FR2527701A1

FR2527701A1 - DRY OPERATING MACHINE

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Publication number: FR2527701A1
Application number: FR8309096A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1983-12-02
Also published as: BE896887A; IT8321359A0; IT1169432B; JPS58214601A; GB2121112A; GB8314581D0; DE3220516A1

Abstract

A.MACHINE A VIS FONCTIONNANT A SEC. B.CARACTERISEE EN CE QUE LA TRANSMISSION DE PUISSANCE DE L'UN DES ROTORS A L'AUTRE A LIEU DIRECTEMENT PAR LES FLANCS DES NERVURES HELICOIDALES ET DES RAINURES HELICOIDALES DES ROTORS QUI SONT EN CONTACT A SEC SANS INTRODUCTION D'UN LUBRIFIANT DANS LA CHAMBRE DE TRAVAIL ET QUI NE SONT PAS SYNCHRONISES PAR UN MECANISME DE SYNCHRONISATION. C.L'INVENTION CONCERNE DES MACHINES A VIS POUR LA COMPRESSION ETOU LA DETENTE D'UN FLUIDE GAZEUX.A. DRY-RUNNING SCREW MACHINE. B. CHARACTERIZED IN THAT THE TRANSMISSION OF POWER FROM ONE OF THE ROTORS TO THE OTHER TAKES PLACE DIRECTLY THROUGH THE SIDES OF THE HELICOIDAL RIBS AND HELICOIDAL GROOVES OF THE ROTORS WHICH ARE IN DRY CONTACT WITHOUT INTRODUCTION OF LUBRICANT INTO THE CHAMBER WORKING AND THAT ARE NOT SYNCHRONIZED BY A SYNCHRONIZATION MECHANISM. C. THE INVENTION CONCERNS SCREW MACHINES FOR THE COMPRESSION ANDOR RELIEF OF A GASEOUS FLUID.

Description

" Machine à vis fonctionnant à sec "."Dry screw machine".

L'invention concerne une machine à vis fonctionnant à sec pour la compression ou l'expansion de fluides gazeux, avec engrènement entre un rotor principal présen- tant des nervures hélicoïdales et un rotor auxiliaire prée sentant des rainures hélicoïdales, l'un de ces rotors étant relié à une commande d'amenée ou d'absorption de puissance, une partie de la puissance amenée ou absorbée The invention relates to a dry-running screw machine for the compression or expansion of gaseous fluids, with meshing between a main rotor having helical ribs and an auxiliary rotor having helical grooves, one of these rotors being connected to a power supply or absorption control, part of the power supplied or absorbed

étant transmise à l'autre rotor ou par ce rotor. being transmitted to the other rotor or by this rotor.

Les machines à vis du type indiqué précédemment, désignées également par machines à pistons rotatifs désaxés, sont utilisées en tant que compresseurs, une puissance d'entrainement étant amenée pour comprimer un gaz, ou en tant que moteurs à détente, un gaz détendu Screw machines of the type indicated above, also referred to as off-axis rotary piston machines, are used as compressors, a drive power being supplied to compress a gas, or as expansion motors, a relaxed gas

dans la chambre de travail faisant tourner les deux ro- in the working chamber rotating the two

tors et une puissance motrice étant prélevée sur l'un tors and a motive power being taken from one

des rotors.rotors.

Suivant l'état *de développement actuel, on distin- According to the current state of development, it is

gue essentiellement deux types de machines à vis, à savoir les machines à vis fonctionnant à sec et les machines à vis à injection Dans les machines fonctionnant à sec, on n'envoie dans la chambre de travail que le fluide gazeux à comprimer ou à détendre Dans ces machines fonctionnant à sec, les arbres des deux rotors sont essentiellement reliés entre eux par un mécanisme de synchronisation qui synchronise la rotation des rotors entre eux de façon telle que le contact direct entre les flancs des rotors est évité La transmission de puissance entre le rotor principal et le rotor auxiliaire a donc lieu exclusivement There are essentially two types of screw machines, namely dry screw machines and injection screw machines. In dry machines, the gaseous fluid to be compressed or expanded is only sent into the working chamber. In these machines operating dry, the shafts of the two rotors are essentially interconnected by a synchronization mechanism that synchronizes the rotation of the rotors between them so that the direct contact between the flanks of the rotors is avoided. main rotor and the auxiliary rotor therefore takes place exclusively

par l'intermédiaire du mécanisme de synchronisation. through the synchronization mechanism.

Jusqu'à maintenant ce mécanisme a été tenu pour absolu- ment nécessaire, sans exception En effet, le contact direct avec transmission de puissance entre des éléments Until now, this mechanism has been regarded as absolutely necessary, without exception. Indeed, the direct contact with power transmission between elements

tournants non lubrifiés devait, d'après toute l'expérien- unlubricated turners was, according to all the experience

ce acquise dans la construction des machines, conduit à " O un grippage immédiat et à l'arrêt des éléments Ce contact direct n'était donc pas considéré comme admissible dans this acquired in the construction of machines, leads to "O an immediate seizure and stopping of the elements This direct contact was therefore not considered admissible in

les machines destinées à une mise en application pratique. machines intended for practical application.

On a accepté les inconvénients résultant de l'utilisation d'un mécanisme de synchronisation, à savoir: dépense de _ 5 construction plus élevée, encombrement accru, perte de The disadvantages resulting from the use of a synchronization mechanism have been accepted, namely: higher construction expense, increased bulk, loss of

puissance et émission de bruits par le mécanisme de syn- power and noise emission by the mechanism of

càronisation lui-même ainsi que diminution de la capacité de compression par l'intervalle qui existe constamment itself as well as decreasing the compression capacity by the interval that constantly exists

entre les rotors qui ne sont pas en contact. between the rotors that are not in contact.

Ces inconvénients n'existent pas dans les machines à vis du deuxième type de construction, à savoir les machines à vis à injection, qui se sont surtout répandues ces deux dernières années Dans ce type de construction, These disadvantages do not exist in screw machines of the second type of construction, namely injection screw machines, which have become more widespread in the last two years in this type of construction,

on assure le graissage, le refroidissement et l'étan- lubrication, cooling and water

chéité d'intervalle des rotors en injectant dans la cham- interval of the rotors by injecting into the chamber

bre de travail de l'huile ou un autre liquide lubrifiant, cette injection ayant lieu à des débits élevés qui peuvent atteindre plusieurs fois le débit massique du fluide de travail gazeux Les rotors ainsi lubrifiés et refroidis de façon intensive peuvent être en contact direct avec the oil or other lubricating liquid, this injection taking place at high flow rates which can reach several times the mass flow rate of the gaseous working fluid. The rotors thus lubricated and intensively cooled can be in direct contact with

transmission de puissance et on n'utilise pas de méca- transmission of power and we do not use

nisme de synchronisation Par rapport aux machines fonc- synchronization mechanism Compared to the machines operating

tionnant à sec, ce type de construction présente les avantages d'une dépense de construction réduite et d'une pression possible de compression ou de détente plus élevée en raison du refroidissement amélioré et de l'étanchéité In dry construction, this type of construction has the advantages of reduced construction expenditure and higher possible compression or expansion pressure due to improved cooling and watertightness.

réciproque des rotors Cependant, un inconvénient consi- However, a disadvantage

dérable des machines à vis à injection consiste en ce que le fluide de travail se mélange à l'huile ou au liquide de refroidissement et de lubrification, ce fluide étant pollué Des dispositions onéreuses et qui n'ont souvent qu'une efficacité insuffisante sont nécessaires pour Injection-molding machines are characterized by the fact that the working fluid mixes with the oil or with the cooling and lubricating liquid, this fluid being polluted. Excessive and often insufficiently efficient arrangements are necessary. for

séparer le liquide du fluide de travail. separate the liquid from the working fluid.

L'invention a pour but de créer une machine à vis plus simple et moins chère que les machines actuelles fonctionnant à sec avec un mécanisme de synchronisation, The object of the invention is to create a screw machine that is simpler and less expensive than current dry running machines with a synchronization mechanism.

cette machine ne présentant cependant pas les inconvé- this machine does not have the disadvantages

nients liés à l'injection d'huile. related to oil injection.

L'invention concerne à cet effet une machine à vis du type ci-dessus caractérisée en ce que la transmission To this end, the invention relates to a screw machine of the above type, characterized in that the transmission

de puissance de l'un des rotors à l'autre a lieu directe- power from one of the rotors to another takes place directly-

ment par les flancs des nervures hélicoïdales et des rainures hélicoïdales des rotors qui sont en contact à sec sans introduction d'un lubrifiant dans la chambre de travail et qui ne sont pas synchronisés par un mécanisme by the flanks of the helical ribs and the helical grooves of the rotors which are in dry contact without introduction of a lubricant into the working chamber and which are not synchronized by a mechanism

de synchronisation.synchronization.

Au cours d'essais, on a constaté de façon supre- During tests, it was found

nante que la règle, suivie sans exception jusqu'à mainte- that the rule, followed without exception until now

nant par les spécialistes, consistant à faire fonctionner, une machine à sec avec un mécanisme de synchronisation évitant le contact direct entre les flancs des rotors, était inutile Contre toute attente, on a constaté qu'une machine fonctionnant à sec avec un contact direct avec transmission de puissance entre les flancs des rotors pouvait fonctionner sur une longue période sans the specialists in operating a dry machine with a synchronization mechanism avoiding direct contact between the flanks of the rotors was useless. Unexpectedly, it was found that a dry-running machine with direct contact with power transmission between the flanks of the rotors could run for a long time without

apparition de phénomènes d'usure ou de phénomènes simi- occurrence of phenomena of wear or similar phenomena

laires. La simplification obtenue par l'invention vis-à-vis lar. The simplification obtained by the invention vis-à-vis

des machines actuelles fonctionnant à sec avec un mécanis- current machines running dry with a

me de synchronisation est manifest e; il en est de même vis-à-vis des machines à vis avec injection d'huile En outre, et de façon surprenante, la machine à vis conforme à l'invention est de fonctionnement plus sûr que les me sync is manifest; it is the same vis-à-vis screw machines with oil injection In addition, and surprisingly, the screw machine according to the invention is more reliable operation than the

machines actuelles avec mécanisme de synchronisation. current machines with synchronization mechanism.

Dans les machines munies d'un mécanisme de synchro- nisation, il arrive toujours que de faibles déplacements dans le mécanisme de synchronisation conduisent à des In machines equipped with a synchronization mechanism, it always happens that small displacements in the synchronization mechanism lead to

défauts de synchronisation entre les rotors, ce qui pro- synchronization errors between the rotors, which

voque bien un contact entre les flancs des rotors et donc des forces imposées entre les zones de contact mutuel et les flancs des rotors, d'une part, et dans le mécanisme is a good contact between the flanks of the rotors and therefore forces imposed between the mutual contact zones and the flanks of the rotors, on the one hand, and in the mechanism

de synchronisation, d'autre part Les forces ainsi déve- of synchronization, on the other hand The forces thus

loppées peuvent être notablement plus grandes que les forces nécessaires pour une transmission de puissance normale et elles conduisent à des phénomènes de grippage, d'usure et de surchauffe ainsi qu'à l'endommagement de la machine Il est manifeste que ces phénomènes, qui se may be significantly greater than the forces required for normal power transmission and lead to seizure, wear and overheating phenomena and machine damage. It is clear that these phenomena, which are

présentent en cas de défauts dans les phases de synchro- present in the event of faults in the synchro-

nisation, ont renforcé chez les spécialistes l'opinion qu'une synchronisation précise des rotors, évitant tout have reinforced the opinion of specialists that precise synchronization of rotors, avoiding

contact, était absolument nécessaire. contact, was absolutely necessary.

Par contre, dans la machine conforme à l'invention, de tels inconvénients et dégâts provoqués par des défauts de synchronisation ne peuvent pas se produire Il en résulte que les forces à transmettre par le contact On the other hand, in the machine according to the invention, such disadvantages and damage caused by synchronization failures can not occur. As a result, the forces to be transmitted by the contact

direct des flancs des rotors ne sont que les forces né- of the flanks of the rotors are just the

cessaires pour transmettre une partie de la puissance d'un rotor à l'autre On a constaté que ces forces étaient suffisamment faibles et, en outre, réparties sur une grande partie de la longueur des rotors pour que la sollicitation par pression dans les zones de contact soit suffisamment faible et pour que des phénomènes exagérés d'usure et de grippage ne se produisent pas, malgré le It was found that these forces were sufficiently weak and, in addition, spread over a large part of the length of the rotors so that the pressure loading in the contact is sufficiently low and that exaggerated phenomena of wear and seizure do not occur despite

fonctionnement à sec pendant une longue période de temps. Dry running for a long period of time.

Un autre avantage vis-à-vis des machines actuelles fonctionnant à sec avec un mécanisme de synchronisation est que la machine est moins sujette aux vibrations de torsion des arbres des rotors Dans les machines connues, le système rotor-arbre-mécanisme constitue un système vibrant dans lequel peuvent s'établir des vibrations de torsion désagréables Un autre avantage consiste en ce qu'on peut obtenir des puissances de compression plus élevées qu'avec les machines munies d'un mécanisme de Another advantage over current dry machines with a synchronization mechanism is that the machine is less subject to torsional vibration of the rotor shafts. In known machines, the rotor-shaft-mechanism system constitutes a vibrating system. in which unpleasant torsional vibrations can be established Another advantage is that higher compressive powers can be obtained than with machines equipped with

synchronisation En effet, l'intervalle entre rotors main- In fact, the interval between rotors

tenu constamment ouvert par le mécanisme de synchronisa- kept constantly open by the synchronization mechanism

tion n'existe plus.no longer exists.

Par rapport aux machines à vis à injection, la machine à vis conforme à l'invention présente tous les avantages des machines fonctionnant à sec, notamment en ce qui concerne le maintien à l'état pur du fluide de Compared with injection screw machines, the screw machine according to the invention has all the advantages of dry running machines, in particular as regards the pure maintenance of the fluid of the invention.

travail et la suppression de tous les dispositifs néces- and the removal of all the necessary devices

saires pour l'amenée, la séparation et le recyclage du for the supply, separation and recycling of

liquide de graissage et de refroidissement. lubricating and cooling liquid.

Suivant un développement avantageux de l'invention, on peut réduire davantage un risque éventuel d'usure According to an advantageous development of the invention, a possible risk of wear can be further reduced.

suivant les flancs de rotors en contact direct en munis- along the flanks of rotors in direct contact with

sant l'un des rotors ou les deux rotors d'une couche réduisant l'usure, au moins dans le domaine de contact entre leurs flancs Il est particulièrement avantageux one of the rotors or both rotors of a wear-reducing layer, at least in the contact area between their flanks.

que les surfaces des flancs des deux rotors soient consti- that the surfaces of the flanks of the two rotors are

tuées en matières différentes formant un couple de killed in different materials forming a couple of

matières donnant des conditions de frottement particu- materials giving particular friction conditions

lièrement favorables Des exemples de tels couples de matières sont les couples acier/fonte grise, acier/bronze, Examples of such pairs of materials are the pairs steel / gray cast iron, steel / bronze,

acier/laiton, fonte grise/bronze et fonte grise/laiton. steel / brass, gray cast iron / bronze and cast iron / brass.

Une autre possibilité consite dans le choix d'une Another possibility is the choice of a

couche de surface particulièrement dure constituée en to- particularly hard surface layer consisting of

talité ou en grande partie par du carbure de silicium ou tality or largely by silicon carbide or

d'autres carbures.other carbides.

Etant donné que la machiae conforme à l'invention est une machine fonctionnant à sec, le refroidissement' des flancs des rotors en contact avec transmission de puissance est essentiellement assuré par le fluide de travail gazeux On a constaté qu'on obtenait ainsi en règle générale un refroidissement suffisant, en tenant compte de ce que chaque flanc de rotor n'est en contact avec l'autre rotor que pendant une fraction de chaque tour, par exemple égale à 600, ce flanc étant librement Since the machiae according to the invention is a dry machine, the cooling of the flanks of the rotors in contact with power transmission is essentially ensured by the gaseous working fluid. It has been found that this is generally achieved. sufficient cooling, taking into account that each rotor flank is in contact with the other rotor only during a fraction of each turn, for example equal to 600, this flank being freely

balayé par le fluide de travail gazeux pendant la frac- swept by the gaseous working fluid during the breaking

tion restante du tour En fonction de la compression ou de la détente du fluide gazeux produite par la machine, Remaining tower time Depending on the compression or expansion of the gaseous fluid produced by the machine,

il peut s'établir une différence de température considé- a difference in temperature can be established

rable du fluide de travail sur la longueur de la chambre de travail, l'une des extrémités de la machine, à savoir t 5 l'extrémité d'entrée dans le cas du fonctionnement en of the working fluid along the length of the working chamber, one of the ends of the machine, namely the inlet end in the case of

compresseur, étant l'extrémité froide" de-la machine. compressor, being the cold end of the machine.

Dans cette zone froide, l'effet de refroidissement exercé In this cold zone, the cooling effect exerted

par le fluide de travail sur les rotors est particulière- by the working fluid on the rotors is particular-

ment bon Il est en conséquence prévu, suivant une caractéristique avantageue de l'invention, que le contact direct avec transmission de puissance entre les flancs des rotors ait lieu exclusivement ou principalement dans cette zone froide de la chambre de travail Cela peut According to an advantageous characteristic of the invention, it is therefore provided that the direct contact with power transmission between the flanks of the rotors takes place exclusively or mainly in this cold zone of the working chamber.

être obtenu par une distribution différenciée sur la lon- to be obtained by a differentiated distribution over the long

gueur de chaque rotor du jeu entre les rotors Par exem- of each rotor in the game between the rotors, for example

ple, les flancs des rotors peuvent être usinés avec des tolérances de grandeur croissante de l'extrémité froide ple, the flanks of the rotors can be machined with tolerances of increasing magnitude of the cold end

à l'extrémité chaude On peut également régler la distri- at the warm end The distribution can also be adjusted

bution inégale du jeu par une légère divergence entre les unequal play of the game by a slight divergence between

deux axes des rotors.two axes of the rotors.

Dans un exemple de réalisation de l'invention, la machine à vis fonctionne en tant que compresseur, le In an exemplary embodiment of the invention, the screw machine functions as a compressor, the

rotor principal étant entrainé et 10 à 15 % de la puis- main rotor being trained and 10 to 15% of the

sance d'entraînement amenée devant être transmis au rotor auxiliaire Avec le type *de construction actuel, cela est driven drive to be transmitted to the auxiliary rotor With the current type * of construction, this is

obtenu par l'intermédiaire d'un mécanisme de synchroni- obtained through a synchronization mechanism

sation lubrifié à l'huile avec un rendement de 98 % en- lubricated oil with 98% efficiency

viron On obtient ainsi une fraction de puissance de per- Viron This gives a fraction of the power of per-

tes égale à 15 % x 2 % = 0,3 % de la puissance totale de la machine Cette puissance de pertes doit être évacuée equal to 15% x 2% = 0.3% of the total power of the machine This power of losses must be evacuated

avec l'huile de lubrification du mécanisme de synchroni- with the lubricating oil of the synchronizing mechanism

sation.tion.

Dans la machine conforme à l'invention, le mécanis- In the machine according to the invention, the mechanism

me de synchronisation est supprimé et la transmission de me sync is deleted and the transmission of

15 % de la puissance au rotor auxiliaire a lieu par con- 15% of the power to the auxiliary rotor takes place by con-

tact direct entre les rotors Le rendement de cette trans- direct tact between the rotors The efficiency of this trans-

mission de puissance est inférieur à celui d'un mécanisme de synchronisation lubrifiéà l'huile et peut être estimé à 80 %, des améliorations de ce rendement devant être possibles par des profils de flancs appropriés et/ou un choix approprié de la matière des flancs des rotors En conséquence, il se produit dans la chambre de travail, en plus de pertes thermodynamiques, une puissance de pertes de 15 % x 20 % = 3 % de la puissance totale provoquée par la transmission de puissance Mais cette puissance de pertes peut être directement absorbée par le fluide de travail et être évacuée sans provoquer une surchauffe des rotors. power mission is less than that of an oil lubricated synchronization mechanism and can be estimated at 80%, improvements in this performance to be possible by appropriate sidewall profiles and / or appropriate choice of sidewall material As a result, in the working chamber, in addition to thermodynamic losses, there is a loss power of 15% x 20% = 3% of the total power caused by the power transmission. But this loss power can be directly absorbed by the working fluid and be discharged without causing overheating of the rotors.

Claims

A dry-running screw machine for compressing or expanding gaseous fluids, with meshing between a main rotor having helical ribs and an auxiliary rotor having helicoidal grooves, one of these rotors being connected to a power supply or absorption control unit, a part of the power supplied or absorbed being transmitted to the other rotor or by this rotor, characterized in that the power transmission of one of the rotors to the other takes place directly from the flanks of the helicoidal ribs and helical grooves of the rotors which are in dry contact without introduction of a lubricant into the working chamber and which are not synchronized by a synchronization mechanism . Machine according to claim 1, characterized in that one of the rotors or both rotors are provided with a wear-reducing layer, at least in the contact area between their flanks.

30) Machine according to claim 1, characterized

in that the surfaces of the flanks of the rotors are con-

at least in the area of meshing in

different ress forming a couple of reducing materials

friction.

40) Machine according to claim 1, characterized in that the surface layer is very hard and is constituted in whole or in part by carbide of

silicon or other carbides.

) Machine according to any one of the claims

1 to 4, characterized in that the clearance between the flanks of the rotors is smaller at the cold end of the machine than at the other end, so that the

transmission of power takes place mainly to the former

cold end of the rotors.