BE1014901A5 - Joints d'etancheite excentriques de chambre de contre-pression pour compresseur a volutes. - Google Patents
Joints d'etancheite excentriques de chambre de contre-pression pour compresseur a volutes. Download PDFInfo
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Abstract
Un compresseur à volutes comprend des joints d'étanchéité (30, 32; 54,56) de chambre de contre-pression (28;58), montés en position excentrique à un axe de rotation (45) d'un arbre (35). Du fait de cette excentricité, la force (103) de la chambre arrière, qui empêche une séparation des volutes fixe (22) et orbitale (24), est également excentrique. Cette force (103) crée un couple de reversement (104). On choisit le sens de l'excentricité de sorte que ce couple de renversement (104) équilibre le couple de basculement des volutes par la force gazeuse tangentielle (101). La force (103) et celle de poussée entre volutes orbitale et non orbitale (22,24) sont par suite minimisées. La surface de la chambre arrière entre les joints (30,32;54, 56) est également réduite. La réduction de la force de poussée minimise l'usure des volutes (22,24) et réduit le frottement, la réduction de la surface de la chambre arrière libérant au niveau des volutes un espace pouvant servir à d'autres usages.
Description
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Joints d'étanchéité excentriques de chambre de contre- pression pour compresseur à volutes.
Arrière-plan de l'invention.
La présente invention concerne une chambre de contre-pression pour un compresseur à volutes dans laquelle sont disposés des joints d'étanchéité pour réduire une force de poussée entre les deux éléments à volutes.
L'utilisation de compresseurs à volutes est largement répandue dans des applications de compression de réfrigérant. En général, un compresseur à volutes comprend deux éléments à volute, qui ont chacun une base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend de la base. Les enveloppes s'emboîtent pour définir des chambres de compression. Un moteur entraîne un élément à volute pour l'entraîner en orbite par rapport à l'autre. La plupart des compresseurs à volutes sont de configuration axiale. Dans ce modèle, la volute soit orbitale soit non orbitale peut se déplacer axialement vers l'autre afin de minimiser les fuites entre le fond de la base des volutes et les pointes des enveloppes des volutes opposées en serrant un élément à volute contre l'autre.
Ce serrage empêche la formation d'intervalles entre le fond et les pointes de la volute, minimisant ainsi les pertes dues aux
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fuites.
Cependant, lorsque les volutes sont serrées l'une contre l'autre, il est possible d'endommager les éléments à volutes si la charge de poussée créée devient trop importante. En outre, les pertes par frottement non souhaitées augmentent également avec l'augmentation du serrage. Un but du concepteur du compresseur à volutes vise donc à minimiser le serrage autant que possible, tout en maintenant le fond et la pointe de l'enveloppe de volute emboîtée en contact l'un avec l'autre pour éviter des fuites.
Il y a plusieurs forces qui agissent sur les éléments à volutes non orbitales ou orbitales représentés schématiquement dans la Fig. 1. Comme illustré dans le cas d'une volute orbitale radiallement correspondante, une projection d'un vecteur de force gazeuse radiale Frad (100) passe par une ligne centrale de la volute orbitale 24 et agit sur le point central de la hauteur de l'enveloppe. Un vecteur de force gazeuse tangentielle Ftg (101) est perpendiculaire à la force gazeuse radiale et agit également sur le point central de la hauteur de l'enveloppe. Une force gazeuse axiale Fax (102) est appliquée normalement au fond ou au plan de la volute orbitale.
Comme montré dans la Fig. 2, pour assurer le maintien du contact positif entre les éléments à volutes emboîtés dans la direction axiale, il est nécessaire d'établir une force Fbc (103) qui compense la force fax (102) séparant les deux éléments à volutes et qui compense également un couple de renversement Mov (104) qui fait basculer l'élément à volute orbital par rapport à l'élément à volute non orbital. Le couple de renversement Mov (104) est le produit de Ftg (101) par un bras de couple de renversement Lov (105) où Lov (105) s'étend depuis le centre de la volute orbitale portant le centre des enveloppes.
La force gazeuse radiale Frad (100) a
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également en théorie un impact sur le couple de renversement Mov (104), mais son effet est typiquement de second ordre et sera normalement négligé dans les calculs du couple de renversement.
La force de compensation Fbc (103) est établie en aspirant un fluide comprimé dans une chambre située derrière l'un des deux éléments à volutes. La pressurisation de cette chambre, connue sous le nom de chambre de contre-pression 28, établit la force de compensation Fbc (103) pour équilibrer la force de séparation Fax (102) et le couple de renversement Mov (104). Typiquement, les chambres de contre-pression sont définies par au moins deux surfaces d'étanchéité, qui étanchent la chambre de contre-pression par rapport à la pression d'aspiration. Le réfrigérant est aspiré dans cette chambre par une ouverture ménagée dans l'un des deux éléments à volutes pour instaurer dans la chambre arrière une pression qui soit supérieure à la pression d'aspiration.
Du fait que la pression dans la chambre arrière dépasse la pression d'aspiration, la force de compensation Fbc (103) équilibre la force de séparation Fax (102) et le couple de renversement Mov (104).
Comme le montre la Fig. 3, dans les modèles de chambres de contre-pression 28 de la technique antérieure, on disposait à la fois un joint d'étanchéité interne 12 et un joint d'étanchéité externe 10 de manière concentrique par rapport à l'alésage 14 de la boîte de manivelle. Cet agencement d'étanchéité de la boîte de manivelle, tout en étant capable de créer une force qui équilibre la force de séparation, présente l'inconvénient d'exiger une force élevée Fbc (103) dans la chambre de contre-pression.
Par suite, on rencontre une charge de poussée élevée, telle que mentionnée plus haut, entre les éléments à volutes emboîtés. Un but de l'invention est de réduire
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la charge de poussée entre les éléments à volutes emboîtés.
Résumé de l'invention.
Dans les formes de réalisation décrites de l'invention, au moins un joint d'étanchéité définissant une limite d'une chambre de contre-pression est positionné de manière excentrée par rapport à un axe de rotation de l'arbre entraînant un élément à volute orbital. Du fait de l'excentricité du joint d'étanchéité, le vecteur de force de contre-pression Fbc (103) est également disposé de manière excentrique par rapport à l'axe de rotation de l'arbre. On peut définir cette excentricité par une distance e. Du fait de l'excentricité du joint d'étanchéité, il se crée dans la chambre de contre-pression un couple Mbc (106) qui est égal à Fbc e.
On peut choisir la position du ou des joints d'étanchéité excentriques de manière telle que le couple Mbc (106) équilibre l'action du couple de renversement de volute Mov (104), au moment du cycle où Ftg (101) atteint sa valeur maximale.
En d'autres termes, on peut choisir la position de l'excentricité du joint d'étanchéité pour en tirer le profit maximal au moment où les volutes sont les plus enclines à se séparer, ce qui est le cas lorsque Ftg (101) est à son maximum.
On pourra mieux comprendre ces caractéristiques ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention sur la base de la description et des dessins suivants, dont une brève description est donnée ci-après.
Brève description des dessins.
La Fig. 1 représente un schéma de forces agissant sur une volute orbitale; la Fig. 2 représente un schéma de forces et de couples agissant sur une volute orbitale avec l'agencement d'étanchéité de la chambre arrière selon
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la technique antérieure; la Fig. 3 représente une vue du dessus d'une boîte de manivelle avec l'agencement d'étanchéité de la chambre arrière selon la technique antérieure; la Fig. 4 représente un schéma de forces et de couples agissant sur une volute orbitale avec l'agencement d'étanchéité excentrique de la chambre arrière selon l'invention; la Fig. 5 est une vue en coupe transversale d'un compresseur à volutes comprenant une première forme de réalisation de l'invention; la Fig. 6 et une vue du dessus de la boîte de manivelle comprenant la première forme de réalisation telle que montrée sur la Fig. 5 ;
la Fig. 7 représente une vue du dessus d'une boîte de manivelle comprenant une seconde forme de réalisation.
Description détaillée d'une forme de réalisation préférée.
La Fig. 5 illustre un compresseur à volutes.
Comme on le sait, une volute fixe ou non orbitale 22 a une enveloppe s'étendant depuis une base dans la direction d'une volute orbitale 24 qui a également une enveloppe s'étendant depuis une base. Les enveloppes des éléments à volutes 22 et 24 s'emboîtent pour définir des chambres de compression. Dans la forme de réalisation illustrée, une boîte à manivelle 26 est fixée dans le compresseur. Une chambre de contre- pression 28 est définie entre la boîte à manivelle 26 à l'arrière de la base de la volute orbitale 24. Il est bien entendu que la chambre de contre-pression pourrait se trouver derrière la volute non orbitale 22. Les aspects de l'invention s'appliquent également à ces compresseurs à volutes.
La chambre de contre-pression 28 est étanchée par une paire de joints d'étanchéité 30 et 32 montés
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dans la boîte à manivelle 26. Le joint d'étanchéité interne 32 des Fig. 5 et 6 est illustré en position excentrique par rapport à un alésage 34 de la boîte à manivelle 26. Le joint d'étanchéité externe est représenté centré par rapport à l'alésage 34. L'alésage 34 coïncide en général avec un axe de rotation 45 de l'arbre d'entraînement 35 pour entraîner la volute orbitale 24.
Comme on le sait, on aspire un réfrigérant comprimé des poches de compression dans la chambre de contre-pression. L'élément à volute 24 est pressé vers l'élément à volute 22 par la force de la chambre arrière. Comme le joint d'étanchéité 32 est monté de manière excentrique, un vecteur de la force Fbc (103) de la chambre arrière est en position excentrique par rapport à l'alésage 34. On pourrait donc dire de la chambre de contre-pression 28 qu'elle est excentrée par rapport à l'alésage 34.
Comme expliqué dans la Fig. 4, du fait de l'excentricité e, la force Fbc (103) de la chambre de contre-pression crée un couple Mbc (106) agissant dans un sens opposé à celui du couple Mov créé par la force gazeuse tangentielle Ftg (101). On choisit en général l'emplacement excentrique du joint d'étanchéité 32 de manière telle que l'effet d'équilibrage du couple Mbc (106) atteigne son maximum approximativement au même moment où la force Ftg (101) est également à son maximum.
La Fig. 7 illustre une seconde forme de réalisation 50, dans laquelle la boîte de manivelle 52 a des joints d'étanchéité 54 et 56. Une chambre de contre-pression 58 est définie entre les joints d'étanchéité 56 et 54 dans cette forme de réalisation.
Le joint d'étanchéité externe 54 est disposé en position excentrique et le joint d'étanchéité interne 56 est centré par rapport à l'axe de l'alésage 34. La
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fonction de base est la même, car le vecteur de la force Fbc (103) est situé de manière excentrique par rapport à l'alésage 34 et que l'on tire les profits de la création d'un couple d'équilibrage tel que mentionné ci-dessus. En outre, il y a une surface supplémentaire disponible en dehors de la chambre de contre-pression, comme montré dans la forme de réalisation de la Fig. 7.
Cette surface est adjacente au joint d'étanchéité 54 dans la boîte à manivelle 52. Cette surface peut être utilisée par le concepteur du compresseur à volutes pour une variété de fonctions supplémentaires telles que, par exemple, une augmentation du rayon de l'orbite pour renforcer la capacité du compresseur, ou une augmentation de la largeur d'accouplement Oldham pour augmenter sa résistance.
Comme montré ci-dessus, l'invention est illustrée par un agencement dans lequel la chambre de contre-pression est adjacente à la volute orbitale.
Cependant, l'invention s'applique de la même manière à un agencement de chambre de contre-pression dans lequel la chambre de contre-pression est adjacente à la volute non orbitale. De même, alors qu'on montre une paire de joints d'étanchéité pour définir la chambre de contre- pression, il faut également comprendre que certains compresseurs à volutes peuvent utiliser un seul joint d'étanchéité ou plus de deux joints d'étanchéité pour définir la chambre de contre-pression. L'invention offrirait des avantages similaires à ceux mentionnés ci-dessus.
Si les formes de réalisation illustrées représentent des agencements dans lesquels l'un des deux joints d'étanchéité est situé en position excentrique, on comprendra que les deux joints d'étanchéité pourraient être situés en position excentrique. En outre, alors que les formes de réalisation mentionnées ci-dessus représentent des
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joints d'étanchéité circulaires, on comprendra également que les joints d'étanchéité pourraient avoir des formes ovales, ovoïdes ou autres.
La seule exigence d'une forme ou d'un agencement d'étanchéité quelconque est que la surface de la chambre de contre-pression soit décalée de l'axe central de telle sorte que le vecteur de force Fbc soit également excentrique par rapport à l'axe central.
Bien que l'on ait décrit des formes de réalisation préférées de l'invention, il. est bien entendu qu'un utilisateur de la technique admettra que diverses variantes entreront dans le cadre de l'invention. C'est pourquoi on étudiera les revendications suivantes afin de déterminer la portée et le contenu réels de l'invention.
Claims (17)
1.- Compresseur à volutes (20) comprenant : un premier élément à volutes (22,24) ayant une plaque de base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend depuis ladite plaque de base, un second élément à volute (24,22) ayant un plaque de base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend depuis ladite plaque de base, lesdites enveloppes spiralées desdits premier et second éléments à volutes (22,24) s'emboîtant pour définir des chambres de compression, une chambre de contre-pression (28,58) définie sur un côté de ladite plaque de base d'un desdits premier et second éléments à volutes (22,24) éloignée de l'autre desdits premier et second éléments à volutes (22,24), ledit second élément à volute (24) gravitant en orbite par rapport audit premier élément à volute (22) et étant entraîné par un arbre (35), ledit arbre (35)
ayant un axe s'étendant vers le haut dans un bossage dans ledit second élément à volute (24) pour communiquer l'entraînement rotatif dudit arbre en mouvement en orbite dudit second élément à volute (24), ledit arbre (35) définissant un axe de rotation, et ladite chambre de contre-pression (28) étant excentrée par rapport audit axe (45), ladite chambre de contre- pression (28) ayant une surface en coupe transversale fixée relativement qui ne change pas lors du mouvement orbital dudit second élément à volute (24).
2.- Compresseur à volutes selon la revendication 1, dans lequel ladite chambre de contre-pression (28) est définie par une paire de joints d'étanchéité (30,32; 54,56), un joint d'étanchéité étant espacé radialement vers
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l'intérieur de l'autre et au moins un desdits joints d'étanchéité étant monté en position excentrique par rapport audit axe (45) .
3.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel ledit second élément à volute est supporté dans une boîte à manivelle (26; 52) et ladite chambre de contre-pression (28; 58) étant définie entre ladite boîte à manivelle (26; 52) et ledit second élément à volute (24).
4.- Compresseur à volutes selon la revendication 3, dans lequel lesdits premier et second joints d'étanchéité (30,32; 54,56) sont montés dans ladite boîte à manivelle (26; 52) .
5.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel un joint d'étanchéité interne (32; 56) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est monté en position excentrique et un joint d'étanchéité externe (30; 54) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est centré sur ledit axe (45).
6.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel un joint d'étanchéité interne (32; 56) desdits joints d'étanchéité (30,32 ; 54,56) est monté en position concentrique audit axe (45) et un joint d'étanchéité externe (30; 54) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est monté en position excentrique par rapport audit axe (45).
7.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite chambre de contre- pression (28; 58) est définie par un joint d'étanchéité qui est monté en position excentrique par rapport audit axe (45) .
8.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite chambre de contre-
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pression (28; 58) est décalée dans un premier sens, ledit premier sens étant choisi pour être bénéfique de manière optimale afin d'équilibrer un couple de renversement (104) créé par un couple de force gazeuse tangentielle (101) lorsque le couple est proche de son maximum au cours du cycle de fonctionnement dudit compresseur à volutes.
9.- Compresseur à volutes comprenant : un premier élément à volute (22,24) ayant une plaque de base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend depuis ladite base, un second élément à volute (24,22) ayant une plaque de base et une enveloppe de forme générale spiralée s'étendant depuis ladite plaque de base, lesdites enveloppes spiralées desdits premier et second éléments à volutes (22,34) s'emboîtant pour définir des chambres de compression, une chambre de contre-pression (28;
58) définie sur un côté de ladite plaque de base de l'un desdits premier et second éléments à volutes (22,24) à distance de l'autre desdits premier et second éléments à volutes (22,24), ledit second élément à volute (22,24) gravitant en orbite par rapport audit premier élément à volute (22,24) et étant entraîné par un arbre (35), ledit arbre (35) définissant un axe de rotation (45), ladite chambre de contre-pression (28; 58) étant excentrée par rapport audit axe (45), ladite chambre de contre-pression (28; 58) étant définie par une paire de joints d'étanchéité (30,32; 54,56), un joint d'étanchéité étant espacé radialement vers l'intérieur de l'autre, et au moins un desdits éléments d'étanchéité (30,32; 54,56) étant monté en position excentrique par rapport audit axe (45) ; et ladite chambre de contre-pression (28;
58) est décalée dans un premier sens, ledit premier sens étant choisi pour
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être bénéfique de manière optimale afin d'équilibrer un couple de renversement (104) créé par un couple de force gazeuse tangentielle (101) lorsque le couple est proche de son maximum au cours du cycle de fonctionnement dudit compresseur à volutes.
10. - Compresseur à volutes comprenant : un premier élément à volute (22,24) ayant une base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend depuis ladite base, un second élément à volute (22,24) ayant une base et une enveloppe de forme générale spiralée qui s'étend depuis ladite base, lesdites enveloppes spiralées desdits premier et second éléments à volutes (22,24) s'emboîtant pour définir des chambres de compression, et ledit compresseur à volutes ayant une force gazeuse tangentielle (101) agissant pour renverser lesdits éléments à volutes (22,24) ; ledit second élément à volute (22,24) gravitant en orbite par rapport audit premier élément à volute (22,24), et un arbre pour entraîner ledit second élément à volute (22,24), la ligne centrale dudit arbre (35) définissant un axe de rotation (45) ; une chambre de contre-pression (28;
58) définie derrière ladite plaque de base de l'un desdits premier et second éléments à volutes (22,24) à distance de l'autre desdits premier et second éléments à volutes (22,24), ladite chambre de contre-pression (28; 58) ayant une surface excentrée par rapport audit axe (45) et étant conçue pour établir un vecteur de force excentré (103) de la chambre arrière qui équilibre au moins partiellement l'effet de renversement de ladite force gazeuse tangentielle (101), ladite chambre de contre-pression (28; 58) est décalée dans une première direction, ladite première direction étant choisie pour être généralement
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parallèle au vecteur de force gazeuse tangentielle (101) qu'on rencontre au cours du cycle de fonctionnement dudit compresseur à volutes (20).
11.- Compresseur à volutes selon la revendication 10, dans lequel ladite chambre de contre-pression (28; 58) est définie par une paire de joints d'étanchéité (30,32; 54,56), un joint d'étanchéité étant espacé radialement vers l'intérieur de l'autre et au moins un desdits éléments d'étanchéité (30,32; 54,56) étant monté en position excentrique par rapport audit axe (45).
12. - Compresseur à volutes selon la revendication 10, dans lequel ledit second élément à volute (22,24) est supporté dans une boîte à manivelle (26; 52) et ladite chambre de contre-pression (28; 58) étant définie entre ladite boîte à manivelle (26; 52) et ledit second élément à volute (32,34).
13.- Compresseur à volutes selon la revendication 11, dans lequel lesdits premier et second joints d'étanchéité (30,32; 54,56) sont montés dans ladite boîte à manivelle (26; 52) .
14. - Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel un joint d'étanchéité interne (32; 56) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est monté en position excentrique et un joint d'étanchéité externe (30; 54) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est centré sur ledit axe (45).
15. - Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel un joint d'étanchéité interne (32; 56) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est monté concentriquement audit axe (45) et un joint d'étanchéité externe (30; 54) desdits joints d'étanchéité (30,32; 54,56) est monté en position excentrique par rapport audit axe (45).
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16.- Compresseur à volutes selon la revendication 10, dans lequel ladite chambre de contre-pression (28; 58) est définie par un joint d'étanchéité qui est monté en position excentrique par rapport audit axe (45).
17.- Compresseur à volutes selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, dans lequel ladite chambre de contre-pression (28;58) est décalée dans une première direction, ladite première direction étant choisie pour être généralement parallèle à la direction d'un couple de force gazeuse tangentielle (101) qu'on rencontre au cours du cycle de fonctionnement dudit compresseur à volutes.
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Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RE | Patent lapsed |
Effective date: 20120731 |