FR3120661A1 - Compresseur à spirales ayant une pompe à huile centrifuge - Google Patents

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Abstract

Le compresseur à spirales (1) comporte une unité de compression (6) ; un arbre d’entraînement (16) qui est orienté verticalement ; des agencements de paliers supérieur et inférieur (27, 28) configurés pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement (16) ; une pompe à huile centrifuge (29) comportant un tube de prélèvement (32) fixé à une portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16) et pourvue d’une entrée d’huile immergée dans un carter d’huile (31), la pompe à huile centrifuge (29) étant configurée pour acheminer l’huile vers l’unité de compression (6) et les agencements de paliers supérieur et inférieur (27, 28) ; et un organe de carénage statique (35) fixé à une partie non rotative du compresseur à spirales (1) et comportant une partie tubulaire statique (36) qui est immergée dans le carter d’huile (31) et qui entoure le tube de prélèvement (32) à une distance prédéterminée de sorte qu’un espace soit formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32). Figure 1

Description

Compresseur à spirales ayant une pompe à huile centrifuge
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un compresseur à spirales, et en particulier à un compresseur frigorifique à spirales.
Arrière-plan de l’invention
De façon connue, un compresseur à spirales comprend :
- une enveloppe externe hermétique pourvue d’une entrée d’aspiration destinée à recevoir un gaz frigorigène basse pression provenant d’un composant d’un cycle frigorifique et d’une sortie de refoulement destinée à acheminer le gaz frigorigène comprimé à haute pression vers un autre composant du cycle frigorifique,
- une unité de compression comportant au moins un premier élément de volute et un deuxième élément de volute, le deuxième élément de volute étant configuré pour effectuer un mouvement orbital par rapport au premier élément de volute pendant le fonctionnement du compresseur à spirales,
- un arbre d’entraînement qui est orienté verticalement et qui est configuré pour coopérer avec le deuxième élément de volute,
- un moteur électrique comprenant un stator relié à l’enveloppe externe hermétique et un rotor fixé à l’arbre d’entraînement, le moteur électrique étant configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour d’un axe de rotation,
- un agencement de palier supérieur et un agencement de palier inférieur configurés pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement dans l’enveloppe externe hermétique, les agencements de paliers supérieur et inférieur étant reliés à l’enveloppe externe hermétique, et
- une pompe à huile centrifuge comportant un tube de prélèvement fixé à une portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et pourvue d’une entrée d’huile agencée au niveau d’une extrémité inférieure du tube de prélèvement, l’entrée d’huile étant immergée dans un carter d’huile agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique, la pompe à huile étant configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales, de l’huile vers l’unité de compression et les agencements de paliers supérieur et inférieur à travers un canal d’alimentation en huile formé dans l’arbre d’entraînement et s’étendant sur au moins une partie de la longueur de l’arbre d’entraînement.
Une telle pompe à huile centrifuge simple est - en raison de ses faibles coûts de fabrication - largement utilisée pour des compresseurs à spirales à vitesse fixe. Pour des compresseurs à spirales à vitesse variable, une telle pompe à huile centrifuge doit être modifiée pour assurer une alimentation en huile suffisante sur toute la plage de vitesse de fonctionnement, par exemple, à vitesse de fonctionnement élevée.
Le document US 7,351,045 B2 divulgue un compresseur à spirales comprenant un agencement de pompe pourvu d’une pompe de prélèvement centrifuge fixée à l’extrémité inférieure d’un arbre d’entraînement et d’un godet à huile fixé au fond d’une enveloppe externe de compresseur. La paroi latérale du godet à huile entoure la pompe de prélèvement centrifuge et est pourvue de trous traversants qui mettent en communication l’intérieur du godet à huile avec un carter d’huile. Pour éviter une rotation excessive de l’huile à l’intérieur du godet à huile, des éléments d’ailette sont fixés à la surface de paroi interne du godet à huile et s’étendent radialement vers la pompe de prélèvement centrifuge.
Le document JP 2014-118932 A divulgue un compresseur à spirales avec un autre écran pour une pompe à huile centrifuge. Ici, un organe de jupe cylindrique est fixé à un carter de palier inférieur et entoure la pompe à huile centrifuge à une certaine distance. L’extrémité axiale de l’organe de jupe cylindrique est agencée en dessous de l’entrée d’huile de la pompe à huile centrifuge. Un filtre à huile en forme de coupelle est fixé à l’organe de jupe cylindrique et entoure l’extrémité inférieure et l’entrée d’huile de la pompe à huile centrifuge.
Les deux solutions divulguées dans les documents US 7,351,045 B2 et JP 2014-118932 A sont en quelque sorte coûteuses et n’empêchent pas complètement le tourbillonnement ou la rotation de l’huile au niveau de l’entrée d’huile de la pompe à huile de prélèvement, de sorte qu’une alimentation en huile stable ne puisse pas être assurée à une vitesse de compresseur très élevée.
Un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales amélioré qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans les turbocompresseurs à spirales classiques.
En particulier, un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales ayant une pompe à huile fiable à faible coût permettant une alimentation en huile stable aux agencements de paliers supérieur et inférieur et à l’unité de compression.
Un autre objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales qui a un rendement et une durée de vie améliorés par rapport aux compresseurs à spirales classiques.
Selon l’invention, un tel compresseur à spirales comporte :
- une enveloppe externe hermétique pourvue d’une entrée d’aspiration configurée pour alimenter le compresseur à spirales en gaz frigorigène à comprimer et d’une sortie de refoulement configurée pour refouler le gaz frigorigène comprimé,
- une unité de compression comportant au moins un premier élément de volute et un deuxième élément de volute, le deuxième élément de volute étant configuré pour effectuer un mouvement orbital par rapport au premier élément de volute pendant le fonctionnement du compresseur à spirales,
- un arbre d’entraînement qui est orienté verticalement et qui est configuré pour coopérer avec le deuxième élément de volute,
- un agencement de palier supérieur et un agencement de palier inférieur configurés pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement dans l’enveloppe externe hermétique,
- une pompe à huile centrifuge comportant un tube de prélèvement fixé à une portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et pourvue d’une entrée d’huile agencée au niveau d’une extrémité inférieure du tube de prélèvement, l’entrée d’huile étant immergée dans un carter d’huile agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique, la pompe à huile centrifuge étant configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales, de l’huile vers l’unité de compression et les agencements de paliers supérieur et inférieur,
dans lequel le compresseur à spirales comporte en outre un organe de carénage statique fixé à une partie non rotative du compresseur à spirales, l’organe de carénage statique comportant une partie tubulaire statique qui est au moins partiellement immergée dans le carter d’huile et qui entoure le tube de prélèvement à une distance prédéterminée de sorte qu’un espace soit formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement, la distance radiale minimale entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement étant comprise entre 0,5 et 5 mm, et avantageusement d’environ 2 mm.
La configuration spécifique de la partie tubulaire statique, et en particulier le fait que la partie tubulaire statique et le tube de prélèvement sont séparés d’une petite distance prédéterminée, permet d’éviter - ou au moins de minimiser - la rotation, le tourbillonnement ou les turbulences dans l’huile au niveau de l’entrée d’huile du tube de prélèvement, car il y a considérablement moins de superficie du tube de prélèvement rotatif exposée au volume de carter d’huile.
En particulier, la configuration spécifique de la partie tubulaire statique permet de minimiser, notamment à une vitesse de compresseur élevée, l’agitation de l’huile lubrifiante dans le carter d’huile, et donc réduit sensiblement la formation de bulles ou même le moussage de l’huile lubrifiante contenue dans le carter d’huile. Par conséquent, la quantité d’huile entrant dans la pompe à huile centrifuge augmente et la quantité d’huile acheminée vers les différentes surfaces du compresseur à lubrifier et/ou sceller augmente également par rapport aux compresseurs à spirales classiques. Il en résulte une diminution des frottements dans les différentes surfaces du compresseur à lubrifier, et donc un rendement amélioré et une durée de vie améliorée du compresseur tout en utilisant une pompe à huile fiable à faible coût.
De plus, en minimisant l’agitation d’huile au niveau de la surface libre supérieure du carter d’huile, qui est en contact avec le flux d’aspiration du gaz frigorigène, une augmentation indésirable de la vitesse de circulation d’huile dans le système frigorifique peut être évitée.
Le compresseur à spirales peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique protège une partie de paroi immergée du tube de prélèvement, qui est immergée dans le carter d’huile, de l’huile contenue dans le carter d’huile, à l’exception de la zone de partie de paroi immergée adjacente à l’entrée d’huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique protège une partie de paroi immergée du tube de prélèvement, qui est immergée dans le carter d’huile, de l’huile contenue dans le carter d’huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique entoure l’extrémité inférieure du tube de prélèvement, et donc s’étend sur l’extrémité inférieure du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’organe de carénage statique est agencé coaxialement au tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’espace formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement est annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la largeur de l’espace est choisie de sorte que des forces de frottement négligeables soient créées entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement, et de sorte qu’une création d’une zone exempte d’huile au niveau de l’entrée d’huile du tube de prélèvement soit évitée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique comporte une portion tubulaire inférieure qui entoure une partie de tube inférieure du tube de prélèvement, par exemple avec un espace constant.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement sont configurées de sorte que la largeur de l’espace formé entre la surface externe du tube de prélèvement et la surface interne de la partie tubulaire statique soit sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal du tube de prélèvement et/ou le long de la circonférence externe du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface interne de la partie tubulaire statique est sensiblement complémentaire à la surface externe du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique fait saillie axialement de l’extrémité inférieure du tube de prélèvement. En d’autres termes, l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique est située en dessous de l’extrémité inférieure du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la distance axiale entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement est comprise entre 1 et 3 mm, et avantageusement d’environ 2 mm.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la distance axiale entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement est supérieure à la distance radiale minimale entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface interne de la partie tubulaire statique fait directement face à la surface externe du tube de prélèvement. En d’autres termes, aucune autre partie de structure du compresseur à spirales n’est située entre la surface interne de la partie tubulaire statique et la surface externe du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique comporte une ouverture d’entrée agencée au niveau de l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique et faisant face à l’entrée d’huile du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la section transversale d’écoulement de l’ouverture d’entrée de la partie tubulaire statique correspond sensiblement à ou est supérieure à la section transversale d’écoulement de l’entrée d’huile du tube de prélèvement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’organe de carénage statique comprend des aubes de guidage d’entrée s’étendant radialement depuis la surface externe de la partie tubulaire statique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’organe de carénage statique est agencé coaxialement au carter de palier radial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le tube de prélèvement est fixé, par exemple par ajustement serré, dans un évidement axial formé au niveau de l’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique est cylindrique et a un diamètre interne qui est sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal de la partie tubulaire statique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique comporte une portion tubulaire supérieure qui est cylindrique et une portion tubulaire inférieure qui converge vers l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile centrifuge est configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales, de l’huile vers l’unité de compression et l’agencement de palier supérieur à travers un canal d’alimentation en huile formé dans l’arbre d’entraînement et s’étendant sur au moins une partie de la longueur de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier inférieur comprend un carter de palier radial configuré pour supporter en rotation la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement, le carter de palier radial comportant une surface de palier radial interne entourant la surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’organe de carénage statique est fixé au carter de palier radial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier inférieur comprend en outre des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement pendant le fonctionnement, et une chambre d’huile sous pression qui est en communication fluidique avec la pompe à huile centrifuge, la chambre d’huile sous pression étant au moins partiellement délimitée par la surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement, la surface de palier radial interne et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre d’huile sous pression est délimitée dans une direction axiale respectivement par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement comporte une ouverture radiale en communication fluidique avec une sortie d’huile de la pompe à huile centrifuge, l’ouverture radiale faisant face au carter de palier radial et débouchant dans la chambre d’huile sous pression.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales est un compresseur à spirales à vitesse variable ou un compresseur à spirales à vitesse fixe.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comprend un moteur électrique comprenant un stator relié à l’enveloppe externe hermétique et un rotor fixé à l’arbre d’entraînement, le moteur électrique étant configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour d’un axe de rotation.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport de jeu radial, qui est le rapport entre la distance radiale minimale et le diamètre externe du tube de prélèvement, est compris entre 2 et 25%, de préférence entre 5 et 15%.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la largeur de l’espace est sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal de la partie de tube supérieure du tube de prélèvement et le long de la circonférence externe de la partie de tube supérieure du tube de prélèvement, et augmente le long de l’axe longitudinal de la partie de tube inférieure du tube de prélèvement et vers l’extrémité inférieure du tube de prélèvement.
La description détaillée suivante de plusieurs modes de réalisation de l’invention sera mieux comprise lorsqu’elle est lue conjointement avec les dessins annexés, étant entendu, cependant, que l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation spécifiques divulgués.
La est une vue en perspective, partiellement tronquée, d’un compresseur à spirales selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La est une vue agrandie d’un détail de la .
La est une vue partielle en coupe longitudinale du compresseur à spirales de la .
La est une vue partielle en coupe longitudinale d’un compresseur à spirales selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
La est une vue partielle en coupe longitudinale d’un compresseur à spirales selon le troisième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
La décrit un compresseur à spirales 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le compresseur à spirales 1 comporte une enveloppe externe hermétique 2 pourvue d’une entrée d’aspiration 3 configurée pour alimenter le compresseur à spirales 1 en gaz frigorigène à comprimer, et d’une sortie de refoulement 4 configurée pour refouler le gaz frigorigène comprimé. En particulier, l’entrée d’aspiration 3 est destinée à recevoir un gaz frigorigène basse pression provenant d’un composant d’un cycle frigorifique et la sortie de refoulement 4 est destinée à acheminer le gaz frigorigène comprimé à haute pression vers un autre composant du cycle frigorifique.
Le compresseur à spirales 1 comporte en outre un agencement de support 5 fixé à l’enveloppe externe hermétique 2, et une unité de compression 6 disposée à l’intérieur de l’enveloppe externe hermétique 2 et supportée par l’agencement de support 5. L’unité de compression 6 est configurée pour comprimer le gaz frigorigène fourni par l’entrée d’aspiration 3.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, l’unité de compression 6 comporte un premier élément de volute 7, qui est fixe par rapport à l’enveloppe externe hermétique 2, et un deuxième élément de volute 8 qui est supporté par et en contact coulissant avec une surface de palier de butée supérieure 9 prévue sur l’agencement de support 5. Le deuxième élément de volute 8 est configuré pour effectuer un mouvement orbital par rapport au premier élément de volute 7 pendant le fonctionnement du compresseur à spirales 1.
Le premier élément de volute 7 comporte une plaque de base fixe 11 ayant une face inférieure orientée vers le deuxième élément de volute 8, et une face supérieure opposée à la face inférieure de la plaque de base fixe 11. Le premier élément de volute 7 comporte également un enroulement en spirale fixe 12 faisant saillie depuis la face inférieure de la plaque de base fixe 11 vers le deuxième élément de volute 8.
Le deuxième élément de volute 8 comporte une plaque de base orbitante 13 ayant une face supérieure orientée vers le premier élément de volute 7, et une face inférieure opposée à la face supérieure de la plaque de base orbitante 13 et montée coulissante sur la surface de palier de butée supérieure 9. Le deuxième élément de volute 8 comporte également un enroulement en spirale orbitant 14 faisant saillie depuis la face supérieure de la plaque de base orbitante 13 vers le premier élément de volute 7. L’enroulement en spirale orbitant 14 du deuxième élément de volute 8 s’engrène avec l’enroulement en spirale fixe 12 du premier élément de volute 7 pour former une pluralité de chambres de compression 15 entre eux. Chacune des chambres de compression 15 a un volume variable qui diminue de l’extérieur vers l’intérieur, lorsque le deuxième élément de volute 8 est entraîné de manière à orbiter par rapport au premier élément de volute 7.
En outre, le compresseur à spirales 1 comporte un arbre d’entraînement 16 qui est orienté verticalement et qui est configuré pour entraîner le deuxième élément de volute 8 selon un mouvement orbital, et un moteur électrique 17, qui peut être par exemple un moteur électrique à vitesse variable, couplé à l’arbre d’entraînement 16 et configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement 16 autour d’un axe de rotation A. Le moteur électrique 17 comprend notamment un stator 18 relié à l’enveloppe externe hermétique 2 et un rotor 19 fixé à l’arbre d’entraînement 16.
L’arbre d’entraînement 16 comporte une partie principale longitudinale 21 comportant une portion d’extrémité supérieure 22 et une portion d’extrémité inférieure 23. L’arbre d’entraînement 16 comporte en outre une portion d’entraînement 24 qui est prévue au niveau d’une extrémité supérieure de la partie principale longitudinale 21 et qui est décalée par rapport à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement 16. La portion d’entraînement 24 est partiellement montée dans une portion de moyeu 25 prévue sur le deuxième élément de volute 8, et est configurée pour coopérer avec la portion de moyeu 25 de manière à entraîner le deuxième élément de volute 8 dans des mouvements orbitaux par rapport au premier élément de volute 7 lorsque le moteur électrique 17 est actionné.
L’arbre d’entraînement 16 comporte également un canal d’alimentation en huile 26 formé dans l’arbre d’entraînement 16 et s’étendant sur au moins une partie de la longueur de l’arbre d’entraînement 16. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le canal d’alimentation en huile 26 s’étend sur toute la longueur de l’arbre d’entraînement 16 et débouche dans une surface d’extrémité axiale supérieure de l’arbre d’entraînement 16.
Le compresseur à spirales 1 comporte en outre un agencement de palier supérieur 27 et un agencement de palier inférieur 28 qui sont reliés à l’enveloppe externe hermétique 2 et qui sont configurés pour supporter en rotation respectivement la portion d’extrémité supérieure 22 de la partie principale longitudinale 21 et la portion d’extrémité inférieure 23 de la partie principale longitudinale 21.
Le compresseur à spirales 1 comporte également une pompe à huile centrifuge 29 agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement 16 et partiellement immergée dans un carter d’huile 31 agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique 2. La pompe à huile centrifuge 29 est configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales 1, de l’huile, du carter d’huile 31, vers l’unité de compression 6 et les agencements de paliers supérieur et inférieur 27, 28. La pompe à huile centrifuge 29 est particulièrement configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales 1, de l’huile vers l’unité de compression 6 et l’agencement de palier supérieur 27 à travers le canal d’alimentation en huile 26 formé dans l’arbre d’entraînement 16.
La pompe à huile centrifuge 29 comporte un tube de prélèvement 32 fixé, par exemple par ajustement serré, dans un évidement axial 33 formé au niveau de l’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement 16. Le tube de prélèvement 32 comporte une entrée d’huile 34 agencée au niveau d’une extrémité inférieure du tube de prélèvement 32 et immergée dans le carter d’huile 31. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, le tube de prélèvement 32 comporte une partie de tube supérieure 32.1 qui est cylindrique et une partie de tube inférieure 32.2 qui s’étend coaxialement à la partie de tube supérieure 32.1 et qui converge vers l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32.
Le compresseur à spirales 1 comporte en outre un organe de carénage statique 35 fixé à une partie non rotative du compresseur à spirales 1 et agencé coaxialement au tube de prélèvement 32. L’organe de carénage statique 35 comporte une partie tubulaire statique 36 qui est partiellement immergée dans le carter d’huile 31. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, la partie tubulaire statique 36 est cylindrique et a un diamètre interne qui est sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal de la partie tubulaire statique 36.
La partie tubulaire statique 36 entoure le tube de prélèvement 32 à une distance prédéterminée de sorte qu’un espace 37, qui est annulaire, soit formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique 36 et la surface externe du tube de prélèvement 32. La partie tubulaire statique 36 entoure notamment l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32, et donc l’entrée d’huile 34.
La largeur de l’espace 37 est choisie de sorte que des forces de frottement négligeables soient créées entre la surface interne de la partie tubulaire statique 36 et la surface externe du tube de prélèvement 32, et de sorte que la création d’une zone exempte d’huile au niveau de l’entrée d’huile 34 du tube de prélèvement 32 soit évitée. En particulier, la distance radiale minimale Dr entre la surface interne de la partie tubulaire statique 36 et la surface externe du tube de prélèvement 32 est comprise entre 0,5 et 5 mm, et avantageusement d’environ 2 mm.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un rapport de jeu radial, qui est le rapport entre la distance radiale minimale Dr et le diamètre externe du tube de prélèvement 32, est compris entre 2 et 25%, de préférence entre 5 et 15%.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, la largeur de l’espace 37 est sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal de la partie de tube supérieure 32.1 du tube de prélèvement 32 et le long de la circonférence externe de la partie de tube supérieure 32.1 du tube de prélèvement 32, et augmente le long de l’axe longitudinal de la partie de tube inférieure 32.2 du tube de prélèvement 32 et vers l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32.
La partie tubulaire statique 36 comporte une ouverture d’entrée 38 qui est agencée au niveau de l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique 36 et qui fait face à l’entrée d’huile 34 du tube de prélèvement 32. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, l’ouverture d’entrée 38 et l’entrée d’huile 34 ont chacune une forme circulaire, et la section transversale d’écoulement de l’ouverture d’entrée 38 de la partie tubulaire statique 36 est supérieure à la section transversale d’écoulement de l’entrée d’huile 34 du tube de prélèvement 32.
Comme le montre mieux la , la partie tubulaire statique 36 fait saillie axialement de l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32. En d’autres termes, l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique 36 est située en dessous de l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32. La distance axiale Da entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique 36 et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32 est comprise entre 1 et 3 mm, et avantageusement d’environ 2 mm. En particulier, la distance axiale Da entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique 36 et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement 32 est supérieure à la distance radiale minimale Dr entre la surface interne de la partie tubulaire statique 36 et la surface externe du tube de prélèvement 32.
La présence de l’organe de carénage statique 35, et en particulier la configuration de la partie tubulaire statique 36, permet d’éviter - ou au moins de minimiser - la rotation, le tourbillonnement ou les turbulences dans l’huile au niveau de l’entrée d’huile 34 du tube de prélèvement 32, car il y a considérablement moins de superficie du tube de prélèvement rotatif 12 exposée au volume de carter d’huile.
En outre, la configuration de la partie tubulaire statique 36 permet de minimiser, notamment à une vitesse de compresseur élevée, l’agitation de l’huile lubrifiante dans le carter d’huile, et donc réduit sensiblement la formation de bulles ou même le moussage de l’huile lubrifiante contenue dans le carter d’huile 31. Il en résulte une diminution des frottements dans les différentes surfaces de paliers radial et de butée alimentées en huile par la pompe à huile centrifuge 29, un rendement amélioré et une durée de vie améliorée du compresseur.
De plus, en minimisant l’agitation d’huile au niveau de la surface libre supérieure du carter d’huile, qui est en contact avec le flux d’aspiration du gaz frigorigène, une augmentation indésirable de la vitesse de circulation d’huile dans le système frigorifique peut être évitée.
Comme le montre mieux la , l’agencement de palier inférieur 28 comprend un carter de palier radial 39 configuré pour supporter en rotation la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16. Le carter de palier radial 39 entoure la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 et est agencé coaxialement à l’arbre d’entraînement 16. Avantageusement, le carter de palier radial 39 a une forme globalement tubulaire et est formé par un manchon de palier radial.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le carter de palier radial 39 comporte une surface de palier radial interne 40 qui est cylindrique et qui entoure la surface externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16. La surface de palier radial interne 40 a une premier diamètre interne. Le carter de palier radial 39 comporte également une surface circonférentielle interne 41 ayant un deuxième diamètre interne qui est supérieur au premier diamètre interne. Avantageusement, le carter de palier radial 39 comporte en outre une surface tronconique interne 42 située entre la surface de palier radial interne 40 et la surface circonférentielle interne 41 et divergeant vers la surface circonférentielle interne 41.
L’agencement de palier inférieur 28 comprend en outre un organe de support 43 fixé à une surface interne de l’enveloppe externe hermétique 2, et le carter de palier radial 39 comporte une partie de montage 44 ayant une forme de bague et étant fixée à l’organe de support 43 par exemple par l’utilisation de vis ou de boulons. Avantageusement, l’organe de carénage statique 35 est agencé coaxialement au carter de palier radial 39 et en dessous du carter de palier radial 39, et est fixé à la partie de montage 44 du carter de palier radial 39.
L’organe de carénage statique 35 peut comporter une nervure de centrage 45 qui est annulaire et qui est configurée pour coopérer avec le carter de palier radial 39 pour centrer l’organe de carénage statique 35 par rapport à l’axe longitudinal du carter de palier radial 39.
De plus, l’agencement de palier inférieur 28 comprend des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47 configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement 16 pendant le fonctionnement. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le palier de butée axial supérieur 46 est formé par une surface d’extrémité axiale supérieure 48 du carter de palier radial 39 et par une surface d’épaulement 49 fixée à l’arbre d’entraînement 16. La surface d’épaulement 49 peut être formée d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement 16 ou peut être formée par une partie en forme de bague séparée 50 fixée à l’arbre d’entraînement 16. Avantageusement, la surface d’extrémité axiale supérieure 48 et la surface d’épaulement 49 sont chacune annulaires.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le palier de butée axial inférieur 47 est formé par une surface d’extrémité axiale inférieure 51 de l’arbre d’entraînement 16 et par une surface de fond interne 52 du carter de palier radial 39. Avantageusement, la surface d’extrémité axiale inférieure 51 et la surface de fond interne 52 sont chacune annulaires, et le carter de palier radial 39 comporte une bride annulaire 53 faisant saillie radialement vers l’intérieur qui comporte la surface de fond interne 52.
L’agencement de palier inférieur 28 comprend également une chambre d’huile sous pression 54 qui est en communication fluidique avec la pompe à huile centrifuge 29. La chambre d’huile sous pression 54 est délimitée par la surface externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16, la surface de palier radial interne 40, la surface circonférentielle interne 41 et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47. Avantageusement, la chambre d’huile sous pression 54 est délimitée dans une direction axiale respectivement par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47.
Comme le montre mieux la , la chambre d’huile sous pression 54 comporte un volume d’huile sous pression annulaire 55 qui entoure la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 et qui est délimité extérieurement par le carter de palier radial 39, et en particulier par la surface circonférentielle interne 41 et la surface tronconique interne 42. Avantageusement, le volume d’huile sous pression annulaire 55 est situé en dessous de la surface de palier radial interne 40, et est adjacent à la surface de fond interne 52.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 comporte au moins une ouverture radiale 56 en communication fluidique avec une sortie d’huile de la pompe à huile centrifuge 29. Avantageusement, l’ouverture radiale 56 fait face à la surface interne du carter de palier radial 39 et débouche dans la chambre d’huile sous pression 54 et en particulier dans le volume d’huile sous pression annulaire 55. Avantageusement, la sortie d’huile de la pompe à huile centrifuge 29, qui est en communication fluidique avec l’ouverture radiale 56, s’étend radialement et est prévue sur une paroi latérale du tube de prélèvement 32.
La chambre d’huile sous pression 54 comprend en outre un passage d’huile 57 formé entre la surface externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 et la surface interne du carter de palier radial 39. Avantageusement, le passage d’huile 57 s’étend le long d’une direction d’extension qui est sensiblement parallèle à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement 16. Le passage d’huile 57 est particulièrement configuré pour mettre le palier de butée axial supérieur 46 en communication fluidique avec le volume d’huile sous pression annulaire 55 de la chambre d’huile sous pression 54. Le passage d’huile 57 peut être formé comme une portion de surface plane prévue sur la circonférence externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16.
À une vitesse de rotation élevée du rotor 19 et de l’arbre d’entraînement 16, l’huile acheminée par la sortie d’huile de la pompe à huile centrifuge 29 est élevée et donc une vitesse centrifuge d’huile élevée se produit au niveau de l’ouverture radiale 56 de l’arbre d’entraînement 16, conduisant à une pression hydrodynamique significative dans la chambre d’huile sous pression 54. Lorsque la chambre d’huile sous pression 54 est fermée par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47, une force hydrostatique est créée, qui peut être de la même amplitude que la force de gravitation dérivée de la masse de l’arbre d’entraînement 16. Ceci améliore la lubrification des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47 et donc améliore davantage le rendement de compresseur en raison des pertes par frottement réduites. En outre, l’usure des surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 46, 47, et en particulier du palier de butée axial inférieur 47, est réduite, ce qui améliore davantage la durée de vie du compresseur à spirales 1.
La représente un compresseur à spirales 1 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention qui diffère du premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3 essentiellement en ce que la surface interne de la partie tubulaire statique 36 est sensiblement complémentaire à la surface externe du tube de prélèvement 32 de sorte que la largeur de l’espace 37 formé entre la surface externe du tube de prélèvement 32 et la surface interne de la partie tubulaire statique 36 soit sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal du tube de prélèvement 32 et le long de la circonférence externe du tube de prélèvement 32. En particulier, la partie tubulaire statique 36 comporte une portion tubulaire supérieure 36.1 qui est cylindrique et une portion tubulaire inférieure 36.2 qui s’étend coaxialement à la portion tubulaire supérieure 36.1 et qui converge vers l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique 36. La portion tubulaire supérieure 36.1 entoure la partie de tube supérieure 32.1 tandis que la portion tubulaire inférieure 36.2 entoure la partie de tube inférieure 32.2.
Selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, la section transversale d’écoulement de l’ouverture d’entrée 38 de la partie tubulaire statique 36 correspond sensiblement à la section transversale d’écoulement de l’entrée d’huile 34 du tube de prélèvement 32.
La représente un compresseur à spirales 1 selon un troisième mode de réalisation de l’invention qui diffère du deuxième mode de réalisation représenté sur la essentiellement en ce que l’organe de carénage statique 35 comprend des aubes de guidage d’entrée 58 s’étendant radialement depuis la surface externe de la partie tubulaire statique 36. Avantageusement, les aubes de guidage d’entrée 58 sont régulièrement réparties autour de l’axe longitudinal de l’organe de carénage statique 35.
Les aubes de guidage d’entrée 58 peuvent par exemple comporter un premier ensemble d’aubes de guidage d’entrée 58 ayant une première longueur axiale et un deuxième ensemble d’aubes de guidage d’entrée 58 ayant une deuxième longueur axiale de sorte que les extrémités inférieures des aubes de guidage d’entrée 58 du deuxième ensemble s’étendent en dessous des extrémités inférieures des aubes de guidage d’entrée 58 du premier ensemble. Cependant, les extrémités inférieures de toutes les aubes de guidage d’entrée 58 peuvent s’étendre dans un même plan.
Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d’exemple non limitatif, mais au contraire elle englobe tous les modes de réalisation correspondants.

Claims (15)

  1. Compresseur à spirales (1) comportant :
    - une enveloppe externe hermétique (2) pourvue d’une entrée d’aspiration (3) configurée pour alimenter le compresseur à spirales (1) en gaz frigorigène à comprimer et d’une sortie de refoulement (4) configurée pour refouler le gaz frigorigène comprimé,
    - une unité de compression (6) comportant au moins un premier élément de volute (7) et un deuxième élément de volute (8), le deuxième élément de volute (8) étant configuré pour effectuer un mouvement orbital par rapport au premier élément de volute (7) pendant le fonctionnement du compresseur à spirales (1),
    - un arbre d’entraînement (16) qui est orienté verticalement et qui est configuré pour coopérer avec le deuxième élément de volute (8),
    - un agencement de palier supérieur (27) et un agencement de palier inférieur (28) configurés pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement (16) dans l’enveloppe externe hermétique (2),
    - une pompe à huile centrifuge (29) comportant un tube de prélèvement (32) fixé à une portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16) et pourvue d’une entrée d’huile (34) agencée au niveau d’une extrémité inférieure du tube de prélèvement (32), l’entrée d’huile (34) étant immergée dans un carter d’huile (31) agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique (2), la pompe à huile centrifuge (29) étant configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales (1), de l’huile vers l’unité de compression (6) et les agencements de paliers supérieur et inférieur (27, 28),
    dans lequel le compresseur à spirales (1) comporte en outre un organe de carénage statique (35) fixé à une partie non rotative du compresseur à spirales (1), l’organe de carénage statique (35) comportant une partie tubulaire statique (36) qui est au moins partiellement immergée dans le carter d’huile (31) et qui entoure le tube de prélèvement (32) à une distance prédéterminée de sorte qu’un espace (37) soit formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32), la distance radiale minimale (Dr) entre la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32) étant comprise entre 0,5 et 5 mm.
  2. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1, dans lequel l’espace (37) formé entre la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32) est annulaire.
  3. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la partie tubulaire statique (36) comporte une portion tubulaire inférieure (36.2) qui entoure une partie de tube inférieure (32.2) du tube de prélèvement (32), par exemple avec un espace constant.
  4. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32) sont configurées de sorte que la largeur de l’espace (37) formé entre la surface externe du tube de prélèvement (32) et la surface interne de la partie tubulaire statique (36) soit sensiblement uniforme le long de l’axe longitudinal du tube de prélèvement (32) et/ou le long de la circonférence externe du tube de prélèvement (32).
  5. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la partie tubulaire statique (36) fait saillie axialement de l’extrémité inférieure du tube de prélèvement (32).
  6. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la distance axiale (Da) entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique (36) et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement (32) est comprise entre 1 et 3 mm.
  7. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la distance axiale (Da) entre l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique (36) et l’extrémité inférieure du tube de prélèvement (32) est supérieure à la distance radiale minimale (Dr) entre la surface interne de la partie tubulaire statique (36) et la surface externe du tube de prélèvement (32).
  8. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un rapport de jeu radial, qui est le rapport entre la distance radiale minimale (Dr) et le diamètre externe du tube de prélèvement (32) est compris entre 2 et 25%.
  9. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la surface interne de la partie tubulaire statique (36) fait directement face à la surface externe du tube de prélèvement (32).
  10. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la partie tubulaire statique (36) comporte une ouverture d’entrée (38) agencée au niveau de l’extrémité inférieure de la partie tubulaire statique (36) et faisant face à l’entrée d’huile (34) du tube de prélèvement (32).
  11. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 10, dans lequel la section transversale d’écoulement de l’ouverture d’entrée (38) de la partie tubulaire statique (36) correspond sensiblement à ou est supérieure à la section transversale d’écoulement de l’entrée d’huile (34) du tube de prélèvement (32).
  12. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l’organe de carénage statique (35) comprend des aubes de guidage d’entrée (58) s’étendant radialement depuis la surface externe de la partie tubulaire statique (36).
  13. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l’agencement de palier inférieur (28) comprend un carter de palier radial (39) configuré pour supporter en rotation la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16), le carter de palier radial (39) comportant une surface de palier radial interne (40) entourant la surface externe de la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16).
  14. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 13, dans lequel l’organe de carénage statique (35) est fixé au carter de palier radial (39).
  15. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel l’agencement de palier inférieur (28) comprend en outre des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (46, 47) configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement (16) pendant le fonctionnement, et une chambre d’huile sous pression (54) qui est en communication fluidique avec la pompe à huile centrifuge (29), la chambre d’huile sous pression (54) étant au moins partiellement délimitée par la surface externe de la portion d’extrémité inférieure (23) de l’entraînement l’arbre (16), la surface de palier radial interne (40) et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (46, 47).
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