Brevet FR2805007A1 — publié le 20010817

APPAREIL DE DEPLACEMENT DE FLUIDE DE TYPE A VOLUTES AYANT UNE PORTION DE DEBUT DE SPIRALE S'EFFILANT DEPUIS SA BASE JUSQU'A SON EXTREMITE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un appareil de déplacement de fluide de type à volutes et concerne plus particulièrement une partie de début de spirale d'une volute fixe et d'une volute à mouvement orbital. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Un appareil de déplacement de fluide de type à volutes est connu dans la technique antérieure. Par exemple, le brevet US N 5 037 279 décrit les parties en spirale d'une volute fixe et d'une volute à mouvement orbital. On se référera aux figures 5 à 7 a-d qui représentent de telles parties en spirale selon la technique antérieure. Ces figures montrent une volute à mouvement orbital 50 comportant une plaque d'extrémité 50a, un élément de développante en spirale 50b s'étendant sur une première face de la plaque d'extrémité 50a et un bossage annulaire 50c qui s'étend sur la seconde face de la plaque d'extrémité 50a. Un élément de développante en spirale 40b d'une volute fixe (non représentée) est formé sur une plaque d'extrémité de la volute fixe et est symétrique à l'élément en spirale 50b de la volute à mouvement orbital 50. Celle-ci est supportée dans un logement par un mécanisme d'accouplement d'Oldham composé d'une bague d'accouplement d'Oldham et de clavettes d'accouplement d'Oldham. Le mécanisme d'accouplement d'Oldham empêche la rotation de la volute à mouvement orbital 50 sur son axe et génère un mouvement orbital par rapport à la volute fixe. Comme le montrent les figures 5 et 6, une partie de début renflée 500c de l'élément en spirale 50b de la volute à mouvement orbital 50 présente une section dans laquelle l'épaisseur est plus importante au niveau de la surface de la plaque de base 50a et moins importante au niveau de la surface d'extrémité (c'est-à-dire que l'épaisseur diminue depuis la plaque de base jusqu'à la surface d'extrémité). L'élément en spirale 50b comporte une surface extérieure 506 qui s'étend radialement à l'extérieur entre un premier point d'extrémité 501 situé à l'extrémité et un premier point de début élargi 503 situé au niveau de la surface de base. Ladite surface extérieure constitue une courbe de développante. L'élément en spirale 50b comporte également une surface intérieure 507 qui s'étend radialement à l'intérieur entre un second point d'extrémité 502 situé à la surface d'extrémité et un second point de début élargi 505 situé au niveau de la surface de base. Ladite surface intérieure constitue également une courbe de développante. La partie de base en spirale s'étendant entre le point 503 et le point 505 forme une ligne courbe se composant d'une première position s'étendant entre le point 503 et le point 504 et qui forme un arc convexe 509 dont le rayon r est défini par l'équation suivante: 4( + 2aX,) o a est le rayon du cercle de base de la développante 1 est l'angle de début élargi; et ú est le rayon orbital. Ladite partie de base comporte une seconde portion qui s'étend entre le point 504 et le point 505 et qui forme un arc concave 510 dont le rayon R est défini par l'équation suivante R = r + c D'autre part, la région se trouvant entre le point 501 et le point 502 à l'extrémité de l'élément en spirale 50b forme un arc 508, dont le diamètre correspond sensiblement à une distance entre les parois opposées de la courbe de développante de l'élément en spirale 50b. La courbe qui s'étend le long de la base 50 depuis le point 503 jusqu'au point 505 et la courbe qui s'étend le long de l'extrémité depuis le point 501 jusqu'au point 502 sont reliées entre elles par une paroi inclinée à pente douce. En faisant référence aux courses de compression et de décharge du compresseur du type à volutes connu, la figure 7a montre le compresseur connu dans une condition dans laquelle la course d'aspiration est complètement achevée et la course de compression commence tout juste. Ensuite, les courses se poursuivent dans l'ordre, comme montré sur les figures 7b, 7c et 7d. On constate qu'au cours de ces phases, deux chambres de compression 60 se déplacent progressivement vers le centre, de même que deux chambres de compression 60', comme montré sur la figure 7a, en même temps que leur volume diminue. Le gaz comprimé est déchargé à travers un orifice de décharge 61. Toutefois, comme on le voit dans la partie centrale de la figure 7d, lorsque la compression est achevée, le fluide reste dans un volume mort, qui est défini par la paroi inclinée de l'élément en spirale 50b de la volute à mouvement orbital 50 et par la paroi inclinée de l'élément en spirale 40b de la volute fixe. Le fluide dans ce volume mort se dilate et interrompt l'entrée de nouveau fluide dans la chambre de compression 60. Par conséquent, l'efficacité de la compression de l'appareil de déplacement de fluide du type à volutes est réduite. De plus, l'extrémité de l'élément en spirale 50b de la volute à mouvement orbital 50 et l'extrémité de l'élément en spirale 40b de la volute fixe sont en forme d'arête vive, de sorte que, lorsque la volute à mouvement orbital 50 et la volute fixe sont mises en oeuvre dans les courses de compression et de décharge, des défauts peuvent être créés au niveau desdites extrémités des éléments en spirale du fait que les deux éléments en spirale s'engagent l'un dans l'autre. EXPOSE DE L'INVENTION Un objet de la présente invention consiste à réduire ou à éliminer les défauts mentionnés ci-dessus rencontrés dans les éléments en spirale de l'appareil de déplacement de fluide de type à volutes connu. Un autre objet de la présente invention est de proposer un appareil de déplacement de fluide de type à volutes qui présente une résistance accrue dans les parties centrales des éléments en spirale d'une volute à mouvement orbital et d'une volute fixe. Un autre objet de la présente invention est de proposer un appareil de déplacement de fluide de type à volutes qui a un rendement volumétrique accru, c'est-à-dire un rendement de compression, un rendement d'expansion et un rendement de décharge accrus. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'appareil de déplacement de fluide du type à volutes comprend un logement arrière et un logement avant, une volute fixe et une volute à mouvement orbital, un mécanisme d'entraînement et un mécanisme anti-rotation. Le logement arrière comporte une extrémité ouverte et un orifice d'admission et un orifice de sortie. Un logement avant ferme l'extrémité ouverte du logement arrière. La volute fixe comporte une première plaque d'extrémité sur une face de laquelle est formé un élément en spirale. La volute fixe est fixée au logement arrière. La volute à mouvement orbital comporte une seconde plaque d'extrémité sur une face de laquelle est formé un élément en spirale. Les éléments en spirale s'ajustent mutuellement avec un décalage angulaire et radial pour former une pluralité de lignes de contact définissant au moins deux poches de fluide étanches. Un mécanisme d'entraînement comprend un arbre d'entraînement supporté de manière rotative par le logement avant afin de permettre le mouvement orbital de la volute à mouvement orbital par la rotation de l'arbre d'entraînement afin de modifier ainsi le volume des poches de fluide. Un mécanisme anti-rotation empêche la rotation de la volute à mouvement orbital. Une paroi intérieure d'une partie de début épaissie de chacun des éléments en spirale est inclinée, de façon que l'épaisseur d'une surface de base de la partie de début épaissie soit supérieure à l'épaisseur au niveau d'une surface d'extrémité et que l'épaisseur de la partie de début épaissie diminue progressivement vers la surface d'extrémité de la partie de début épaissie. Une première ligne de transition entre la paroi intérieure et la surface d'extrémité comprend un premier arc supérieur se terminant au niveau d'un point de début de paroi en développante intérieure supérieure et un second arc supérieur commençant au niveau d'un point de début de paroi en développante extérieure supérieure. Une seconde ligne de transition entre la paroi intérieure et la surface de base comprend un premier arc inférieur se terminant au niveau du point de début de paroi en développante intérieure inférieure et un second petit arc inférieur commençant au niveau du point de début de paroi en développante extérieure inférieure. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres objets, caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée ci-après, faite en regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil de déplacement de fluide de type à volutes selon un mode de réalisation de la présente invention; les figures 2a et 2b sont des vues partielles détaillées et agrandies, respectivement en plan et en perspective d'un élément en spirale d'une volute à mouvement orbital; la figure 3 est une vue en plan des espaces formés entre la volute à mouvement orbital et la volute fixe, chacun d'eux présentant des valeurs de correction doublées; la figure 4 est une vue en plan de l'élément en spirale de la volute à mouvement orbital de l'appareil de déplacement de fluide du type à volutes selon un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en perspective d'une volute à mouvement orbital d'un appareil de déplacement de fluide de type à volutes connu; la figure 6 est une vue en plan des courses de compression et de décharge de l'appareil de déplacement de fluide de type à volutes connu; et les figures 7a à 7d sont des schémas de fonctionnement illustrant les courses de compression et de décharge de l'appareil de déplacement de fluide de type à volutes connu. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES En faisant référence à la figure 1, un compresseur du type à volutes comprend un logement 10 formé d'un logement avant 11 et d'un logement arrière en forme de coupe 12. Le logement avant 11 est fixé au logement arrière 12 par une pluralité de boulons 22. Une volute fixe 13 et une volute à mouvement orbital 14 sont situées à l'intérieur du logement 10. La volute fixe 13 comprend une première plaque d'extrémité en forme de disque 13b, sur les faces de laquelle sont formées un premier élément en spirale 13a et une partie de pied 13c. Un orifice de décharge 13d est formé au niveau de la partie centrale de la plaque d'extrémité 13b. La partie de pied 13c est fixée fermement à une paroi intérieure d'une partie de fond 12a du logement arrière 12 par une pluralité de boulons 15 qui pénètrent dans le logement arrière 12 à partir de l'extérieur. La première plaque d'extrémité 13b de la volute fixe 13 est fixée à une paroi intérieure du logement arrière 12 et divise la chambre intérieure du logement arrière 12 en une chambre d'aspiration 17 et une chambre de décharge 16. Un élément d'étanchéité 31 assure l'étanchéité entre la circonférence extérieure de la première plaque d'extrémité 13b et la paroi intérieure du logement arrière 12. La volute à mouvement orbital 14 comprend une seconde plaque d'extrémité en forme de disque 14b, sur les faces de laquelle sont formées un second élément en spirale 14a, et un bossage annulaire 21 qui s'étend axialement à partir de celui-ci. Le premier élément en spirale 13a de la volute fixe 13 et le second élément en spirale 14a de la volute à mouvement orbital 14 s'ajustent mutuellement selon un décalage angulaire d'environ 180 degrés et selon un décalage radial prédéterminé. Au moins deux poches de fluide sont définies entre la volute fixe 13 et la volute à mouvement orbital 14. Un arbre d'entraînement 18 est disposé dans le logement 10 et est supporté de manière rotative par le logement avant 11 par l'intermédiaire d'un premier roulement radial 23. Un embrayage électromagnétique 24 est supporté de manière rotative par le logement avant 11 par l'intermédiaire d'un second roulement radial 25 et est relié à une partie d'extrémité de l'arbre d'entraînement 18. Un maneton 26 relié de manière excentrique à une autre extrémité de l'arbre d'entraînement 18, est inséré dans le bossage annulaire 21 de la volute à mouvement orbital 14 et est inséré dans un coussinet excentrique en forme de disque 27. Le coussinet excentrique 27 est disposé de manière rotative dans le bossage annulaire 21 par l'intermédiaire d'un troisième roulement radial 28. Un mécanisme anti-rotation 29 est prévu entre une surface de la volute à mouvement orbital 14 et la surface d'extrémité du logement avant 11. Le mécanisme anti-rotation 29 empêche la rotation de la volute à mouvement orbital 14 par rapport à la volute fixe 13 lorsque la volute à mouvement orbital 14 effectue un mouvement orbital selon un rayon orbital prédéterminé par rapport au centre de la volute fixe 13. Lorsqu'une force d'entraînement est transférée à partir d'une source d'entraînement extérieure (par exemple, un moteur de véhicule) par l'intermédiaire de l'embrayage électromagnétique 24, l'arbre d'entraînement 18 est mis en rotation et la volute à mouvement orbital 14, qui est supportée par le maneton 26, est entraînée dans un mouvement orbital par la rotation de l'arbre d'entraînement 18. Dans ce mouvement, les poches de fluide qui sont définies entre le premier élément en spirale 13a de la volute fixe 13 et le second élément en spirale 14a de la volute à mouvement orbital 14, se déplacent depuis les parties extérieures ou périphériques des éléments en spirale vers la partie centrale des éléments en spirale. Le gaz frigorigène, qui pénètre dans la chambre d'aspiration 17 par un orifice d'admission 19 formé dans le logement arrière 12, circule dans l'une des poches de fluide. Lorsque les poches de fluide se déplacent depuis les parties extérieures des éléments en spirale vers la partie centrale des éléments en spirale, le volume des poches de fluide est réduit et le gaz frigorigène contenu par les poches de fluide est comprimé. Le gaz frigorigène comprimé confiné à l'intérieur des poches de fluide se déplace à travers l'orifice de décharge 13d, déplace une soupape souple 30, et est déchargé dans la chambre de décharge 16. Enfin, le gaz frigorigène comprimé est déchargé dans un circuit réfrigérant extérieur (non montré) à travers un orifice de sortie 20 formé dans le logement arrière 12. Une configuration d'une volute à mouvement orbital d'un appareil de déplacement de fluide de type à volutes selon un premier mode de réalisation est montrée sur les figures 2a-b et 3. Etant donné que la volute à mouvement orbital et la volute fixe s'ajustent mutuellement, leurs formes sont symétriques. En faisant référence aux figures 2a et 2b, on désigne par 14c le cercle de développante de base. Une première ligne de transition entre une paroi intérieure s et une surface d'extrémité u formée au centre de l'élément en spirale 14a comprend un premier arc supérieur Ru, un second arc supérieur ru et une ligne droite Lu qui relie le premier arc supérieur Ru au second arc supérieur ru. Le premier arc supérieur Ru est relié à une paroi en développante intérieure 14d au niveau d'un point de début de paroi en développante intérieure supérieure Pi. Le second arc supérieur ru est relié à la paroi en développante extérieure 14c au niveau d'un point de début de paroi en développante extérieure supérieure Po. Une seconde ligne de transition entre la paroi intérieure s et une surface de base b comprend un premier arc inférieur Rb, un second arc inférieur rb et une ligne droite Lb qui relie le premier arc inférieur Rb au second arc inférieur rb. Le premier arc inférieur Rb est relié à la paroi en développante intérieure 14d au niveau d'un point de début de paroi en développante intérieure inférieure Pi'. Le second arc inférieur rb est relié à une paroi en développante extérieure 14e au niveau d'un point de début de paroi en développante extérieure inférieure Po'. La paroi intérieure s est inclinée, de sorte qu'elle présente une épaisseur qui est supérieure au niveau de la surface de base b qu'au niveau de la surface d'extrémité u. L'épaisseur de la paroi intérieure diminue progressivement depuis la surface de base b jusqu'à la surface d'extrémité u. Par conséquent, la résistance de la paroi de l'élément en spirale 14a peut être supérieure à celle de l'élément en spirale du compresseur de type à volutes connu. Les éléments mentionnés ci- dessus, tels que le premier arc inférieur Rb, le premier arc supérieur Ru, et similaire, sont définis par les équations et les relations suivantes Rb = ru + Ror + (; Ru = rb + Ror + a; ru Rb; et volute à mouvement orbital 14 est égal à 2x. La figure 4 montre un second mode de réalisation de la présente invention. On désigne par 14c le cercle de développante de base. Une première ligne de transition entre une paroi intérieure s et une surface d'extrémité u formée au centre de l'élément en spirale 14a comprend un premier arc supérieur Ru et un second arc supérieur ru. Le premier arc supérieur Ru est relié à la paroi en développante intérieure 14d au niveau du point de début de paroi en développante intérieure supérieure Pi. Le second arc supérieur ru est relié à la paroi en développante extérieure 14c au niveau du point de début de paroi en développante supérieure extérieure Po. Une seconde ligne de transition comprise entre la paroi intérieure s et la surface de base b comprend le premier arc inférieur Rb et le second arc inférieur rb. Le premier arc inférieur Rb est relié à la paroi en développante intérieure 14d au niveau du point de début de paroi en développante intérieure inférieure Pi'. Le second arc inférieur rb est relié à la paroi en développante extérieure 14e au niveau du point de début de paroi en développante extérieure inférieure Po'. Autrement dit, dans la volute à mouvement orbital (et également dans la volute fixe) du second mode de réalisation, les parties de ligne droite Lu et Lb sont supprimées de la volute à mouvement orbital (et également de la volute fixe) du premier mode de réalisation. Lorsque la valeur de correction ca est égale à 0 (valeur attribuée arbitrairement), la volute fixe 13 et la volute à mouvement orbital 14 sont actionnées afin de maintenir leur espacement nul sans fuite de gaz comprimé et sans interférence mutuelle à chaque angle orbital de la volute à mouvement orbital 14. Le volume mort de la volute fixe 13 et de la volute à mouvement orbital 14 devient nul et un rendement de compression maximum et on peut alors obtenir simultanément une résistance accrue des éléments en spirale des deux volutes. Comme décrit ci-dessus, par rapport aux modes de réalisation de la présente invention d'un appareil de déplacement de fluide de type à volutes, la résistance des parties centrales des éléments en spirale de la volute fixe 13 et de la volute à mouvement orbital 14, dont la partie centrale reçoit une charge accrue ou la charge maximum dans des conditions de température élevée et de haute pression lorsque l'appareil de déplacement de fluide du type à volutes est mis en oeuvre, peut être augmentée sans sacrifier le rendement volumétrique, par exemple le rendement de compression, le rendement d'expansion et le rendement de décharge. De plus, lors de la fabrication de l'appareil de déplacement de fluide de type à volutes, la valeur de correction ca, qui est un facteur pour déterminer la configuration des éléments en spirale de la volute fixe 13 et de la volute à mouvement orbital 14, peut être déterminée de manière appropriée. Par conséquent, on peut obtenir avec la volute fixe 13 et la volute à mouvement orbital 14 un rendement volumétrique accru ou maximum en fonction de la précision de l'usinage. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation préférés, elle n'est pas limitée à ceux-ci. L'homme du métier comprendra que des variantes et des modifications peuvent être réalisées dans l'étendue et dans l'esprit de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de déplacement de fluide de type à volutes, caractérisé en ce qu'il comprend: un logement arrière (12) comportant une extrémité ouverte et un orifice d'admission (19) et un orifice de sortie (20); un logement avant (11) fermant ladite extrémité ouverte; une volute fixe (13) comportant une première plaque d'extrémité (13b) sur une face de laquelle est formé un élément en spirale (13a), ladite volute fixe étant fixée audit logement arrière (12); une volute à mouvement orbital (14) comportant une seconde plaque d'extrémité (14b) sur une face de laquelle est formé un élément en spirale (14a), lesdits éléments en spirale (13a, 14a) s'ajustant mutuellement selon un décalage angulaire et radial afin de former une pluralité de lignes de contact définissant au moins deux poches de fluide étanches; un mécanisme d'entraînement comprenant un arbre d'entraînement (18) supporté de manière rotative par ledit logement avant (11) afin de réaliser le mouvement orbital dudit élément de volute à mouvement orbital par la rotation dudit arbre d'entraînement afin de modifier le volume desdites poches de fluide; et des moyens anti-rotation (29) empêchant la rotation de ladite volute à mouvement orbital (14); en ce qu'une paroi intérieure (s) d'une partie de début épaissie de chacun desdits éléments en spirale est inclinée, de manière que l'épaisseur d'une surface de base (b) de ladite partie de début élargie soit supérieure à l'épaisseur au niveau d'une surface d'extrémité (u) et que l'épaisseur de ladite partie de début épaissie diminue progressivement vers ladite surface d'extrémité de ladite partie de début épaissie, en ce qu'une première ligne de transition entre ladite paroi intérieure (s) et ladite surface d'extrémité (u) comprend un premier arc supérieur (Ru) effectuant une liaison avec un point de début de paroi en développante intérieure supérieure et un second arc (ru) effectuant une liaison avec un point de début de paroi en développante extérieure supérieure, et en ce qu'une seconde ligne de transition entre ladite paroi intérieure (s) et ladite surface de base (b) comprend un premier arc inférieur (Rb) effectuant une liaison avec un point de début de paroi en développante intérieure inférieure et un second arc inférieur (rb) effectuant une liaison avec un point de début de paroi en développante extérieure inférieure, et dans lequel chacun desdits éléments est défini par les équations et les relations suivantes: Rb = ru + Ror; Ru = rb + Ror; ru Rb; et 4(Pi - IPo = 180 , o Rb est le rayon du premier arc inférieur; rb est le rayon du second arc inférieur; Ru est le rayon du premier arc supérieur; ru est le rayon du second arc supérieur; Ror est un rayon orbital de ladite volute à mouvement orbital (14); À Pi est un angle de début élargi d'une paroi en développante intérieure; et DPo est l'angle de début élargi d'une paroi en développante extérieure. 2. Appareil de déplacement de fluide de type à volutes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ligne droite (Lu) relie ledit premier arc supérieur (Ru) et ledit second arc supérieur (ru), en ce qu'une ligne droite (Lb) relie ledit premier arc inférieur (Rb) et ledit second arc inférieur (rb), en ce qu'une valeur de correction (ca) évite une interférence mutuelle entre ladite volute fixe (13) et ladite volute à mouvement orbital (14), et en ce que ledit premier arc inférieur (Rb) et ledit premier arc supérieur (Ru) sont définis par les équations suivantes: Rb = ru + Ror + a; Ru = rb + Ror + c, o a est la valeur de correction.