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Compresseurs d'air, de gaz ou de vapeurs.
Cette invention se rapporte aux compresseurs d'air, de gaz ou de vapeurs, ci-dessous désignés sous le nom ginéri- que de compresseurs, et elle a pour but de fournir un compres- seur de ce genre, de construction simple, de fonctionnement efficace et dont le coût de fabrication soit relativement bas.
Le compresseur suivant l'invention comprend un bloc de cylindres présentant une série d'alésages qui y sont ména- gés radialement, une pièce sur laquelle ce bloc de cylindres. est monté pour pouvoir exécuter un mouvement de rotation re- latif au cours duquel ces alésages sont amenés en ordre succes- sif en communication avec des lumières d'aspiration et des lumières de refoulement, des pistons susceptibles de se dé- placer dans ces alésages et un élément à l'intérieur duquel le bloc de cylindres est monté excentriquement et à l'aide du- quel un mouvement de va-et-vient est donné aux pistons dans ces @
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cylindres, la disposition étant telle oue pendant la course du piston vers 1'extérieur du gaz est aspira à l'intérieur par la.
lumière d'aspiration tandis que lors de la course vers l'inté- rieur une action est exercée sur le gaz pour le comprimer avant son refoulement par la lumière de refoulement.
De préférence, le bloc de cylindres est monté de manière a pouvoir tourner sur un arbre ou un moyeu pour ame- ner les alésages en communication directe avec les lumières d'aspiration et de refoulement, qui sont ménagées dans la sur- face cylindriaue de l'arbre ou du moyeu, les pistons étant montés librement dans les alésages. Le bloc de cylindres est de préférence monté. excentriquement à l'intérieur d'un élément de telle façon que les pistons se meuvent vers l'extérieur dans les alésages sous l'action de la force centrifuge et vers l'in- térieur sous l'action positive de l'élément une fois par tour du bloc de cylindres.
Une forme d'exécution de l'invention sera décrite plus spéciplement, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexa dans lequel:
Fig. 1 est une coupe transversale schématique d'un compresseur à six cylindres suivant l'invention,
Fig. 2 est une coupe axiale approximativement suivant la ligne 2-2 de la fig.l, et
Fig.3 est une vue partielle montrant un détail de pis- ton et d'alésage de cylindre, à plus grande échelle.
Sur ce dessin, le bloc de cylindres 4 consiste en un élément annulaire pourvu de six alésages 5 qui y sont ménagés à égale distance les uns des autres radialement par rapport à un arbre ou un moyeu fixe 6 sur lequel le bloc de cylindres est monté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de l'en- veloppe ou carcasse 7 du compresseur. Dans la forme de cons- truction du compresseur représenté", il y six alésages ou cylindres dans chacun desquels est monté un piston 8. On cons-
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tatera que les pistons sont montés de telle manière qu'ils peuvent coulisser et tourner librement dans les alésages, à .volonté.
Les extrémités externes des pistons sont de préférence bombées, comme c'est représenté en 8a et portent contre la sur- face interne d'une bague de glissement 9 montée dans l'envelop- pe. 7 excentriquement par rapport à l'arbre ou moyeu fixe 6.
Dans l'arbre ou moyeu 6 sur lequel le bloc de cylindres est monté à frottement doux, sont ménagées des lumières d'aspiration et de refoulement 10 et 11, respectivement, avec lesquelles les extrémités internes des alésages de cylindre 5 communiquent par l'intermédiaire de contre-alésages 5a de diamètre réduit s'ou= vrant dans la surface de portée cylindrique centrale du bloc de cylindres, de telle sorte que les alésages de cylindres com- muniquent avec les lumières 10 et 11 à tour de rôle pendant la rotation du bloc de cylindres sur l'arbre ou le moyeu.
Les lumières d'aspiration et de refoulement présen- tent la. forme de rainures qui suivent le contour de la circon- férence de l'arbre ou moyeu fixe 6, c'est-à-dire qu'elles affectent une forme sensiblement circulaire, la lumière d'aspi- ration couvrant un arc dont l'angle au centre de l'arbre ou du moyeu est plus grand que celui couvert par la lumière de refou- lement, ainsi qu'on le voit clairement sur la figure 1. Dans cette disposition la lumière d'aspiration 10 s'ouvre approxima- tivement au début de la course d'aspiration d'un piston ét se ferme à la fin de cette course.
Toutefois, en ce qui concerne la lumière,de refoulement 11, celle-ci est comme il a déjà été dit, de dimensions considérablement plus petites et séparée de la lumière d'aspiration par une partie intermédiaire de la surface de l'àrbre ou moyeu d'une longueur circonférentielle considérable, sur laquelle le bloc de cylindres se meut, pour amener les alésages, de cylindres 5 l'un après l'autre de la lumière d'aspiration à la lumière de refoulement, sa rotation dans le sens de la flèche sur la figure 1. Cette surface inter-
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médiaire de l'arbre ou du moyeu est dépourvue de lumières pour une raison qui ressortira clairement de la description ci- dessous.
D'une manière semblable, lorsque le bloc de cylindres continue à tourner dans le même sens, un alésage de cylindre passant de la lumière de refoulement à la lumière d'aspiration doit se déplacer sur une autre partie intermédiaire de la sur- face de l'arbre ou moyeu, dont la longueur circonférentielle est, comme c'est représenté, un peu plus grande que la largeur d'un contre-alésage de cylindre 5a. Toutefois, cette longueur peut être différente de celle représentée sur le dessin, par exemple en vue d'assurer un recouvrement plus grand ou plus petit sur les lumières dans le cas de compresseurs à grande vitesse ou à petite vitesse, respectivement.
Des conduits d'aspiration et de refoulement 12 et 13, respectivement, sont ménagés longitudinalement dans l'arbre ou moyeu 6 en vue de raccorder les lumières 10 et 11 aux ca- nalisations d'aspiration et de refoule--,lent de l'installation de compresseur au moyen'de raccords vissés dans les taraudages 12a et 13a aux extrémités externes des conduits comme c'est indiqué sur la figure 2.
Comme on le constatera sur le dessin, la disposition excentrique de la bague de glissement 9 et de l'arbre ou moyeu 6 est telle que lorsqu'un cylindre 5 passp d'un point où il communique avec la lumière de refoulementll à un point où il communique avec la lumière d'aspiration 10, son piston 8 se trouve, au fond de sa course vers l'intérieur. Cette posi- tion vectorielle du cylindre est indiquée en A sur la figure 1.
A mesure qu'il continue de tourner, le bloc de cylindres 4 amène la partie avant du cylindre en communication avec la lu- mière d'aspiration 10, c'est-à-dire entre les positions indi- quées en A et en B, l'excentricité de la bague de glissement par rapport au centre de rotation du bloc de cylindres permet- tant au piston 8 de se déplacer vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge pour aspirer une charge par la lumière
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d'aspiration.
Ce déplacement du piston vers l'extérieur se poursuit sur.toute la longueur circonférentielle de la lumière d'aspiration, entre les positions B et C, et le piston atteint le fond de sa course vers l'extérieur juste au moment où la lumière d'aspiration se ferme, c'est-à-dire lorsque le cy- lindre au cours de sa rotation arrive dans une position qui dépasse légèrement celle indiquée en D dans le sens de la flèche.
Ensuite, pendant que le cylindre 5 se déplace sur la. partie de longueur circonférentielle considérable dépourvue de lumières de la surface de l'arbre ou du moyeu située entre les lumières d'aspiration et de refoulement, le piston 8 est gra- duellement repoussé vers l'intérieur par la bague de glisse- ment 9, comme c'est indiqué en E, pour agir sur la charge dans le cylindre 5 et la comprimer au degré maximum désiré, comme c'est indiqué par la position du piston en F. En continuant à tourner, le bloc de cylindres dépassant la position F amène le contre-alésage 5a du cylindre en communication avec la lumière d'évacuation 11 et la bague de. glissement repousse le piston 8 au fond de sa course vers l'intérieur pour expulser la charge comprimée.
On comprendra ainsi que la longueur circonférentielle de la partie dépourvue de lumières, la plus étendue de la surface de l'arbre ou du moyeu 6,variera dans les compresseurs suivant l'invention établis pour répondre à des conditions différentes Cette longueur circonférentielle dépourvue de lu- mières est, fonction du rapport volumétrique nécessaire qui dans la compression adiabatique donne lieu au rapport désiré des pressions et elle est en réalité choisie de manière à donner ce rapport volumétrique nécessaire.
On fera remarquer que dans le mode de construction décrit du compresseur on peut obtenir des rapports volumétriques de 8 à 1 ou davantage, le compresseur convenant particulièrement à des rapports de volume de 3 à 1 et au-delà, bien qu'il puisse être employé pour
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des rapports de volume plus faibles en montrant 'une supériorité marquée sur les compresseurs d'autre type.
On voit, plus particulièrement sur la figure 3, que le diamètre du contre-alésage 5a est de préférence égal à la moitié environ ou moins de la moitié de celui de l'alésage de cylindre proprement dit 5 auquel il est raccordé par une surface conique 5b. Les extrémités internes des pistons 8 présentent des prolongements ce forme tronconique 8b ayant à peu près les mêmes dimensions que les surfaces coniques 5b, sauf que les parties tronconiques 8b des pistons se prolon- gent par une partie plus conique comme on le verra clairmenet sur la figure 3. Ce point est important car on obtient par ce moyen un degré maximum d'expulsion de la charge, les parties coniques 8b pénétrant dans les contre-alésages 5a lorsque le piston se trouve à l'extrémité interne de sa course.
Les pis- tons fonctionnent à frottement deux dans les cylindres et sont pourvus de rainures 14 près de leurs extrémités internes (fi- gures 1 et 2) pour améliorer leurs cunlités d'étanchéité à l'égard des gaz. Plusieurs rainures 14 peuvent être ménagées à proximité les unes des autres dans chacun des pistons, comme c'est représenta plus clairement sur la. figure 3, pour former un labyrinthe en vue de réduire au minimum les risques de fuites de gaz par les pistons.
Un roule"ent à aiguilles 28 est de préférence inter- calé entre la brgue de glissement 9 et l'enveloppe 7 du con- presseur en vue de permettre la rotation de la bague et de réduire ainsi le frottement entre celle-ci et les têtes 8a des pistons.
En se référant particulièrement à la figure 2, on voit que l'enveloppe ou carcasse 7 du compresseur est pourvue d'un couvercle avant 15 emboîté en 15a dans l'enveloppe et boulonnée à la bride 7a de cette dernière en 16. Le bloc de cylindres 4 est pourvu d'un tourillon ou bout d'arbre 17 monté @
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dans un coussinet 18.à l'intérieur du couvercle avant à travers lequel il s'étend pour former l'arbre de commande du compresseur.
On comprendra que par suite de la. rotation de l'arbre de comman- de 17 le bloc de cylindres 4 tourne sur l'arbre ou le moyeu 6 pour provoquer le mouvement de va-et-vient des pistons 8 dans , les alésages de leurs cylindres respectifs 5 de la manière déjà décrite. L'arbre ou le moyeu 6 est logé dans l'enveloppe en 19 et empêché de se déplacer vers l'intérieur par un écrou
20 vissé sur l'extrémité filetée de l'arbre ou,du moyeu qui fait saillie à l'arrière de l'enveloppe du çompresseur.
Un bou- let 23 soumis à l'action d'un ressort à boudin 24 par l'intermé- diaire d'un godet 25 placé dans un logement axial de l'arbre de commande 17 constitue un palier de butée partent du bloc de cylindres 4 et maintient l'extrémité de l'arbre ou du moyeu 6 et l'extrémité interne de le surface d'appui cylindrique du bloc de cylindres à la distance voulue l'une de l'autre, comme c'est représenté. Des bouchons de remplissage et de vidange d'huile sont représentés en 21 et 22, respectivement, à.l'ar- rière de l'enveloppe, le niveau de l'huile étant maintenu nor- malement à la hauteur indiquée de façon que les pistons 8 plon- gent dans l'huile lorsqu'ils passent par la position D.
L'inté- rieur de l'enveloppe 7 du compresseur, y compris l'espace 29 entre l'extrémité de l'arbre ou moyeu 6 et le bloc de cylindres
4, s'ouvre dans le conduit d'aspiration 12 au moyen des passages d'évacuation 26 et 27 en vue de supprimer toute pression qui pourrait sans celà s'établir dans l'enveloppe.
La forme de construction décrite convient particuliè- rement à un petit compresseur à grande vitesse susceptible d'être actionné par un moteur électrique d'une puissance d'une fraction de cheval. Un pareil compresseur est éminemment propre à être employé dans des réfrigérateurs domestiques, auquel cas le fluide à cpmprimer peut être de l'ammoniac ou autre réfrigérant convenable.
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Air, gas or vapor compressors.
This invention relates to air, gas or vapor compressors, hereinafter referred to as compressors, and it is intended to provide such a compressor of simple construction, of operation. efficient and relatively low to manufacture.
The compressor according to the invention comprises a block of cylinders having a series of bores which are formed therein radially, a part on which this block of cylinders. is mounted to be able to execute a relative rotational movement during which these bores are brought in successive order into communication with suction ports and discharge ports, pistons capable of moving in these bores and an element inside which the cylinder block is mounted eccentrically and by means of which a reciprocating movement is given to the pistons in these @
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cylinders, the arrangement being such that during the stroke of the piston 1'exterior the gas is sucked inside by the.
suction port while during the inward stroke an action is exerted on the gas to compress it before it is discharged by the discharge port.
Preferably, the cylinder block is rotatably mounted on a shaft or hub to bring the bores into direct communication with the suction and discharge ports, which are provided in the cylindrical surface of the cylinder. 'shaft or hub, the pistons being mounted freely in the bores. Preferably, the cylinder block is mounted. eccentrically inside an element so that the pistons move outward in the bores under the action of centrifugal force and inward under the positive action of the element once per revolution of the cylinder block.
One embodiment of the invention will be described more specifically, by way of example, with reference to the appended drawing in which:
Fig. 1 is a schematic cross section of a six-cylinder compressor according to the invention,
Fig. 2 is an axial section taken approximately along line 2-2 of fig.l, and
Fig.3 is a partial view showing a detail of the piston and cylinder bore, on a larger scale.
In this drawing, the cylinder block 4 consists of an annular element provided with six bores 5 which are provided therein at an equal distance from each other radially with respect to a fixed shaft or hub 6 on which the cylinder block is mounted. so as to be able to rotate inside the casing or casing 7 of the compressor. In the construction of the compressor shown "there are six bores or cylinders in each of which a piston 8 is mounted.
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tatera that the pistons are mounted in such a way that they can slide and turn freely in the bores, at will.
The outer ends of the pistons are preferably domed, as shown at 8a, and bear against the inner surface of a sliding ring 9 mounted in the casing. 7 eccentrically with respect to the fixed shaft or hub 6.
In the shaft or hub 6 on which the cylinder block is mounted with gentle friction, there are formed suction and discharge ports 10 and 11, respectively, with which the internal ends of the cylinder bores 5 communicate via reduced diameter counter-bores 5a opening into the central cylindrical seating surface of the cylinder block, so that the cylinder bores communicate with the slots 10 and 11 in turn during rotation of the cylinder. cylinder block on the shaft or hub.
The suction and discharge ports present it. shape of grooves which follow the contour of the circum- ference of the fixed shaft or hub 6, that is to say they assume a substantially circular shape, the suction lumen covering an arc of which the angle at the center of the shaft or hub is greater than that covered by the discharge port, as can be seen clearly in Fig. 1. In this arrangement the suction port 10 opens approximately. tively at the start of the suction stroke of a piston and closes at the end of this stroke.
However, as regards the outlet port 11, this is, as has already been said, of considerably smaller dimensions and separated from the suction port by an intermediate part of the surface of the shaft or hub. of considerable circumferential length, over which the cylinder block moves, to bring the bores, of cylinders 5 one after the other from the suction port to the discharge port, its rotation in the direction of the arrow in figure 1. This inter-
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medial of the shaft or of the hub is devoid of lights for a reason which will become apparent from the description below.
In a similar fashion, as the cylinder block continues to rotate in the same direction, a cylinder bore passing from the discharge port to the suction port must move over another intermediate part of the surface of the cylinder. 'shaft or hub, the circumferential length of which is, as shown, somewhat greater than the width of a cylinder counterbore 5a. However, this length may be different from that shown in the drawing, for example in order to provide greater or less coverage on the ports in the case of high speed or low speed compressors, respectively.
Suction and discharge conduits 12 and 13, respectively, are formed longitudinally in the shaft or hub 6 with a view to connecting the openings 10 and 11 to the suction and discharge pipes -, slow of the. compressor installation by means of screw connections in the threads 12a and 13a at the outer ends of the ducts as shown in figure 2.
As will be seen in the drawing, the eccentric arrangement of the slip ring 9 and the shaft or hub 6 is such that when a cylinder 5 passes from a point where it communicates with the discharge portll to a point where it communicates with the suction port 10, its piston 8 is at the bottom of its inward stroke. This vectorial position of the cylinder is shown at A in figure 1.
As it continues to rotate, the cylinder block 4 brings the front part of the cylinder into communication with the suction light 10, that is to say between the positions indicated at A and B , the eccentricity of the sliding ring with respect to the center of rotation of the cylinder block allowing the piston 8 to move outward under the action of centrifugal force to suck a load through the lumen
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suction.
This outward displacement of the piston continues over the full circumferential length of the suction port, between positions B and C, and the piston reaches the bottom of its outward stroke just as the light d The aspiration closes, that is to say when the cylinder during its rotation arrives in a position which slightly exceeds that indicated at D in the direction of the arrow.
Then, while cylinder 5 is moving on the. part of considerable circumferential length devoid of openings of the surface of the shaft or of the hub located between the suction and discharge ports, the piston 8 is gradually pushed inward by the sliding ring 9, as indicated in E, to act on the load in cylinder 5 and compress it to the desired maximum degree, as indicated by the position of the piston in F. Continuing to rotate, the cylinder block exceeding the position F brings the counterbore 5a of the cylinder into communication with the discharge port 11 and the ring. sliding pushes the piston 8 to the bottom of its inward stroke to expel the compressed load.
It will thus be understood that the circumferential length of the part devoid of lights, the most extensive of the surface of the shaft or of the hub 6, will vary in the compressors according to the invention established to meet different conditions. This circumferential length devoid of light - Mières is, function of the necessary volumetric ratio which in the adiabatic compression gives rise to the desired pressure ratio and it is in fact chosen so as to give this necessary volumetric ratio.
It will be appreciated that in the described mode of construction of the compressor one can obtain volumetric ratios of 8 to 1 or more, the compressor being particularly suitable for volume ratios of 3 to 1 and above, although it can be employed. for
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lower volume ratios showing marked superiority over compressors of other type.
It can be seen, more particularly in Figure 3, that the diameter of the counter bore 5a is preferably equal to about half or less than half that of the cylinder bore itself 5 to which it is connected by a conical surface. 5b. The internal ends of the pistons 8 have extensions of this frustoconical shape 8b having approximately the same dimensions as the conical surfaces 5b, except that the frustoconical parts 8b of the pistons are extended by a more conical part as will be seen clearly on the figure. Figure 3. This point is important because by this means a maximum degree of expulsion of the load is obtained, the conical parts 8b penetrating into the counter-bores 5a when the piston is at the internal end of its stroke.
The pistons operate with two friction in the cylinders and are provided with grooves 14 near their internal ends (Figures 1 and 2) to improve their gas tightness characteristics. Several grooves 14 can be formed close to each other in each of the pistons, as is shown more clearly in the. Figure 3, to form a labyrinth in order to minimize the risk of gas leaks from the pistons.
A needle roller 28 is preferably interposed between the sliding member 9 and the compressor casing 7 in order to allow the rotation of the ring and thus to reduce the friction between the latter and the heads. 8a pistons.
With particular reference to FIG. 2, it can be seen that the casing or carcass 7 of the compressor is provided with a front cover 15 fitted at 15a in the casing and bolted to the flange 7a of the latter at 16. The block of cylinders 4 is provided with a journal or shaft end 17 mounted @
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in a bushing 18. inside the front cover through which it extends to form the compressor drive shaft.
It will be understood that as a result of. rotation of the control shaft 17 the cylinder block 4 rotates on the shaft or the hub 6 to cause the reciprocating movement of the pistons 8 in the bores of their respective cylinders 5 as already described. The shaft or the hub 6 is housed in the casing at 19 and prevented from moving inward by a nut
20 screwed onto the threaded end of the shaft or the hub which protrudes from the rear of the compressor casing.
A ball 23 subjected to the action of a coil spring 24 by means of a cup 25 placed in an axial housing of the control shaft 17 constitutes a thrust bearing extending from the block of cylinders. 4 and maintains the end of the shaft or of the hub 6 and the inner end of the cylindrical bearing surface of the cylinder block at the desired distance from each other, as shown. Oil filler and drain plugs are shown at 21 and 22, respectively, at the rear of the casing, the oil level being kept normally at the height shown so that the pistons 8 immerse in oil when they pass through position D.
The interior of the compressor casing 7, including the space 29 between the end of the shaft or hub 6 and the cylinder block
4, opens into the suction duct 12 by means of the discharge passages 26 and 27 in order to remove any pressure which might otherwise build up in the casing.
The form of construction described is particularly suitable for a small high speed compressor capable of being driven by an electric motor of a fraction of a horsepower. Such a compressor is eminently suitable for use in domestic refrigerators, in which case the fluid to be compressed may be ammonia or other suitable refrigerant.