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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.