Compresseur de fluide à commande par la vapeur. La présente invention concerne un com presseur de fluide à commande par la va peur du type pouvant, par exemple, être em ployé sur les locomotives de chemins de fer à. vapeur pour fournir le fluide comprimé aux freins à fluide sous pression.
On a trouvé que dans certaines conditions de fonctionnement des compresseurs de fluide à commande par la vapeur du type compound croisé, le piston tiroir de commande principal comprenant deux pistons à aires de surfaces différentes subissait des vibrations pendant la course descendante du piston à vapeur à haute pression. Ces vibrations atteignent sou vent des proportions telles qu'il en résulte des dégradations et même des ruptures des parties du compresseur.
Lorsque les compresseurs travaillent len tement à la pression maximum de refoule ment, le piston à vapeur à haute pression se meut lentement sur sa course ascendante jus qu'à ce que la plaque de renversement dont il est pourvu vienne heurter un épaulement sur la tige du tiroir de renversement. Dans cette position., la chambre externe du petit piston du tiroir de commande principal du compresseur est mise à l'atmosphère et un écoulement restreint.
de vapeur peut se pro duire vers la chambre externe du grand pis ton du piston-tiroir de commande principal. La chambre externe du grand piton du piston-tiroir principal est également mise à l'atmosphère par un canal restreint.
Le tiroir de renversement se meut vers le haut en ouvrant une lumière à. vapeur et en fermant une lumière d'échappenicnt,jusqu'à c- qu'une pression suffisante sur la lace externe du grand piston, ensemble avec la pression sur la face interne du petit. piston, provoque un déplacement du piston-tiroir de commande principal dans la direction du petit piston de celui-ci. Le piston-tiroir de commande prin cipal se meut alors dans la direction du petit piston jusqu'à ce qu'une rainure de fuite dans la chambre de la petite tête de piston soit ouverte pour que de la vapeur sous pres sion soit admise sur la face externe du petit piston.
Dans cette position, le piston moteur à. haute pression commence à se déplacer vers le bas et le tiroir de renversement reste dans sa position intermédiaire. La vapeur agissant alors sur la face externe du petit piston, alors qu'une pression partielle agit sur le grand piston, le piston-tiroir principal se meut alors vers le côté du grand piston jusqu'à, ce que la rainure de fuite dans la chambre du petit piston soit fermée et que la vapeur soit mise à l'échappement, après quoi le piston-tiroir principal se déplacera de nouveau vers le côté du petit piston.
Après qu'un compresseur de ce genre a été en marche pendant quelque temps, on a trouvé que la circulation de la vapeur peut provoquer une usure du -pont du tiroir de renversement dans une mesure telle que la lu mière à vapeur et la rainure de fuite préci tées soient ouvertes les deux en même temps.
La présente invention a pour but d'élimi ner cet inconvénient dans un compresseur du genre énoncé et de rendre son fonctionnement sûr et exact dans toutes les conditions de marche.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à. titre d'exemple, au dessin annexé qui en montre une coupe sché matique.
Le compresseur représenté comporte des sections d'enveloppe 6, 7 et 8 fixées ensem ble, une tête à tiroirs 9 formant un couvercle pour la section 6 et une plaque de couverture 10 pour la section 8.
La section 6 comprend un cylindre à va peur à haute pression 11 renfermant un pis ton 12 et un cylindre à vapeur à. basse pres sion 13 renfermant un piston 14.
La section 8 comprend Lu cylindre à air à haute pression 15 renfermant un piston 16 et un cylindre à air à basse pression 1.7 ren fermant un piston 18.
Le piston à vapeur à haute pression 12 est relié au piston à air à. basse pression 18 par une tige de piston 19, et le piston à, vapeur à. basse pression 14 est relié au piston à air à. haute pression<B>16</B> par une tige de piston 20.
Un piston-tiroir à. vapeur principal 21 est prévu dans la tête à. tiroirs 9 et comporte des pistons 2,2, 23, 2-.1, 25 et 26 reliés ensemble. Les pistons intermédiaires 23, 24 et 2.5 ont la même aire de surface, tandis que le piston 22 a une aire de surface plus petite, et le pis ton 26 à l'autre extrémité du piston-tircir une aire de surface, plus grande que les pistons in termédiaires.
Un tiroir de renversement 27 pour com mander la vapeur servant à. actionner le piston-tiroir principal est agencé de façon à être actionné de la manière usuelle par le mouvement du piston à vapeur à haute pres sion 12 aux extrémités de sa course.
LTne tige de renversement 28 traverse le tiroir de renversement 27 et est fixée à ée ti roir, l'extrémité inférieure de la tige étant munie d'un bouton 29 logé dans un évide ment tubulaire 30 de la tige de piston 19.
Comme représenté au dessin, la vapeur provenant du tuyau d'alimentation 32 s'é coule par le conduit 3,3 vers l'espace entre les pistons 22 et 23 du piston-tiroir 21 @et ensuite par le conduit 34 vers la. chambre du cylin dre 11 se trouvant au-dessous du piston à, va peur à haute pression 12 en déplaçant ainsi ce piston vers le haut.
Lorsque le piston à vapeur à. haute pres sion 12 s'approche de l'extrémité supérieure de sa course, une plaque de renverse ment dont il est pourvu heurte contre un épau lement de la tige 28 et le tiroir de renverse ment<B>'2;7</B> est par là. déplacé à sa position su périeure dans laquelle le conduit 35 est dé gagé de façon que la vapeur est amenée de la chambre de tiroir 36 vers la face extérieure du piston 2:6.
Comme la face extérieure du piston 22 est mise à l'atmosphère par l'intermédiaire des conduits 37 et 38 et du tuyau 39, la pression de vapeur non-équilibrée agissant sur le piston 26 provoque un déplacement du piston-tiroir à, vapeur principal 21 vers la gauche. De la vapeur est alors amenée sur le côté supérieur -du piston 12 à partir de l'espace antre les pistons 25 et 26 par l'intermédiaire du conduit 40, de façon .à obliger le piston à vapeur à haute pression 12 à effectuer sa course descendante.
La vapeur s'échappant de dessous le pis ton 12 est également admise à la chambre du cylindre 13 au-dessous du piston ù vapeur à basse pression 14 par l'intermédiaire du con duit 34, de l'espace entre les pistons 23 et 24 et du conduit 41.
L'espace du cylindre 1-3 au-dessus du pis ton 14 est relié au tuyau d'échappement 39 par l'intermédiaire d'un conduit 42, de l'es pace entre les pistons 24 et 25 et du conduit 38, et le piston à. vapeur à basse pression 14 est par conséquent mû vers le haut par la va peur s'échappant du cylindre à vapeur à haute pression 11.
Lorsque le piston à vapeur à haute pres sion 12 atteint la fin de sa course descen dante, le tiroir de renversement 27 est dé placé<B>à</B> sa position inférieure représentée au dessin, dans laquelle la chambre à la face extérieure du piston 26 est reliée au tuyau d'échappement 39 par l'intermédiaire du con duit 43, de la cavité 44 du tiroir de renverse ment 27 et des conduits 45, 37 et 38.
La pression de vapeur non-équilibrée agissant alors dans l'espace entre les pistons 25 et 26 sur l'aire de surface différentielle du piston 26 déplacera ensuite le piston- tiroir principal 21 à la position représentée au dessin, de façon que,de la vapeur vive est admise du côté inférieur du piston 12 par l'intermédiaire du conduit 34, tandis que la vapeur s'échappant d'au-dessus du piston 12 est amenée vers le côté supérieur du piston à vapeur à basse pression 14 par l'intermédiaire du -conduit 40, de l'espace entre les pistons 24 et 25 et du conduit 42.
Les pistons de compression d'air 16 et 18 sont ainsi actionnés par les pistons ià vapeur 14 et 12 pour comprimer l'air, le piston à basse pression 18 aspirant l'air de l'atmo sphère et comprimant cet air dans le cylindre d'air à haute pression<B>1,1</B> de la mani(-r"# usuelle.
Pour amortir le mouvement du piston- tiroir à vapeur principal 21 à la fin de son mouvement vers la gauche comme sus-décrit, on a prévu des rainures de by-pass .16 dis posées de façon à être dégagées par le piston 22 avant que ce piston atteigne la fin de son mouvement. Lorsque ces rainure;
de by-pass 46 sont ainsi dégagées de la vapeur peut pa#z- ser de l'espace entre les pistons \?? et 23 vers la face extérieure du piston 22. de façon qu'une pression est établie sur la face exté rieure du piston 22 qui s'oppose. à la poussée exercée sur le piston-tiroir à vapeur principal 21 pour agir ainsi comme tampon él;.stiquc# amortissant le mouvement de ce piston-tiroir.
Pendant ce même mouvement du piston- tiroir à vapeur principal 21 de la position r@e- présentée au dessin vers la gauche, le piston 26 dégage une rainure de fuite 47, prévue. autour de ce piston dans la paroi de la cham bre qui la renferme, immédiatement avant ou sensiblement en même temps que les rainures de by-pass 46 sont dégagées par le piston 22. Par ce fait, la pression de vapeur peut s'éta blir brusquement du côté de la face extérieure du piston 26, cette pression s'opposant à la pression de la vapeur amenée sur la face ex térieure du piston 22, de façon à assurer un mouvement de renversement complet et prompt du piston-tiroir à vapeur principal 21.
Il est à remarquer que le tiroir de renver sement 2 7 amène de la vapeur sur la face extérieure du piston 26 pour amorcer le mon- vement du piston-tiroir à vapeur principal 21. de façon que le piston 26 dégage la rainure 47, après quoi le mouvement ultérieur du piston-tiroir à vapeur principal 21 pourra s'effectuer de la manière susdécrite.
Lorsque le compresseur travaille à l'en contre d'une haute pression d'air et que le mouvement du piston à vapeur à haute pres sion 12 est relativement lent. le mouvement ascendant du tiroir de renversement<B>2</B>7 provo que un dégagement graduel du conduit 35, de façon que la vapeur peut être introduite du côté de la face extérieure de la tête de pis ton 26.
Au moment où le conduit 35 se trouve ainsi partiellement dégagé, l'usure qui peut avoir été produite sur la partie mobile du tiroir de renversement 27, peut provoquer une communication restreinte entre les conduits 43 et 45, de façon qu'en même temps que de la. vapeur est amenée vers la face extérieure de la tête de piston 26, il y a un échappement restreint de vapeur depuis cette face exté rieure du piston 26, par l'intermédiaire de la connexion entre les conduits 43 et 45 vers l'atmosphère, et ceci empêche l'établissement de la. pression de vapeur totale du côté de la face extérieure du piston 26. La faible dé pression ainsi établie du côté de la face ex térieure du piston 26 amorce le mouvement du piston-tiroir à vapeur principal vers la gauche.
Jusqu'à présent, lorsque la rainure 47 n'était pas employée, quand le piston-tiroir principal 21 se déplaçait vers la gauche de façon. que le piston 22 dégageait les rainures de by-pass 46, la pression de la vapeur ame née du côté de la face extérieure du piston 22 aurait compensé la pression de la vapeur sur la face extérieure du piston 26 et empê ché le mouvement ultérieur du tiroir à vapeur principal 21. Dans cette position intermé diaire du piston-tiroir â vapeur principal 21, le piston à. vapeur ù haute pression 1'2 se mettrait en marche vers le bas et le tiroir de renversement 27 resterait dans sa position in termédiaire..
Lorsque se produit alors l'action de la pression de vapeur sur la face externe du piston 22 et une pression réduite seulement sur le piston 26, le piston-tiroir à vapeur principal 21 se déplacerait vers la droite jus qu'à ce que les rainures de by-pass 46 soient fermées et la vapeur sous pression amenée à l'échappement, après quoi le piston-tiroir à va peur principal 21 se déplace de nouveau vers la gauche.
Ces mouvements d'avancement et de retour limités du piston-tiroir à vapeur principal provoquaient les vibrations dans l'appareil, dont on parlait dans l'introduction et qui atteignaient souvent des proportions telles qu'il se produisait des ruptures des boulons de fixation du compresseur, des fis sures dans les cylindres ù vapeur et d'autres dégradations.
On verra toutefois que, grâce à la rainure 47 qui est ouverte par la tête de piston 26 avant les rainures de by-pass 46, une quantité de vapeur suffisante est introduite du côté de la face extérieure de la tête de piston 26 pour déplacer le piston-tiroir .à vapeur principal 21 sur toute sa course vers la gauche en évi tant ainsi. les vibrations qui ont été produites autrefois.
Steam driven fluid compressor. The present invention relates to a pressure controlled fluid com pressor of the type which can, for example, be used on railway locomotives. steam to supply the compressed fluid to the pressurized fluid brakes.
It has been found that under certain operating conditions of cross-compound type vapor-driven fluid compressors, the main control slide piston comprising two pistons with different surface areas undergoes vibrations during the downstroke of the high-pressure steam piston. pressure. These vibrations often reach proportions such that damage and even breakage of parts of the compressor results.
When the compressors work slowly at maximum discharge pressure, the high pressure steam piston moves slowly on its upstroke until the tilting plate with which it is provided hits a shoulder on the piston rod. overturn drawer. In this position, the outer chamber of the small piston of the main compressor control spool is vented and flow restricted.
steam may be produced to the outer chamber of the large udder of the main control piston-spool. The outer chamber of the large peak of the main piston-slide is also vented to atmosphere through a restricted channel.
The reversing drawer moves upward by opening a light to. steam and closing an exhaust port, until sufficient pressure is placed on the outer side of the large piston, together with pressure on the inner side of the small one. piston, causes the main control piston-spool to move in the direction of the small piston thereof. The main control spool piston then moves in the direction of the small piston until a leak groove in the chamber of the small piston head is opened so that pressurized steam can be admitted to the valve. outer face of the small piston.
In this position, the engine piston. high pressure begins to move downward and the overturn spool remains in its mid position. The steam then acting on the outer face of the small piston, while partial pressure acts on the large piston, the main slide piston then moves to the side of the large piston until the leak groove in the small piston chamber is closed and steam is exhausted, after which the main piston-slide valve will again move to the side of the small piston.
After such a compressor has been in operation for some time, it has been found that the circulation of steam can cause wear of the reversing slide deck to such an extent that the steam light and the pressure groove. leaks are open both at the same time.
The object of the present invention is to eliminate this drawback in a compressor of the type described and to make its operation safe and exact under all operating conditions.
An embodiment of the object of the invention is shown at. by way of example, in the accompanying drawing which shows a cross section thereof.
The compressor shown has casing sections 6, 7 and 8 fixed together, a spool head 9 forming a cover for section 6 and a cover plate 10 for section 8.
Section 6 comprises a high pressure steam cylinder 11 including an udder 12 and a steam cylinder. low pressure 13 enclosing a piston 14.
Section 8 comprises the high pressure air cylinder 15 enclosing a piston 16 and a low pressure air cylinder 1.7 enclosing a piston 18.
The high pressure steam piston 12 is connected to the air piston at. low pressure 18 by a piston rod 19, and the piston, steam. low pressure 14 is connected to the air piston at. high pressure <B> 16 </B> by a piston rod 20.
A piston-drawer at. main steam 21 is provided in the head. drawers 9 and has pistons 2,2, 23, 2-.1, 25 and 26 connected together. The intermediate pistons 23, 24 and 2.5 have the same surface area, while the piston 22 has a smaller surface area, and the udder 26 at the other end of the piston has a surface area greater than the intermediate pistons.
A reversal drawer 27 to control the steam used for. actuating the main spool piston is arranged to be actuated in the usual manner by the movement of the high pressure steam piston 12 at the ends of its stroke.
The reversal rod 28 passes through the reversal slide 27 and is fixed to the drawer, the lower end of the rod being provided with a button 29 housed in a tubular recess 30 of the piston rod 19.
As shown in the drawing, the steam from the supply pipe 32 flows through the conduit 3.3 to the space between the pistons 22 and 23 of the piston-slide 21 @and then through the conduit 34 to the. cylinder chamber 11 located below the high pressure piston 12, thereby moving this piston upwards.
When the steam piston at. high pressure 12 approaches the upper end of its stroke, an overturning plate with which it is provided strikes against a shoulder of the rod 28 and the overturning slide <B> '2; 7 </ B > is over there. moved to its upper position in which the duct 35 is disengaged so that the steam is supplied from the spool chamber 36 to the outer face of the piston 2: 6.
As the outer face of piston 22 is vented to atmosphere through conduits 37 and 38 and pipe 39, the unbalanced vapor pressure acting on piston 26 causes displacement of the main vapor spool piston. 21 to the left. Steam is then supplied to the upper side of the piston 12 from the space between the pistons 25 and 26 through the conduit 40, so as to cause the high pressure steam piston 12 to perform its operation. downward stroke.
Steam escaping from below the udder 12 is also admitted to the cylinder chamber 13 below the low pressure steam piston 14 through the conduit 34, from the space between the pistons 23 and 24. and duct 41.
The space of cylinder 1-3 above the udder 14 is connected to the exhaust pipe 39 via a duct 42, the space between the pistons 24 and 25 and the duct 38, and the piston to. Low pressure steam 14 is therefore moved upwards by the vapor escaping from the high pressure steam cylinder 11.
When the high pressure steam piston 12 reaches the end of its downstroke, the reversing slide 27 is moved <B> to </B> its lower position shown in the drawing, in which the chamber on the outside face of the piston 26 is connected to the exhaust pipe 39 via the duct 43, the cavity 44 of the reversing slide 27 and the ducts 45, 37 and 38.
The unbalanced vapor pressure then acting in the space between the pistons 25 and 26 on the differential surface area of the piston 26 will then move the main spool piston 21 to the position shown in the drawing, so that, live steam is admitted from the lower side of the piston 12 through the conduit 34, while the steam escaping from above the piston 12 is supplied to the upper side of the low pressure steam piston 14 through the intermediate -conduit 40, the space between the pistons 24 and 25 and the conduit 42.
The air compression pistons 16 and 18 are thus actuated by the steam pistons 14 and 12 to compress the air, the low pressure piston 18 sucking the air from the atomosphere and compressing this air in the cylinder d. High pressure air <B> 1,1 </B> in the usual way (-r "#.
In order to damp the movement of the main steam slide piston 21 at the end of its movement to the left as described above, bypass grooves 16 have been provided, arranged so as to be released by the piston 22 before this piston reaches the end of its movement. When these groove;
of by-pass 46 are thus released from the steam can pass the space between the pistons \ ?? and 23 towards the outer face of the piston 22. so that pressure is built up on the outer face of the opposing piston 22. to the thrust exerted on the main steam piston-slide 21 to thus act as a buffer él; .stiquc # damping the movement of this piston-slide.
During this same movement of the main steam piston-slide 21 from the position shown in the drawing to the left, the piston 26 releases a leakage groove 47, provided. around this piston in the wall of the chamber which contains it, immediately before or substantially at the same time as the bypass grooves 46 are released by the piston 22. As a result, the vapor pressure can be established abruptly on the side of the outer face of the piston 26, this pressure opposing the pressure of the steam supplied to the outer face of the piston 22, so as to ensure a complete and prompt reversal movement of the main steam piston-drawer 21.
It should be noted that the reversal slide 27 brings steam to the outer face of the piston 26 to initiate the lifting of the main steam piston-slide 21. so that the piston 26 releases the groove 47, afterwards. which the subsequent movement of the main steam piston-slide 21 can be effected as described above.
When the compressor is working against high air pressure and the movement of the high pressure steam piston 12 is relatively slow. the upward movement of the reversal slide <B> 2 </B> 7 results in a gradual release of the duct 35, so that the steam can be introduced from the side of the outer face of the udder head 26.
At the moment when the duct 35 is thus partially cleared, the wear which may have been produced on the movable part of the reversing slide 27, may cause restricted communication between the ducts 43 and 45, so that at the same time that of the. vapor is supplied to the outer face of the piston head 26, there is a restricted escape of steam from this outer face of the piston 26, through the connection between conduits 43 and 45 to atmosphere, and this prevents the establishment of the. total vapor pressure on the outer face of piston 26. The low pressure thus established on the outer face side of piston 26 initiates movement of the main steam piston drawer to the left.
Heretofore, when the groove 47 was not used, when the main spool piston 21 was moving to the left so. that the piston 22 cleared the bypass grooves 46, the pressure of the steam generated on the side of the outer face of the piston 22 would have compensated for the pressure of the steam on the outer face of the piston 26 and prevented the subsequent movement of the piston. main steam drawer 21. In this intermediate position of the main steam piston-drawer 21, the piston. high pressure steam 1'2 would start down and the reversing slide 27 would remain in its intermediate position.
When the action of steam pressure on the outer face of the piston 22 then occurs and only reduced pressure on the piston 26, the main steam spool piston 21 would move to the right until the grooves of bypass 46 are closed and the pressurized steam supplied to the exhaust, after which the main spool piston 21 moves to the left again.
These limited forward and return movements of the main steam piston-drawer caused the vibrations in the apparatus, which were mentioned in the introduction and which often reached such proportions that the fixing bolts of the steamer were broken. compressor, cracks in the steam cylinders and other damage.
However, it will be seen that, thanks to the groove 47 which is opened by the piston head 26 before the bypass grooves 46, a sufficient quantity of steam is introduced on the side of the outer face of the piston head 26 to move the gasket. main steam piston-slide 21 over its entire travel to the left, thus avoiding. the vibrations that were once produced.