EP1115980A1 - Compresseur a engrenages - Google Patents

Compresseur a engrenages

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Publication number
EP1115980A1
EP1115980A1 EP00946028A EP00946028A EP1115980A1 EP 1115980 A1 EP1115980 A1 EP 1115980A1 EP 00946028 A EP00946028 A EP 00946028A EP 00946028 A EP00946028 A EP 00946028A EP 1115980 A1 EP1115980 A1 EP 1115980A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
stator
outlet
pressure
width
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00946028A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Dhollande
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hibon SAS
Original Assignee
Hibon SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Hibon SAS filed Critical Hibon SAS
Publication of EP1115980A1 publication Critical patent/EP1115980A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • F04C29/0035—Equalization of pressure pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/10—Geometry of the inlet or outlet
    • F04C2250/102—Geometry of the inlet or outlet of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a gear compressor and in particular of the ROOTS type.
  • a stator having a substantially oval cross section and having, connected at two diametrically opposite points on its side wall on one side, called supply, an inlet and, on the other side, said outlet, an outlet for the fluid to compress, usually air and,
  • the chamber delimited between the two lobes considered, called the first lobe and the rear lobe in the direction of rotation moves in front of the inlet, the fluid to be transported coming from the supply side is introduced into the transport chamber at a pressure determined supply then, as the rear lobe passes in front of the entrance, the chamber gradually closes.
  • the complete closure of the transport chamber is obtained when, with respect to the direction of rotation of the rotor, the edge of the second lobe or rear lobe, has crossed the edge of the supply orifice. Thanks to the low operating clearance between the lobe edge and the internal wall of the stator, the transport chamber benefits from a relative seal.
  • the fluid thus trapped then moves with the rotor until the edge of the first lobe reaches the edge of the delivery orifice.
  • the transport chamber then opens gradually and the fluid which, due to the gear of the pistons with a good seal between them, which cannot return to the inlet, is therefore expelled through the discharge orifice in a discharge line where the air already discharged is at a pressure known as discharge greater than the supply pressure.
  • the flow rate and the discharge pressure depend in particular on the speed of rotation of the compressor and the volume of each chamber.
  • the fluid supply pressure being lower than the discharge pressure, when the edge of the first lobe of the transport chamber reaches and exceeds the edge of the discharge orifice, part of the fluid contained in the discharge pipe rises against the current and suddenly enters the transport chamber to tend to a pressure balance.
  • ROOTS with three lobes (US-A-4,215,977) in which this return of fluid is anticipated by about sixty degrees but by regulating this withdrawal of fluid at the discharge pressure to introduce it into the transport chamber which is still closed.
  • stator wall has a channel, for example, hollowed out in the thickness of the wall.
  • Many parameters, such as supply and discharge pressures, supply and discharge temperatures, rotational speed of the rotor and the size of these pumps are parameters which influence the intensity of the above problems. In a given application, the above parameters are set by the user, but the user can then modify these parameters at any time.
  • the builders can only act on the shapes and sections of the channel.
  • One of the results which the invention aims to obtain is a compressor of the type mentioned above which carries a rational solution and in particular offers, within a very wide working range, very good results in terms of noise reduction so that by centering this range on the main area of use of the compressor, the settings can be neglected and above all provide a law defining the characteristics of the channel thus facilitating manufacturing.
  • the subject of the invention is a compressor of the aforementioned type comprising: - a stator having a substantially oval cross section and having, connected at two diametrically opposite points on its side wall on one side, said to be supply, a inlet and, on the other side, called discharge, an outlet for the fluid to be compressed, generally air and, - housed in this stator, two multi-lobe rotors, meshing together, driven in rotation by a motor means and each capable of delimiting between each pair of successive lobes when it passes in front of a fraction of the side wall, a so-called transport chamber due to that it transports the fluid withdrawn at the inlet to the outlet and
  • the lateral walls of this canal are defined by arcs of a circle tangent to a straight line parallel to the median axis of the canal passing through the lateral edge of the entrance to the canal,
  • FIG. 3 a developed form of a detail of Figure 1. Referring to the drawing, we see a type rotary multi-lobe compressor
  • this compressor 1 comprises:
  • a stator 2 having a substantially oval cross section and having, connected at two diametrically opposite points on its side wall on one side, called supply, an inlet 3 and, on the other side, said discharge, an outlet 4 of the fluid to be compressed, generally air and,
  • stator 2 housed in this stator 2, two multilobe rotors, meshing with one another, driven in rotation by a motor means (not shown) and each capable of delimiting between each pair of successive lobes when it passes in front of a fraction of the side wall, a chamber 5 so-called transport because it transports the fluid withdrawn at the inlet to the outlet and
  • the channel 6 has a substantially rectangular section increasing in width and in depth, from its inlet E to its outlet S, which respects the dimensional relationships below:
  • the lateral walls 7 of this channel are defined by arcs of a circle tangent to a straight line D parallel to the median axis M of the channel passing through the lateral edge A of the entrance to the channel E, - for the depth of the channel:
  • This section is determined to reach the discharge pressure in the volume transferred slightly before the edge of the first lobe reaches the edge of the outlet orifice.
  • the connection of the channel with the half-cylinder of the machine body has a particular shape which allows better progressiveness at the start of the process: V shape with a 10 ° inclination as shown on the shape developed in Figure 3.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention se rapporte à un compresseur comprenant un stator, deux rotors multilobes et un canal creusé dans la paroi du stator. Ce compresseur est caractérisé en ce que le canal présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée jusqu'à sa sortie, qui respecte les rapports dimensionnels ci-après: a) pour la largeur du canal: L1/Lc = 0,32; L2/Lc = 0,18; b) pour la profondeur du canal: h1/Dc = 0,081.

Description

COMPRESSEUR A ENGRENAGES
L'invention se rapporte à un compresseur à engrenages et notamment de type ROOTS.
Classiquement, un tel compresseur (US-A-4.215.977) comprend :
- un stator ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie du fluide à comprimer, généralement de l'air et,
- logés dans ce stator, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entraînés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée.
Lorsque la chambre délimitée entre les deux lobes considérés, dits lobe premier et lobe arrière selon le sens de rotation, se déplace devant l'entrée, le fluide à transporter provenant du côté d'alimentation s'introduit dans la chambre de transport à une pression d'alimentation déterminée puis, au fur et à mesure du passage du lobe arrière devant l'entrée, la chambre se ferme progressivement.
La fermeture complète de la chambre de transport est obtenue lorsque, par rapport au sens de rotation du rotor, l'arête du deuxième lobe ou lobe arrière, a franchi le bord de l'orifice d'alimentation. Grâce au faible jeu de fonctionnement entre l'arête des lobes et la paroi interne du stator, la chambre de transport bénéficie d'une relative étanchéité.
Le fluide ainsi emprisonné se déplace alors avec le rotor jusqu'à ce que l'arête du premier lobe atteigne le bord de l'orifice de refoulement.
La chambre de transport s'ouvre alors progressivement et le fluide qui, du fait de l'engrenage des pistons avec une bonne étanchéité entre eux, ne pouvant revenir vers l'entrée, est donc chassé au travers de l'orifice de refoulement dans une conduite de refoulement où l'air déjà refoulé est à une pression dite de refoulement supérieure à la pression d'alimentation. Le débit et la pression de refoulement dépendent notamment de la vitesse de rotation du compresseur et du volume de chaque chambre.
La pression d'alimentation du fluide étant inférieure à la pression de refoulement, lorsque l'arête du premier lobe de la chambre de transport atteint et dépasse le bord de l'orifice de refoulement, une partie du fluide contenu dans la conduite de refoulement remonte à contre-courant et pénètre brusquement dans la chambre de transport pour tendre à un équilibre des pressions.
Ce brusque retour d'air est, notamment, à l'origine de vibrations voire de chocs et donc du bruit produit par ces compresseurs obligeant à prévoir en aval du compresseur des amortisseurs acoustiques très puissants mais aussi très encombrants et coûteux.
Pour tenter de remédier à ce brusque retour, on connaît un compresseur
ROOTS à trois lobes (US-A-4.215.977) dans lequel on anticipe ce retour de fluide de soixante degrés environ mais en régulant ce prélèvement de fluide à la pression de refoulement pour l'introduire dans la chambre de transport encore fermée.
A cet effet, c'est pendant le déplacement de la chambre de transport, entre les deux orifices d'alimentation et de refoulement et donc avant que le premier lobe passe devant l'orifice de refoulement, que l'on prélève du fluide de la pression côté refoulement et on l'introduit dans la chambre de transport pour augmenter progressivement la pression dans la chambre de transport et tendre à obtenir un équilibre des pressions avant que l'arête du premier lobe ne franchisse le bord de l'orifice de refoulement de sorte qu'alors on n'y ait plus de chocs.
L'amplitude angulaire de soixante degrés de cette anticipation est liée à la nécessité que le lobe arrière (déphasé de cent vingts degrés du lobe avant) ait déjà franchi l'orifice d'entrée afin que la chambre de transport soit fermée côté entrée. Pour permettre cette introduction anticipée dans la chambre de transport d'air prélevé sur le refoulement, la paroi du stator présente un canal, par exemple, creusé dans l'épaisseur de la paroi. De nombreux paramètres, tels que les pressions d'alimentation et de refoulement, les températures d'alimentation et de refoulement, la vitesse de rotation du rotor et la taille de ces pompes sont des paramètres ayant une influence sur l'intensité des problèmes précités. Dans une application donnée, les paramètres précités sont fixés par l'utilisateur mais celui-ci peut ensuite à tout moment modifier ces paramètres.
Pour minimiser le bruit produit, les constructeurs ne peuvent agir que sur les formes et sections du canal.
A ce jour, la solution retenue par les constructeurs de ces machines consiste (Energie fluide N° IX de 1994 pages 57 et 58 "surpresseur à piston rotatif avec dispositif intégré de réduction de pulsations" de J.Y PICOL) à agir empiriquement par tâtonnement et à établir par cette méthode un canal, de forme et sections invariables quelle que soit l'évolution des paramètres, convenant donc essentiellement pour des paramètres de fonctionnement précis et donc rarement atteints, des paramètres précités ou à prévoir des moyens tels des tiroirs mobiles (FR-A-2.534.638), qui permettent d'ajuster la dimension transversale et la profondeur du canal en s'aidant d'un moyen de mesure du bruit pour rechercher les positions de ces tiroirs où le bruit produit est minimisé mais il faut alors agir fréquemment pour cet ajustement ce qui est insupportable et sans pour autant que la réduction de bruit sensiblement obtenue soit optimale.
Un des résultats que l'invention vise à obtenir est un compresseur du type cité plus haut qui porte une solution rationnelle et notamment offre, dans une très large plage de travail, de très bons résultats au plan atténuation du bruit de sorte qu'en centrant cette plage sur la zone d'utilisation principale du compresseur, les réglages peuvent être négligés et surtout apportent une loi définissant les caractéristiques du canal facilitant ainsi la fabrication.
A cet effet, l'invention a pour objet un compresseur du type précité comprenant : - un stator ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie du fluide à comprimer, généralement de l'air et, - logés dans ce stator, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entraînés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et
- un canal creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont l'amplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement, ce compresseur étant caractérisé en ce que le canal présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée jusqu'à sa sortie, qui respecte les rapports dimensionnels ci- après :
- pour la largeur du canal : . L1/Lc = 0,32
. L2/Lc = 0,18 . les parois latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite parallèle à l'axe médian du canal passant par le bord latéral de l'entrée du canal,
- pour la profondeur du canal : . h1/Dc = 0,081 . entre la sortie du canal et sur un angle de 35° en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 = 0,52 x De,
. entre l'entrée du canal et sur un angle de 25°, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x De,
- ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de
2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %, avec : L1 : largeur en sortie du canal, L2 : largeur à l'entrée du canal,
Le : longueur axiale du stator,
De : diamètre interne du stator.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :
- figure 1 : une coupe axiale d'un stator,
- figure 2 : une vue partielle en coupe transversale d'un compresseur,
- figure 3 : une forme développée d'un détail de la figure 1. En se reportant au dessin, on voit un compresseur rotatif multilobes type
ROOTS.
Classiquement, ce compresseur 1 comprend :
- un stator 2 ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée 3 et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie 4 du fluide à comprimer, généralement de l'air et,
- logés dans ce stator 2, deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entraînés en rotation par un moyen moteur (non représenté) et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre 5 dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et
- un canal 6 creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont l'amplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement.
Selon une caractéristique de l'invention, le canal 6 présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée E jusqu'à sa sortie S, qui respecte les rapports dimensionnels ci-après :
- pour la largeur du canal : . L1/Lc = 0,32 . L2/Lc = 0,18
. les parois 7 latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite D parallèle à l'axe médian M du canal passant par le bord latéral A de l'entrée du canal E, - pour la profondeur du canal :
. h1/Dc = 0,081
. entre la sortie du canal et sur un angle de 35° en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 = 0,52 x De,
. entre l'entrée du canal et sur un angle de 25°, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x De,
- ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de 2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %.
Avec : L1 : largeur en sortie du canal,
L2 : largeur à l'entrée du canal,
Le : longueur axiale du stator,
De : diamètre interne du stator.
Lorsque la vitesse périphérique augmente les valeurs précitées sont à multiplier par un facteur Z :
VCB/32 avec CB = vitesse périphérique du rotor à considérer
Cette section est déterminée pour atteindre la pression de refoulement dans le volume transféré légèrement avant que l'arête du premier lobe n'atteigne le bord de l'orifice de sortie. Le raccordement du canal avec le demi-cylindre du corps de la machine a une forme particulière qui permet une meilleure progressivité au début du processus : forme en V avec une inclinaison de 10° telle que représentée sur la forme développée en figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Compresseur à engrenages et notamment de type ROOTS comprenant :
- un stator (2) ayant une section droite sensiblement ovale et présentant, raccordées en deux points diamétralement opposés de sa paroi latérale d'un côté, dit d'alimentation, une entrée (3) et, de l'autre côté, dit de refoulement, une sortie 4 du fluide à comprimer, généralement de l'air,
- logés dans ce stator (2), deux rotors multilobes, engrenant entre eux, entraînés en rotation par un moyen moteur et aptes chacun à délimiter entre chaque paire de lobes successifs lors de son passage devant une fraction de paroi latérale, une chambre (5) dite de transport du fait qu'elle transporte jusqu'à la sortie le fluide prélevé à l'entrée et
- un canal (6) creusé dans l'épaisseur de la paroi du stator dont l'amplitude angulaire, la largeur et la profondeur de chacune des sections sont prédéterminées pour anticiper et réguler le prélèvement du fluide à la pression du côté refoulement et l'introduire dans la chambre de transport pour en augmenter progressivement la pression et tendre à ce qu'elle atteigne la pression de refoulement au plus tard lorsque l'arête du premier lobe atteint le bord de l'orifice de refoulement, ce compresseur étant CARACTERISE en ce que le canal (6) présente une section sensiblement rectangulaire croissante en largeur et en profondeur, depuis son entrée (E) jusqu'à sa sortie (S), qui respecte les rapports dimensionnels ci-après :
- pour la largeur du canal : . L1/Lc = 0,32
. L2/Lc = 0,18
. les parois (7) latérales de ce canal sont définies par des arcs de cercle tangents à une droite (D) parallèle à l'axe médian (M) du canal passant par le bord latéral A de l'entrée du canal (E), - pour la profondeur du canal :
. h1/Dc = 0,081
. entre la sortie du canal et sur un angle de 35° en aval, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R1 avec R1 ≈ 0,52 x De,
. entre l'entrée du canal et sur un angle de 25°, le fond est défini par un arc de cercle de rayon R2 = 0,34 x De,
- ces rapports sont définis pour une vitesse périphérique du rotor de 32 m/s, une pression d'entrée de 1000 mbars et une pression de refoulement de 2000 mbars absolue et avec une précision de plus ou moins 10 %, avec :
L1 : largeur en sortie du canal,
L2 : largeur à l'entrée du canal,
Le : longueur axiale du stator, De : diamètre interne du stator.
2. Compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la vitesse périphérique augmente les valeurs précitées sont à multiplier par un facteur Z :
VCB/32 avec CB = vitesse périphérique du rotor à considérer 3. Compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le raccordement du canal avec le demi-cylindre du corps de la machine a une forme particulière qui permet une meilleure progressivité au début du processus : forme en V avec une inclinaison de 10°.
EP00946028A 1999-07-26 2000-06-28 Compresseur a engrenages Withdrawn EP1115980A1 (fr)

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