FR2585777A1 - Procede pour comprimer un fluide gazeux et compresseur a engrenages pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION PERMET DE REDUIRE LA PULSATION COTE REFOULEMENT DE MANIERE A PEU PRES UNIFORME POUR TOUTE VITESSE DE ROTATION DU COMPRESSEUR. A CET EFFET, ON REGLE UNE INJECTION DE FLUIDE COMPRIME, PROVENANT DU COTE REFOULEMENT D, DANS LES CHAMBRES FORMEES PAR LES LOBES DES PISTONS OU ROTORS 1 ET LA PAROI DE CYLINDRE 3, APRES LA FERMETURE DES CHAMBRES PAR RAPPORT AU COTE ASPIRATION S, DE MANIERE QU'UNE IMPULSION DE DEPRESSION SOIT PRODUITE DANS LA CHAMBRE ET QUE L'ONDE CREEE PAR CETTE IMPULSION DE DEPRESSION SUPPRIME L'ONDE CREEE PAR L'IMPULSION DE SURPRESSION PRODUITE A LA PENETRATION DU LOBE D'UN PISTON 1 DANS LA ZONE DE RESSERREMENT DE L'AUTRE PISTON. LE REGLAGE S'EFFECTUE PAR DIFFERENTS ELEMENTS 8, 10 MONTES FIXES OU MOBILES DANS UNE FENETRE F EN REGARD DE LA FENTE SP FORMEE ENTRE LES LOBES DES PISTONS ET LE CYLINDRE DU COTE DU REFOULEMENT D.

Description

L'invention concerne un procédé pour comprimer un fluide gazeux

transporté, au moyen d'un compresseur à engrenages et plus particulièrement un compresseur Roots, selon lequel on effectue alternativement une injection réglée de fluide, provenant du côté refoulement, dans les chambres de transport formées à chaque fois par l'un des pistons ou rotors et la paroi correspondante de l'espace intérieur de transport, après la fermeture de la chambre concernée par rapport au côté aspiration. L'invention concerne en outre un compresseur à engrenages, en particulier un compresseur

Roots, pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Les compresseurs Roots posent de manière générale le problème qu'une partie du fluide déjà comprimé reflue dans la chambre côté refoulement au moment o cette chambre s'ouvre du côté du refoulement. Cette inversion du sens d'écoulement provoque d'importants phénomènes d'oscillation et de vibration, tant à l'intérieur et sur le compresseur que dans la tuyauterie prévue

à la suite du compresseur côté refoulement.

Certes, on a déjà tenté de reduire ces phénomènes d'oscillation et de vibration en injectant du fluide depuis le côté refoulement dans les chambres, avant que celles-ci ne s'ouvrent vers le côté refoulement (voir par exemple les documents DE-PS 11 33 500, DE-AS 12 58 543; Bulletin of JSME, tome 24, n 189, mars 1981, pages 547 à 554). Cependant, les mesures proposées ne permettent pas d'éviter totalement le reflux du fluide depuis le côté refoulement dans la chambre, de sorte que ces propositions connues permettent tout au plus d'atténuer

l'excitation des oscillations.

Par le brevet des EUA 4 215 977, on sait également

déjà que les pulsations ou phénomènes d'oscillation et de vibra-

tion dans la tuyauterie côté refoulement, se produisant à la compression d'un fluide gazeux par un compresseur Roots, peuvent être réduitsplusencoresi la fractionde fluide nécessaire chaque fois pour la compression est toujours prélevée de façon uniforme du fluide refoulé du côté refoulement, avant que ce dernier ne soit injecté dans la conduite de refoulement. Cette solution exige toutefois le respect scrupuleux des conditions de fonctionnement, ce qui est en pratique impossible dans La majorité des cas. Une adaptation ultérieure aux conditions de fonctionnement existant dans La pratique n'est cependant pas possible avec des compresseurs

de ce type.

Par Le document DE-OS 32 38 015, on connaft un compresseur

Roots permettant une adaptation à différentes conditions de fonc-

tionnement, sans que cela demande des moyens techniques importants et des travaux de transformation coûteux. Sur ce compresseur, des tiroirs de réglage semblables à des réglettes sont introduits dans des évidements à partir des faces d'extrémité de l'espace intérieur de transport. Une telle construction permet d'obtenir, de façon simple, la variation de l'aire d'ouverture en fonction du temps, suivant la profondeur d'enfoncement du tiroir de réglage, en conservant la caractéristique d'ouverture fixée suivant l'angle

de rotation.

Ainsi, une seule et même machine peut être adaptée sans difficultés à différentes conditions de fonctionnement, sans que cela demande des moyens techniques importants et sans travaux de transformation coûteux. Cela est important surtout s'il faut adapter le compresseur aux conditions particulières de l'utilisateur parce que les renseignements fournis à la passation de la commande ne correspondent pas - comme cela est fréquemment le cas dans La

pratique - avec les caractéristiques de fonctionnement réelles.

Or, des mesures ont démontré qu'avec la solution connue selon le document DE-OS 32 38 015 précité, les effets susceptibles d'être obtenus avec les tiroirs de réglage, en ce qui concerne la réduction de la pulsation du côté refoulement, varient fortement dans la pLage de vitesse de rotation du compresseur; en d'autres termes, la réduction réalisable de la pulsation n'est pas du même

ordre de grandeur pour chaque vitesse de rotation.

L'invention vise par conséquent à créer un procédé nouveau, de même qu'un compresseur Roots pour la mise en oeuvre du procédé, avec lesquels il soit possible d'obtenir une réduction du même ordre de grandeur de la pulsation,côté refoulement,pour toute vitesse de rotation du compresseur, la valeur absolue de la réduction devant être supérieure aux valeurs optimales réalisables

avec la construction selon le document DE-OS 32 38 015 précité.

Pour ce qui concerne le procédé, l'invention permet d'obtenir ces résultats par le fait que l'on règle l'injection de manière qu'une impulsion de dépression soit produite dans la chambre côté refoulement et que l'onde créée par suite de cette impulsion de dépression supprime l'onde créée par l'impulsion de surpression produite à la pénétration du lobe d'un piston dans la zone du

resserrement de l'autre piston.

L'invention part de la découverte que la cause de la pulsation et des phénomènes d'oscillation et de vibration du côté refoulement réside non seulement dans le reflux de fluide déjà comprimé dans les chambres s'ouvrant vers le côté refoulement,

mais aussi dans l'impulsion de surpression produite à la pénétra-

tion du lobe d'un piston dans la zone du resserrement de l'autre

piston. Pour éLiminer l'onde créée par cette impulsion de surpres-

sion, on effectue l'injection, selon l'invention, de manière à

engendrer une "onde antagoniste" dont la longueur d'onde, l'ampli-

tude, la direction d'oscillation et la différence de parcours sont

telles que l'onde et l'onde antagoniste s'annulent mutuellement.

Cela permet, d'une part, d'obtenir une réduction d'un ordre de grandeur jusqu'à présent irréalisable des pulsations et des phénomènes d'oscillation et de vibration côté refoulement, d'autre

part, d'obtenir une réduction optimale de ces pulsations et phéno-

mènes, non seulement sur une plage de vitesse étroitement limitée mais, et c'est la première fois, sur toute la plage de vitesse

de rotation du compresseur.

Des essais ont montré que le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière particulièrement avantageuse avec des compresseurs Roots possédant des pistons ou rotors à trois lobes. Ainsi, notamment, le réglage de l'onde antagoniste, en ce qui concerne sa phase et son amplitude, peut être effectué

de façon optimale sans que ce réglage ait, pratiquement, une inci-

dence sur la section droite des tubulures d'aspiration et de refou-

lement.

Selon un perfectionnement avantageux du procédé de l'inven-

tion, on effectue l'injection dans la zone d'un des pistons avec un décalage dans le temps par rapport à l'injection dans la zone de

l'autre piston. Cette "dissymétrie" de l'injection ouvre des possi-

bilités de réglage particulières, pouvant servir par exemple à la correction de tolérances de fabrication, à la compensation de

dépôts dans le carter du compresseur et ainsi de suite.

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière particulièrement avantageuse au moyen d'un compresseur Roots qui est caractérisé en ce qu'il comprend, pour le réglage de l'impulsion de dépression, des éléments de réglage fixes et/ou mobiles, coopérant avec le piston à travers une fente, qui sont disposés dans la paroi de l'espace intérieur de transport et au moyen desquels la fente est variable dans le sens axial et

dans le sens radial.

En principe, les éléments de réglage sont réalisables sous différentes formes. Il est particulièrement avantageux que les éléments pour la variation axiale de la fente soient des tiroirs de réglage semblables à des réglettes, qui peuvent être introduits dans l'espace de transport depuis les faces d'extrémité de cet espace,et que les éléments pour la variation radiale de

la fente soient des tiroirs rotatifs coaxiaux. Ce mode de réali-

sation permet un réglage continu, tant dans le sens radial que dans le sens axial, sans que cela demande d'importantes opérations

de montage ou de transformation sur les éléments de réglage.

Dans un grand nombre d'applications, il n'est pas nécessaire de pouvoir effectuer un réglage continu dans te sens axial ou dans le sens radial, ou encore dans les deux sens, d'autant que cela exige certains moyens techniques. Pour de tels cas, il est avantageux de choisir l'un des autres modes de réalisation

décrits plus en détail dans ce qui va suivre.

Les possibilités indiquées ci-dessus concernent une injection et son réglage dans la zone du lobe et de la paroi du cylindre. Cependant, il est également dans le cadre de l'invention d'effectuer l'injection et le réglage dans la zone de la face d'extrémité du piston et du carter. A cet effet, on peut utiliser, par exemple, des solutions selon les figures 1 et 2 du document DE-OS 32 38 015, en prévoyant une conformation adéquate et permettant

un réglage.

Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments pour la variation radiale sont réalisés sous forme de réglettes s'étendant parallèlement à l'axe du piston et qui sont montées dans la paroi du cylindre de façon à pouvoir être introduites et extraites essentiellement en direction radiale. Bien qu'un tel mode de réalisation permette seulement d'obtenir de façon approchée les aires exactement nécessaires pour le réglage en fonction de l'angle de rotation, des essais ont démontré que l'effet obtenu

reste considérable, malgré le fait que les aires réalisées corres-

pondent seulement à peu près à celles théoriquement nécessaires.

Pour compléter l'explication et permettre une meilleure compréhension de l'invention, trois exemples de réalisation de compresseurs Roots travaillant selon le procédé de l'invention seront ci-après décrits plus en détail en référence aux dessins

annexés.

Pour pouvoir créer et régler l'impulsion de dépression nécessaire à l'effet de suppresion selon l'invention, les trois exemples de réalisation comportent tous des éléments de réglage situés dans la zone du "point de passage" de la paroi délimitant l'espace intérieur de transport et au moyen desquels la fente

formée entre le piston et cette paroi peut être variée en direc-

tion axiale et en direction radiale, donc de manière que cette

fente puisse être changée de façon dosée dans les deux sens.

La figure 1 montre seulement de façon schématique un premier exemple de réalisation, dans lequel des éléments mobiles sont prévus pour la variation axiale et pour la variation radiale

de la fente.

La figure 2 montre, de nouveau de façon schématique, un deuxième exemple de réalisation, dans lequel des éléments mobiles sont utilisés pour la variation radiale et des éléments

fixes pour la variation axiale de la fente.

La figure 3 montre schématiquement un troisième exemple de réalisation, comportant, pour la variation radiale, des éléments particuliers donnant seulement un résultat voisin du résultat

optimal possible et, pour la variation axiale, des éléments fixes.

Les coupes représentées pour les trois exemples de réalisation sont prises suivant un plan qui, sur le côté droit de chacune des figures, passe à peu près par le milieu des éléments prévus pour le réglage de l'impulsion de dépression, tandis que ce plan passe, pour ce qui concerne le côté gauche des trois figures,

à peu près par la zone du bord des éléments de réglage.

Le compresseur Roots des trois exemples représentés comporte deux pistons ou rotors 1 qui engrènent de façon connue et sont montés rotatifs dans un cylindre 2. Celui-ci présente une paroi 3, coordonnée aux pistons, à laquelle se raccordent des flasques latéraux 4 aux extrémités. Le cylindre est pourvu, de

façon en soi connue, d'une tubulure d'aspiration 5 et d'une tubu-

lure de refoulement 6, définissant l'une le côté aspiration S et l'autre le côté refoulement D. Dans les trois exemples de réalisation, la paroi de

cylindre 3 est pourvue, dans sa moitié dirigée vers le côté refou-

lement D, de fenêtres F qui sont chacune fermées à l'extérieur par un couvercle 7. C'est dans la zone de cette fenêtre F que sont disposés les éléments fixes et/ou mobiles mentionnés pour régler l'impulsion de dépression, éléments qui seront décrits en

détail pour chaque exemple de réalisation.

Dans ces exemples, comme sur des compresseurs Roots connus, du fluide provenant du côté refoulement D est alternativement injecté, de façon commandée ou réglée, dans les chambres formées par l'un ou l'autre des pistons 1 et la paroi 3 correspondante de l'espace intérieur de transport (ainsi que par les flasques 4), après la fermeture de la chambre concernée par rapport au côté aspiration S. Cependant, selon l'invention, ainsi que cela a déjà été décrit au début, l'injection est réglée de telle manière que chaque opération d'injection dans une chambre, du côté du refoulement, engendre une impulsion de dépression dont l'onde supprime l'onde produite sous l'effet de l'impulsion de surpression engendrée à la pénétration du lobe d'un des pistons dans la zone

du resserrement de l'autre piston.

La figure 1 montre un exemple o à la fois les éléments prévus pour la variation axiale et ceux prévus pour la variation radiale sont disposés mobiles. Les éléments pour La variation axiale sont destiroirs 8 qui peuvent être introduits dans l'espace intérieur de transport du fluide à travers des fentes 8a dans les flasques 4,

à partir de l'extrémité dudit espace. Suivant la profondeur d'enfon-

cement des tiroirs 8, on peut ainsi donner une largeur déterminée

- dans le sens de l'axe du compresseur - à la fente Sp.

Pour la variation radiale de la fente Sp, l'exemple représenté sur la figure 1 comporte ce que L'on appelle un tiroir rotatif coaxial 9. Ce tiroir est formé par une plaque coulissante 10 qui peut être déplacée concentriquement à la paroi de cylindre 3

en glissant par sa face extérieure 11 sur une pièce insérée 12.

Cette dernière est appuyée dans la fenêtre F et est recouverte

sur le côté extérieur par le couvercle 7.

La pièce insérée 12 comporte une nervure 13 dans laquelle est ménagé un trou oblong 14. Le côté extérieur 11 de la plaque coulissante 10 porte deux pattes de guidage 15 disposées de part et d'autre de la nervure 13 et pourvues de perçages alignés entre

eux et avec le trou oblong 14 et recevant une tige de guidage 16.

Dans cet exemple, la face dirigée vers le piston 1 du tiroir 8 en forme de réglette est conformée de manière qu'elle prolonge le contour intérieur de la paroi de cylindre 3 jusqu'au raccordement avec le côté refoulement D. La face extérieure du tiroir 8 est conformée de manière qu'elle corresponde au contour de la face dirigée vers le piston concerné de la plaque coulissante 10 à la position étendue de cette dernière. Du côté dirigé vers l'aspiration S de la fenêtre F, le

cylindre 2 présente un évidement 17 en forme de poche qui est dimen-

sionné de manière que le côté dirigé vers l'aspiration S de la plaque

coulissante 10 puisse être introduit - dans le sens de la flèche 18 -

dans cette poche 17. Comme l'épaisseur de la plaque coulissante 10 diminue du côté de l'aspiration D, o cette plaque est à peu près en forme de coin en section, le déplacement dans le sens de la flèche 18, depuis la position représentée sur la figure 1, permet de modifier la fente Sp en direction radiale. Le mode de réalisation selon la figure 1 permet par conséquent un réglage continu, tant dans le sens axial que dans le sens radial, sans que cela demande d'importants travaux de montage et de transformation sur les

éLéments de réglage.

L'exemple représenté sur la figure 2 utilise des éléments mobiles pour la variation radiale et des éléments fixes pour la variation axiale. Les éléments mobiles sont formés par des tiroirs rotatifs 9, comme dans le cas du mode de réalisation de la

figure 1. Les tiroirs 8 en forme de réglettes, pouvant être intro-

duits à partir de la face d'extrémité, sont remplacés ici par des pièces insérées fixes 19 qui, comme le montre le côté gauche de la figure 2, sont disposées dans la zone des extrémités des plaques coulissantes 10 formant les tiroirs rotatifs 9. Si la largeur de la fente Sp - dans le sens de l'axe des rotors - doit être changée, il faut, après avoir enlevé les couvercles 7, retirer les pièces insérées, ensemble avec les tiroirs rotatifs 9, et les remplacer par des pièces dimensionnées différemment, suivant la largeur désirée. A cet effet, les pièces 19 possèdent, dans le cas de

l'exécution représentée sur La figure 2, des evidements qui corres-

pondent à la section de la plaque coulissante 10 et qui peuvent avoir une profondeur différente, suivant la largeur - dans le sens de l'axe des pistons rotatifs - du tiroir. Du côté dirigé vers le piston 1, les pièces insérées 19 possèdent une surface conformée de manière qu'elle prolonge le contour intérieur de la paroi de cylindre 3 jusqu'au raccordement avec le côté refoulement D. La figure 3 montre un exemple o, pour la variation radiale, chaque fenêtre F contient deux réglettes 20 et 20a qui sont parallèles à l'axe des pistons et sont montées dans des rainures 21 d'une pièce insérée 22 de manière à pouvoir être étendues et rétractées, essentiellement en direction radiale par rapport

au piston concerné.

Du côté éloigné du piston, les réglettes 20 et 20a portent des tiges filetées 23 avec des écrous de réglage 24 en appui sur une nervure 25 de la pièce insérée 22. En tournant les écrous, les réglettes 20 et 20a peuvent ainsi être étendues pour faire saillie des fentes 21 d'une quantité déterminée, ou pour, au besoin, être

rétractées de nouveau dans les fentes.

Pour la variation axiale, comme le montre le côté gauche de la figure 3, ce compresseur comporte des pièces insérées fixes 26,

pourvues d'évidements ou rainures 27 pour les réglettes 20 et 20a.

Pour changer la largeur de la fente, dans le sens de l'axe des pistons, il suffit par conséquent de mettre en place des pièces

fixes 26 de largeurs différentes, comme cela est nécessaire égale-

ment dans le cas du mode de réalisation selon la figure 2.

Le nombre des réglettes 20 et 20a et leur position dans la fenêtre Fsont fonction des données de chaque application. Avec un tel mode de réalisation, on accepte l'inconvénient que l'aire de passage nécessaire à chaque fois pour le réglage de l'injection, en fonction de l'angle de rotation, est seulement obtenue de façon approximative.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour comprimer un fluide gazeux transporté, au moyen d'un compresseur à engrenages et plus particulièrement au

moyen d'un compresseur Roots, selon lequel on effectue alternative-

ment une injection réglée de fluide, provenant du côté refoulement, dans les chambres de transport formées chaque fois par l'un des pistons ou rotors et la paroi correspondante de l'espace intérieur de transport de fluide du compresseur, après la fermeture de la chambre concernée par rapport au côté aspiration, caractérisé en

ce que l'on règle l'injection de manière qu'une impulsion de dépres-

sion soit produite dans la chambre côté refoulement et que l'onde créée par suite de cette impulsion de dépression supprime l'onde créée par l'impulsion de surpression produite à la pénétration du

lobe d'un piston dans la zone de resserrement de l'autre piston.

2. Procédé pour comprimer un fluide gazeux transporté, au moyen d'un compresseur à engrenages et plus particulièrement au

moyen d'un compresseur Roots possédant deux pistons ou rotors tri-

lobés, selon lequel on effectue alternativement une injection réglée de fluide, provenant du côté refoulement, dans les chambres de transport formées chaque fois par l'un des pistons ou rotons et la paroi correspondante de l'espace intérieur de transport de fluide du compresseur, après la fermeture de la chambre concernée par rapport au côté aspiration, caractérisé en ce que l'on règle l'injection de manière qu'une impulsion de dépression soit produite dans la chambre c8té refoulement et que l'onde créée par suite de cette impulsion de dépression supprime l'onde créée par l'impulsion de surpression produite à la pénétration du lobe d'un piston dans la

zone de resserrement de l'autre piston.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue l'injection dans la zone d'un des pistons avec un décalage dans le temps par rapport à l'injection dans la

zone de l'autre piston.

4. Compresseur à engrenages, en particulier compresseur Roots, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1,

2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend, pour le réglage de l'impul-

sion de dépression, des éléments de réglage fixes et/ou mobiles (8,10, 19, 20, 20a), coopérant avec le piston (1) à travers une fente (Sp) il qui sont disposés dans la paroi de l'espace intérieur de transport du fluide et au moyen desquels la fente (Sp) peut être variée dans

le sens axial et dans le sens radial.

5. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments pour la variations axiale de la fente sont des tiroirs de réglage (8) semblables à des réglettes, qui peuvent

être introduits dans l'espace de transport depuis les faces d'extré-

mité (4) et les éléments pour la variation radiale sont des tiroirs

rotatifs coaxiaux (9).

6. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments pour la variation axiale de la fente sont des pièces interchangeables (19) et les éléments pour la variation

radiale sont des tiroirs rotatifs coaxiaux (9).

7. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments pour la variation axiale sont des tiroirs de réglage (8) en forme de réglettes, qui peuvent être introduits

depuis les faces d'extrémité (4) dans l'espace intérieur de trans-

port de fluide, et les éléments pour la variation radiale sont des

pièces interchangeables.

8. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments pour la variation axiale et les éléments pour la

variation radiale sont des pièces interchangeables.

9. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments pour la variation radiale sont des réglettes (20, 20a) disposées parallèlement à l'axe du piston et montées dans la

paroi de cylindre (3) de façon à pouvoir être étendues, essentielle-

ment en direction radiale, dans l'espace intérieur de transport de

fluide et être rétractées.