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Compresseur à pistons opposés
L'invention concerne un compresseur à pistons opposée commandés par un vilebrequin commun et disposés tous les deux du même côté de celui-ci..
Il existe des machines à deux pistons ou à pistons opposés dans lesquelles deux pistons travaillant en sens opposa ayant la Blême dimension ou des dimensions différentes, sont disposés dans l'axe du cylindre, du même côté du vilebrequin.
Il existe en principe deux possibilités de commande du piston oppose au vilebrequin. L'une prévoir la commande par l'inter- médiaire de tringles prolongées des deux cotés et à l'extérieur du cylindre., tandis que l'autre envisage la commande par le piston creux situé dans l'axe du cylindre le plus rapproché du
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vilebrequin. Dans le premier cas, les pistons assurent eux-mêmes leur guidage rectiligne, tandis que dans le second cas, l'un des pistons agit simultanément comme crosse de l'autre. Dans ces deux variantes, les bielles sont de longueurs inégales' et sont soumises en outre à des efforts différents.
Dans toutes les machines à pistons oppcsés connues, parmi les quatre faces de pistons actives, seule la face centrale ou, en outre, la face opposée à la commande fournissent un travail, tandis que la face située du côté du vilebrequin n'intervient pas. L'une ' des trois faces de pistons utilisée se voit aussi occasionnelle- ment confier une tâche tout à fait différente, comme le balayage ou la suralimentation de la chambre de combustion délimitée par les autres faces de pistons ou sert, par exemple, comme chambre d'expansion faisant suite à un compresseur formé par les autres faces.
L'exécution ouverte en direction du carter du vilebrequin, connue aussi sous le nom de système de construction à pistons plongeurs, pose des problèmes de consommation d'huile et d'usure et ouvre aux fuites de gaz la voie de l'intérieur du carter, de sorte que son domaine d'application est limité. Jusqu'ici, les machines à pistons opposés étaient principalement utilisées se comme machines motrices. Ces formes d'exécution ne/sont pas répandues sur une large échelle, ni comme telles, ni comme machines réceptrices.
L'invention a pour but d'améliorer davantage le compresseur d'air à pistons opposés, tant du point de vue de la puissance que sous le rapport de l'encombrement.
Le but de l'invention est de construire un compresseur à pistons opposés, à deux étages, qui soit une véritable machine à crosse dans laquelle les pistons n'exercent aucun effort normal résultant de la position oblique des bielles, qui permette un
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accès facile, en particulier à toutes les soupapes, qui évite être : complètement les tuyauteries dont la vibration peut/provoquer par les pulsations et qui puisse également s'employer pour la compression sans huile, de même que pour la compression de milieux autres que lrair.
Selon l'invention., ce problème est résolu en assurant la commande du piston situé du c8té du carter, comme du piston éloigné de celui-ci, au moyen de tiges de pistons, dont celle du premier est creuse et permet le passage de l'autre, de sorte que la crosse intérieure, commandée par une bielle, du piston éloigné du carter passe dans la crosse extérieure, munie de deux bielles, du piston situé vers le carter et que les quatre faces de piston possibles participent complètement à la compression au cours de laquelle la face de piston située vers le carter du vilebrequin intervient comme second étage, les faces restantes constituant le premier étage, en donnant aux deux pistons le même diamètre,
en assurant entre le mécanisme moteur et les chambre de compression une séparation effective au moyen d'éléments d'étanchéité montés sur les tubes de pistons, et en prévoyant les Mêmes dimensions pour les bielles ainsi que les mêmes rapports de compression pour les deux étages. On adopte un arbre à plateaux, connu-en soi, dont les joues extérieures de manetons se trouvant en dehors servent de paliers principaux du vilebrequin, chose également bien connue, tandis que les joues intermédiaires sont tournées coniques d'un seul côté,autour de l'axe de rotation du.maneton intermédiaire, en vue d'un équi- librage complet des masses en rotation.
Une autre solution de l'invention consiste dans l'adoption d'un arbre à excentrique dont l'espacement correspond au moins à la largeur de la bielle
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et dont l'excentrique intermédiaire a une largeur telle qu'en coopération avec des forages d'allégement éventuels dans les excentriques extérieurs, le balourd s'en trouve compensée tandis que les parties comprises entre les excentriques ont une section transversale approximativement elliptique.
Dans une autre forme de l'invention, un réfrigérant intermédiaire disposé au-dessus du moteur de commande est précédé d'une chambre tampon et suivi d'une seconde chambre tampon agissant simultanément comme séparateur - ; les deux chambres tampons sont raccordées directement aux tubulures d'aspiration et de refoulement en évitant les tuyauteries. La solution de l'invention prévoit également un réservoir tampon combiné, utilisant complètement la hauteur et la largeur du compresseur, situé du côté de celui-ci opposé à la commande et raccordé directement, sans tuyauteries, aux tubulures d'aspiration et de refoulement ; la partie supérieure de ce réservoir sert d'amortisseur pour l'air aspiré, tandis que sa partie inférieure sert à réduire les pulsations de l'air sortant du deuxième étage.
Par rapport aux machines à pistons opposés connues, l'invention offre de nombreux avantages. Pour la construction, il est très important que malgré une compression à deux étages, les deux pistons aient le même diamètre et que le cylindre ne comprenne.-, donc aucun décalage de l'alésage à l'intérieur des chambres de travail. Outre l'obtention d'un faible encombrement, l'équilibrage des masses en mouvement de la construction à deux pistons opposés est complètement assurée, l'accessibilité est considérablement améliorée et la consommation d'huile ainsque l'usure ne diffèrent pas de celles des bonnes machines à crosse traditionnelles.
L'exécution de l'invention est favorisée par la tendance à réduire la course à l'extrême, de sorte que l'influence des sections trans-
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versales des tiges de pistons surla diminution de la surface de piston efficace prend de moins en moins d'importance. Du fait que l'on dispose de quatre faces de pistons ayant à peu près la même dimension, malgré que les pistons soient de même diamètre et que l'alésage du cylindre soit constant, on obtient des conditions idéales quand trois de ces faces constituent le premier étage de compression et les faces restantes, le second étage.
De cette façon, les deux étages ont les mêmes rapports de compression, qui restent les plus favorables même dans la pratique, parce que les chutes de pression et les divers endroits soumis à l'usure, dont il y a lieu de tenir compte, exigent un rapport des surfaces supérieur à 3 qui s'obtient effectivement par l'influence de la surface des tiges de pistons quand la face située du coté du carter du vilebrequin agit comme second étage et les faces restantes, comme premier étage. Cette subdivision des étages est d'autant plus judicieuse que pour un même diamètre, le piston' du deuxième étage est soumis à des sollicitations considérablement plus élevées qui, selon l'invention, sont transmises par deux bielles.
On a ainsi la possibilité de donner la même longueur aux trois bielles qui sont soumises à des sollicitations à peu près égales. Corme la crosse associée au second étage a des dimensions supérieures à celles de l'autre crosse passant dans celle-ci, on est certain que les pressions normales des crosses se déplaçant en sens opposés, à une certaine ''.'liesse-relative, sont absorbées grâce à un graissage sous pression, du mécanise moteur,
ce qui a polir conséquence une usure moindre et un rendement mécanique élevé et permet en cuti'.3 de réduire et d'égaliser approximativement la pression superficielle sur les deux crosses.
En outre la nette séparation entre le mécanisme moteur et les chambres de compression au moyen d'éléments d'étanchéité
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appliqués sur les deux tiges de pistons permet d'évacuer les fuites de gaz avant quelles parviennent dans le carter du vile- brequin, d'assurer un raclage de l'huile très efficace et , en cas de besoin, une compression sans huile.
La conception fondamentale de l'invention se marque avantageusement sur la construction du mécanisme moteur et rend dans une certaine mesure celle-ci Indépendante des proportions du cylindre. C'est ainsi que la distance des manetons ne dépend en aucune façon des rapports entre les diamètres des pistons mais résulte uniquement de la largeur des bielles et des sections transversales des bras de manivelles rendues nécessaires unique- ment du point de vue de la résistance et peut donc être réduite malgré un diamètre de piston relativement grand, ce qui est important pour l'espacement des paliers principaux du vilebrequin et, par conséquent, pour la conception d'ensemble de celui-ci.
Cette question revêt des aspects particuliers. Comme les contre- poids ne sont pas nécessaires dans les machines à pistons opposés, on peut adopter des arbres à plateaux, connus comme tels, qui sont en principe des pièces réalisées entièrement par tournage et qui sont donc moins coûteuses. Ce mode d'exécution est parti- culièrement avantageux lorsque les joues extérieures tournées des manetons extérieurs servent de paliers principaux du vilebre- quin.
Avec une course extrêmement réduite, ces possibilités sont de plus en plus intéressantes. En tournant conique d'un seul c8té les joues intermédiaires, autour de l'axe de rotation du maneton central, on atteint un équilibrage complet des masses en rotation, que l'on ne peut obtenir naturellement en raison de la présence de deux manetons extérieurs dirigés dans le même sens pour un seul tourillon intérieur.
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Lorsqu'on emploie comme vilebrequin un arbre à excen- triques connu, sans joues, des bielles non subdivisées peuvent être employées pour la transmission de l'effort si l'espacement des excentriques correspond au moins à la largeur de celles-ci.
Une section transversale à peu près elliptique des parties autour situées entre les excentriques, obtenue par tournage/de l'axe d'excentrique respectifs, contribue dans une mesure considérable à la rigidité de l'arbre.
La disposition des chambres de refroidissement et des chambres tampons selon l'invention est très avantageuse du fait que l'encombrement au sol est réduit, que les tuyauteries raccordées directement au compresseur sont complètement éliminées et qu'on obtient un compresseur extrêmement compact, tenant compte de tous les aspects des puissantes machines modernes.
L'invention sera expliquée ci-après de façon plus détaillée'en se reportant à un exemple d'exécution illustré dans les dessins annexés, où : la figure 1 est une coupe verticale dans le compresseur vu de face ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 1 ; la figure 4 montre le vilebrequin sous la forme d'un arbre à plateaux ; la figure 5 montre le vilebrequin sous la forme d'un arbre à excentrique.
La force du moteur de commande 1 est transmise par l'intermédiaire de l'accouplement 2 au vilebrequin 3 qui, à la figure 1, revêt la forme d'un rbre à plateaux. Les joues des
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- manetons extérieurs constituent les paliers principaux 4 du vile- brequin. Les joues intermédiaires 5 sont tournées coniques d'un côté, en vue d'un équilibrage complet des Niasses en rotation.
Lorsqu'on emploie, cossue vilebrequin, un arbre à excentrique, tel que l'arbre 6, en vue de l'équilibrage des masses en rotation,! l'excentrique intermédiaire 7 a une largeur telle qu'en collabo - ration avec des forages d'allégement éventuels 8, pratiqués dans les excentriques extérieurs 9, le balourd soit compensé. Pour renforcer l'arbre 6, on lui donne un profil à peu près elliptique par tournage des parties 20 autour de l'axe d'excentrique respec- tif.
La bielle 10 constitue la liaison entre le vilebrequin
3 ou 6, la crosse intérieure 11 et, par conséquente à l'inter- vention de la tige de piston 12, le piston 14 éloigné du carter
13 du vilebrequin. La crosse intérieure 11 passe dans la crosse extérieure 15 commandée par le vilebrequin 3 ou 6 au moyen des deux bielles 16. La tige de piston creuse 17 du piston 18, dans laquelle passe la tige de piston 12, est solidaire de la crosse extérieure 15. Une séparation efficace entre le carter 13 du vilebrequin et les chambres de compression est assurée au moyen de segments racleurs d'huile 19.
L'air parvient dans la tubulure d'aspiration du premier étage 22 en passant par le réservoir 21. Après compression dans le prenier étage, l'air passe par la tubulure de refoulement de celui-ci dans la chambre tampon 24, passe dans le réfrigérant 25 pour arriver enfin dans la chambre combinée 26, servant de tampon et de séparateur, et de là, dans la tubulure d'aspiration du second étage 27. Finalement, après compression dans le second étage, l'air compriméparvient aux appareils d'utilisation, par la tubulure de refoulement du second étage 28 et la chambre tampon 29 qui sert en même temps de second réfrigérant.
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Opposed piston compressor
The invention relates to an opposing piston compressor controlled by a common crankshaft and both arranged on the same side thereof.
There are machines with two pistons or with opposed pistons in which two pistons working in opposite directions having the same dimension or of different dimensions, are arranged in the axis of the cylinder, on the same side of the crankshaft.
There are in principle two possibilities of controlling the piston opposed to the crankshaft. One provides for control by means of extended rods on both sides and outside the cylinder., While the other considers control by the hollow piston located in the axis of the cylinder closest to the cylinder.
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crankshaft. In the first case, the pistons themselves ensure their rectilinear guidance, while in the second case, one of the pistons acts simultaneously as the butt of the other. In these two variants, the connecting rods are of unequal lengths and are also subjected to different forces.
In all the known opped piston machines, among the four active piston faces, only the central face or, in addition, the face opposite to the control provide work, while the face located on the crankshaft side is not involved. One of the three piston faces used is also occasionally given an entirely different task, such as sweeping or supercharging the combustion chamber bounded by the other piston faces or serving, for example, as a chamber. expansion following a compressor formed by the other faces.
The open design towards the crankcase, also known as the plunger construction system, poses problems of oil consumption and wear and opens the way for gas leaks to the interior of the crankcase. , so that its field of application is limited. Until now, machines with opposed pistons were mainly used as prime movers. These embodiments are not widely used, neither as such, nor as receiving machines.
The object of the invention is to further improve the air compressor with opposed pistons, both from the point of view of power and with regard to size.
The object of the invention is to construct a two-stage, opposed piston compressor which is a true cross machine in which the pistons exert no normal force resulting from the oblique position of the connecting rods, which allows a
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easy access, in particular to all the valves, which avoids being: completely the pipes whose vibration can / cause by the pulsations and which can also be used for the compression without oil, as well as for the compression of media other than prair .
According to the invention, this problem is solved by controlling the piston located on the side of the housing, as well as the piston remote from it, by means of piston rods, of which that of the first is hollow and allows the passage of the 'other, so that the internal butt, controlled by a connecting rod, of the piston remote from the housing passes into the external butt, provided with two connecting rods, of the piston located towards the housing and that the four possible piston faces participate completely in the compression during which the piston face located towards the crankshaft housing acts as a second stage, the remaining faces constituting the first stage, giving both pistons the same diameter,
by ensuring effective separation between the engine mechanism and the compression chambers by means of sealing elements mounted on the piston tubes, and by providing the same dimensions for the connecting rods as well as the same compression ratios for the two stages. We adopt a plate shaft, known per se, whose outer crank pin cheeks lying outside serve as the main bearings of the crankshaft, something also well known, while the intermediate cheeks are turned conical on one side, around the axis of rotation of the intermediate crankpin, for complete balancing of the rotating masses.
Another solution of the invention consists in adopting an eccentric shaft the spacing of which corresponds at least to the width of the connecting rod.
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and the intermediate eccentric of which has a width such that in cooperation with possible lightening drillings in the external eccentrics, the unbalance is compensated for while the parts included between the eccentrics have an approximately elliptical cross section.
In another form of the invention, an intermediate coolant disposed above the drive motor is preceded by a buffer chamber and followed by a second buffer chamber acting simultaneously as a separator -; the two buffer chambers are connected directly to the suction and discharge pipes, avoiding the pipes. The solution of the invention also provides a combined buffer tank, completely using the height and width of the compressor, located on the side thereof opposite to the control and connected directly, without piping, to the suction and discharge pipes; the upper part of this reservoir serves as a damper for the air sucked in, while its lower part serves to reduce the pulsations of the air leaving the second stage.
Compared to known opposing piston machines, the invention offers numerous advantages. For construction, it is very important that despite two-stage compression, the two pistons have the same diameter and that the cylinder does not include -, so no offset of the bore inside the working chambers. Besides obtaining a small footprint, the balancing of the moving masses of the construction with two opposed pistons is completely ensured, the accessibility is considerably improved and the oil consumption as well as the wear does not differ from that of the good traditional lacrosse machines.
The execution of the invention is favored by the tendency to reduce the stroke to the extreme, so that the influence of the cross sections
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of the piston rods on the decrease in effective piston area becomes less and less important. Since there are four piston faces of approximately the same size, despite the pistons being the same diameter and the cylinder bore constant, ideal conditions are obtained when three of these faces constitute the first compression stage and the remaining faces, the second stage.
In this way, the two stages have the same compression ratios, which remain the most favorable even in practice, because the pressure drops and the various places subject to wear, which must be taken into account, require a ratio of the surfaces greater than 3 which is effectively obtained by the influence of the surface of the piston rods when the face located on the side of the crankcase of the crankshaft acts as the second stage and the remaining faces, as the first stage. This subdivision of the stages is all the more judicious as for the same diameter, the piston 'of the second stage is subjected to considerably higher stresses which, according to the invention, are transmitted by two connecting rods.
We thus have the possibility of giving the same length to the three connecting rods which are subjected to approximately equal stresses. As the stick associated with the second stage has dimensions greater than those of the other stick passing through it, we are certain that the normal pressures of the sticks moving in opposite directions, at a certain ''. are absorbed through pressure lubrication, engine mechanization,
which results in polishing less wear and a high mechanical efficiency and allows cuti'.3 to reduce and approximately equalize the surface pressure on the two sticks.
In addition, the clear separation between the motor mechanism and the compression chambers by means of sealing elements
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applied to both piston rods allows gas leaks to be evacuated before they enter the crankcase, ensuring very efficient oil scraping and, if necessary, oil-free compression.
The fundamental concept of the invention is advantageously marked on the construction of the motor mechanism and makes it to a certain extent independent of the proportions of the cylinder. Thus the distance of the crankpins does not depend in any way on the ratios between the diameters of the pistons but results only from the width of the connecting rods and the cross sections of the crank arms made necessary only from the point of view of resistance and can therefore be reduced despite a relatively large piston diameter, which is important for the spacing of the main bearings of the crankshaft and, therefore, for the overall design thereof.
This question has particular aspects. Since counterweights are not necessary in machines with opposed pistons, it is possible to adopt plate shafts, known as such, which are in principle parts produced entirely by turning and which are therefore less expensive. This embodiment is particularly advantageous when the turned outer cheeks of the outer crankpins serve as the main bearings of the crankshaft.
With an extremely reduced stroke, these possibilities are more and more interesting. By turning the intermediate cheeks conical on one side, around the axis of rotation of the central crankpin, a complete balancing of the rotating masses is achieved, which cannot be obtained naturally due to the presence of two external crankpins. directed in the same direction for a single inner journal.
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When a known eccentric shaft without flanges is used as the crankshaft, non-subdivided connecting rods may be used for the transmission of the force if the spacing of the eccentrics corresponds at least to the width thereof.
A roughly elliptical cross-section of the around parts between the eccentrics, obtained by turning / of the respective eccentric axis, contributes to a considerable extent to the rigidity of the shaft.
The arrangement of the cooling chambers and the buffer chambers according to the invention is very advantageous due to the fact that the footprint is reduced, that the pipes connected directly to the compressor are completely eliminated and that an extremely compact compressor is obtained, taking into account of all aspects of modern powerful machines.
The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings, where: FIG. 1 is a vertical section through the compressor seen from the front; Figure 2 is a section taken on the line A-A of Figure 1; Figure 3 is a section taken along line B-B of Figure 1; Figure 4 shows the crankshaft in the form of a plate shaft; Figure 5 shows the crankshaft as an eccentric shaft.
The force of the drive motor 1 is transmitted through the coupling 2 to the crankshaft 3 which, in Figure 1, takes the form of a plate shaft. The cheeks of
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- outer crankpins constitute the main bearings 4 of the crankshaft. The intermediate cheeks 5 are turned conical on one side, with a view to complete balancing of the rotating Niasses.
When employing, plush crankshaft, an eccentric shaft, such as shaft 6, for the purpose of balancing the rotating masses ,! the intermediate eccentric 7 has a width such that, in collaboration with possible lightening holes 8, made in the external eccentrics 9, the unbalance is compensated. To strengthen the shaft 6, it is given a roughly elliptical profile by turning the parts 20 around the respective eccentric axis.
The connecting rod 10 constitutes the connection between the crankshaft
3 or 6, the internal butt 11 and, consequently to the intervention of the piston rod 12, the piston 14 remote from the housing
13 of the crankshaft. The internal bracket 11 passes into the outer bracket 15 controlled by the crankshaft 3 or 6 by means of the two connecting rods 16. The hollow piston rod 17 of the piston 18, in which the piston rod 12 passes, is integral with the outer bracket 15 An efficient separation between the crankshaft housing 13 and the compression chambers is ensured by means of oil scraper rings 19.
The air arrives in the suction pipe of the first stage 22 passing through the reservoir 21. After compression in the first stage, the air passes through the delivery pipe of the latter in the buffer chamber 24, passes into the refrigerant 25 to finally arrive in the combined chamber 26, serving as a buffer and separator, and from there to the suction pipe of the second stage 27. Finally, after compression in the second stage, the compressed air reaches the devices of use, by the discharge pipe of the second stage 28 and the buffer chamber 29 which at the same time serves as a second refrigerant.