Brevet FR2816672A1 — publié le 20020517

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le maintien de la quantité correcte de décharge d'huile dans les compresseurs à membrane. Les compresseurs à membrane fonctionnent de manière similaire aux compresseurs normaux à piston, mais avec une membrane séparatrice entre le côté gaz et le côté huile. Le côté huile est formé par l'ensemble usuel piston-cylindre dont le volume de service et le volume mort sont complètement remplis d'huile. Du côté gaz, on trouve les soupapes d'aspiration et de refoulement du gaz. Le mouvement d'oscillation du piston transfère le volume déplacé par le piston sur la membrane qui, à son tour, prend alors en charge l'aspiration, la compression et l'expulsion du gaz. Etant donné que la pression d'huile pendant le mouvement complet correspond à la marche de pression d'aspiration et de compression du côté gaz, on peut parler ici aussi du mode de fonctionnement d'un compresseur à piston. Il existe cependant une différence mineure par rapport au compresseur à piston, c'est-à-dire que dans un compresseur à membrane, il faut installer en plus un circuit d'huile secondaire pour pouvoir compenser l'huile de fuite du piston. A cette fin, on utilise une pompe de compensation entraînée par un excentrique sur le vilebrequin. Ainsi, elle injecte une petite quantité d'huile dans la chambre d'huile du compresseur en même temps que chaque mouvement du piston. Cette quantité doit théoriquement être exactement la même que la fuite du piston du compresseur. Etant donné que cela n'est techniquement pas faisable, on utilise toujours une quantité d'huile injectée qui est supérieure à celle de la fuite. Cela a, de nouveau, pour résultat le fait qu'à chaque mouvement du piston du compresseur, il y a un peu trop d'huile dans la chambre d'huile, ce qui conduirait à une augmentation incontrôlable de la pression d'huile au point mort antérieur de la membrane (=installation sur le couvercle). Pour éviter cela, il faut rajouter encore une soupape de décharge d'huile qui limite la pression de l'huile dans le point mort antérieur du piston à une valeur qui est légèrement supérieure à la pression maximale du gaz. Mais, la soupape de décharge d'huile commandée par ressort, qui fonctionne comme une soupape de sécurité, ne doit laisser échapper que la quantité d'huile qui arrive réellement en trop de la pompe de compensation dans la chambre d'huile. D'une part, cette quantité qui s'échappe à chaque mouvement dépend de la caractéristique d'ouverture de la soupape de décharge d'huile, la configuration de la partie du siège et celle de la courbe caractéristique du ressort étant les éléments déterminants, et, d'autre part, le contenu énergétique de la chambre d'huile (pression x volume) exerce une influence sensible sur le mode de réponse de la soupape de décharge d'huile. Ce dernier conduit à des temps d'ouverture involontaires plus longs de la soupape de décharge d'huile, pendant lesquels la quantité d'huile qui s'échappe est plus grande que la quantité d'huile apportée par la pompe de compensation. La conséquence en est que de nombreux mouvements se produisent qui ne conduisent plus la membrane à son point mort. Ainsi, le gaz comprimé n'est pas expulsé en totalité, ce qui entraîne une diminution rapide du volume aspiré. La pompe à membrane décrite dans le document DE 44 20 863 Al présente également la chambre d'huile décrite avec les conduites d'alimentation et de décharge vers un réservoir d'huile, des soupapes de décharge étant disposées dans les conduites d'alimentation et de décharge pour compenser les pertes d'huile dans la chambre d'huile. Le but de la présente invention est de proposer un procédé avec un dispositif permettant d'éviter les temps d'ouverture trop longs de la soupape de décharge d'huile en cas d'états de marche différents de la chambre d'huile. Le but est atteint en disposant, dans le sens d'écoulement, dans la conduite de décharge devant la soupape de déchargement une vanne-pilote avec un étranglement et en actionnant la vanne-pilote en fonction de la pression différentielle au niveau de l'étranglement de telle manière qu'en cas d'augmentation de la pression différentielle on libère l'ouverture de la vanne-pilote à travers laquelle une quantité d'huile supplémentaire s'écoule vers le réservoir d'huile. Un exemple de réalisation de la présente invention est présenté dans les dessins et décrit plus en détail ci-après. La Figure 1 montre une tête de membrane complète selon le mode de réalisation selon l'art antérieur. La Figure 2 montre une tête de membrane complète selon la figure 1 dans laquelle, en plus, le dispositif selon la présente invention est installé à l'intérieur de la chambre d'huile. La Figure 3 montre une tête de membrane complète selon la figure 1 dans laquelle, en plus, le dispositif selon la présente invention est installé à l'extérieur de la chambre d'huile. La figure 4 montre le dispositif selon la présente invention en section longitudinale selon la configuration à l'intérieur de la chambre d'huile. La figure 5 montre le dispositif selon la présente invention en section longitudinale selon la configuration à l'extérieur de la chambre d'huile. Les parties principales d'un compresseur à membrane comprennent, selon la figure 1, la bride avec le cylindre 1, le couvercle 2, la plaque perforée 3, la membrane 4, le piston 5, les soupapes d'aspiration 7 et de refoulement 6, la soupape anti-retour 8 et la soupape de décharge d'huile 9. Le volume désigné comme chambre d'huile s'étend entre le piston 5 et la membrane 4. Le volume désigné comme chambre de gaz s'étend de la membrane 4 au couvercle 2. Le volume de mouvement de la membrane est adapté au volume de mouvement du piston (surface x mouvement) de sorte que c'est le mode de fonctionnement d'un compresseur à piston qui en résulte. La membrane fonctionne en synchronisation de volume avec le piston, aspire le gaz à travers la soupape d'aspiration 7, le comprime et l'expulse à travers la soupape de refoulement 6. La fuite d'huile du piston 5 doit être de nouveau compensée par une pompe extérieure. Pour cela, on utilise une petite pompe à piston entraînée par un excentrique qui, à chaque mouvement, injecte une petite quantité d'huile dans la chambre d'huile par l'intermédiaire de la soupape antiretour 8. Du fait que l'excentrique est placé directement sur le vilebrequin, une injection exactement dosée de la pompe de compensation a lieu en même temps que chaque mouvement du piston principal 5. Cette quantité d'huile injectée devant, pour des raisons de sécurité de fonctionnement, être toujours supérieure à la fuite du piston 5, il faut en plus une soupape de décharge d'huile 9 qui peut laisser s'écouler la quantité d'huile injectée en trop dans le point mort antérieur du piston 5 et de la membrane 4. La quantité que la soupape de décharge d'huile peut laisser passer ne doit pas être supérieure à ce que constitue la portion excédentaire dans la chambre d'huile. C'est précisément dans les chambres d'huile ayant un contenu énergétique élevé, c'est-à-dire un produit élevé de pression x volume d'huile, que la plupart du temps, les temps d'ouverture des soupapes de décharge d'huile sont trop longs et qu'elles laissent alors s'écouler une quantité d'huile trop grande. Le dispositif à étranglement 10 installé en plus, visible sur les figures 2 et 3, constitue le point essentiel de la présente invention. Il remplit la fonction d'un étranglement qui fait baisser la pression dans la conduite d'alimentation vers la soupape de décharge d'huile pendant l'ouverture de la soupape de décharge d'huile de façon à ce que cette dernière puisse se refermer suffisamment rapidement, en particulier en cas de contenu énergétique élevé de la chambre d'huile. Mais ce type de dispositif à étranglement n'est valable que si un volume tampon suffisamment grand est installé en plus entre l'étranglement et la soupape de décharge d'huile sous forme d'une tuyauterie. Le dispositif à étranglement fonctionne alors avec une portion d'étranglement constante et une portion d'étranglement variable qui doit garantir une pression différentielle constante pendant le temps d'ouverture de la soupape avec des viscosités d'huile variables. En particulier lorsque la machine démarre à froid, l'huile est beaucoup plus épaisse que dans une machine qui fonctionne depuis déjà plusieurs heures ou plusieurs jours. C'est pourquoi un dispositif à étranglement qui tient compte de cette particularité est extrêmement utile. Le dispositif à étranglement montré à la figure 4, qui est installé tout entier dans la chambre à huile, comprend principalement l'orifice d'étranglement proprement dit à l'entrée d'huile C et la sortie d'huile D qui est relié directement à l'entrée de la soupape de décharge d'huile par une tuyauterie. Ce qui est important ici, c'est que cette portion soit isolée de la marche de pression de la chambre d'huile. Dans ladite configuration, il s'agit d'un étranglement constant qui est réglé sur les faibles viscosités d'huile et qui, avec des viscosités plus élevées, comme c'est le cas au démarrage à froid, générerait des pressions différentielles trop élevées et laisserait donc décharger trop peu d'huile. Des pressions élevées inacceptables seraient ainsi générées à l'intérieur de la tête de membrane. La soupape à tiroir 12 installée à l'intérieur du boîtier 11 produit, en liaison avec le ressort 13 pré- tendu par l'anneau de joint 17 et avec l'ouverture libre inférieure A, une mobilité de la soupape à tiroir vers le haut au cas o la pression au dessus de la soupape à tiroir diminuerait plus fortement. La pression différentielle entre la chambre d'huile et le siège de la soupape de décharge d'huile est, dans cette configuration, égale à zéro lorsque la soupape est fermée. Lorsque la soupape s'ouvre, si la pression à l'intérieur de la tuyauterie allant vers la soupape de décharge d'huile diminue à cause de l'étranglement, la pression différentielle est générée par la pré-tension du ressort. Dès que la pression au-dessus de la soupape à tiroir, qui correspond à la pression sous le siège de la soupape de décharge d'huile, diminue plus fortement, la soupape à tiroir 12 est poussée vers le haut par la pression différentielle plus forte générée et libère ainsi un autre by- pass d'huile à travers lequel plus d'huile peut alors passer dans la tuyauterie allant vers la soupape de décharge d'huile. Ce by-pass d'huile supplémentaire est formé par l'ouverture d'entrée B, la rainure 16 tournante située dans la soupape à tiroir, le perçage transversal 15 et le perçage longitudinal 14. La portion de la section transversale variable de la soupape à tiroir croît en même temps que la pression différentielle croissante. On peut aussi imaginer un mode de réalisation dans lequel les deux ouvertures d'entrée B et C sont réunies en une ouverture B. Pour cela, il faudrait que la soupape à tiroir libère alors une portion de la section transversale de l'entrée B lorsqu'elle est déjà dans sa position inférieure au point mort. Le dispositif à étranglement montré à la figure 5 est le mode de réalisation pour le montage à l'extérieur de la chambre d'huile. Ici, toutes les ouvertures d'entrée A, B, C sont reliées à la chambre d'huile par des conduits étanchés vers l'extérieur par des joints toriques. On a rajouté un couvercle 18 qui forme l'étanchéité de l'arrivée d'huile A vers l'extérieur. Les fonctions sont ainsi conservées telles qu'elles ont été décrites dans l'exemple du dispositif à étranglement disposé à l'intérieur de la chambre à huile à la figure 4. Selon une variante préférée de l'invention, les conduites d'alimentation et de décharge comportent chacune au moins une soupape de décharge. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour commander un compresseur à membrane à entraînement hydraulique, avec une chambre d'huile correspondant à la membrane dont la quantité d'huile doit être maintenue constante et qui est reliée à un réservoir d'huile par des conduites d'alimentation et de décharge avec chacune au moins une soupape de décharge (8,9) commandée par la pression caractérisé en ce que, dans la conduite de décharge dans le sens d'écoulement, devant la soupape de décharge (9) est montée une vannepilote (10) avec un étranglement C et en ce que la vanne-pilote est commandée en fonction de la pression différentielle au niveau de l'étranglement de telle manière qu'en cas d'augmentation de la pression différentielle, une ouverture B de la vanne- pilote est libérée à travers laquelle une quantité supplémentaire d'huile s'écoule vers le réservoir d'huile. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression différentielle entre la pression de réponse de la soupape de décharge d'huile et la pression d'huile à l'intérieur de la conduite d'alimentation reste constante pendant le processus de réponse. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par un boîtier (11) de la vanne-pilote (10) placé dans la chambre d'huile, avec une ouverture de décharge d'huile D à laquelle est raccordée une conduite étanche par rapport à la chambre d'huile qui conduit directement à l'entrée de la soupape de décharge d'huile, avec des ouvertures d'entrée d'huile A et C pour générer la pression différentielle sur une soupape à tiroir (12), avec un ressort de maintien de la pression (13) pour régler la pression différentielle, une ouverture d'entrée d'huile B à travers laquelle l'huile de compensation s'écoule, en cas de différences de pression plus élevées, dans la conduite d'alimentation vers la soupape de décharge d'huile à travers une rainure tournante (15), un perçage transversal (15) et un perçage longitudinal (14) de la soupape à tiroir. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un boîtier (11) de la vanne-pilote placé à l'extérieur de la chambre d'huile. 5. Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par une section variable dans la zone de l'ouverture d'entrée d'huile B et de la rainure (16) de la soupape à tiroir pour maintenir constante la pression différentielle entre la pression dans la chambre d'huile et la conduite d'alimentation D allant vers la soupape de décharge d'huile.