Brevet FR2816671A1 — publié le 20020517

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour optimiser la circulation d'huile à l'intérieur d'un compresseur à membrane. Les compresseurs à membrane fonctionnent de manière identique aux compresseurs à piston ordinaires, mais avec une membrane séparatrice entre le côté gaz et le côté huile. Le côté huile est formé par l'unité habituelle piston-cylindre, dont le volume de travail et le volume mort sont entièrement remplis d'huile. Du côté gaz se trouvent les soupapes d'aspiration et de refoulement de gaz. De par le mouvement oscillant du piston, le volume refoulé par lui est reporté sur la membrane qui reprend à son tour l'aspiration, la compression et l'évacuation du gaz. Comme la pression d'huile pendant toute la course correspond à la courbe de pression d'aspiration et de compression côté gaz, on peut également parler ici du fonctionnement d'un compresseur à piston. Il existe toutefois une légère différence par rapport au compresseur à piston, résidant dans le fait que l'on doive installer un circuit d'huile secondaire dans le cas du compresseur à membrane, afin de pouvoir compenser l'huile de fuite du piston. A cet effet, on utilise une pompe de compensation, entraînée par un excentrique sur le vilebrequin. Cette pompe injecte ainsi, de manière synchronisée avec chaque course du piston, une petite quantité d'huile dans la chambre d'huile du compresseur. En théorie, cette quantité d'huile doit être exactement égale à la fuite au piston du compresseur. Comme cela n'est pas réalisable sur le plan technique, on injecte toujours une quantité d'huile supérieure à celle de la fuite. Il en résulte qu'il se trouve, à chaque course du piston du compresseur, un peu trop d'huile dans la chambre d'huile, qui entraînerait au point mort avant de la membrane (= contact avec le couvercle) une augmentation incontrôlable de la pression d'huile. Pour éviter cela, il faut ajouter une soupape de décharge d'huile qui limite la pression d'huile au point mort avant du piston à une valeur située légèrement au-dessus de la pression maximale du gaz. La forme de la courbe comme contact de la membrane avec le couvercle est obtenue suivant des exigences purement mathématiques, pour faire dérouler la membrane se déformant sous la pression de l'extérieur vers l'intérieur sur sa surface. Au sens large, si l'on compare avec un compresseur à piston, la membrane joue le rôle de piston et la surface du couvercle de cylindre. Cependant, le fait que l'effet d'étanchéité progressif entre membrane et couvercle ne corresponde pas à celui qui existe entre le piston avec ses segments et la paroi du cylindre pose un problème. Il peut se former localement entre la membrane et la surface du couvercle des coussins de gaz qui augmentent l'espace mort et diminuent la durée de vie de la membrane. Ces coussins de gaz locaux agissent comme des îlots étanches et ne s'éliminent pas, même en augmentant la pression d'huile. Les compresseurs à membrane décrits dans les documents DE-AS 1 132 285 et DE-AS 1 653 465 ne présentent aucune caractéristique de construction visant à créer une circulation voulue pour éviter la formation locale de coussins entre membrane et surface du couvercle. L'invention a pour but de proposer un procédé avec un dispositif permettant de réduire fortement le risque de la formation de coussins intérieurs. Cet objectif est atteint par une plaque de soupape qui ferme automatiquement les trous dans la zone centrale de la plaque perforée lors de la course de refoulement du piston et les libère automatiquement lors de la course d'aspiration du piston. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation et des dessins qui l'accompagnent, sur lesquels: la figure 1 représente une tête de membrane complète dont la réalisation correspond à l'état de la technique, la figure 2 représente une tête de membrane complète suivant la figure 1, dans laquelle on a incorporé en supplément, à l'intérieur de la chambre d'huile, le dispositif conforme à l'invention. Conformément à la figure 1, les composants principaux d'un compresseur à membrane comprennent 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, le clapet de retenue 8 et la vanne de décharge d'huile 9. Le volume appelé chambre d'huile s'étend entre le piston 5 et la membrane 4. Le volume appelé chambre de gaz s'étend de la membrane 4 au couvercle 2. Le volume de course de membrane est accordé au volume de course du piston (surface x course), de sorte que le fonctionnement correspond à celui d'un compresseur à piston. La membrane se déplace de manière synchronisée en volume avec le piston, aspire le gaz par la soupape d'aspiration 7, le comprime et l'évacue par la soupape de refoulement 6. La fuite d'huile au piston 5 doit être compensée par une pompe extérieure. On utilise à cet effet une petite pompe à piston, entraînée par un excentrique, qui injecte à chaque course une petite quantité d'huile dans la chambre d'huile par l'intermédiaire du clapet de retenue 8. Du fait que l'excentrique est situé directement sur le vilebrequin, la pompe de compensation effectue une injection dosée avec précision, de manière synchronisée avec chaque course du piston principal 5. Cette quantité d'huile injectée devant toujours être supérieure à la fuite au piston 5 pour des raisons de sécurité de fonctionnement, une vanne de décharge d'huile 9 est en outre nécessaire pour pouvoir évacuer la quantité d'huile injectée en trop au point mort avant du piston 5 et de la membrane 4. Le mouvement vers l'avant du piston 5 ayant lieu avec chaque course de refoulement pousse l'huile à travers les trous de la plaque perforée 3 devant la membrane qui est appliquée à son tour entièrement sur la surface du couvercle, au point mort avant du piston. Malgré la courbe du couvercle orientée mathématiquement pour favoriser le développement de la membrane de l'extérieur vers l'intérieur, il arrive souvent que des coussins de gaz se forment localement entre la membrane et la surface du couvercle. L'huile passant par la plaque perforée agit en même temps sur toute la surface de la membrane. L'invention consiste essentiellement en une modification profonde des conditions de circulation qui favorise par l'huile le processus de déroulement de la membrane de l'extérieur vers l'intérieur lors de la course de refoulement, et en même temps évite la formation de coussins de gaz. En même temps, lors de la course d'aspiration du piston 5, l'huile doit refluer par le chemin direct pour obtenir un effet de refroidissement le meilleur possible de l'huile sur la paroi du cylindre. Pour réaliser ces exigences, il faut amener la circulation à l'intérieur de la chambre d'huile dans un mouvement qui soit en rythme avec le mouvement du piston. Ce mouvement de circulation ne doit plus provoquer un simple aller et retour de l'huile, mais doit conduire l'huile, lors de la course de refoulement, d'abord dans les zones extérieures de la membrane, à partir du piston, pour atteindre également ensuite, en suivant le processus de déroulement, le centre de la membrane. De là, de nouveau lors de la course d'aspiration du piston, elle doit le suivre directement, par la voie directe passant par le centre, pour que la chaleur de compression absorbée essentiellement au centre pendant la course de refoulement puisse être cédée le plus rapidement possible et plus efficacement à la paroi froide du cylindre. Le dispositif représenté à la figure 2, comprenant la plaque de soupape 10 et les guides 11, remplit les conditions permettant d'obtenir la circulation voulue de l'huile. Pendant la course de refoulement du piston , la plaque de soupape 10 est automatiquement appliquée sur la plaque perforée par l'intermédiaire de la pression différentielle formée et ferme la zone centrale des trous dans la plaque perforée 3. L'huile doit donc choisir le chemin extérieur par les trous encore libres et elle parvient ainsi d'abord dans la zone extérieure de la membrane o elle empêche la formation de coussins de gaz en favorisant le processus de déroulement mathématique. Lorsque la membrane est entièrement appliquée sur le couvercle vers la fin de la course de refoulement, la course d'aspiration commence qui, à son tour, de nouveau par l'intermédiaire de la pression différentielle formée, soulève la plaque de soupape 10 de la surface de la plaque perforée. Il résulte que l'huile chaude peut suivre directement le piston en direction de la paroi froide du cylindre dans la zone de diamètre moyen. La configuration de la plaque de soupape 10 comme plaque perforée avec un dessin de trous ne correspondant pas à celui de la plaque perforée 3 et ne laissant aucune section de trous libre lorsque la plaque de soupape 10 est appliquée sur la plaque perforée 3, est avantageuse. Les guides 11 sont munis en même temps d'une butée limitant la course de la plaque de soupape 10. Avantageusement, la plaque perforée 3 s'appuie sur la membrane 4 lors de la course d'aspiration. Selon une variante avantageuse de l'invention, une pièce formée en tôle sert de plaque de soupape, et des éléments de guidage 11 sont fixés dans la plaque perforée 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour optimiser la circulation d'huile à l'intérieur d'un compresseur à membrane, avec une membrane (4) entraînée de manière hydraulique par un piston (5), ainsi qu'une plaque perforée (3) s'appuyant sur la membrane(4) lors de la course d'aspiration, caractérisé par une plaque de soupape (10) qui ferme automatiquement les trous dans la zone centrale de la plaque perforée (3) lors de la course de refoulement du piston (5) et libère à nouveau automatiquement ceux-ci lors de la course d'aspiration du piston (5). 2. Dispositif pour optimiser la circulation d'huile à l'intérieur d'un compresseur à membrane selon la revendication 1, caractérisé par une pièce formée en tôle servant de plaque de soupape (10), et des éléments de guidage (11) qui sont fixés dans la plaque perforée (3) et qui limitent la course de la plaque de soupape. 3. Dispositif pour optimiser la circulation d'huile à l'intérieur d'un compresseur à membrane selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque de soupape (10) est une plaque perforée dont le dessin des trous ne correspond pas à celui de la plaque perforée (3) et ne laisse apparaître aucune section de trou libre lorsque la plaque de soupape (10) est appliquée sur la plaque perforée (3).