Brevet FR2861437A1 — publié le 20050429

La présente invention a pour objet un dispositif de guidage de la spirale mobile d'un compresseur à spirales. Un compresseur à spirales est représenté de façon schématique en coupe longitudinale à la figure 1 du dessin schématique annexé. Ce compresseur comprend une enceinte 2 délimitant une chambre basse pression 3 et une chambre haute pression 4, séparées par un corps 5 qui supporte un dispositif de compression constitué par une spirale fixe 6 et une spirale mobile 7. La spirale mobile 7 est entraînée suivant un mouvement orbital par un arbre 8 et un vilebrequin 9 entraînés par un moteur 10. Le fluide arrive dans la chambre basse pression 3 par un raccord d'aspiration 12, est comprimé par le dispositif de compression à l'intérieur de chambres délimitées entre la spirale fixe 6 et la spirale mobile 7, passe dans la chambre 4 haute pression et sort de celle-ci par un raccord 13. La structure précise d'un tel compresseur à spirales n'est pas décrite dans la mesure où elle ne constitue pas l'objet de l'invention. Comme indiqué précédemment, la spirale mobile 7 tourne suivant un mouvement orbital, et est soumise à une force d'inertie radiale. Les deux spirales fixe et mobile devant délimiter des chambres de compression, il faut que ces chambres soient délimitées de la façon la plus précise possible, avec un léger contact entre les deux spirales, ou sans contact entre les deux spirales avec ménagement d'un jeu très faible, l'étanchéité étant alors assurée par la présence d'un film d'huile. Lorsque la force d'inertie radiale due aux mouvements de la spirale mobile augmente, il se produit une augmentation de la force de contact entre les deux spirales, pouvant conduire à des détériorations de ces spirales, ou nécessitant un dimensionnement supérieur de l'épaisseur des spirales pour résister à de telles contraintes, ce qui constitue un désavantage. Les éléments constitutifs d'un compresseur à spirales sont conçus pour des charges correspondant à une fréquence électrique appliquée au moteur de 50 à 60 Hz. Les forces d'inertie peuvent augmenter dans au moins deux cas: si la vitesse de rotation du compresseur augmente, les forces d'inertie augmentant avec le carré de la vitesse de rotation (F=m x R x w2), où F = force (N), M = masse (kg), R = rayon (m) et w = vitesse de rotation (rad/s). - s'il s'agit d'un compresseur à haute capacité avec une masse de la spirale mobile importante et/ou un rayon orbital important. 2861437 2 Un compresseur à haute vitesse de rotation est défini par des vitesses de rotation supérieures à 3 600 tr/mn, tandis qu'un compresseur à haute capacité est défini par un volume balayé supérieur à 41 m3/h. Dans de telles hypothèses, l'épaisseur du film d'huile existant dans la zone d'étanchéité entre les deux spirales est réduite, et le vilebrequin peut fléchir, ce qui se traduit par une suppression du jeu fonctionnel entre les spirales. Dans ce cas, une partie des forces d'inertie est supportée par les spirales, en addition de la pression de charge à laquelle elles sont déjà soumises. II en résulte une possibilité de rupture des spirales en cas de charge excessive. La réalisation de chocs d'impact entre la spirale fixe et la spirale mobile se traduit également par une augmentation du bruit de fonctionnement. Le problème technique à la base de l'invention est donc celui du contrôle des forces radiales d'inertie appliquées à la spirale mobile, notamment dans le cas de compresseurs à spirales de haute capacité, dans lesquels les spirales fixe et mobile sont de masses élevées, et/ou dans le cas de compresseurs à spirales dans lesquels la vitesse de rotation de la spirale mobile est variable. Suivant l'invention, ce problème est résolu en fournissant un dispositif de guidage de la spirale mobile d'un compresseur à spirales, qui comporte une piste de guidage radial de la spirale mobile supportant les forces radiales d'inertie pour éviter des forces de contact trop importantes entre la spirale fixe et la spirale mobile, susceptibles de les détériorer. De ce fait, les forces radiales d'inertie sont supportées par la piste de guidage, de telle sorte qu'il n'existe pas de surcharge au niveau des spirales, et qu'il n'y a pas de risque de fléchissement du vilebrequin. Suivant une première possibilité, la piste de guidage est conformée de telle sorte que la spirale mobile ou une pièce solidaire de celle-ci est en contact avec la piste, quelles que soient la vitesse de rotation et les forces radiales d'inertie de la spirale mobile. Dans un tel cas, le guidage est réalisé quelle que soit la vitesse de rotation de la spirale mobile, et quelles que soient les forces d'inertie. Suivant une autre forme d'exécution, la piste de guidage est conformée de telle sorte que la spirale mobile ou une pièce solidaire de celle-ci 35 n'est en contact avec la piste que lorsque les forces radiales d'inertie dépassent une valeur prédéterminée. 2861437 3 En pratique, dans ce cas, lorsque le compresseur tourne à basse vitesse, et que les forces d'inertie radiales ne sont pas importantes, la spirale mobile ou une pièce solidaire de celle-ci n'est pas en contact avec la piste de guidage. Ce n'est que lorsque les forces d'inertie augmentent, et afin d'éviter un fléchissement excessif du vilebrequin et des contraintes trop importantes entre les spirales que la spirale mobile ou une pièce solidaire de la spirale mobile prend appui contre la piste de guidage pour que celle-ci supporte les forces d'inertie. En pratique, la piste de guidage peut être disposée sur le corps du compresseur, en étant rapportée sur celui-ci ou ménagée dans celui-ci, peut être disposée sur la spirale fixe, et dans ce dernier cas s'étendre sur une partie de la hauteur de la spirale fixe, ou alors les pistes de guidage peuvent être ménagées sur les spirales fixe et mobile et être obtenues par les profiles conjugués de ces spirales au cours du mouvement orbital. La piste de guidage peut être continue ou être discontinue. La piste de guidage peut, dans une forme simple d'exécution, être circulaire, mais elle peut également posséder d'autres formes. Si la piste de guidage est circulaire, son rayon est égal au rayon de la spirale mobile augmenté du rayon du mouvement orbital. La piste de guidage pourrait avoir une autre forme et être, par exemple, ovale. Suivant une possibilité, la piste de guidage assure également le guidage orbital de la spirale mobile. Conformément à une forme d'exécution, ce dispositif équipe un compresseur dans lequel l'axe d'entraînement du vilebrequin comprend un méplat en appui contre un méplat appartenant au palier d'entraînement de la spirale mobile. Suivant une autre forme d'exécution, ce dispositif équipe un compresseur dans lequel l'axe d'entraînement du vilebrequin est équipé d'une came coopérant avec une bague circulaire appartenant au moyeu d'entraînement de la spirale mobile. Comme indiqué précédemment, ce dispositif est particulièrement adapté à l'équipement de compresseurs à spirales à vitesse variable et/ou à haute vitesse de rotation, ou peut équiper un compresseur à spirales à haute capacité ou capacité variable. 2861437 4 De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce dispositif. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur à spirales équipé du dispositif selon l'invention. Figure 2 est une en perspective éclatée, partiellement en coupe, du dispositif de figure 1. Figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de figures 1 et 2. Figures 4 et 5 sont deux vues en coupe longitudinale de deux variantes d'exécution du dispositif de figures 1 et 2. Figures 6 à 8 sont trois vues en coupe transversale de trois modes d'entraînement de la spirale mobile par le vilebrequin. Figures 9 et 10 sont deux vues respectivement d'une spirale fixe et 15 de la même spirale équipée d'une piste de guidage. Figures 11 et 12 sont deux vues respectivement d'une spirale mobile et de la même spirale équipée d'une piste de guidage. Figures 13 et 14 sont deux vues dans lesquelles les spirales équipées de piste, et représentées aux figures 9 et 11 sont en position 20 d'utilisation. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 3, le corps 5 est équipé d'une pièce annulaire 14 dépassant de sa paroi supérieure, formant une piste contre laquelle peut venir prendre appui la face latérale inférieure de la spirale mobile, au cours du mouvement orbital de celleci. La spirale mobile peut prendre directement appui contre la piste 14, ou être équipée d'une pièce rapportée destinée à réaliser cet appui. Le dispositif représenté à la figure 4 est une variante de la forme d'exécution de figures 1 à 3, dans laquelle la piste 15 n'est pas rapportée sur le corps 5, mais fait partie intégrante de ce corps. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5, la piste 16 est ménagée dans la spirale fixe. La figure 6 est une vue en coupe transversale montrant un premier mode d'entraînement de la spirale mobile. Dans ce mode d'entraînement, l'axe 18 du vilebrequin comporte un 35 méplat 19, venant prendre appui contre un méplat 20 d'un palier 22 monté dans une bague 23 disposée dans le moyeu 24 de la spirale mobile. 2861437 5 La figure 7 montre un autre mode d'entraînement de la spirale mobile, dans laquelle le vilebrequin est équipé d'une came 25, disposée à l'intérieur d'une bague circulaire 26 montée à l'intérieur du moyeu 27 de la spirale mobile. La figure 8 montre un autre mode d'entraînement de la spirale mobile dont le moyeu est désigné par la référence 40. L'axe 42 du vilebrequin transmet le couple moteur au palier 43 qui peut pivoter autour de l'axe, ce qui modifie le rayon d'orbite et génère la compliance radiale. Une goupille 44 solidaire du palier entre dans un lamage 45 du vilebrequin et limite la course angulaire du palier autour de l'axe 42 du vilebrequin. Les figures 9 et 11 représentent des vues en bout de deux spirales respectivement fixe et mobile. A ces deux spirales sont associées des longueurs d'arcs de spirales servant ou non à la compression, mais constitutives de piste de guidage, comme montré aux figures 10 et 12. La piste de guidage de la spirale fixe est désignée par la référence 30, les début et fin de piste étant désignés par les références 33 et 34. La piste de guidage de la spirale mobile 7 est désignée par la référence 35, les début et fin de piste étant désignés par les références 36 20 et 37. Les figures 13 et 14 représentent les deux spirales 6 et 7 ainsi que leur piste de guidage 30 et 35, dans deux positions d'utilisations. Dans ce cas, ce sont les pistes 30 et 35 qui assurent le guidage de la spirale mobile. Il peut être noté que ces pistes peuvent s'étendrent sur tout ou partie de la hauteur des spirales. 2861437 6 REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage de la spirale mobile d'un compresseur à spirales, caractérisé en ce qu'il comporte une piste de guidage (14, 15, 16, 30, 35) de la spirale mobile (7) supportant les forces radiales d'inertie pour éviter des forces de contact trop importantes entre la spirale fixe (6) et la spirale mobile (7), susceptibles de les détériorer. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste de guidage (14, 15, 16, 30, 35) est conformée de telle sorte que la spirale mobile (7) ou une pièce solidaire de celle-ci est en contact avec la piste quelles que soient la vitesse de rotation et les forces radiales d'inertie de la spirale mobile. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste de guidage (14, 15, 16, 30, 35) est conformée de telle sorte que la spirale mobile (7) ou une pièce solidaire de celle-ci n'est en contact avec la piste que lorsque les forces radiales d'inertie dépassent une valeur prédéterminée. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la piste de guidage (14, 15) est disposée sur le corps (5) du compresseur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la piste de guidage (16) est disposée sur la spirale fixe (6). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la piste de guidage (16) s'étend sur une partie de la hauteur de la spirale fixe (6). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pistes de guidage (30, 35) sont ménagées sur les spirales fixe (6) et mobile (7) et sont obtenues par les profils conjugués de ces spirales au cours du mouvement orbital. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la piste de guidage (14, 15, 16) est continue. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce 30 que la piste de guidage est discontinue. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 et 8 ou 9, caractérisé en ce que la piste de guidage (14, 15, 16) est circulaire. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rayon de la piste de guidage est égal au rayon de la spirale mobile augmenté du rayon du mouvement orbital. 2861437 7 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la piste de guidage assure le guidage orbital de la spirale mobile. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il équipe un compresseur dans lequel l'axe d'entraînement (18) du vilebrequin comprend un méplat (19) en appui contre un méplat (20) appartenant au palier (22) d'entraînement de la spirale mobile. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il équipe un compresseur dans lequel l'axe d'entraînement du vilebrequin est équipé d'une came (25) coopérant avec une bague circulaire (27) appartenant au moyeu d'entraînement de la spirale mobile. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il équipe un compresseur à spirales à vitesse variable et/ou à haute vitesse de rotation. 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en 15 ce qu'il équipe un compresseur à spirales à haute capacité ou capacité variable.