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" Turbo-piston compresseur ".
La présente invention a pour objet un compresseur 'dans lequel les organes de compression ont à la fois un mouvement de rotation continu et un mouvement de translation alternatif.
Ce compresseur se compose, en principe, d'une partie fixe, le stator et d'un ensemble d'organes mobiles, formant un rotor, à déplacement rectiligne alternatif.
Les gaz à comprimer sont aspirés et filtrés à la périphé- rie du stator, d'au ils sont dirigés, à l'intérieur de l'ar- bre creux du rotor.
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Le stator comporta.un chemin de roulement de forme sinueu- se .dans lequel sont guidés des galets réglables portés par le rotor, si bien que celui-ci est animé non seulement du mouve- ment de rotation continu transmis directement par l'arbre, mais encore d'un mouvement de va-et-vient axial.
Dans ces conditions, la compression du gaz s'effectue en trois temps : le gaz arrivant au centre est d'abord aspiré, sous l'effet de la force centrifuge, dans des cavités infé- rieures au rotor. Par la jeu de clapets et des organes mobiles du rotor, qui forment piston, le gaz subit alors une première compression, pour être ensuite évacué à la périphérie du rotor, et comprimé à nouveau, sous l'effet de la force centrifuge, après avoir déplacé, à cet effet, une bague extérieure/formant tiroir.
L'étanchéité et le graissage des joints de ces différents organes sont obtenus par le mouvement sinueux du fluide lui- même entre les surfaces frottantes, le lubrifiant étant, au préalable,. mélangé au fluide.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple, un mode d'exécution suivant l'invention.
La figure 1 en est une poupe axiale en élévation; la figure 2 une coupe axiale en profil; la figure 3 est une coupe par l'axe III-III de la fig.l, certaines parties de la machine n'étant pas coupées, pour plus de clarté .. la figure 4 est une coupe axiale de profil d'une varian- te de la machine.
Le stator 1 est composé de deux parties la et lb, entre- toisées par le conduit circulaire d'évacuation 2, de façon à former un chemin de roulement sinueux 3.
Le gaz est aspiré dans deux chambres 4, formées entre la surface extérieure du stator et un carter 5. Deux filtres an- nulaires, formés chacun par deux cylindres perforés 6 concen- triques, entre lesquels est interposée une matière filtrante
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7, sont disposés à la périphérie du carter.
Le conduit d'évacuation 2 peut, ainsi que le montre la fig. 2, comporter plusieurs ouvertures 8 permettant d'utiliser les gaz comprimés en plusieurs points.
La figure 4' au contraire, se rapporte à un compresseur dont le conduit d'évacuation 2 a une forme telle qu'elle fa- vorise, de la part du gaz évacué, lequel possède une certaine vitesse radiale et circonférentielle, la formation d'une in- finité de palettes mobiles, qui agissent d'une façon analogue à celle d'une turbine où le fluide travaille fluide sur flui- de; les pertes dues au frottement sont ainsi supprimées. l'arbre moteur 9 est monté sur le stator par l'intermé- diaire de deux manchons ou douilles 10, formant coussinets.
Ces douilles sont fixées au stator par des écrous 11. Des ba- gues 12 sont interposées entre ces écrous et le carter. Elles reçoivent la tuyauterie 13 d'arrivée d'huile. Un petit orifi- ce fait communiquer cette arrivée d'huile avec un joint 14, placé entre chaque douille et l'arbre.
D'un coté de l'arbre, l'écrou 11 est borgne; de l'autre, l'arbre reçoit un plateau 15, servant à l'entraînement.
L'arbre moteur est creux sur une partie de sa longueur.
La cavité intérieure 16 ainsi formée est reliée aux chambres d'aspiration 4 par des orifices 17, percées dans l'arbre d'une part, et, des ouvertures 18 et un alésage 19 du manchon, d'au- tre part.
Dans cet arbre, sont également pratiquées des rainures 20 dans lesquelles viennent s'engager des clavettes 20a por- tées par le rotor.
Ces clavettes ont dans les rainures un certain jeu lon- gitudinal' de façon à permettre le glissement alternatif du rotor sur l'arbre.
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Le rotor glissas en tournant, pendant ses déplacements sur les douilles10 par l'intermédiaire de deux couronnes 21a dont la section est en forme d'équerre, rapportées sur l'âme 21 du rotor. L'étanchéité et le graissage sont obtenue, entre les surfaces frottantes par un joint assez semblablé à un' joint à labyrinthe, avec cette différence que l'étanchéité et le graissage peuvent être obtenus par le mouvement sinueux et allongé des gaz chargés de lubrifiant entre les surfaces frot- tantes.
Si, dans ces conditions, l'étanchéité était insuffisante, il serait possible, par différence avec les compresseurs unique- ment rotatifs, et grâce aux deux mouvements combinés du rotor, d'utiliser des joints et des segments analogues à ceux des compresseurs alternatifs.
L'âme 21 du rotor porte des galets 22, placés à lextré- mité de bras creux 23. Ces galets sont réglables en position.
Ils sont montés, à cet effet, sur un tourillon 24, qui peut tourner dans une douille 25, vissée dans la cage formée par le bras 23. Le même filetage reçoit également une pièce 26 dont la fixation est assurée par un contre-écrou 27. Un boulon cen- tral 28, muni d'un écrou et d'une bille, sert à régler la hauteur du galet dans le rotor. L'extrémité sphérique de la pièce 26 est engagée dans un logement de la clavette 20a cor- respondante.
Les galets 22 se déplacent dans le chemin de roulement sinueux 3, formé par les deux parties du stator.
Les couronnes 21a qui sont, en quelque sorte, des pistons, sont entretoisées entre elles, avec un certain jeu, par des barres 29. Elles sont percées d'ouvertures 30e pour le passa- ge des gaz aspirés et déjà comprimés de la chambre intérieure 36 dans des chambres de compression 31a et 31b.
Les barres 29 portent, à cet effet, à leurs extrémités, des clapets circulaires 32a et 32b. obturant les ouvertures
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30 d'une des couronne$, pondant que celles de l'autre sont ouvertes.
L'extrémité des bras 23 voisine du galet porte un méplat 33.
Sur ces méplats viennent butsx les tiroirs 34a et 34b qui s'appliquent, d'autre part, à l'extrémité périphérique des couronnes 21a Un certain jeu est prévu pour permettre les déplacements alternatifs du tiroir annulaire, qui glisse en même temps qu'il tourner l'intérieur du stator 1 en formant, avec lui, un joint semblable à celui dont il est question plus haut. Ces tiroirs annulaires 34a et 34b sont renforcés inté- rieurement par des nervures 35, qui, en augmentant la résis- tance, ont pour but d'améliorer encore l'étanphéité du joint formé par le tiroir et le stator, l'étanchéité de ce joint, de même que son graissage, pouvant être obtenus par un joint analogue à oelui des couronnes 21a.
Ces rainures 35 correspondent avec la surface extérieure du tiroir, par de petits orifices, par lesquels le fluide @ s'introduit entre les surfaces flottantes, où il renoontre du fluide des chambres de refoulement, lequel contrarie' la ten- dance à s'échapper du premier.
, Le fonctionnement de ce compresseur est le suivant:
Les gaz sont aspirés, comme il dit plus haut, dans l'inté- rieur de l'arbre creux, et dans la chambre 36, formée par l'âme du rotor et les couronnes 21a.
Le rotor est représenté, sur la figure 1, dans sa posi- tion moyenne. Supposons que les galets 22 soient, sur le che- min de roulement, dans une position telle que l'arbre, en tournant, imprime au rotor un mouvement reotiligne dans le sens de la flèche jf.
.Le clapet 32b s'applique sur son siège, au début de la course par l'effet de son inertie et ensuite par celui de
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la résistance du gaz qui se trouve comprimé dans la chambre 31b
Le gaz, comprimé dans cette chambre, décolle le tiroir 34b, qui, par son inertie, tend du reste à rester en place et qui vient buter sur le méplat 33 correspondant.
Il est ensuite comprimé et projeté, sous l'effet de la force centrifuge, dans le conduit périphérique 2 où on pour- ra l'utiliser.
En même temps que la clapet 32a est décollé, le clapet 32b est appliqué sur son siège. Le gaz aspiré passe de la chambre 36 dans la chambre 31a, où se produit une aspiration, tandis que le tiroir 34a vient s'appliquer, jusqu'à la fin de la course, sur la couronne 21a correspondante.
Pendant la course inverse, le gaz est comprimé et débi- té, dans les mêmes conditions, par l'intermédiaire du tiroir 34a .
Le graissage des différentes pièces en mouvement est ob- tenu au moyen du lubrifiant (de l'huile .par exemple) intro- duit par la tuyauterie 13 et mélangé au gaz.
Cette huile qui arrive dans le joint 14, est aspirée par le courant de gaz qui passe dans le conduit 18 avoisinant.
Elle est divisée, pulvérisée en quelque sorte et entraînée, par le gaz à l'intérieur de l'arbre.
Là, elle subit l'effet de la température ambiante, qui la vaporise; c'est alors que la force centrifuge la rejette vers la périphérie, où elle s'introduit entre les surfaces frottantes, produisant ainsi un graissage abondant et effi- cace.
Grâce à la température intérieure, si des particules d'eau sont introduites dans la machine, elles sont également vaporisée dans la chambre 36 et facilement expulsées.
La surface des filtres 6 étant très grande, le gaz as- piré entre avec une vitesse très réduite. A chaque vitesse de de rotation du compresseur, et pour une même surface d'entrée, correspondent des pressions différentes P1, P2 des gaz
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aspirés; La variatinn de ces pressions fait également varier la température t1 t2 de ces gaz.
Pour obtenir une température normale t du gaz, il est né- oessaire de lui transmettre de la chaleur sur toute la lon- gueur du parcours, depuis l'ouverture d'entrée jusqu'à l'in- térieur de la machine. Dans le cas contraire, il se produirait une augmentation de la résistance d'aspiration et en même temps une diminution de la quantité de gaz aspiré, c'est-à-dire une perte et une diminution de rendement.
On obtient une répartition rationnelle de la chaleur dans les gaz aspirés en disposant dans les deux chambres an- nulaires 4, des pales radiales 35a fixées sur la cloison des chambres de compression. La position de ces pales est telle que leur écartement est diminué vers le centre, ainsi que le représente la figure 3.
Les gaz aspirés ont, par suite du passage dégressif qui leur est offert entre les pales, une vitesse qui augmente progressivement de l'extérieur vers le centre.
Ils restent dono plus longtemps au contact de la partie extérieure des chambres 31a et 31b,qui est la plus chauffée.
La disposition et la forme des pales sont telles que Inchangé de chaleur ainsi obtenu soit régulier e que la chu- te de température des gaz aspirés soit compensée par la cha- leur venant de l'intérieur du compresseur.
Le refroidissement des chambres de comprassion est ainsi réalisé dans les meilleures conditions.
Une augmentation de la vitesse de rotation du compres- seur entratne une augmentation de la quantité de gaz aspiré.
Mais en même temps. la température des gaz aspirés baisse, et comme la quantité de gaz comprimés est plus grande, l'ex- cès de chaleur a l'intérieur de la machine doit être plus grand. Bans cette construction il est donc possible, par simple réglage de la surface du filtre (qui est extrêmement
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grande relativement à celle des filtras connus) d'obtenir le meilleur rendement de la machine, et de maintenir en même temps ,à l'intérieur de la machine, la température qui convient pour le meilleur rendement et pour les meilleures conditions de graissage.
Ainsi qu'il ressort de la description le compresseur sui- vant l'invention agit simultanément comme un compresseur cen- trifuge puisque la masse de gaz se trouve en rotation de l'en- trée jusqu'à la sortie, et comma un oompresseur à piston puis- qu'il comporte des chambres d'aspiration et de compression dans lesquels le piston est animé d'un mouvement de va-et- vient. Ce compresseur ne présente cependant pas les inoonvé- nients des compresseurs ordinaires à piston , car les réac- tions axiales sont supprimées, puisque le mouvement de rota- tion de l'arbre d'entraînement est transformé directement en' mouvement de va-et-vient, sans l'intermédiaire d'une commande par bielle et manivelle.
Un autre avantage consiste en ce qu' on peut, en multipliant le Nombre des sinuosités du chemin de roulement, imprimer au piston, un nombre de courses relative- ment grand pour un seul tour de rotation de l'arbre. En outre , le piston travaille sur sen deux faces.
Les efforts d'inertie qui se produisent dans les fins de oourse sont utilisés pour effectuer les déplacements re- latifs des organes distributeurs, et l'évacuation du fluide.
Comme le gaz prend part à la rotation de la partie in- térieure, il en résulte que le graissage et l'étanchéité de tous les organes mobiles pourrai être obtenus par le seul passage de ce gaz entre les surfaces frottantes.
On a, d'autre part, la faculté d'ajouter, grâce aux deux mouvements combinés du rotor, des joints et des segmenta analogues à ceux qu'on utilise pour les machines alternati- ves.
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En outre, on obtient en ajoutant simplement du lubrifiant aux gaz aspirés un graissage parfait de toutes les parties en mouvement, et, en particulier, du piston et du tiroir.
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"Turbo-piston compressor".
The present invention relates to a compressor 'in which the compression members have both a continuous rotational movement and a reciprocating translational movement.
This compressor consists, in principle, of a fixed part, the stator, and of a set of movable members, forming a rotor, with reciprocating rectilinear displacement.
The gases to be compressed are sucked in and filtered at the periphery of the stator, where they are directed, inside the hollow shaft of the rotor.
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The stator comprises a sinuously shaped raceway in which adjustable rollers carried by the rotor are guided, so that the latter is driven not only by the continuous rotational movement transmitted directly by the shaft, but still with an axial reciprocating movement.
Under these conditions, the gas is compressed in three stages: the gas arriving at the center is first sucked, under the effect of centrifugal force, into cavities below the rotor. By the set of valves and the moving parts of the rotor, which form a piston, the gas then undergoes a first compression, to be then evacuated at the periphery of the rotor, and compressed again, under the effect of centrifugal force, after having moved, for this purpose, an outer ring / forming a drawer.
The sealing and the lubrication of the joints of these various components are obtained by the sinuous movement of the fluid itself between the rubbing surfaces, the lubricant being, beforehand ,. mixed with the fluid.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment according to the invention.
Figure 1 is an axial stern in elevation; FIG. 2 an axial section in profile; Figure 3 is a section through the axis III-III of fig.l, some parts of the machine not being cut, for clarity. Figure 4 is an axial section in profile of a variant. te of the machine.
The stator 1 is composed of two parts 1a and 1b, spaced by the circular discharge duct 2, so as to form a sinuous raceway 3.
The gas is sucked into two chambers 4, formed between the outer surface of the stator and a casing 5. Two annular filters, each formed by two perforated cylinders 6 concentric, between which is interposed a filter material.
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7, are arranged at the periphery of the housing.
The exhaust duct 2 can, as shown in FIG. 2, have several openings 8 allowing the compressed gases to be used at several points.
FIG. 4 'on the contrary, relates to a compressor, the discharge duct 2 of which has a shape such that it favors, on the part of the discharged gas, which has a certain radial and circumferential speed, the formation of. an infinity of movable vanes, which act in a manner analogous to that of a turbine where the fluid works fluid on fluid; losses due to friction are thus eliminated. the motor shaft 9 is mounted on the stator by means of two sleeves or bushings 10, forming bearings.
These bushings are fixed to the stator by nuts 11. Rings 12 are interposed between these nuts and the casing. They receive the oil inlet pipe 13. A small orifice makes this oil inlet communicate with a seal 14, placed between each bushing and the shaft.
On one side of the shaft, the nut 11 is blind; on the other, the shaft receives a plate 15, used for training.
The motor shaft is hollow over part of its length.
The interior cavity 16 thus formed is connected to the suction chambers 4 by orifices 17, drilled in the shaft on the one hand, and openings 18 and a bore 19 of the sleeve, on the other hand.
In this shaft, grooves 20 are also made in which keys 20a carried by the rotor engage.
These keys have a certain longitudinal play in the grooves so as to allow the reciprocating sliding of the rotor on the shaft.
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The rotor slips while rotating, during its movements on the bushings 10 by means of two rings 21a, the section of which is square-shaped, attached to the core 21 of the rotor. Sealing and lubrication are obtained between the rubbing surfaces by a seal similar enough to a labyrinth seal, with the difference that sealing and lubrication can be obtained by the sinuous and elongated movement of the gases laden with lubricant between rubbing surfaces.
If, under these conditions, the tightness was insufficient, it would be possible, by difference with the only rotary compressors, and thanks to the two combined movements of the rotor, to use seals and segments similar to those of the reciprocating compressors.
The core 21 of the rotor carries rollers 22, placed at the end of the hollow arm 23. These rollers are adjustable in position.
They are mounted, for this purpose, on a journal 24, which can rotate in a sleeve 25, screwed into the cage formed by the arm 23. The same thread also receives a part 26, the fixing of which is ensured by a lock nut 27 A central bolt 28, provided with a nut and a ball, is used to adjust the height of the roller in the rotor. The spherical end of the part 26 is engaged in a housing of the corresponding key 20a.
The rollers 22 move in the sinuous raceway 3, formed by the two parts of the stator.
The rings 21a which are, in a way, pistons, are braced between them, with a certain clearance, by bars 29. They are pierced with openings 30e for the passage of the gases sucked in and already compressed from the interior chamber. 36 in compression chambers 31a and 31b.
The bars 29 carry, for this purpose, at their ends, circular valves 32a and 32b. sealing openings
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30 of one of the crowns $, laying that those of the other are open.
The end of the arms 23 adjacent to the roller has a flat 33.
On these flats come butx the drawers 34a and 34b which apply, on the other hand, to the peripheral end of the rings 21a A certain clearance is provided to allow the reciprocating movements of the annular drawer, which slides at the same time as it turn the inside of the stator 1, forming with it a seal similar to the one mentioned above. These annular drawers 34a and 34b are internally reinforced by ribs 35, which, by increasing the resistance, are intended to further improve the sealing of the seal formed by the slide and the stator, the tightness of this. seal, as well as its lubrication, which can be obtained by a seal similar to oelui rings 21a.
These grooves 35 correspond with the outer surface of the spool by small orifices, through which the fluid enters between the floating surfaces, where it meets fluid from the discharge chambers, which thwarts the tendency to escape. from the first.
, The operation of this compressor is as follows:
The gases are sucked, as said above, into the interior of the hollow shaft, and into the chamber 36, formed by the core of the rotor and the rings 21a.
The rotor is shown in FIG. 1 in its middle position. Suppose that the rollers 22 are, on the raceway, in a position such that the shaft, while rotating, imparts to the rotor a linear movement in the direction of the arrow jf.
The valve 32b is applied to its seat, at the start of the stroke by the effect of its inertia and then by that of
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the resistance of the gas which is compressed in the chamber 31b
The gas, compressed in this chamber, takes off the slide 34b, which, by its inertia, tends to remain in place and which abuts on the corresponding flat 33.
It is then compressed and projected, under the effect of centrifugal force, into the peripheral duct 2 where it can be used.
At the same time as the valve 32a is lifted off, the valve 32b is applied to its seat. The sucked gas passes from the chamber 36 into the chamber 31a, where suction occurs, while the slide 34a is applied, until the end of the stroke, on the corresponding ring 21a.
During the reverse stroke, the gas is compressed and delivered, under the same conditions, through the spool 34a.
The lubrication of the various moving parts is obtained by means of the lubricant (oil. For example) introduced through the pipe 13 and mixed with the gas.
This oil which arrives in the seal 14, is sucked by the gas stream which passes through the neighboring pipe 18.
It is divided, in a way pulverized and carried away, by the gas inside the tree.
There, it undergoes the effect of the ambient temperature, which vaporizes it; it is then that the centrifugal force rejects it towards the periphery, where it is introduced between the friction surfaces, thus producing an abundant and effective lubrication.
Thanks to the internal temperature, if water particles are introduced into the machine, they are also vaporized in the chamber 36 and easily expelled.
The surface area of the filters 6 being very large, the sucked gas enters at a very low speed. At each speed of rotation of the compressor, and for the same inlet surface, correspond different pressures P1, P2 of the gases
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sucked; The variation of these pressures also causes the temperature t1 t2 of these gases to vary.
To obtain a normal temperature t of the gas, it is necessary to transmit heat to it over the entire length of the path, from the inlet opening to the interior of the machine. Otherwise, there would be an increase in the suction resistance and at the same time a decrease in the amount of gas sucked, that is to say a loss and a decrease in efficiency.
A rational distribution of the heat in the sucked gases is obtained by arranging in the two annular chambers 4, radial blades 35a fixed to the partition of the compression chambers. The position of these blades is such that their spacing is reduced towards the center, as shown in Figure 3.
As a result of the degressive passage which is offered to them between the blades, the aspirated gases have a speed which increases progressively from the outside towards the center.
They remain therefore longer in contact with the outer part of the chambers 31a and 31b, which is the most heated.
The arrangement and the shape of the blades are such that Unchanged heat thus obtained is regular and that the drop in temperature of the gases sucked in is compensated by the heat coming from inside the compressor.
The cooling of the compression chambers is thus carried out under the best conditions.
An increase in the speed of rotation of the compressor leads to an increase in the quantity of gas sucked in.
But at the same time. the temperature of the aspirated gases drops, and as the quantity of compressed gases is greater, the excess heat inside the machine must be greater. In this construction it is therefore possible, by simple adjustment of the filter surface (which is extremely
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large relative to that of the known filtras) to obtain the best efficiency of the machine, and at the same time to maintain, inside the machine, the temperature which is suitable for the best efficiency and for the best lubrication conditions.
As emerges from the description, the compressor according to the invention acts simultaneously as a centrifugal compressor since the mass of gas is in rotation from the inlet to the outlet, and as a compressor. piston since it comprises suction and compression chambers in which the piston is driven in a reciprocating movement. This compressor does not, however, have the disadvantages of ordinary reciprocating compressors, since axial reactions are eliminated, since the rotational motion of the drive shaft is transformed directly into a reciprocating motion. comes, without the intermediary of a control by connecting rod and crank.
Another advantage is that, by multiplying the number of windings of the raceway, it is possible to impart to the piston a relatively large number of strokes for a single revolution of the shaft. In addition, the piston works on two sides.
The inertia forces which occur in the ends of oourse are used to effect the relative displacements of the distributing members, and the evacuation of the fluid.
As the gas takes part in the rotation of the internal part, it follows that the lubrication and sealing of all the moving parts can be obtained by the only passage of this gas between the rubbing surfaces.
We have, on the other hand, the faculty of adding, thanks to the two combined movements of the rotor, joints and segments similar to those used for reciprocating machines.
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In addition, by simply adding lubricant to the aspirated gases, a perfect lubrication of all the moving parts, and in particular of the piston and the spool, is obtained.