FR2669080A1 - Appareil a volutes a co-rotation, systeme de refrigeration et procede pour renforcer la stabilite a la nutation d'un tel appareil. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil à volutes à co-rotation. Il comporte un accouplement (130) en forme d'anneau produisant un moment modérateur, dans sa fonction d'accouplement des premier et second éléments à volutes (76, 78), afin de renforcer la stabilité à la nutation de ces éléments. Le moment modérateur s'oppose aux moments maximaux d'inclinaison rencontrés par les éléments à volutes durant leur rotation. Domaine d'application: compresseurs à volutes, systèmes de réfrigération et de climatisation utilisant de tels compresseurs, etc.

Description

L' invention concerne d'une manière générale un appareil à volutes, et en

particulier un appareil à fluides du type à volutes à co-rotation comportant un accouplement reliant entre elles, en entraînement, les volutes pour faire tourner ensemble les éléments à volutes, l'accouplement étant optimisé de façon à renforcer la stabilité à la nutation de l'appareil à volutes pendant la rotation des

éléments à volutes.

Les appareils à volutes destinés à comprimer ou expanser des fluides sont habituellement constitués de deux enroulements spiroïdaux en développante en saillie, imbriqués l'un dans l'autre, qui sont générés autour d'axes respectifs Chaque enroulement respectif en développante est monté sur une plaque extrême et présente une arête disposée en contact ou presque en contact avec la plaque extrême de l'autre enroulement en volute respectif Chaque enroulement en volute présente en outre des surfaces de flancs qui rejoignent suivant une ligne de contact, ou presque de contact, en mouvement, les surfaces des flancs de l'autre enroulement en volute respectif pour former plusieurs chambres en mouvement Suivant le mouvement orbital relatif des enroulements en volutes, les chambres se déplacent depuis l'extrémité radialement extérieure des enroulements en volutes vers les extrémités radialement intérieures de ces enroulements pour comprimer un fluide, ou à partir de l'extrémité radialement intérieure des enroulements en volutes respectifs pour l'expansion ou la détente d'un fluide Les enroulements en volutes, pour réaliser la formation des chambres, sont mis en mouvement orbital relatif par un mécanisme d'entraînement qui oblige les volutes à un mouvement relatif de non-rotation Les principes généraux de la génération et du fonctionnement des enroulements en volutes sont décrits dans de nombreux brevets, tels que le brevet des Etats-Unis d'Amérique

N' 801 182.

On a procédé à de nombreuses tentatives pour développer un appareil à volutes à co-rotation Un tel appareil produit un mouvement de rotation simultané des deux enroulements en volutes sur des axes parallèles, décalés, pour générer le mouvement orbital demandé entre

les éléments à enroulements en volutes respectifs Cepen-

dant, la plupart des appareils à volutes ayant rencontré un succès commercial à ce jour étaient du type à volute fixe et volute orbitale du fait de diverses difficultés pour

réaliser avec succès un appareil à volutes à co-rotation.

Habituellement, un certain nombre de paliers

tournants sont nécessaires dans un appareil à volutes à co-

rotation, ce qui diminue la fiabilité et le rendement de la machine En outre, l'appareil à volutes à co-rotation typique a besoin d'un palier de butée agissant sur chacune des plaques extrêmes à volutes pour empêcher une séparation axiale des volutes, ce qui augmente donc sensiblement la puissance demandée par la machine en même temps que la

fiabilité de la machine notablement est réduite.

Un autre problème à traiter avec un appareil à volutes, qu'il soit utilisé pour comprimer ou expanser un fluide, porte sur les forces qui résultent du fluide emprisonné dans les chambres formées dans les enroulements en volutes Ces forces comprennent une composante de force de séparation axiale résultant de la pression du fluide sur les plaques extrêmes des éléments à volutes et une force de séparation radiale résultant de la pression du fluide sur les enroulements en volutes eux-mêmes En outre, les forces de séparation dues aux fluides comprimés dans les éléments à volutes varient périodiquement avec la rotation des éléments à volutes Cette variation périodique est une fonction de deux facteurs Le premier est la position instantanée de chacune des chambres de compression formées

par les enroulements en volutes durant chaque révolution.

La position de la chambre est une fonction de la disposi-

tion angulaire et radiale du centre de la chambre par rapport au centre de l'appareil à volutes à un angle de calage ou de manivelle donné Le second est la pression réelle du fluide comprimé qui varie en fonction de la position instantanée de la chambre de compression dans laquelle le fluide est contenu, cette pression diminuant depuis les extrémités radialement vers l'intérieur des enroulements en volutes respectifs vers leurs extrémités radialement extérieures Ces deux facteurs se combinent pour produire un moment, qui est le produit du centre instantané de la position de la chambre de compression et des forces instantanées dues à la pression des fluides dans cette position Le moment d'inclinaison résultant sur l'élément à volute est l'effet net des moments développés par chaque chambre de compression Le moment d'inclinaison agit perpendiculairement à l'axe de rotation de l'élément à volute et il tend donc à provoquer l'inclinaison de l'élément à volute Etant donné que l'amplitude du moment d'inclinaison est plus prononcée dans diverses positions d'angle de calage durant la rotation de l'élément à volute, une inclinaison réelle peut apparaître en certaines

positions de l'angle de calage, tandis qu'on peut l'em-

pêcher dans d'autres positions par d'autres forces exercées

de façon suffisante sur les éléments à volutes L'in-

clinaison réelle peut être observée sous la forme d'une oscillation ou d'une nutation de l'élément à volute durant

la rotation.

Habituellement, on y fait face par l'applica-

tion d'une force axiale agissant de manière à comprimer les plaques extrêmes des éléments à volutes l'une vers l'autre, en opposition aux forces de séparation exercées par les fluides, et par l'utilisation de paliers relativement plus

grands Ces forces axiales de compression sont habituelle-

ment produites soit mécaniquement par des moyens tels que des paliers ou ressorts axiaux ou de butée, soit par la pression d'un fluide imposée sur le côté opposé de la

plaque extrême à volute.

Des appareils à volutes antérieurs tentent de contrer l'effet de nutation en augmentant simplement la force axiale chargeant la plaque extrême à volute jusqu'à ce que les moments d'inclinaison soient surmontés, en utilisant un grand nombre de paliers pour supporter les arbres des éléments à volutes afin d'empêcher un défaut

d'alignement des arbres qui apparaît lors d'une inclinai-

son, et en diminuant les tolérances de fabrication des pièces Toutes ces solutions augmentent la dimension et le nombre des pièces de l'appareil à volutes ainsi que les coûts initiaux et de fonctionnement, et réduisent aussi la

durée de vie prévue en service de l'appareil à volutes.

Ces solutions affectent également de façon indésirable les performances de l'appareil à volutes Etant donné que la force axiale produite reste constante dans toute condition de fonctionnement donnée, la charge de la force axiale reste relativement élevée même lorsque les effets de séparation du moment d'inclinaison sont faibles, ce qui est habituellement le cas durant la plus grande partie du cycle de rotation des volutes Des forces inutilement élevées agissent donc sur les arêtes des enroulements en volutes dans de nombreuses positions d'angle de calage dans le cycle des volutes, ce qui entraîne un frottement et une usure inutiles, ainsi qu'une consommation d'énergie excessive et une perte du rendement global. En outre, même lorsque la charge de la force axiale est relativement élevée, l'inclinaison de l'élément à volute peut apparaître dans certaines positions de l'angle de calage ou de manivelle durant une rotation de l'appareil à volutes Lorsqu'une nutation de l'élément à volute se produit, les arêtes des enroulements en volutes peuvent momentanément se séparer des plaques extrêmes à volutes opposées Ceci permet aux fluides de passer de chambres de compression à une pression relativement élevée vers des chambres à pression plus basse, ce qui nécessite une recompression du fluide et ce qui réduit de nouveau le rendement global de l'appareil à volutes. Dans un appareil à volutes à co-rotation comportant un accouplement engageant les éléments à volutes pour les faire tourner ensemble, un moment supplémentaire

est engendré par l'action de l'accouplement dans l'ap-

pareil Ceci est dû à la rotation de la masse de l'ac-

couplement, qui tourne autour d'un point défini entre les axes des éléments à volutes Etant donné que le centre de rotation de l'accouplement ne coïncide pas avec le centre des éléments à volutes, une nutation des éléments à volutes peut être induite par l'accouplement du fait du moment généré par le décalage de la masse de l'accouplement par rapport à l'axe des éléments à volutes L'effet de l'accouplement provoquant une nutation peut être même plus prononcé dans des cas o le centre de gravité de la masse de l'accouplement ne coïncide pas avec le centre physique de l'accouplement, si bien que le décalage de la masse de

l'accouplement est plus grand.

Les solutions habituelles appliquées aux effets d'inclinaison de l'accouplement sont identiques à celles appliquées aux éléments à volutes eux-mêmes et on peut

observer les mêmes conséquences.

Un objet de la présente invention est donc de procurer un appareil à volutes présentant le rendement le plus élevé possible tout en utilisant la plus faible

quantité d'énergie, et comportant donc les moyens d'entraî-

nement les moins coûteux et utilisant le moins d'énergie.

Un autre objet de l'invention est de procurer un tel appareil à volutes qui réduit et modère le moment net d'inclinaison des éléments à volutes dans un appareil à volutes en rotation par une disposition appropriée d'un accouplement d'entraînement Un autre objet encore de

l'invention est de procurer un tel appareil à volutes à co-

rotation qui est d'une construction simple et d'une haute fiabilité de fonctionnement Un autre objet encore de l'invention est de procurer un appareil à volutes à co- rotation qui est relativement souple et qui n'est pas sujet aux détériorations en cours de fonctionnement Enfin, un objet de l'invention est de procurer un tel appareil à volutes qui convient à une production en grande série et

qui est relativement peu coûteux dans ce cas.

L'invention concerne un procédé et un moyen pour renforcer la stabilité en rotation d'au moins l'un des éléments ou organes à volutes dans un appareil à volutes à co-rotation comportant deux éléments à volutes tournant ensemble, chaque élément à volute comportant une plaque extrême qui porte un enroulement en volute ayant au moins une partie en développante destinée à s'enclencher de façon imbriquée avec l'enroulement en volute de l'autre élément à volute, et tournant sur un axe parallèle à l'axe de

l'autre élément à volute.

En particulier, l'invention comprend un accouplement engageant l'un des éléments à volutes ou les deux dans un appareil à volutes à co-rotation et pouvant être utilisé en tant qu'accouplement d'entraînement du type Oldham pour assurer une rotation simultanément des éléments à volutes Bien que la forme de l'accouplement puisse être aisément modifiée, l'accouplement possède une masse qui localise ou définit un centre de gravité de l'accouplement Ce centre de gravité est disposé de manière que la masse de l'accouplement produise un moment opposé au moment d'inclinaison généré dans les éléments à volutes dans la gamme des positions de l'angle de calage o l'inclinaison a le plus de chance d'apparaître Le moment de l'accouplement ainsi généré peut être appelé moment

modérateur Dans des variantes de réalisation, l'accouple-

ment peut également comprendre une masse additionnelle disposée sur l'accouplement de façon à modifier davantage la disposition du centre de gravité de l'accouplement En générant un moment opposé au moment d'inclinaison des éléments à volutes, on renforce la stabilité à la nutation des éléments à volutes durant une rotation Conformément au procédé de l'invention, l'amplitude du moment instantané résultant des forces exercées par le fluide sur l'élément à volute, ou moment d'inclinaison, est déterminée pour chaque

point ou position radial sur toute la rotation de l'élé-

ment à volute Par suite, le moment maximal d'inclinaison agissant sur l'élément à volute et la gamme des positions de l'angle de calage sur laquelle le moment d'inclinaison maximale agit peuvent être trouvés Le moment instantané généré par l'accouplement, également appelé moment modérateur, peut également être déterminé en fonction de la masse de l'accouplement et de la position relative du centre de gravité de l'accouplement La disposition angulaire de l'accouplement, nécessaire pour modérer ou

réduire suffisamment le moment maximal déterminé d'in-

clinaison des éléments à volutes, est alors également déterminée L'accouplement est ensuite placé dans la disposition angulaire prédéterminée pour réduire la

nutation des éléments à volutes.

Un exemple d'appareil à volutes à co-rotation qui peut commodément utiliser l'invention est également présenté. 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 partielle d'un appareil à volutes à co-rotation selon l'invention; la figure 2 est une représentation schématique d'un système de réfrigération dans lequel l'invention peut être commodément utilisée; la figure 3 est une vue en coupe de l'appareil à volutes suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 3 A montre un agrandissement partiel d'un détail de la figure 3; la figure 4 est une coupe longitudinale partielle montrant l'effet du moment d'inclinaison sur un exemple d'appareil à volutes à co-rotation; la figure 5 est un diagramme représentatif du moment d'inclinaison et du moment modérateur combinés, et de la force de contact axiale d'une arête de volute agissant sur l'un des éléments à volutes pendant la rotation de l'élément à volute dans un appareil à volutes à co-rotation; la figure 6 est un diagramme représentatif du moment d'inclinaison en association avec divers moments modérateurs, agissant sur l'un des éléments à volutes durant la rotation de l'appareil à volutes; et la figure 7 est une coupe transversale d'une variante de réalisation de l'appareil à volutes de la

figure 3.

Un appareil à fluide du type à volutes, représenté globalement sur la figure 1 sous la forme d'un ensemble à compresseur à volutes, est désigné par la référence numérique 20 Etant donné que la forme préférée de réalisation de l'invention est un ensemble à compresseur hermétique à volutes, l'appareil à volutes 20 est appelé indifféremment compresseur à volutes 20 ou ensemble à compresseur 20 Il est évident que les particularités de l'invention se prêtent d'elles-mêmes aussi aisément à une utilisation d'un appareil à volutes agissant en tant que détendeur de fluide, pompe à fluide ou appareil à volutes

qui ne sont pas du type hermétique.

Dans la forme préférée de réalisation, l'ensemble à compresseur 20 comprend une enveloppe hermétique 22 ayant une partie supérieure 24, une partie inférieure 26, une enveloppe extérieure centrale 27 s'étendant entre la partie supérieure 24 et la partie inférieure 26, et une partie centrale intermédiaire 28 de bâti fixée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure centrale 27 L'enveloppe extérieure 27 est un corps globalement cylindrique, tandis que la partie centrale 28 de bâti est définie par une partie extérieure globalement cylindrique ou annulaire 30 et une partie centrale 32 disposée à travers une de ses extrémités La partie annulaire extérieure 30 de la partie centrale 28 de bâti est dimensionnée pour s'ajuster étroitement dans l'enveloppe extérieure 27 afin qu'elle puisse y être accouplée par ajustement à force, par soudage ou par d'autres moyens

convenables.

La partie centrale 28 de bâti est réalisée d'une seule pièce avec un corps de palier supérieur globalement cylindrique 34 qui est sensiblement centré sur l'axe de la partie annulaire extérieure 30 Une ouverture 36 pour arbre d'entraînement s'étend axialement à travers le centre du corps de palier supérieur 34, et un palier supérieur principal 38 est disposé dans l'ouverture 36 Le palier principal supérieur 38 est de préférence réalisé, par exemple, en bronze fritté ou en une matière similaire, mais il peut également, en variante, être un palier du type à rouleaux ou à billes, pour recevoir une charge en rotation. Un moteur 40 est disposé dans la partie supérieure 24 et dans la partie centrale 27 de l'enveloppe hermétique 22 Le moteur 40 est de préférence un moteur électrique monophasé ou triphasé constitué d'un stator 32 qui est disposé circonférentiellement autour d'un rotor 44, un espace annulaire étant formé entre eux pour permettre une rotation libre du rotor 44 à l'intérieur du stator 42,

ainsi que l'écoulement d'un fluide lubrifiant ou réfrigé-

rant. Il apparaît aisément à l'homme de l'art que d'autres types de moteur 40 et de moyens de montage du moteur 40 conviendraient également à une application dans la présente invention Par exemple, le stator 42 pourrait être fixé dans la partie centrale 27 de l'enveloppe par ajustement serré entre elles En variante, plusieurs boulons ou vis à tête de grande longueur (non représentés) peuvent être placés dans des ouvertures appropriées des plaques de stator pour pénétrer dans des trous taraudés de la partie centrale 28 de bâti afin de fixer le moteur 40

dans l'enveloppe hermétique 22.

L'agencement des volutes comprend un premier élément ou élément menant 76 à volute et un second élément

ou élément fou 78 à volute, comportant chacun un enroule-

ment en volute en développante en saillie destiné à s'enclencher de façon imbriquée avec l'autre enroulement en volute respectif Le premier élément à volute 76 comporte un premier enroulement en volute en développante 80 en saillie qui est réalisé en une seule pièce avec une plaque

extrême globalement plane 82 de la volute d'entraînement.

La plaque extrême 82 de la volute d'entraînement comporte un arbre central 84 d'entraînement faisant saillie du côté opposé à celui de l'enroulement en volute en développante 80 Un canal 86 de décharge est défini par un alésage

s'étendant centralement suivant l'axe de l'arbre d'entraî-

nement 84 Le canal 86 de décharge est en communication d'écoulement avec l'ouverture 88 de décharge définie par un alésage globalement central traversant la plaque extrême 82 de la volute d'entraînement L'arbre d'entraînement 84 comporte en outre un premier tronçon 90 de diamètre relativement grand s'étendant axialement à travers le palier principal supérieur 38 pour s'ajuster en tournant librement dans ce dernier, et un second tronçon 92 de diamètre relativement plus petit qui s'étend axialement à il travers le rotor 44 et lui est fixé Le rotor 44 peut être fixé au tronçon 92 de l'arbre d'entraînement 84 par des moyens tels qu'un ajustement à force entre eux ou une clavette de transmission de puissance dans des rainures juxtaposées. Le second élément ou élément fou 78 à volute comprend un second enroulement fou en volute 100 qui est disposé en contact imbriqué avec l'enroulement en volute mené 80 L'enroulement en volute fou 100 est un élément en développante faisant saillie d'une plaque extrême folle 102 Deux ergots rectilignes fous 103 font saillie vers le haut de la plaque extrême folle 102, comme montré sur la figure 3 Les ergots fous 103 sont disposés dans des

positions radialement opposées et extérieures à l'enroule-

ment en volute fou 100 Un arbre court fou 104 fait saillie de la plaque extrême folle 102 du côté opposé à celui de

l'enroulement en volute 100.

La désignation de l'élément à volute menant 76 en tant que premier élément à volute et de l'élément à volute fou 78 en tant que second élément à volute peut être comprise comme étant arbitraire, aux fins de faciliter

la description, et non comme étant limitative Il serait

aussi précis de désigner par l'expression premier élément à volute l'élément à volute fou 78 et par l'expression second élément à volute l'élément à volute d'entraînement

ou menant 76.

Un palier annulaire 110, qui peut être un coussinet réalisé en matière du type bronze fritté, ou qui peut être du type à rouleau ou à billes, est disposé dans une paroi annulaire définissant un corps de palier fou 112 qui est réalisé d'une seule pièce avec la partie inférieure 26 de l'enveloppe hermétique, en tant que moyen de support destiné à supporter en rotation le second élément à volute

ou élément à volute fou 78.

Dans la forme préférée de réalisation, la plaque extrême 82 de la volute d'entraînement comprend deux éléments en saillie 120 radialement opposés s'étendant parallèlement à l'enroulement en volute 80 Les éléments en saillie 120 partent de positions proches de la périphérie

extérieure de la plaque extrême 82 de la volute d'entraîne-

ment et comprennent des parties extrêmes 122 Les éléments en saillie 120 sont également disposés en des positions qui sont éloignées radialement d'environ 90 des positions des ergots fous 103 lorsque les volutes 80 et 100 sont en prise imbriquée. De préférence, les éléments en saillie sont disposés sur une ligne EE qui comprend l'axe central, ou l'axe de rotation, de l'élément à volute 76, et ils sont donc disposés à une distance angulaire l'un de l'autre égale ou sensiblement égale à 1800 De la même manière, les clavettes ou ergots fous 103 sont disposés sur une ligne KK qui comprend l'axe central, ou axe de rotation, de l'élément à volute 78, et ils sont donc également éloignés radialement l'un de l'autre de 180 ou approximativement

1800 C.

Un accouplement sous la forme d'un anneau 130 repose sur la plaque extrême 102 de l'élément fou à volute, en contact de glissement L'anneau 130 est de forme annulaire, s'étendant sans contact le long de la face extérieure radiale des enroulements en volute 80 et 100, et présentant en outre quatre rainures rectilignes 132 a, 132 b, 132 c et 132 d pour clavettes d'entraînement définies à travers l'anneau 130 d'accouplement, à intervalles radialement équidistants d'environ 90 le long du corps annulaire de l'anneau 130 de façon à constituer deux paires de rainures ou ouvertures opposées 132, les rainures 132 a et 132 c formant une paire et les rainures 132 b et 132 d formant la seconde paire Comme montré en particulier sur la figure 3, l'anneau 130 comporte quatre parties élargies globalement rectilignes à travers lesquelles sont définies les rainures 132 afin que celles-ci puissent être d'une dimension appropriée pour recevoir des clavettes ou ergots

d'entraînement en enclenchement coulissant ou glissant.

La forme réelle de l'anneau 130 dépend quelque peu du moment modérateur souhaité, recherché à l'aide de l'anneau 130 d'accouplement, car l'anneau est de préférence réalisé en acier, en aluminium ou en une matière similaire capable de transmettre convenablement un couple de rotation entre les éléments à volutes 76 et 78 On appréciera que l'anneau 130 peut être formé de façon à contenir une masse plus ou moins grande dans des parties différentes de l'anneau, et qu'une ou plusieurs masses supplémentaires ma peuvent être appliquées à l'anneau 130, par des moyens mécaniques ou autres, afin que l'on obtienne un moment convenablement modérateur comme expliqué ci-dessous Par exemple, il est possible de former l'anneau 130 à une épaisseur radiale constante afin que le centre de masse mc de l'anneau d'accouplement 130, le centre de gravité cg, soit disposé centralement dans l'accouplement 130, ou de former un anneau 130 ayant une épaisseur radiale qui varie ou une hauteur qui varie (mesurée dans la direction axiale) afin que la masse soit répartie de façon inégale le long de l'accouplement 130, avec, pour résultat, que le centre de masse mc de l'anneau 130 d'accouplement, le centre de

gravité cg, est disposé de façon excentrée.

L'homme de l'art reconnaîtra aussi qu'il existe

de nombreuses variantes de réalisation du moyen d'accouple-

ment formé par les éléments en saillie 120, les clavettes ou ergots fous 103 et l'anneau 130 Par exemple, le moyen d'accouplement peut comprendre une combinaison quelconque d'agencements à clavettes et rainures, par exemple en réalisant l'anneau 130 avec les éléments en saillie 120 et des clavettes 103 qui leur sont fixées et s'engageant dans des rainures formées dans les plaques extrêmes des volutes respectives Il apparaît aussi qu'il y a des moyens d'accouplement fonctionnellement équivalents assurant une rotation simultanée des éléments à volutes qui peuvent être utilisés, qui comprennent un centre de gravité pouvant être déplacé afin de produire un moment modérateur dans

l'appareil à volutes 20.

Sur la figure 2, l'ensemble à compresseur à volutes 20 est représenté raccordé par une ouverture de décharge 50 et une ouverture d'aspiration 52 à un système à fluide tel que l'on en utilise généralement dans des systèmes de réfrigération ou de climatisation L'homme de l'art appréciera qu'il ne s'agit que d'un système à fluide dans lequel l'ensemble à compresseur à volutes 20 pourrait

commodément être utilisé, et que l'application de l'en-

semble à compresseur à volutes 20 dans des systèmes de réfrigération et de climatisation n'est à considérer qu'à

titre d'exemple non limitatif.

Le système de réfrigération, représenté

globalement et schématiquement sur la figure 2 en associa-

tion avec l'ensemble à compresseur à volutes 20, comprend une conduite 54 de décharge montée entre l'ouverture 50 de décharge de l'enveloppe et un condenseur 60 pour expulser la chaleur du système de réfrigération et, dans le traitement, condenser habituellement le fluide réfrigérant pour le faire passer de l'état de vapeur à l'état de liquide Une conduite 62 relie le condenseur 60 à un dispositif détendeur 64 Ce dernier peut être une valve à commande thermique ou à commande électrique, actionnée par un dispositif de commande convenable (non représenté), un ensemble à tube capillaire ou d'autres moyens convenables pour détendre le fluide réfrigérant dans le système Une autre conduite 66 relie le dispositif détendeur 64 à un évaporateur 68 destiné à transférer le fluide réfrigérant

détendu provenant du dispositif de détente 64 à l'évapora-

teur 68 pour qu'il accepte de la chaleur et que le liquide réfrigérant soit converti habituellement par évaporation à l'état de vapeur Enfin, une conduite 70 d'aspiration du système de réfrigération transfère le fluide réfrigérant évaporé depuis l'évaporateur 68 jusqu'à l'ensemble à compresseur 20 dans lequel le fluide réfrigérant est

comprimé et renvoyé au système de réfrigération.

On suppose que les principes généraux des

systèmes de réfrigération capables d'utiliser convenable-

ment un appareil à compresseur à volutes 20 sont bien

compris dans la technique et que d'autres descriptions

détaillées des dispositifs et des mécanismes convenant à la réalisation d'un système de réfrigération sont inutiles ici On suppose qu'il est également évident à l'homme de

l'art que de tels systèmes de réfrigération ou de climati- sation peuvent comprendre des unités multiples de l'en-

semble à compresseur 20, dans un raccordement en parallèle ou en série, ainsi que des condenseurs 60, des évaporateurs 68 ou d'autres éléments multiples, et des dispositifs de

renfort tels que des sous-refroidisseurs et des ven-

tilateurs de refroidissement et autres, comme cela est

considéré comme connu dans la technique.

Les figures 3 et 3 A montrent des vues en coupe transversale de la figure 1 qui illustrent plus clairement la présente invention Une ligne phio est définie en passant par l'axe D de l'élément à volute d'entraînement 76 et un axe I de l'élément à volute fou 78 Etant donné que ces axes sont fixes, la ligne phio est également fixe en référence à l'appareil à volutes 20 et peut elle-même être utilisée en tant que ligne à partir de laquelle la disposition angulaire des pièces de l'appareil à volutes peut être référencée La ligne phi( représente aussi le point d'angle de calage zéro et le point auquel les extrémités extérieures des enroulements en volutes 80 et entrent en premier en contact avec les enroulements en volutes respectifs opposés pour fermer la première chambre

ou chambre extérieure.

La ligne de référence phio coupe une ligne centrale C qui est coaxiale avec et disposée centralement entre l'axe D de la première volute 76 et l'axe I de la seconde volute 78 Ceci peut être vu plus clairement sur la figure 4 o O définit la distance de décalage entre l'axe D et l'axe I, et la ligne C est disposée à une distance de

1/2 O de ces axes.

Sur la figure 3, le centre de gravité cg de l'anneau d'accouplement 130 est disposé angulairement à un angle phi 3 à partir de la ligne phi( pour produire un moment modérateur L'anneau d'accouplement 130, lorsqu'il engage par glissement les éléments en saillie 120 et les clavettes folles 103, constitue un moyen pour renforcer la stabilité à la nutation des éléments à volutes Pour la

commodité de la description, l'angle phi 1 de l'anneau

d'accouplement 130 est considéré pour définir la ligne EE sur laquelle sont disposés les éléments en saillie 120, tandis que l'angle phi 2 se réfère à l'angle fait par la

ligne KK avec la ligne phio.

Lorsque l'anneau d'accouplement 130 possède un centre de gravité Cg qui est identique au centre physique de l'accouplement 130, le centre Cg est disposé à une distance r de l'axe central C Le centre de gravité Cg de l'anneau d'accouplement 130 forme un angle phi 3 à partir de la ligne phio Ceci est montré plus clairement sur la figure 3 A qui est une vue à échelle agrandie de la partie centrale de la figure 3 L'homme de l'art comprendra que l'angle phi 3 et la distance r définissent la disposition du centre de gravité Cg lorsque l'appareil à volutes est dans la position illustrée sur la figure 3, car la position réelle du centre de gravité Cg change lorsque l'appareil à volutes tourne Le centre de gravité Cg peut donc suivre un trajet en cardioïde ou autre trajet curviligne, suivant principalement la forme de réalisation effective du moyen d'accouplement. En référence à présent à la figure 4, celle-ci illustre plus clairement l'effet des forces du fluide se trouvant dans les enroulements en volutes 80 et 100 sur l'appareil à volutes 20 Cette figure représente de façon exagérée les effets de ces forces Les composantes des forces illustrées ne sont pas destinées à indiquer une valeur numérique réelle d'une force donnée, mais plutôt les directions dans lesquelles les forces agissent Les enroulements en volutes eux-mêmes, les éléments en saillie , l'accouplement 130 et les clavettes 103 sont supprimés pour que l'on puisse voir plus clairement les forces et les directions dans lesquelles elles agissent sur chaque volute. La figure 4 représente une vue en coupe longitudinale de l'appareil à volutes 20 suivant une position angulaire dans laquelle il y a cinq chambres C 1 à C 5, comme montré sur la figure 3 Chacune des chambres génère une force de séparation axiale a et une force de séparation radiale s Par exemple, la chambre C 1 générerait un vecteur force a 1 en tant que force de séparation axiale sur la plaque extrême 82, tendant à séparer la plaque extrême 82 de la volute d'entraînement de la plaque extrême 102 de la volute folle, et un vecteur force si, qui est une force de séparation radiale, agirait sur l'enroulement en volute 80, tendant à le séparer du second enroulement en volute 100 Les deux vecteurs force a 1 et si tendraient à faire tourner ou incliner le premier élément à volute 76 perpendiculairement à l'axe de rotation de cet élément à volute La force totale de séparation axiale a est égale à la somme des vecteurs a 1, a 2, a 3, a 4 et a 5 et la force nette de séparation radiale S est égale à la somme des vecteurs si, S 2, 53, S 4 et S 5 L'effet net des forces de séparation est de produire une force S qui est décalée de l'axe de rotation du premier élément à volute 76 du fait que les forces du fluide et les positions et les dimensions des chambres varient En conséquence, un moment instantané d'inclinaison mt est produit Le moment lt agit sur l'élément à volute 76 pour produire une inclinaison ou nutation représentée sous la forme d'un angle deltad Etant donné que les chambres sont disposées dans la même position radiale ou angulaire et que les forces du fluide sont les mêmes, mais que les axes des éléments à volutes 76 et 78 sont décalés, les forces agissent dans chaque chambre de façon à produire un moment d'inclinaison mt pour chacun des éléments à volutes 76 et 78 Par conséquent, les forces dans les chambres Ci à C 5 agissent de façon à produire une

inclinaison ou nutation de l'élément à volute 78, repré-

sentée sous la forme d'un angle deltai, qui peut différer de l'angle deltad produit dans l'élément à volute 76 du fait des différences de nombre, de type et de dimension de paliers supportant les arbres des éléments à volutes respectifs et d'autres contraintes imposées aux plaques

extrêmes des éléments à volutes respectifs Les enroule-

ments en volutes 80 et 100 se séparent habituellement

lorsque deltai et deltad diffèrent.

Ce calcul doit être répété pour chaque position angulaire du cycle de rotation pour les éléments à volutes respectifs 76 et 78 Comme montré sur la figure 4, une force axiale de rappel agissant suivant l'axe D est produite par le moyen de rappel axial Cette force doit être suffisante pour dépasser la force de séparation axiale a et, de plus, elle doit établir une force de contact d'arêtes des volutes suffisante pour empêcher l'inclinaison de la plaque extrême 82 de l'élément à volute dans toute position donnée de l'angle de calage Lorsque la force a dépasse la force axiale de rappel agissant suivant l'axe D, une inclinaison se produit du fait du moment d'inclinaison mt Une inclinaison peut même apparaître lorsque la force a est inférieure à la force axiale de rappel de la volute dans le cas o la force est insuffisante à la fois pour vaincre la force de séparation a et pour produire un moment

opposé approprié.

La figure 5 montre une analyse des moments instantanés agissant sur l'un des éléments à volutes 76 et 78 durant la rotation de l'élément à volute en l'absence de l'accouplement 130 La position d'angle de calage se réfère à la position angulaire des éléments à volutes respectifs, telle que mesurée à partir de la ligne phio, entre O et 360 (un tour) sur l'axe horizontal du diagramme, tandis que l'axe vertical décrit le moment exercé dans chaque position angulaire La courbe représentant à titre d'exemple le moment net instantané dans chaque position est grossièrement sinusoïdale sur un tour complet de l'élément

à volute.

La figure 6 montre les moments instantanés agissant sur l'un des éléments à volutes 76 et 78 durant la rotation des éléments à volutes alors que le centre de gravité Cg de l'accouplement 130 est disposé dans divers angles phi 3, comprenant phi 3 = O degré, phi 3 = 30 degrés et phi 3 = 330 degrés, r étant une constante On observera que la courbe représentant les moments instantanés pour phi 3 = 330 degrés donne le moment maximal le plus élevé La courbe représentant les moments instantanés pour phi 3 = O degré donne un moment maximal plus faible Lorsque l'angle phi 3 = degrés, le moment maximal le plus bas est obtenu dans l'exemple d'appareil On appréciera que ces courbes sont illustratives et ne sont données qu'à titre d'exemple non limitatif, car l'angle phi 3 réel choisi pour la disposition du moyen d'accouplement varie pour chaque appareil à volutes 20 auquel la présente invention est appliquée, et que la nutation réelle observée dans tout appareil à volutes 20 dépend du moment réel d'inclinaison dans toute position angulaire en fonction du moment opposé utilisable

pour empêcher la nutation.

Le procédé pour réduire le moment net de 1 'élément à volute en produisant un moment modérateur à

l'aide de l'accouplement 130 comprend les étapes sui-

vantes: le moment d'inclinaison instantané agissant sur une première volute est déterminé pour chaque position angulaire, le moment maximal d'inclinaison, ainsi que la position angulaire ou d'angle de calage, ou la plage de positions angulaires dans laquelle le moment maximal d'inclinaison agit, est alors déterminé; un moment

modérateur demandé pour modérer le moment maximal d'in-

clinaison de la première volute est déterminé, sur la base de la masse de l'anneau d'accouplement 130 et de la disposition radiale et angulaire de phi 3 du centre de gravité Cg de l'anneau d'accouplement 130 pour provoquer le moment modérateur souhaité; et les premier et second éléments à volutes sont enclenchés alors que l'accouplement Cg est disposé à l'angle phi 3, par disposition de l'élément en saillie 120 sur une ligne EE à l'angle phi, et des ergots fous 103 sur une ligne KK à l'angle phi 2 De préférence, le moment maximal d'inclinaison, ainsi que la position angulaire ou de calage ou la plage de positions angulaires dans laquelle le moment maximal d'inclinaison agit, sont également déterminés pour la seconde volute par l'application de la même méthodologie afin que l'on puisse

produire de la même manière le moment modérateur souhaité.

Comme indiqué ci-dessus et montré sur la figure 7, une ou plusieurs masses additionnelles ma 140 peuvent être appliquées à l'accouplement 130, soit mécaniquement, par exemple par soudage ou à l'aide d'un adhésif, soit de façon intégrée au moment de la fabrication La masse ma décale le centre de gravité Cg de l'axe central de l'accouplement 130 et modifie le moment modérateur généré par l'accouplement 130 Cependant, la détermination du positionnement anglaire et de l'amplitude de la masse ma est réalisée par détermination du moment d'inclinaison à

vaincre et de la position angulaire de ce moment d'in-

clinaison, et par l'application de la masse ma sur l'anneau d'accouplement 130 en une position angulaire phi 4, et à une distance b de la ligne C afin de produire le moment modérateur souhaité. L'homme de l'art reconnaîtra qu'un renforcement de la stabilité à la nutation de l'appareil 20 à volutes à co-rotation par une optimisation du positionnement de l'accouplement 130 pour produire un moment modérateur

représente un perfectionnement important dans la technique.

L'appareil à volutes 20 n'a besoin d'aucune pièce sup-

plémentaire et le coût initial et les dépenses de fonction-

nement sont donc minimisés En outre, le moment modérateur produit par l'accouplement réduit la force axiale demandée de rappel, ce qui, par suite, réduit les pertes par frottement entre les arêtes des enroulements en volutes 80 et 100 et les plaques extrêmes 82 et 102, respectivement, réduisant aussi la consommation d'énergie de l'appareil à volutes 20 pour une capacité donnée, ce qui permet d'utiliser des moteurs 40 plus petits et plus légers En ce qui concerne tous les autres points, l'invention représente donc un perfectionnement notable qui réduit le coût initial

et améliore le rendement global de l'appareil à volutes 20.

En outre, bien que l'invention soit représentée à titre d'exemple dans un appareil à volutes 20 utilisé dans des applications à des systèmes de réfrigération, il est évident que l'invention est utile dans toutes applications de l'appareil à volutes 20 à co-rotation, comprenant des pompes, des détendeurs, des moteurs entraînés par fluide et d'autres applications, avec les mêmes améliorations de

performance et réduction de coût.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au système décrits

et représentés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1 Appareil à volutes à co-rotation, carac-

térisé en ce qu'il comporte un premier élément à volute ( 76) ayant une première plaque extrême ( 82) à volute, un premier enroulement en volute ( 80) comprenant une première partie en développante en saillie disposée sur la première plaque extrême, et un arbre ( 84) d'entraînement disposé sur la première plaque extrême, le premier élément à volute possédant en outre un premier moment; un second élément à volute ( 78) ayant une seconde plaque extrême ( 102) à volute, un second enroulement en volute ( 100) comprenant une seconde partie en développante en saillie disposée sur la seconde plaque extrême, le second élément à volute possédant en outre un second moment, la seconde partie en

développante coopérant avec la première partie en dévelop-

pante pour définir une ligne phio; un moyen ( 130) d'accouplement produisant un moment modérateur, destiné à accoupler le premier élément à volute au second élément à volute, le moyen d'accouplement produisant en outre un moment modérateur destiné à renforcer la stabilité à la nutation de l'appareil à volutes, et des moyens ( 40)

destinés à faire tourner le premier élément à volute.

2 Appareil à volutes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'accouplement présente en outre un centre de gravité disposé à un angle phi 3 par

rapport à ladite ligne phio.

3 Appareil à volutes selon la revendication 2, caractérisé en ce que le centre de gravité du moyen d'accouplement est disposé radialement à une distance r

d'un axe central C de l'appareil à volutes.

4 Appareil à volutes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accouplement comporte en outre une masse ma ( 140) de production de moment appliquée à cet accouplement. Appareil à volutes selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite masse ma est disposée de façon

à former un angle phi 4 avec la ligne phio.

6 Appareil à volutes à co-rotation, carac-

térisé en ce qu'il comporte une enveloppe hermétique ( 22) ayant une partie à pression d'aspiration contenant un fluide à la pression d'aspiration, un premier élément à volute ( 76) disposé dans la partie à pression d'aspiration et ayant une première plaque extrême ( 82) à volute

présentant une périphérie extérieure, un premier enroule-

ment en volute ( 80) comprenant une première partie en développante en saillie disposée sur la première plaque extrême, et un arbre d'entraînement ( 84) ayant un premier axe de rotation D disposé sur la première plaque extrême; un second élément à volute ( 78) disposé dans la partie à pression d'aspiration et ayant une seconde plaque extrême ( 102) à volute un second enroulement en volute ( 100) comprenant une seconde partie en développante en saillie

disposée sur la seconde plaque extrême, le second enroule-

ment en volute définissant en outre une ligne phio avec le premier enroulement, un arbre fou ( 104) disposé sur la seconde plaque extrême et ayant un second axe de rotation I décalé du premier axe de rotation D d'une distance de décalage O, le second élément à volute coopérant en outre avec le premier élément à volute de façon à définir une ligne phio et un axe central C qui est en outre parallèle au premier axe D et au second axe I et équidistant entre eux; un moyen d'accouplement ( 130) produisant un moment modérateur, destiné à accoupler le premier élément à volute au second élément à volute et comprenant en outre un centre de gravité Cg disposé de façon à former un angle phi 3 avec la ligne phio pour produire un moment modérateur

destiné à renforcer la stabilité à la nutation de l'ap-

pareil à volutes, des moyens ( 110, 112) destinés à

supporter en rotation l'arbre fou dans la partie d'aspira-

tion de l'enveloppe hermétique; et des moyens ( 40) destinés à faire tourner l'arbre d'entraînement de la

première volute.

7 Appareil à volutes selon la revendication 6, caractérisé en ce que le centre de gravité du moyen d'accouplement est disposé radialement à une distance r de l'axe central C. 8 Appareil à volutes selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'accouplement comprend en outre une masse ma ( 140) de production de moment appliquée audit accouplement. 9 Appareil à volutes selon la revendication 8, caractérisé en ce que la masse ma est disposée sous un

angle (phi 4).

10 Appareil à volutes selon la revendication 9, caractérisé en ce que la masse ma est disposée à une distance b de l'axe central C. 11 Appareil à volutes selon la revendication , caractérisé en ce que la masse ma de production de

moment est appliquée mécaniquement à l'accouplement.

12 Appareil à volutes selon la revendication , caractérisé en ce que la masse de production de moment

est réalisée d'une seule pièce avec l'accouplement.

13 Système de réfrigération destiné à faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit en boucle fermée, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur ( 60) destiné à condenser un fluide réfrigérant en un état liquide; un dispositif détendeur ( 64) destiné à recevoir le fluide réfrigérant liquide provenant du condenseur et à le détendre; un évaporateur ( 68) destiné à recevoir le fluide réfrigérant provenant du dispositif détendeur et à l'évaporer à l'état de vapeur; un compresseur ( 20) destiné à recevoir le fluide réfrigérant de l'évaporateur, à le comprimer et à l'envoyer au condenseur, le compresseur comportant une enveloppe hermétique ( 22) ayant une partie à pression d'aspiration destinée à contenir un fluide à la pression d'aspiration; un premier élément à volute ( 76) disposé dans la partie à pression d'aspiration et ayant une première plaque extrême ( 82) à volute présentant une périphérie extérieure, un premier enroulement en volute ( 80) comprenant une première partie en développante en saillie disposée sur la première plaque extrême, et un arbre d'entraînement ( 84) ayant un premier axe de rotation D disposé sur ladite première plaque extrême; un second élément à volute ( 78) disposé dans la partie à pression d'aspiration et ayant une seconde plaque extrême ( 102) à volute, un second enroulement en volute ( 100) comprenant une seconde partie en développante en saillie disposée sur la seconde plaque extrême, le second enroulement en volute comprenant en outre un arbre fou ( 104) disposé sur la seconde plaque extrême et ayant un second axe de rotation I décalé du premier axe de rotation D d'une distance de décalage O, le second élément à volute coopérant en outre avec le premier élément à volute pour définir une ligne phio et un axe central C qui est en outre parallèle audit premier axe D et audit second axe I et qui est équidistant entre eux; un moyen d'accouplement ( 130) produisant un moment modérateur, destiné à accoupler le premier élément à volute au second élément à volute, le moyen d'accouplement comprenant en outre un centre de gravité Cg disposé à un angle phi 3 par rapport à la ligne phio pour produire un moment modérateur destiné à renforcer la stabilité à la nutation de l'appareil à volutes; des moyens ( 110, 112) destinés à supporter en rotation l'arbre fou dans la partie d'aspiration de l'enveloppe hermétique, et des moyens ( 40) destinés à faire tourner l'arbre d'entraînement de la

première volute.

14 Procédé pour renforcer la stabilité à la nutation d'un appareil à volutes à co-rotation ayant un premier élément à volute ( 76) présentant un premier moment d'inclinaison de volute et un second élément à volute ( 78) en enclenchement imbriqué avec le premier élément à volute, le second élément à volute possédant un second moment d'inclinaison de volute, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le moment d'inclinaison de la première volute, à déterminer le moment d'inclinaison de la seconde volute, et à engager le premier élément à volute et le second élément à volute avec un accouplement ( 130) ayant un centre de gravité Cg disposé de façon à produire un

moment modérateur.

Procédé pour renforcer la stabilité à la nutation d'un appareil à volutes à co-rotation ayant un premier élément à volute ( 76) présentant un premier axe D pour une rotation en passant par un cycle de positions angulaires, le premier élément à volute comprenant un premier enroulement en volute en développante ( 80), et un second élément à volute ( 78) ayant un second axe I pour une rotation passant par ledit cycle de positions angulaires, le second élément à volute comprenant un second enroulement en volute en développante ( 100) destiné à être enclenché de façon imbriquée avec le premier enroulement en volute, le premier élément à volute générant un premier moment d'inclinaison de volute et le second élément à volute générant un second moment d'inclinaison de volute, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer une ligne phio suivant laquelle les premier et second enroulements en volutes forment une première chambre, à déterminer un moment d'inclinaison instantané agissant sur

le premier élément à volute dans chaque position an-

gulaire; à déterminer à partir des moments d'inclinaison instantanés agissant sur le premier élément à volute, un premier moment maximal d'inclinaison pour le premier élément à volute et une position angulaire dans laquelle agit le premier moment maximal d'inclinaison; à déterminer un angle phi 3 à partir de phio, auquel peut être disposée une masse mc destinée à produire un moment modérateur du premier moment maximal d'inclinaison; et à engager le premier élément à volute et le second élément à volute à l'aide d'un moyen d'accouplement ( 130) produisant un moment modérateur, ayant une masse m en un centre de gravité Cg

disposé audit angle phi 3.

16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à déterminer un moment d'inclinaison instantané agissant sur le second élément à volute dans chaque position angulaire, et à déterminer, à partir du moment d'inclinaison instantané agissant sur le second élément à volute, un second moment maximal d'inclinaison pour le second élément à volute et une position angulaire dans laquelle agit le second moment

maximal d'inclinaison.

17 Procédé selon la revendication 16,

caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consis-

tant à déterminer un angle phi 4 à partir de phio, auquel peut être disposée une masse ma ( 130) destinée à produire

un moment modérateur du premier moment maximal d'in-

clinaison et du second moment maximal d'inclinaison.