Compresseur volumétrique à vis

Abstract

 Le compresseur, à ensembles tournants de faible inertie et à structure compacte, comprend deux rotors creux (5 ; 6), réalisés par exemple en matériau plastique, fixés respectivement sur un élément d'arbre avant (20 ; 21) tourillonnant dans une cloison avant (26) et supportés chacun, à l'arrière, par un ensemble de palier arrière (11) fixé sur la paroi frontale arrière (2) et entièrement intégré dans l'évidement interne (7 ; 8) du rotor. L'entraînement s'effectue par le rotor femelle (6).

Description

[0001] La présente invention concerne les compresseurs et, plus particulièrement, les compressuers ou soufflantes volumétriques à vis.

[0002] Les compresseurs à vis comprennent traditionnellement au moins une paire coopérante de rotors parallèles à filets hélicoïdaux tournant en synchronisme, au moyen d'engrenages de distribution, dans deux chambres cylindriques intercommuniquant longitudinalement. Ce type de compresseurs, de conception généralement robuste, est utilisé dans des applications industrielles pour fournir des pressions de l'ordre de plusieurs bars par étage. De ce fait, les rotors sont habituellement taillés d'une seule pièce avec leur arbre ou, comme décrit par exemple dans le brevet français N° 1 243 471, présentent un moyeu creux et sont emmanchés sur un arbre long faisant saillie de part et d'autre des extrémités longitudinales du rotor pour tourillonner dans des paliers du carter et permettre le montage des engrenages de distribution. Dans tous les cas, les rotors de ce type présentent une inertie importante, généralement accentuée par le nombre de filets hélicoïdaux pour l'obtention de taux de pression élevés, de sorte que l'entraînement du compresseur se fait sur le rotor principal ou mâle,à corps de filets épais,qui effectue la plus grande partie du travail de compression.

[0003] La présente invention a pour objet de proposer un compresseur à vis conçu pour la fourniture de faibles surpressions, inférieures à 1 bar, de structure particulièrement compacte, à ensembles tournants de faible inertie, fournissant un bon rendement volumétrique, notamment à bas régime, et permettant une production en grande série, notamment pour une_' utilisation dans le domaine de la suralimentation volumétrique de moteurs thermiques.

[0004] Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le compresseur à vis, du type comprenant un boîtier définissant deux chambres parallèles cylindriques intercommuniquant longitudinalement et fermées, à une extrémité, par une paroi de fond arrière du boîtier, ainsi que des passages d'entrée et de sortie du fluide communiquant avec les chambres, deux rotors à filets hélicoïdaux à moyeu creux, le moyeu de chaque rotor étant supporté et entraîné en rotation par un moyen d'arbre comportant une première extrémité tourillonnant dans une cloison rapportée sur l'avant du boîtier et fermant les deux chambres à l'opposé de ladite paroi de fond arrière, ces premières extrémités étant couplées par des roues dentées coopérantes, est caractérisé en ce que chaque moyeu de rotor comprend un évidenient longitudinal traversant, chaque moyen d'arbre comprenant un ensemble de palier arrière reçu dans l'extrémité correspondante de l'évidement du moyeu de rotor, et monté de façon étanche sur un élément d'axe fixé sur la paroi de fond arrière du boitier,et un élément d'arbre avant, traversant la cloison avant, solidarisé au rotor correspondant et s'étendant dans la partie avant de l'évidement du moyeu du rotor.

[0005] Avec cet agencement, chaque rotor comporte un moyeu creux et la ligne d'arbre de chaque rotor est décomposée en deux parties d'extrémité distinctes, permettant ainsi de réduire notablement l'inertie de chaque ensemble tournant l'encombrement axial du compresseur pouvant être considérablement réduit, notamment du fait de l'intégration de l'ensemble de palier arrière dans l'évidement interne traversant du moyeu de rotor. Du fait de la faible inertie des ensembles tournants, qui peut être encore réduite en réalisant les rotors en matériau plastique, avantageusement surmoulé sur l'élément d'arbre avant, conformément à une autre caractéristique de l'invention, concourant à la réduction d'encombrement du compresseur, l'entrée de mouvement se fait par l'élément d'arbre avant du rotor femelle, ce qui provoque ainsi un accroissement, proportionnel au rapport du nombre de dents des roues dentées d'entraînement des rotors mâle et femelle, de la rotation du rotor mâle et, donc, de la cylindrée par tour du compresseur.

[0006] Selon une autre caractéristique de l'invention, le compresseur volumétrique à vis, du type comprenant un rotor mâle et un rotor femelle disposés dans deux chambres parallèles intercommunicantes formées dans. un boîtier et fermées, à leurs extrémités axialement opposées, par une cloison frontale arrière et une cloison frontale avant, chaque rotor étant supporté et entraîné en rotation par un moyen d'arbre comportant une première extrémité traversant la cloison avant, ces premières extrémités étant munies de roues dentées coopérantes pour l'entraînement synchrone des rotors, est caractérisé en ce qu'au moins les parois internes des chambres - et avantageusement également les parois des filets des rotors, sont revêtues d'unè couche en surépaisseur d'un matériau de revêtement érodable contenant des particules de lubrifiant sec, les roues dentées d'entraînement étant couplées mutuellement sans jeu angulaire.

[0007] De cette façon, le montage du compresseur s'effectue très simplement et rapidement, en limitant les jeux résultant. de variations de tolérance et sans poser, par la suite, problèmes particuliers de calage angulaire entre les rotors, permettant ainsi une production en grande série, convenant notamment à l'industrie automobile.

[0008] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en plan d'un compresseur volumétrique selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue similaire mais en coupe longitudinale ; et

- la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2.

[0009] Comme représenté sur les dessins, le compresseur selon l'invention comprend un corps de boîtier 1, d'allure sensiblement parallélipé- dique, ouvert à une extrémité et fermé, à l'autre extrémité, par une paroi de fond arrière 2, le corps de boîtier 1 définissant deux chambres parallèles cylindriques 3 et 4 intercommuniquant longitudinalement. Dans les chambres 3 et 4 sont reçus respectivement un corps de rotor mâle 5 et un corps de rotor femelle 6, respectivement. Dans l'exemple représenté, le corps de rotor mâle 5 comprend quatre filets hélicoïdaux, le corps de rotor femelle comprenant six filets hélicoïdaux. Les corps de rotor mâle 5 et de rotor femelle 6 sont creux et traversés par un évidement longitudinal 7 et 8, respectivement, se terminant, à l'extrémité arrière, par une portée cylindrique 9 formant un épaulement interne 10 et destinée à recevoir un ensemble de palier arrière 11 fixé sur la paroi arrière 2. Chaque ensemble de palier arrière 11 comprend un axe tubulaire 12,sur l'extrémité avant duquel est monté un roulement 13 dont la cage intérieure est bloquée contre un épaulement 14 de l'axe par la tête d'une vis 15 dont l'extrémité filetée vissée dans l'axe tubulaire 12 fait saillie hors de la paroi arrière 2 pour recevoir, dans le mode de réalisation représenté, un écrou 16 assurant le blocage de l'ensemble de palier arrière 11 sur cette paroi arrière 2, contre la face interne de laquelle vient porter un épaulement d'extrémité 17 de l'élément d'axe 12. Le roulement arrière 13 de chaque rotor 5 ou 6 est ainsi disposé à l'intérieur de ce dernier, entre la portée interne 9 et l'élément d'axe 12 qui lui-même est monté en porte-à-faux sur la'paroi arrière 2 au moyen de la vis 15 qui le traverse entièrement. Comme représenté sur la figure 2, un joint 18 est également disposé entre l'élément d'axe 12 et la portée interne 9, à l'intérieur de l'évidement du rotor, ce joint étant maintenu en position axiale, par exemple par une bague 19 vissée dans un taraudage de l'extrémité de la portée lisse interne 9.

[0010] Egalement conformément à l'invention, les corps de rotor mâle 5 et rotor femelle 6 ont leur extremité avant fixée sur un élément d'arbre avant 20 et 21, respectivement. Chaque élément d'arbre avant 20, 21 comporte une tête de diamètre élargi 22, présentant par exemple des cannelures périphériques, emmanchée, dans l'exemple représenté, dans une partie cylindrique de montage élargie 23 de la partie avant de l'évidement interne 7 ou 8 définissant un épaulement de butée 24 dirigé vers l'avant, contre.lequel vient porter l'extrémité frontale de la tête élargie 22 des éléments d'arbre 20 et 21. Dans le mode de réalisation représenté, la tête élargie 22 des éléments d'arbre 20 ou 21 est bloquée dans le corps de re- tor correspondant par une bague 25 vissée dans un taraudage de la partie d'extrémité avant de l'évidement 7 ou 8 du corps de rotor.

[0011] Les chambres 3 et 4 sont fermées, du côté avant, par une cloison avant 26, appartenant par exemple à un élément de boîtier avant 27 définissant les logements pour les engrenages d'entraînement synchrone des rotors. La cloison avant 26 comporte une partie tubulaire en saillie 28 s'étendant dans la partie d'extrémité avant élargie de l'évidement 7 du corps de rotor mâle 5 et formant une portée lisse pour un roulement 29 et un joint 30 montés sur l'élément d'arbre avant 20, dont la partie d'extrémité extérieure 31 fait saillie vers l'avant, au-delà de la paroi avant 26, pour le montage, dans le mode de réalisation représenté, de deux roues dentées coaxiales de rattrapage de jeu 32 et 33 nécessaires pour éviter les contacts d'entraînement entre les filets de rotors 3 et 4 et coopérant en engrènement avec une roue dentée d'entraînement 34 fixée sur la partie d'extrémité 35 de l'élément d'arbre 21 du rotor femelle 6 faisant saillie vers l'avant au-delà de la cloison avant 26 et prolongée, dans cette direction, pour le montage d'une poulie 36 destinée à être couplée au dispositif moteur d'entraînement du compresseur. Dans l'exemple représenté, la roue dentée 34 comporte un moyeu 37 emmanché sur l'élément d'arbre 21 et sur lequel sont montés un roulement 38 et un joint 39 prenant appui extérieurement sur des portées correspondantes formées par la cloison avant 26, au moins la zoné de portée du joint 39 étant au moins partiellement intégrée dans la partié avant de l'évidement 8 du rotor 6. Les logements des roues dentées de distribution 34 et 32-33 sont fermés par un couvercle avant 40, un joint 41 étant disposé entre une portée de ce couvercle avant 40 et la partie d'extrémité 35 de l'élément d'arbre 21 du rotor femelle 6. On notera, notamment err relation avec le rotor mâle 5, que les joints avant 30 et 39 sont sensiblement intégrés dans 1.'espace intérieur du boîtier défini par la cloison avant 26. Le rapport des diamètres primitifs des roues dentées de distribution 34 et 32, 33 est le même que le rapport du nombre des filets hélicoïdaux des rotors 5 et 6. Dans l'agencement selon l'invention, l'entraînement s'effectuant par le rotor femelle 6, via la roue dentée d'attaque 34, il s'ensuit un accroissement de 50 % de la vitesse de rotation du rotor mâle 5, à savoir, pour une vitesse de rotation d'entrée à la poulie 36 de 15 000 tours par minute, une vitesse de rotation du rotor mâle 5 de 22 500 tours par minute, ce qui est autorisé par la réduction de l'inertie des ensembles tournants. Pour réduire encore cette inertie, comme on le voit sur la figure 2, les éléments d'arbre avant 20 et 21 sont partiellement creux et comportent des évidements internes 42 et 43,. respectivement,ces éléments d'arbre étant réalisés par exemple par frappe à froid. En variante de l'exemple représenté, le corps de boîtier 1 peut être réalisé en deux parties, avec un plan de joint au niveau de la paroi de fond arrière 2.

[0012] Sur la figure 1, on a représenté un mode de réalisation avec les lumières d'admission 45 et d'échappement 46 réalisées sur le corps de boîtier central 1, de part et d'autre de celui-ci, ces lumières pouvant être réalisées en variante sur les faces du carter ou sur une face et une zone du boîtier 1.

[0013] L'agencement de compresseur selon l'invention permet de réaliser les corps de rotor 5 et 6 en alliage léger, notamment à base d'Aluminium, mais également, compte tenu de la classe de compresseur.considéré, en matériau plastique rigide, par exemple en résine phénolique ou en polyamides avec charges de verre. La conception des lignes d'arbre en deux parties selon l'invention permet en outre, dans ce cas, de réaliser les corps de rotor 5 et 6 par surmoulage sur les éléments d'arbre avant 20 et 21 correspondants, assurant ainsi la solidarisation immédiate entre ces équipages.

[0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, les parois des chambres 3 et 4, ainsi que les surfaces de filets des rotors 5 et 6, sont, préalablement au montage, revêtues, comme figuré en 50, d'une couche en surépaisseur d'un matériau de revêtement érodable par les zones de surfaces externes adjacentes des éléments coopérants. Cet agencement permet de s'affranchir grandement des problèmes de tolérance d'usinage lors de l'assemblage, les filets de rotors assurant, par effet de rodage, leur passage dans l'épaisseur du matériau de revêtement érodable des parois du boîtier et, entre eux, la coopération optimale entre filets mâles et femelles pour l'obtention automatique du jeu fonctionnel nécessaire entre les filets des rotors. De ce fait, à l'assemblage, les rotors sont associés imbriqués l'un dans l'autre et installés dans le boîtier légèrement à force, les premiers tours d'actionnement assurant la création, par enlèvement local du matériau de revêtement. des jeux nécessaires, le calage angulaire convenable entre rotors étant assuré par le couplage mutuel sans jeu angulaire entre les roues dentées 34 et 32, 33. Le matériau de revêtement érodable contient des particules de lubrifiant sec assurant un fonctionnement souple et sans échauffement notable du compresseur. Le matériau de revêtement érodable est par exemple constitué d'une combinaison d'une résine, d'un liant dissout graphite et/ou de dans un solvant volatile, de particules de/bisulfure de molybdène et est appliqué par immersion, badigeonnage ou pulvérisation.

[0015] Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Revendications

1. Compresseur à vis, comprenant un rotor mâle (5) et un rotor femelle (6) disposés respectivement dans deux chambres parallèles cylindriques intercommunicantes (3, 4) formées dans un boîtier (1) et fermées, à leurs extrémités axialement opposées, par une cloison frontale arrière (2) et une cloison frontale avant (26), chaque rotor étant supporté et entraîné en rotation par un moyen d'arbre comportant une première extrémité (31, 35) traversant la cloison avant (26), ces premières extrémités étant munies de roues dentées (34 ; 32, 33) coopérantes pour l'entraînement synchrone des rotors, chaque première extrémité de moyen d'arbre s'étendant dans un évidement formé dans le moyeu du rotor correspondant et étant couplée en rotation à ce dernier dans ledit évidement, caractérisé en ce que chaque rotor (5, 6) comprend un évidement longitudinal traversant (7, 8), le moyen d'arbre comprenant un ensemble de palier arrière (11) reçu dans l'extrémité correspondante (9) de cet évidement et monté de façon étanche sur un élément d'axe (12) fixé sur la cloison frontale arrière (2) du boîtier, et un élément d'arbre avant (20, 21), constituant ladite première extrémité de moyen d'arbre, solidarisé au rotor correspondant et coopérant avec un joint annulaire (30, 39) monté dans une partie tubulaire (28) de la cloison avant (26) s'étendant dans la partie avant de l'évidement traversant (7, 8) du rotor (5, 6).

2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'arbre avant (21) du rotor femelle (6) comporte des moyens de couplage (36) à un dispositif moteur d'entraînement de compresseur.

3a Compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'arbre avant (20) du rotor mâle (5) comporte deux roues dentées coaxiales (32, 33) de rattrapage de jeu avec la roue dentée (34) de l'élément d'arbre avant (21) du rotor femelle (6).

4. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux rotors (5, 6) sont réalisés en matériau plastique rigide.

5. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque rotor (5, 6) est surmoulé sur son élément d'arbre avant (20, 21). '

6. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément d'axe arrière (12) est fixé sur la paroi frontale arrière (2) par une vis centrale (15).

7. Compresseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins les parois internes des chambres (3, 4) du boîtier (1) sont revêtues d'une couche en surépaisseur (50) d'un matériau de revêtement érodable contenant des particules de lubrifiant sec.

8. Compresseur à vis, du type comprenant un rotor mâle (5) et un rotor femelle (6) disposés dans deux chambres parallèles intercommunicantes (3, 4) formées dans un boîtier (1) et fermées, à leurs extrémités axialement opposées, par une cloison frontale arrière (2) et une cloison frontale avant (26), respectivement, chaque rotor étant supporté et entraîné en rotation par un moyen d'arbre comportant une première extrémité (31, 35) traversant la cloison avant (26), ces premières extrémités étant munies de roues dentées coopérantes (34, 32, 33) pour l'entraînement synchrone des rotors, caractérisé en ce qu'au moins les parois internes des chambres (3, 4) sont revêtues d'une couche en surépaisseur (50) d'un matériau de revêtement érodable contenant des particules de lubrifiant sec, les roues dentées d'entraînement (34; 32, 33) étant couplées mutuellement sans jeu angulaire.

9. Compresseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les surfaces des filets--des rotors (5, 6) sont revêtues d'une couche en sur¢paisseur dudit matériau de revêtement érodable.

10. Compresseur selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que la première extrémité (31) du moyen d'arbre d'un (5) des rotors comporte deux roues dentées coaxiales (32, 33) de rattrapage de jeu avec la roue dentée (34) de la première extrémité (35) du moyen d'arbre de l'autre rotor (6).

11. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le matériau de revêtement érodable (50) contient des particules de graphite.

12. Compresseur selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le moyen d'arbre de chaque rotor comporte un élément d'arbre avant (20, 21) tourillonnant par rapport à la cloison avant (26) et fixé par son extrémité intérieure (22) dans un évidement axial (23) du rotor.

13. Compresseur selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément d'arbre avant (21) du rotor femelle (6) comporte des moyens de couplage (36) à un moteur d'entraînement du compresseur.

Dessins