FR2984424A1 - Compresseur frigorifique a spirales a vitesse variable - Google Patents

Abstract

Ce compresseur comprend une enceinte étanche (2) contenant un étage de compression (7), un moteur électrique ayant un stator (21) et un rotor (22), une pompe à huile (36), couplée en rotation au rotor (22), comprenant un orifice d'entrée d'huile relié à un carter d'huile (38), et des moyens de commande (48) agencés pour commander le fonctionnement du moteur selon un mode de démarrage dans lequel le rotor (22) est entraîné en rotation à une première vitesse de rotation comprise dans une première plage de vitesse, et un mode de fonctionnement normal dans lequel le rotor (22) est entraîné en rotation à une deuxième vitesse de rotation comprise dans une deuxième plage de vitesse supérieure à la première plage de vitesse. Le compresseur comprend un dispositif d'injection d'huile comportant un conduit d'injection d'huile (44) relié à un premier orifice de sortie d'huile (39) de la pompe à huile (36) et agencé pour alimenter en huile l'étage de compression (7).

Description

La présente invention concerne un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable. Le document FR 2 885 966 décrit un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, encore connu sous le terme de compresseur Scroll, 5 comprenant une enceinte étanche contenant un étage de compression, un moteur électrique équipé d'un stator et d'un rotor, un arbre d'entraînement couplée en rotation au rotor du moteur électrique, l'arbre d'entraînement comprenant une première extrémité agencée pour entraîner en mouvement une partie mobile de l'étage de compression, et une deuxième extrémité 10 couplée en rotation à une pompe à huile agencée pour alimenter, à partir d'huile contenue dans un carter situé dans la partie inférieure de l'enceinte, un conduit de lubrification ménagé dans la partie centrale de l'arbre d'entraînement. Le conduit de lubrification comporte des orifices de lubrification au niveau de différents paliers de guidage de l'arbre d'entraînement. 15 Lors d'un arrêt prolongé d'un tel compresseur, le fluide frigorigène présent à l'intérieur du compresseur peut se condenser notamment sur les pièces formant l'étage de compression et les paliers de guidage de l'arbre d'entraînement, et provoquer ainsi un dégraissage de ces différentes pièces. Un tel dégraissage implique, lors du redémarrage du compresseur, des efforts 20 importants notamment entre les pièces formant l'étage de compression, et entre l'arbre d'entraînement et les paliers de guidage de ce dernier, ce qui entraîne une usure importante et prématurée de ces différentes pièces, et également des phénomènes de vibration. De plus, un démarrage dit « à sec », très préjudiciable pour le compresseur, ne peut être évité si le dégraissage est 25 total ou quasi total. Cette usure est d'autant plus importante que, lors de la mise en marche d'un tel compresseur, le rotor est entraîné en rotation à haute vitesse, ce qui génère d'importants efforts au niveau des pièces précédemment évoquées. 30 Le document US 5 253 481 décrit une solution pour limiter l'usure de ces différentes pièces lors d'un redémarrage du compresseur après un arrêt prolongé de ce dernier. Cette solution consiste à prévoir une phase de démarrage du compresseur à très faible vitesse, préalablement à une phase de fonctionnement normal du compresseur. 35 Ainsi, le document US 5 253 481 décrit un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable comprenant notamment des moyens de commande agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon au moins un mode de démarrage dans lequel le rotor du moteur électrique est entraîné en rotation à une première vitesse de rotation comprise dans une première plage de vitesse, et un mode de fonctionnement normal dans lequel le rotor est entraîné en rotation à une deuxième vitesse de rotation comprise dans une deuxième plage de vitesse supérieure à la première plage de vitesse. La première vitesse de rotation est de l'ordre d'un tour par seconde afin d'assurer d'une part une circulation du fluide frigorigène à l'intérieur du compresseur et un refoulement du fluide frigorigène en excès à l'extérieur du compresseur, et d'autre part une alimentation en huile du conduit de lubrification de l'arbre d'entraînement, et ce sans engendrer d'efforts importants sur les pièces formant l'étage de compression et sur les paliers de guidage. Lors de sa circulation dans le compresseur, le fluide frigorigène, légèrement chargé en huile, participe à une légère lubrification des pièces du compresseur avec lesquelles il entre en contact. En outre, le conduit de lubrification de l'arbre d'entraînement participe à la lubrification notamment des paliers de guidage. Le compresseur décrit dans le document US 5 253 481 permet 20 ainsi d'éviter tout risque de démarrage dit « à sec » du compresseur, et de limiter les phénomènes de vibration. Toutefois, du fait de l'entraînement à faible vitesse du rotor, la pompe à huile ne permet pas une injection importante d'huile dans le conduit de lubrification ménagé à l'intérieur de l'arbre d'entraînement. 25 De ce fait, durant le mode de démarrage, les pièces constitutives de l'étage de compression ne sont pas ou alors sont très peu lubrifiées, ce qui conduit nécessairement à la génération d'efforts importants sur ces pièces dans la première phase du mode de fonctionnement normal. Il en résulte une usure prématurée des pièces formant l'étage de compression. 30 La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable qui soit de structure simple et économique, tout en limitant les risques d'usure prématurée du compresseur. 35 A cet effet, la présente invention concerne un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, comprenant : - une enceinte étanche contenant un étage de compression, - un carter d'huile logé dans la partie inférieure de l'enceinte étanche, - un moteur électrique ayant un stator et un rotor, - une pompe à huile couplée en rotation au rotor du moteur électrique, la pompe à huile comprenant un orifice d'entrée d'huile relié au carter d'huile du compresseur et au moins un premier orifice de sortie d'huile, et - des moyens de commande agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon au moins un mode de démarrage dans lequel le rotor du moteur électrique est entraîné en rotation à une première vitesse de rotation comprise dans une première plage de vitesse, et un mode de fonctionnement normal dans lequel le rotor est entraîné en rotation à une deuxième vitesse de rotation comprise dans une deuxième plage de vitesse, la deuxième plage de vitesse étant supérieure à la première plage de vitesse, caractérisé en ce que le compresseur comprend un dispositif d'injection d'huile comportant au moins un conduit d'injection d'huile relié au premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile et agencé pour alimenter 20 en huile l'étage de compression du compresseur. La présence d'un tel dispositif d'injection d'huile assure, durant la phase de démarrage du compresseur, une lubrification satisfaisante des pièces de l'étage de compression, et ce malgré une faible vitesse de rotation du rotor, et donc de la pompe à huile. Par conséquent, le dispositif d'injection permet de 25 limiter les efforts appliqués sur les pièces formant l'étage de compression durant la première phase du mode de fonctionnement normal du compresseur. Il doit être noté que le mode de démarrage est utilisé quelles que soient les conditions environnantes du compresseur, et n'est pas limité aux conditions de basse température par exemple. 30 Le dispositif d'injection limite ainsi fortement les risques d'usure prématurée du compresseur. De façon avantageuse, la première vitesse de rotation est sensiblement constante. Selon un mode de réalisation de l'invention, la première vitesse de 35 rotation est comprise entre 2 et 10 % de la vitesse de rotation maximale continue du moteur électrique.

Les paliers et le corps supportant l'étage de compression ont une certaine capacité à fonctionner sans huile. Cette capacité est fonction de leur taille, leur matériau, et des efforts qu'ils doivent supporter. Connaissant les efforts maximum, il est donc aisé de déduire la vitesse à partir de laquelle, un apport d'huile est nécessaire. Cette capacité intrinsèque des paliers et du corps permet de fixer la valeur basse de la première plage de vitesse (2%). Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième vitesse de rotation est comprise entre 12,5 et 100 % de la vitesse de rotation maximale continue du moteur électrique, et avantageusement entre 15 et 100% de la 10 vitesse de rotation maximale continue du moteur électrique. De façon préférentielle, la deuxième vitesse de rotation varie dans la deuxième plage de vitesse. Selon un mode de réalisation, la deuxième vitesse de rotation varie d'une valeur minimale à une valeur maximale. La deuxième vitesse de rotation peut varier de la valeur minimale à la valeur 15 maximale par exemple de manière continue ou par palier. Selon une première variante de réalisation de l'invention, les moyens de commande sont agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage pendant une période de temps prédéterminée. 20 La période de temps est de préférence prédéterminée de manière à assurer un écoulement d'huile au niveau de l'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile. La période de temps est avantageusement comprise entre 30 et 120 secondes, et est par exemple d'environ 60 secondes. La période de temps peut être exceptionnellement 25 portée jusqu'à environ 600 secondes en cas d'arrêt prolongé du compresseur supérieur à 24h ou de coupure d'alimentation électrique. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, les moyens de commande comportent des moyens de contrôle agencés pour faire varier une valeur représentative du couple de sortie du moteur électrique de 30 manière à maintenir la première vitesse de rotation sensiblement constante pendant le mode de démarrage, les moyens de commande étant agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que la valeur représentative du couple de sortie du moteur électrique devienne inférieure à une valeur de courant prédéterminée. 35 Avantageusement, les moyens de commande comportent des moyens de contrôle agencés pour faire varier la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique de manière à maintenir la première vitesse de rotation sensiblement constante pendant le mode de démarrage, les moyens de commande étant agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique devienne inférieure à une valeur de courant prédéterminée. Selon une troisième variante de réalisation de l'invention, le compresseur comprend des moyens de détermination du couple de sortie du moteur électrique, et les moyens de commande sont agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que le couple de sortie déterminé par les moyens de détermination devienne inférieur à une valeur de couple prédéterminée. Selon une quatrième variante de réalisation de l'invention, le compresseur comprend des moyens de détermination de l'écart entre la fréquence d'alimentation électrique du moteur électrique et la fréquence de rotation du rotor, et les moyens de commande sont agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que l'écart déterminé par les moyens de détermination devienne inférieur à une valeur prédéterminée.

De façon avantageuse, le compresseur comprend un arbre d'entraînement couplé en rotation au rotor du moteur électrique et agencé pour entraîner en rotation la pompe à huile, la pompe à huile comprenant un deuxième orifice de sortie d'huile relié à un conduit de lubrification ménagé dans la partie centrale de l'arbre d'entraînement.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'arbre d'entraînement comprend une première extrémité agencée pour entraîner une partie mobile de l'étage de compression, et une deuxième extrémité couplée en rotation à la pompe à huile. L'arbre d'entraînement comprend de préférence des orifices de lubrification débouchant respectivement d'une part dans le conduit de lubrification et d'autre part dans la surface extérieure de l'arbre d'entraînement. Chaque orifice de lubrification débouche avantageusement au niveau d'un palier de guidage de l'arbre d'entraînement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enceinte étanche comporte un volume d'aspiration et un volume de compression disposés 35 respectivement de part et d'autre d'un corps contenu dans l'enceinte étanche, le volume d'aspiration comportant le carter d'huile et le volume de compression comportant l'étage de compression, l'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile débouchant dans le volume de compression. Avantageusement, l'étage de compression comprend une volute fixe et une volute mobile entraînée suivant un mouvement orbital, la volute fixe étant équipée d'une spirale engagée dans une spirale de la volute mobile, la volute mobile prenant appui contre le corps séparant les volumes de compression et d'aspiration. Préférentiellement, la portion d'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile est insérée dans un alésage 10 traversant ménagé dans le corps séparant les volumes de compression et d'aspiration. Avantageusement, chaque conduit d'injection d'huile comprend un organe d'étranglement, tel qu'une buse d'injection, monté à l'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile. 15 De préférence, le dispositif d'injection d'huile comporte une pluralité de conduits d'injection d'huile. De façon avantageuse, chaque conduit d'injection d'huile présente une section transversale sensiblement constante. De préférence, chaque conduit d'injection d'huile est une tubulure souple ou rigide. Chaque conduit 20 d'injection s'étend avantageusement à l'intérieur de l'enceinte du compresseur. De préférence, la pompe à huile est une pompe volumétrique, par exemple à engrenages. Selon une première alternative de réalisation de l'invention, le dispositif d'injection d'huile comprend en outre un conduit de retour d'huile relié 25 au premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile et destiné à retourner l'huile dans le carter d'huile du compresseur, et chaque conduit d'injection d'huile et le conduit de retour d'huile sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans chaque conduit d'injection d'huile sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile 30 traversant ledit conduit d'injection d'huile, et les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile sont principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile traversant le conduit de retour d'huile. Selon un mode de réalisation, chaque conduit d'injection d'huile et 35 le conduit de retour d'huile sont configurés de telle sorte que les pertes de charge dans chaque conduit d'injection d'huile peuvent par exemple être inférieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile lorsque la vitesse de rotation du rotor est inférieure à une première valeur prédéterminée appartenant à la deuxième plage de vitesse, et de telle sorte les pertes de charge dans chaque conduit d'injection d'huile sont supérieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile lorsque la vitesse de rotation du rotor est supérieure à une deuxième valeur prédéterminée appartenant à la deuxième plage de vitesse, la deuxième valeur prédéterminée étant supérieure ou identique à la première valeur prédéterminée. Le dispositif d'injection d'huile comprend de préférence un raccord comportant au moins un orifice d'entrée d'huile alimenté en huile par un conduit d'alimentation relié au premier orifice de sortie de la pompe à huile, un premier orifice de sortie d'huile relié à l'au moins un conduit d'injection d'huile, et un deuxième orifice de sortie d'huile relié au conduit de retour d'huile. Le raccord peut par exemple être logé dans l'enceinte étanche du compresseur.

Selon une deuxième alternative de réalisation de l'invention, le dispositif d'injection d'huile comprend une électrovanne comportant un corps monté sur l'enceinte étanche et un noyau logé dans le corps de l'électrovanne, le corps de l'électrovanne comportant au moins un orifice d'entrée d'huile alimenté en huile par un conduit d'alimentation relié au premier orifice de sortie de la pompe à huile, un premier orifice de sortie d'huile relié à au moins un conduit d'injection d'huile débouchant dans l'étage de compression, et un deuxième orifice de sortie d'huile débouchant dans l'enceinte étanche, le noyau étant mobile, sous l'effet d'un champ magnétique, entre une position de fermeture du deuxième orifice de sortie d'huile dans laquelle la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile est dirigée vers le premier orifice de sortie d'huile, et une position d'ouverture du deuxième orifice de sortie d'huile dans laquelle la totalité ou sensiblement la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile est dirigée vers le deuxième orifice de sortie d'huile.

Le compresseur comprend avantageusement des moyens de contrôle agencés pour déplacer le noyau de l'électrovanne entre ses positions d'ouverture et de fermeture en fonction de la vitesse de rotation du rotor du moteur électrique. Les moyens de contrôle sont de préférence agencés pour déplacer le noyau de l'électrovanne dans sa position d'ouverture lorsque la vitesse du rotor est supérieure à une valeur prédéterminée appartenant à la deuxième plage de vitesse.

De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce compresseur. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur 5 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Figure 2 est une vue à l'échelle agrandie d'un détail de la figure 1. Figure 3 est une vue en coupe, à échelle agrandie, de la pompe volumétrique du dispositif d'injection de la figure 1. Figure 4 est un diagramme représentant la vitesse de rotation du 10 moteur du compresseur de la figure 1 en fonction du temps. Figure 5 est une vue en coupe d'une électrovanne appartenant à un compresseur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Figure 6 est une vue partielle en coupe d'un compresseur selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 15 La figure 1 décrit un compresseur frigorifique à spirales occupant une position verticale. Toutefois, le compresseur selon l'invention, pourrait occuper une position inclinée, ou une position horizontale, sans que sa structure soit modifiée d'une manière significative. Le compresseur représenté à la figure 1 comprend une enceinte 20 étanche délimitée par une virole 2 dont les extrémités supérieure et inférieure sont fermées respectivement par un couvercle 3 et une embase 4. L'assemblage de cette enceinte peut être réalisé notamment au moyen de cordons de soudure. La partie intermédiaire du compresseur est occupée par un corps 5 25 qui délimite deux volumes, un volume d'aspiration situé en dessous du corps 5, et un volume de compression disposé au-dessus de celui-ci. La virole 2 comprend une entrée de fluide frigorigène 6 débouchant dans le volume d'aspiration pour réaliser l'amenée de fluide frigorigène au compresseur. Le corps 5 sert au montage d'un étage de compression 7 du fluide 30 frigorigène. Cet étage de compression 7 comprend une volute fixe 8 comportant un plateau 9 à partir duquel s'étend une spirale fixe 10 tournée vers le bas, et une volute mobile 11 comportant un plateau 12 prenant appui contre le corps 5 et à partir duquel s'étend une spirale 13 tournée vers le haut. Les deux spirales 10 et 13 des deux volutes s'interpénètrent pour ménager des 35 chambres de compression 14 à volume variable.

Le compresseur comprend en outre un conduit de refoulement 15 ménagé dans la partie centrale de la volute fixe 8. Le conduit de refoulement 15 comprend une première extrémité débouchant dans la chambre de compression centrale et une seconde extrémité destinée à être mise en communication avec une chambre de refoulement 16 à haute pression ménagée dans l'enceinte du compresseur. La chambre de refoulement 16 est délimitée en partie par une plaque de séparation 17 montée sur le plateau 9 de la volute fixe 8 de manière à entourer le conduit de refoulement 15. Le compresseur comprend également une sortie de fluide 10 frigorigène 18 débouchant dans la chambre de refoulement 16. Le compresseur comprend en outre un dispositif antiretour 19 monté sur le plateau 9 de la volute fixe 8 au niveau de la seconde extrémité du conduit de refoulement 15, et comportant notamment un clapet de refoulement mobile entre une position d'obturation empêchant une mise en communication 15 du conduit de refoulement 15 et de la chambre de refoulement 16, et une position de libération autorisant une mise en communication du conduit de refoulement 15 et de la chambre de refoulement 16. Le clapet de refoulement est conçu pour être déplacé dans sa position de libération lorsque la pression dans le conduit de refoulement 15 dépasse la pression dans la chambre de 20 refoulement 16 d'une première valeur prédéterminée correspondant sensiblement à la pression de réglage du clapet de refoulement. Le compresseur comprend un moteur électrique triphasé disposé dans le volume d'aspiration. Le moteur électrique comprend un stator 21 au centre duquel est disposé un rotor 22. Le rotor 22 est solidaire d'un arbre 25 d'entraînement 23 dont l'extrémité supérieure est désaxée à la façon d'un vilebrequin. Cette partie supérieure est engagée dans un manchon ou douille 24, que comporte la volute mobile 11. Lors de son entraînement en rotation par le moteur, l'arbre d'entraînement 23 entraîne la volute mobile 11 suivant un mouvement orbital. L'arbre d'entraînement 23 comprend un conduit de 30 lubrification 25 ménagé dans sa partie centrale. Le conduit d'alimentation 25 est désaxé et s'étend de préférence sur toute la longueur de l'arbre d'entraînement 23. L'arbre d'entraînement 23 comprend en outre des orifices de lubrification débouchant respectivement d'une part dans le conduit de lubrification 25 et d'autre part dans la surface extérieure de l'arbre 35 d'entraînement. De préférence, l'arbre d'entraînement 23 comprend un orifice de lubrification au niveau de chaque palier de guidage de l'arbre d'entraînement. Le compresseur comprend également une enveloppe intermédiaire 26 entourant le stator 21. L'extrémité supérieure de l'enveloppe intermédiaire 26 est fixée sur le corps 5 séparant les volumes d'aspiration et de compression, de telle sorte que l'enveloppe intermédiaire 26 sert à la fixation du moteur électrique. L'enveloppe intermédiaire 26 délimite d'une part un volume externe annulaire 27 avec l'enceinte étanche et d'autre part un volume interne 28 contenant le moteur électrique.

Le compresseur comprend de plus une pièce de centrage 29, fixée sur l'enceinte étanche au moyen d'une pièce de fixation 31, munie d'un palier de guidage 32 agencé pour guider la portion d'extrémité inférieure de l'arbre d'entraînement 23. L'extrémité inférieure de l'enveloppe intermédiaire 26 repose sur la pièce de centrage 29 de telle sorte que la pièce de centrage obture sensiblement la totalité de l'extrémité inférieure de l'enveloppe intermédiaire. Le compresseur comporte également un dispositif de séparation d'huile monté sur la paroi extérieure de l'enveloppe intermédiaire 26. Le dispositif de séparation d'huile comporte au moins un canal de circulation de fluide frigorigène 33, et par exemple deux canaux de circulation de fluide frigorigène 33. Chaque canal de circulation de fluide frigorigène 33 comporte une ouverture d'entrée de fluide frigorigène 34 débouchant dans le volume externe annulaire 27 et une ouverture de sortie de fluide frigorigène débouchant dans le volume interne 28.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ouverture de sortie de fluide frigorigène débouche au niveau d'une fenêtre 35 ménagée dans l'enveloppe intermédiaire 26 de manière à mettre en communication le canal de circulation de fluide frigorigène 33 et le volume interne 28 délimité par l'enveloppe intermédiaire 26.

De façon avantageuse, l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène 34 est décalée axialement par rapport à l'entrée de fluide frigorigène 6, et est située à proximité de l'extrémité du moteur électrique tournée vers l'étage de compression 7. Le compresseur est configuré de telle sorte qu'en conditions 35 d'utilisation, un écoulement de fluide frigorigène circule à travers l'entrée de fluide frigorigène 6, le volume externe annulaire 27, le canal de circulation de fluide frigorigène 33, la fenêtre 35, le volume interne 28, l'étage de compression 7, le conduit de refoulement 15, le dispositif antiretour 19, la chambre de refoulement 16 et la sortie de fluide frigorigène 18. Le compresseur comprend en outre une pompe à huile 36 logée dans la partie inférieure de l'enceinte étanche. La pompe à huile 36 est couplée en rotation à l'extrémité inférieure de l'arbre d'entraînement 23. La pompe à huile 36 est avantageusement une pompe volumétrique, par exemple à engrenages. La pompe à huile 36 comprend un orifice d'entrée d'huile 37 10 débouchant dans un carter d'huile 38 délimité en partie par l'embase 4 et la virole 2, un premier orifice de sortie d'huile 39 et un deuxième orifice de sortie d'huile 40. Le deuxième orifice de sortie d'huile 40 est relié au conduit de lubrification 25 ménagé dans la partie centrale de l'arbre d'entraînement 23. La 15 pompe à huile 36 est ainsi agencée pour alimenter en huile le conduit de lubrification 25 à partir d'huile contenue dans le carter d'huile 38. Le compresseur comprend un dispositif d'injection d'huile comportant un raccord 41 logé dans l'enceinte étanche du compresseur. Le raccord 41 comporte, comme montré plus particulièrement sur la figure 2, un 20 orifice d'entrée d'huile 42 alimenté en huile par un conduit d'alimentation 43 relié au premier orifice de sortie d'huile 39 de la pompe à huile 36, un premier orifice de sortie d'huile 43 relié à un conduit d'injection d'huile 44 destiné à alimenter en huile l'étage de compression 7, et un deuxième orifice de sortie d'huile 45 relié à un conduit de retour d'huile 46 destiné à retourner l'huile dans 25 le carter d'huile 38. La pompe à huile 36 est ainsi également agencée pour alimenter en huile l'étage de compression 7 via le conduit d'alimentation 43 et le conduit d'injection d'huile 44. L'orifice d'entrée d'huile 42 est relié aux orifices de sortie d'huile 43, 45 par une chambre de liaison 47 ménagée dans le raccord 41. 30 Avantageusement, le dispositif d'injection d'huile comporte un deuxième conduit d'injection d'huile 44. Selon un mode de réalisation de l'invention, le raccord 41 comporte un deuxième orifice de sortie d'huile 43 débouchant dans la chambre de liaison 47 et connecté au deuxième conduit d'injection 44. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les deux 35 conduits d'injection d'huile 44 sont reliés au même orifice de sortie 43 par l'intermédiaire d'une portion de conduit.

La portion d'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile 44 opposée à la pompe à huile 36 est insérée dans un alésage traversant 50 ménagé dans le corps 5 séparant les volumes de compression et d'aspiration. Chaque conduit d'injection d'huile 44 comporte une tubulure d'injection présentant une section transversale sensiblement constante. Les conduits d'injection d'huile 44 sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans chaque conduit d'injection d'huile 44 sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile dans ledit conduit d'injection d'huile 44. Ainsi, chaque conduit d'injection d'huile 44 comprend en outre un organe d'étranglement, tel qu'une buse d'injection, monté à l'extrémité de la tubulure d'injection respective opposée à la pompe à huile 36. De façon avantageuse, le conduit de retour d'huile 46 est formé par une tubulure présentant une section transversale sensiblement constante. Les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile 46 sont quant à elles principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile dans le conduit de retour d'huile 46. Le compresseur comporte de plus des moyens de commande 48 agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon au moins un mode de démarrage dans lequel le rotor du moteur électrique est entraîné en rotation à une première vitesse de rotation V1 comprise dans une première plage de vitesse, et un mode de fonctionnement normal dans lequel le rotor est entraîné en rotation à une deuxième vitesse de rotation V2 comprise dans une deuxième plage de vitesse supérieure à la première plage de vitesse. La première vitesse de rotation V1 est de préférence constante, et avantageusement comprise entre 2 et 10 % de la vitesse de rotation maximale continue du moteur électrique. La deuxième vitesse de rotation V2 est de préférence variable, et 30 varie avantageusement dans la deuxième plage de vitesse. La deuxième vitesse de rotation peut varier entre une valeur minimale et une valeur maximale par exemple de manière continue ou par palier. Comme montré sur la figure 4, les moyens de commande sont agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le 35 mode de démarrage pendant une période de temps P prédéterminée.

La période de temps P est par exemple prédéterminée de manière à assurer un écoulement d'huile au niveau de l'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile 44 opposée à la pompe à huile 36. La période de temps P est avantageusement comprise entre 30 et 120 secondes, et est par exemple égale à environ 60 secondes. Le fonctionnement du compresseur à spirales va maintenant être décrit. Lorsque le compresseur à spirales selon l'invention est mis en marche, les moyens de commande 48 commandent le moteur électrique selon le mode de démarrage de telle sorte que le rotor 22 est entraîné en rotation à la première vitesse de rotation V1, c'est-à-dire à faible vitesse. Le rotor 22 entraîne alors en rotation l'arbre d'entraînement 23 de telle sorte que la pompe à huile 36 alimente, à partir d'huile contenue dans le carter 38, le conduit d'alimentation 43 et le conduit de lubrification 25. L'huile circulant dans le conduit de lubrification 25 pénètre ensuite dans les orifices de lubrification ménagés dans l'arbre d'entraînement 23 de manière à lubrifier les paliers de guidage de l'arbre d'entraînement. L'huile circulant dans le conduit d'alimentation 43 pénètre ensuite dans l'orifice d'entrée d'huile 42 du raccord 41. Le rotor 22 étant piloté selon le mode de démarrage, la vitesse de rotation du rotor, et donc de la pompe à huile 36, est faible. Ainsi, les pertes de charge dans chaque conduit d'injection d'huile 44 sont peu élevées. De ce fait, une proportion importante de l'huile ayant pénétrée dans le raccord 41 est dirigée vers les premier et second conduits d'injection 44 via la chambre de liaison 47 et le premier orifice de sortie 43. Enfin, l'huile est injectée dans l'étage de compression 7 par l'intermédiaire des buses d'injection montées aux extrémités des conduits d'injection 44. Il doit être noté que l'extrémité d'au moins l'un des conduits d'injection d'huile 44 opposée à la pompe à huile 36 est recouverte par la volute mobile 11 pendant au moins une partie du mouvement orbital de cette dernière. Ainsi, l'huile injectée dans l'étage de compression 7 assure une lubrification de l'interface entre le corps 5 et la volute mobile 11. Ainsi, lorsque le moteur électrique fonctionne selon le mode de démarrage, le dispositif d'injection d'huile et le conduit de lubrification assurent une parfaite lubrification des pièces de l'étage de compression et des paliers de guidage.

En outre, étant donné que la première vitesse de rotation V1 est très faible par rapport à une vitesse normale de fonctionnement du moteur, les forces exercées notamment sur les volutes fixes et mobiles de l'étage de compression sont peu élevées durant le fonctionnement du moteur selon le mode de démarrage. Par conséquent, la combinaison des moyens de commande et du 5 dispositif d'injection assure, lors du démarrage du compresseur, une parfaite lubrification des pièces de l'étage de compression et des paliers de guidage, tout en limitant les risques d'usure de ces pièces. Dès que la période de temps P est terminée, les moyens de commande 48 commandent le fonctionnement du moteur selon le mode de 10 fonctionnement normal de telle sorte que le rotor 22 est entraîné en rotation à la deuxième vitesse de rotation V2, c'est-à-dire à haute vitesse. A une telle vitesse de rotation du rotor, les forces exercées sur les pièces de l'étage de compression sont importantes. Toutefois, du fait de la bonne lubrification des ces pièces lors de la phase de démarrage du compresseur, l'usure de ces 15 pièces est fortement limitée. Au fur et à mesure que la vitesse du compresseur, et donc de la pompe à huile, augmente, la proportion d'huile entrant dans le raccord 41 par l'orifice d'entrée d'huile 42 et dirigée vers les conduits d'injection d'huile 44 diminue, tandis que la proportion d'huile alimentant le conduit de retour d'huile 20 46 et retournée dans le carter d'huile 38 du compresseur augmente, compte tenu du fait que les pertes de charge dans chaque conduit d'injection 44 augmentent beaucoup plus vite avec le débit traversant chaque conduit d'injection 44 que les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile 46. A haute vitesse du rotor, et donc de la pompe à huile, la majeur 25 partie de l'huile entrant dans le raccord 41 par l'orifice d'entrée d'huile 42 est dirigée vers le conduit de retour d'huile 46 via le second orifice de sortie d'huile 45, et tombe par gravité dans le carter d'huile 38. Par conséquent, le dispositif d'injection permet de limiter la quantité d'huile injectée dans l'étage de compression durant le fonctionnement normal 30 du compresseur, et donc de limiter le taux d'huile dans le fluide frigorigène à haute vitesse du compresseur. Il en résulte une amélioration des performances du compresseur à basse vitesse sans nuire à l'efficacité de celui-ci à grande vitesse. La figure 5 représente une vue partielle d'un compresseur selon un 35 deuxième mode de réalisation de l'invention qui diffère de celui représenté sur la figure 1 essentiellement en ce que le dispositif d'injection d'huile comprend une électrovanne 51 à la place du raccord 41. L'électrovanne 51 comporte un corps 52 monté sur l'enceinte étanche 2 du compresseur et un noyau 53 logé dans le corps 52. Le corps 52 de l'électrovanne comporte un orifice d'entrée d'huile 54 alimenté en huile par le conduit d'alimentation 43 relié au premier orifice de sortie 39 de la pompe à huile 36, un premier orifice de sortie d'huile 55 relié aux conduits d'injection d'huile 44, et un deuxième orifice de sortie d'huile 56 débouchant dans l'enceinte étanche. Le noyau est mobile, sous l'effet d'un champ magnétique, entre une position de fermeture du deuxième orifice de sortie d'huile 55 dans laquelle la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile 54 est dirigée vers le premier orifice de sortie d'huile 55, et une position d'ouverture du deuxième orifice de sortie d'huile 56 dans laquelle la totalité ou sensiblement la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile 54 est dirigée vers le deuxième orifice de sortie d'huile 56. L'orifice d'entrée d'huile 54 est relié aux orifices de sortie d'huile 55, 56 par une chambre de liaison 57 ménagée dans le corps de l'électrovanne 51. Selon ce deuxième mode de réalisation, le compresseur comprend des moyens de contrôle 58 agencés pour déplacer le noyau 53 de l'électrovanne entre ses positions d'ouverture et de fermeture en fonction de la vitesse de rotation du rotor du moteur électrique. Les moyens de contrôle 58 sont de préférence agencés pour déplacer le noyau 53 de l'électrovanne 51 dans sa position d'ouverture lorsque la vitesse du rotor 22 est supérieure à une valeur prédéterminée appartenant à la deuxième plage de vitesse.

Ainsi, tant que la vitesse de rotation du rotor 22 est inférieure à la valeur prédéterminée, le noyau 53 est maintenu dans sa position de fermeture et la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne 51 par l'orifice d'entrée d'huile 54 est dirigée vers l'étage de compression 7 via le premier orifice de sortie d'huile 55 et les conduits d'injection 44. Lorsque la vitesse de rotation du rotor 22 dépasse la valeur prédéterminée, les moyens de contrôle 58 déplacent le noyau 53 dans sa deuxième position et la totalité ou sensiblement la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne 51 par l'orifice d'entrée d'huile 54 est dirigée vers le deuxième orifice de sortie d'huile 56, et ce du fait qu'à haute vitesse, les pertes de charge ménagées dans le premier orifice de sortie d'huile 55 et dans chaque conduit d'injection 44 sont sensiblement supérieures à celles ménagées dans le deuxième orifice de sortie d'huile 56.

Par conséquent, le dispositif d'injection comportant l'électrovanne 51 assure une alimentation en huile de l'étage de compression 7 et un retour d'huile vers le carter d'huile 38 de manière similaire au dispositif d'injection représenté sur la figure 1.

Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens de commande 48 comportent des moyens de contrôle agencés pour faire varier la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique de manière à maintenir la première vitesse sensiblement constante pendant le mode de démarrage, les moyens de commande 48 étant agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique devienne inférieure à une valeur de courant prédéterminée. Lors du démarrage du compresseur, les pièces formant l'étage de compression 7 et les paliers de guidage de l'arbre d'entraînement 23 sont faiblement lubrifiées, si bien que les efforts appliqués sur ces pièces, et donc le couple résistant appliqué sur le rotor 22, sont quelque peu élevés. Le courant d'alimentation du moteur électrique doit ainsi être quelque peu élevé pour que le couple de sortie du moteur puisse contrer ce couple résistant, et assurer le maintien de la première vitesse de rotation à la valeur souhaitée. Au fur et à mesure de l'entraînement en rotation du rotor 22, le dispositif d'injection alimente en huile l'étage de compression, ce qui a pour effet d'améliorer la lubrification des pièces formant l'étage de compression, et donc de réduire d'une part les efforts appliqués sur ces dernières et d'autre part le couple résistant exercé sur le rotor 22. Par conséquent, les moyens de contrôle peuvent diminuer la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique afin d'assurer le maintien de la première vitesse de rotation à la valeur souhaitée. Dès que la valeur du courant devient inférieure à la valeur prédéterminée, qui est prédéterminée pour s'assurer d'une lubrification suffisante des pièces formant l'étage de compression et des paliers de guidage, les moyens de commande 48 commandent le passage au mode de fonctionnement normal durant lequel l'usure des pièces sera fortement limitée du fait notamment de la bonne lubrification des pièces formant l'étage de compression. La figure 6 représente une vue partielle d'un compresseur selon un troisième mode de réalisation de l'invention qui diffère de celui représenté sur 35 la figure 1 essentiellement en ce que l'extrémité de chaque alésage traversant 50 ménagé dans le corps 5 séparant les volumes de compression et d'aspiration est recouverte par la volute mobile 11 pendant l'intégralité du mouvement orbital de cette dernière. Selon ce mode de réalisation, la buse d'injection 51 de chaque conduit d'injection d'huile est située au niveau de l'extrémité de l'alésage traversant 50 correspondant opposée à la volute mobile 11. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce compresseur, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, comprenant : - une enceinte étanche (2) contenant un étage de compression (7), - un carter d'huile (38) logé dans la partie inférieure de l'enceinte étanche, - un moteur électrique ayant un stator (21) et un rotor (22), - une pompe à huile (36) couplée en rotation au rotor (22) du 10 moteur électrique, la pompe à huile (36) comprenant un orifice d'entrée d'huile (37) relié au carter d'huile (38) du compresseur et au moins un premier orifice de sortie d'huile (39), et - des moyens de commande (48) agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon au moins un mode de démarrage 15 dans lequel le rotor (22) du moteur électrique est entraîné en rotation à une première vitesse de rotation (V1) comprise dans une première plage de vitesse, et un mode de fonctionnement normal dans lequel le rotor (22) est entraîné en rotation à une deuxième vitesse de rotation (V2) comprise dans une deuxième plage de vitesse, la deuxième plage de vitesse étant supérieure 20 à la première plage de vitesse, caractérisé en ce que le compresseur comprend un dispositif d'injection d'huile comportant au moins un conduit d'injection d'huile (44) relié au premier orifice de sortie d'huile (39) de la pompe à huile (36) et agencé pour alimenter en huile l'étage de compression (7) du compresseur. 25
2. 2. Compresseur selon la revendication 1, dans lequel la première vitesse de rotation (V1) est sensiblement constante.
3. 3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les 30 moyens de commande (48) sont agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage pendant une période de temps prédéterminée (P).
4. 4. Compresseur selon la revendication 2, dans lequel les moyens 35 de commande (48) comportent des moyens de contrôle agencés pour faire varier la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique de manière àmaintenir la première vitesse de rotation (V1) sensiblement constante pendant le mode de démarrage, les moyens de commande (48) étant agencés pour commander le fonctionnement du moteur électrique selon le mode de démarrage jusqu'à ce que la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique devienne inférieure à une valeur de courant prédéterminée.
5. 5. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 4, lequel comprend un arbre d'entraînement (23) couplé en rotation au rotor (22) du moteur électrique et agencé pour entraîner en rotation la pompe à huile (36), la pompe à huile (36) comprenant un deuxième orifice de sortie d'huile (40) relié à un conduit de lubrification (25) ménagé dans la partie centrale de l'arbre d'entraînement (23).
6. 6. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'enceinte étanche (2) comporte un volume d'aspiration et un volume de compression disposés respectivement de part et d'autre d'un corps (5) contenu dans l'enceinte étanche, le volume d'aspiration comportant le carter d'huile (38) et le volume de compression comportant l'étage de compression (7), l'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile (44) opposée à la pompe à huile (36) débouchant dans le volume de compression.
7. 7. Compresseur selon la revendication 6, dans lequel la portion d'extrémité de chaque conduit d'injection d'huile (44) opposée à la pompe à huile (36) est insérée dans un alésage traversant ménagé dans le corps (5) 25 séparant les volumes de compression et d'aspiration.
8. 8. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel chaque conduit d'injection d'huile (44) comprend un organe d'étranglement, tel qu'une buse d'injection, monté à l'extrémité du conduit d'injection d'huile 30 opposée à la pompe à huile (36).
9. 9. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif d'injection d'huile comprend en outre un conduit de retour d'huile (46) relié au premier orifice de sortie d'huile (39) de la pompe à huile (36) et 35 destiné à retourner l'huile dans le carter d'huile (38) du compresseur, et dans lequel chaque conduit d'injection d'huile (44) et le conduit de retour d'huile (46)sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans chaque conduit d'injection d'huile (44) sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile traversant ledit conduit d'injection d'huile, et les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile (46) sont principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile traversant le conduit de retour d'huile.
10. 10. Compresseur selon la revendication 9, dans lequel le dispositif d'injection d'huile comprend un raccord (41) comportant au moins un orifice d'entrée d'huile (42) alimenté en huile par un conduit d'alimentation (43) relié au premier orifice de sortie (39) de la pompe à huile (36), un premier orifice de sortie d'huile (43) relié à l'au moins un conduit d'injection d'huile (44), et un deuxième orifice de sortie d'huile (45) relié au conduit de retour d'huile (46).
11. 11. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif d'injection d'huile comprend une électrovanne (51) comportant un corps (52) monté sur l'enceinte étanche et un noyau (53) logé dans le corps (52) de l'électrovanne, le corps de l'électrovanne comportant au moins un orifice d'entrée d'huile (54) alimenté en huile par un conduit d'alimentation (43) relié au premier orifice de sortie (39) de la pompe à huile (36), un premier orifice de sortie d'huile (55) relié à au moins un conduit d'injection d'huile (44) débouchant dans l'étage de compression, et un deuxième orifice de sortie d'huile (56) débouchant dans l'enceinte étanche, le noyau (53) étant mobile, sous l'effet d'un champ magnétique, entre une position de fermeture du deuxième orifice de sortie d'huile (56) dans laquelle la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile (54) est dirigée vers le premier orifice de sortie d'huile (55), et une position d'ouverture du deuxième orifice de sortie d'huile (56) dans laquelle la totalité ou sensiblement la totalité de l'huile entrant dans l'électrovanne par l'orifice d'entrée d'huile (54) est dirigée vers le deuxième orifice de sortie d'huile (56).