FR2646475A1 - Appareil de separation d'huile pour compresseur a vis a attenuation de bruit - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil de séparation de liquide et de gaz atténuant les sons. Il comprend des éléments emboîtés 66, 100 qui sont accordés de façon à affaiblir les bruits dans un ensemble 12 à compresseur 14 à vis. Une enveloppe extérieure 64, qui définit un trajet hélicodal d'écoulement, est perforée sélectivement à son extrémité d'aval pour permettre la sortie de l'huile séparée du gaz. L'appareil comprend une colonne intérieure cylindrique 66 et un conduit 100 de refoulement qui pénètre à la fois dans l'enveloppe et dans l'extrémité ouverte de la colonne cylindrique afin de former l'emboîtement qui participe à la fois à la séparation de l'huile et à l'affaiblissement des bruits. Domaine d'application : circuits de réfrigération, etc.
Description
La présente invention concerne d'une manière générale le domaine de la
compression d'un gaz. L'invention concerne plus particulièrement la compression d'un gaz réfrigérant dans lequel un liquide est injecté durant le processus de compression. De façon encore plus particu- lière, l'invention concerne la nécessité de séparer l'huile entraînée du mélange huile-gaz déchargé par un compresseur dans un circuit de réfrigération. L'invention concerne enfin un appareil pour séparer par centrifugation l'huile entraînée du mélange de gaz réfrigérant comprimé et d'huile atomisée, déchargé d'un compresseur & vis dans un circuit de réfrigération, ainsi qu'un appareil intégré pour
atténuer le bruit associé à cette opération.
Des compresseurs sont utilisés dans des circuits de réfrigération pour élever la pression d'un gaz réfrigérant, d'une pression d'aspiration à une pression de refoulement qui permet au gaz réfrigérant d'être utilisé dans le circuit pour refroidir un milieu souhaité. De nombreux types de compresseurs, comprenant des compresseurs à vis rotatives, sont communément utilisés pour comprimer
le gaz réfrigérant dans un circuit de réfrigération.
Deux rotors complémentaires, un mâle et un
femelle, sont disposés dans le corps du compresseur à vis.
Le corps du compresseur présente une extrémité à basse pression qui comprend un orifice d'aspiration et une extrémité à haute pression qui comprend un orifice de refoulement. En fonctionnement, du gaz réfrigérant à la pression d'aspiration entre dans l'extrémité à basse pression du corps du compresseur et il y est enveloppé dans une poche formée entre les rotors à vis complémentaires rotatives. Le volume de la poche de gaz diminue et la poche est déplacée circonférentiellement pendant que les
rotors du compresseur continuent de tourner et engrènent.
Le gaz à l'intérieur de cette poche est comprimé et est donc chauffé, du fait de la diminution du volume qui le contient, avant que la poche s'ouvre sur l'orifice de refoulement. La poche, pendant qu'elle continue de diminuer de volume, finit par s'ouvrir sur l'orifice de refoulement situé dans l'extrémité à haute pression du corps du compresseur et le gaz comprimé est refoulé du compresseur
dans une chambre de travail.
Des compresseurs à vis utilisés dans des applications de réfrigération comprennent, dans la grande majorité des cas, un dispositif d'injection d'huile. De l'huile est injectée dans la chambre de travail du compresseur et donc dans le gaz réfrigérant comprimé dans cette chambre pour plusieurs raisons. Premièrement, l'huile injectée agit de façon à refroidir le gaz réfrigérant en cours de compression. En conséquence, les rotors du compresseur- sont eux-mêmes refroidis, ce qui permet des tolérances plus étroites, d'abord entre les rotors, et entre les rotors et le corps des rotors qui définit la
chambre de travail.
En outre, l'huile injectée dans la chambre de travail d'un compresseur à vis agit à la manière d'un lubrifiant. L'un des deux rotors d'un compresseur à vis est normalement entraîné par une source extérieure, telle qu'un moteur électrique, tandis que l'autre rotor est mené du fait qu'il est en prise avec le compresseur entraîné extérieurement. L'huile injectée transmet la force d'entraînement et empêche une usure excessive entre les
rotors menant et mené.
Enfin, l'huile injectée dans la chambre de travail d'un compresseur à vis agit à la manière d'une pâte d'étanchéité entre les rotors en prise et entre les rotors et la chambre de travail dans laquelle ils sont logés à l'intérieur du corps du compresseur. L'huile ainsi injectée forme une barrière dans les divers trajets de fuite allant de zones de pression plus élevée vers des zones de pression plus basse, qui existent dans un compresseur à vis, et elle permet des tolérances d'usinage initiales plus étroites et/ou un rendement accru dans le compresseur. L'huile injectée dans la chambre de travail d'un compresseur à vis est atomisée et se trouve entraînée dans le gaz réfrigérant soumis à une compression. Cette huile doit être enlevée, dans une large mesure, du mélange riche en huile refoulé du compresseur pour pouvoir être
réinjectée dans le compresseur aux fins indiquées précédem-
ment. En outre, l'élimination de l'excédent d'huile
injectée doit être réalisée pour ne pas nuire au comporte-
ment du gaz réfrigérant dans le circuit réfrigérant.
Des compresseurs à vis se sont avéré être particulièrement adaptés à une utilisation dans des
systèmes de réfrigération à grande capacité, une applica-
tion dans des systèmes de 40 à 400 tonnes étant courante.
La dimension de tels compresseurs et la quantité d'huile injectée dans ceux-ci sont importantes. L'injection d'une partie d'huile pour cinq parties de fluide réfrigérant en circulation, en poids, associée à l'exigence d'éliminer % ou plus de l'huile injectée immédiatement après le refoulement du mélange de la chambre de travail du
compresseur, est habituelle.
Il existe- de nombreuses applications et de nombreux milieux dans lesquels l'installation d'un compresseur n'est pas aisément accessible ou dans lesquels l'ouverture vers l'environnement de pièces intérieures d'un compresseur est indésirable. Dans ces cas, le matériel de réfrigération, comprenant l'appareil de séparation de
liquide, est de préférence fermé hermétiquement ou semi-
hermétiquement. Historiquement, les séparateurs de liquide et de gaz comprenaient des ensembles de grande dimension formés d'un séparateur et d'un récepteur qui comportaient, dans de nombreux cas, des dispositifs à chicane pour faciliter la séparation des liquides et des gaz. De tels dispositifs, comme indiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 917 474, ne sont ni simples ni coûteux à fabriquer. En outre, un grand nombre de ces ensembles nécessite que 1'élément séparateur soit amovible pour
permettre son nettoyage ou son remplacement.
Un exemple d'un second séparateur de liquide et de gaz pour des applications à des compresseurs à vis est trouvé dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique
N 4 622 048. Ce brevet, ainsi que les brevets des Etats-
Unis d'Amérique Ne 4 662 190 et Ne 4 762 469, décrivent des séparateurs d'huile faisant partie d'un ensemble à compresseur à vis ayant un élément séparateur d'huile
centrifuge qui est perméable sur toute sa longueur.
Bien que les séparateurs d'huile centrifuges
des brevets venant d'être cités se soient avérés extrême-
ment efficaces, ces conceptions n'englobent ni ne prévoient de façon spécifique et intégrée une atténuation des bruits et un assourdissement, de façon générale ou concernant certaines fréquences en particulier. Un tel bruit est caractéristique des compresseurs en général et des compresseurs à vis en particulier. Les facteurs entrant dans la production du bruit d'un compresseur comprennent la fréquence de l'énergie utilisée pour alimenter le moteur (50 hertz ou 60 hertz), la capacité du compresseur et, dans des compresseurs à vis, le nombre de lobes du rotor à vis
mâle qui est habituellement le rotor mené.
On a encore besoin d'un séparateur liquide-gaz
de haute fiabilité, à utiliser dans un ensemble à compres-
seurs rotatifs à vis, qui réduit globalement le bruit émis et qui, en particulier, attérue le bruit à des fréquences prédéterminées, tout en séparant en grande partie l'huile du mélange d'huile et de gaz refoulé de -la chambre de
travail du compresseur.
On appréciera qu'un objet de l'invention est de séparer un liquide entrainé, tel que de l'huile, d'un
mélange de liquide et de gaz.
Un autre objet de l'invention est de séparer un liquide d'un gaz en utilisant un appareil ne comportant
aucune pièce mobile.
Un autre objet de l'invention est d'enlever une quantité prédéterminée de liquide d'un mélange de liquide et de gaz en utilisant la force centrifuge générée en
obligeant le mélange a suivre un trajet hélicoidal.
Un autre objet de-l'invention est de proposer une partie de séparation d'huile pour un ensemble à compresseur à vis qui comprend un appareil de séparation centrifuge d'huile, ainsi qu'un appareil et une structure destinés à minimiser d'une façon générale le bruit produit et transmis par le processus de séparation d'huile et à partir du groupe compresseur dans son ensemble, et à
atténuer en particulier le bruit à des fréquences prédéter-
minées. L'appareil combiné de séparation d'huile et d'atténuation de bruit selon l'invention comprend une enceinte de carter fermée hermétiquement dans laquelle un élément séparateur comprenant des éléments silencieux emboités est disposé. L'élément séparateur comprend une enveloppe cylindrique extérieure et définit une entrée et une sortie disposées globalement à des extrémités opposées de l'enveloppe. L'entrée de l'élément séparateur est en communication d'écoulement avec l'orifice de refoulement du compresseur et l'élément séparateur reçoit donc directement le mélange d'huile et de gaz refoulé de la chambre de
travail du compresseur.
La sortie de l'élément séparateur est en communication d'écoulement avec un conduit de refoulement, mais en est séparée physiquement, lequel conduit de refoulement fait sortir un gaz réfrigérant relativement sec, duquel l'huile a été séparée, de la partie de séparation d'huile de l'ensemble à compresseur. L'élément séparateur comprend une colonne intérieure globalement cylindrique ayant un prolongement ouvert aux extrémités, dans lequel le conduit de refoulement est emboîté concentriquement. L'emboitement du prolongement cylindrique et du
conduit de refoulement à l'intérieur de l'élément sépara-
teur, ainsi que leur écartement physique, réduisent l'amplitude du bruit produit dans et transmis depuis la partie de séparation d'huile. En outre, les éléments emboîtés du séparateur sont dimensionnés et espacés de façon à être "accordés", en fonction des caractéristiques de dimension/capacité du compresseur avec lequel ils sont utilisés, pour réduire et/ou éliminer le bruit à certaines fréquences prédéterminées qui sont caractéristiques d'un
compresseur de cette dimension/capacité.
Dans la forme préférée de réalisation, l'enveloppe extérieure de l'élément séparateur définit
plusieurs ouvertures de dimension et de forme prédéter-
minées, situées à l'extrémité d'aval de l'enveloppe du séparateur et par lesquelles l'huile séparée du gaz réfrigérant passe vers un carter d'huile. L'élément séparateur comprend, en plus de l'enveloppe, une rampe hélicoïdale disposée autour de la colonne intérieure, toutes deux étant montées globalement coaxialement dans la
partie pleine de l'enveloppe du séparateur.
Un passage hélicoïdal est donc formé à l'intérieur de la partie à paroi pleine de l'enveloppe du séparateur, passage par lequel un mélange huilefluide réfrigérant reçu est obligé de passer entre l'entrée et la sortie de l'élément séparateur. Ce passage est défini par la partie de paroi intérieure pleine de l'enveloppe du séparateur, la rampe hélicoïdale et la colonne centrale autour de laquelle l'enveloppe hélicoïdale s'enroule à
l'intérieur de l'élément séparateur d'huile. Le prolonge-
ment cylindrique ouvert aux extrémités, précité, s'étend vers l'aval depuis la colonne intérieure autour de laquelle
la rampe hélicoidale s'enroule.
Le liquide séparé par suite du mouvement tourbillonnant communiqué au mélange est entraîné le long de la paroi intérieure pleine de l'enveloppe jusqu'à l'extrémité d'aval de cette enveloppe o il passe dans les trous de l'enveloppe définis à cet emplacement, et s'écoule dans le carter. Le gaz réfrigérant subit un premier virage globalement à 180 à l'intérieur de l'élément séparateur autour de l'extrémité ouverte d'aval du prolongement cylindrique, puis un second virage globalement de 180 à l'intérieur de l'élément séparateur autour de l'extrémité ouverte d'amont du conduit de refoulement afin de sortir de
la partie à séparateur d'huile de l'ensemble à- compres-
seur par le conduit de refoulement. Les changements de direction du trajet d'écoulement du fluide réfrigérant ont pour effet d'amener l'huile restant entraînée dans le gaz à ne plus être entraînée dans celui-ci, ce qui a pour résultat que le gaz réfrigérant sortant du conduit de refoulement est relativement débarrassé de l'huile entraînée. Etant donné que le conduit de refoulement est physiquement séparé de l'élément séparateur d'huile et
qu'il est lui-même logé concentriquement dans le prolonge-
ment cylindrique de la colonne centrale de l'élément séparateur d'huile, et étant donné que le prolongement cylindrique de la colonne intérieure et le conduit de
refoulement sont emboités et sont spécifiquement dimension-
nés ou accordés pour éliminer ou atténuer la production de
bruit d'une façon générale et & des fréquences prédéter-
minées en particulier, un effet d'assourdissement est établi à l'intérieur de la partie à séparateur d'huile de l'ensemble à compresseur, ce qui diminue notablement le bruit produit à l'intérieur de l'ensemble à compresseur et
transmis depuis celui-ci.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble à compresseur à vis selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe-longitudinale partielle de la partie de séparation d'huile de l'ensemble de la figure 1, illustrant le trajet d'écoulement du gaz réfrigérant et de l'huile dans cet ensemble; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une élévation d'une variante de réalisation de la partie à rampe hélicoïdale du séparateur d'huile selon l'invention; et la figure 5 est une vue suivant la ligne 5-5 de
la figure 2.
En référence simultanément aux figures 1 et 2, un système 10 de réfrigération comprend un ensemble 12 à compresseur à vis qui est constitué d'une partie 14 à compresseur et d'une partie 16 à séparateur d'huile. Le
système 10 de réfrigération comprend en outre, habituelle-
ment, un condenseur 18, un détendeur 20 et un évaporateur 22. Un gaz réfrigérant comprimé, duquel de l'huile a été séparée, est dirigé de la partie 16 à séparateur d'huile de l'ensemble 12 à compresseur vers le condenseur 18 o il est condensé et devient un liquide à basse température,
haute pression.
Du condenseur 18, le fluide réfrigérant est dirigé vers le détendeur 20 o il devient un liquide à basse température, basse pression du fait du processus de détente. Le liquide réfrigérant à basse température et basse pression entre ensuite dans l'évaporateur 22 o il est vaporisé et devient un gaz à basse température, basse
pression avant d'être renvoyé à la partie 14 à compresseur.
La partie 14 à compresseur comprend une enceinte 24 de rotors qui définit une zone 26 d'aspiration dans laquelle un gaz réfrigérant vaporisé, à basse pression, arrive de l'évaporateur 22. L'enceinte 24 de rotors définit aussi un orifice 28 d'aspiration par lequel ce gaz est admis à une chambre 30 de travail du compresseur
dans laquelle sont logés des rotors à vis 32 et 34.
Un moteur 36, qui entraîne un arbre 38 sur lequel le rotot entraîné est monté, est relié à l'un, entrainé, des rotors 32 et 34. La zone 26 d'aspiration, dans la forme préférée de réalisation, comprend des zones secondaires 40 et 42 d'aspiration qui sont toutes en
communication d'écoulement avec l'enceinte 24 de rotors.
L'enceinte 24 définit aussi une ouverture 44 débouchant dans la zone secondaire 42 d'aspiration, dont le but sera
décrit ci-après.
L'enceinte 24 de rotors présente en outre un orifice 46 de refoulement par lequel du gaz réfrigérant comprimé est refoulé de la chambre 30 de travail. Une valve à tiroir 48 est disposée à l'intérieur de l'enceinte 24 de rotors et coopère avec elle pour définir la chambre 30 de travail. La valve à tiroir 48 est mobile axialement par
rapport aux rotors 32 et 34 à l'intérieur de l'enceinte 24.
Dans la position illustrée sur la figure 1, la chambre 30 de travail est en communication d'écoulement avec la zone secondaire 40 d'aspiration de la zone 26 d'aspiration, ainsi qu'avec la zone principale 26 d'aspiration par l'intermédiaire de l'orifice 28 d'aspiration. La valve à tiroir 48 peut être placée entre une première position dans laquelle une face extrême 50 à basse pression de la valve à tiroir porte contre une butée 52 de l'enceinte 24 de rotors et une seconde position dans laquelle le degré auquel les rotors 32 et 34 sont exposés à la zone secondaire 40
d'aspiration est au maximum.
Lorsque la face extrême 50 a basse pression de la valve 48 porte contre la butée 52 de l'enceinte 24 de rotors, une communication directe d'écoulement entre la chambre 30 de travail et la zone secondaire 40 d'aspiration est empêchée et le compresseur travaille à pleine charge. Le degré auquel les rotors 32 et 34 sont exposés & la zone secondaire 40 d'aspiration détermine le volume de gaz qui est comprimé entre les rotors, et donc la charge imposée
au compresseur.
La partie 16 à séparateur d'huile comprend un élément séparateur centrifuge d'huile 54 disposé à
l'intérieur d'une enceinte étanche 56 de carter d'huile.
Dans la forme préférée de réalisation, un corps 58 de palier définissant un passage 60 de refoulement est disposé entre l'orifice 46 de refoulement de l'enceinte 24 des rotors et l'élément séparateur 54. Ce dernier définit une entrée 62 en communication d'écoulement avec le passage 60 du corps 58 de palier et il comprend une enveloppe cylindrique extérieure 64 qui coopère avec une colonne cylindrique intérieure 66 et une rampe 68 pour définir un passage hélicoidal entre l'entrée 62 et la sortie 70 de
l'enceinte 56 du carter.
La colonne cylindrique intérieure 66, dans la forme préférée de réalisation, renferme un boitier 72 de pression dans lequel un piston 74 et un ressort 76 sont disposés. Le piston 74 et le boîtier 72 de pression coopèrent pour définir une chambre 78 de pression qui est capable d'une communication sélective d'écoulement avec l'ouverture 44 de l'enceinte 24 de rotors ou avec la zone 80 de carter du séparateur d'huile 16 par l'intermédiaire d'une ouverture 82 ménagée dans l'enceinte étanche 56 du carter. La chambre 78 de pression est placée en communication d'écoulement avec l'ouverture 44 et la zone
secondaire 42 d'aspiration par l'ouverture d'une électro-
valve 84 ou avec la zone 80 de carter par l'ouverture d'une électrovalve 86. L'enceinte 66 comporte un chapeau d'extrémité 88 qui définit une ouverture 90 par laquelle la face du piston 74, opposée à la face qui coopère pour définir la chambre 78, est maintenue constamment en communication d'écoulement avec la partie restante de
l'intérieur de l'élément séparateur d'huile 54.
Des aubes 92 de tourbillonnement et un corps anti-rotation 94 sont également disposés à l'intérieur de l'élément séparateur 54. Le corps 94 est monté de façon coulissante sur la tige qui relie le piston 74 à la partie 16 à séparateur d'huile et à la valve à tiroir 48 à l'intérieur de l'enceinte 24 de rotors. On appréciera que, lorsque le piston 74 se déplace à l'intérieur du boîtier 72 de pression, la valve à tiroir 48 est déplacée de façon à correspondre à l'intérieur de l'enceinte 24 de rotors et, en outre, que le mouvement de la tige reliant le piston et la valve à tiroir n'affecte pas, en lui-même le mouvement
du corps 94.
Comme mentionné précédemment, l'enveloppe extérieure 64 de l'élément séparateur 54 définit plusieurs ouvertures ou perforations 96 dans la partie inférieure de son extrémité d'aval. Ces ouvertures coopèrent pour former une zone d'écoulement par laquelle l'huile sort de
l'élément séparateur 54 et passe dans le carter 80.
L'enveloppe 64 et donc l'élément séparateur 54 sont fermés à leurs extrémités d'aval par une plaque d'extrémité 98 qui définit une ouverture dans laquelle s'étend un conduit globalement tubulaire 100 de refoulement. L'ouverture définie par la plaque d'extrémité 98 est légèrement plus grande que le diamètre extérieur du conduit 100 de refoulement afin qu'un intervalle 102 soit établi entre le bord de l'ouverture dans la plaque d'extrémité 98 et la
surface extérieure du conduit 100 de refoulement.
L'élément séparateur d'huile 54 est donc séparé physiquement du conduit 100 de refoulement, l'intervalle 102 fonctionnant à la manière d'une barrière s'opposant au
développement de fréquences de résonance et à la transmis-
sion par conduction des sons depuis l'élément séparateur d'huile 54 vers ou dans le conduit 100 de refoulement et l'enceinte 56 du carter. Le conduit 100 de refoulement est disposé, à son extrémité d'aval, dans la sortie 70 de l'enceinte 56 du carter et est relié fixement à l'enceinte
du carter, par exemple par soudage ou par brasage.
Bien que cela ne soit pas représenté, l'en-
ceinte 56 du carter est reliée à l'enceinte 24 de rotors, par exemple en étant boulonnée sur celle-ci, et on appréciera que, si cela est nécessaire, l'enceinte 56 du carter peut être déboulonnée de l'enceinte des rotors et en être retirée. Après l'enlèvement de l'enceinte du carter, le conduit 100 de refoulement est retiré à travers l'ouverture définie par la plaque d'extrémité 98 de l'élément séparateur 54 et on peut accéder à l'ensemble de
l'élément séparateur et du corps de palier.
Le conduit 100 de refoulement s'étend à travers l'ouverture définie par la plaque d'extrémité 98 et sur une distance prédéterminée à l'intérieur de l'élément séparateur 54. On notera que la rampe 58 est disposée uniquement dans la partie d'amont de l'élément séparateur 54 et que la colonne intérieure cylindrique 66 de l'élément séparateur 54 comprend un prolongement globalement tubulaire 104 qui s'étend en aval de l'emplacement o s'arrête -la rampe 68. Le prolongement d'aval 104 de la colonne cylindrique intérieure 66 s'étend sur une distance prédéterminée vers la plaque d'extrémité 98 de l'élément séparateur, bien que son extrémité d'aval soit espacée physiquement de la plaque d'extrémité. Le prolongement 104 peut être un prolongement physique intégré de la colonne 66
ou blen, si cela est préféré, peut être une pièce physique-
ment séparée, reliée à l'extrémité d'aval de la colonne 66.
Le conduit 100 de refoulement pénètre concen-
triquement dans l'extrémité ouverte du prolongement 104 de la colonne intérieure cylindrique 66, de façon à y être emboité, l'extrémité d'amont 106 du conduit 100 de refoulement étant espacée, d'une distance prédéterminée, d'une cloison 108 qui divise l'intérieur de la colonne cylindrique 66. Dans la forme de réalisation de la figure 1, la cloison 108 est la face extrême d'amont du boîtier 72
de pression.
Il convient de noter en particulier que l'appareil de séparation d'huile selon l'invention s'applique dans des ensembles à compresseurs à vis du type illustré sur la figure 1, dans lequel le boîtier 72 de pression loge l'actionneur à piston 74 de l'ensemble à
valve à tiroir, ainsi que dans des ensembles à compres-
seurs à vis dans lesquels aucun appareil de modulation du compresseur à valve à tiroir n'est utilisé avec l'appareil de séparation d'huile. La cloison 108 est une paroi qui se
comporte à la manière d'une barrière s'opposant à l'écoule-
ment de gaz dans le sens de son déplacement après qu'il a effectué un premier virage à 180' autour de l'extrémité ouverte du prolongement 104. Peu importe, pour l'exécution de la présente invention, qu'il s'agisse de la face d'aval d'un boîtier de pression ou simplement d'une cloison pleine
à paroi relativement mince.
On notera que l'extrémité d'amont 106 du
conduit 100 de refoulement est emboîtée dans le prolonge-
ment d'aval 104 de la colonne cylindrique 66. Cet emboîte-
ment, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, oblige le gaz réfrigérant à effectuer un premier changement de direction de 180 afin d'entrer dans l'extrémité ouverte d'aval du prolongement 104 et un second virage de 180' pour entrer dans le conduit 100 de refoulement avant de sortir de la partie 16 à séparateur d'huile. Cet emboîtement produit aussi un effet de silencieux à l'intérieur de la partie à séparateur d'huile, de sorte que le prolongement
104 et le conduit 100 de refoulement peuvent être carac-
térisés comme constituant des moyens à silencieux emboités, globalement tubulaires, pour l'atténuation et la réduction
des bruits de l'ensemble à compresseur.
Comme indiqué précédemment, les moyens silencieux sont dimensionnés ou "accordés" pour éliminer ou
réduire le bruit à des fréquences particulières caractéris-
tiques de compresseurs de différentes dimensions et différentes capacités. Les facteurs qui contribuent au développement de bruit à des fréquences particulières comprennent la dimension et la capacité du compresseur, la fréquence de l'alimentation en énergie entraînant le moteur du compresseur et le nombre de lobes du rotor à vis mâle qui est habituellement le rotor entraîné par le moteur. Ces fréquences et "l'accord" des moyens silencieux dépendent, de nouveau, principalement de la conception particulière d'un ensemble à compresseur donné, ainsi que de la fréquence caractéristique du bruit qu'il génère et elles sont déterminées sans difficulté excessive, par l'homme de l'art, pour le compresseur particulier avec lequel il travaille. En fonctionnement, le gaz réfrigérant est aspiré dans la chambre de travail 30 par l'intermédiaire de l'orifice 28 d'aspiration sous l'effet de la rotation et de l'engrènement des rotors 32 et 34 dont l'un est entraîné dans un sens prédéterminé par le moteur 36. Lorsque le moteur 36 est en marche, au moins une partie du gaz réfrigérant aspiré par l'orifice 28 d'aspiration dans la chambre 30 de travail est comprimée et refoulée par l'orifice 46 de refoulement quelle que soit la position de la valve à tiroir 48. Le gaz réfrigérant comprimé est refoulé de la chambre de travail par l'orifice 46 de refoulement pour pénétrer dans le passage 60 de refoulement
du corps 58 de palier.
L'huile emmagasinée dans le carter 80 est essentiellement à la pression de refoulement lorsque l'ensemble à compresseur est en fonctionnement en raison de la perméabilité sélective de la paroi 64 de l'élément séparateur 54 à l'emplacement de la zone d'écoulement de l'huile à son extrémité d'aval. L'huile provenant du carter est en outre utilisée pour lubrifier les paliers et les zones d'appui dans lesquels les extrémités des arbres des
rotors 32 et 34 sont montées dans l'ensemble à compresseur.
Cette huile lubrifiante est évacuée dans la chambre de travail du compresseur après être passée à travers les paliers et les zones d'appui. De plus, l'huile du carter est sortie sélectivement du carter 80 par l'intermédiaire de l'électrovalve 86, lorsque celle-ci est ouverte, etpénètre dans la chambre 78 de pression pour provoquer le mouvement du piston 74 et le mouvement correspondant de la valve à tiroir 48 dans l'enceinte 24
de rotors dans la forme de réalisation de la figure 1.
Lorsque l'on souhaite que la valve à tiroir soit déplacée pour décharger le compresseur, la chambre 78
de pression est ventilée par l'intermédiaire de l'électro-
valve 84 dans la zone secondaire 42 d'aspiration de l'enceinte 24 de rotors. En outre, bien que cela ne soit pas représenté, certaines formes de réalisation d'ensembles à compresseurs a vis comprennent un dispositif d'injection d'huile, comme illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 780 061, dispositif au moyen duquel de l'huile est injectée directement dans la chambre 30 de travail de l'enceinte 24 de compresseur à partir du carter 80. On appréciera aisément que ce qui est refoulé de l'orifice 46 de refoulement de l'enceinte 24 de rotors lorsque le compresseur est en fonctionnement est un gaz réfrigérant comprimé fortement chargé par l'huile arrivant jusque dans la chambre de travail du compresseur à partir
de nombreux emplacements comme décrit précédemment.
Le mélange d'huile et de gaz réfrigérant refoulé de la partie 14 à compresseur entre dans la partie 16 à séparateur d'huile par une entrée 62 et arrive sur le corps 94. Le mélange de gaz réfrigérant et d'huile est obligé, par son interaction avec le corps 94, de subir une transition en douceur d'un écoulement essentiellement axial à un écoulement combiné axial et radial à l'intérieur de l'élément séparateur 54. Le mélange est alors amené dans les ailettes 92 de tourbillonnement qui sont mieux illustrées sur la figure 3. Les ailettes 92 communiquent un mouvement initial de rotation ou de tourbillonnement au mélange, lequel mouvement est d'un sens prédéterminé et coopère avec l'orientation du passage hélicoidal défini à l'intérieur de l'élément séparateur 54 par la rampe 68,
l'enveloppe 64 et la colonne cylindrique intérieure 66.
Les changements progressifs et en douceur de direction communiqués au mélange dans la partie d'amont de l'élément séparateur sont volontaires et minimisent la chute de pression dans le gaz réfrigérant comprimé, fortement chargé d'huile, à son entrée dans l'élément séparateur d'huile 54. Lorsque le mélange à haute pression se déplace à travers l'élément séparateur 54, la force centrifuge développée à l'intérieur du mélange, du fait de son trajet hélicoïdal d'écoulement, amène l'huile plus lourde à migrer radialement vers l'extérieur dans l'élément séparateur. Par conséquent, lorsque le mélange quitte le trajet hélicoïdal d'écoulement à l'extrémité d'aval 110 de la rampe hélicoïdale 68, l'huile séparée à l'intérieur de l'élément séparateur se trouve principalement le long de la face intérieure 112 de l'enveloppe 64. Cette huile se déplace vers l'aval, entraînée à la fois par son inertie vers l'aval et l'écoulement continu vers l'aval du gaz, en direction des perforations 96 de la zone d'écoulement ou de purge à l'extrémité d'aval de l'enveloppe cylindrique 64 de
l'élément séparateur.
Lorsque l'huile séparée arrive dans la zone perforée de l'enveloppe 64 de l'élément séparateur, le tourbillon continu du gaz amène l'huile séparée à passer à travers les perforations 96 pour pénétrer dans l'enceinte 56 du carter. De plus, la pression intérieure à l'extrémité d'aval de l'élément 54 est légèrement élevée par rapport à la pression intérieure de l'enceinte 56 du carter en raison d'une chute prédéterminée de pression provoquée par les perforations 96. Cette légère pression positive facilite en outre l'entrainement de l'huile à travers les perforations
96 à l'extrémité d'aval de l'élément séparateur.
Le gaz, duquel la plus grande partie de l'huile a à présent été séparée, est ensuite obligé à tourner de autour de l'extrémité d'aval du prolongement 104 de la colonne cylindrique 66. Ce changement de direction obligé, associé à l'impact du gaz sur la plaque d'extrémité 98, fait encore cesser l'entraînement de toute huile restant entrainée dans le gaz. Le gaz est ensuite amené à effectuer un second changement de direction de 180 pour entrer dans le conduit 100 de refoulement et sortir de la partie 16 à
séparateur d'huile.
Il convient de noter, en référence à la figure 4, que la rampe 68, qui est illustrée sur les figures 1 et 2 sous la forme d'une rampe enroulée d'une seule pièce sur plus de 360 , peut être remplacée par deux ou plus de deux éléments hélicoidaux 118 et 120. Ces éléments, qui s'enroulent sur 360 ou moins, peuvent être préférables à l'utilisation d'une rampe d'une seule pièce du point de vue du coût et de la facilité de fabrication de l'élément séparateur. Les éléments 118 et 120 se chevauchent habituellement ou sont emboîtés dans une certaine mesure
l'un dans l'autre comme illustré sur la figure 4.
La figure 5 illustre des déflecteurs 122, 124 et 126 qui font globalement écran à la zone d'écoulement ou de purge sur l'extérieur de l'élément séparateur 54. Ces déflecteurs dirigent l'huile séparée vers le bas jusque dans le carter 80 et rompent le tourbillonnement continu de l'huile, dans la direction indiquée sur la figure 5, à sa sortie des perforations 96 de la zone d'écoulement. Enfin, il convient de noter qu'un accord supplémentaire de l'élément séparateur d'huile pour éliminer les bruits à des fréquences prédéterminées peut être réalisé par l'addition de masses (non représentées) à l'extrémité généralement
d'aval de l'élément séparateur.
L'isolation physique entre l'élément séparateur d'huile 54 et le conduit 100 de refoulement, du fait de l'existence de l'intervalle 102 entre eux, l'emboîtement et le dimensionnement sélectif du conduit de refoulement à l'intérieur de l'extrémité d'amont 104 de la colonne cylindrique 66 et l'utilisation d'une enveloppe extérieure 64 de séparateur, qui est pleine sauf, d'une façon générale, à son extrémité d'amont o se trouve une zone d'écoulement d'huile, se sont avéré réduire notablement la production et la transmission de bruit, à la fois d'une façon générale et à des fréquences prédéterminées, en dehors de la partie à séparateur d'huile de l'ensemble à
compresseur.
I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au séparateur d'huile à atténuation de bruit décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (22)
1. Appareil de séparation d'huile pour un compresseur (14) à vis qui affaiblit la production de bruit, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte (56) définissant un carter (80) pour emmagasiner de l'huile qui
a été séparée d'un gaz comprimé à l'intérieur du compres-
seur, un élément séparateur d'huile (54) disposé à l'intérieur de l'enceinte du carter et comprenant une enveloppe extérieure globalement cylindrique (64) et une colonne intérieure globalement cylindrique (66) entre lesquelles est défini un trajet hélicoïdal d'écoulement, l'enveloppe extérieure étant globalement pleine le long du trajet hélicoïdal d'écoulement et définissant au moins une ouverture (96), située approximativement en aval du trajet hélicoïdal d'écoulement et par laquelle l'huile séparée du gaz passe dans le carter, et des moyens destinés à affaiblir les bruits, comprenant deux éléments emboîtés, lesdits moyens d'affaiblissement des bruits définissant un
trajet d'écoulement en aval du trajet hélicoïdal d'écoule-
ment, par lequel le gaz, duquel l'huile a été séparée dans cet élément séparateur, doit passer pour sortir de ladite enceinte.
2. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments emboîtés sont globalement tubulaires, un premier (100) des deux éléments emboités globalement tubulaires pénétrant dans l'élément séparateur sans contact physique -avec ce
dernier à l'emplacement de la pénétration.
3. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément séparateur est fermé à son extrémité d'aval et définit une ouverture dans laquelle pénètre le premier des deux éléments
globalement tubulaires emboîtés.
4. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second (r6) des deux éléments emboîtés globalement tubulaires s'étend en aval du trajet hélicoïdal jusqu'à proximité de l'extrémité fermée de l'élément séparateur, et est lui-même pénétré, sans contact physique, par la partie du premier des deux éléments emboîtés qui pénètre dans l'ouverture définie par
l'extrémité fermée de l'élément séparateur.
5. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second des deux éléments emboîtés, globalement tubulaires, définit un trajet fermé d'écoulement de l'intérieur de l'élément séparateur jusqu'à une ouverture de refoulement ménagée
dans l'enceinte.
6. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une cloison pleine (108) qui est espacée de l'extrémité du second des deux éléments emboîtés, globalement tubulaires, et qui fait face à cette extémité, à l'intérieur de l'élément séparateur, la cloison coopérant avec les deux éléments emboîtés pour définir un trajet d'écoulement -à l'intérieur de l'élément séparateur, en aval dudit trajet hélicoïdal d'écoulement, dans lequel le gaz, duquel l'huile a été séparée, est amené à subir des premier et second virages globalement de 180 à l'intérieur de l'élément séparateur pour atteindre ladite ouverture de
refoulement ménagée dans l'enceinte.
7. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second des deux éléments tubulaires emboîtés est un prolongement (104) de
la colonne intérieure de l'élément séparateur, ce prolonge-
ment étant réalisé d'une seule pièce avec la colonne.
8. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second des deux éléments emboîtés est un élément distinct relié à la colonne intérieure de l'élément séparateur et s'étendant en
aval de cette colonne intérieure.
9. Appareil de séparation d'huile selon la
revendication 6, caractérisé en ce que la colonne inté-
rieure comprend un boîtier (72) de pression disposé à l'intérieur de cette colonne et présentant une face (108) qui assume la fonction de ladite paroi pleine.
10. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément séparateur
comprend deux rampes hélicoïdales distinctes (68) s'en-
roulant chacune sur 360' ou moins et coopérant avec l'enveloppe et la colonne intérieure pour définir ledit
trajet hélicoïdal d'écoulement.
11. Appareil de séparation d'huile selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure présente plusieurs ouvertures (96) situées globalement en aval du trajet hélicoïdal d'écoulement et dans la partie inférieure de l'enveloppe, ces ouvertures définissant une zone d'écoulement par laquelle l'huile séparée du gaz comprimé s'écoule dans le carter, les ouvertures étant d'une dimension prédéterminée pour faciliter le développement d'une chute de pression entre l'intérieur de l'élément séparateur et l'intérieur de l'enceinte.
12. Appareil de séparation d'huile selon la
revendication 11, caractérisé en ce que l'élément sépara-
teur comprend des déflecteurs (122, 124, 126) dirigeant l'huile dans le carter après son passage par lesdites
ouvertures de la zone d'écoulement.
13. Appareil à utiliser avec un compresseur (14) à vis d'un ensemble (12) à compresseur à vis, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte (56) de carter (80) d'huile, une enveloppe cylindrique extérieure (64) dans laquelle la totalité d'un mélange de gaz réfrigérant comprimé et d'huile entraînée passe après avoir été refoulé du compresseur à vis, l'enveloppe étant pleine
à une extrémité d'amont o le mélange est reçu et l'en-
veloppe définissant des première et seconde ouvertures en aval de la partie pleine de ladite enveloppe, la première ouverture étant une ouverture par laquelle l'huile séparée pénètre dans le carter, une colonne globalement cylindrique (66) comprenant une partie (104) s'étendant vers l'aval,
ouverte aux extrémités, disposée à l'intérieur de l'enve-
loppe, des moyens destinés à définir un trajet hélicoïdal d'écoulement situé globalement à l'intérieur de la partie pleine de l'enveloppe et entre cette dernière et la colonne intérieure, la partie, s'étendant vers l'aval, de la colonne intérieure s'étendant - en aval du bout du trajet hélicoïdal d'écoulement à l'intérieur de l'enveloppe, et un conduit (100) de refoulement pénétrant, sans contact, dans la seconde ouverture de l'enveloppe extérieure, le conduit de refoulement pénétrant en outre dans ledit prolongement ouvert aux extrémités de la colonne intérieure dans l'enveloppe, la partie, s'étendant vers l'aval, de la colonne intérieure et la partie du conduit de refoulement qui pénètre dans la seconde ouverture de l'enveloppe étant
conçues pour affaiblir les bruits de fréquences prédéter-
minées à l'intérieur de l'ensemble à compresseur.
14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que la seconde ouverture de l'enveloppe cylindrique est définie dans une extrémité par ailleurs fermée de l'élément séparateur, et en ce que la partie, s'étendant vers l'aval, de la colonne intérieure s'étend jusqu'à proximité de l'extrémité fermée de l'élément séparateur.
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le conduit de refoulement définit un trajet fermé d'écoulement sortant à l'intérieur de
l'élément séparateur et de l'enceinte du carter d'huile.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une cloison (108) à l'intérieur de la colonne intérieure, la cloison étant espacée de l'extrémité du conduit de refoulement qui pénètre dans i 'élément séparateur et faisant face à cette extrémité du conduit de refoulement, et ladite cloison coopérant avec le prolongement d'aval de la colonne intérieure et la partie du conduit de refoulement qui pénètre dans la seconde ouverture de l'enveloppe afin de définir un trajet d'écoulement à l'intérieur de l'élément séparateur, dans lequel le gaz est amené à subir des premier et second virages globalement de 180' à l'intérieur de l'élément séparateur pour entrer dans le conduit de refoulement.
17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la partie de la colonne intérieure s'étendant vers l'aval est un prolongement de la colonne
intérieure réalisé d'une seule pièce avec cette colonne.
18. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la partie de la colonne intérieure s'étendant vers l'aval est un élément distinct relié à
l'extrémité de la colonne intérieure.
19. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la colonne intérieure comprend un boitier (72) de pression disposé à l'intérieur de la colonne et présentant une face (108) qui assume la fonction
de ladite cloison pleine.
20. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens destinés à définir un trajet hélicoïdal d'écoulement comprennent deux rampes hélicoïdales distinctes (68) s'enroulant -chacune sur 360 ou moins, les rampes coopérant avec l'enveloppe et la colonne cylindrique pour définir ledit trajet hélicoïdal d'écoulement.
21. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'enveloppe du séparateur définit plusieurs ouvertures (96) d'écoulement d'huile en aval de
la partie pleine de l'enveloppe et dans sa partie infé-
rieure, les ouvertures définissant une zone d'écoulement à travers laquelle l'huile séparée du gaz comprimé s'écoule de l'enveloppe vers l'intérieur de l'enceinte du carter d'huile, les ouvertures étant d'une dimension prédéterminée pour provoquer le développement d'une chute de pression
entre l'intérieur de 1 'enveloppe du séparateur et 1 'inté-
rieur de l'enceinte du carter d'huile afin de faciliter l'entraînement de l'huile séparée à travers lesdites ouvertures.
22. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des déflecteurs (122, 124, 126) destinés à diriger l'huile vers l'intérieur du carter après son passage par lesdites ouvertures de la
zone d'écoulement.
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