Brevet FR2737754A1 — publié le 19970214

Cette invention concerne un compresseur rotatif volumétrique du type à vis et pignon. Il est connu de construire des compresseurs monovis utilisant des glissières disposées dans le carter pour modifier la capacité du compresseur. De tels dispositifs figurent sur de nombreux brevets tels que US 4,261,691 France 2,562,167 ou US ,087,182. Ces compresseurs se heurtent à un problème sérieux quand ils sont utilisés en réfrigération ou en conditionnement d'air et lorsqu'on les démarre alors qu'ils sont partiellement ou totalement remplis de liquide réfrigérant. Ce phénomène est bien connu dans l'industrie et peut être créé par de multiples causes: une valve d'injection qui fuit, un compresseur plus froid que l'évaporateur, etc... Si suffisamment de liquide est présent au démarrage, il en résulte généralement une dégradation des performances du compresseur, dégradation qui est la conséquence des pressions énormes qui apparaissent dans les filets de la vis qui sont amenés à comprimer un fluide non compressible, le réfrigérant liquide, au lieu du gaz compressible du réfrigérant; cette compression de liquide est parfois désignée comme "coup de liquide"; elle peut conduire à ce que le moteur refuse de tourner et cale. Une solution très généralement utilisée avec les compresseurs à vis est de démarrer le compresseur avec les glissières dans une position telle que le débit du compresseur soit minimum, généralement 15 à 20% du plein débit (appelé aussi pleine charge). En effet, dans ce cas, dès que le filet cesse d'être en communication avec l'aspiration, il commence à être en communication avec l'échappement; de la sorte, aucune compression ne se produit dans le filet et le compresseur peut pomper du liquide sans subir un coup de liquide. Cette solution présente cependant bien des désavantages; tout d'abord, elle oblige à prévoir en général une commande de glissière à trois positions: la position de démarrage avec une capacité de 15%, une position de débit partiel avec une capacité de 40 à 50% et une position pour capacité pleine charge (un compresseur avec seulement une position à 15% et la position pleine charge aurait un écart de débit trop grand entre ces deux positions); comme la glissière est contrôlée le plus souvent par un piston, ceci signifie que le contrôle doit comporter trois positions ce qui est beaucoup plus complexe que si le piston avait seulement deux positions obtenues en mettant ou non une pression sur le piston. Une autre solution est de prévoir un piston avec un nombre de positions infini en utilisant un dispositif de contrôle continu ce qui est encore plus complexe. Un second inconvénient est que, lorsque la capacité du compresseur est à environ 15% du débit maximum, le compresseur fait monter la pression dans le condenseur très lentement; comme la pression du condenseur est généralement utilisée pour assurer l'injection du liquide dans le compresseur pour le refroidir, que ce soit de l'huile ou du liquide réfrigérant, il y a un risque de manquer de liquide d'injection ce qui engendrerait un grippage du compresseur. Dans les compresseurs sans injection d'huile (dits compresseurs OIF) o il n'y a pas d'huile injectée dans le compresseur mais du liquide réfrigérant en provenance du condenseur, il est pratiquement indispensable de démarrer le compresseur à environ 50% de capacité, de façon à faire monter la pression rapidement et d'obtenir l'injection de liquide en moins de 10 secondes. Dans les nouvelles générations de compresseurs monovis o les deux glissières opèrent de façon indépendante, l'une étant totalement déchargée au démarrage, ceci signifie que l'autre glissière doit démarrer à pleine charge; s'il y a du liquide présent, comme la compression se produit sur toute la compression du filet, il se produit un coup de liquide avec toutes ses conséquences. Cette invention a pour objet un compresseur monovis ayant au moins une glissière de contrôle de capacité, cette glissière étant déplaçable par des moyens de poussée et caractérisé en ce que des moyens élastiques poussent la glissière dans une position de capacité partielle quand le compresseur est à l'arrêt et n'ont aucun effet sur la position de la glissière dès que la pression de refoulement du compresseur dépasse une valeur déterminée. Cette valeur peut être entre 1,2 et 2 fois la valeur de la pression d'aspiration mais est préférablement environ 1,5 fois la pression d'aspiration. L'invention fonctionne comme suit. Au démarrage, la glissière est à régime partiel en raison de la poussée des moyens élastiques; même s'il y a du liquide dans le compresseur, aucun coup de liquide ne se produit. Ceci est remarquable car dans la position avec capacité à environ 50%, il se produit encore une compression dans le filet fermé; des rapports de compression de 1 à 3 sont usuels; ceci signifie que le volume du filet lorsqu'il entre en communication avec l'échappement est environ le tiers du volume du filet lorsque celui-ci cesse de communiquer avec l'aspiration; c'est pourquoi si le filet est plein de liquide, un coup de liquide devrait se produire. Cependant, en faisant des tests avec des compresseurs à deux glissières (l'une complètement déchargée au démarrage que l'on désignera comme glissière A, l'autre ayant seulement deux positions: pleine charge et approximativement demie capacité que l'on désignera par glissière B), l'on a constaté que si la glissière B est disposée de telle manière que la moitié du compresseur correspondante à cette glissière est dans la partie basse du compresseur, il est possible de démarrer le compresseur à moitié plein de liquide sans rencontrer de coup de liquide. Celui-ci se produit si la glissière B est à pleine charge. Si elle est à régime partiel, la pression dans le condenseur monte trop lentement pour généralement assurer une injection de liquide avant grippage du compresseur. Si la glissière B est dans la moitié supérieure du compresseur, le compresseur peut même être démarré complètement plein de liquide sans coup de liquide. L'absence de coup de liquide est démontrée en mesurant la pression dans le filet par une jauge de mesure de pression et/ou l'intensité passant dans le moteur qui fait tourner le compresseur. Dans les deux cas cités ci-dessus, les pressions et intensités sont les mêmes que dans un démarrage normal tandis que, quand il y a coup de liquide, la pression est plusieurs fois supérieure à la normale et l'intensité reste très élevée pendant une longue période, montrant que le moteur ne parvient pas à accélérer et cale. Dans les deux cas cités ci-dessus (avec la glissière B en position basse ou en position haute), la vidange du compresseur s'effectue en une fraction de seconde. Immédiatement après, le compresseur fait monter la pression dans le condenseur; la pression poussant sur l'extrémité de la glissière, compresse les moyens élastiques et amène la glissière à la position pleine charge. Avec l'autre glissière complètement déchargée le compresseur est alors à mi-capacité et peut rapidement faire monter la pression dans le condenseur pour l'injection de liquide. Des tests sur un compresseur monovis débitant environ 6 mètres cube/minute à 3600 tours et comprimant du réfrigérant R22 ont montré qu'un compresseur à moitié plein ou plein de liquide est vidé entre 0,15 et 0,3 secondes; qu'avec des moyens élastiques tels que des ressorts calculés pour être comprimés lorsque la pression de décharge atteint environ 1,5 fois la pression d'aspiration, la glissière B est revenue à pleine charge en 2 à 3 secondes. Ainsi il n'y a pratiquement pas accroissement de délai pour atteindre la pression d'injection. Simultanément, les moyens de poussée contrôlant la position de la glissière, par exemple un piston, nécessitent d'avoir seulement deux positions et ceci peut être réalisé en mettant ou non la pression l'échappement derrière le piston. La présente invention sera mieux comprise en regardant la description ci-après donnée à titre non limitatif et les dessins annexés o: la figure 1 est une coupe suivant II de la figure 2, la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1, la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1, la figure 4 montre une disposition différente de la figure 3. Dans la figure 1, une vis 1 montée sur un arbre 2 supporté en rotation par les roulements 3 et 4 porte des filets 5 coopérant avec les dents 6 de deux pignons symétriques 7 et 8. La vis et les pignons tournent dans un carter 9. Quand le compresseur est utilisé dans un système de réfrigération, le carter 9 est habituellement équipé avec une ou plusieurs glissières construites de préférence suivant le brevet français 2,562,167. La glissière 10 est déplaçable axialement par des moyens de poussée tels que les pistons 12, eux-mêmes actionnés par la pression d'un fluide tel que pression d'huile ou pression de gaz d'échappement. Le carter 9 est muni d'un orifice d'aspiration à basse pression 13 en communication avec une canalisation d'aspiration 14. Des orifices d'échappement 41 sont disposés au voisinage des pignons vers l'extrémité haute pression 38 de la vis 1. L'étanchéité de la vis 1 par rapport au carter 9 est assurée à l'extrémité haute pression 38 par un joint haute pression 15, dont les détails sont décrits dans le brevet français 2,541,367. Suivant le brevet américain 5,087,182, le carter 9 comprend une portion formant un disque circulaire ou anneau 16 perpendiculaire à l'alésage principal 17 à l'intérieur du carter et dans lequel la vis est disposée en rotation. L'anneau 16 a une face terminale extérieure 37 contre laquelle une plaque 18 est maintenue par des boulons 19. D'autres boulons 20 s'étendent de la plaque 18 jusqu'au joint 15 pour tenir le joint 15 contre le roulement 4 et au travers d'une cale 21 contre la plaque 18; ceci laisse un espace 11. On voit aussi qu'une gouttière 22, dans laquelle est disposée la glissière 10 et son support fixe 52 se termine axialement en un point distant de l'espace 11. Le volume 25 entre l'extrémité de la vis 1 et le joint 25 est relié à l'aspiration par un ou plusieurs trous 26 dans la vis suivant une pratique conventionnelle. Cette invention est décrite avec deux pignons et deux glissières comme montré figure 2 mais s'applique également à un compresseur monovis à un seul pignon et une seule glissière. Dans les compresseurs monovis les plus récents, les deux glissières lOa et 10b sont différentes, l'une ayant deux positions: pleine charge ou complètement déchargée, l'autre pleine charge et environ mi-charge; la première sera désignée glissière A et la seconde glissière B. Si la glissière B est disposée dans la partie basse du compresseur comme montré figure 2, la vis tournant dans la direction de la flèche 50, c'est la partie basse du compresseur qui compresse. En ce cas, la compresseur peut être démarré à moitié plein de liquide sans coup de liquide mais celui-ci peut survenir s'il est plein. Si la glissière A est dans la partie basse et B dans la partie haute, alors le compresseur peut être démarré plein de liquide sans encourir un coup de liquide. La raison pour laquelle le compresseur peut démarrer avec la présente invention alors qu'il ne le peut pas si la glissière est à pleine charge n'est pas claire; que ce soit à charge partielle ou à pleine charge, dans les deux cas le filet devrait être plein de liquide et il devrait y avoir compression d'un liquide incompressible. Il est possible qu'au début pendant le premier tour de vis, les filets soient pleins et qu'après que la rotation ait commencée il y ait assez de mouvement dans le liquide et/ou une perte de pression, capable de créer du gaz par évaporation et que ceci permette au volume du liquide avalé par chaque filet de devenir plus petit que le volume minimal de filet avant échappement; et que ce soit une question de degré, c'est-à-dire que ce phénomène ne suffise pas si le filet est à pleine charge mais soit suffisant si le filet comprime seulement sur la moitié et ceci d'autant mieux que le filet n'est pas dans la partie basse du compresseur mais dans la partie haute (glissière B dans la partie haute). La figure 3 montre une vue de la glissière B d'après la figure 2. La glissière est actionnée par des moyens de poussée tels que le piston 12 et la tige 51. La pression, pression d'huile par exemple engendrée par une pompe ou pression du gaz d'échappement, est mise derrière le piston par un tube 60 pour amener la glissière à régime partiel; quand la pression est retirée du tube 60, la pression d'échappement qui s'exerce sur l'extrémité 54 de la glissière repousse le piston et amène la ligne 53 au contact avec la ligne 56, assurant ainsi que la glissière est à pleine charge. La partie fixe de la glissière construite dans cet exemple suivant le brevet français 2,562,167 (mais d'autres constructions sont possibles sans changer l'invention) est référencé 52 et la partie mobile référencée 10. Sur la figure 3, la partie mobile 10 est montrée semi ouverte par les moyens élastiques 24a dans la position occupée au démarrage. La partie mobile 10 va de la ligne 53 à la ligne 54 entre le bord 53 et le bord 55 de la partie fixe, il y a un vide 56 par lequel le liquide - ou le gaz - peuvent s'échapper et retourner à l'aspiration; ainsi de façon connu, la compression débute seulement quant le filet est complètement engagé en face de la glissière 10 au delà du bord 53. On notera que la glissière n'est pas complètement ouverte au démarrage; quand le régime partiel est nécessaire, le pression d'échappement - ou pression d'huile - est appliqué derrière le piston 12 qui pousse la glissière jusqu'à ce que le bord 54 atteigne la ligne 57 (qui est aussi préférablement l'extrémité haute pression de la partie fixe 52 comme visible sur la figure 1). Un boulon 58 limite le déplacement généré par le ressort 24a de façon à contrôler la largeur du vide 26 à une valeur suffisante pour laisser le liquide s'échapper au démarrage sans créer de surpression majeure dans le filet mais une valeur suffisamment faible pour conserver au compresseur son débit maximum et faire monter la pression dans le condenseur aussi rapidement que possible. La figure 4 montre la glissière 10 quelques secondes après démarrage; la pression à l'échappement du compresseur a monté avec elle celle du condenseur, pousse l'extrémité haute pression de la partie mobile 10 et a déplacé le bord de la position 54 occupée initialement lorsque le ressort 24b était détendu à la position 54b; dans cette position, la partie mobile 10 est poussée fermement contre la partie fixe 52 et la glissière est à pleine charge. A cette fin, que ce soit dans le cas de la figure 3, de la figure 4 ou toute solution équivalente, le ressort est calculé pour être complètement comprimé - ou dans sa 1l position la plus comprimée s'il y a des butées externes pour éviter de se servir des spires du ressort comme butées quand la pression de refoulement atteint une valeur de l'ordre de 1,2 à 2 fois la pression d'aspiration et généralement environ 1,5 fois celle-ci. L'on remarquera que dès que cette pression est atteinte, que ce soit dans le cas de la figure 3 ou de la figure 4, la glissière occupe la position qu'elle occuperait s'il n'y avait pas les moyens élastiques et que le compresseur se comporte sur le plan du débit comme si ces moyens n'existaient pas. L'on notera également que l'invention a été présentée en montant un piston qui pousse la glissière mais ont peut aisément transposer l'invention dans le cas de pistons situés à l'opposé de la glissière et qui tirent; ou dans celui de moyens élastiques qui opèrent par traction et non pas par compression en étant accrochés par exemple sur le coté haute pression de la partie mobile 10. REVENDICATIONS 1. Cette invention a pour objet un compresseur monovis ayant au moins une glissière de contrôle de capacité (10), cette glissière (10) étant dépaçable par des moyens de poussée (12) et caractérisé en ce que des moyens élastiques (24) poussent la glissière dans une position de capacité partielle quand le compresseur est à l'arrêt et n'ont aucun effet sur la position de la glissière dès que la pression de refoulement du compresseur dépasse une valeur déterminée.