Compresseur de fluide. L'invention se rapporte à un compresseur de fluide et a pour but principal le refroidis sement des appareils de ce genre.
Les compresseurs de fluides de petite taille, mais à grand rendement et à grande vitesse donnent lieu à des difficultés pour éviter le surchauffage. La chambre du clapet de refoulement est particulièrement soumise à un chauffage excessif puisqu'elle reçoit l'air chaud comprimé qui se trouve en con tact permanent avec le clapet et si l'on ne prend pas de précautions spéciales pour ra fraîchir les parois -de la chambre, l'huile de graissage est carbonisée au contact du clapet qui ne tarde pas à fuir.
Pour éviter cet inconvénient, le compres seur de fluide objet de l'invention comporte des moyens pour assurer une circulation de liquide réfrigérant -de façon à amener celui-ci en contact thermique avec la valve de refou lement et les organes proches de celle-ci, le liquide pouvant en même temps faire fonc- tion de joint pour empêcher des fuites par la soupape lorsqu'elle est fermée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, six formes d'exécution du com presseur suivant l'invention.
La fi-. 1 est une vue en élévation avec parties en coupe de l'ensemble d'un compres seur d'air commandé électriquement; La fig. 2 est une coupe à plus grande échelle de la tête du compresseur et des par ties adjacentes; La fig. 3 est une coupe à. plus grande échelle d'une autre partie du compresseur montré sur la fig. l; La fig. 4 est une vue schématique d'en semble d'une autre forme d'exécution avec circulation de l'eau de rafraîchissement en circuit ouvert;
La fig. 5 est une vue analogue à la, fig. t avec circulation de l'eau en circuit fermé; La fig. ô est une coupe de la partie supé rieure d'un compresseur à plusieurs cylindres; La fig. 7 est une vue analogue à la fig. 3, d'une partie d'un compresseur à plusieurs cylindres et la fig. 8 montre une variante d'exécution.
Dans l'exemple selon les fig. 1, 2 et 3, 1 e réservoir d'air comprimé indiqué en 1 est monté sur des supports 2; il est surmonté d'un plateau 3 fixé par des boulons 5. Le réservoir 1 est muni d'une conduite de prise d'air comprimé 6 et :d'une valve de purge 7 qui communique avec une conduite 8 débou chant à une faible distance au-dessus du fond du réservoir pour y maintenir le niveau d'une couche d'eau 9.
On comprend qu'en ouvrant la valve de purge 7, on fait écouler l'excès d'eau au- dessus de l'embouchure du tuyau 8. Toutefois, on pourrait remplacer la valve 7 par une sou pape de trop-plein qui fonctionnerait auto matiquement quand l'eau aurait dépassé un certain niveau que l'on maintient ainsi cons tant.
Le moteur électrique 10 et le compres seur 11 sont montés sur le plateau 3. Leurs arbres sont dans le même axe et le moteur est relié directement au volant 12 du com presseur par un accouplement flexible.
Le compresseur 11 comprend un cylindre 14 (fig. 2) muni d'un manchon tiroir 15 ac tionné par la friction .du piston 16 en mou vement.
La culasse 17 du cylindre 14 porte un siège de clapet annulaire 18 réalisé sous la forme d'une mince rondelle métallique pré sentant une certaine élasticité; cette rondelle est fixée sur son contour externe par un épaulement d'une bague 20 s'appliquant à la surface inférieure de la culasse 17, tandis que le contour interne de la rondelle 18 jouit d'une certaine liberté, étant disposé en regard d'une petite cavité annulaire 19 pratiquée dans le dessous de la culasse 17 ainsi qu'on le voit plus clairement sur la fig. 2.
La bague de fixation 20 est retenue contre la face inférieure de la culasse 17 par .des vis 21; une collerette 22 venue à l'extérieur du tiroir 15 vient porter contre un épaulement formé à la partie supérieure @du cylindre pour limiter le mouvement de descente du tiroir 15. Un orifice conique 23 de refoulement, pra tiqué dans la paroi 24 de la culasse 17, dé bouche dans la chambre 25 du clapet de refoulement.
Le piston 16 porte un bossage tronconi que 161 qui. s'emboîte dans l'orifice 23 quand le piston 16 est en haut de sa course et ré- duit ainsi l'espace mort. Le clapet de refou lement est constitué par un mince disque mé tallique 26 dont le siège est formé par le re bord de l'orifice 23; un bouchon 27 est vissé dans l'ouverture 28. Le bouchon, en dessous de son filetage, est prolongé par une douille 29 limitant le soulèvement du clapet 26 qui lui-même est muni d'oreilles latérales 261 qui portent contre la douille de butée 29.
Un ressort 30 à l'intérieur de la douille 29 ap puie sur le clapet 26 et le maintient norma lement appliqué .sur son siège.
La conduite de refoulement 31 est fixée dans une tubulure 32 de la culasse 17 et communique avec l'intérieur de la chambre 25 par le conduit 33 dont la paroi 34 est constituée par le prolongement de la paroi 24.
La culasse 17 contient une chambre 35 qui fait presque complètement le tour de la chambre 25 du clapet de refoulement et une conduite d'adduction 36 est raccordée dans une tubulure 37 qui communique avec la chambre @35.
Une conduite d'évacuation 38 est raccor dée dans une tubulure 39 qui communique avec la chambre 35.
Une nervure transversale -de barrage 40 munie dans le bas d'une petite ouverture 401 est disposée dans la chambre 35 à peu de distance de l'orifice 391 de la tubulure de sortie 39. Le barrage 40 s'arrête à une pe tite distance du plafond de la chambre 35 de la culasse 17.
Une rigole annulaire 42 est pratiquée dans le fond de la chambre 25 autour du bord de l'orifice 23; cette rigole communique par un certain nombre de petits trous 41 per cés dans la paroi 24 avec la chambre 35. Une rondelle annulaire 43 faisant fonction de clapet est engagée librement dans la rigole 42 et obture normalement les trous 41 en ser vant ainsi de clapet de retenue. Toutefois ce clapet n'est pas indispensable.
La conduite d'évacuation 38 est raccordée au haut .du réservoir 1 au moyen d'une bride ou d'une tubulure 44. Les conduites 31 (.t 36 sont raccordées respectivement à des con duites 45 et 46 qui pénètrent par des garni tures 47 dans la paroi supérieure -du réser voir 1 près de son extrémité de droite et des cendent presqu'au fond du réservoir au- dessous du niveau de la nappe d'eau 9; leurs extrémités sont fixées dans les tubulures 48 et 49 d'un clapet de base 50 .dont la cham bre 51 est divisée par une chicane 52 en deux compartiments communiquant par le bas.
La chambre 51 est ouverte à sa partie inférieure dans laquelle est vissée une bague 53 for mant le siège d'un clapet .d'admission.
Le bord supérieur externe 55 de cette bague porte contre un épaulement 56 de la chambre 51. Le bord interne 57 de la bague sert de siège à un disque métallique 58 for mant clapet automatique,de retenue. Le cla pet 58 porte .sur son contour des oreilles 581 qui viennent buter contre l'épaulement 56 pour limiter le soulèvement du clapet. La bague 53 est munie de deux cavités 59 pour engager les pointes de l'outil qui sert à la visser.
Un clapet de dérivation 60 est intercalé dans la conduite 45 juste au-dessus du niveau de l'eau 9 dans le réservoir. Un manchon en T réunit les deux sections de la conduite 45. Le manchon est muni d'une tubulure 61. communiquant par un orifice 62 avec l'inté rieur de la conduite 45; cet orifice sert de siège à une bille 63 qui est appliquée par un ressort taré 64 maintenu par une goupille fendue 65.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant: En supposant que le piston 16 a terminé sa course de refoulement et qu'il commence sa course -d'aspiration, il provoque en descen dant l'ouverture du tiroir 15 et pendant qu'il continue à descendre, l'air est aspiré par la conduite 15'. Quand le piston 16 recom- mence sa course ascendante, le tiroir 15 ferme l'orifice d'aspiration et le piston refoule l'air en le comprimant. Pendant la. course d'aspi ration et le commencement -de la compression de l'air, le clapet 58 du clapet de base 50 est ouvert par la pression exercée par l'eau et une .certaine quantité d'eau pénètre dans la chambre 51.
Lorsque la pression de l'air re foulé au-dessus du piston 16 dépasse la pres sion du réservoir augmentée de la pression du ressort 30, le clapet 26 s'ouvre et la pres sion .dans la conduite 45 augmente rapide ment; il en résulte que le clapet 58 .se ferme, s'il n'est pas déjà retombé sur son siège par son propre poids, et l'eau emprisonnée au dessus du clapet 58 est refoulée par l'air comprimé dans la conduite 46 et pénètre par la conduite 36 dans la chambre de refroidis sement 35, arrose les parois extérieures de la chambre de refoulement 25 et -du conduit 33 et est retenue par le barrage 40. L'air com primé passe par-dessus la cloison 40 et est renvoyé par la conduite 38, dans la partie supérieure .du réservoir 1.
Au début de la course d'aspiration du piston 16, le clapet 26 se ferme de nouveau sous l'action du ressort 30 et de la. pression de la chambre 25. Puisque la pression dans les chambres 25 et 35 s'égalise rapidement, la charge d'eau dans la chambre 35 soulève le clapet annulaire 43 et l'eau admise par les trous 41 pénètre dans la chambre 25 au- dessus du clapet de refoulement et rafraîchit le clapet ainsi que son siège. La quantité d'eau qui peut passer dans la chambre de refdülement est déterminée par les -dimen sions et le nombre des trous 41. Cette eau fait alors fonction de joint pour empêcher des fuites.
Lorsque le piston 16 reprend sa course de refoulement, le clapet 26 se sou lève, tandis que le clapet annulaire 43 est appliqué sur son siège et ferme les trous 41: l'air comprimé en se précipitant au travers du clapet 26 est rejeté dans la. rigole 42 et brasse l'eau retenue au-dessus du clapet 43 à moins qu'elle n'ait déjà été vaporisée et la projette contre les parois internes des cloison, 24 et 34 et refroidit efficacement la cham- bre 25 et le conduit 33 dans lesquels elle se trouve à l'état d'eau ou de vapeur.
La charge d'air comprimé en passant par la chambre 35 et la conduite 38 entraîne l'eau. vaporisée qui a servi à rafraîchir les parois externes de la chambre 25 et la ra mène dans le réservoir 1 où elle se condense et se refroidit. L'eau vaporisée dans la cham bre 25 en descendant dans la conduite 45 est amenée au contact de l'eau du clapet de base 50 qui est toujours maintenue froide par suite de la grande surface de radiation du réser voir 1. Il en résulte qu'une circulation for cée est maintenue dans la chambre 35 qui est parcourue par un courant d'air froid et,d'eau en contact avec les parois de la chambre.
Lorsque le compresseur fonctionne à grande vitesse, les courses d'aspiration du piston se succèdent rapidement; en donnant à l'ouverture d'entrée de l'eau dans le clapet de base 50 des dimensions relativement gran des, avec un clapet de mêmes dimensions qui se soulève légèrement, on peut admettre en peu de temps dans la chambre 51 une assez grande quantité d'eau. La chicane 52 laisse un passage relativement petit par suite de quoi l'air atteint une grande vitesse en des sous de la chicane et peut entraîner le maxi mum de liquide.
On voit que le clapet de refoulement ainsi que sa chambre sont refroidis en même temps extérieurement et intérieurement par le li quide réfrigérant et que l'air comprimé est utilisé pour assurer la circulation du liquide autour -de la paroi intérieure 24 et l'asper sion de cette paroi par le liquide à l'intérieur de la chambre 25 du clapet.
En outre, le compresseur est établi de fa çon à empêcher .sa .détérioration lorsque, à la mise en marche, l'eau du réservoir 1 et du clapet de base 50 est gelée. On remarquera que la cloison de barrage 40 porte à. sa par tie inférieure une petite ouverture de drai nage 401 qui est constamment ouverte. Pen dant la marche du compresseur, la quantité d'eau admise dans la chambre 35 dépasse la capacité d'écoulement du drain. 40' et cette petite ouverture n'a pas d'influence sur le. fonctionnement du dispositif de refroidisse ment.
Toutefois lorsque le compresseur est arrêté, le liquide s'écoule par le drain 401 dans le réservoir 1. Le drain 401 se trouve plus bas que le clapet 26 de telle façon qu'il ne peut pas rester de liquide au contact du clapet 26 ce qui arrêterait son fonctionnement en cas de congélation du liquide. Au moment où le compresseur s'arrête, il n'est pas en voyé assez d'eau dans la chambre 35 pour que cette eau puisse s'élever au-dessus du clapet 43.
Même au cas où l'eau -du réservoir 1 et du clapet de base 50 serait gelée, le compres seur peut néanmoins être remis en marche sans que l'on soit obligé de faire d'abord dé geler l'eau. Dans ces conditions la charge initiale d'air comprimé ne pourra pas passer au début du fonctionnement -du compresseur par le clapet -de base 50 et la conduite 46 dans la chambre 35, mais pourra s'échapper par le clapet de retenue 60.
En marche normale, le clapet 60 est ino pérant, puisque la tension -du ressort 64 est supérieure à la différence des pressions dans la conduite 45 .et dans le réservoir 1. Lorsque l'écoulement de l'air par la conduite 46 ne peut pas avoir lieu par suite de la, congéla tion de l'eau du clapet de base 50, la pres sion -de l'air dans la conduite 45 s'élève à chaque course de réfoulement du piston; le clapet 60 s'ouvre et la charge d'air comprimé entre dans le réservoir 1 par l'orifice 62.
Dans ces conditions, grâce à la pression rela tivement élevée qui se produit dans la con duite 45, le clapet 60 suffit; à assurer l'écou lement -de l'air pendant un petit nombre de courses de refoulement du piston jusqu'à ce que la conduite 45 et le clapet 60 soient suf fisamment réchauffés et transmettent leur chaleur par conductibilité à la partie infé rieure de la conduite 45 et au .clapet de base 50. La glace fond bientôt à l'intérieur du clapet de base 50 ainsi qu'autour du clapet et de la conduite 45 et l'air reprend son écou lement normal par la conduite 46 dans la chambre 35, et le clapet de retenue 60 devient de nouveau inopérant.
On fera remarquer qu'en employant du cuivre pour la conduite 45 en dessus et en dessous du clapet @de retenue 60, en accélèrera la fonte de la .glace à l'intérieur et autour du clapet de base 50, quoique des conduites en fer donnent généralement satisfaction.
Tandis que sur les fig. 1 et 2 le dispositif réfrigérant a été appliqué à un modèle spécial de compresseur, il peut également être appli= qué à un compresseur à chemise d'eau. Le collecteur,de refoulement du compresseur est alors relié à la conduite 45 allant au clapet do base 50 et la conduite 36 est reliée à l'en trée de l'eau dans la chemise, tandis que )a conduite 38 est reliée à la sortie de l'eau de la chemise.
Dans le compresseur selon les fig. 1, 2 et 3, le liquide réfrigérant circule en circuit fermé et c'est toujours la même eau qui sert. Ce mode d'exécution est celui que l'on pré fère, mais il est évident que la circulation peut se faire en circuit ouvert.
Cette manière -de procéder peut être mise avantageusement à exécution en injectant une petite quantité d'eau. directement dans la chambre -de refoulement à clapet du compres seur et en .séparant le liquide de l'air par un dispositif analogue aux séparateurs d'eau et de la vapeur que l'on place dans la ligne de refoulement ou que l'on relie au réservoir. Un dispositif de réalisation de ce mode d'exécu tion est montré sur la fig. 4 dans laquelle le compresseur 70 comprend la culasse ordinaire 71 du cylindre, le cylindre 72, le piston 73, le clapet d'aspiration 74 et le clapet de re foulement 75.
Les tiges 76 et 77 des clapets 74 et 75 sont convenablement guidées et des ressorts 78 et 79 les maintiennent normalement fer més. La chambre 80 du clapet de refoule ment 75 communique par une conduite 81 avec la conduite 89 de refoulement qui va directement ou indirectement au réservoir 90 d'air comprimé.
Un petit canal 82 pratiqué dans le corps de la culasse 71 du cylindre débouche dans la chambre 80 et est raccordé à une conduite 83 d'adduction-d'eau. La conduite 83 est re- liée par l'intermédiaire d'une soupape de re tenue 84 et d'une valve de réglage 85 maoeu- vrable à la main à la source d'eau. La pres sion de cette source doit être suffisante pour vaincre la pression -de la chambre 80, injecter l'eau dans celle-ci et l'amener directement en contact- avec le clapet 75 et avec l'intérieur de la chambre 80.
Le réservoir 90 est muni d'un clapet d'évacuation automatique 86 qui capte l'eau amenée par la conduite 82 et a pour fonction particulière d'évacuer l'eau en excès à l'ex térieur au moyen d'un robinet-pointeau 88 commandé par un flotteur 87.
On a trouvé qu'en pratique l'application de ce dispositif à des compresseurs, qui peu vent fonctionner seulement par intermitten ces à cause d'un échauffement excessif, per met de prolonger leur temps de fonctionne ment ou permet même un fonctionnement continu sans élévation de la température de la culasse -du cylindre à un point capable de carboniser l'huile de graissage.
Dans le dispositif de la fig. 5 l'eau cir cule en circuit fermé ou en cycle. Une petite pompe 91 est commandée directement par le vilebrequin 92 de l'arbre de commande (Iii piston 73 du compresseur. La pompe 91 com prend -des clapets 93 et 94 d'aspiration et de refoulement, un piston 95 actionné par une bielle 96 et un bouton .d'excentrique 97 montÉ à l'extrémité du vilebrequin 92.
L'orifice de refoulement de la pompe est raccordé à la conduite d'injection 83 pour in jecter une quantité déterminée d'eau dans la chambre de refoulement 80 à chaque course de compression du piston. Cette eau à l'état de vapeur ou de liquide est ensuite entraînée dans le réservoir 90 où elle est condensée et refroidie; l'eau s'accumule au fond du réser voir dans un collecteur 98 d'où elle retourne à la pompe 91 par la conduite 99 et le cla pet 93.
Sur la fig. 6, on a montré un compresseur à plusieurs cylindres. Les cylindres 100, 101 et 102 comportent une culasse 17 semblable à celle des fig. 1 et 2. L'air comprimé dans le cylindre 102 est refoulé par le clapet 26 dans le conduit 33 qui l'amène par la con duite 31 au clapet -de base 50; comme à la fi-. 1, l'air et l'eau retournent par la con duite 36 à la chambre 35. Cette chambre pro longée renferme non seulement le clapet du cylindre 102, mais encore le clapet et le rac cord de refoulement 104 -du cylindre 101 et également le clapet et le raccord de refoule ment 103 du cylindre 100. Une cloison de barrage 40 .dans la chambre 35 règle la hau teur de l'eau dans cette chambre.
L'eau en excès et l'air comprimé qui ont été admis dans la culasse des cylindres par la conduite 36 retournent au réservoir par la conduite 38, comme on l'a décrit précédemment. Les rac cords 103 et 104 sont réunis ensemble et à la conduite d'adduction au réservoir 1.
Les clapets 26 des divers cylindres .sont refroidis par l'arrivée de l'eau par les trous 41. dans les chambres des clapets comme dans la forme d'exécution des fig. 1 et 2.
La fig. 7 montre une modification appor tée à la tuyauterie reliée au clapet de base 50 pour un compresseur à plusieurs .cylindres. Du fait que le clapet 58 a une assez grande surface, son soulèvement se ferait si lente ment qu'il ne fonctionnerait pas convenable ment s'il était connecté directement au com- presseur à plusieurs cylindres qui refoulent tout l'air par la conduite 31.
Le dispositif de la fi-. 6,est donc modifié dans ce cas en prévoyant une chambre d'ex pansion 110 dans la conduite de refoulement 31; l'air refoulé provenant de tous les cylin dres qui passe par le raccord unique élève graduellement la pression de la chambre 110 jusqu'à ce que cette pression soit suffisante pour envoyer l'eau introduite dans le clapet de base 50, par la conduite 46 dans la culasse du compresseur ou dans sa chemise d'eau. Lorsque la pression de la chambre 110 est suffisamment réduite, le clapet 5$ peut s'ou vrir et recharger le clapet de base 50 avec l'eau du réservoir.
La fig. 8 montre une variante du clapet d'échappement. La soupape 60 est remplacée par un petit trou 111 et le clapet 50 est rem placé par une conduite siphon 113 on. l'on a fraisé un trou conique 1.12. Lorsque les pres sions -de la conduite 31 et du réservoir s'éga lisent, ce qui a lieu dans les intervalles com pris entre les courses -de compression des pis tons du compresseur, l'eau entre par le trou 112 et remplit le bas du siphon 113. Pendant la course de compression d'un piston, la pres sion dans la. conduite 31 s'élève et l'eau du siphon 113 est refoulée dans la conduite 46 et de là dans la chemise d'eau,du compresseur.
Dès que l'eau sort par le trou 112, cet écoulement est accompagné d'une fuite d'air qui pénètre dans le réservoir. Néanmoins puisque le niveau d'eau du réservoir se trouve au-dessus du trou et constitue une contre- pression opposée à cette fuite d'air, elle de vient si faible qu'elle n'a pour ainsi dire pas d'influence sur le fonctionnement du disposi tif. Dès que l'un .des pistons -du cylindre a terminé sa course de compression, la pression de la conduite 31 retombe pendant un instant à la pression du réservoir et l'eau se précipite par le trou 112 pour recharger le siphon 113 en vue du refoulement d'air du cylindre sui vant.
On a trouvé que ce dispositif élève .suf fisamment d'eau ,du réservoir pour alimenter .et refroidir la chemise d'eau d'un compres seur à deux cylindres. Mais si le compres seur comporte plus de deux cylindres, il est préférable d'employer le dispositif de la fig. 6 ou celui de la fig. 7.
On remarquera que sur la fig. 8, un sim ple trou 111 est prévu pour remplacer le cla pet d'échappement 60. Ce trou permet l'é chappement d'une petite quantité d'air dans le réservoir lorsque le dispositif fonctionne normalement et cette fuite d'air est ,sans im portance. Lorsque la conduite 113 est Mo- qu6e par la glace, l'air envoyé par la conduite 31 du compresseur s'échappe par le trou 111 dans le réservoir, ce qui évite une suréléva tion de pression dangereuse.
La modification montrée,sur la fig. 8 constitue une simplifi cation des dispositifs des fig. 3 et 7 et on a trouvé que ses résultats donnent entière satis- faction surtout avec uf compresseur à deux cylindres.