FR2643948A1 - Appareil a volutes et systeme de refrigeration - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil à volutes destiné à comprimer un fluide. Il comporte deux éléments 24, 28 à volutes dessinées de manière que les extrémités intérieures de ces deux volutes établissent des contacts linéaires en mouvement avec les parois intérieures des volutes opposées durant une partie du mouvement orbital mutuel que ces éléments à volutes effectuent. Domaine d'application : systèmes de réfrigération, etc.
Description
L'invention concerne d'une manière générale un appareil à volutes, et en
particulier un appareil à volutes comportant des éléments enroulés à volutes en développante conformés pour produire une compression finale étendue et améliorée et un écoulement de refoulement amélioré dans
l'appareil à volutes.
Un appareil à volutes habituel comprend deux éléments à plaques extrêmes planes et parallèles pouvant
effectuer un mouvement relatif orbital, sans rotation.
Chacun de ces éléments plans est muni de, ou peut être réalisé d'une seule pièce avec, un élément ou une pièce en développante de cercle s'élevant de la face de l'élément plan. La développante est généralement en forme de spirale afin de s'imbriquer avec la développante de l'autre élément plan respectif. Les développantes imbriquées, également connues diversement sous le nom de volutes, d'éléments à développante ou d'éléments enroulés, coopèrent pour définir plusieurs lignes de contact en mouvement formant entre elles plusieurs chambres délimitées par les éléments
à volutes et les éléments de plaques d'extrémité à volutes.
Ces chambres, selon le mouvement orbital dans le sens des aiguilles d'une montre ou en sens contraire de l'élément orbital, ont un volume qui augmente ou qui décroît de façon à faire fonctionner l'appareil à volutes en détendeur ou en compresseur. Les principes généraux et le fonctionnement de base d'un tel appareil à volutes sont présentés plus complètement dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N
801 182.
Lorsqu'un appareil à volutes est utilisé comme compresseur, un orifice ou une ouverture de décharge ou de refoulement est prévu dans au moins l'un des éléments plans (avantageusement connus sous le nom de plaques d'extrémité) à proximité immédiate des bouts intérieurs de l'élément en développante respectifs. Pendant que les éléments à volutes en développante exécutent le mouvement orbital, deux chambres de compression finale sont formées à proximité immédiate des bouts extrêmes des éléments, lesquelles chambres se déchargent dans la chambre de l'orifice de décharge ou de refoulement des éléments à volutes lorsque les bouts se séparent des surfaces intérieures des éléments à volutes opposés. La vitesse à laquelle les bouts s'écartent des éléments à volutes limite la vitesse à laquelle un fluide comprimé peut s'écouler des
chambres de compression finale vers l'orifice de refoule-
ment ou de décharge.
Par conséquent, la disposition et la dimension de l'orifice de décharge et la forme de l'élément à développante à ou à proximité immédiate du bout intérieur des éléments à développante respectifs sont-critiques pour le fonctionnement satisfaisant d'un appareil à volutes. La position et le dimensionnement de l'orifice de décharge, en même temps que le point auquel les bouts intérieurs s'écartent des éléments à volutes adjacents, détermine le point auquel la décharge ou le refoulement commence et s'achève, ainsi que l'intervalle de temps dont on dispose pour le refoulement, tandis que la dimension de l'orifice de décharge limite la capacité d'écoulement maximale de
l'appareil. Une disposition et un dimensionnement incor-
rects de l'orifice de décharge peuvent provoquer une élévation excessive de la pression dans les chambres de compression finale, laquelle pression peut dépasser la résistance mécanique de la matière utilisée pour la réalisation des éléments à développante. Dans ce cas, les éléments à développante peuvent se déformer ou même se séparer de la plaque d'extrémité, ce qui met hors service l'appareil à volutes. En outre, l'interaction des bouts intérieurs des éléments respectifs à développante est essentielle pour l'obtention d'un temps de décharge suffisant, à partir des chambres de compression finale, pour permettre une compression convenable et efficace sans
limiter excessivement la capacité de l'appareil à volutes.
On a procédé à des essais pour résoudre ces
problèmes. Il n'est pas rare d'établir un trajet d'écoule-
ment secondaire des chambres de compression finale jusqu'à la chambre de refoulement. Habituellement, ce trajet d'écoulement secondaire se présente sous la forme d'un orifice de décharge "factice", qui est un évidement ou un trou borgne ménagé dans la plaque d'extrémité ne présentant pas l'orifice réel de refoulement. Cependant, cet orifice "factice" de refoulement nécessite une étape supplémentaire d'usinage de précision durant la fabrication, ce qui augmente le coût de l'appareil à volutes. En outre, l'orifice "factice" de refoulement sert seulement à améliorer l'écoulement initial de refoulement plutôt qu'à améliorer l'écoulement de refoulement durant la totalité du
temps de refoulement.
En variante, la surface de la paroi intérieure des éléments à volutes en développante peut être modifiée
au bord intérieur et à proximité immédiate de celui-ci.
Un exemple d'une telle modification est montré dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N' 4 547 137 qui
présente une structure de bout intérieur modifiée consti-
tuée d'un bout intérieur ayant un tronçon linéaire qui lui est adjacent sur la paroi intérieure de la développante de la volute. Le tronçon de paroi intérieure linéaire s'étend sur une distance donnée le long de la paroi intérieure avant de rejoindre la surface en développante de la paroi
intérieure par un tronçon d'arc circulaire de raccordement.
La masse de l'élément enroulé de la volute est constituée de surfaces de parois intérieure et extérieure définissant une développante d'épaisseur constante. Ce brevet indique en outre que l'orifice de décharge doit être disposé à travers la plaque d'extrémité supportant l'enroulement en volutes de manière que l'orifice de décharge se trouve en contredépouille par rapport à au moins une partie de la base de l'élément enroulé. Cette approche tend à affaiblir l'élément enroulé quand bien même l'épaisseur de l'élément à volutes en développante est augmentée, car la section de la liaison mécanique entre l'élément enroulé et la plaque d'extrémité de volutes est diminuée. De plus, cette approche ne produit qu'un écoulement limité de la chambre de refoulement du fait du volume relativement faible entre
les surfaces de paroi intérieure en développante linéaire.
En variante, la paroi intérieure en dévelop-
pante peut être modifiée à proximité immédiate du bout intérieur par la réalisation d'un tronçon d'arc de cercle venant dans l'enroulement, c'està-dire ayant une épaisseur décroissante de l'élément en développante, la surface de paroi intérieure en développante tendant vers la surface de paroi extérieure en développante, l'épaisseur étant mesurée entre elles, lorsque l'on progresse du bout extérieur vers le bout intérieur de l'élément enroulé. Cependant, cette approche réduit de façon indésirable la résistance de l'élément et augmente sa sensibilité aux défaillances sous l'effet de la pression du fluide lors de la compression finale. L'invention a donc pour objet de proposer un élément enroulé à volutes modifié ayant une épaisseur accrue à proximité immédiate du bout intérieur. L'invention a également pour objet un élément enroulé modifié qui présente un orifice de décharge ou de refoulement d'une capacité d'écoulement convenable, ne se trouvant pas en contredépouille par rapport à l'élément enroulé dans la
plaque d'extrémité à volute.
Un autre objet de l'invention est de proposer un élément enroulé modifié présentant une compression finale prolongée avant le refoulement. Un autre objet de l'invention est de proposer un élément enroulé modifié produisant un écoulement de refoulement amélioré à partir des chambres de compression finale. Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil a volutes modifié conçu pour éviter la nécessité d'un orifice non fonctionnel de refoulement pour décharger la pression de fluide durant la compression finale. Un autre objet de l'invention est de proposer un élément enroulé en volute modifié qui est
relativement peu coûteux et simple à fabriquer.
L'invention a donc pour objet un appareil à volutes comportant au moins deux éléments enroulés à volutes imbriqués, avec des parties en développante de paroi intérieure modifiées à proximité immédiate du bout intérieur de chacun des éléments enroulés respectifs à volutes. Chacun des éléments enroulés à volutes comporte un tronçon de bout intérieur destiné à porter contre l'autre volute respective, un tronçon intermédiaire adjacent au tronçon de bout intérieur et s'étendant le long de la paroi intérieure de la développante de l'élément enroulé pour définir un tronçon relativement épaissi de l'élément enroulé, et un tronçon d'arc de cercle contigu au tronçon intermédiaire de paroi intérieure et à la développante de la paroi intérieure. Le tronçon d'arc de cercle part vers l'extérieur de la paroi intérieure de l'élément enroulé pour définir une épaisseur croissante de l'élément enroulé en progressant de l'extrémité extérieure du tronçon d'arc de cercle vers l'extrémité intérieure de ce même tronçon d'arc de cercle. En fonctionnement, des chambres de compression finale sont définies durant une partie de l'orbite des volutes par le contact des bouts intérieurs respectifs avec le tronçon d'arc de cercle de la surface de paroi intérieure de l'autre élément enroulé à volutes respectifs afin que la période de compression finale soit prolongée. Durant la partie de décharge ou de refoulement de l'orbite des volutes immédiatement après la compression, la section d'écoulement de refoulement augmente rapidement entre les bouts intérieurs des éléments à volutes en
développante et les tronçons d'arc de cercle.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un compresseur à volutes selon l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale partielle du compresseur à volutes de la figure 1, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan illustrant la première des volutes accouplées; - la figure 4 est une vue en plan illustrant la seconde des volutes accouplées;
- les figures 5 à 8 sont des coupes transver-
sales partielles à échelle agrandie montrant les éléments à volutes en développante du compresseur à volutes de la figure 1 dans diverses positions du mouvement orbital des volutes; - la figure 9 est un graphique représentant la section d'écoulement de refoulement ou de décharge utilisable dans des appareils à volutes comparables selon
l'invention et autres que l'invention; et -
- la figure 10 est un schéma d'un système de
réfrigération convenable utilisant la présente invention.
Un appareil à volutes constituant le sujet- de l'invention est représenté d'une façon générale par la référence numérique 20 sur la figure 1. Pour simplifier la
description, l'appareil 20 à volutes est décrit comme étant
un appareil de compression fermé hermétiquement, convenant en particulier à-une utilisation en tant que-compresseur de
fluide réfrigérant dans un système de réfrigération.
L'appareil à volutes 20 sera donc appelé indiféremment compresseur 20 ou compresseur 20 de fluide réfrigérant. Il est bien entendu qu'un tel appareil à volutes 20 peut convenir aussi en tant que dispositif de détente ou dans d'autres utilisations à compression ou au pompage d'un fluide, qu'il n'est pas nécessaire qu'il soit fermé
hermétiquement et que la présente description doit donc
être considéree comme donnant un exemple de la forme préférée de réalisation de la présente invention, plutôt que comme la limitant. L'appareil à volutes 20 comprend une enveloppe hermétique 22 qui comporte une partie supérieure 22a et une partie inférieure 22b. Une partie centrale globalement cylindrique 22c est représentée disposée entre la partie supérieure 22a et la partie inférieure 22b auxquelles elle est reliée par des moyens convenables tels que des soudures. Une première plaque plane 24 d'extrémité à volute, présentant une ouverture centrale définissant un orifice 26 de décharge ou de refoulement, est disposée à l'intérieur de l'enveloppe hermétique 22. Une seconde
plaque plane 28 d'extrémité à volute est disposée paral-
lèlement à la première volute 24 et à distance de celle-ci.
Un premier enroulement tourbillonnaire en saillie ou premier élément enroulé 30 à volute en développante est disposé sur la première plaque d'extrémité 24 à volute et un second enroulement tourbillonnaire en saillie ou second élément enroulé à volute en développante 32 est disposé sur la seconde plaque d'extrémité 28 à volute afin que les enroulements en développante respectifs soient en prise imbriquée définissant plusieurs poches ou alvéoles ayant un volume qui décroît vers le centre des enroulements respectifs. Dans la forme préférée de réalisation, comme montré sur la figure 1, la première volute 24 est fixe et la seconde volute 28 est entraînée d'une manière orbitale, mais sans rotation, par rapport à la première volute 24. Il est bien entendu que la présente invention fonctionnerait aussi bien dans un appareil à volutes tournant ensemble, dans lequel le premier élément à volute 24 est mis en rotation en même temps que le second élément à volute 28 autour d'axes parallèles, non coincidants, pour réaliser le mouvement orbital relatif souhaité entre les volutes respectives. En général, l'appareil du type à volutes fonctionne en déplaçant des poches fermées de fluide d'une zone à une pression vers une autre zone à une pression différente. La première volute 24 et la seconde volute 28 coopèrent pour définir les poches fermées de fluide par la coopération imbriquée des enroulements en développante 30 et 32 entre les plans parallèles définis par les plaques d'extrémité 24 et 28 des volutes respectives. Pendant que la seconde volute 28 effectue un mouvement orbital par rapport à la première volute 24, au moins deux lignes de contact en mouvement sont générées entre les volutes en développante respectives 30 et 32 engendrant une poche fermée délimitée par les plaques d'extrémité 24 et 28 des volutes respectives et les surfaces des éléments enroulés respectifs 30 et 32 à volutes en développante. Lorsque la poche fermée est déplacée vers les extrémités radialement intérieures des enroulements en développante, l'appareil à volutes 20 fonctionne en compression, et lorsque la poche fermée de façon étanche est déplacée vers les extrémités radiales extérieures des enroulements en développante
respectifs, l'appareil à volutes 20 fonctionne en décom-
pression ou en détente.
L'élément à volute- fixe 24 sert en outre à diviser l'enveloppe hermétique 22 en une partie 36 à la pression de décharge ou de refoulement et en une partie 38 à la pression d'aspiration. Il est bien entendu que la division de l'enveloppe hermétique 22 pour former la partie 36 à la pression de refoulement et la partie 38 à la pression d'aspiration pourraient être réalisées dans le compresseur rotatif par d'autres moyens, par exemple par une cloison indépendante, et que l'utilisation de l'élément à volute fixe 24 à cet effet n'a pas à être considérée comme limitative. Un raccordement 40 d'aspiration est prévu pour l'admission du fluide réfrigérant à la pression d'aspiration vers la partie 38 à la pression d'aspiration de l'enveloppe hermétique 22, et un raccordement 42 de refoulement est prévu pour évacuer le fluide réfrigérant à la pression de refoulement de la partie 36 à la pression de
refoulement de l'enveloppe hermétique 22.
L'appareil à volutes 20 est entrainé par un moteur électrique interne 50 disposé à l'intérieur de la partie 38 à pression d'aspiration de l'enveloppe hermétique 22. Le moteur électrique 50 comprend un stator 52 et un rotor 54. Un arbre d'entraînement 56 passe à travers le rotor 54, son extrémité inférieure plongeant dans un réservoir d'huile 58. Une pompe centrifuge à huile 60, disposée à l'extrémité distale inférieure de l'arbre d'entraînement 56, fait circuler l'huile 58 vers le haut dans une lumière intérieure 62 de l'arbre d'entraînement 56. L'huile ainsi élevée à force dans la lumière intérieure 62 lubrifie les surfaces sujettes à un frottement à l'intérieur du système 20 du compresseur telles que le palier principal inférieur 64 de l'arbre d'entraînement et
le palier principal supérieur 65 de l'arbre d'entraînement.
Les paliers de l'arbre d'entraînement sont supportés dans un bâti 66 qui est fixe à l'enveloppe hermétique 22 et qui comprend d'autres paliers et une structure nécessaire pour
supporter l'élément à volute 28 à mouvement orbital.
La pompe à huile 60, le moteur 50, des pièces du moteur 50 et les structures supportant le moteur 50 et la volute orbitale 28 ne sont pas décrits en détail, car on considère qu'ils sont généralement bien connus et compris dans la technique. On sait, par exemple, que la pompe à huile 60 conviendrait également s'il s'agissait d'une pompe du type à engrenage ou similaire à la place d'une pompe du type centrifuge. De plus, il peut être souhaitable
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d'utiliser un palier de butée ou de configurer le bâti 66 de façon à amener la pression du fluide à agir sur la volute orbitale 28 pour assurer le rappel axial de la
volute orbitale 28.
L'extrémité supérieure de l'arbre d'entraîne- ment 56 comprend une manivelle 70 ayant un maneton 72 disposé excentriquement par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre d'entraînement. Le maneton 72 est monté de façon à pouvoir tourner dans un palier 74 logé dans une biellette oscillante 76. En général, la biellette oscillante 76 constitue un tringlage à souplesse radiale pour relier le maneton à la volute orbitale 28 au moyen d'un embout 28a d'entrainement qui fait saillie de la volute orbitale 28,
du côté opposé à celui du second enroulement en dévelop-
pante 32. En variante, un mécanisme à patin coulissant peut être utilisé pour établir la souplesse radiale à la place
de la biellette oscillante 76. Les détails du fonctionne-
ment et de la construction de tringlage radialement souple dans un appareil du type à volutes sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 924 977 et sont
généralement bien connus de l'homme de l'art.
Le mécanisme à souplesse radiale de la biellette oscillante 76 coopère avec un accouplement d'Oldham généralement classique (non représenté) pour assurer que la volute orbitale 28 effectue un mouvement orbital dans une disposition angulaire fixe par rapport à la volute fixe 24. L'accouplement d'Oldham est généralement connu dans la technique, mais est décrit plus en détail
dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 522 575.
On décrira à présent plus en détail en regard des figures 2 à 8 la forme en développante modifiée des extrémités radialement intérieures des enroulements en
volutes respectifs.
Chacun des éléments 30 et 32 à enroulement en volutes en développante définit une surface de paroi extérieure 132, une surface de paroi intérieure 134 et une partie de bout intérieure 136. La surface de paroi intérieure 134 présente un premier point A et un second point B définis sur elle, un tronçon 138 d'arc de cercle s'étendant du point A au point B sur un angle 6. Un tronçon d'arc 140 de liaison s'étend a partir du point A jusqu'à rejoindre le bout intérieur 136 en un point A2. La surface de paroi intérieure 134 comprend en outre une troisième partie de paroi intérieure de compression 142 s'étendant du point B jusqu'à l'extrémité extérieure de l'enroulement de volute 32. L'enroulement de volute 32 définit une épaisseur constante T1 entre la troisième partie de surface de paroi intérieure 142 et la surface de paroi extérieure 132, laquelle épaisseur équivaut à celle d'un enroulement en
développante de volute non modifié.
La ligne tiretée que l'on voit sur les figures 3 et 4 désigne la disposition de la surface de paroi 134 d'un enroulement de volute non modifié entre des points A2 et B. On peut voir clairement que le tronçon d'arc 140 de liaison diverge de la surface de paroi extérieure 132 du
point A2 jusqu'à A, augmentant l'épaisseur T de l'enroule-
ment de volute 32 entre eux, et que le tronçon d'arc 138 s'étendant du point A au point B tend vers l'intérieur de l'épaisseur T1, ou converge vers l'épaisseur T1, de l'enroulement de volute non modifié au point B, provoquant un accroissement important de l'épaisseur et de la résistance de l'enroulement de volute 32 entre les points A2 et B.
La génération des éléments 30 et 32 à enroule-
ments de volute en développante est détaillée sur les
figures 3 et 4 par rapport à un système d'axes de coordon-
nées (X, Y), dans lequel les variables suivantes sont supposées être égales: RG, le rayon de génération sur lequel est basé l'enroulement en développante; THETA ZERO, fO, l'angle de départ qui définit le point de commencement pour la génération de l'enroulement en développante tel que mesuré à partir de l'axe Y positif; THETA M, Om, qui est mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe Y négatif pour définir une tangente partant du rayon du cercle de génération établissant le point d'extrémité de la modification de la développante de l'invention; et THETA TROIS, 43, qui est également un angle défini en étant mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de l'axe Y négatif pour déterminer le point auquel l'épaisseur
de l'enroulement en développante modifié peut être établie.
Comme précédemment, il convient de noter que les figures 3 et 4 montrent toutes deux les volutes respectives dans la même position par rapport à des axes
(X, Y) pour faciliter la compréhension de l'invention.
L'homme de l'art reconnaîtra que l'un ou l'autre des éléments à volute en développante 30 et 32 peut être généré par l'établissement des valeurs positives ou négatives
appropriées pour les coordonnées (x, y).
Il est évident à l'homme de l'art que les valeurs réelles choisies pour les variables précédentes diffèrent suivant la dimension de l'appareil dans lequel les éléments à volute respectifs 30 et 32 doivent être utilisés. Par exemple, THETA ZERO 40, peut être de l'ordre de 15 à 75 degrés ou même plus, une valeur THETA ZERO, 40, plus grande permettant l'utilisation d'un orifice de
refoulement 26 plus grand. Bien que l'orifice de refoule-
ment 26 plus grand permette un écoulement de refoulement plus rapide, la mesure linéaire des éléments à enroulements en volute 30 et 32 doit cependant être augmentée pour maintenir un rapport de pression donné. Il est donc souhaitable de maximiser l'écoulement de refoulement plutôt
que d'augmenter la dimension de l'orifice de refoulement.
En référence à présent en particulier à la figure 3, un angle de départ THETA ZERO, 40 et un rayon de génération RG sont choisis pour déterminer le point de départ de l'enroulement en développante. Le rayon de génération est tracé suivant les axes (X, Y), avec un centre ayant pour coordonnées 0,0. Un angle THETA M, Om,
est choisi pour définir une ligne passant par les coordon-
nées 0,0 a travers le cercle RG, et une tangente est tracée depuis la ligne THETA M, om, qui coupe l'enroulement en développante en un point B. Au point B, l'épaisseur de l'enroulement en développante est Tl. L'épaisseur T1 de l'élément 30 ou 32 a enroulement de volute en développante est constante du point B jusqu'à l'extrémité extérieure de
l'élément à volute 30 ou 32.
Un second angle THETA TROIS, ç3, est choisi pour définir une seconde ligne passant par les coordonnées 0,0 du rayon du cercle de génération, et une ligne tangente en est tirée pour couper l'enroulement en développante en un point E proche de l'extrémité intérieure. Au point E, une seconde épaisseur Tm de l'enroulement en développante modifiée est choisie de façon que Tm soit supérieur à l'épaisseur T1. Enfin, un troisième point A2 est déterminé par définition d'un rayon I du bout intérieur de façon que
2I soit sensiblement égal à une épaisseur T1.
La position (x, y) du point A est déterminée conformément aux formules suivantes: x - [[(Rg x 03) - T1 /2 - R1] x cos 03] + [Rl x cos (03 - 6)] (Rg x sin 03)
y - [[R1 - (Rg x 3) + T1 /2] x sin 03] -
[R1 x sin (03 - 6)] - (Rg x sin 03) La position (x, y) du point E est déterminée conformément aux formules suivantes: x - [[(Rg x m) + T1 /2 Tm] x cos Om] - (Rg x sin Om) Y - [H -Rg x 0m) - T1 /2 + Tm] x sin 0m] (Rg x cos Om) Des lignes de construction sont alors définies du point A au point E et du point E au point A2, et les bissectrices normales de ces lignes A-E et E-A2 définissent un point P1 autour duquel est établi un tronçon incurvé A-E-A2 pour relier le sous-arc A-B au bout intérieur de l'enroulement en développante. Le tronçon incurvé A-E-A2 est tangent au rayon I du bout intérieur au point A2. Il convient de noter que, bien que le tronçon incurvé A-E-A2 soit avantageusement formé en arc de cercle, il peut, en variante, être réalisé sous la forme d'un tronçon d'une développante générée autour d'une autre valeur Rg ou d'un
angle de génération THETA ZERO, 00.
L'enroulement de volutes en -développante de la
figure 4 est une autre forme de réalisation de l'enroule-
ment de volutes en développante de la figure 3, représentée comme étant générée autour du même angle de génération
THETA ZERO, 00, pour faciliter la comparaison. L'enroule-
ment de volutes en développante de la figure 4 est généré au-delà du bout intérieur 136 comme décrit ci-dessus pour
l'enroulement de volutes en développante de la figure 3.
Cependant, le rayon I du bout intérieur est situé sur un tronçon de bout intérieur joignant le point A2 à un point A3, o A3 est suivi d'une surface plane 137 de largeur F qui est tangente au bout intérieur 136 au point A3 et normale à la surface de paroi extérieure 132. De plus, le tronçon d'arc 140 dans cette forme de réalisation peut être généré par la sélection d'un autre angle de génération THETA ZERO, ç0, pour générer un autre tronçon d'arc en développante s'étendant entre les points A et A2. L'homme de l'art reconnaitra que la conformation du bout intérieur peut également être modifiée dans d'autres formes de réalisation sans affecter matériellement l'invention, et il reconnaîtra aussi que l'angle de génération THETA ZERO, 00, n'a pas à être identique dans les deux volutes 30 et 32, même dans un appareil 20 à volutes utilisant les deux
variantes de réalisation précédentes.
Le fonctionnement de la forme préférée de réalisation est illustré d'une façon générale sur les figures 5 a 8. Des lettres f et o sont placées en indice des références numériques pour désigner la volute fixe et la volute à mouvement orbital, respectivement. L'homme de l'art reconnaitra que certaines différences dimensionnelles peuvent apparaître lors de l'application de la présente invention telle que montrée sur les figures 3 et 4 en tant
qu'éléments 30 et 32 à enroulement de volutes en dévelop- pante fixe ou orbitale. Par exemple, Sf n'est pas néces-
sairement égal à 6o. On notera qu'aucune de ces différences
n'affecte matériellement l'invention.
Sur la figure 5, la volute orbitale 32 s'est déplacée jusqu'à une position dans laquelle le bout intérieur 138o porte contre le tronçon d'arc 138f en un point Bf, et le bout intérieur 136f de la volute fixe 30 porte contre le tronçon d'arc 138o en un point Bo. La compression du fluide dans les chambres 120a et 120b a lieu, comme dans un appareil à volutes comportant un profil
de volute non modifié.
Sur la figure 6, la volute orbitale 32 s'est déplacée jusqu'à une position intermédiaire. Etant donné que les tronçons d'arc 138f et 138o sont plus épais que la développante non modifiée Tl, les bouts intérieurs 1360o et 136f restent en contact linéaire en mouvement avec les tronçons d'arc respectifs opposés 138f et 1380, continuant la compression du fluide retenu dans les chambres de
compression 120a et 120b.
Sur la figure 7, on peut voir la volute orbitale 32 ayant gagné une position telle que les bouts intérieurs respectifs 136o et 136f sont en contact linéaire en mouvement avec les tronçons d'arc respectifs 138f et 138o en des points Af et Ao. Du fait de ce contact linéaire continuant son mouvement, la période de la compression finale dans les chambres de compression finale 120a et 120b est prolongée, alors que le fluide se trouvant dans les chambres de compression 120a et 120b ne peut pas encore être évacué au-delà des bouts intérieurs 136a et 136b vers
l'orifice de refoulement 26.
A titre de comparaison, dans un appareil à volutes utilisant des développantes d'enroulements de volutes non modifiées, les chambres de compression 120a et b commencent à communiquer avec l'orifice de refoulement 26 après avoir pris la position montrée sur la figure 5, car le contact linéaire en mouvement entre les bouts intérieurs respectifs 136f et 136o et les surfaces de paroi intérieure 1340 et 134f est rompu à ou au voisinage
immédiat des points Bo et Bf.
Enfin, sur la figure 8, on peut voir que le
contact linéaire en mouvement est rompu alors que l'en-
roulement de volutes orbitales continue son orbite au-delà des points Ao et Af. En ce point, l'enroulement 32 de volute orbitale s'éloigne de l'enroulement 30 de volute fixe, permettant au fluide d'être refoulé de la chambre 120a de compression par une section Da d'orifice et de la
chambre 120b de compression par une section Db d'orifice.
Pendant que l'enroulement de volute orbitale 32 s'éloigne de l'enroulement de volute fixe 30, les bouts intérieurs respectifs 1360 et 136f sont adjacents aux tronçons 140f et 1400. On notera que l'épaisseur des enroulements de volutes et 32 décroît du point Af au point A2f et du point Ao au point A20, de manière que, lorsque l'enroulement à volute orbitale 32 franchit l'enroulement à volute fixe 30 à proximité immédiate des tronçons de raccordement 140f et 140o, ces tronçons de liaison 140f et 140o tendent
également à s'écarter des bouts intérieurs 136o et 136f.
Par conséquent, la section de refoulement Da et Db tend à augmenter très rapidement lorsque l'enroulement de volute orbitale 32 passe au-delà des points Ao et Af. Cet accroissement rapide des sections de refoulement Da et Db permet un refoulement rapide du fluide comprimé depuis les
chambres de compression 120a et 120b.
La figure 9 montre d'une façon générale la section de refoulement disponible Da en comparaison avec une moitié de la section d'un orifice définie par l'orifice
de refoulement 26 durant le mouvement orbital de l'enroule-
ment de la volute orbitale dans un appareil à volutes selon l'invention, en comparaison avec celle d'un appareil à volutes comportant des enroulements en développante non modifiée pour un appareil de capacité arbitraire. La section de l'orifice 26 de refoulement est fixe, mais est bouchée partiellement sous certains angles de rotation de l'enroulement de volute orbitale 32, ce qui réduit la section disponible pour permettre l'écoulement du fluide refoulé. L'angle de rotation est considéré par rapport au point auquel l'ouverture de l'orifice commence. En raison de l'ouverture relativement lente de la section de l'aire de décharge Da entre les bouts intérieurs des développantes dans un appareil à volutes comportant un enroulement de volutes non modifié, il est souvent nécessaire de prévoir un évidement dans la plaque d'extrémité de l'enroulement de volute orbitale correspondant à l'orifice de refoulement
dans l'enroulement de volute fixe pour augmenter l'écoule-
ment des chambres 120 de compression vers l'orifice 26 de refoulement. Dans la présente invention, il est inutile de
prévoir cet évidement.
Sur la figure 9, la courbe 1 représente la moitié de la section totale de l'orifice. de refoulement 26, la courbe 2 la moitié de la section totale de l'orifice de refoulement 26 disponible du fait d'une obturation par la volute orbitale 32, la courbe 3 la section d'écoulement Da selon l'invention et la courbe 4 la section d'écoulement Da uniquement dans un appareil de capacité comparable comportant des enroulements de volutes à développantes non
modifiées.
La figure 10 représente schématiquement un système convenable 200 de réfrigération comprenant l'appareil 20 à volutes. Ce système 200 fait circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé et il est constitué d'un condenseur 202 destiné à condenser le fluide réfrigérant pour le rendre liquide, un détendeur 204 destiné à recevoir le liquide réfrigérant du condenseur et à le détendre, d'un évaporateur 206 destiné à recevoir le liquide réfrigérant du détendeur et à l'évaporer, et du compresseur 20 de fluide réfrigérant destiné à recevoir le fluide réfrigérant détendu provenant de l'évaporateur 206 et à le comprimer, à la suite de quoi le fluide réfrigérant
est remis en circulation vers le condenseur 202.
En revoyant les figures 2 à 8, il apparaît à l'homme de l'art que les profils de volutes modifiés tels que montrés sur les figures 3 et 4 pourraient être appliqués dans diverses combinaisons. Il est possible d'utiliser l'enroulement en développante illustré sur la figure 3 soit comme enroulement de volute orbitale 32, soit comme enroulement de volute fixe 30 en association avec l'enroulement en développante illustré sur la figure 4 en
tant qu'enroulement en développante correspondant 30 ou 32.
Il est également possible d'utiliser le profil de volute de la figure 3 à la fois sur l'enroulement en développante orbital 32 et l'enroulement en développante fixe 30, ou d'utiliser l'enroulement en développante montré sur la figure 4 à la fois sur l'enroulement en développante fixe et l'enroulement en développante orbital 32. Il est également possible d'utiliser le profil de volute de la figure 3 ou de la figure 4 soit comme enroulement en développante fixe 30 ou comme enroulement en développante orbital 32 en association avec un enroulement de volute de profil non modifié pour obtenir les améliorations de performances et de rendement de l'invention par rapport à un appareil à volutes ne comportant que des enroulements de
volute a profil non modifié.
On peut donc voir que l'invention apporte un perfectionnement notable à l'art antérieur en ce qui concerne la pression de refoulement, la consommation d'énergie et le rendement d'un appareil à volutes comportant des éléments à volutes d'une dimension donnée. Ceci réduit donc la dimension de l'appareil à volutes, demandée pour une capacité donnée et, par suite, les coûts de fabrication et de matériau pour un appareil à volutes. On notera aussi que l'épaisseur accrue des enroulements de volutes 30 et 32 à proximité immédiate des bouts intérieurs 156 et 136 donne aussi un appareil à volutes d'une plus grande fiabilité, risquant moins de tomber en panne sous l'effet de charges mécaniques imposées aux enroulements de volutes 30 et 32. On notera aussi que la suppression de la nécessité d'un évidement dans la plaque d'extrémité de l'enroulement de volutes à mouvement orbital pour faciliter l'écoulement de refoulement augmente encore la résistance de la plaque d'extrémité à volute orbital et rend inutile l'opération d'usinage pour réaliser un tel évidement. On appréciera en outre que la présente invention fournit un moyen relativement peu coûteux pour obtenir ces avantages
notables par rapport à l'art antérieur.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil à volutes décrit et
représenté sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (20)
1. Appareil à volutes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément à volute (24) et un second élément à volute (28) imbriqués l'un dans l'autre, le premier élément à volute comprenant un premier enroulement dressé (30) de volute en développante ayant une première surface de paroi intérieure (134) s'étendant à partir d'un premier bout intérieur (136), ladite première surface de paroi intérieure comprenant un premier point A et un second point B définis sur cette surface, ladite première paroi intérieure étant en outre définie par un tronçon incurvé (140) s'étendant entre le premier bout intérieur et le premier point A et un tronçon d'arc de cercle (138) s'étendant dudit point A jusqu'audit point B.
2. Appareil à volutes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon incurvé est un tronçon
d'arc de cercle.
3. Appareil à volutes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon incurvé est un tronçon en
développante.
4. Appareil à volutes caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément à volute (24) défini par un premier enroulement dressé (30) de volute en développante ayant une première surface de paroi intérieure (134) s'étendant à partir d'un premier bout intérieur (136), la première surface de paroi intérieure présentant un premier point Af et un second point Bf définis sur elle, ladite première paroi intérieure étant en outre définie par un tronçon incurvé (140) s'étendant entre le premier bout intérieur et le premier point Af et un tronçon d'arc de cercle (138) s'étendant dudit point Af au point Bf, une seconde volute (28) définie par un second enroulement dressé (32) de volute en développante destiné à s'imbriquer avec le premier enroulement de volute en développante, le second enroulement de volute en développante présentant une seconde surface de paroi intérieure (134) s'étendant à partir d'un second bout intérieur (136), la seconde surface de paroi intérieure comprenant un premier point Ao et un second point Bo définis sur elle, ladite second paroi intérieure étant en outre définie par un tronçon incurvé (140) s'étendant dudit second bout intérieur jusqu'audit point Ao et un tronçon d'arc de cercle (138) s'étendant dudit point Ao jusqu'audit point Bo d'un cercle, de manière que, lorsque la seconde volute effectue un mouvement orbital par rapport à la première volute, le second bout intérieur entre en contact linéaire en mouvement avec la première paroi intérieure dudit point Bf audit point Af, tandis que le premier bout intérieur est simultanément en contact linéaire en mouvement avec la seconde paroi intérieure dudit point Bo audit point Ao durant une partie
de l'orbite.
5. Appareil à volutes selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier bout intérieur a pour caractéristique un tronçon d'arc de cercle dont le centre
est disposé dans ledit enroulement.
6. Appareil à volutes selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second bout intérieur a pour caractéristique un tronçon linéaire (137) contigu à la paroi extérieure et un tronçon d'arc de cercle dont le centre est disposé dans ledit enroulement, le tronçon d'arc de cercle étant contigu à la paroi intérieure et au tronçon linéaire.
7. Appareil à volutes selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins Ledit tronçon incurvé est un
arc de cercle.
8. Appareil à volutes selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins ledit tronçon incurvé est une
partie de développante.
9. Appareil à volutes selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première volute présente en outre une surface de paroi extérieure (132) en développante s'étendant à partir dudit premier bout intérieur pour définir une épaisseur de ladite première volute entre ladite surface de paroi intérieure et ladite surface de paroi extérieure, et en ce que la seconde volute présente
en outre une surface de paroi extérieure (132) en dévelop-
pante s'étendant à partir dudit second bout intérieur pour définir une épaisseur de ladite seconde volute entre ladite surface de paroi intérieure et ladite surface de paroi
extérieure.
10. Appareil à volutes selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première volute augmente dudit bout intérieur jusqu'au point Af et décroît dudit point Af audit point Bf, et l'épaisseur de la seconde volute augmente dudit second bout intérieur jusqu'au point
Ao et décroît du point Ao au-point Bo.
11. Appareil à volutes selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur (50) relié fonctionnellement à l'un (28) des éléments à volutes pour entraîner lesdits éléments à volutes en un
mouvement orbital respectif.
12. Appareil à volutes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément à volute (24) et un second élément à volute (28) imbriqués l'un dans l'autre, l'un des éléments à volute comprenant un premier enroulement dressé (30) de volute en développante, ledit premier enroulement de volute en développante présentant une première surface de paroi extérieure (132), une première surface de paroi intérieure (134) et un premier bout intérieur (136), la première surface de paroi intérieure comportant un premier point A et un second point B définis sur elle, la première paroi intérieure définissant en outre un premier tronçon (140) commençant à proximité immédiate du premier bout intérieur et s'étendant jusqu'audit point A, tout en divergeant de ladite première paroi extérieure pour définir
une partie dudit premier enroulement de volute en dévelop-
pante ayant une épaisseur croissante dudit premier bout intérieur jusqu'audit point A, ladite première paroi intérieure définissant un tronçon incurvé (138) s'étendant dudit point A jusqu'au point B tout en convergeant vers la première paroi extérieure afin de définir une partie du premier enroulement de volute en développante ayant une épaisseur décroissante dudit point A audit point B, la
première paroi intérieure définissant une seconde dévelop-
pante s'étendant à partir dudit point B.
13. Appareil à volutes selon la revendication 12, caractérisé en ce que le tronçon incurvé est un tronçon
d'arc de cercle.
14. Appareil à volutes selon la revendication 12, caractérisé en ce que le tronçon incurvé est un tronçon
de développante.
15. Appareil à volutes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément à volute (24) défini par un premier enroulement dressé (30) de volute en développante, le premier enroulement de volute en développante présentant une première surface de paroi extérieure (132), une première surface de paroi intérieure (134) et un premier bout intérieur (136), la première surface de paroi intérieure comportant un premier point Af et un second point Bf définis sur elle, la première paroi intérieure définissant en outre une première partie (140) commençant à proximité immédiate dudit premier bout intérieur et s'étendant jusqu'audit point Af, tout en divergeant de ladite première paroi extérieure pour définir une partie du premier enroulement de volute en développante ayant une
épaisseur augmentant dudit premier bout intérieur jusqu'au-
dit point Af, la première paroi intérieure définissant un tronçon d'arc de cercle (138) s'étendant dudit point Af jusqu'au point Bf tout en convergeant vers la première paroi extérieure pour définir une partie du premier enroulement de volute en développante ayant une épaisseur décroissante dudit point Af vers ledit point Bf, la
première paroi intérieure définissant une seconde dévelop-
pante s'étendant à partir dudit point Bf, l'appareil comportant aussi un second élément à volute (28) défini par un second enroulement dressé (32) de volute en développante destiné à s'imbriquer avec le premier enroulement de volute en développante, le second enroulement de volute en développante présentant une seconde surface de paroi extérieure (132), une seconde surface de paroi intérieure (134) et un second bout intérieur (136), la seconde surface de paroi intérieure comprenant un premier point Ao et un second point Bo définis sur elle, la seconde paroi intérieure définissant en outre une première partie (140) commençant à proximité immédiate du second bout intérieur et s'étendant jusqu'audit point Ao, tout en divergeant de la seconde paroi extérieure pour définir une partie du second enroulement de volute en développante ayant une
épaisseur croissante dudit second bout intérieur jusqu'au-
dit point Bo, la seconde paroi intérieure définissant un tronçon (138) d'arc de cercle s'étendant dudit point Ao jusqu'audit point Bo tout en convergeant vers la seconde paroi extérieure pour définir une partie du second enroulement de volute en développante ayant une épaisseur décroissante du point Ao au point Bo, la seconde paroi intérieure définissant une-seconde développante s'étendant à partir dudit point Bo de manière que, lorsque la première volute effectue un mouvement orbital par rapport à la seconde volute, le second bout intérieur établisse un contact linéaire en mouvement avec la première paroi intérieure dudit point Bf audit point Af, tandis que le premier bout intérieur établit simultanément un contact linéaire en mouvement avec la seconde paroi intérieure dudit point Bo audit point Ao durant une partie de ladite
orbite.
16. Appareil à volutes selon la revendication , caractérisé en ce que les premier et second éléments à
volutes sont disposés dans une enveloppe hermétique (22).
17. Appareil a volutes selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur (50) relie fonctionnellement à l'un (28) des éléments à volutes pour entraîner les éléments à volutes en un
mouvement orbital respectif.
18. Système de réfrigération destiné à faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (202) destiné à condenser le fluide réfrigérant pour le rendre liquide, un détendeur (204) destiné à recevoir le liquide réfrigérant du condenseur et à le détendre, un évaporateur (206) destiné à recevoir le liquide réfrigérant du détendeur et à l'évaporer, et un appareil (20) à volutes comprenant un compresseur destiné à recevoir le fluide réfrigérant détendu de l'évaporateur et à le comprimer, l'appareil à volutes comprenant un premier élément à volute (24) défini par un premier enroulement dressé (30) de volute en développante, le premier enroulement de volute en développante présentant une première surface de paroi extérieure (132), une première surface de paroi intérieure (134) et un premier bout intérieur (136), la première surface de paroi intérieure comprenant un premier point Af et un second point Bf définis sur elle, la première paroi intérieure définissant en outre une première partie (140) commençant à proximité immédiate du premier bout intérieur et s'étendant jusqu'au point Af tout en divergeant de ladite première paroi extérieure pour définir une partie du premier enroulement de volute en développante ayant une épaisseur croissante du premier bout intérieur jusqu'au point Af, la première paroi intérieure définissant une partie incurvée (138) s'étendant dudit point Af jusqu'au point Bf tout en convergeant vers la première paroi
extérieure afin de définir une partie du premier enroule-
ment de volute en développante ayant une épaisseur décroissante dudit point Af audit point Bf, la première paroi intérieure s'étendant à partir dudit point Bf, l'appareil comportant en outre un second élément à volute (28) disposé dans une enveloppe hermétique (22) et défini par un second enroulement dressé (32) de volute en développante destiné à s'imbriquer avec le premier
enroulement de volute en développante, le second enroule-
ment de volute en développante présentant une seconde surface de paroi extérieure (132), une seconde surface de paroi intérieure (134) et un second bout intérieur (136), la seconde surface de paroi intérieure comprenant un premier point Ao et un second point Bo définis sur elle, la seconde paroi intérieure définissant en outre une première partie (140) commençant à proximité immédiate du second bout intérieur et s'étendant jusqu'au point Ao tout en divergeant de la seconde paroi extérieure pour définir une partie du second enroulement de volute en développante ayant une épaisseur croissante dudit second bout intérieur jusqu'au point Bo, la seconde paroi intérieure définissant un tronçon incurvé (138) s'étendant du point Ao jusqu'au point Bo tout en convergeant vers la seconde paroi extérieure afin de définir une partie du second enroulement de volute en développante ayant une épaisseur décroissante du point Ao au point Bo, la seconde paroi intérieure s'étendant à partir du point Bo de manière que, lorsque la première volute effectue un mouvement orbital par rapport à la seconde volute, le second bout intérieur établisse un contact linéaire en mouvement avec la première paroi intérieure dudit point Bf jusqu'au point Af tandis que le premier bout intérieur établit simultanément un contact linéaire en mouvement avec la seconde paroi intérieure
dudit point Bo au point Ao durant une partie de l'orbite.
19. Système de réfrigération selon la reven-
dication 18, caractérisé en ce que les premier et second éléments a volutes de l'appareil à volutes sont disposés
dans une enveloppe hermétique (22).
20. Système de réfrigération selon la reven- dication 19, carctérisé en ce que l'appareil à volutes comprend en outre un moteur (50) relié fonctionnellement à l'un (28) des éléments à volutes afin d'entrainer les
éléments à volutes en un mouvement orbital respectif.
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