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La présente invention concerne un compresseur à piston à grande vitesse avec organe d'aspiration , monté dans le piston et vers lequel l'air aspiré s'écou- le par des ouvertures d'aspiration ménagées dans le cylin dre de travail.
L'invention a pour but d'obtenir un accroisse- ment de la puissance et une 1 amélioration technique de com presseurs de ce genre , munis de soupapes automatiques
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Ce but est atteint essentiellement par un développement, reposant sur de nouveaux points de vue de l'organe d'as -piration auxiliaire employé jusqu'ici, monté dans le pis -ton et ne servant qu'à l'aspiration préalable , de com- presseurs à marche rapide ,de manière à en faire une sou pape d'aspiration , appropriée à une marche à très grande vitesse et assurant complètement à elle seule ledébit d' air d'aspiration nécessaire Pour atteindre ce but ,il est en outre indiqué de nouvelles dispositions nécessai- res du piston de travail.
A l'aide des mesures adoptées conformément à l'invention , on obtient en outre des effets techniques nouveaux .Ils reposent sur les faits suivants !
Par le fait que la quantité d'air d'aspiration nécessaire est assurée uniquement par la soupape d'aspira t ion montée dans le piston , une commande des lumières d'as- piration , ménagées dans le cylindre , par le piston de travail , avec l'équilibrage de la pression , nécessaire jusqu'ici vers la fin de course , devient superflue ,La fraction additionnelle de course du piston , qui était ainsi rendue nécessaire et qui ne prend pas part à la con- pression , est ainsi supprimée .
L'arrivée d'air , la sou pape d'aspiration n'est , pendant la course du piston , ni interrompue ni étranglée en aucun endroit , de sorte qu'une diminution momentanée de la pression de l'air dans la chambre du cylindre est évitée . Le compresseur de- vient plus petit et plus léger de fagon correspondante , et la vitesse du piston peut être acorue Le nouveau mode de construction du piston - qui constitue un élément important de l'invention -, la forte diminution du poids du piston , rendue possible par ce mode de cons- truction , et en outre la petite course de la soupape, d'as
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-piration ,
qui na pu encore être utilisée jusqu'ioi en combinaison aveo une section transversale de passage de la soupape présentant des dimensions inconnues jusqu'i -ci permettent un nouvel accroissement de la vitesse du piston .Malgré cette section transversale , très forte- ment accrue , de la soupape d'aspiration , on obtient , par suite de la hauteur absolument faible de la soupape d'aspiration , une forte diminution de l'espace nuisible , de sorte qu'oh obtient ,comme autre effet technique nou- veau , un accroissement du rendement volumerique.
On ob- tient encore Davantage important et nouveau d'une facilité notablement accrue du remplacement des différentes.par- ties de la soupape ,sans qu'il soit nécessaire de reti- rer le piston de travail du cylindre par le fait que ces parties de la soupape sont disposées dans la face exté- rieure du fond du piston et sont reliées à celui-ci par quelques vis de dimensions très petites , pouvant être dé- tachées de l'extérieur . Enfin , par l'emploi nouveau , en combinaison avec une soupape d'aspiration montée dans le piston , de lames métalliques très étroites , extrèma- ment minces et légères , comme organes obturateurs de la soupape ,on évite tout effet de destruction ou d'usure de sorte qu'en peut utiliser , pour la surface formant siè -ge pour la soupape ,
ainsi que pour l'organe limitant la course de la soupape , une matière forgée ou coulée.
Dans des compresseurs à vitesse élevée ,l'emploi d'une soupape d'aspiration automatique , montée dans le fond du cylindre est exclu par le fait que l'emplacement exigé par une soupapepossédant une section transversale de passage suffisamment grande et la course très petite ab solument nécessaire ,est beaucoup trop grand .L'emplace- ment disponible est exigé par la/soupape de refoulement ;
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en outre , une soupape d'aspiration , disposée à coté de cette soupape de refoulement , donnerait lieu à un es- pace nuisible beaucoup trop grand On a par suite ménagé dans le cylindre de travail , des lumières d'aspiration qui à la fin de la course d'aspiration, sont découvertes par le piston de travail en vue de l'équilibrage de la pression Pour réduire le bruit et la formation d'une for -te dépression , on a - tout en conservant la distribution. par lumières - monté dans le piston une soupape d'aspira- tion auxiliaire automatique , vers laquelle l'air aspiré s'écoule par des ouvertures ménagées dans le piston .
Pour des raisons de construction , on ne pouvait jusqu'ici don- ner à cet organe d'aspiration qu'une fraction de la sec- tion transversale nécessaire pour assurer complètement le débit d'air d'aspiration , de sorte que cet organe d'as- piration ne jouait que le rôle auxiliaire d'une soupape d'aspiration préalable ;
l'aspiration de la partie princi- pale de l'air , servant à charger le cylindre , devait se faire par les lumières du cylindre , par lesquelles l'é quilibre de pression nécessaire est produit , dans le cy- lindre , à la fin de la course d'aspiration , par le fait que ces lumières sont démasquées par le piston Comme corps obturateur de soupape de l'organe d'aspiration préa.. lable , on a employé jusqu'ici , pour des compresseurs à marche rapide , soit une ou plusieurs plaques circulaires légères et minces , soit une plaque annulaire ou une pla- que percée d'ouvertures de passage.
La division de l'organe d'aspiration préalable en plusieurs plaques pleines disposées en étoile autour de la ligne a- xiale du piston ou autour d'une tige de piston , donne lieu à une construction coûteuse et compliquée ; elle est éga- lement défavorable , en ce que l'ouverture d'aspiration qu'ton peut obtenir reste plus petite qu'avec une plaque
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annulaire . disposée concentriquement à la ligne axiale du piston , ou avec une plaque perforée , disposée de la même manière . Le brevet allemand N 479.833 du 19 Septembre
1925 a fait connaître une construction de la soupape d'aspi ration préalable avec plaque , formant soupape , perforée , disposée concentriquement à la ligne axiale du piston.
La plaque et le siège de soupape sont introduits dans le piston par le côté ouvert de celui-ci et y sont main tenus . Un tel mode de construction ne permet qu'une soupa- pe relativement petite , car l'étranglement du piston , ain -si que les dispositifs de support , prévus pour l'articu- lation de la bielle et nécessaires pour le palier du touril lon ou axe de piston , limitent fortement les dimensions des parties de la soupape . Même les perforations,ménagées dans la plaque formant soupape , pour accroître la section trans- versale de passage , ne suffisent pas pour éviter la forma- tion d'une forte dépression dans la chambre d'aspiration du cylindre .
Par suite de la section de passage trop petite de la soupape , il faut , à la fin de la course d'aspiration , produire un équilibre de pression dans la chambre d'aspira- tion, par le fait que les lumières du cylindre sont masquées par le piston En outre , le fond de piston , qui devient nécessairement lourd , et le siège de soupape rapporté et de dimensions plus grandes que la plaque formant soupape , ain- si que la butée nécessaire pour supporter le siège , avec assemblage à vis , entraînantun poids très élevé du piston.
Ceci nuit fortement à la régularité de marche du compresseur lors d'un accroissement de la vitesse
La plaque annulaire - qui constitue l'organe le plus simple et convenant le mieux dans le but envisagé , est également guidée concentriquement àla ligne axiale du piston et sa course est limitée par une/pièce de retenue de fortes
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dimensions ,percée d'ouvertures, q@i est vissée suivant la ligne axiale du piston ; l'assemblage à vis , étendu et par suite lourd ,appuie en même temps le siège de sou- pape ,disposé de fagon spéciale sur le corps de piston, de manière à assurer l'étanchéité .
Comme une fraction re- lativemat grande de la surface du piston est exigée pour la. fixation du siège de soupape , de la pièce de retenue et le guidage de la plaque annulaire . elle ne peut pas ê- tre utilisée pour un accroissement de la section transver- sale de passage de la soupape Un tel mode de construction est décrit dana le brevet al- lemand N 477.452 du 3 Juillet 1228 . Les sections trans- versales de passage , pouvant au maximum être atteintes , par exemple pour une course de soupape de 3 mm et une surfa -ce de piston de 132,7 cmê ( alésage de 130 mm) sont les suivantes : pour la soupape en étoile , cette section est d'environ 9,04 cmê et , rapportée à la surface du piston , par conséquent d'environ 6,8 %;
pour la soupape annulai- re, cette section est d'environ 11,3 cmê, soit environ 8,5 % de la surface du piston En tenant compte de la ré- sistance de la soupape au passage du fluide , par exemple pour une vitesse de 1000 tours par minute , il faut toute- fois au moins une section transversale de passage de la soupape de 15 cmê, dans le cas ou aucun équilibrage de pression , par l'ouverture des lumières du cylindre vers la fin de la période d'aspiration , ne doit devenir nécessai- re .
La soupape n'a par suite jusqu'ici que le rôle d'un organe auxiliaire d'aspiration , produisant un fort étran- glement et ne servant qu'à l'aspiration préalable L'é- quilibrage de pression vers la fin de la course du piston est parsuite une condition indispensable La fraction de - course du piston , nécessaire pour l'équilibrage de pres- sion et ne participant par suite as à la compression
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proprement dite , n'est pas sans importance . Elle s'élè- ve,suivant le genre de construction du compresseur ,jus- qu'à 18 % de la course totale , et exige par suite un ac- croissement des dimensions et une augmentation sensible de la vitesse du piston
Par rapport à l'état de la technique , tel qu'il ressort des indications qui précèdent , l'invention,
décria te ci-après présente les caractéristiques nouvelles et les effets techniques nouveaux mentionnés précédemment.
Dans la forme de réalisation de 1 1 invention telle que représentée sur le dessin ci-joint. la figure I représente une moitié de piston avec la partie correspon- dante du cylindre de travail en coupe longitudinale , la coupe passant par le plan médian du tourillon ou axe de piston , suivant la ligne A.B. sur la figure 3 ...
La figure 2 représente également une coupe longitudinale ,à angle droit par rapport à la précédente suivant la ligne B-C sur la figure 3 ; la figure 3 est une vue en plan de des- sus du piston ,aveo les parties de la soupape d'aspiration enlevées les figures 4 et 5 représentent des vues partia- les en plan de dessus de certaines parties de la soupape d'aspiration ; la figure 6 représente une lame-soupape , en plan de dessus ; les figures 7 et 8 représentent des exemples d'un piston en deux parties en des vues en coupe longitudinale partielle ; enfin la figure 9 représente une coupe transversale partielle à échelle agrandie , par la soupape d'aspiration suivant la figure 2.
Dans la position du piston telle que repré- sentée sur la figure 1, commence la période d'aspiration Le piston se déplace dans la direction de la flèche Les lumières 1 du cylindre sont découvertes par 1'arête 2 du
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piston ; l'air s'écoule , en passant par la partie étran- glée du corps de guidage du piston , par les ouvertures à la soupape d'aspiration montée dans le piston et ,par celle-ci , dans la chambre d'aspiration du cylindre Cet écoulement se continue de fagon ininterrompue jusqu'à la fin de la course du piston .
A la fin de la course d'aspira tion , l'arête du piston n'a pas encore recouvert les lu- miéres I, de sorte qu'il existe une communication constan- te entre les ouvertures ± et l'espace intérieur du piston ; toutefois , les lumières I ne sont pas découvertes par l'a rête 4 de la face du fond du piston.
Il est essentiel pour l'invention que la partie centrale du fond de piston a ( figure I ) est rendue complé- ment utilisable pour y ménager les sections transversales de passage de la soupape Ceci est obtenu ,d'une manière nouvelle ,par le fait que le fond de piston lui-même est utilisé comme siège de soupape et est complètement dégagé dans sa partie centrale , en ce qu'il n'est supporté que sur son bord extérieur par le corps d'étanchéité tubulaire à paroi mince ,b ( figure I).
Au lieu de fentes annu- laires , séparées par des parties pleines , ou d'orifices d'écoulement circulaires , disposés en étoile et recoud- verts par des plaques distinctes , on ménage, à l'inté- rieur de la face circulaire libre du fond de piston , des fentes c, avantageusement disposées parallèlement l'une à l'autre ( figures 2-3), dont la longueur est limitée par le bord intérieur ± du fond de piston ( figures I et 2 ) La face du fond de piston est ainsi- en étant complètement libre de parties vissées , de traverses d'un prolonge- ment de la tige de piston ou analogues - utilisée dans la mesure la plus large possible pour y ménager la section transversale de passage de la soupape ./ Dans l'exemple men
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-tienne ,
pour un cylindre de 130 mm d alésage on obtient lors de l'utilisation de la disposition décrite des fentes une section transversale de passage libre de 25 cmê,et , pour une course de la soupape de 2,5 mm seuleme , déjà une section latérale de passage libre de 18,5 cm2, et , pour une course de la soupape de 3 mm, une section latéra -le de passage libre de 22 cmê.d'est à dire environ 100% de plusque pour une soupape annulaire et à peu prés 50 % de plus que la section transversale de 15 cmê,qui est au moins nécessaire pour une soupape d'aspiration assurant à elle seule le débit d'air d'aspiration Les fentes sort re couvertes par des lames métalliques très minces , étroi= tes et extrêmement légères a ( figuresl,4 et 9 ) sur la face extérieure du fond de piston , Comme ces lames ,
par suite de leur inertie extrêmement faible , restent facile- ment adhérentes à la pièce de retenue limitant leur coursew en particulier lorsque l'huile commence à s'épaissir - et produisent par suite une fermeture tardive , ces lames sont rappelées élastiquement sur leur siège par des lames- ressort f, disposées par dessus ,légèrement courbées et mises sous une faible tension ( figures I et 9 ) Un tel mode de rappel à ressort est connu en lui-même, de même que l'utilisation de plaques obturatrices de soupape en forme de lames , ces plaques étant disposées dans des fonds de cylindre fixes ou aussi dans le cylindre de tra- vail .
Par contre , leur disposition dans le piston de compresseurs à très grande vitesse est nouvelle Par utilisation de telles lames ,suivant la nouvelle manière décrite , il de- vient pour.la première fois possible d'obtenir l'effet te- chnique nouveau d'une distribution par soupape d'aspira- tion, disposée dans le piston, assurant à elle seule le débit d'air d'aspiration , et par suite la suppression de @
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lumières d'aspiration commandées par le piston , ainsi que la suppression de l'équilibrage de la pression avec ses inconvénients.
Les lames d'obturation de la soupape et les lames-ressorts de rappel sont guidées , d'une ma- nière nouvelle à leurs extrémités ,dans des entailles (fi gures 4 et 9 ) d'une bague- de guidage étroite h)figures 2,4 et 9 ) , dont l'épaisseur est égale à la course de la soupape , accrue de l'épaisseur de la lame d'obturation de la soupape et de l'épaisseur de la lame-ressort de rappel Cette bague ,ainsi qu'une plaque 1 , limitant la course de la soupape et disposée par dessus ( figures 1,2,5 et 9) sont maintenues concentriquement à la ligne axiale du pis ton par un collet très mince ¯4 du fond de piston (figu-.- res I et 3 ) La plaque 1 limitant la course , est munie de fentes I) figures 2 et 5 )
pour le passage de l'air refoulé et est également très mince étant donné que les lames -ressorts 1 possédant une masse très faible , ne peuvent exercer une action de destruction , ni une action d'usure sur cette plaque de retenue i Pour empêcher un desserrage de la bague de guidage et de la plaque de rete nue, il est prévu quelques petites vis m , pouvant être manipulées de l'extérieur et bloquées ( figures I et 3 ) dont le filetage s'engage dans des trous filetés de la face du siège de soupape .La hauteur totale des différen tes parties , montées sur le siège de soupape, ne s'élève dans l'exemple mentionné d'un diamètre intérieur ou alésa- ge du cylindre de 130 mm qu'à 7,5 mm environ .
Une dimi- nution très forte du poids du piston ,des forces dtaccélé ration des masses et de l'espace nuisible sont les effets techniques nouveaux obtenus ,Gomme le mouvement de la soupape n'exerce pas d'efforts sensibles aur la matière , malgré le nombre élevé de courses , oh obtient l'avantage particulier de pouvoir former le siège de soupape à d'une
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seule pièce aveo le corps de guidage du piston (figure I)
Le corps d'étanchéité , cylindrique et tubulaire , muni de segments d'étenchéités p ( figure I ), va en diminuant de section à la manière d'un cône et se raccorde à la partie , fortement étranglée au milieu et supportant l'a- xe ou tourillon du piston ,
du corps de guidage n . Dans la paroi mince de la partie tronconique sont ménagées des trous t pour le passage de l'air d'aspiration ( figu- res 1,2 et 7 )
Pour des raisons de fabrication , à des pressions de travail élevées ou pour tout autre motif , il peut deve- nir nécessaire ou avantageux de séparer la face du fond de piston, constituant le siège de soupape ,du corps de gui- dage du piston et de rapporter ce fond de piston , sous forme d'un chapeau ,sur le corps de guidage du piston Ce ci ne change rien au principe de l'invention 'mais celle- ci est étendue en ce que , pour les deux organes de cons- truction , on peut employer des matières de genres diffé- rents .le mieux appropriées à leur but ,
par exemple du mé -tal léger tenace ou de l'acier . Deux exemples de cette disposition sont représentés sur les figures 7 et 8 . n désigne le corps de guidage, le chapeau de piston (figure 7) dans le collet 01 duquel sont montés les segmente de piston p. Le collet 01 est muni d'un filetage intérieur g ,à l'aide duquel il est relié par vissage au prolongement ±,en forme de tubulure , du corps de guidage du piston.
Le prolongement tubulaire conique s est muni d'orifices t pour l'écoulement de l'air et se raccorde au corps de gui- dage n La figure 8 représente un autre exemple d'un pis- ton en deux parties . Le corps da guidage du piston , n , est dans ce cas prolongé en une tubul ure v, munie d'un
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filetage extérieur n, sur laquelle est vissés la tubulu -re w, munie d'un filetage intérieur , du chapeau de piston x. Ce chapeau présente la forme d'un corps creux, dont le fond annulaire , portant la tubulure w, est muni de trous il. pour 1 'écoulement de l'air vers la soupape d'as piration.
Pour pouvoir accroître le diamètre de l'évide- ment circulaire z du fond de piston à peu près jusqu'au da- mètre du piston , le logement du segment de piston , le plus rapproche de la chambre d'aspiration,est disposé en dehors de la hauteur de l'évidement z. Pour accroître la surface de glissement du corps de guidage du piston n et pour obtenir une longueur de piston aussi faible que possible il est prévu , pour compléter le corps de gui- dage du piston qui est très court ( figure 1 0, sur les deux côtés du piston , perpendiculairement à l'axe ou tourillon de piston , des joues aI ( figure 2 ) , qui sont reliées par des nervures bIau corps de guidage du piston .
La disposition est réalisée de telle manière qu' il ne se produit pas de rétrécissement de la section trans versale d? passage pour l'air.
R H S U M E .
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