WO1998016740A1 - Piston pour compresseur avec plusieurs segments aimantes colles sur la surface radiale - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to reciprocating rectilinear piston compressors.
- these compressors are not lubricated to avoid any risk of pollution of the compressed gas and the piston is generally supported and guided by one or more bearing segments which keep it centered in the cylinder so as to eliminate any friction generating wear between piston and cylinder.
- the load-bearing segments are made of materials with a low coefficient of friction, for example polytetrafluorethylene. These segments are obviously subject to wear and it is very important to know their service life in order to be able to change them in good time and avoid serious damage to the compressor.
- the life of the segments depends on many parameters: speed of the piston, weight of the piston, in particular when the cylinder is with horizontal axis, material of the cylinder, roughness and temperature of the surface of the cylinder, nature and thermodynamic characteristics of the compressed gas. , etc ... and it is not possible to predict it with precision. We are therefore obliged to take significant safety margins, which means increasing the frequency of stops for maintenance. This drawback is aggravated by the fact that, for economic reasons, manufacturers seek to limit the number of compression stages and to increase the speed of the pistons, which has the consequence of increasing the temperature in the cylinders and leads to using the load-bearing segments under conditions close to their limit conditions.
- a machine is known DE 2405542 comprising a piston displaceable according to a rectilinear reciprocating movement in a cylinder of axis inclined with respect to the vertical ⁇ , which piston carries at least two permanent magnets with radial magnetization angularly spaced from one another at its periphery and at the periphery of the cylinder are mounted at least two magnetic bars parallel to the generators and approximately in the same radial planes as the magnets of the piston so that said magnetic bars exert on the piston throughout its travel approximately radial repulsion forces.
- the object of the present invention is to significantly reduce the wear of the load-bearing segments.
- the compressor object of the invention is characterized in that the piston is made of non-magnetic material and in that it carries at least two magnets arranged symmetrically with respect to the vertical plane containing the axis of the piston, below the plane containing this axis and perpendicular to said vertical plane and at least two magnetic bars are mounted in the cylinder opposite said magnets so as to exert repulsion forces on the piston at least partially balancing the weight of the piston or the component of the weight perpendicular to the axis of the cylinder.
- the axis of the cylinder is horizontal or inclined, it is only possible to use two magnets arranged symmetrically with respect to the vertical plane containing the axis of the piston, below the plane containing this axis and perpendicular to said vertical plane and two magnetized bars arranged in the cylinder opposite said magnets so as to exert repulsion forces on the piston at least partially balancing the weight of the piston or the component of the weight perpendicular to the axis of the piston, respectively.
- the magnetized bars mounted on the cylinder will preferably be arranged in grooves machined on the outer surface of a removable jacket, along its generatrices; they will be fixed, for example, by gluing in the grooves.
- the shirt will be made of a non-magnetic material, for example, stainless steel. Several magnetic bars can be placed side by side in parallel grooves.
- the length of the magnetic bars will be greater than the stroke of the piston increased by the useful length counted magnets mounted on the piston parallel to the axis of the piston so that when the piston is at both ends of its stroke the magnets which it carries are axially set back relative to the ends of the respective magnet bars of the cylinder .
- the bars will advantageously be constituted by one or more rows of polyhedral elementary magnets and in particular parallelepipedic arranged end to end; the rows can be arranged side by side or stacked.
- the elementary magnets may have the form of tiles whose curvature will correspond to that of the shirt.
- the magnets carried by the piston will preferably be mounted in support parts removably attached to the piston, so that their outer surface forms part of the cylindrical surface of the piston.
- the magnets will be fixed, for example, by gluing, in housings machined in the interior surface of the support parts.
- Each support piece may carry several elementary magnets, in particular polyhedral and preferably parallelepipedic, arranged end to end or side by side or superimposed.
- the magnets carried by the piston may have the form of bars and extend over most of the length of the piston; they will then be at a distance from the surface of the piston greater than the depth of the grooves in which the carrier and sealing segments of the piston are housed and the support parts will preferably be made of mild steel to form pole pieces channeling the field magnetic.
- the magnets could be placed between the grooves of the segments and / or between the latter and the ends of the piston, they could then be closer to the surface of the piston and the support parts could be made of a non-magnetic material, such as aluminum.
- the piston has a skirt or is hollow and formed by assembling a ring and two piston heads (double-acting piston), the magnets can be housed in grooves or cavities machined on the inner surface of the skirt or ring.
- the counterweight (s) can be made of mild steel and a magnet can be mounted on the cylinder, exerting on the counterweight (s) an attractive force adding to the repulsion forces of the magnetic bars.
- the magnets will have characteristics equal or superior to those presented by magnets in Samarium-Cobalt or Neodymium-Iron-Boron.
- the description which follows refers to the accompanying drawings which show, by way of nonlimiting example, an embodiment of the invention and in which:
- FIG. 1 is a sectional view of a reciprocating rectilinear piston compressor produced in accordance with the invention
- FIG. 2 is a cross section through a plane perpendicular to the axis of the piston-liner assembly of the compressor of FIG. 1 shown on a larger scale
- FIG. 3 is a section along A-A of the assembly of FIG. 2,
- FIG. 4 is a perspective view of this assembly cut along A-B (FIG. 2),
- - Figure 5 is a perspective view of the jacket and - Figure 6 is an enlarged perspective view of one of the magnet support parts of the piston.
- the compressor shown in FIG. 1 is a piston compressor with an axis inclined with respect to the vertical and in particular horizontal and with reciprocating rectilinear movement. It is composed of a frame 10 in which is mounted a crankshaft 12 coupled by a connecting rod 14 to a stock 16 slidably mounted in a straight guide and a cylinder 18 fixed on the frame and in which slides a piston 20 fixed by a rod 22 to the butt 16.
- This compressor is double-acting, the cylinder being equipped with two sets of suction and discharge valves allowing the piston to provide compression work on the outward and return path.
- the piston is equipped with two sealing segments and a carrier segment used to guide the piston.
- permanent magnets with radial magnetization are arranged on the piston and in the cylinder so that the repulsion forces which are exerted between these magnets compensate, at least partially, for the weight of the piston to reduce the wear of the segments, in particular of the carrier segment.
- the magnets mounted in the cylinder are arranged in longitudinal grooves 24 machined on the outer surface of a jacket 26, which fits in the cylinder, in two zones arranged symmetrically with respect to the vertical plane containing the axis of the cylinder, by example, at thirty degrees on either side of this plane, below the horizontal plane containing this axis.
- Several elementary magnets, of small dimensions, are placed end to end, in the grooves to form magnetized bars 28 with radial magnetization.
- the jacket 26 carries two sets of four magnetic bars arranged along the generatrices of its outer surface.
- the magnets which are of the Samarium-Cobalt or Neodymium-Iron-Boron type are placed at the bottom of the grooves and fixed by gluing; the grooves are closed with resin.
- the shirt is made of non-magnetic stainless steel.
- the piston 20 is made of aluminum and has on its peripheral surface three circular grooves in which are housed two sealing segments 30 and a carrier segment 32. Three cavities 34 with rectangular section are also machined on the piston. Two parts carrying magnets 36 and a weight carrying part 38 made of aluminum fit into these cavities and are fixed to the piston by means of screws. The outer surface of the parts 36 and 38 is shaped so as to reconstitute, without discontinuity, the cylindrical surface of the piston and the grooves where the segments are housed. Rooms magnet holders 36 are arranged opposite the zones of the jacket carrying the magnetic bars 28 and the plate holder part 38 is placed at the upper part of the piston, its median plane coinciding with the vertical plane containing the axis of the piston.
- housings 40 are provided on the interior surface of the parts 36 for magnets 42. These housings are relatively deep and arranged on either side of the sections of the circular grooves machined on the outer surface of the parts, which allows the magnets to be placed very close to the peripheral surface of the piston and increase their efficiency.
- the magnets are of the same type as those used for the constitution of the magnetic bars 28, with radial magnetization, and fixed by gluing to the bottom of the housings 40; after placement of the magnets, the housings are closed with resin.
- a housing is provided on the interior surface of the part 38 for a steel balance weight 44.
- One or more magnetic bars can be mounted on the jacket 26, opposite the counterweight piece 38 so as to exert on the counterweight 44 an attractive force which is added to the repulsion forces exerted by the magnetic bars located under the piston.
- the length of the magnetic bars 28 is at least equal to and preferably greater than the axial length of the piston increased by the length of its stroke so that the repulsion forces exerted on the piston remain practically constant whatever its position in the cylinder.
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Abstract
L'invention se rapporte à un compresseur comportant un piston déplaçable suivant un mouvement alternatif rectiligne dans un cylindre d'axe incliné par rapport à la verticale, caractérisé en ce que le piston est en matériau amagnétique et en ce qu'il porte au moins deux aimants disposés symétriquement par rapport au plan vertical contenant l'axe du piston, au dessous du plan contenant cet axe et perpendiculaire audit plan vertical et au moins deux barreaux aimantés sont montés dans le cylindre en face desdits aimants de façon à exercer sur le piston des forces de répulsion équilibrant au moins partiellement le poids du piston ou la composante du poids perpendiculaire à l'axe du cylindre.
Description
PISTON POUR COMPRESSEUR AVEC PLUSIEURS SEGMENTS AIMANTES COLLES SUR LA SURFACE RADIALE
La présente invention concerne les compresseurs à piston à mouvement alternatif rectiligne. Dans de nombreuses applications, ces compresseurs ne sont pas lubrifiés pour éviter tous risques de pollution du gaz comprimé et le piston est généralement supporté et guidé par un ou plusieurs segments porteurs qui le maintiennent centré dans le cylindre de façon à supprimer tout frottement générateur d'usure entre piston et cylindre. Les segments porteurs sont réalisés en matériaux à faible coefficient de frottement par exemple en polytétrafluorethylène. Ces segments sont évidemment soumis à usure et il est très important de connaître leur durée de vie pour pouvoir les changer en temps utile et éviter d'endommager gravement le compresseur. Malheureusement, la durée de vie des segments dépend de nombreux paramètres : vitesse du piston, poids du piston, notamment lorsque le cylindre est à axe horizontal, matériau du cylindre, rugosité et température de la surface du cylindre, nature et caractéristiques thermodynamiques du gaz comprimé, etc.. et il n'est pas possible de la prévoir avec précision. On est donc obligé de prendre des marges de sécurité importantes, ce qui oblige à augmenter la fréquence des arrêts pour entretien. Cet inconvénient est aggravé par le fait que, pour des raisons d'ordre économique, les constructeurs cherchent à limiter le nombre d'étages de compression et à accroître la vitesse des pistons, ce qui a pour conséquence l'augmentation de la température dans les cylindres et conduit à utiliser les segments porteurs dans des conditions proches de leurs conditions limites.
Il est connu une machine DE 2405542 comportant un piston déplaçable suivant un mouvement alternatif rectiligne dans un cylindre d'axe incliné par rapport à la verticale\, lequel piston porte au moins deux aimants permanents à aimantation radiale angulairement espacés l'un de l'autre sur sa périphérie et en périphérie du cylindre sont montés au moins deux barreaux aimantés parallèlement aux génératrices et approximativement dans les mêmes plans radiaux que les
aimants du piston de telle sorte que lesdits barreaux aimantés exercent sur le piston tout au long de sa course des forces de répulsion approximativement radiales.
Selon cette machine, on cherche à maintenir un espace entre le piston et la chemise et de ce fait une telle machine ne pourrait fonctionner dans le cadre de l'invention.
Le but de la présente invention est de réduire de façon notable l'usure des segments porteurs.
Le compresseur objet de l'invention est caractérisé en ce que le piston est en matériau amagnétique et en ce qu'il porte au moins deux aimants disposés symétriquement par rapport au plan vertical contenant l'axe du piston, au dessous du plan contenant cet axe et perpendiculaire audit plan vertical et au moins deux barreaux aimantés sont montés dans le cylindre en face desdits aimants de façon à exercer sur le piston des forces de répulsion équilibrant au moins partiellement le poids du piston ou la composante du poids perpendiculaire à l'axe du cylindre. Dans le cas où l'axe du cylindre est horizontal ou incliné, on pourra n'utiliser que deux aimants disposés symétriquement par rapport au plan vertical contenant l'axe du piston, au dessous du plan contenant cet axe et perpendiculaire audit plan vertical et deux barreaux aimantés disposés dans le cylindre en regard desdits aimants de façon à exercer sur le piston des forces de répulsion équilibrant au moins partiellement le poids du piston ou la composante du poids perpendiculaire à l'axe du piston, respectivement.
Les barreaux aimantés montés sur le cylindre seront de préférence, disposés dans des rainures usinées sur la surface extérieure d'une chemise amovible, suivant ses génératrices ; ils seront fixés, par exemple, par collage dans les rainures. La chemise sera fabriquée en un matériau amagnétique, par exemple, en acier inoxydable. Plusieurs barreaux aimantés pourront être disposés côte à côte dans des rainures parallèles.
La longueur des barreaux aimantés sera supérieure à la course du piston augmentée de la longueur utile comptée
parallèlement à l'axe du piston, des aimants montés sur ce dernier de telle sorte que lorsque le piston se trouve aux deux extrémités de sa course les aimants qu'il porte se trouvent axialement en retrait par rapport aux extrémités des barreaux aimantés respectifs du cylindre.
Les barreaux seront avantageusement constitués par une ou plusieurs rangées d'aimants élémentaires polyhédriques et notamment parallelepipediques disposés bout à bout ; les rangées pourront être disposées côte à côte ou superposées. En variante, les aimants élémentaires pourront avoir la forme de tuiles dont la courbure correspondra à celle de la chemise.
Les aimants portés par le piston seront, de préférence, montés dans des pièces support fixées de manière amovible sur le piston, de telle sorte que leur surface extérieure constitue une partie de la surface cylindrique du piston. Les aimants seront fixés, par exemple, par collage, dans des logements usinés dans la surface intérieure des pièces support. Chaque pièce support pourra porter plusieurs aimants élémentaires notamment polyhédriques et de préférence parallelepipediques disposés bout à bout ou côte à côte ou superposés.
Les aimants portés par le piston pourront avoir la forme de barreaux et s'étendre sur la majeure partie de la longueur du piston ; ils se trouveront alors à une distance de la surface du piston supérieure à la profondeur des gorges où sont logés les segments porteur et d'étanchéité du piston et les pièces support seront, de préférence, en acier doux pour constituer des pièces polaires canalisant le champ magnétique. En variante, les aimants pourront être placés entre les gorges des segments et/ou entre ces dernières et les extrémités du piston, ils pourront alors se trouver plus près de la surface du piston et les pièces supports pourront être en un matériau amagnétique, tel que l'aluminium. Dans le cas où le piston comporte une jupe ou est creux et formé par assemblage d'une bague et de deux têtes de piston (piston à double effet) , les aimants peuvent être
logés dans des rainures ou des cavités usinées sur la surface intérieure de la jupe ou de la bague.
Lorsque les aimants ne sont pas régulièrement répartis sur la périphérie du piston une ou plusieurs masselottes d'équilibrage peuvent être fixées sur le piston ; on pourra utiliser pour le montage des masselottes le même montage que pour les aimants. Dans ce cas, la ou les masselottes pourront être en acier doux et on pourra monter sur le cylindre un aimant exerçant sur la ou les masselottes une force d'attraction s'ajoutant aux forces de répulsion des barreaux aimantés.
Les aimants auront des caractéristiques égales ou supérieures à celles présentées par des aimants en Samarium- Cobalt ou Néodyme-Fer-Bore. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'invention et sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un compresseur à piston à mouvement alternatif rectiligne réalisé conformément à l'invention,
- la figure 2 est une coupe transversale par un plan perpendiculaire à l'axe de l'ensemble piston-chemise du compresseur de la figure 1 représenté à plus grande échelle,
- la figure 3 est une coupe suivant A-A de l'ensemble de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en perspective de cet ensemble coupé suivant A-B (figure 2) ,
- la figure 5 est une vue en perspective de la chemise et - la figure 6 est une vue agrandie en perspective d'une des pièces support d'aimants du piston.
Le compresseur représenté sur la figure 1 est un compresseur à piston à axe incliné par rapport à la verticale et notamment horizontal et à mouvement rectiligne alternatif. II est composé d'un bâti 10 dans lequel est monté un vilebrequin 12 accouplé par une bielle 14 à une crosse 16 montée coulissante dans un guide rectiligne et d'un cylindre 18 fixé sur le bâti et dans lequel coulisse un piston 20 fixé
par une tige 22 à la crosse 16. Ce compresseur est à double effet le cylindre étant équipé de deux jeux de clapets d'aspiration et de refoulement permettant au piston de fournir un travail de compression à l'aller et au retour. Le piston est équipé de deux segments d'étanchéité et d'un segment porteur servant à guider le piston.
Conformément à l'invention, des aimants permanents à aimantation radiale sont disposés sur le piston et dans le cylindre de telle sorte que les forces de répulsion qui s'exercent entre ces aimants compensent, au moins partiellement, le poids du piston pour réduire l'usure des segments notamment du segment porteur.
Les aimants montés dans le cylindre sont disposés dans des rainures longitudinales 24 usinées sur la surface extérieure d'une chemise 26, qui s'ajuste dans le cylindre, dans deux zones disposées symétriquement par rapport au plan vertical contenant l'axe du cylindre, par exemple, à trente degrés de part et d'autre de ce plan, au dessous du plan horizontal contenant cet axe. Plusieurs aimants élémentaires, de petites dimensions, sont disposés bout à bout, dans les rainures pour former des barreaux aimantés 28 à aimantation radiale. Dans la forme de réalisation représentée, la chemise 26 porte deux jeux de quatre barreaux aimantés disposés suivant les génératrices de sa surface extérieure. Les aimants qui sont du type Samarium-Cobalt ou Néodyme-Fer-Bore sont placés au fond des rainures et fixés par collage ; les rainures sont obturées par de la résine. La chemise est en acier inoxydable amagnétique.
Le piston 20 est en aluminium et comporte sur sa surface périphérique trois gorges circulaires dans lesquelles sont logées deux segments d'étanchéité 30 et un segment porteur 32. Trois cavités 34 à section rectangulaire sont également usinées sur le piston. Deux pièces porte aimants 36 et une pièce porte masselotte 38 en aluminium s'adaptent dans ces cavités et sont fixées sur le piston au moyen de vis. La surface extérieure des pièces 36 et 38 est conformée de façon à reconstituer, sans discontinuité, la surface cylindrique du piston et les gorges où les segments sont logés. Les pièces
porte aimants 36 sont disposées en face des zones de la chemise portant les barreaux aimantés 28 et la pièce porte- asselotte 38 est placée à la partie supérieure du piston, son plan médian coïncidant avec le plan vertical contenant l'axe du piston. La fixation du piston sur la tige 22 qui est solidaire de la crosse 16 empêche la rotation du piston autour de son axe et maintient les barreaux aimantés de la chemise et les aimants du piston en position relative correcte. Comme on le voit sur les figures 2, 4 et 6, des logements 40 sont prévus sur la surface intérieure des pièces 36 pour des aimants 42. Ces logements sont relativement profonds et disposés de part et d'autre des tronçons des gorges circulaires usinés sur la surface extérieure des pièces, ce qui permet de placer les aimants très près de la surface périphérique du piston et augmenter leur efficacité. Les aimants sont du même type que ceux utilisés pour la constitution des barreaux aimantés 28, à aimantation radiale, et fixés par collage au fond des logements 40 ; après mise en place des aimants, les logements sont obturés par de la résine.
Un logement est prévu sur la surface intérieure de la pièce 38 pour une masselotte d'équilibrage en acier 44.
Un ou plusieurs barreaux aimantés pourront être montés sur la chemise 26, en face de la pièce porte masselotte 38 de façon à exercer sur la masselotte 44 un force d'attraction qui s'ajoute aux forces de répulsion exercées par les barreaux aimantés situés sous le piston.
La longueur des barreaux aimantés 28 est au moins égale et de préférence supérieure à la longueur axiale du piston augmentée de la longueur de sa course de telle sorte que les forces de répulsion s'exerçant sur le piston restent pratiquement constantes quelle que soit sa position dans le cylindre. De nombreuses modifications peuvent être apportées à la forme de réalisation décrite par l'emploi de moyens techniques équivalents, notamment en ce qui concerne le mode de montage des barreaux aimantés et des aimants dans le
cylindre et sur le piston respectivement et leur disposition autour de l'axe du cylindre et il doit être entendu que ces modifications entrent dans le cadre de l'invention.
Claims
1. Compresseur comportant un piston déplaçable suivant un mouvement alternatif rectiligne dans un cylindre d'axe incliné par rapport à la verticale, lequel piston porte au moins deux aimants permanents (42) à aimantation radiale angulairement espacés l'un de l'autre sur sa périphérie et en périphérie du cylindre sont montés au moins deux barreaux aimantés (28) parallèlement aux génératrices et approximativement dans les mêmes plans radiaux que les aimants du piston de telle sorte que lesditε barreaux aimantés exercent sur le piston tout au long de sa course des forces de répulsion approximativement radiales caractérisé en ce que le piston est en matériau amagnétique et en ce qu'il porte au moins deux aimants disposés symétriquement par rapport au plan vertical contenant l'axe du piston, au dessous du plan contenant cet axe et perpendiculaire audit plan vertical et au moins deux barreaux aimantés sont montés dans le cylindre en face desdits aimants de façon à exercer sur le piston des forces de répulsion équilibrant au moins partiellement le poids du piston ou la composante du poids perpendiculaire à l'axe du cylindre.
2. Compresseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe du cylindre est légèrement incliné et le piston porte au moins trois aimants régulièrement répartis sur sa périphérie et le cylindre au moins trois barreaux aimantés situés approximativement dans les mêmes plans radiaux aimantés situés approximativement dans les mêmes plans radiaux que les aimants du piston.
3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les barreaux aimantés (28) sont disposés dans des rainures longitudinales (24) usinées sur la surface extérieure d'une chemise amovible (26) en un matériau amagnétique.
4. Compresseur selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits barreaux aimantés (28) sont fixés dans lesdits rainures (24) .
5. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la longueur desdits barreaux aimantés (28) est supérieure à la course du piston (20) augmentée de la longueur utile des aimants (42) portés par le piston.
6. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que lesdits barreaux aimantés (28) sont constitués par une ou plusieurs rangées d'aimants élémentaires disposés bout à bout.
7. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les aimants (42) portés par le piston (20) sont montés dans des pièces support (36) fixés de manière amovible sur le piston.
8. Compresseur selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits aimants (42) sont fixés dans des logements
(40) usinés dans la surface intérieure desdites pièces support (36) .
9. Compresseur selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que lesdites pièces support sont en un matériau amagnétique.
10. Compresseur selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que lesdites pièces support sont en matériau amagnétique.
11 Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le piston (20) porte une ou plusieurs masselottes d'équilibrage (44) .
12. Compresseur selon la revendication 11 caractérisé en ce que la ou les masselottes d'équilibrage (44) sont montées dans des pièces support (38) fixées de manière amovible sur le piston.
13. Compresseur selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce que la ou les masselottes d'équilibrage sont en acier doux ou en un matériaux amagnétique et le cylindre (18) porte un ou plusieurs barreaux aimantés supplémentaires exerçant sur la ou les masselottes des forces d'attraction s 'ajoutant aux forces de répulsion entre les aimants (42) du piston et les barreaux aimantés (28) avec lesquels ils coopèrent.
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