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" PERFECTIONNEMENTS AUX 'COMPRESSEURS A PISTONS. "
La présente invention oonoerne les compresseurs à pis- tons, c'est-à-dire les machines dans lesquelles le fluide gazeux comprimer est introduit dans un cylindre et refoulé par le mouvement d'un piston. Dans les compresseurs de ce genre, la vitesse est limitée par divers facteurs et notamment par les difficultés de remplissage des cylindres et d'évacuation du fluide gazeux comprimé, aux grandes allures.
Llinvention a pour but de remédier à,ces difficultés et se caractérise en ce que l'introduction du fluide gazeux dans la chambre de travail a lieu par des lumières ménagées dans le cy- lindre, au voisinage du point mort bas du piston et le remplissage a lieu en deux phases : - Une première phase dans laquelle le gaz pénètre dans le cylindre à travers une chambre étanche ménagée dans le piston et des clapets prévus sur le fond de ce dernier.
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- Une seconde phase dans laquelle le fond de piston, vers son point mort bas a dégagé les lumières d'admission.
Le refoulement a lieu à la remontée du piston à travers un ou plusieurs orifices, contrôlés par des clapets automatiques, de sorte que pendant tout le cycle imposé au gaz, celui-ci conserve un sens de'déplacement constant, parallèle en principe à l'axe du cylindre et dirigé vers le fond de celui-ci.
Les clapets prévus sur le fond de piston peuvent être au- tomatiques ou commandés.
Dans une forme de réalisation, le piston comporte deux parties extrêmes cylindriques de hauteur réduite agencées pour assurer le guidage et l'étanchéité dans le cylindre et réunies entre elles par des nervures qui isolent du carter la chambre in- terne du piston et portent les bossages de liaison avec le pied de bielle motrice.
Lorsque le piston ne comporte qu'un clapet sur son fond, les nervures qui constituent chapelle de clapet sont agenoées pour que le gaz introduit dans la chambre interne du piston soit réparti sur tout le pourtour du clapet. Dans le cas d'un clapet commandé, la commande est assurée par une came portée par le pied de bielle tourillonné sur l'axe du piston.
Le refoulement du gaz comprimé a lieu à travers des cla- pets multiples dont les sièges sont répartis sur le fond de oy- lindre, ce fond étant constitué par une oapsule ou cuvette indé- pendante qui coiffe le prolongement supérieur d'une chemise du cylindre et se bloque par une embase périphérique entre une par- tie supérieure du corps de cylindre et une culasse de refoulement.
Les clapets de refoulement sont constitués par des soupapes ou des cuvettes embouties rappelées par des ressorts qui s'épaulent sur des semelles pourvues de pattes qui se fixent par un montage du genre baïonnette à des oreilles prévues sur le siège rapporté sur le fond de cylindre.
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Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples seu- lement, des formes de mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 1 à 4 sont des schémas explicatifs du cycle de compression montrant en coupe un cylindre et le piston en dif- férents points de sa course.
La figure 5 est, à plus grande échelle, une coupe axiale partielle d'un cylindre et de son piston, par un plan perpendicu- laire au pied de bielle.
La figure 6 est une coupe du piston par un plan conte- nant l'axe du pied de bielle.
La figure 7 est une coupe axiale d'une variante d'exé- cution du clapet prévu sur le fond du piston.
La figure 8 est une demi-vue en plan correspondante.
Les figures 9 et 10 sont des vues perspectives, avec arrachements, de réalisations de soupapes ou clapets de refoule- ment prévus sur le fond de cylindre*
La figure. 11 est une coupe axiale d'ensemble d'un pis- ton aveo clapet commandé.
Lai figure 12 est une coupe transversale partielle sui- vant la ligne XII-XII de la figure 11.
Comme indiqué plus haut, les compresseurs perfectionnés conformément à l'invention sont conçus pour travailler à grand régime, en vue d'applications très générales. Ces compresseurs peuvent constituer, par exemple, des groupes moto-compresseurs d'industrie, fixes ou portatifs, ou être appliqués à la suralimen- tation des moteurs à explosions, pour l'aviation et l'automobile not amment.
Une des conditions propres à la réalisation de ce pro- gramme est l'obtention d'un remplissage satisfaisant des cylindres et d'une évacuation rapide du gaz comprimé. Selon l'invention,
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les compresseurs sont organisés de façon que le courant de gaz pendant l'aspiration ou l'introduction dans le cylindre et la com- pression et le refoulement, se déplace à sens oonstant, pour évi- ter tous effets d'inertie, tous choos et remous préjudiciables, ce sens étant celui de l'écoulement direct de l'entrée dans le cylin- dre à la sortie.
A cet effet, on adopte la disposition de principe schéma- tisée aux figures 1 à 4. Le piston présente deux portées cylin- driques 1 et la qui s'ajustent dans l'alésage du cylindre 2, l'étanchéité étant assurée par les segments connus, ou, dans cer- tains cas, par des gorges de détente, ou par ces deux moyens combi- nés. Une chambre interne étanche est ainsi ménagée dans le piston.
Elle est fermée à sa partie supérieure, par le fond 3 et, à sa partie inférieure, par une paroi 4 qui forme cloche à concavité tournée vers l'arbre moteur, le fond de cette cloche étant relié au fond 3 du piston par des nervures 5, largement ajourées pour le passage du gaz, comme il sera expliqué plus loin. Des bossages 6 sont ménagés dans la paroi ou cloche 4 pour le mon- tage de l'axe de piston 7 sur lequel s'articule le pied de la bielle 8 reliée à un arbre moteur entraîné par toute source de puissance appropriée.
Sur le fond 3 du piston est prévu un siège pour un cla- pet automatique 9 rappelé par un ressort 10 taré de façon qu'il permette la levée de la soupape pour une faible différence de pression entre la chambre du piston dite "chambre d'admission" et la chambre de travail dans le cylindre. Le refoulement du gaz hors du cylindre a lieu à travers le fond de cylindre sur lequel sont prévus des clapets automatiques 11. L'introduction du gaz a lieu à travers des lumières 12 réparties sur le pourtour du cylindre au voisinage du point mort bas du piston, ces lumières étant en liaison avec un collecteur commun 13 dans lequel le gaz est admis en 14.
Le fonctionnement est le suivant :
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Le piston étant à son point mort haut, descend vers son point mort bas ; lesclapets 11 sont fermés et la pression s'a- baisse dans le cylindre, la chambre interne du piston étant en communication aveo les lumières d'admission 12 est à la pression d'introduction des gaz qui, dans un compresseur à étages, peut être supérieure à la pression atmosphérique. Lorsque la pression dans la chambre de travail du cylindre est assez basse, le clapet 9 se soulevé et les gaz pénètrent dans la dite chambre en suivant le sens des flèches (figure 2).
Vers le point mort bas, le fond du piston démasque les lumières 12 qui communiquent alors avec la chambre de travail du cylindre et l'entrée d'air a lieu directement dans le cylindre, les molécules se déplaçant en principe parallèlement à l'axe de ce dernier. Cette phase du cycle constitue une particularité avantageuse de l'invention. Sans rompre la continuité du flux, elle masque un court instant les lumières 14, ce qui a pour effet de transformer en pression l'énergicinétique de la oolonne de gaz en mouvement dans la conduite d'aspiration. Dès que les lumières 14 sont de nouveau démasquées, l'air à pression élevée pénètre en se détendant, à grande vitesse, dans le cylindre dont le rem- plissage est alors complet.
Lorsque le piston remonte, le clapet 9 se ferme et le gaz est refoulé à travers les clapets Il (figure 4), sans que ses veines aient subi des chocs et des changements brusques de direc- tion. Cette particularité du cycle selon l'invention est sur- tout avantageuse en ce qu'elle permet de travailler à grandes vitesses.
Dans la réalisation industrielle montrée par les figures 5 et 6, le cylindre 2, en acier, comporte une fourrure externe 2e aveo ailettes de refroidissement par air. Cette fourrure peut être en alliage léger. Le fond 2f est constitué par une cuvette qui coiffe la partie supérieure du cylindre sur laquelle elle s'épaule en 2g et elle est bloquée par serrage, au moyen de boulons ou prisonniers, d'une culasse 2h qui comporte la
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tubulure de refoulement 2i. La fourrure 2e comporte la tubulu- re d'introduction 2j du gaz à comprimer dans un collecteur qui répartit ce gaz dans les lumières ménagées dans le cylindre.
On voit qur le piston les parties 1 et la de guidage dans le cylindre, ces parties comportant des gorges lb pour des segments d'étanchéité. La chambre d'admission 1 dans le piston est limitée par la paroi en cloche 4 et le fond 1d. Ce dernier est rattaché à la cloche par des nervures 1e qui sont ajoutées et ménagent entre elles des passages suffisants pour permettre au gaz d'accéder au clapet d'équilibrage 9 rappelé par ressort 9a sur un siège 9b rapporté par vissage sur le fond 1d, Les bos- sages 1g pour l'axe de pied de bielle 7 renforcent la liaison entre la cloche et le fond 1d.
Les figures 7 et 8 montrent une variante d'exécution du clapet 9 sur fond de piston. Dans cette variante, le clapet est constitué par une cuvette d'acier 9 emboutie et perforée centralement. Cette cuvette est lestée par une masse de métal coulé 9c qui peut être dressée sur sa face supérieure pour re- cevoir l'appui d'un ressort en spirale 9a. La cuvette 9 s'ap- puie par son bord sur un siège annulaire 9d ménagé sur le fond d'une pièce 9b rapportée et bloquée par vissage en 9c sur le piston 1. Le ressort 9a s'épaule sur le fond d'un ohapeau 9f vissé dans un taraudage 9g de la pièce 9b. Ce fond est perforé de lumières 9h régulièrement réparties, à travers lesquelles le gaz pénètre dans la chambre de travail.
Ce clapet a l'avantage, du fait de sa saillie inférieure à convexité aérodynamique, d'orienter le gaz vers le passage an- nulaire sur le pourtour du siège, sans chocs ni remous.
Un seul clapet de refoulement peut être prévu sur le fond de cylindre, mais il est préférable de recourir à des clapets mul- tiples régulièrement répartis sur oe fond comme c'est le cas pour la figure 5.
Ces capets peuvent être du type soupape comme dans le cas de la réalisation montrée par la figure 9. Chaque soupape 11
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stappuie sur un siège 11a rapporté par vissage dans un trou taraudé du fond de cylindre. Ce siège est pourvu d'un certain nombre (trois par exemple) d'oreilles 11b qui se prolongent au- dessus de la face supérieure du fond de cylindre et sont entaillées en 11 de façon à permettre d'y ancrer, par rotation autour de l'axe de la soupape, les extrémités inférieures lld de pattes 11e d'une pièce ou étrier 11f. La semelle supérieure de cette pièce sert d'appui au ressort de rappel 11g, elle comporte un canon 11h de guidage de la queue de soupape.
Dans la réalisation de la figure 10, qui est celle adop- tée sur la figure 5, les clapets de refoulement 11 sont cons- titués par des cuvettes embouties rappelées sur le siège lla par un ressort Ils qui s'épaule sur un étrier llf analogue en principe à celui de la figure 9 et comme lui ancré sur les oreilles 11b du siège.rapporté 11a. Les mêmes références dé- signent les mêmes parties ou les parties qui se correspondent, sur les deux figures 9 et'10.
Pour les compresseurs à grand volume de la cylindrée, il est avantageux de substituer au clapet automatique placé sur le fond du piston, un clapet positivement commandé. A cet égard, l'invention concerne en propre, un dispositif de commande qui a l'avantage d'être peu encombrant et de ne pas présenter d'obsta- oles appréciables à la circulation d'air dans la cavité interne du piston.
Un exemple de réalisation de ce dispositif est montré par les figures 11 et 12. Le pied de bielle 12 est fendu axialement pour recevoir un collier 13 perforé pour le passage de l'axe 14 du piston et du coussinet 15. Ce collier est ainsi maintenu transversalement sur le pied de bielle ; il est immobilisé en rotation par @@@ appui de sa tranche 16 sur le fond correspondant de l'entaille pratiquée dans la tête de bielle.
Une camé 17 est prévue à la partie supérieure du collier 13 et agit sur un galet 18 tourillonné sur un axe 19 porté par une chape forcée et buté axialement dans l'alésage interne
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d'une tige centrale 20 du clapet 21. Cette tige est guiduée dans la bague 22 rapportée sur le piston et le clapet 21 est rappelé sur son siège 23 par un ressort 24 interposé entre une embase 25 de la bague 22 et une embase ou rondelle 26 rapportée sur la tige. Le montage représenté pour la rondelle 26 est connu ; ilcomporte une bague élastique fendue 27 conique extérieurement et retenue axialement par une bague ou jonc 28.
La commande du clapet 21 résulte des inclinaisons de la bielle. Pendant toute la remontée du piston, le clapet reste fermé ; il s'ouvre au voisinage du point mort haut, au début de la course de descente du piston et se referme au voisinage du point mort bas, vers la fin de cette même course.
L'invention ne vise pas spécialement les compresseurs monocylindriques. Elle s'applique évidemment aux compresseurs polycylindriques, quels que soient le nombre et la disposition des cylindres.
REVENDICATIONS
1 - Perfectionnements aux compresseurs e piston caracté- risés en ce que l'introduction du fluide gazeux dans la chambre de travail a lieu par des lumières ménagées sur tout le pourtour du cylindre au voisinage du point mort bas et se produit en deux phases - Une première phase dans laquelle le gaz pénètre dans le cylindre à travers une chambre étanche ménagée dans le piston et un ou plusieurs clapets prévus sur le fond de ce dernier.
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