Brevet FR2693237A1 — publié le 19940107

"Compresseur étanche à soupape de décharge perfection- née" La présente invention concerne les soupapes de décharge et, plus particulièrement, une soupape de décharge utilisée dans un compresseur alternatif étan- che comprenant un carter définissant un cylindre, ce carter comportant un évidement annulaire formé dans son extrémité de décharge et définissant un épaule- ment; une culasse montée sur l'évidement annulaire; et un dispositif de soupape de décharge monté dans l'évidement annulaire. Les compresseurs du type concerné par la présente invention comprennent un bloc de compresseur à moteur monté dans un carter étanche Le bloc de com- presseur à moteur comprend un moteur électrique monté de manière à entraîner un mécanisme de compresseur al- ternatif à déplacement direct destiné à comprimer un réfrigérant Le compresseur alternatif comprend un piston entraîné par le moteur électrique et monté en20 glissement à l'intérieur d'un cylindre. Il est bien connu de la technique d'utiliser une soupape de décharge à l'extrémité de décharge du cylindre pour permettre au réfrigérant comprimé de sortir du cylindre Cependant, ces soupapes de déchar-25 ge sont munies d'une ou plusieurs surfaces de posi- tionnement destinées à orienter convenablement les différentes ouvertures de débit formées dans les par- ties de soupape, comme décrit par exemple dans le Bre- vet U S A No 4 027 853 de Linnert; ou sont pré- assemblés de façon que les différentes parties soient fixées les unes aux autres dans une orientation voulue particulière, comme décrit par exemple dans le Brevet U.S A No 2 935 248 de Gerteis; ou comprennent un grand nombre de pièces dont certaines forment un car- ter pour les autres parties de la soupape et sont per- cées d'ouvertures de débit de fluide, comme décrit par exemple dans le Brevet U S A No 4 708 168 de Peruz- zi Ces soupapes ont tendance à être relativement chè- res à fabriquer et/ou à monter. Ce dont on a besoin dans ce domaine techni- que est de disposer d'une soupape qu'on puisse monter facilement dans le compresseur à l'extrémité de dé- charge du cylindre sans aucun pré-assemblage, et qui ne nécessite aucune orientation particulière pour un fonctionnement convenable de cette soupape. A cet effet, la présente invention a pour but de créer une soupape de décharge montée à l'extré- mité de décharge d'un cylindre de compresseur et com- prenant une plaque de soupape, une lame d'obturation de soupape, ainsi qu'un premier anneau et un second anneau ondulés qui s'emboîtent et coopèrent pour per- mettre un montage facile. L'invention concerne, sous une forme de réalisation de celle-ci, un compresseur étanche com- prenant une plaque de soupape montée dans l'évidement annulaire tout contre l'épaulement La plaque de sou- pape comporte un ou plusieurs orifices de décharge et un côté de sortie tourné vers la culasse Un anneau ondulé de plaque de soupape est monté du côté sortie de la plaque de soupape et pousse cette plaque de sou- pape contre l'épaulement Une lame d'obturation de soupape montée vers l'intérieur du premier anneau on- dulé recouvre les orifices de décharge La lame d'ob- turation de soupape comporte un côté de sortie tourné vers la culasse Un anneau ondulé de lame d'obturation de soupape est monté radialement vers l'intérieur de l'anneau ondulé de plaque de soupape du côté sortie de la lame d'obturation de soupape et pousse cette lame d'obturation de soupape contre la plaque de soupape. Sous une autre forme de réalisation de l'in- vention, la plaque de soupape est munie d'une saillie centrale et la lame d'obturation de soupape est percée d'une ouverture centrale La saillie centrale s'adapte dans l'ouverture centrale pour positionner ainsi la lame d'obturation de soupape dans l'évidement annulai- re La saillie peut être formée en emboutissant une partie en creux du côté de la plaque de soupape opposé à cette saillie. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la saillie est en forme de dôme. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'ouverture circulaire formée dans la lame d'obturation de soupape présente un diamètre lé- gèrement supérieur au diamètre de la saillie centrale. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, quatre orifices de décharge sont formés à des distances égales dans la plaque de soupape, radia- lement vers l'extérieur de la saillie centrale. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'anneau ondulé de plaque de soupape et l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape com- prennent des nombres différents d'ondulations. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'anneau ondulé de plaque de soupape est destiné à pousser la plaque de soupape contre l'épau- lement, et l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape est destiné à pousser la lame d'obturation de soupape contre la plaque de soupape lorsque la culasse est fixée au carter. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, le compresseur comprend un carter défi- nissant quatre cylindres, chaque cylindre comprenant un évidement annulaire à son extrémité de décharge, et quatre culasses, chaque évidement annulaire étant des- tiné à recevoir un dispositif de soupape de décharge correspondant. Selon une autre caractéristique enfin de l'invention, l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape pousse cette lame d'obturation de soupape con- tre la plaque de soupape. Un avantage de la présente invention est que les différentes parties de la soupape de décharge s'emboîtent les unes dans les autres pour positionner les parties respectives de cette soupape de décharge les unes par rapport aux autres. Un autre avantage est que les différentes parties de la soupape ne nécessitent pas d'utiliser une orientation circulaire particulière pour obtenir un alignement convenable. Un autre avantage encore est que les anneaux ondulés poussent et maintiennent la plaque de soupape et la lame d'obturation de soupape dans une position convenable. Un autre avantage encore est que les anneaux ondulés sont élastiques dans la direction axiale et s'adaptent ainsi aux tolérances d'empilement de la plaque de soupape, de la lame d'obturation de soupape et de l'évidement annulaire formé dans le carter. Un autre avantage enfin est que les coûts de fabrication et de montage sont réduits. L'invention sera décrite ci-après en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un compresseur étanche comprenant la soupape de dé- charge selon la présente invention; la figure 2 est une vue éclatée partielle du compresseur et de la soupape de décharge perfec- tionnée représentés à la figure 1; la figure 3 est une vue de côté partielle, en coupe, du compresseur et de la soupape de décharge représentés à la figure 1; et la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. En se référant maintenant aux dessins et plus particulièrement à la figure 1, celle-ci repré- sente un bloc de compresseur à moteur 10 monté dans un carter étanche 12 Un tel compresseur à moteur est dé- crit en détails dans le Brevet U S A No 5 007 807 de Gannaway, cédé au mandataire de la présente invention et incorporé ici à titre de référence. Le carter 12 comporte une partie supérieure 14 et une partie inférieure 18 Les deux parties 12 et 14 du carter sont fixées hermétiquement l'une à l'au- tre par exemple par soudure ou par brasure Le moteur comprend un stator muni d'enroulements 28, et un rotor percé d'une ouverture centrale dans laquelle un vile- brequin est monté par un emboîtement en force Une boîte à bornes est montée dans la partie inférieure 18 du carter 12 pour permettre le branchement du compres- seur à moteur à une source d'alimentation électrique. Dans le carter principal 12 est également monté un mécanisme de compresseur désigné d'une façon générale par la référence 44 Le mécanisme de compres- seur 44 comprend un carter 46 muni d'une collerette de monture périphérique 52 supportée à l'intérieur du carter principal 12 Le mécanisme de compresseur 44 se présente sous la forme d'un compresseur à tête de bielle à coulisse à pistons alternatifs Plus précisé- ment, le carter 46 comprend quatre cylindres disposés radialement, dont deux sont représentés à la figure 1 et appelés cylindre 56 et cylindre 58 Les quatre cy- lindres disposés radialement débouchent dans une cavi- té d'aspiration centrale 60 et communiquent avec cette cavité 60 définie par une paroi cylindrique intérieure 62 du carter 46 Un trou-guide relativement grand 64 est ménagé dans la surface supérieure 66 du carter 46. Les divers éléments du compresseur, y compris le vile- brequin, sont montés en passant par le trou-guide 64. Un couvercle supérieur tel qu'un palier à cage 68 est monté sur la surface supérieure du carter 46 par un certain nombre de boulons 70 traversant le palier 68 pour se visser dans la surface supérieure 66 Lorsque le palier 68 est monté sur le carter 46, un joint to- rique d'étanchéité 72 isole la cavité d'aspiration 60 d'un espace de pression de décharge 74 défini par l'intérieur du carter principal 12. Le vilebrequin 46 comprend en outre une sur- face inférieure 76 et une partie de palier 78 partant de celle-ci Un palier à manchon 80 est retenu à l'in- térieur de la partie de palier 78, par exemple par un emboîtement à la presse De la même manière, un palier à manchon 84 est monté dans le palier à cage 68, de façon que les paliers à manchons 80 et 84 soient ali- gnés axialement Les paliers à manchons 80 et 84 sont fabriqués en bronze renforcé à ltacier. Les dispositifs de pistons 96 et 98 compren- nent chacun un élément de piston 108 muni d'un segment annulaire 110 pour permettre à l'élément de piston 108 d'aller et venir à l'intérieur d'un cylindre de maniè- re à comprimer le réfrigérant gazeux contenu dans ce cylindre Des orifices d'aspiration 112 traversant l'élément de piston 108 permettent au gaz d'aspiration se trouvant dans la cavité d'aspiration 60 de pénétrer dans le cylindre 56 du côté compression du piston 108. Un dispositif de soupape d'aspiration 114 est également associé à chaque dispositif de piston et sera maintenant décrit en se référant au dispositif de piston 96 représenté à la figure 1 Le dispositif de soupape d'aspiration 114 comprend une soupape d'aspi- ration plate en forme de disque 116 qui, dans sa posi- tion de fermeture, recouvre les orifices d'aspiration 112 sur la surface supérieure 118 de l'élément de pis- ton 108 La soupape d'aspiration 116 s'ouvre et se ferme sous l'action de sa propre inertie lorsque le dispositif de piston 96 effectue son mouvement de va- et-vient dans le cylindre 56 Plus précisément, la soupape d'aspiration 116 se déplace le long d'un élé- ment de guidage cylindrique 120 et se trouve limitée dans sa course vers la position d'ouverture, par un élément de retenue de soupape annulaire 122 réalisé en acier à ressort. Comme illustré à la figure 1, l'élément de retenue de soupape 122, la soupape d'aspiration 116 et l'élément de guidage 120 sont fixés à la surface supé- rieure 118 de l'élément de piston 108 par un boulon fileté 124 muni d'une tête de boulon 128 Le boulon fileté 124 vient se visser dans un trou taraudé 126 de l'élément de carcasse 106 pour fixer le dispositif de piston 96 à celui-ci Comme indiqué pour la fixation du dispositif de piston 98 à l'élément de carcasse 106, un évidement annulaire 130 est formé dans chaque élément de piston et un bossage complémentaire 132 est formé sur l'élément de carcasse correspondant, ce qui permet au bossage 132 de venir se loger dans l'évide- ment 130 pour former un engagement d'alignement effi- cace entre les deux. Le gaz réfrigérant comprimé se trouvant dans chaque cylindre est déchargé par un dispositif de sou- pape de décharge 140 auquel s'applique spécifiquement la présente invention Le dispositif de soupape de dé- charge 140 est monté à l'extrémité de décharge de cha- cun des quatre cylindres du compresseur 44 Cependant, dans un but d'illustration, on ne décrira en particu- lier que le dispositif de soupape de décharge 140 mon- té à l'extrémité de décharge du cylindre 56 Le dispo- sitif de soupape de décharge 140 comprend d'une façon générale une plaque de soupape 142, un anneau ondulé de plaque de soupape 144, une lame d'obturation de soupape 146 et un anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148. Une culasse 134 est montée sur le carter 46 à l'extrémité de décharge 141 de celui-ci de façon que le dispositif de soupape de décharge 140 soit interpo- sé entre les deux en se logeant dans des moyens de re- tenue 162 situés à l'extrémité de décharge du cylindre 56 Les moyens de retenue 162 sont constitués par un évidement annulaire 164 formé dans le carter 46 et dé- finissant un épaulement 166 Dans une variante de ré- alisation (non représentée), les moyens de retenue 162 pourraient être constitués par un évidement formé dans la culasse 134. Le terme de "côte d'entrée" tel qu'il est utilisé dans la présente demande, est défini comme le côté de la partie spécialement désignée comme la plus proche du cylindre 56; et le terme de "côté de sor- tie" tel qu'il est utilisé dans cette demande, est dé- fini comme le côté de la partie spécialement désignée comme la plus proche de la culasse 134. La plaque de soupape 142 est réalisée en mé- tal embouti ou dans une poudre métallique et comprend un certain nombre d'orifices de décharge 150 permet- tant de décharger le gaz comprimé du cylindre 56 La plaque de soupape 142 comprend une partie emboutie en creux 152 dans laquelle la tête de boulon 128 du bou- lon fileté 124 vient se loger lorsque le dispositif de piston 96 est placé dans sa position de point mort haut (PMH) Comme cela apparaît clairement à la figure 2, la partie emboutie en creux 152 forme une saillie 153 du côté opposé de la plaque de soupape 142 Les différents orifices de décharge 150 sont disposés ra- dialement à l'extérieur de la partie emboutie en creux 152 Dans la forme de réalisation représentée ici, la plaque de soupape 142 est munie de quatre orifices de décharge (figure 4). L'anneau ondulé de plaque de soupape 144 présente de préférence un diamètre maximum sensible- ment égal au diamètre maximum de la plaque de soupape 142, et un diamètre minimum suffisant pour permettre au réfrigérant de s'écouler à travers les orifices de décharge 150 formés dans la plaque de soupape 142, c'est à dire que l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 ne recouvre pas complètement les orifices de dé- charge 150 pour empêcher ainsi le réfrigérant de s'é- couler à travers ces orifices de décharge 150 L'an- neau ondulé de plaque de soupape 144 est réalisé dans un matériau élastique tel que de l'acier à ressort et comporte un nombre d"'ondulations" lui permettant de pousser la plaque de soupape 142 contre l'épaulement 166 Ainsi, l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 présente, lorsqu'il est en position relâchée, une épaisseur totale légèrement supérieure à la distance entre le côté de sortie 143 de la plaque de soupape 142 et la surface inférieure 135 de la culasse 134, ce qui lui permet ainsi de pousser efficacement la plaque de soupape 142 contre l'épaulement 166 lorsque la cu- lasse 134 est fixée au carter 46. Une lame d'obturation de soupape annulaire 146 est disposée radialement vers l'intérieur de l'an- neau ondulé de plaque de soupape 144 et présente de préférence un diamètre maximum juste légèrement infé- rieur au diamètre minimum de l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 La lame d'obturation de soupape 146 est percée d'une ouverture centrale 154 de diamètre légèrement supérieur au diamètre de la saillie 153 si- tuée du côté de décharge de la plaque de soupape 142. Ainsi, la lame d'obturation de soupape 146 est dispo- sée tout contre les orifices de décharge 150 formés dans la plaque de soupape 142 (figure 3) La lame d'obturation de soupape 146 est maintenue dans une orientation convenable à la fois par l'anneau ondulé de plaque de soupape 144, et par la saillie 153 Ce- pendant, dans une variante de réalisation ne compor- tant pas de saillie 153 formée dans la plaque de sou- pape 142 (non représentée), l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 maintient suffisamment bien la lame d'obturation de soupape 146 dans une position convena- ble. Un anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 est placé sur la lame d'obturation de sou- pape 146 Cet anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 présente un diamètre maximum sensiblement égal à celui de la lame d'obturation de soupape 146, et cet anneau est disposé radialement vers l'intérieur de l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 (figure 3) L'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 présente un diamètre minimum ou diamètre intérieur sensiblement égal ou légèrement inférieur à la distan- ce entre les parties extérieures d'orifices de déchar- ge 150 diamétralement opposés (Figures 3 et 4) Comme pour l'anneau ondulé de plaque de soupape 144, l'an- il neau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 est réalisé dans un matériau élastique tel que de l'acier à ressort, et cet anneau 148 est destiné à pousser la lame d'obturation de soupape 146 contre la plaque de soupape 142 lorsque la culasse 134 est fixée en place sur le carter 46 L'anneau ondulé de plaque de soupape 144 et l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 sont réglables dans la direction axiale, du fait de l'élasticité du matériau élastique, ce qui leur permet ainsi de s'adapter aux tolérances axiales de l'évidement annulaire 164, de la plaque de soupape 142 et de la lame d'obturation de soupape 146 De plus, le nombre des ondulations formées dans l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 est différent du nom- bre des ondulations formées dans l'anneau ondulé de plaque de soupape 144, ce qui permet de s'assurer en- core mieux de la mise en place périphérique de l'an- neau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 dans une position située radialement vers l'intérieur de l'anneau ondulé de plaque de soupape 144. Le montage du dispositif de soupape de dé- charge 140 à l'extrémité de décharge de chaque cylin- dre est effectué de la manière suivante: on place la plaque de soupape 142 contre l'épaulement 166 dans l'évidement annulaire 164 formé dans le carter 46 On place ensuite l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 dans l'évidement 164 contre la plaque de soupape 144 du côté sortie de celle-ci On place ensuite la lame d'obturation de soupape 146 radialement vers l'inté- rieur par rapport à l'anneau ondulé de plaque de sou- pape 144, du côté sortie de la plaque de soupape 142. On place ensuite l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148 radialement vers l'intérieur de l'an- neau ondulé de plaque de soupape 144, contre la lame d'obturation de soupape 146 On place ensuite la cu- lasse 134 sur le dispositif de soupape de décharge , puis on la fixe au carter 46 La fixation de la culasse 134 provoque une légère compression en épais- seur de l'anneau ondulé de plaque de soupape 144 et de l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148, de sorte que ces anneaux poussent respectivement la plaque de soupape 142 contre l'épaulement 166 et la lame d'obturation de soupape 146 contre la plaque de soupape 142 Du fait que les différentes parties com- prenant la plaque de soupape 142, l'anneau ondulé de plaque de soupape 144, la lame d'obturation de soupape 146 et l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape 148, sont toutes de forme généralement annulaire, et du fait que les orifices de décharge 150 sont disposés radialement autour de la saillie 153, aucune orienta- tion périphérique particulière ne doit être effectuée pour obtenir un fonctionnement convenable du disposi- tif de soupape de décharge 140. En cours de fonctionnement, le gaz est com- primé à l'intérieur du cylindre 56 par le piston 108. Le gaz comprimé s'écoule à travers les différents ori- fices de décharge 150 et exerce une force contre la lame d'obturation de soupape 146 disposée juste contre ceux-ci La lame d'obturation de soupape 146 se soulè- ve et/ou se courbe sous l'action de la pression de gaz, ce qui permet à ce gaz de s'écouler entre la pla- que de soupape 142 et la lame d'obturation de soupape 146 pour passer à travers l'ouverture centrale 154 formée dans la lame d'obturation de soupape 146 Le gaz d'échappement comprimé s'écoule ensuite à travers la culasse 134 et sort par un orifice de décharge 160 formé dans celle-ci. La présente invention permet de réduire le temps de montage et les coûts associés du fait qu'il n'est pas nécessaire d'orienter les différentes par- ties d'une façon particulière pour obtenir un fonc- tionnement convenable du dispositif de soupape de dé- charge 140 De plus, les quatre parties formant le dispositif de soupape de décharge 140 réagissent réci- proquement entre elles pour placer et positionner les parties respectives à l'intérieur de l'évidement annu- laire 164 formé à l'extrémité de décharge de chaque cylindre, ce qui réduit encore le temps de montage et les coûts. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Compresseur étanche ( 10) comprenant: un carter ( 46) définissant un cylindre ( 56), ce carter comportant un évidement annulaire ( 164) formé dans son extrémité de décharge et définissant un épaulement ( 166); une culasse ( 134) montée sur l'évidement annu- laire; et un dispositif de soupape de décharge ( 140) monté dans l'évidement annulaire, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de soupape ( 142) montée dans l'évidement annulaire tout contre l'épaulement, cette plaque de soupape comportant un ou plusieurs orifices de décharge ( 150) et un côté de sortie ( 143) tourné vers la culasse; un anneau ondulé de plaque de soupa- pe ( 144) monté du côté sortie de la plaque de soupape et poussant cette plaque de soupape contre l'épaule- ment; une lame d'obturation de soupape ( 146) disposée radialement vers l'intérieur du premier anneau ondulé et recouvrant les orifices de décharge, cette lame d'obturation de soupape comportant un côté de sortie tourné vers la culasse, cette lame d'obturation de soupape étant directement positionnée radialement par l'anneau ondulé de plaque de soupape; et un anneau ondulé de lame d'obturation de soupape ( 148) disposé radialement vers l'intérieur de l'anneau ondulé de plaque de soupape du côté sortie de la lame d'obtura- tion de soupape, cet anneau ondulé de lame d'obtura- tion de soupape poussant la lame d'obturation de sou- pape contre la plaque de soupape. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de soupape est munie d'un saillie centrale ( 153) et en ce que la lame d'ob- turation de soupape est percée d'une ouverture centra- le ( 154), la saillie centrale s'adaptant dans l'ouver- ture centrale pour positionner ainsi la lame d'obtura- tion de soupape dans l'évidement annulaire. 3 ) Compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la saillie est formée en embou- tissant une partie en creux ( 152) du côté de la plaque de soupape opposé à cette saillie. 4 ) Compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la saillie est en forme de dôme. ) Compresseur selon la revendication 4,; caractérisé en ce que l'ouverture circulaire formée dans la lame d'obturation de soupape présente un dia- mètre légèrement supérieur au diamètre de la saillie centrale. 6 ) Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que quatre orifices de décharge ( 150) sont formés à des distances égales dans la pla- que de soupape, radialement vers l'extérieur de la saillie centrale. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau ondulé de plaque de soupape et l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape comprennent des nombres différents d'ondula- tions. ) Compresseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'anneau ondulé de plaque de soupape est destiné à pousser la plaque de soupape contre l'épaulement, et en ce que l'anneau ondulé de lame d'obturation de soupape est destiné à pousser la lame d'obturation de soupape contre la plaque de sou- pape lorsque la culasse est fixée au carter. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce compresseur comprend un car- ter définissant quatre cylindres, chaque cylindre com- prenant un évidement annulaire à son extrémité de dé- charge, et quatre culasses, chaque évidement annulaire étant destiné à recevoir un dispositif de soupape de décharge correspondant. ) Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau ondulé de lame d'obtu- ration de soupape pousse cette lame d'obturation de soupape contre la plaque de soupape.