Brevet FR2717245A1 — publié le 19950915

BUTÉE DE SOUPAPE A BRUIT REDUIT Dans des compresseurs à déplacement positif qui utilisent des soupapes, les éléments de soupape peuvent être actionnées cycliquement plusieurs centaines de fois par minute. Des butées de soupape sont classiquement utilisées pour protéger l'élément de soupape de toute sur-contrainte en limitant le déplacement de l'élément de soupape. Par exemple, dans des conditions de cavitation de liquide, l'écoulement massique pendant un cycle est tel que l'élément de soupape serait déplace de façon excessive si une butée de soupape n'était pas présente. La coopération de la butée de soupape avec l'élément de soupape peut être une source significative de bruit. Les butées de soupape de décharge prévues dans des compresseurs rotatifs à pistons selon un déplacement en va-et-vient et un déplacement roulant ont été identifiées en tant que l'une des sources de bruit majeures du fait de la transmission d'énergie cinétique par impact d'un élément de soupape de décharge. L'impact entre la soupape et la butée de soupape génère un rayonnement de bruit significatif à la fréquence naturelle de la butée de soupape du fait de la transmission de l'énergie cinétique de la soupape à la butée de soupape et à l'enveloppe du compresseur, lorsque la butée de soupape est excitée à sa fréquence naturelle. Une raison essentielle de l'intensité du bruit dans des conceptions de butée de soupape classiques est constituée par le fait que l'élément de soupape arrive en impact contre la butée de soupape avant que la racine ne le fasse et du fait qu'un contact total soupape/butée de soupape se produit typiquement pendant le dernier dixième d'une milliseconde d'une course d'ouverture d'une milliseconde. Afin de réduire l'impact entre l'élément de soupape et la butée de soupape, un profil est utilisé de telle sorte que l'impact initial se produise à l'instant o seulement une faible quantité d'énergie cinétique a été développée dans l'élément de soupape et se poursuive pendant toute la course d'ouverture de l'élément de soupape de telle sorte que le contact progresse de la racine par l'intermédiaire de la partie intermédiaire ou jambage jusqu'à la tête de l'élément de soupape. Ceci assure un contact par roulement moyennant un contact continu entre l'élément de soupape et la butée lorsque l'élément de soupape s'enroule autour de la butée. Un contact sans à coup et progressif moyennant un intervalle de temps plus long transmet moins d'énergie riche en spectre et produit une déviation de la butée de soupape plus faible qu'un impact haute vitesse sur un temps court. Un objet de la présente invention consiste à réduire le rayonnement de son dans un compresseur à déplacement positif. Un autre objet de la présente invention consiste à augmenter la hauteur d'ouverture maximum de la tête e soupape sans augmenter les contraintes de cintrage dans la partie de jambage de la soupape. Un objet supplémentaire de la présente invention consiste à éviter l'excitation de la fréquence naturelle d'un élément produisant une tonalité pure à une fréquence donnée. Un autre objet de la présente invention consiste à faire en sorte que l'impact de soupape avec la butée de soupape se produise sur la totalité de la course d'ouverture de l'élément de soupape. Un autre objet de la présente invention consiste à minimiser l'énergie cinétique transférée à la butée de soupape par l'élément de soupape et à maximiser le temps pris pour transférer une quantité donnée d'énergie cinétique a la butée de soupape. Fondamentalement, la butée de soupape est conçu de telle sorte qu'un contact entre l'élément de soupape et la butée de soupape soit effectué sur la totalité de la course d'ouverture de l'élément de soupape et que le contact progresse de la racine par l'intermédiaire de la partie intermédiaire jusqu'à la tête de l'élément de soupape. La figure 1 est une vue en coupe d'une soupape de décharge qui incorpore la présente invention; et la figure 2 est une représentation graphique du profil de l'arrêt de soupape. Sur la figure 1, un index de référence 10 indique de façon générale une partie supérieure d'un compresseur hermétique à déplacement positif comportant une enveloppe 12. Un orifice de décharge 16 est formé dans un élément 14 qui pourrait être le capuchon d'extrémité de palier latéral de moteur dans le cas d'un compresseur à piston roulant ou à soupape fixe ou la plaque de soupape d'un compresseur à déplacement en va-et-vient. Par ailleurs, dans le cas d'un compresseur à rotor roulant ou à soupape fixe, un orifice de décharge 16 débouche dans un amortisseur pour atténuer des pulsations avant l'écoulement à l'intérieur de l'enveloppe 12. L'orifice de décharge 16 est commandé par un assemblage de soupape 20 qui inclut un élément de soupape 21, une butée de soupape 22 et un boulon ou un quelconque élément de fixation 23 pour fixer l'élément de soupape 21 et la butée de soupape 22 à l'élément 14. En fonctionnement, lorsque la pression au niveau de l'orifice de décharge 16 excède la pression dans la chambre 17 adjacente à l'assemblage de soupape 20, l'élément de soupape 21 s'ouvre en se déformant ou en fléchissant pour permettre un écoulement au travers de l'orifice de décharge 16 à l'intérieur de la chambre 17. En l'absence de la butée de soupape 22, l'élément de soupape 21 fléchirait jusqu'à une configuration incurvée pendant la course de décharge et utiliserait en tant que siège l'orifice de décharge 16 pendant la course d'aspiration. La butée de soupape 22 est seulement présente pour empêcher une flexion excessive de l'élément de soupape 21, tel qu'il se produirait pendant des conditions de cavitation de liquide, ce qui entraînerait une déformation permanente de l'élément de soupape 21. Par conséquent, les conceptions courantes sont telles que l'élément de soupape 21 arrive en impact contre la butée de soupape 22 pendant le fonctionnement normal moyennant un bruit qui en résulte. Ceci est essentiellement dû au fait que l'extrémité de soupape heurte la butée de soupape avant que la totalité du jambage de l'élément de soupape 21 ne soit entrée en contact avec l'élément de soupape et que cet impact s'effectue sur un pourcentage faible de la course de décharge. La présente invention a pour objet de configurer la butée de soupape 22 selon une forme qui est telle que l'impact se produit sur une partie beaucoup plus importante de la course de décharge, le contact progressant depuis la racine par l'intermédiaire de la partie intermédiaire jusqu'à la tête de l'élément de soupape 21 tandis que l'élément de soupape 21 s'enroule autour de la butée de soupape 22. Ceci empêche que l'extrémité de soupape n'entre prématurément en contact avec la butée de soupape 22. L'élément de soupape 21 est très mince, typiquement de l'ordre de 0,4 mm suivant sa direction de cintrage, de telle sorte que la contribution de la contrainte de cisaillement à la contrainte principale maximum résultante peut être négligée. I1 est supposé que la butée 22 est très épaisse par comparaison avec l'épaisseur de l'élément de soupape 21 de telle sorte que l'élément de soupape 21 peut être considéré comme étant fixé au niveau de la racine de la butée de façon similaire à une poutre en porte-à-faux. Il est également supposé que la force appliquée sur la tête de soupape est considérée comme étant appliquée au niveau de l'extrémité d'une poutre en porte-à-faux qui correspond au centre de la tête de l'élément de soupape 21. Par report maintenant à la figure 2, DCE représente le profil en longueur, dans une condition libre, de la butée de soupape 22 qui reçoit en impact l'élément de soupape 21. Une courbe DC a son centre de courbure au point B et une courbe CE a son centre de courbure au point A. Les points A, B et C sont sur une ligne rectiligne de telle sorte que les courbes DC et CE sont tangentes au point C, ce qui conduit à une transition sans-à-coup entre les deux segments de courbe à rayon fixe qui représentent respectivement les parties de jambage et de tête de l'élément de soupape 21. Dans une configuration typique, BC vaut environ 60 % de AC et DC est incliné entre 8 et 15-. La combinaison de l'augmentation d'une durée de contact et de la réduction d'un moment fléchissant transféré supprime notablement la vibration soupape-butée de soupape et le bruit irradié. Un contact initial commence au niveau de la racine et progresse en continu en direction de l'extrémité de l'élément de soupape 21 lorsque l'élément de soupape 21 s'enroule autour de la butée 22. Puisque le contact de l'élément de soupape avec la butée définit le point d'appui, l'ouverture a pour conséquence que la longueur libre qui se réduit continuellement définit la réponse de l'élément de soupape qui varie en fonction de la longueur libre. Par comparaison avec la présente invention, une conception typique de l'art antérieur aurait la partie de jambage qui entrerait en contact avec la butée de soupape sur un segment de rayon correspondant à DC, la section correspondant à CE étant un segment plat rectiligne tangent à DC. Ceci empêche que des contraintes de cintrage ne soient appliquées sur la partie de tête de la soupape. Ceci permet cependant que l'extrémité de la soupape entre en contact avec la butée de soupape avant que le jambage de la soupape ne5 soit entré complètement en contact avec la région correspondant à DC lorsque la pression est augmentée continuellement sur la tête de la soupape pendant son cycle d'ouverture. REVENDICATIONS 1. Assemblage de soupape de décharge (20) caractérisé en ce qu'il inclut une butée de soupape (22) présentant une certaine fréquence naturelle et un élément de soupape (21) mobile de manière à venir coopérer avec ladite butée et comportant une extrémité et une racine, une longueur libre les séparant, et ladite butée de soupape présentant un profil (DCE) commençant au niveau de ladite racine et comportant une première partie (DC) qui est d'un premier rayon fixe et qui se poursuit par une seconde partie (CE) qui est d'un second rayon fixe plus grand de telle sorte qu'une coopération entre ledit élément de soupape et ladite butée s'effectue sur essentiellement la totalité d'un déplacement d'ouverture dudit élément de soupape, ce qui maximise la durée du transfert d'énergie cinétique dudit élément de soupape à ladite butée et ce qui minimise la valeur de celui-ci. 2. Assemblage de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite coopération évite l'excitation de ladite fréquence naturelle. 3. Assemblage de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties sont tangentes en un point au niveau duquel ladite première se poursuit par ladite seconde partie.