FR2984425A1 - Dispositif d'injection d'huile pour compresseur frigorifique a spirales a vitesse variable - Google Patents

Abstract

Ce dispositif d'injection d'huile (2) comprend une pompe à huile (3) destinée à être couplée en rotation au moteur électrique d'un compresseur et comprenant des orifices d'entrée et de sortie, un conduit d'injection d'huile (12) relié au premier orifice de sortie (5) et destiné à alimenter en huile un étage de compression du compresseur, et un conduit de retour d'huile (14) relié au premier orifice de sortie (5) et destiné à retourner l'huile dans un carter d'huile du compresseur. Les pertes de charges dans le conduit d'injection d'huile (12) sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile traversant le conduit d'injection d'huile. Les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile (14) sont principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile traversant le conduit de retour d'huile.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif d'injection d'huile pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable. Le document FR 2 885 966 décrit un compresseur à spirales, encore connu sous le terme de compresseur Scroll, comprenant une enceinte étanche délimitée par une virole, délimitant un volume d'aspiration et un volume de compression disposés respectivement de part et d'autre d'un corps contenu dans l'enceinte. La virole délimitant l'enceinte étanche comprend une entrée de fluide frigorigène. Un moteur électrique est disposé dans l'enceinte étanche, avec un stator situé du côté extérieur, monté fixe par rapport à la virole, et un rotor disposé en position centrale, solidaire d'un arbre d'entraînement, en forme de vilebrequin, dont une première extrémité entraîne une pompe à huile alimentant, à partir d'huile contenue dans un carter situé dans la partie inférieure de l'enceinte, un conduit de lubrification ménagé dans la partie centrale de l'arbre. Le conduit de lubrification comporte des orifices de lubrification au niveau de différents paliers de guidage de l'arbre d'entraînement. Le volume de compression contient un étage de compression comprenant une volute fixe équipée d'une spirale engagée dans une spirale d'une volute mobile, les deux spirales délimitant au moins une chambre de compression de volume variable. La seconde extrémité de l'arbre d'entraînement est équipée d'un excentrique entraînant la volute mobile suivant un mouvement orbital, pour réaliser la compression du fluide frigorigène aspiré. D'un point de vue pratique, du fluide frigorigène arrive de l'extérieur et pénètre dans l'enceinte étanche. Une partie du fluide frigorigène est directement aspirée en direction du volume de compression, tandis que l'autre partie du fluide frigorigène passe à travers le moteur avant de s'écouler en direction de l'étage de compression. L'ensemble du fluide frigorigène arrivant soit directement à l'étage de compression, soit après passage à travers le moteur, est aspiré par l'étage de compression, pénétrant dans au moins une chambre de compression délimitée par les deux spirales, l'entrée se faisant en périphérie de l'étage de compression, et le fluide frigorigène étant véhiculé vers le centre des spirales au fur et à mesure que se produit la compression par diminution du volume des chambres de compression, résultant du mouvement de la volute mobile par rapport à la volute fixe. Le fluide frigorigène comprimé sort en partie centrale en direction de la chambre de récupération du gaz comprimé. Selon les configurations internes d'écoulement de ce type de compresseur, le fluide frigorigène entrant dans le compresseur peut se charger 5 en huile, cette huile peut provenir par exemple des fuites des paliers, du léchage de la surface du carter d'huile par le fluide frigorigène. Il doit être noté que le taux d'huile dans le fluide frigorigène évolue en fonction de la vitesse de rotation du rotor du moteur électrique. Ainsi, à faible vitesse de rotation du rotor, la quantité d'huile en 10 circulation avec le fluide frigorigène est faible, ce qui peut dégrader les performances du compresseur et réduit la lubrification des différentes pièces du compresseur. En revanche, à forte vitesse de rotation du rotor, le taux d'huile dans le fluide frigorigène sortant du compresseur peut devenir excessif. La 15 conséquence directe de ce taux excessif d'huile dans le fluide frigorigène est une perte d'efficacité de l'échange thermique des échangeurs situés en aval du compresseur, compte tenu du fait que les gouttelettes d'huile contenues dans le fluide frigorigène ont tendance à se déposer sur les échangeurs et à former une couche d'huile sur ces derniers. 20 De plus, un taux excessif d'huile dans le fluide frigorigène peut également entraîner un vidage du carter d'huile, ce qui pourrait fortement endommager le compresseur. Le document FR 2 916 813 décrit une solution pour améliorer les performances à basse vitesse d'un compresseur à vitesse variable sans nuire 25 à l'efficacité de celui-ci à grande vitesse. Cette solution consiste à augmenter la quantité d'huile mise en circulation dans le flux de fluide frigorigène pour les basses vitesses uniquement. Ainsi, le document FR 2 916 813 divulgue un dispositif d'injection d'huile pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, comportant : 30 - une pompe à huile volumétrique entraînée en rotation par un arbre d'entraînement couplé en rotation au rotor d'un moteur électrique du compresseur, la pompe à huile comprenant un orifice d'entrée d'huile destiné à être relié à un carter d'huile du compresseur et au moins un premier orifice de sortie d'huile, - deux conduits d'injection d'huile reliés chacun au premier orifice de sortie d'huile et destinés à alimenter en huile l'étage de compression du compresseur, - une électrovanne fixée sur la paroi de l'enceinte étanche et 5 comportant un noyau mobile, sous l'effet d'un champ magnétique, entre une position de fermeture permettant une injection d'huile dans l'étage de compression via les conduits d'injection d'huile et empêchant un retour d'huile vers le carter d'huile, et une position d'ouverture empêchant ou limitant l'injection d'huile dans l'étage de compression et permettant un retour d'huile 10 vers le carter d'huile du compresseur via un orifice de retour d'huile ménagé dans l'électrovanne, et - des moyens de commande agencés pour déplacer le noyau de l'électrovanne entre ses positions d'ouverture et de fermeture en fonction de la vitesse du compresseur. 15 Un tel dispositif d'injection d'huile présente l'inconvénient de nécessiter notamment la présence d'une électrovanne et de moyens de commande de cette dernière. Il en résulte un dispositif d'injection d'huile complexe, onéreux, et dont la fiabilité peut être remise en cause, par exemple en cas de panne de l'électrovanne ou des moyens de commande de cette 20 dernière. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un dispositif d'injection d'huile pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable qui soit de structure simple et économique, tout en permettant 25 un contrôle avec précision de l'injection d'huile dans l'étage de compression du compresseur. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'injection d'huile pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, comprenant : - une pompe à huile volumétrique destinée à être couplée en 30 rotation au rotor d'un moteur électrique du compresseur, la pompe à huile comprenant un orifice d'entrée d'huile destiné à être relié à un carter d'huile du compresseur et au moins un premier orifice de sortie d'huile, et - au moins un conduit d'injection d'huile relié au premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile et destiné à alimenter en huile un étage de 35 compression du compresseur, caractérisé en ce que le dispositif d'injection d'huile comprend en outre un conduit de retour d'huile relié au premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile et destiné à retourner l'huile dans le carter d'huile du compresseur, et en ce que le conduit d'injection d'huile et le conduit de retour 5 d'huile sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans le conduit d'injection d'huile sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile traversant le conduit d'injection d'huile, et les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile sont principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit 10 d'huile traversant le conduit de retour d'huile. A faible vitesse de rotation du compresseur, une proportion importante de l'huile issue du premier orifice de sortie d'huile de la pompe est dirigée vers le ou les conduits d'injection d'huile, et est injectée dans l'étage de compression. Cependant, au fur et à mesure que la vitesse de rotation du 15 compresseur, et donc de la pompe à huile, augmente, la proportion de l'huile issue du premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile et alimentant le ou les conduits d'injection d'huile diminue, tandis que la proportion d'huile alimentant le conduit de retour d'huile et retournée dans le carter d'huile du compresseur augmente, et ce du fait que les pertes de charge dans le ou les 20 conduits d'injection d'huile augmentent beaucoup plus vite avec le débit traversant le ou les conduits d'injection d'huile que les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile. Eventuellement, à très haute vitesse, la majeur partie de l'huile issue du premier orifice de sortie d'huile de la pompe est dirigée vers le conduit de retour d'huile et retournée vers le carter d'huile. 25 Par conséquent, le dispositif d'injection d'huile selon l'invention assure un contrôle avec précision de l'injection d'huile dans l'étage de compression du compresseur, et ce sans nécessiter l'utilisation d'éléments onéreux, tels qu'une électrovanne et des moyens de commande de cette dernière. 30 De préférence, la pompe volumétrique est configurée de telle sorte que le rapport du débit volumique de la pompe sortant par le premier orifice de sortie d'huile sur la vitesse de rotation de la pompe est sensiblement constant quelle que soit la vitesse de rotation de la pompe. De ce fait, et du fait de la configuration des pertes de charge dans les conduits d'injection d'huile et de 35 retour d'huile, la proportion de débit du dispositif d'injection allant dans le conduit d'injection d'huile diminue lorsque la vitesse de rotation de la pompe augmente. Préférentiellement, la pompe à huile est destinée à être entraînée en rotation par un arbre d'entraînement couplée en rotation au rotor du moteur 5 électrique du compresseur. Avantageusement, le dispositif d'injection d'huile comporte une pluralité de conduits d'injection d'huile, et par exemple deux conduits d'injection d'huile. Ces dispositions permettent d'assurer un débit d'injection d'huile satisfaisant dans l'étage de compression, y compris à très faible vitesse de 10 rotation du compresseur. Préférentiellement, le conduit d'injection d'huile comprend un organe d'étranglement, tel qu'une buse d'injection, monté à l'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile. Les pertes de charge singulières proportionnelles au carré du débit d'huile traversant le conduit 15 d'injection d'huile sont ainsi définies par l'organe d'étranglement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'organe d'étranglement comporte un orifice d'injection présentant un diamètre inférieur à la moitié du diamètre de la portion d'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile. L'orifice d'injection présente de préférence un 20 diamètre inférieur au quart, voire au sixième du diamètre de la portion d'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile, et par exemple égale à environ au huitième du diamètre de ladite portion d'extrémité. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'orifice d'injection présente un diamètre inférieur à au moins cinq fois la longueur de l'organe 25 d'étranglement. De façon avantageuse, l'organe d'étranglement comporte une portion tubulaire présentant une première extrémité ouverte et une deuxième extrémité au moins partiellement obturée par une paroi de fond, la paroi de fond comportant l'orifice d'injection. 30 Le conduit d'injection d'huile et le conduit de retour d'huile sont par exemple configurés de telle sorte que les pertes de charge dans le conduit d'injection d'huile sont inférieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile lorsque la vitesse de rotation de la pompe à huile est inférieure à une première valeur prédéterminée, et de telle sorte que les pertes de charge 35 dans le conduit d'injection d'huile sont supérieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile lorsque la vitesse de rotation de la pompe à huile est supérieure à une deuxième valeur prédéterminée, la deuxième valeur prédéterminée étant supérieure ou identique à la première valeur prédéterminée. Ainsi, tant que la vitesse du compresseur, et donc de la pompe à huile, est inférieure à la première valeur prédéterminée, la majeur partie de l'huile issue du premier orifice de sortie d'huile de la pompe est dirigée vers le conduit d'injection d'huile et est injectée dans l'étage de compression, du fait que les pertes de charge dans le conduit d'injection d'huile sont inférieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile. Au contraire, dès que la vitesse du compresseur, et donc de la pompe à huile, est supérieure à la deuxième valeur prédéterminée, la majeur partie de l'huile issue du premier orifice de sortie d'huile de la pompe à huile est dirigée vers le conduit de retour d'huile et est retournée dans le carter d'huile du compresseur, du fait que les pertes de charge dans le conduit d'injection d'huile sont alors supérieures aux pertes de charge dans le conduit de retour d'huile.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'injection d'huile comporte un organe d'obturation, tel qu'un clapet d'obturation, mobile entre une position d'ouverture autorisant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile et une position de fermeture empêchant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile, et des moyens de rappel agencés pour solliciter l'organe d'obturation vers sa position de fermeture. De préférence, les moyens de rappel sont agencés pour maintenir l'organe d'obturation dans sa position de fermeture tant que la vitesse de rotation de la pompe à huile est inférieure à une valeur prédéterminée, et pour autoriser un déplacement de l'organe d'obturation vers sa position d'ouverture dès que la vitesse de rotation de la pompe à huile atteint ladite valeur prédéterminée. Avantageusement, les moyens de rappel comportent un ressort dont la raideur est ajustée de manière à permettre un déplacement de l'organe 30 d'obturation vers sa position d'ouverture dès que la vitesse de rotation de la pompe à huile est supérieure à la deuxième valeur prédéterminée. De façon avantageuse, le conduit de retour d'huile présente une section transversale sensiblement constante. Les pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile traversant le conduit de retour 35 d'huile sont ainsi définies par la paroi intérieure du conduit de retour d'huile.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit de retour d'huile est formé par une tubulure souple ou rigide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'injection d'huile comporte une tubulure d'injection présentant une section transversale 5 sensiblement constante. L'organe d'étranglement est avantageusement monté à l'extrémité de la tubulure d'injection opposée à la pompe à huile. Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'injection d'huile présente une longueur supérieure à au moins dix fois le diamètre du conduit d'injection d'huile. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit de retour d'huile présente une longueur supérieure à au moins dix fois le diamètre du conduit de retour d'huile. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rapport de la longueur du conduit d'injection d'huile sur le diamètre du conduit d'injection 15 d'huile est supérieur au rapport de la longueur du conduit de retour d'huile sur le diamètre du conduit de retour d'huile. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pompe à huile est une pompe volumétrique à engrenages. Selon une caractéristique de l'invention, la pompe à huile 20 comprend un deuxième orifice de sortie d'huile destiné à être relié à un conduit de lubrification ménagé dans la partie centrale d'un arbre d'entraînement couplé en rotation au moteur électrique du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'injection d'huile comporte un raccord comportant au moins un orifice d'entrée d'huile 25 alimenté en huile par un conduit d'alimentation relié au premier orifice de sortie de la pompe à huile, un premier orifice de sortie d'huile relié au conduit d'injection d'huile, et un deuxième orifice de sortie d'huile relié au conduit de retour d'huile. Le raccord est avantageusement disposé à l'intérieur de l'enceinte étanche du compresseur. 30 La présente invention concerne en outre un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable, comprenant une enceinte étanche contenant un étage de compression, un carter d'huile logé dans la partie inférieure de l'enceinte étanche, et un moteur électrique ayant un stator et un rotor, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'injection d'huile 35 selon l'invention dont la pompe à huile est couplée en rotation au rotor du moteur électrique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un arbre d'entraînement couplé en rotation au rotor du moteur électrique et agencé pour entraîner en rotation la pompe à huile du dispositif d'injection d'huile.

De préférence, l'enceinte étanche comporte un volume d'aspiration et un volume de compression disposés respectivement de part et d'autre d'un corps contenu dans l'enceinte étanche, l'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile débouchant dans le volume de compression. Avantageusement, la portion d'extrémité du conduit d'injection 10 d'huile opposée à la pompe à huile est insérée dans un alésage traversant ménagé dans le corps séparant les volumes de compression et d'aspiration. De façon avantageuse, l'étage de compression comprend une volute fixe et une volute mobile comprenant chacune une spirale, la spirale de la volute mobile étant engagée dans la spirale de la volute fixe et étant 15 entraînée suivant un mouvement orbital, la volute mobile prenant appui contre le corps séparant les volumes de compression et d'aspiration. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte une enveloppe intermédiaire entourant le stator de manière à délimiter d'une part un volume externe annulaire avec l'enceinte étanche et 20 d'autre part un volume interne contenant le moteur électrique, et un dispositif de séparation d'huile monté sur la paroi extérieure de l'enveloppe intermédiaire, le dispositif de séparation comportant un canal de circulation de fluide frigorigène comportant une ouverture d'entrée de fluide frigorigène débouchant dans le volume externe annulaire et une ouverture de sortie de 25 fluide frigorigène débouchant dans le volume interne. La présence d'un tel canal de circulation de fluide frigorigène permet de modifier la trajectoire de l'écoulement du fluide frigorigène dans le volume externe annulaire, et donc de diminuer la vitesse du fluide frigorigène avant sa pénétration dans le canal de circulation de fluide frigorigène. Une telle diminution de la vitesse d'écoulement 30 du fluide frigorigène permet une chute par gravité d'une partie des gouttelettes d'huile présentes dans le fluide frigorigène en direction du carter d'huile. Il en résulte une diminution du taux d'huile dans le fluide frigorigène, et ce notamment à forte vitesse de rotation du compresseur, et ainsi une amélioration de l'efficacité du compresseur. 35 De préférence, l'ouverture de sortie de fluide frigorigène débouche au niveau d'une fenêtre ménagée dans l'enveloppe intermédiaire de manière à mettre en communication le canal de circulation de fluide frigorigène et le volume interne délimité par l'enveloppe intermédiaire. De façon avantageuse, l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène est située à proximité de l'extrémité du moteur électrique tournée vers l'étage de 5 compression. De façon préférentielle, l'enceinte étanche comporte une entrée de fluide frigorigène débouchant dans le volume externe annulaire et décalée axialement par rapport à l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène du canal de circulation de fluide frigorigène. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le canal de circulation comporte une première portion, tournée vers l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène, s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe du compresseur et une deuxième portion, tournée vers l'ouverture de sortie de fluide frigorigène, s'étendant transversalement à l'axe du compresseur et de préférence 15 sensiblement perpendiculairement à l'axe du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte une pièce de centrage fixée sur l'enceinte étanche, l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire tournée vers le carter d'huile reposant sur la pièce de centrage de telle sorte que la pièce de centrage obture au moins partiellement 20 l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire tournée vers le carter d'huile. La pièce de centrage est avantageusement munie d'un palier de guidage d'une portion d'extrémité de l'arbre d'entraînement tournée vers le carter d'huile. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la 25 description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif d'injection d'huile et de ce compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable. Figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'injection d'huile selon l'invention. 30 Figure 2 est une vue d'une portion d'extrémité d'un conduit d'injection d'huile du dispositif de la figure 1. Figure 3 est une vue en coupe d'un raccord du dispositif d'injection de la figure 1. Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un compresseur 35 frigorifique à spirales à vitesse variable équipé d'un dispositif d'injection de la figure 1.

Figure 5 est une vue à échelle agrandie d'un détail de la figure 4. Figure 6 est une vue en coupe, à échelle agrandie, de la pompe volumétrique du dispositif d'injection de la figure 1. Figure 7 est une vue en perspective de l'enveloppe intermédiaire 5 du compresseur de la figure 4 montrant un dispositif de séparation d'huile monté sur la paroi extérieure de l'enveloppe intermédiaire. Figure 8 est une vue en coupe d'un raccord d'un dispositif d'injection selon une variante de réalisation de l'invention. Figure 9 est un graphique représentant l'évolution des pertes de 10 charge dans des conduits d'injection d'huile et de retour d'huile du dispositif d'injection en fonction du débit traversant respectivement les conduits d'injection d'huile et de retour d'huile. Figure 10 est un graphique représentant l'évolution du débit de la pompe à huile sortant par le premier orifice de sortie d'huile de cette dernière, 15 et des débits des conduits d'injection d'huile et de retour d'huile en fonction de la vitesse de rotation de la pompe à huile. La figure 1 représente un dispositif d'injection d'huile 2 pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable. Le dispositif d'injection d'huile 2 comprend une pompe à huile 3 20 destinée à être couplée en rotation au rotor d'un moteur électrique du compresseur. La pompe à huile 3 est avantageusement une pompe volumétrique, par exemple à engrenages. La pompe à huile 3 comprend un orifice d'entrée d'huile 4 (voir la figure 6) destiné à être relié à un carter d'huile du compresseur, un premier 25 orifice de sortie d'huile 5 et un deuxième orifice de sortie d'huile 6. Le dispositif d'injection d'huile 2 comprend en outre un raccord 7 destiné à être logé dans l'enceinte étanche du compresseur. Le raccord 7 comporte au moins un orifice d'entrée d'huile 8 alimenté en huile par un conduit d'alimentation 9 relié au premier orifice de sortie d'huile 5 de la pompe à huile 30 3, un premier orifice de sortie d'huile 11 relié à un conduit d'injection d'huile 12 destiné à alimenter en huile un étage de compression du compresseur, et un deuxième orifice de sortie d'huile 13 relié à un conduit de retour d'huile 14 destiné à retourner l'huile dans le carter d'huile du compresseur. L'orifice d'entrée d'huile 8 est relié aux orifices de sortie d'huile 11, 35 13 par une chambre de liaison 15 ménagée dans le raccord 7. 2 98442 5 11 Avantageusement, le dispositif d'injection d'huile 2 comporte un deuxième conduit d'injection d'huile 12. Selon un mode de réalisation de l'invention, le raccord 7 comporte un deuxième orifice de sortie d'huile 11 débouchant dans la chambre de liaison 15 et connecté au deuxième conduit d'injection 12. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les deux conduits d'injection d'huile 12 sont reliés au même orifice de sortie 11 par l'intermédiaire d'une portion de conduit. Chaque conduit d'injection d'huile 12 comporte une tubulure d'injection 12a présentant une section transversale sensiblement constante.

Les conduits d'injection d'huile 12 sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans chaque conduit d'injection d'huile 12 sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile dans ledit conduit d'injection d'huile 12. Ainsi, chaque conduit d'injection d'huile 12 comprend en outre un organe d'étranglement, tel qu'une buse d'injection 16, monté à l'extrémité de la tubulure d'injection 12a respective opposée à la pompe à huile 3. Comme montré sur la figure 2, chaque organe d'étranglement 16 comporte une portion tubulaire 16a présentant une première extrémité ouverte et une deuxième extrémité obturée par une paroi de fond 16b. La paroi de fond 16b de chaque organe d'étranglement 16 comporte un orifice d'injection 17 présentant un diamètre inférieur à la moitié du diamètre du conduit d'injection d'huile 12 respectif. L'orifice d'injection 17 présente de préférence un diamètre égal à environ au huitième du diamètre du conduit d'injection d'huile 12 respectif.

L'orifice d'injection 17 présente par exemple un diamètre d'environ 0,5 mm, tandis que chaque conduit d'injection d'huile 12 présente un diamètre d'environ 4 mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion tubulaire 16a de chaque organe d'étranglement 16 présente un diamètre d'environ 3,8 mm.

De façon avantageuse, le conduit de retour d'huile 14 est formé par une tubulure présentant une section transversale sensiblement constante. Le conduit de retour d'huile 14 est configuré de telle sorte que les pertes de charge dans le conduit de retour d'huile 14 sont quant à elles principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile dans le conduit de retour d'huile 14.

La figure 9 représente l'évolution des pertes de charge DPi dans les conduits d'injection d'huile 12 et des pertes de charge DPr dans le conduit de retour d'huile 14 en fonction du débit traversant respectivement les conduits d'injection d'huile 12 et de retour d'huile 14. Il doit être noté que les différentes valeurs de débit et de pertes de charge représentées sur la figure 9 sont adimensionnées et représentent des pourcentages. Les valeurs de débit ont été adimensionnées en prenant comme valeur de référence (100%) la valeur maximale du débit traversant le conduit respectif, tandis que les valeurs de pertes de charge ont été adimensionnées en prenant comme valeur de référence (100%) la valeur des pertes de charge dans le conduit de retour 14. Sur la figure 9, il est clairement montré que les pertes de charge dans le conduit de retour d'huile varient linéairement avec le débit traversant le conduit de retour d'huile, contrairement aux pertes de charge dans le conduit d'injection d'huile qui évoluent de manière exponentielle avec le débit traversant le conduit d'injection d'huile. Comme montré plus particulièrement sur la figure 10, la pompe volumétrique 3 est configurée de telle sorte que le rapport du débit volumique Qp sortant par le premier orifice de sortie d'huile 5 de la pompe sur la vitesse de rotation N de la pompe est sensiblement constant quelle que soit la vitesse de rotation de la pompe. La figure 10 représente en outre le rapport du débit volumique Qi des conduits d'injection d'huile 12 sur la vitesse de rotation N de la pompe et le rapport du débit volumique Qr du conduit de retour d'huile 14 sur la vitesse de rotation N de la pompe en fonction de la vitesse de rotation N de la pompe. Il doit être noté que les différentes valeurs de vitesse de rotation et de rapport représentées sur la figure 10 sont adimensionnées et représentent des pourcentages. Les valeurs de vitesse de rotation ont été adimensionnées en prenant comme valeur de référence (100%) la valeur maximale de vitesse de rotation, tandis que les valeurs de rapport ont été adimensionnées en prenant comme valeur de référence (100%) la valeur du rapport Qp sur N.

Selon une variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 8, le dispositif d'injection d'huile 2 comporte un organe d'obturation, tel qu'un clapet d'obturation 18, mobile entre une position d'ouverture autorisant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile 14 et une position de fermeture empêchant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile 14, et des moyens de rappel agencés pour solliciter l'organe d'obturation 18 vers sa position de fermeture. De préférence, les moyens de rappel comportent un ressort 19 dont la raideur est ajustée de manière à permettre un déplacement de l'organe d'obturation 18 vers sa position d'ouverture dès que la différence de pression de part et d'autre de l'organe d'obturation 18 est supérieure au seuil de tarage du ressort, et un déplacement de l'organe d'obturation vers sa position de fermeture dès que la différence de pression de part et d'autre de l'organe d'obturation 18 est inférieure au seuil de tarage du ressort. L'organe d'obturation 18 peut par exemple être monté dans le raccord 7. Selon un mode de réalisation de l'invention, le deuxième orifice de 10 sortie d'huile 6 de la pompe à huile 3 est destiné à être relié à un conduit de lubrification ménagé dans la partie centrale d'un arbre d'entraînement couplé en rotation au moteur électrique du compresseur. La figure 4 représente un compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable 21 comprenant un dispositif d'injection d'huile 2 selon 15 l'invention. Le compresseur représenté à la figure 4 comprend une enceinte étanche délimitée par une virole 22 dont les extrémités supérieure et inférieure sont fermées respectivement par un couvercle 23 et une embase 24. L'assemblage de cette enceinte peut être réalisé notamment au moyen de 20 cordons de soudure. La partie intermédiaire du compresseur 21 est occupée par un corps 25 qui délimite deux volumes, un volume d'aspiration situé en dessous du corps 25, et un volume de compression disposé au-dessus de celui-ci. La virole 22 comprend une entrée de fluide frigorigène 26 débouchant dans le 25 volume d'aspiration pour réaliser l'amenée de fluide frigorigène au compresseur. Le corps 25 comprend deux alésages traversants dans chacun desquels est insérée la portion d'extrémité de l'un des conduits d'injection d'huile 12 opposée à la pompe à huile 3 du dispositif d'injection d'huile 2. 30 Le corps 25 sert au montage d'un étage de compression 27 du fluide frigorigène. Cet étage de compression 27 comprend une volute fixe 28 comportant un plateau 29 à partir duquel s'étend une spirale fixe 30 tournée vers le bas, et une volute mobile 31 comportant un plateau 32 prenant appui contre le corps 25 et à partir duquel s'étend une spirale 33 tournée vers le haut. 35 Les deux spirales 30 et 33 des deux volutes s'interpénètrent pour ménager des chambres de compression 34 à volume variable.

Le compresseur 21 comprend en outre un conduit de refoulement 35 ménagé dans la partie centrale de la volute fixe 28. Le conduit de refoulement 35 comprend une première extrémité débouchant dans une chambre de compression centrale et une seconde extrémité destinée à être mise en communication avec une chambre de refoulement 36 à haute pression ménagée dans l'enceinte du compresseur. La chambre de refoulement 36 pourrait éventuellement être délimitée en partie par une plaque de séparation 37 montée sur le plateau 29 de la volute fixe 28 de manière à entourer le conduit de refoulement 35.

Le compresseur 21 comprend également une sortie de fluide frigorigène 38 débouchant dans la chambre de refoulement 36. Le compresseur 21 comprend un moteur électrique triphasé disposé dans le volume d'aspiration. Le moteur électrique comprend un stator 39 au centre duquel est disposé un rotor 40. La variation de vitesse du moteur électrique peut être réalisée au moyen d'un générateur électrique à fréquence variable. Le rotor 40 est solidaire d'un arbre d'entraînement 41 dont l'extrémité supérieure est désaxée à la façon d'un vilebrequin. Cette partie supérieure est engagée dans une partie 42 en forme de manchon, que comporte la volute mobile 31. Lors de son entraînement en rotation par le moteur, l'arbre d'entraînement 41 entraîne la volute mobile 31 suivant un mouvement orbital. L'extrémité inférieure de l'arbre d'entraînement 41 est agencé pour entraîner en rotation la pompe à huile 3 du dispositif d'injection d'huile 2 logée dans la partie inférieure de l'enceinte étanche. L'orifice d'entrée d'huile 4 de la pompe à huile 3 est relié à un carter d'huile 44 du compresseur délimité en partie par l'embase 24 et la virole 22, tandis que l'orifice de sortie d'huile 6 de la pompe à huile 3 est relié à un conduit de lubrification 45 ménagé dans la partie centrale de l'arbre d'entraînement 41. Le conduit de lubrification 45 est désaxé et s'étend de préférence sur toute la longueur de l'arbre d'entraînement 41. La pompe à huile 3 est ainsi destinée à alimenter en huile le conduit d'alimentation 9 et le conduit de lubrification 45. Le compresseur 21 comprend également une enveloppe intermédiaire 46 entourant le stator 39. L'extrémité de l'enveloppe intermédiaire 35 46 opposée au carter d'huile 44 est fixée sur le corps 25 séparant les volumes d'aspiration et de compression, de telle sorte que l'enveloppe intermédiaire 46 sert à la fixation du moteur électrique. L'enveloppe intermédiaire 46 délimite d'une part un volume externe annulaire 47 avec l'enceinte étanche et d'autre part un volume interne 48 contenant le moteur électrique. Le compresseur 21 comprend de plus une pièce de centrage 49, 5 fixée sur l'enceinte étanche au moyen d'une pièce de fixation 51, munie d'un palier de guidage 52 agencé pour guider la portion d'extrémité de l'arbre d'entraînement 41 tournée vers le carter d'huile 44. L'extrémité de l'enveloppe intermédiaire 46 tournée vers le carter d'huile est fixée sur la pièce de centrage 49 de telle sorte la pièce de centrage 49 obture sensiblement la totalité de 10 l'extrémité de l'enveloppe intermédiaire 46 tournée vers le carter d'huile 44. Le compresseur 21 comprend en outre un dispositif antiretour 53 monté sur le plateau 29 de la volute fixe 28 au niveau de la seconde extrémité du conduit de refoulement 35, et comportant notamment un clapet de refoulement mobile entre une position d'obturation empêchant une mise en 15 communication du conduit de refoulement 35 et de la chambre de refoulement 36, et une position de libération autorisant une mise en communication du conduit de refoulement 35 et de la chambre de refoulement 36. Le clapet de refoulement est conçu pour être déplacé dans sa position de libération lorsque la pression dans le conduit de refoulement 35 dépasse la pression dans la 20 chambre de refoulement 36 d'une première valeur prédéterminée correspondant sensiblement à la pression de réglage du clapet de refoulement. Le compresseur 21 comporte également un dispositif de séparation d'huile monté sur la paroi extérieure de l'enveloppe intermédiaire 46. Comme montré plus particulièrement sur la figure 7, le dispositif de séparation d'huile 25 comporte au moins un canal de circulation de fluide frigorigène 54, et éventuellement deux canaux de circulation de fluide frigorigène 54 décalés angulairement. Chaque canal de circulation de fluide 54 comporte une ouverture d'entrée de fluide frigorigène 55 débouchant dans le volume externe annulaire 47 et une ouverture de sortie de fluide frigorigène débouchant dans 30 le volume interne 48. Chaque canal de circulation 54 comporte une première portion 54a, tournée vers l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène 55, s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe du compresseur et une deuxième portion 54b, tournée vers l'ouverture de sortie de fluide frigorigène, s'étendant transversalement à l'axe du compresseur et de préférence 35 sensiblement perpendiculairement à l'axe du compresseur.

L'ouverture de sortie de fluide frigorigène de chaque canal de circulation de fluide frigorigène 54 débouche par exemple au niveau d'une fenêtre 56 ménagée dans l'enveloppe intermédiaire 46 de manière à mettre en communication le canal de circulation de fluide frigorigène 54 et le volume interne 48 délimité par l'enveloppe intermédiaire 46. De façon avantageuse, l'ouverture d'entrée de fluide frigorigène 55 de chaque canal de circulation de fluide frigorigène 54 est décalée axialement par rapport à l'entrée de fluide frigorigène 26, et est située à proximité de l'extrémité du moteur électrique tournée vers l'étage de compression 27.

Le compresseur 21 est ainsi configuré de telle sorte qu'en conditions d'utilisation, un écoulement de fluide frigorigène circule à travers l'entrée de fluide frigorigène 26, le volume externe annulaire 47, le canal de circulation de fluide frigorigène 54, la fenêtre 56, le volume interne 48, l'étage de compression 27, le conduit de refoulement 35, le dispositif antiretour 53, la chambre de refoulement 36 et la sortie de fluide frigorigène 38. Le fonctionnement du compresseur à spirales va maintenant être décrit. Lorsque le compresseur à spirales selon l'invention est mis en marche, le rotor 40 entraîne en rotation l'arbre d'entraînement 41 et la pompe à huile 3 alimente, à partir d'huile contenue dans le carter 44, le conduit d'alimentation 9. L'huile pénètre ensuite dans l'orifice d'entrée d'huile 8 du raccord 7. Tant que la vitesse du compresseur, et donc de la pompe à huile, est faible, une proportion importante de l'huile ayant pénétrée dans le raccord 7 est dirigée vers les premier et second conduits d'injection d'huile 12 via la chambre de liaison 15 et les premiers orifices de sortie 11, du fait que les pertes de charge sont peu élevées dans chaque conduit d'injection 12. L'huile injectée dans les premier et second conduits d'injection 12 est alors injectée dans l'étage de compression 27 par l'intermédiaire des buses d'injection 16. Au fur et à mesure que la vitesse du compresseur, et donc de la pompe à huile, augmente, la proportion d'huile entrant dans le raccord 7 par l'orifice d'entrée d'huile 8 et dirigée vers les conduits d'injection d'huile diminue, tandis que la proportion d'huile alimentant le conduit de retour d'huile 14 et retournée dans le carter d'huile 44 du compresseur augmente, compte tenu du fait que les pertes de charge dans chaque conduit d'injection 12 augmentent beaucoup plus vite avec le débit traversant chaque conduit d'injection 12 que les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile 14. Ainsi, à grande vitesse, la majeur partie de l'huile ayant pénétrée dans le raccord 7 tombe par gravité dans le carter d'huile 44. Le dispositif d'injection d'huile 2 selon l'invention permet d'augmenter la quantité d'huile présente dans l'étage de compression 27 du compresseur, et donc d'augmenter le taux d'huile dans le fluide frigorigène, uniquement lorsque la vitesse du compresseur est faible. La présente invention permet ainsi d'améliorer les performances à basse vitesse du compresseur à vitesse variable sans nuire à l'efficacité de celui-ci à grande vitesse. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme 10 d'exécution de ce dispositif d'injection d'huile, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'injection d'huile (2) pour compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable (21), comprenant : - une pompe à huile (3) volumétrique destinée à être couplée en rotation au rotor (40) d'un moteur électrique du compresseur, la pompe à huile (3) comprenant un orifice d'entrée d'huile (4) destiné à être relié à un carter d'huile (44) du compresseur et au moins un premier orifice de sortie d'huile (5), et - au moins un conduit d'injection d'huile (12) relié au premier orifice de sortie d'huile (5) de la pompe à huile (3) et destiné à alimenter en huile un étage de compression (27) du compresseur, caractérisé en ce que le dispositif d'injection d'huile (2) comprend en outre un conduit de retour d'huile (14) relié au premier orifice de sortie d'huile (5) de la pompe à huile (3) et destiné à retourner l'huile dans le carter d'huile (44) du compresseur, et en ce que le conduit d'injection d'huile (12) et le conduit de retour d'huile (14) sont configurés de telle sorte que les pertes de charges dans le conduit d'injection d'huile (12) sont principalement des pertes de charges singulières proportionnelles au carré du débit d'huile traversant le conduit d'injection d'huile, et les pertes de charges dans le conduit de retour d'huile (14) sont principalement des pertes de charges par frottement proportionnelles au débit d'huile traversant le conduit de retour d'huile.
2. 2. Dispositif d'injection d'huile selon la revendication 1, dans lequel la pompe à huile volumétrique est configurée de telle sorte que le rapport du débit volumique de la pompe sortant par le premier orifice de sortie d'huile (5) sur la vitesse de rotation de la pompe est sensiblement constant quelle que soit la vitesse de rotation de la pompe.
3. 3. Dispositif d'injection d'huile selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le conduit d'injection d'huile (12) comprend un organe d'étranglement (16), tel qu'une buse d'injection, monté à l'extrémité du conduit d'injection d'huile opposée à la pompe à huile (3).
4. 4. Dispositif d'injection d'huile selon la revendication 3, dans lequel l'organe d'étranglement (16) comporte un orifice d'injection (17) présentant undiamètre inférieur à la moitié du diamètre de la portion d'extrémité du conduit d'injection d'huile (12) opposée à la pompe à huile (3).
5. 5. Dispositif d'injection d'huile selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'organe d'étranglement (16) comporte une portion tubulaire (16a) présentant une première extrémité ouverte et une deuxième extrémité au moins partiellement obturée par une paroi de fond (16b), la paroi de fond comportant l'orifice d'injection (17).
6. 6. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 5, lequel comporte un organe d'obturation, tel qu'un clapet d'obturation, mobile entre une position d'ouverture autorisant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile et une position de fermeture empêchant un écoulement d'huile dans le conduit de retour d'huile, et des moyens de rappel agencés pour solliciter l'organe d'obturation vers sa position de fermeture.
7. 7. Dispositif d'injection d'huile selon la revendication 6, dans lequel les moyens de rappel sont agencés pour maintenir l'organe d'obturation dans sa position de fermeture tant que la vitesse de rotation de la pompe à huile est inférieure à une valeur prédéterminée, et pour autoriser un déplacement de l'organe d'obturation vers sa position d'ouverture dès que la vitesse de rotation de la pompe à huile atteint ladite valeur prédéterminée.
8. 8. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 7, 25 dans lequel le conduit de retour d'huile (14) présente une section transversale sensiblement constante.
9. 9. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le conduit d'injection d'huile (12) comporte une tubulure d'injection 30 (12a) présentant une section transversale sensiblement constante.
10. 10. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le rapport de la longueur du conduit d'injection d'huile (12) sur le diamètre du conduit d'injection d'huile (12) est supérieur au rapport de la 35 longueur du conduit de retour d'huile (14) sur le diamètre du conduit de retour d'huile (14).
11. 11. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la pompe à huile (3) comprend un deuxième orifice de sortie d'huile (6) destiné à être relié à un conduit de lubrification (45) ménagé dans la 5 partie centrale d'un arbre d'entraînement (41) couplé en rotation au moteur électrique du compresseur.
12. 12. Dispositif d'injection d'huile selon l'une des revendications 1 à 11, lequel comporte un raccord (7) comportant au moins un orifice d'entrée 10 d'huile (8) alimenté en huile par un conduit d'alimentation (9) relié au premier orifice de sortie (5) de la pompe à huile (3), un premier orifice de sortie d'huile (11) relié au conduit d'injection d'huile (12), et un deuxième orifice de sortie d'huile (13) relié au conduit de retour d'huile (14). 15
13. 13. Compresseur frigorifique à spirales à vitesse variable (21), comprenant une enceinte étanche (22) contenant un étage de compression (27), un carter d'huile (24) logé dans la partie inférieure de l'enceinte étanche, et un moteur électrique ayant un stator (39) et un rotor (40), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'injection d'huile (2) selon l'une des 20 revendications 1 à 12 dont la pompe à huile (3) est couplée en rotation au rotor (40) du moteur électrique.
14. 14. Compresseur selon la revendication 13, dans lequel l'enceinte étanche (22) comporte un volume d'aspiration et un volume de compression 25 disposés respectivement de part et d'autre d'un corps (25) contenu dans l'enceinte étanche, l'extrémité du conduit d'injection d'huile (12) opposée à la pompe à huile (3) débouchant dans le volume de compression.
15. 15. Compresseur selon la revendication 14, dans lequel la portion 30 d'extrémité du conduit d'injection d'huile (12) opposée à la pompe à huile (3) est insérée dans un alésage traversant ménagé dans le corps (25) séparant les volumes de compression et d'aspiration.
16. 16. Compresseur selon l'une des revendications 13 à 15, dans 35 lequel le compresseur comporte une enveloppe intermédiaire (46) entourant le stator (39) de manière à délimiter d'une part un volume externe annulaire (47)avec l'enceinte étanche et d'autre part un volume interne (48) contenant le moteur électrique, et un dispositif de séparation d'huile monté sur la paroi extérieure de l'enveloppe intermédiaire, le dispositif de séparation d'huile comportant un canal de circulation de fluide frigorigène (54) comportant une ouverture d'entrée de fluide frigorigène (55) débouchant dans le volume externe annulaire (47) et une ouverture de sortie de fluide frigorigène débouchant dans le volume interne (48).