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Compresseur d'air
La présente invention se rapporte à des compresseurs d'air à mouvement mécanique tournant, pour comprimer l'air ou un autre fluide élastique* Elle vise en particulier un mouvez 'ment tournant comportant un rotor annulaire et un rotor for- m.ant pignon avec une dent de moins, à l'intérieur du premier, des chambres d'ouverture et de fermeture, le rotor annulaire étant commandé de façon que, pendant la phase de fermeture les chambres soient hermétiquement closes l'une par rapport à l'autre*
Elle se rapporte aussi à des valves, à un système obtu- rateur et réfrigérateur par un liquide, et à une botte de garniture coopérant avec d'autres parties pour produire des pressions élevées, d'une façon économique et.efficace pendant un service prolongé,
ce qui est d'une grande importance pour un fonctionnement automatique.* e dessin ci-annexé représente: figo 1 en élévation, un rotor annulaire, un rotor formant pignon à l'intérieur du premier et ayant une dent de moins que lui, avec coupe suivant une ligne passant par les canaux de décharge, et une partie en coupe faite à travers une valve d'admission; fig. 2 une coupe longitudinale de l'ensemble ci.-dessus; fig. 3 une vue d'ensemble d'un compresseur complet
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Le rotor annulaire 4 est muni de lobes 5 dont la partie convexe forme des courbes cycloïdales 6 ;
dans le,pignon 7, qui a un lobe de moins que la roue annulaire, les lobes et leurs raccords forment des courbes conjuguées, ou cycloïdales s'ajustant sur les lobes du rotor annulaire pendant la rota tion, et fermant les chambres des rotors pour comprimer de l'air,
Les courbes cycloïdales ou conjuguées sont formées de dif- férentes façons. On peut, par exemple, les décrire à l'aide d'un point d'un corde générateur A roulant dans le cercle primitif annulaire B pour former les cycloïdes des lobes du rotor annulaire, et sur le cercle primitif C du pignon pour former les cycloïdes de ce pignon. Ces cycloïdes sont formés sur des cercles générateurs séparée,; celui pour l'annulaire est plus grand que pour le pignon,afin d'obtenir des lobes qui laissent assez de jeu pour un roulement aisé.
Les courbes dans l'intervalle des lobes sont déterminées en faisant d'elles les compléments des cycloïdes convexes, de manière qu'elles traversent la ligne centrale de pleine-prise avec un jeu suf- fisant pour se mouvoir librement.Il est préférable que, dans le pignon, les courbes de raccord soient juste aux côtés théoriques pour maintenir un contact hermétique, en pleine prise des lobes, pour empêcher que l'air comprimé s'échappe des chambres à haute pression vers les chambres dont commence l'ouverture;
pour les raccords courbes de l'annulaire, il con- vient de leur donner une profondeur plus grande que la cote théorique, pour former des flaques de liquide de scellement dans leurs parties extérieures, de manière que, quand le point de pleine prise des rotors est atteint, les lobes du pignon distribuent le liquide sur les curfaces des rotors, ce qui assure leur lubrification, et leur réfrigération pour combattre l'échauffement dû à la compression.
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Les courbures convexes et concaves du pignon sont déter- minées et formées au moyen d'une fraise ayant la forme d'un lobe de l'annulaire, et qu'on fait tourner autour du blanc du pignon dans les positions successives prises par les lobes de la roue annulaire par rapport au pignon, en faisant naturellement uno coupe' dans chaque position. On a ainsi les lobes et les raccords courbes du pignon. Ces courbes restent en contact hermétique avec un lobe annulaire à pleine prise, avec -scellement liquide.
Les cercles générateurs A doivent avoir des diamètres compris entre ceux des deux cerclas primitifs. La forme des lobes est d'autant meilleure qu'on se rapproche davantage de la moyenne entre les deux cercles.
On a considéré, -dans le présent exemple, un' compresseur incorporé avec un moteur dans la même enveloppe, une des ex- trémités du palier de l'arbre moteur servant en même temps de palier pour le compresseur. On a ainsi un ensemble très simple et très compactes
Comme on obtient de meilleurs résultats quand la commande motrice .agit directement sur la roue annulaire, et non sur le pignon, on se sert pour cette commande, d'une sorte de cloche dont une extrémité est montée sur un arbre du moteur, et dont l'autre extrémité porte la roue annulaire.
Cette cloche 8 à un moyeu 9 dans lequel est engagée l'extrémité de l'arbre moteur 10; elle est clavetée sur l'arbre*.Le tampon est vissé dans la cloche dans un sens tel qu'il se serre pendant la marche ; il comporte une fente pour recevoir la. languette Il formée au bout de l'arbre* Le tampon doit être étanche dans la cloche motrice pour empêcher les fuites d'air*
Le moteur peut être d'un type courant et être fixé à l'extrémité 12 de l'enveloppe: Cest un moteur électrique*
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a structure présentée permet de substituer le compresseur à la console extrême usuelle du dit moteur, sur l'extrémité oppoe sée au commutateur.
Naturellement, on peut adopter un autre mode d'incorporation, mais ce serait moins avantageux*
De moyeu 9 est tourillonné dans l'enveloppe en 13, et sert en même temps de palier pour l'arbre 10 du moteur électri- que. 11 peut être graissé par l'huile arrivant, par capillarité du canal 14, qui est toujours plein d'huile, comme il est dit plus loin, La roue annulaire est clavetée dans la cloche mo- trice au moyen d'une clavette 15, e pignon est monté sur un renflement excentré 16 formé par la plaque de recouvrement 17, et il est centré dans lo cercle primitif C*
Ce renflement comporte deux canaux, l'un 18, pour l'ase piration ou l'admission, l'autre 19, pour la décharge du compresseur d'air.
D'admission est reliée par le passage 20 avec les valves à poupée 21; une de ces valves existe dans chaque entre-dent du rotor pignon. Chaque valve 21 est maintes nue fermée par l'air comprimé et par un ressort qui est juste assez fort pour équilibrer la force centrifuge. @ ±* aspiration dans les chambres qui s'ouvrent fait ouvrir les valves 21 pour admettre l'air à peu près à la pression atmosphérique.
Quand les dits espaces ont atteint leur limite de volume et que, par suite il n'y entre plus d'air, les valves 21 se ferment et l'air est comprimé pendant la contracta tion des espaces, jusqu'à ce que la pression du canal de décharge 19 soit atteinte, après quoi, la pression augmen tant dans les chambres, ouvré les valves de décharge 23, et l'air passe alors par l'ouverture 25 existant dans le renfle** ment 16 puis, par le passage 19, est déchargé dans une con- duite quelconque ou un réservoir*
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Un compresseur de ce genre ne peut être efficace que s'il comporte un scellement liquide.
Celui-ci, constitué par de l'huile ou autre matière lubrifiante, forme une couche sur les cotes des rotors entre les chambres et entre les côtés haute pression et basse pression, en empêchant l'air de s'en échapper. Une couche se forme aussi à la surfaces des lobes, pénètre par capillarité dans les interstices des lobes opposés et les rend étanches à l'air. L'huile, ou autre liquide d'ob- turation, doit être envoyée à un tel compresseur à une cer- taine distance de la surface de basse pression, si cette huile est envoyée librement sous pression, ou alors elle peut être introduite dans-l'admission.
Il est préférable de ménager le passage contre le coté d'un pignon, pour que la force centrifuge favorise l'arrivée de la couche jusqu'à la roue annulaire. Les dimensions, la distance depuis la région d'admission, l'épaisseur de la couche, la viscosité, déterminent le volume à fournir. On peut se servir de plus d'un conduit et former une couche sur un coté ou sur les deux cotés, soit du pignon, soit de l'annu laire, tant que de l'huile à haute pression n'est pas en com- munication avec le tuyau d'aspiration à basse pression. La soupape 54 sert à régler la limite d'alimentation d'huile.
Le conduit employé dans cette construction est indiqué en 32 (fig.1); il est relié au réservoir 28 par le tube 29, et le passage 30. L'huile est déchargée avec l'air par les soupapes de décharge et la passage 19, et elle arrive au ré- servoir 28 par le raccord 51 et le tuyau 26. Le raccord 51 constitue un séparateur d'huile, la matière grasse allant au réservoir et l'air allant par la Soupape de retenue 48 à une canalisation ou à un récipient quelconque. Le passage 32 est de préférence dans la plaque de recouvrement non tournante, mais se trouve situé dans la position radiale indiquée par la figure 1.
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Le liquide de scellement sert à graisser la pompe.
Avec l'agencement décrit, il est évident que, lors de la mise en marche, le compresseur a peu de travail à faire, c'est- à-dire, qu'il est "déchargé*. Quand la pression augmente, elle se transmet au réservoir 28 et envoie l'huile au conduit par le tuba 29. De ce conduit, l'huile passe dans les inters tices et dans les chambres des rotors et s'en va vers les points de sortie à basse pression qu'elle peut atteindre.
Si elle trouve une issue par le passage d'admission, elle est ramenée par les soupapes d'admission dans les chambres et retourne par les soupapes de décharge au réservoir. Elle peut aussi passer à l'extérieur de la cloche motrice, sur la paroi arrière 41 de cette cloche, et de là au tourillon
13, à moins qu'un moyen soit prévu pour l'arrtter. C'est dans ce but que la pression de l'air comprimé dans les chambres pousse la paroi arrière 41 de la cloche /contre la paroi 42 de l'enveloppe et amincit le courant liquide. Toutefois, pour empêcher réellement les pertes d'huile, celle-ci est refoulée dans le tuyau d'aspiration et est ramenée dans le réservoir par pompage.
C'est ce qu'on fait au moyen du canal 14 relié au passage d'aspiration par le tube 45 ; la pression sur l'huile est supprimée à l'intérieur du cercle de la gorge 14 et dans le tourillon 13, et l'huile n'est pas chassée, de sorte que la couche formée dans ces parties peut être maintenue par capillarité.
Pour empêcher d'une manière effective qu'il s'échappe de l'air, ou des gaz, sous forme de petites bulles s'élevant dans l'huile, on fait arriver à la gorge 43, au moyen d'un tube 53 partant du réservoir, de l'huile neuve, froide, à la même pression ou même à une pression supérieure, de façon que des bulles de fluide élastique ne puissent atteindre la dite gorge. C'est là un point important pour des compresseurs
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de gaz nuisibles, tels que ceux provenant du soufre, de bioxydes et de l'ammoniaque employés dans les établissements frigorifiques.
Cette huile fraîche (ou un autre liquide) passe de la gorge 43 dans la gorge 14 et de là, au conduit d'aspira- tion.
Les tuyaux 45 et 53 sont conservés pleins d'huile jus- qu'à leur niveau supérieur, même quand la pompe est au repos, cela pour empêcher les fuites. Si l'on a affaire à des gaz nuisibles, ceux-ci seront enfermés dans un système clos relié à la tuyauterie en 18 et 47.
Si de l'huile s'accumule dans les chambres de rotors pendant que la pompe est au repos, et que le moteur soit mis en marche, l'huile est chassée à travers les soupapes de décharge SI*
De l'air comprimé pourrait s'échapper depuis l'ouverture 25 jusqu'à l'ouverture 20 et entrer dans le passage d'admis- sion, en particulier quand le tourillon devient lâche par l'usage. Cela annulerait toute compression dans les engrenages.
Pour éviter cet inconvénient, on emploie une bague de piston 50 montée dans une gorge de renflement 16 et se détendant contre la paroi intérieure du pignon pour maintenir l'étant chéité malgré une certaine liberté dans le fonctionnement ou des desserrages dus à l'usure.
L'enveloppe comporte une bague 52 qui entoure la cloche motrice et peut avoir un peu plus d'épaisseur afin de sé- parer la paroi arrière 42 et la plaque de recouvrement 17 juste assez pour permettre la libre rotation de la cloche et des rotors entre eux
Pans l'agencement des valves de décharge par rapport aux chambres, il importe d'éviter leur obstruction par de l'huile, pour ne pas brider les rotors ou les empêcher de
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tourner, ou tout au moins pour ne pas soumettre l'appareil à des efforts nuisibles et à une perte notable de puissance.
L'agencement adopté pour les valves est d'une importance particulière parce que ces valves rendent possible une forte compression. Cela est dû à l'abscence d'un jeu libre dans les passages de décharge. S'il y a d@@jeu, l'air comprimé fortement passe par le point de décharge et se détend de noue veau dans les chambres quand elles s'ouvrent, ce qui réduit ou empêcha complètement l'admission, et gêna ou paralyse même la décharge, suivant la pression employée, en sorte qu'un Jeu excessif fait descendre la limite de la pression possible en même temps qu'il réduit beaucoup le rendement en volume au-dessous de cette limite de pression. Cette considé- ration est importante surtout avec des pompes capables de pomper de l'air sans une perte sérieuse par des fuites.
Par l'admission et la décharge d'air à travers la pla- que de recouvrement, l'autre extrémité de la pompe est libre pour agir en laison avec un arbre comme celui d'un moteur électrique.
La boîte de garniture employée est d'une utilité parti- culière pour une pompe rotative ayant un scellement liquide attendu qu'elle empêche l'huile de se répandre au-dehors et de se perdre- , ce qui compromettrait le bon fonctionnement d'un appareil automatique, à marche continue prolongée, où l'on n'a pas à considérer de grands volumes d'huile, par exemple dans le cas de compresseurs dans les garages, ou de compres seurs d'air pour freinage, .etc .
En munissant le système d'un radiateur à surface réfri- gérante suffisante pour conserver l'huile froide, on donne à la pompe un rendement qui n'a pas encore été atteint. Cela est dû à une compression faite dans des conditions¯plus isothermiques. Ces conditions sont favorisées par l'effet
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du jaillissement de l'huile quand elle rentre sous pression dans les chambres. Le liquide entre sous la forme d'un brouil- lard qui se mélange intimement avec l'air en le refoidissant, et réagit sur la chaleur de compression. Comme cette huile est ensuite refroidie, son action réfrigérante se renouvelle constamment.
Le vide dans chaque espace annulaire peut laisser passer un excès d'huile liquide pour refroidir les surfaces des rotors en pleine prise, quand l'huile est projetée sur aux par un lobe, du pignon, chaque fois qu'il entre dans un espace de l'annulaire. Le séparateur d'huile 51 qu'on choisira parmi ceux des meilleurs types, coopère avec la pompe en purgeant l'air de l'huile qu'il renferme et en fournissant de l'air libre. Comme avec la pompe employée, la température de haute compression peut être maintenue au-dessous du point de vaporisation d'une bonne huile, l'air est en état d'être sép.aré par le séparateur dont le rôle est d'ordinaire de re- tenir seulement l'huile liquide.
Le radiateur 55 est en forme de réservoir, avec un venti- lateur 56 à l'extrémité du moteur située à l'opposé du compres- saur pour refroidir l'huile dans le radiateur, par de l'air refoulé ou entraîné'dans le radiateur. Celui-ci est monté sur des colonnes 57 adaptées à l'enveloppe du moteur; il est percé de trous, représentés par le tracé ponctué, pour le passage de l'air de réfrigération.
Dans ce qui précède, on a employé indifféremment les termes "huile" et scellement liquide. comme désignant la même chose. Toutefois, d'autres liquides que l'huile peuvent être employés, leur emploi rentrant dans le cadre de l'inven- tion.
Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à l'emploi, dans l'application, de courbes épicycloïdales et
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cypocycloïdales. Les lobes d'une roue peuvent être circulais res, et les courbes conjuguées de l'autre peuvent être tracées en conséquence. Dans le cas d'un pignon à lobes circulaires, leurs centres doivent être hors du cercle primitif du pignon, en un point tel que l'on obtienne la fermeture effective des chambres à pleine prise, pour empêcher les fuites quand il y a un scellement liquide, et produire aussi une action motrice efficace et durable à proximité de la ligne centrale pas- sant par les axes dans la région de-pleine prise. Si les lobes de l'annulaire sont circulaires, les mêmes conditions so représentent.
De telles courbes sont produites plus vite et à meilleur marché par les machines à tailler les engre- nages.* le dispositif est susceptible de diverses variantes ou de changements dans le détail et l'emploi de telle ou belle partie, dès l'instant que cela est conforme au principe sur lequel la présente invention-est établie.