Brevet FR2836961A1 — publié le 20030912

La présente invention concerne un procédé pour l'optimisation du flux de gaz à l'intérieur d'un compresseur à membrane. Les compresseurs à membrane fonctionnent de manière similaire aux compresseurs à piston classiques, avec cependant une membrane de séparation entre le côté avec le gaz et celui avec l'huile. Le côté avec l'huile est formé par l'unité à piston-cylindre habituelle dont les volumes de travail-course morte sont entièrement remplis d'huile. Du côté avec le gaz se trouvent la vanne à gaz et les soupapes d'aspiration et de refoulement. Le mouvement d'oscillation du piston provoque le transfert du volume qu'il a refoulé sur la membrane, laquelle reprend à son tour l'aspiration, la compression et le refoulement vers l'extérieur du gaz. Etant donné que la pression de l'huile correspond pendant toute la course au déroulement de l'aspiration et de la compression du côté avec le gaz, on peut également parler ici de la manière de travailler d'un compresseur à piston. Il subsiste cependant une différence minime avec le compresseur à piston, en ce que le compresseur à membrane nécessite en plus l'installation d'un circuit secondaire pour l'huile afin de pouvoir compenser l'huile de fuite du piston. Une pompe de compensation est utilisée à cet effet, laquelle est entraînée via un excentrique sur la manivelle. Celle-ci injecte ainsi de manière synchrone lors de chaque course de piston une faible quantité d'huile dans le réservoir à huile du compresseur. Cette quantité doit en théorie être exactement la même que celle de la fuite du piston du compresseur. Cela étant impossible à réaliser techniquement, c'est toujours une quantité d'huile supérieure à celle de la fuite qui est injectée. La conséquence en est qu'à chaque course du piston à compression, il y a un peu trop d'huile dans le réservoir à huile, ce qui provoquerait au point mort avant de la membrane (= disposition près du couvercle) une montée de la pression de l'huile impossible à contrôler. Afin d'éviter cela, il faut encore rajouter une vanne de surpression d'huile qui limite la pression de l'huile dans le point mort avant du piston à une valeur se situant légèrement au-dessus de la pression maximale du gaz. L'allure de la courbe en tant que disposition de la membrane sur le couvercle est formée selon des exigences purement mathématiques, afin de pouvoir laisser se dérouler la membrane se déformant sous la pression de l'extérieur vers l'intérieur sur sa surface. Au sens le plus large, en comparaison avec un compresseur à piston, la membrane travaille comme un piston et la surface du couvercle comme un cylindre. Le problème réside cependant en ce que l'effet d'étanchéité progressif entre la membrane et le couvercle ne correspond pas à celui existant entre le piston et ses segments de piston et la paroi du cylindre. Des matelas de gaz localisés peuvent se former entre la membrane et la surface du couvercle, lesquels augmentent d'une part l'espace nocif et diminuent par ailleurs la durabilité de la membrane. Ces matelas de gaz localisés agissent comme des îlots étanches et ne peuvent être supprimés, même à l'aide d'une surpression d'huile. Les membranes de compresseur représentées sur les documents DE-AS 1 132 285 et DE-AS 1 653 465 ne présentent aucune caractéristique de fabrication permettant de reconnaître un cours du flux ciblé afin de contrecarrer la formation localisée de matelas de gaz entre la membrane et la surface du couvercle. Mis à part une optimisation de la forme du flux du côté avec l'huile (DE 10056708), il existe également des mesures pour l'amélioration de l'écoulement du gaz des matelas de gaz se formant entre la surface du couvercle et la membrane. Il s'agit de petites rainures disposées radialement, provenant en forme d'étoile de la zone extérieure de la courbe, et qui conduisent dans les trous des tamis de l'accès de la soupape de refoulement au centre du couvercle. Ce rainurage aménagé en forme d'étoile ne garantit cependant pas une zone d'attraction particulière, à partir de la quelle les matelas de gaz peuvent encore être déviés de manière sûre. Des poches de gaz peuvent toujours se former, lesquelles sont rendues hermétiquement étanches par les surfaces lisses de la courbe du couvercle et des membranes par rapport à la zone voisine. Et cela même lorsque les rainures décrites se situent dans la zone voisine. La possibilité de rajouter une quantité plus importante de rainures aménagées radialement s'oppose cependant à l'agrandissement de l'espace nocif et aux coûts de fabrication élevés. L'invention a pour but, par conséquent, de créer un procédé permettant d'éviter les inconvénients cités tout en réduisant ou annulant fortement la formation interne d'un matelas par annulation de l'effet d'étanchéité entre la courbe lisse du couvercle et la membrane. Ce but est atteint avec une surface grainée de la courbe du couvercle produite à l'aide de jets de billes. Un exemple de mode de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin, et est décrit dans ce qui suit. La figure 1 montre une tête de membrane complète selon une réalisation conforme à l'état de la technique. La figure 2 montre l'aménagement des rainures sur le couvercle selon l'état de la technique. La figure 3 montre la structure de la surface de la courbe du couvercle telle qu'elle est formée après le traitement par jets de billes. Les principaux éléments de composition du compresseur à membrane se composent selon la figure 1 de la flasque avec le cylindre (1), du couvercle (2), de l'étampe universelle (3), de la membrane (4), du piston (5), des soupapes d'aspiration (7) et de refoulement (6), de la soupape de retenue (8) et de la vanne de surpression d'huile (9). Le volume désigné en tant que réservoir à huile s'étend entre le piston (5) et la membrane (4). Le volume désigné en tant que chambre à gaz s'étend de la membrane (4) jusqu'au couvercle (2). Le volume de course de la membrane est ajusté au volume de course du piston (surface x course), de sorte qu'un effet semblable à celui d'un compresseur à piston est réalisé. La membrane fonctionne avec un volume synchronisé avec le piston, aspire le gaz via la soupape d'aspiration (7), le comprime et l'expulse via la soupape de refoulement (6). La fuite d'huile du piston (5) doit être de nouveau compensée par une pompe extérieure. A cet effet, on utilise une petite pompe à piston entraînée à l'aide d'un excentrique, laquelle injecte une faible quantité d'huile dans le réservoir à huile via la soupape de retenue (8) lors de chaque course. L'excentrique se trouvant positionné directement sur la manivelle, une injection dosée avec précision de la pompe à compensation s'effectue lors de chaque course du piston principal (5). Cette quantité d'huile injectée devant toujours être supérieure à celle de la fuite d'huile du piston (5) pour des raisons de sécurité lors du fonctionnement, une vanne de surpression d'huile (9) est en plus indispensable, laquelle permet de laisser s'écouler le surplus d'huile injecté au point mort avant du piston (5) et de la membrane (4). A chaque déplacement vers l'avant du piston (5) lors d'un temps de compression, l'huile est repoussée à travers les trous de l'étampe universelle (3) devant la membrane, laquelle repose à son tour dans le point mort avant du piston entièrement contre la surface du couvercle. Malgré l'orientation mathématique de la courbe du couvercle devant favoriser un processus d'aplanissement de l'extérieur vers l'intérieur de la membrane, il arrive régulièrement que des matelas de gaz se forment localement entre la membrane et la surface du couvercle. L'huile s'écoulant à travers l'étampe universelle agit ainsi en même temps sur la membrane sur toute la surface. Le système représenté sur la figure 2 avec des rainures (11) aménagées radialement, ne permet qu'un écoulement limité des matelas de gaz formés entre la courbe du couvercle et la membrane. Les principales causes de cette formation de matelas sont les membranes qui ne sont pas parfaitement planes lors du montage ainsi que les surfaces lisses utilisées en raison des vies utiles de la membrane. Ce sont précisément ces surfaces lisses qui exercent le principe d'un colmatage métallique, moyennant quoi les poches de gaz une fois enfermées sont pratiquement impossibles à éliminer. Les rainures (11) aménagées radialement ne peuvent agir aussi que pour des zones d'attraction déterminées à proximité immédiate. C'est précisément dans la zone extérieure du diamètre que les écarts entre les rainures s'agrandissent de nouveau, permettant ainsi de nouveau la formation de manière indépendante des matelas de gaz étanches, lesquels ne peuvent pas prendre contact avec les rainures. Un plus grand nombre de rainures est de toutes les manières impossible en raison de l'espace mort qui s'agrandit, du fait que les compresseurs à membrane fonctionnent avec un taux de compression plus élevé que pour des compresseurs à pistons. Cette mesure provoquerait par ailleurs une hausse importante des coûts de fabrication. La figure 3 montre une structure (10) de la courbe du couvercle selon l'invention. Cette structure, qui est produite à l'aide du procédé de grenaillage, annule l'effet de compression entre la courbe du couvercle et la membrane sur l'ensemble de sa surface de contact. L'absence d'effet de compression entre la courbe du couvercle et la membrane signifie l'absence de l'une des conditions préalables à la formation de matelas, car le principe du colmatage partiel n'a plus de prise. L'absence de rainures offre également un avantage en ce qui concerne les coûts, étant donné que le nouveau procédé de grenaillage est un procédé de masse moins onéreux. Les billes en verre utilisées de préférence ici sont réglées pour une vitesse d'impact telle qu'une structure (10) semblable à celle d'une écorce d'orange se forme, qui ne laisse pas grimper bien plus haut les crêtes de tension localisées à l'intérieur de la tôle de membrane, tout en empêchant l'apparition d'un effet de compression pour la membrane. REVENDICATION 1. Procédé pour l'optimisation du flux de gaz à l'intérieur d'un compresseur à membrane, avec une membrane entraînée par un piston de manière hydraulique et se déroulant de l'extérieur vers l'intérieur sur la courbe du couvercle, caractérisé par une surface (10) grainée de la courbe du couvercle produite à l'aide de jets de billes.