Brevet FR2796994A1 — publié le 20010202

L'invention se rapporte à un compresseur à engrenages et notamment de type ROOTS. Classiquement, un tel compresseur (US-A-4.215.977) comprend - un stator ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie du fluide à comprimer, généralement de l'air et, - logés dans ce stator, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entrainés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée. Lorsque la chambre délimitée entre les deux lobes considérés, dits lobe premier et lobe arrière selon le sens de rotation, se déplace devant l'entrée, le fluide à transporter provenant du côté d'alimentation s'introduit dans la chambre de transport à une pression d'alimentation déterminée puis, au fur et à mesure du passage du lobe arrière devant l'entrée, la chambre se ferme progressivement. La fermeture complète de la chambre de transport est obtenue lorsque, par rapport au sens de rotation du rotor, l'arête du deuxième lobe ou lobe arrière, a franchi le bord de l'orifice d'alimentation. Grâce au faible jeu de fonctionnement entre l'arête des lobes et la paroi interne du stator, la chambre de transport bénéficie d'une relative étanchéité. Le fluide ainsi emprisonné se déplace alors avec le rotor jusqu'à ce que l'arête du premier lobe atteigne le bord de l'orifice de refoulement. La chambre de transport s'ouvre alors progressivement et le fluide qui, du fait de l'engrenage des pistons avec une bonne étanchéité entre eux, ne pouvant revenir vers l'entrée, est donc chassé au travers de l'orifice de refoulement dans une conduite de refoulement où l'air déjà refoulé est à une pression dite de refoulement supérieure à la pression d'alimentation. Le débit et la pression de refoulement dépendent notamment de la vitesse de rotation du compresseur et du volume de chaque chambre. La pression d'alimentation du fluide étant inférieure à la pression de refoulement, lorsque l'arête du premier lobe de la chambre de transport atteint et dépasse le bord de l'orifice de refoulement, une partie du fluide contenu dans la conduite de refoulement remonte à contre-courant et pénètre brusquement dans la chambre de transport pour tendre à un équilibre des pressions. Ce brusque retour d'air est, notamment, à l'origine de vibrations voire de chocs et donc du bruit produit par ces compresseurs obligeant à prévoir en aval du compresseur des amortisseurs accoustiques très puissants mais aussi très encombrants et coûteux. Pour tenter de remédier à ce brusque retour, on connaît un compresseur ROOTS à trois lobes (US-A-4.215.977) dans lequel on anticipe ce retour de fluide de soixante degrés environ mais en régulant ce prélèvement de fluide à la pression de refoulement pour l'introduire dans la chambre de transport encore fermée. A cet effet, c'est pendant le déplacement de la chambre de transport, entre les deux orifices d'alimentation et de refoulement et donc avant que le premier lobe passe devant l'orifice de refoulement, que l'on prélève du fluide de la pression côté refoulement et on l'introduit dans la chambre de transport pour augmenter progressivement la pression dans la chambre de transport et tendre à obtenir un équilibre des pressions avant que l'arête du premier lobe ne franchisse le bord de l'orifice de refoulement de sorte qu'alors on n'y ait plus de chocs. L'amplitude angulaire de soixante degrés de cette anticipation est liée à la nécessité que le lobe arrière (déphasé de cent vingts degrés du lobe avant) ait déjà franchi l'orifice d'entrée afin que la chambre de transport soit fermée côté entrée. Pour permettre cette introduction anticipée dans la chambre de transport d'air prélevé sur le refoulement, la paroi du stator présente un canal, par exemple, creusé dans l'épaisseur de la paroi. De nombreux paramètres, tels que les pressions d'alimentation et de refoulement, les températures d'alimentation et de refoulement, la vitesse de rotation du rotor et la taille de ces pompes sont des paramètres ayant une influence sur l'intensité des problèmes précités. Dans une application donnée, les paramètres précités sont fixés par l'utilisateur mais celui-ci peut ensuite à tout moment modifier ces paramètres. Pour minimiser le bruit produit, les constructeurs ne peuvent agir que sur les formes et sections du canal. A ce jour, la solution retenue par les constructeurs de ces machines consiste (Energie fluide N IX de 1994 pages 57 et 58 "surpresseur à piston rotatif avec dispositif intégré de réduction de pulsations" de J.Y PICOL) à agir empiriquement par tatonnement et à établir par cette méthode un canal, de forme et sections invariables quelle que soit l'évolution des paramètres, convenant donc essentiellement pour des paramètres de fonctionnement précis et donc rarement atteints, des paramètres précités ou à prévoir des moyens tels des tiroirs mobiles (FR-A-2.534.638), qui permettent d'ajuster la dimension transversale et la profondeur du canal en s'aidant d'un moyen de mesure du bruit pour rechercher les positions de ces tiroirs où le bruit produit est minimisé mais il faut alors agir fréquemment pour cet ajustement ce qui est insupportable et sans pour autant que la réduction de bruit sensiblement obtenue soit optimale. Un des résultats que l'invention vise à obtenir est un compresseur du type cité plus haut qui porte une solution rationnelle et notamment offre, dans une très large plage de travail, de très bons résultats au plan atténuation du bruit de sorte qu'en centrant cette plage sur la zone d'utilisation principale du compresseur, les réglages peuvent être négligés et surtout apportent une loi définissant les caractéristiques du canal facilitant ainsi la fabrication. A cet effet, l'invention a pour objet un compresseur du type précité comprenant - un stator ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie du fluide à comprimer, généralement de l'air et, - logés dans ce stator, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entrainés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et - un canal creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont l'amplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement, ce compresseur étant caractérisé en ce que le canal présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée jusqu'à sa sortie, qui respecte les rapports dimensionnels ci-aprés - pour la largeur du canal . L1/Lc = 0,32 . L2/Lc = 0,18 . les parois latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite parallèle à l'axe médian du canal passant par le bord latéral de l'entrée du canal, - pour la profondeur du canal . h1/Dc = 0,081 . entre la sortie du canal et sur un angle de 35 en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 = 0,52 x Dc, . entre l'entrée du canal et sur un angle de 25 , le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x Dc, - ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de 2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %, avec L1 : largeur en sortie du canal, L2 : largeur à l'entrée du canal, Lc :longueur axiale du stator, Dc : diamètre interne du stator. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-aprés faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : une coupe axiale d'un stator, - figure 2 : une vue partielle en coupe transversale d'un compresseur, - figure 3 : une forme développée d'un détail de la figure 1. En se reportant au dessin, on voit un compresseur rotatif multi-lobes type ROOTS. Classiquement, ce compresseur 1 comprend - un stator 2 ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée 3 et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie 4 du fluide à comprimer, généralement de l'air et, - logés dans ce stator 2, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entrainés en rotation par un moyen moteur (non représenté) et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre 5 dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et - un canal 6 creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont l'amplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement. Selon une caractéristique de l'invention, le canal 6 présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée E jusqu'à sa sortie S, qui respecte les rapports dimensionnels ci-après - pour la largeur du canal . 1-111-c = 0,32 . L21Lc = 0,18 . les parois 7 latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite D parallèle à l'axe médian M du canal passant par le bord latéral A de l'entrée du canal E, - pour la profondeur du canal . h11Dc = 0,081 . entre la sortie du canal et sur un angle de 35 en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 = 0,52 x Dc, . entre l'entrée du canal et sur un angle de 25 , le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x Dc, - ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de 2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %. Avec: L1 : largeur en sortie du canal, L2 : largeur à l'entrée du canal, Lc :longueur axiale du stator, Dc : diamètre interne du stator. Lorsque la vitesse périphérique augmente les valeurs précitées sont à multiplier par un facteur Z ICBI32 avec CB = vitesse périphérique du rotor à considérer Cette section est déterminée pour atteindre la pression de refoulement dans le volume transféré légèrement avant que l'arête du premier lobe n'atteigne le bord de l'orifice de sortie. Le raccordement du canal avec le demi-cylindre du corps de la machine a une forme particulière qui permet une meilleure progressivité au début du processus : forme en V avec une inclinaison de 10 telle que représentée sur la forme développée en figure 3. REVENDICATIONS 1. Compresseur à engrenages et notamment de type ROOTS comprenant - un stator (2) ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée (3) et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie 4 du fluide à comprimer, généralement de l'air, - logés dans ce stator (2), deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entrainés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre (5) dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et - un canal (6) creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont lamplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement, ce compresseur étant CARACTERISE en ce que le canal (6) présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée (E) jusqu'à sa sortie (S), qui respecte les rapports dimensionnels ci- après - pour la largeur du canal . 1-111-c = 0,32 . I-2/Lc = 0,18 . les parois (7) latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite (D) parallèle à l'axe médian (M) du canal passant par le bord latéral A de l'entrée du canal (E), - pour la profondeur du canal . h1/Dc = 0,081 . entre la sortie du canal et sur un angle de 35 en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 = 0,52 x Dc, . entre l'entrée du canal et sur un angle de 25 , le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x Dc, - ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de 2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %, avec L1 : largeur en sortie du canal, L2 : largeur à l'entrée du canal, Lc :longueur axiale du stator, Dc : diamètre interne du stator. 2. Compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la vitesse périphérique augmente les valeurs précitées sont à multiplier par un facteur Z @CBl32 avec CB = vitesse périphérique du rotor à considérer 3. Compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le raccordement du canal avec le demi-cylindre du corps de la machine a une forme particulière qui permet une meilleure progressivité au début du processus : forme en V avec une inclinaison de 1 0 .