<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX COMPRESSEURS ET ANALOGUES
La présente invention est relative à des compresseurs ou pompes à air ou autre fluide du type ayant une pluralité de pistons disposés de manière à travailler dans un cylindre commun ou enveloppe et qui sont rapprochés l'un de l'autre pendant qu'ils se meuvent dans la même direction pendant la course de travail effectif ou compression.
Suivant une proposition antérieure, un mécanisme du type ci-dessus a été appliqué dans un compresseur à air dans lequel deux pistons adaptés à comprimer de l'air entreux étaient reliés à des points espacés sur un élément pivotant de telle manière qu'à la fin de la course de compression les pistons prenaient une position verrouillée ou parfaitement balancée, par le fait que les bras de l'élément pivotant avaient des leviers égaux.
L'invention consiste en un compresseur ou pompe à air
<Desc/Clms Page number 2>
ou autre fluide, dans lequel une paire de pistons ayant des courses différentes sont animés d'un mouvement alternatif dans un cylindre pour comprimer le fluide entre eux, et caractérisé par la disposition de deux étages de compression dans un seul cylindre, en effectuant une compression préalable entre l'un des pistons et un couvercle d'extrémité du cylindre, tandis que le second étage de la compression est réalisé entre deux pistons qui àe plus sont reliés à un élément moteur ou à des éléments moteurs de telle manière que les pistons sont ramenés substantiellement,, mais de préférence d'une manière non complète, en équilibre à l'extrémité de la course.
Un élément moteur os- cillant ou rotatif commun peut être disposé pour les pistons, et arrapgé de manière à former des bras de levier inégaux ou déterminés d'avance lorsque les deux pistons sont à l'extrémité de leurs courses.
Suivant un autre trait de l'invention deux pistons sont reliés à des points espacés sur un élément moteur commun oscillant ou rotatif, la distance de l'un des dits points de connexion espacés de son pivot fixe sur l'élément moteur étant variable pendant la course. Ceci peut être effectué au moyen d'un bloc mobile dans des guides, tels qu'une encoche, sur l'élément moteur, le dit bloc étant relié par une bielle à l'un des pistons et par une deuxième bielle à un pivot fixe.
Les deux extrémités du cylindre peuvent être fermées par des couvercles et de l'air comprimé dans une des chambres ainsi formées peut être délivré par une soupape actionnée par ressort du coté aspiration de l'autre piston pour donner un effet de surcharge, ou bien l'air comprimé dans une telle cham- bre peut être utilisé pour une partie du premier étage de compression et dans ce cas l'air est conduit à la chambre inter- médiaire de refroidissement avant d'entrer dans la deuxième partie d'étage du cylindre.
Une soupape contrôlable suivant la pression d'alimen- tatior, peut être disposée, cette soupape étant adaptée à
<Desc/Clms Page number 3>
admettre de l'air atmosphérique directement dans l'espace entre les pistons, en interrompant ainsi le premier étage de compres- sion lorsque la demande tombe en dessous d'une valeur déterminée.
En se reportant aux dessins ci-joints
Fig. 1 est une élévation sectionnelle d'un compresseur à air à deux étages construit suivant l'invention ; Fig. 2 est une élévation sectionnelle schématique montrant une forme modifiée de mécanisme d'actionnement des pistons ;
Fig. 3 est une élévation sectionnelle fragmentaire montrant le dispositif de surcharge.
En réalisant l'invention dans la pratique, par exemple à un compresseur à, air à deux étages, un cylindre 1 est supporté par un châssis convenable 2 et est muni de deux pistons 3 et 4 entre lesquels de l'air peut être comprimé. Le mouvement est donné aux pistons au moyen d'un élément moteur oscillant qui com- prend une paire de bras 5 et 6 fixés à un moyeu oscillant autour d'un arbre 7 sur un tourillon à billes ou à rouleaux 8. Dans cet exemple les bras font un angle au sommet d'environ 63 ,mais cet angle peut être varie* si on le désire. Le bras le plus long 5 est relié au moyen d'une bielle courte 9 à la cheville 10 d'une crosse 11 qui glisse dans des guides 12, la crosse ayant de préférence la forme d'un piston et étant connectée au moyen d'une tige de piston 13 au piston inférieur 4.
Le bras plus court 6 est relié au moyen d'une bielle longue 14 au piston supérieur 3, dont la.cheville 15 se prolonge latéralement par une encoche convena- ble 16 dans les parois du cylindre. Les divers bras et bielles sont dédoublés de préférence pour donner des réactions symétri- ques. Avec les parties dans la position montrée, les deux pistons étant à l'extrémité de leur course ascendante, la bras 5 fait un angle d'environ 30 avec l'horizontale. Lorsque les pistons sont espacés de la distance maxima, c'est-à-dire au commencement de la course de travail effectif, le bras plus court 6 se trouve à
<Desc/Clms Page number 4>
quelques degrés au-delà de la verticale comme indiqué par le point 17 dans la Fig.l.
De l'énergie produite par une source con- venable quelconque, telle qu'un moteur électrique par exemple, est appliquée au compresseur par un arbre 18 et manivelle 19 qui est reliée à la crosse 11 par une bielle 20, et l'on verra que lorsque le piston 4 se trouve dans la position la plus basse, une rotation de la manivelle 19 fera les pistons 3 et 4 se mouvoir dans la même direction mais à des vitesses différentes, le piston 4 dépassant le piston supérieur 3 jusqu'à ce que les diverses parties atteignent la position dans laquelle elles sont montrées dans la figure. Dans cette position ou près de cette position les bielles 9 et 14 tireront dans des directions opposées sur les extrémités des bras de manivelle 5 et 6 à cause de la pression de l'air ou autre fluide comprimé entre les pistons.
Puisque les bras ont des longueurs inégales la force exercée par le fluide comprimé sera équilibrée en partie mais une petite force non balancée restera, dont le but sera expliqué ci-après.
L'extrémité inférieure du cylindre 1 est fermée par un couvercle 21 qui peut être muni d'un bourrage convenable pour la tige de piston 13. Le cylindre et le couvercle sont à refroi- dissement d'eau, comme montré.
De l'air est de préférence admis pendant la course (as- pirante) ascendante du piston 4 en 22 et passe par une soupape d'entrée (non montrée) dont le siège est en 23 et une lumière d'entrée 24 à l'extrémité inférieure du cylindre. Pendant la course descendante du piston l'air est déchargé par 24 à une soupape de décharge dont le siège est en 25 et passe de là par un passage 28 qui est à refroidissement d'eau et est utilisé comme chambre de refroidissement intermédiaire, et peut être munie de tubes de refroidissement si on le désire, et passe ensuite par une deuxième soupape d'admission au deuxième étage dont le siège est en 27, dans l'espace entre les pistons au moyen de la lumière
<Desc/Clms Page number 5>
28.
Dans la aourse suivante ascendante du piston 4 un étage final de compression est réalisé entre les deux pistons, et l'air com- primé est déchargé par une soupape dont le siège est en 29 à une aonnexion de décharge convenable 30. Les soupapes ne sont pas montrées dans les dessins, niais il est bien entendu qu'on peut employer un type convenable de soupape. Des couvercles amovibles 31 et 32 permettent une inspection et enlèvement faciles des soupapes.
L'on verra de la description qui précède que deux étages de compression sont obtenus en un seul cylindre, et que tandis que les pistons sont en équilibre partiel à l'extrémité de la aourse de compression finale, en réduisant ainsi fortement l'effort maximum requis pour la compression, il reste une petite force non équilibrée en ce point, qui peut être utilisée pour résister à l'inertie des masses qui se meuvent et aider leur renversement de direction et retour. L'on trouve qu'en fournissant de cette manière un léger équilibre différentiel, le rendement et marche générale du compresseur sont fortement améliorés.
De plus, l'incli- naison particulière choisie pour les bras donne un arrêt ou période de presqu'arrêt pour le piston 4 lorsque le bras 6 est dans le voisinage du point 17 et cet arrangement permet de réduire la longueur totale du cylindre. L'on verra facilement qu'en faisant varier l'angle des bras de manivelle b et 6, il est possible d'ob- tenir des rapports différents entre les volumes du cylindre pour le premier et le second étage, en obtenant ainsi un effort de mani- velle pratiquement uniforme pour tout le cycle des opérations.
Suivant une forme modifiée de construction, un double effet peut être obtenu en formant deux pistons à longue course, semblables au piston 4, travaillant des côtés opposés d'un piston d'équilibre 3, les connexions aux manivelles étant faites d'une manière semblable à celle déjà décrite. Egalement lorsqu'on le désire, un double effet peut être obtenu en renversant les connexions
<Desc/Clms Page number 6>
des pistons aux leviers de manivelle décrits ci-dessus, et en formant un piston à longue course travaillant entre deux pistons d'équilibre à petite course,,
Une forme modifiée de mécanisme d'actionnèrent peur un compresseur du type général décrit ci-dessus est montré schéma- tiquement dans la Fig 2,
dans laquelle 40 et 41 sont deux pis- tons travaillant dans un cylindre commun et adaptés à comprimer de l'air ou un autre fluide, entr'eux. Le piston 41 porte une tige 42 fixée à une crosse 43 dans laquelle est fixée une chevil- le 44. Un bras rainuré 45 fixé à pivotement en 46 au châssis du compresseur, engage la cheville 44. Le bras. 45 est fixé rigide- ment à un second bras 47 muni d'une longue encoche 48, l'angle entre les deux bras étant dans ce cas d'environ 30 .
Le piston supérieur 40 est connecté par une manivelle, ou des manivelles à un bloc 39 glissant dans l'encoche 48 et ce bloc est également relié par une bielle 49 à un pivot fixe 50 sur le châssiso
L'arrangement des divers éléments est tel que lorsque les deux pistons sont ensemble, c'est-à-dire dans la position montrée dans la figure et qui est le point ce compression maxima, les deux bras de manivelle se trouvent de préférence au-dessus d'un plan horizontal passant par le pivot fixe 50. L'actionnement de la crosse 43 peut se faire de toute manière convenable, et l'on verra que par une rotation partielle de la manivelle à double bras 45, 47, le piston inférieur 41 sera déplacé d'une distance déterminée par le rayon du bras 45.
Le bras 47 se déplacera du même angle, mais par le fait que le bloc 39 est sous la dépen- dance de la manivelle 49, il traversera l'encoche 48 et de cette manière le piston 40 sera actionné par un bras de rayon progres- sivement décroissant avec ce résultat que le piston supérieur ne se déplacera pas aussi loin que le piston inférieur. Pendant la course de compression ces mouvements auront lieu dans l'ordre inverse et l'air sera comprima entre les deux pistons, et il y
<Desc/Clms Page number 7>
aura un équilibre partiel au moins lorsque le point de compres- sion maxima a été atteint.
La variation dans la longueur effective d'un des bras de levier pendant la course par les moyens décrits ci-dessus permet d'obtenir une série relativement grande de rapports de compression. D'une manière semblable elle permet d'obtenir une quantité variable de mouvement entre les deux pistons et d'amener les forces actionnant chaque piston en équilibre à toute partie désirée de la course en faisant varier convenablement la position du pivot fixe 30.
Dans les exemples décrits ci-dessus l'extrémité supé- rieure du cylindre a. été supposée ouverte à l'atmosphère, maie suivant la modification illustrée dans la Fig. 3, cette extrémité du cylindre est fermée et peut être employée à effectuer une compression préalable de l'air pour surcharger ou lorsqu'on désire réaliser une compression de premier étage semblable à celle obte- nue du coté inférieur du piston inférieur. Dans le premier cas, dans sa forme la plus simple le piston supérieur présente un enfoncement qui est fermé par une plaque 52.
Un couvercle 53 est prévu à l'extrémité supérieure du cylindre et est muni d'une soupape d'admission légère 54 mise sous l'action d'un ressort et une connexion à tuyau 55 menant à la chambre de cylindre inférieure par une soupape de retenue 57 qui est actionnée par ressort pour s'ouvrir à une pression déterminée. Les pistons peuvent être actionnés par n'importe lequel des moyens décrits ci-dessus.
Pendant la course descendante du piston 51 de l'air est aspiré par la soupape 54 et pendant la course de retour du piston, lors- que le piston inférieur fait aspirer de l'air dans l'espace 56, 1 air dans l'espace supérieur est comprimé et à un mouvement déterminé pendant la course, est déchargé sous pression par la soupape 57 pour compléter l'air déjà aspiré dans l'espace 56. De cette manière le rendement volumétrique du compresseur est
<Desc/Clms Page number 8>
amélioré et de plus un effet amortisseur est obtenu à la fin de la course de travail. Lorsqu'on utilise la surcharge, on prévoit de préférence un réservoir d'air intermédiaire ou refroidisseur,dans lequel l'air de surcharge est reçu avant d'être admis dans le cylindre au point désiré.
Dans les cas où lair est comprimé à la pression du pre- mier étage l'air est admis d'abord dans l'espace intermédiaire de refroidissement et ensuite dans 1'espace du second étage du cylindre du compresseur.
Suivant un autre trait caractéristique de l'invention un compresseur à deux étages, tel que celui montré dans la Fig.l peut-être muni d'un dispositif pour couper automatiquement l'un des étages de la compression lorsque la demande d'air tombe en- dessous d'une valeur déterminée. Cet effet peut être produit par une soupape d'admission supplémentaire disposée à s'ouvrir direc- tement dans le passage 26. Cette soupape peut être contrôlée par un relai qui dépend des conditions d'alimentation lequel, lors- qu'il est ouvert, admet de l'air directement dans l'espace entre les pistons de sorte que le compresseur travaille alors seulement avec un seul étage.
Le relai fonctionne lorsque la pression dans la conduite principale d'alimentation ou réservoir s'élève à un maximum déterminé, et inversement il ouvre l'admission dans la conduite principale 22 lorsque la pression tombe à un minimum déterminé.
Alternativement, des moyens peuvent être prévus pour décharger le compresseur en tenant ouverte la soupape d'aspira- tion de premier étage lorsque la pression dans le réservoir atteint une valeur maxima. De tels moyens peuvent également être employés pour faciliter le démarrage.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux compresseurs ou pompes ayant seulement deux étages de com- pression, mais qu'en ajoutant d'autres pistons ou cylindres le nombre d'étages peut être augmenté suivant les besoins.
<Desc/Clms Page number 9>
L'invention peut également être appliquée au type semi-rotatif de pompe, soit à simple, soit à double-effet.