindre ( 3) et agencée pour diviser ledit espace en une chambre d'aspiration ( 6 ') et une chambre de compression ( 6 "), des brides de palier supérieure et inférieure ( 8,9), boulonnées aux deux extrémités verticales du cylindre ( 3), respectivement, un orifice ( 10) d'évacuation, formé dans la bride supérieure ( 8) et agencé pour évacuer le gaz comprimé dans la chambre de compression ( 6 ") à l'intérieur du compresseur, et un espace résonateur ( 11), ménagé sur la surface inférieure de la bride supérieure ( 8), pour communiquer avec ledit orifice de décharge au moyen d'un canal d'entrée ménagé entre l'espace résonateur et l'orifice d'évacuation, le compresseur étant caractérisé par le fait que ledit canal d'entrée ( 12) présente une surface conique ( 12 ') qui diverge vers l'espace résonateur ( 11), de façon à former une entrée étroite, reliée à l'orifice d'évacuation ( 10), et une sortie large, reliée à l'espace résonateur ( 11), et que l'espace résonateur ( 11) comprend deux chambres de résonateur (lla,llb) de niveaux différents.