FR3120662A1 - Compresseur à spirales pourvu d'un agencement de palier inférieur hydrostatique - Google Patents

Compresseur à spirales pourvu d'un agencement de palier inférieur hydrostatique Download PDF

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Abstract

Le compresseur à spirales comporte une unité de compression ; un arbre d’entraînement qui est orienté verticalement ; un agencement de palier inférieur (28) configuré pour supporter en rotation l’arbre d’entraînement ; et une pompe à huile (29) agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et configurée pour acheminer de l’huile vers l’unité de compression et vers l’agencement de palier inférieur (28). L’agencement de palier inférieur (28) comprend un carter de palier radial (34) comportant une surface de palier radial interne (37) entourant la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement ; des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (43, 44) configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement ; et une chambre d’huile sous pression (51) en communication fluidique avec la pompe à huile (29), la chambre d’huile sous pression (51) 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 (37) et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (43, 44). Figure 2

Description

Compresseur à spirales pourvu d’un agencement de palier inférieur hydrostatique
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 du 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 agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et 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 vers les agencements de paliers supérieur et inférieur.
L’agencement de palier inférieur comprend un palier à charge radiale configuré pour supporter en rotation une portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement, et un palier de butée axial inférieur configuré pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement vers la section de fond de l’enveloppe externe hermétique. L’agencement de palier inférieur comporte en particulier un carter de palier radial comportant une surface de palier radial interne entourant une surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et formant le palier à charge radiale. Le palier de butée axial inférieur est formé avantageusement par une surface d’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement et par une surface de fond interne du carter de palier radial.
Pendant le fonctionnement du compresseur à spirales, la pompe à huile alimente la surface de palier radial interne et le palier de butée axial inférieur en huile lubrifiante à partir du carter d’huile et l’huile lubrifiante quitte l’agencement de palier inférieur au niveau d’une extrémité axiale supérieure du carter de palier radial.
Lorsqu’un tel compresseur à spirales fonctionne à vitesse de rotation élevée, la lubrification du palier à charge radiale et du palier de butée axial inférieur peut être insuffisante, conduisant en particulier à des pertes par frottement élevées au niveau du palier de butée axial inférieur dues à la force gravitationnelle, dérivée de la masse de l’arbre d’entraînement, qui se produit au niveau de la surface de fond interne du carter de palier radial. De telles pertes par frottement élevées au niveau du palier de butée axial inférieur nuisent au rendement du compresseur et provoquent également une usure des surfaces de paliers de butée, ce qui réduit la durée de vie du compresseur à spirales.
Un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales amélioré qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans des compresseurs à spirales classiques.
En particulier, un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales qui a un rendement et une durée de vie améliorés par rapport à des 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 un 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 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, et
- une pompe à huile agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et 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 vers les agencements de paliers supérieur et inférieur,
dans lequel l’agencement de palier inférieur comprend :
- un carter de palier radial configuré pour supporter en rotation une portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement, le carter de palier radial comportant une surface de palier radial interne entourant une surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement,
- 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, 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.
Une telle configuration de l’agencement de palier inférieur, et en particulier la fourniture de la chambre d’huile sous pression, conduit à une pression hydrodynamique importante dans la chambre d’huile sous pression lorsque le compresseur à spirales fonctionne à une vitesse de rotation élevée. Une telle pression hydrodynamique importante génère des forces hydrostatiques au niveau des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur qui peuvent être de la même amplitude que la force gravitationnelle dérivée de la masse de l’arbre d’entraînement. Cela améliore la lubrification des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur et le rendement du compresseur en raison de la réduction des pertes par frottement au niveau des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur. En outre, l’usure des surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur est réduite, ce qui améliore la durée de vie du compresseur à spirales.
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, l’agencement de palier inférieur est un agencement de palier inférieur hydrostatique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les agencements de paliers supérieur et inférieur étant reliés à l’enveloppe externe hermétique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile est configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales, de l’huile vers l’unité de compression et vers 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, le carter de palier radial entoure la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et est agencé coaxialement à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de palier radial est formé par un manchon de palier radial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface de palier radial interne est cylindrique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le palier de butée axial supérieur est situé au-dessus de la surface de palier radial interne et le palier de butée axial inférieur est situé en dessous de la surface de palier radial interne.
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 chambre d’huile sous pression est sensiblement fermée par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre d’huile sous pression comporte un volume d’huile sous pression annulaire qui entoure la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et qui est délimité extérieurement par le carter de palier radial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de palier radial comporte une première partie de carter et une deuxième partie de carter qui sont agencées à des positions différentes dans une direction axiale, la première partie de carter comportant la surface de palier radial interne qui a un premier diamètre interne, et la deuxième partie de carter comportant une surface circonférentielle interne ayant un deuxième diamètre interne qui est supérieur au premier diamètre interne, le volume d’huile sous pression annulaire étant délimité extérieurement au moins partiellement par la surface circonférentielle interne.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le volume d’huile sous pression annulaire est situé en dessous de la surface de palier radial interne.
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, l’ouverture radiale faisant face au carter de palier radial et débouchant dans la chambre d’huile sous pression. Ainsi, l’ouverture radiale prévue sur l’arbre d’entraînement forme une ouverture d’entrée pour la chambre d’huile sous pression. Avantageusement, la sortie d’huile de la pompe à huile, qui est en communication fluidique avec l’ouverture radiale, s’étend radialement. Ladite sortie d’huile de la pompe à huile peut être prévue sur une partie de paroi latérale de la pompe à huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ouverture radiale débouche dans le volume d’huile sous pression annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le palier de butée axial supérieur est formé par une surface d’extrémité axiale supérieure du carter de palier radial et par une surface d’épaulement fixée à l’arbre d’entraînement. La surface d’épaulement peut être formée d’un seul tenant avec l’arbre d’entraînement ou par une partie en forme de bague séparée fixée à l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune de la surface d’extrémité axiale supérieure et de la surface d’épaulement est annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le palier de butée axial inférieur est formé par une surface d’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement et par une surface de fond interne du carter de palier radial.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune de la surface d’extrémité axiale inférieure et de la surface de fond interne est annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface de fond interne du carter de palier radial est adjacente au volume d’huile sous pression annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de palier radial comporte une bride annulaire faisant saillie radialement vers l’intérieur qui comporte la surface de fond interne. Avantageusement, la bride annulaire faisant saillie radialement vers l’intérieur a un diamètre de bride interne qui est inférieur au diamètre externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la chambre d’huile sous pression comprend en outre un passage d’huile formé entre la surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et la surface interne du carter de palier radial, le passage d’huile reliant fluidiquement le palier de butée axial supérieur à une ouverture d’entrée de la chambre d’huile sous pression.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’huile s’étend le long d’une direction d’extension qui est sensiblement parallèle à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’huile relie fluidiquement le palier de butée axial supérieur au volume d’huile sous pression annulaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’huile peut être formé par au moins un évidement agencé dans la surface externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et/ou dans la surface interne du carter de palier radial, et en particulier dans la surface de palier radial interne.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’huile se présente sous la forme d’une portion de surface plane prévue sur la circonférence externe de la portion d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et/ou inférieur comprennent des rainures de lubrification en communication fluidique avec la chambre d’huile sous pression. De telles rainures de lubrification permettent d’améliorer la lubrification des surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et/ou inférieur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune des rainures de lubrification s’étend d’un côté interne radial à un côté externe radial de la surface de palier de butée respective, par exemple dans une direction radiale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, chacune des rainures de lubrification est circulaire et s’étend concentriquement à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile est une pompe centrifuge, telle qu’une pompe de prélèvement centrifuge. Une telle pompe de prélèvement centrifuge peut être réalisée à faible coût.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile peut être une pompe volumétrique, par exemple une pompe à huile type gérotor.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile est fixée, par exemple par ajustement serré, dans un évidement formé au niveau de l’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comporte en outre une partie tubulaire statique fixée au carter de palier radial et entourant la pompe à huile à une distance prédéterminée, de sorte qu’un espace annulaire soit formé entre la partie tubulaire statique et la pompe à huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’espace annulaire formé entre la partie tubulaire statique et la pompe à huile est compris entre 0,5 et 1,5 mm, et par exemple d’environ 1 mm.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la pompe à huile comporte une entrée d’huile prévue au niveau de l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile, la partie tubulaire statique s’étendant sur l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile. En raison de cette configuration, la partie tubulaire statique permet de minimiser les turbulences dans l’huile à proximité de l’entrée d’huile de la pompe à huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la partie tubulaire statique fait axialement saillie à partir de l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales est un compresseur à vitesse variable. À vitesse de rotation élevée du rotor et de l’arbre d’entraînement, une vitesse centrifuge élevée de l’huile se produit au niveau de la sortie d’huile de la pompe à huile, conduisant à une pression hydrodynamique importante dans la chambre d’huile sous pression. Lorsque la chambre d’huile sous pression est fermée par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur, une force hydrostatique est créée, qui peut être de la même amplitude que la force gravitationnelle dérivée de la masse de l’arbre d’entraînement. Cela améliore la lubrification des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur et le rendement du compresseur en raison de pertes par frottement réduites. En outre, l’usure des surfaces de paliers de butée est réduite, ce qui améliore la durée de vie du compresseur à spirales.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier inférieur comprend en outre un organe de support fixé à une surface interne de l’enveloppe externe hermétique, le carter de palier radial étant fixé à l’organe de support.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de palier radial comporte une partie de montage ayant une forme annulaire et étant fixée à l’organe de support.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de palier radial a une forme globalement tubulaire.
La description détaillée suivante d’un mode de réalisation de l’invention est mieux appréhendée lorsqu’elle est lue conjointement avec les dessins annexés étant appréhendés, toutefois que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation particulier divulgué.
La est une vue en perspective, partiellement tronquée, d’un compresseur à spirales selon 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 du compresseur à spirales de la .
La est une vue partielle en perspective d’un arbre d’entraînement du compresseur à spirales de la .
Description détaillée de l’invention
La décrit un compresseur à spirales 1 selon un 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 un gaz frigorigène comprimé. En particulier, l’entrée d’aspiration 3 est destinée à recevoir du gaz frigorigène basse pression provenant d’un composant d’un cycle frigorifique et la sortie de refoulement 4 est destinée à acheminer du 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 dans 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 en particulier 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 29 agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement 16 et immergée dans un carter d’huile 31 agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique 2. La pompe à huile 29 peut être une pompe centrifuge, telle qu’une pompe de prélèvement centrifuge, ou une pompe volumétrique, telle qu’une pompe à huile type gérotor. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, la pompe à huile 29 est fixée, par exemple par ajustement serré, dans un évidement 32 formé au niveau de l’extrémité axiale inférieure de l’arbre d’entraînement 16, et comporte une entrée d’huile 33 prévue au niveau de l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile 29.
La pompe à huile 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 vers les agencements de paliers supérieur et inférieur 27, 28. La pompe à huile 29 est particulièrement 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 vers l’agencement de palier supérieur 27 à travers le canal d’alimentation en huile 26 formé dans l’arbre d’entraînement 16.
Comme le montre mieux les figures 2 et 3, l’agencement de palier inférieur 28 comprend un carter de palier radial 34 configuré pour supporter en rotation la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16. Le carter de palier radial 34 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 34 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 34 comporte une première partie de carter 35 et une deuxième partie de carter 36 qui sont agencées à des positions différentes dans une direction axiale. Avantageusement, chacune des première et deuxième parties de carter 35, 36 a une section de bague circulaire.
La première partie de carter 35 comporte une surface de palier radial interne 37 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 37 a un premier diamètre interne. La deuxième partie de carter 36 comporte une surface circonférentielle interne 38 ayant un deuxième diamètre interne qui est supérieur au premier diamètre interne. Avantageusement, la deuxième partie de carter 36 comporte en outre une surface tronconique interne 39 située entre la surface de palier radial interne 37 et la surface circonférentielle interne 38 et divergeant vers la surface circonférentielle interne 38.
L’agencement de palier inférieur 28 comprend en outre un organe de support 41 fixé à une surface interne de l’enveloppe externe hermétique 2. Avantageusement, le carter de palier radial 34 comporte une partie de montage 42 ayant une forme de bague et étant fixée à l’organe de support 41 par exemple par utilisation de vis ou de boulons. La partie de montage 42 est par exemple formée radialement vers l’extérieur des première et deuxième parties de carter 35, 36.
En outre, l’agencement de palier inférieur 28 comprend des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44 configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement 16 pendant le fonctionnement. Avantageusement, le palier de butée axial supérieur 43 est situé au-dessus de la surface de palier radial interne 37 et le palier de butée axial inférieur 44 est situé en dessous de la surface de palier radial interne 37.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le palier de butée axial supérieur 43 est formé par une surface d’extrémité axiale supérieure 45 du carter de palier radial 34 et par une surface d’épaulement 46 fixée à l’arbre d’entraînement 16. La surface d’épaulement 46 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 56 fixée à l’arbre d’entraînement 16. Avantageusement, la surface d’extrémité axiale supérieure 45 et la surface d’épaulement 46 sont chacune annulaires.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le palier de butée axial inférieur 44 est formé par une surface d’extrémité axiale inférieure 47 de l’arbre d’entraînement 16 et par une surface de fond interne 48 du carter de palier radial 34. Avantageusement, la surface d’extrémité axiale inférieure 47 et la surface de fond interne 48 sont chacune annulaires, et le carter de palier radial 34 comporte une bride annulaire faisant saillie radialement vers l’intérieur 49 qui comporte la surface de fond interne 48. La bride annulaire faisant saillie radialement vers l’intérieur 49 a un diamètre de bride interne qui est inférieur au diamètre externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16.
L’agencement de palier inférieur 28 comprend également une chambre d’huile sous pression 51 qui est en communication fluidique avec la pompe à huile 29. La chambre d’huile sous pression 51 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 37, la surface circonférentielle interne 38 et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44. Avantageusement, la chambre d’huile sous pression 51 est délimitée dans une direction axiale respectivement par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44.
Comme le montre mieux les figures 2 et 3, la chambre d’huile sous pression 51 comporte un volume d’huile sous pression annulaire 52 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 34, et en particulier par la surface circonférentielle interne 38 et la surface tronconique interne 39. Avantageusement, le volume d’huile sous pression annulaire 52 est situé en dessous de la surface de palier radial interne 37, et est adjacent à la surface de fond interne 48.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 comporte une ouverture radiale 53 en communication fluidique avec une sortie d’huile de la pompe à huile 29. Avantageusement, l’ouverture radiale 53 fait face à la surface interne du carter de palier radial 34 et débouche dans la chambre d’huile sous pression 51 et en particulier dans le volume d’huile sous pression annulaire 52. Avantageusement, la sortie d’huile de la pompe à huile 29, qui est en communication fluidique avec l’ouverture radiale 53, s’étend radialement et est prévue sur une partie de paroi latérale de la pompe à huile 29.
La chambre d’huile sous pression 51 comprend en outre un passage d’huile 54 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 34. Avantageusement, le passage d’huile 54 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 54 est en particulier configuré relier fluidiquement le palier de butée axial supérieur 43 au volume d’huile sous pression annulaire 52 de la chambre d’huile sous pression 51.
Le passage d’huile 54 peut être formé par au moins un évidement agencé dans la surface externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16 et/ou dans la surface interne du carter de palier radial 34, et en particulier dans la surface de palier radial interne 37. De préférence, le passage d’huile 54 se présente (voir ) sous la forme d’une portion de surface plane prévue sur la circonférence externe de la portion d’extrémité inférieure 23 de l’arbre d’entraînement 16.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et/ou inférieur 43, 44, qui sont formées par la surface d’extrémité axiale supérieure 45, la surface d’épaulement 46, la surface d’extrémité axiale inférieure 47 et la surface de fond interne 48, peuvent comprendre des rainures de lubrification en communication fluidique avec la chambre d’huile sous pression 51 de manière à améliorer la lubrification des surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et/ou inférieur 43, 44. Chacune des rainures de lubrification peut s’étendre d’un côté interne radial à un côté externe radial de la surface de palier de butée respective, par exemple dans une direction radiale. En variante, chacune des rainures de lubrification peut être circulaire et s’étendre concentriquement à l’axe longitudinal de l’arbre d’entraînement 16.
Comme mentionné précédemment, le compresseur à spirales 1 est avantageusement un compresseur à vitesse variable. À 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 est élevée et ainsi une vitesse centrifuge d’huile élevée se produit au niveau de l’ouverture radiale 53 de l’arbre d’entraînement 16, conduisant à une pression hydrodynamique importante dans la chambre d’huile sous pression 51. Lorsque la chambre d’huile sous pression 51 est fermée par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44, une force hydrostatique est créée, qui peut être de la même amplitude que la force gravitationnelle dérivée de la masse de l’arbre d’entraînement 16. Cela améliore la lubrification des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44 et le rendement du compresseur en raison de pertes par frottement réduites. En outre, l’usure des surfaces de paliers de butée des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur 43, 44, et en particulier du palier de butée axial inférieur 44, est réduite, ce qui améliore la durée de vie du compresseur à spirales 1.
Comme le montre mieux la , le compresseur à spirales 1 comporte en outre une partie tubulaire statique 55 fixée au carter de palier radial 34 et entourant la pompe à huile 29 à une distance prédéterminée, de sorte qu’un espace annulaire soit formé entre la partie tubulaire statique 55 et la pompe à huile 29. L’espace annulaire peut être compris entre 0,5 et 5 mm, et par exemple d’environ 2 mm. La partie tubulaire statique 55 s’étend sur l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile 29 et fait axialement saillie avantageusement à partir de l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile 29. En raison de ladite configuration, la partie tubulaire statique 55 permet de minimiser les turbulences dans l’huile située à proximité de l’entrée d’huile 33 de la pompe à huile 29, et ainsi améliorer davantage le rendement du compresseur.
Bien entendu, l’invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-dessus à titre d’exemple non limitatif, mais au contraire elle englobe tous les modes de réalisation correspondants.

Claims (14)

  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 un 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 moteur électrique (17) comprenant un stator (18) relié à l’enveloppe externe hermétique (2) et un rotor (19) fixé à l’arbre d’entraînement (16), le moteur électrique (17) étant configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement (16) autour d’un axe de rotation,
    - 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 (29) agencée au niveau d’une extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement (16) et immergée dans un carter d’huile (31) agencé dans une section de fond de l’enveloppe externe hermétique (2), la pompe à huile (29) étant configurée pour acheminer, pendant le fonctionnement du compresseur à spirales (1), de l’huile vers l’unité de compression (6) et vers les agencements de paliers supérieur et inférieur (27, 28),
    dans lequel l’agencement de palier inférieur (28) comprend :
    - un carter de palier radial (34) configuré pour supporter en rotation une portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16), le carter de palier radial (34) comportant une surface de palier radial interne (37) entourant une surface externe de la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16),
    - des paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (43, 44) configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement (16) pendant le fonctionnement, et
    - une chambre d’huile sous pression (51) qui est en communication fluidique avec la pompe à huile (29), la chambre d’huile sous pression (51) étant au moins partiellement délimitée par la surface externe de la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16), la surface de palier radial interne (37) et les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (43, 44).
  2. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1, dans lequel le palier de butée axial supérieur (43) est situé au-dessus de la surface de palier radial interne (37) et le palier de butée axial inférieur (44) est situé en dessous de la surface de palier radial interne. (37).
  3. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la chambre d’huile sous pression (51) est délimitée dans une direction axiale respectivement par les paliers de butée axiaux supérieur et inférieur (43, 44).
  4. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la chambre d’huile sous pression (51) comporte un volume d’huile sous pression annulaire (52) 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 (34).
  5. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 4, dans lequel le carter de palier radial (34) comporte une première partie de carter (35) et une deuxième partie de carter (36) qui sont agencées à différentes positions dans une direction axiale, la première partie de carter (35) comportant la surface de palier radial interne (37) qui a un premier diamètre interne, et la deuxième partie de carter (36) comportant une surface circonférentielle interne (38) ayant un deuxième diamètre interne qui est supérieur au premier diamètre interne, le volume d’huile sous pression annulaire (52) étant délimité extérieurement au moins partiellement par la surface circonférentielle interne (38).
  6. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16) comporte une ouverture radiale (53) en communication fluidique avec une sortie d’huile de la pompe à huile (29), l’ouverture radiale (53) faisant face au carter de palier radial (34) et débouchant dans la chambre d’huile sous pression (51).
  7. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le palier de butée axial supérieur (43) est formé par une surface d’extrémité axiale supérieure (45) du carter de palier radial (34) et par une surface d’épaulement (46) fixée à l’arbre d’entraînement (16).
  8. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le palier de butée axial inférieur (44) est formé par une surface d’extrémité axiale inférieure (47) de l’arbre d’entraînement (16) et par une surface de fond interne (48) du carter de palier radial (34).
  9. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la chambre d’huile sous pression (51) comprend en outre un passage d’huile (54) 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 (34), le passage d’huile (54) reliant fluidiquement le palier de butée axial supérieur (43) à une ouverture d’entrée de la chambre d’huile sous pression (51).
  10. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 9, dans lequel le passage d’huile (54) se présente sous la forme d’une portion de surface plane prévue sur la circonférence externe de la portion d’extrémité inférieure (23) de l’arbre d’entraînement (16).
  11. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les surfaces de paliers de butée des paliers de butées axiaux supérieur et/ou inférieur (43, 44) comprennent des rainures de lubrification en communication fluidique avec la chambre d’huile sous pression (51).
  12. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le compresseur à spirales (1) comporte en outre une partie tubulaire statique (55) fixée au carter de palier radial (34) et entourant la pompe à huile (29) à une distance prédéterminée, de sorte qu’un espace annulaire soit formé entre la partie tubulaire statique (55) et la pompe à huile (29).
  13. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 12, dans lequel la pompe à huile (29) comporte une entrée d’huile (33) prévue au niveau de l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile (29), la partie tubulaire statique (55) s’étendant sur l’extrémité axiale inférieure de la pompe à huile (29).
  14. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le compresseur à spirales (1) est un compresseur à vitesse variable.
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