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"Perfectionnements apportés aux machines à pistons libres, notamment aux auto-compresseurs de ce genre".
,
L'invention est relative aux machines à pistons libres ; et elle concerne plus particulièrement', parce que c'est dans leur cas que son application semble devoir présen- ter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces ma- chines, lcs auto-compresseurs à pistons libres, c'est-à-dire les machines à pistons libres fournissant de l'air comprimé.
Elle a pour but,surtout, de rendre telles, lesdites machines , qu'elles répondent, mieux que jusqu'à présent, aux divers desiderata de la pratique et, notamment, qu'elles aient un meilleur rendement.
Elle consiste, principalement, pour réduire le travail de compression et de refoulement dans.les machines du genre en question, à injecter, dans la partie compresseur, de ces machines; une quantité de liquide dosée, de préférence
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de façon automatique, en fonction de l'une au moins des ca- ractéristiques de fonctionnement ou de réglage desdites ma- chines, par exemple en fonction de leur débit par course, de leur pression de refoulement ,de leur pression d'alimenta- tion, ou de l'une de leurs températures de fonctionnement.
Elle consiste, mise à part cette disposition prin- cipale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment, en une deuxième disposition con- sistant -- et en même temps qu'à injecter une certaine quan- tité de liquide dans la partie compresseur des machines du genre en question -- à faire varier le point d'injection, de préférence de façon automatique, en fonction de l'une des ca- ractéristiques de fonctionnement desdites machines, par exem- ple en fonction de leur pression d'aspiration.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application (celui pour lequel on l'applique aux auto-com- presseurs à pistons libres), ainsi que certains modes de réa- lisation, des susdites dispositions; et elle vise plus parti- culièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les machines du genre en question comportant appli- cation de ces mêmes dispositions, les éléments spéciaux pro- pres à leur établissement, ainsi que les engins ou installa- tions, fixes ou mobiles, comportant de semblables machines.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
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La- fig.l de coessin3epréBente, de façon schémati- B que et en vue partielle, un auto-compresseur à pistons libres
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établi conformément à un premier mode de réalisation. de l'in- vention .
La fig.2 montre,à plus grande 4chelle et en vue par- tielle, un autre mode de réalisation du susdit auto-compresseur.
Les fig.3 et 4 sont des diagrammes de fonctionnement relatifs respectivement à chacun des auto-compresseurs faisant l'objet des précédentes figures.
La fig.5 représente un autre mode de réalisation du susdit auto-compresseur.
La fig. 6 est un diagramme de fonctionnement rela- tif à ce dernier mode de réalisation.
La fig.7, enfin, représente un mode réalisation du susdit auto-compresseur .différent des précédents .
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des 'modes de réali- sation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence , se proposant d'établir une ma- chine à pistons libres telle*, par exemple, qu'un auto-compres- seur de ce genre,on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On peut établir une telle machine, dans son ensemble, de n'importe quelle manière usuelle appropriée, par exemple de manière que la compression de l'air s'effectue dans deux étages distincts, ce pour quoi l'on pourra, par exemple encore, avoir recours au mode de réalisation qu'illustre de façon sché- matique la fig.1 et selon lequel on procède comme suit.
On vient monter, dans un cylindre moteur ICI, deux pistons 102 et 102' propres à découvrir respectivement, au voisinage de leur point mort extérieur, des lumières d'admis- sion 103 et des lumières d'échappement 104.
On attelle ces pistons, respectivement par des tiges 3 et 3', à des pistons compresseurs 2 et 2' montés coulissante
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le premier, dans un cylindre basse pression 1 et, le seconde dans un cylindre haute pression l'alimenté par l'élément basse-pression de la machine.
Et l'on fait comporter, audit élément basse pres- sion, d'une part, un conduit d'alimentation 54 désservant un clapet d'aspiration 55, et, d'autre part, un conduit de refou- lement 4 muni d'un clapet 5, l'élément haute pression étant muni , semblablement , d'un clapet d'aspiration 55'et d'un clapet de refoulement 5'.
On sait, d'une façon générale, qu'il est avantageux dans les compresseurs d'air, pour diminuer le travail de com- pression et de refoulement, de réaliser une compression aussi voisine que possible de l'isotherme. On a déjà essayé d'obte- nir ce résultat , dans les compresseurs à course constante, en injectant dans l'air comprimé un liquide finement pulvérisé,soit pendant la compression et le refoulement;soit entre deux éta- gés de compression, la vaporisation de ce liquide ayant pour effet d'abaisser la température de l'air comprimé; donc de réduire le travail de compression.
Pour qu'un tel procédé donne des résultats satisfai- sants il faut que le dosage de la quantité de liquide injectée soit tel que l'on ne dépasse pas la limite de saturation de l'air comprimé, faute de quoi il se produirait des condensa- tions préjudiciables au bon fonctionnement des machines.
Or un auto-compresseur à pistons libres est une ma- chine dont les caractéristiques de fonctionnement, telles ,par exemple, que son débit (déterminé par la course des équipages mobiles),sa pression ou sa température de refoulement, sa pres- , sien ou sa température d'aspiration, sont susceptibles de va-
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lV a rier , ces variations donnant lieu/des variations de la masse n
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d'air comprimé à chaque course de compression et, par suite, à des variations de la quantité d'eau nécessaire pour saturer cette masse d'air.
Conformément à la disposition principale de l'inven- tion, on injecte, dans la partie compresseur du susdit auto- compresseur, une quantité de liquide dosée, de préférence de façon automatique, en fonction do l'une au moins des caracté- ristiques de réglage ou de fonctionnement de la machine.
On conçoit que, de cette façon, on pourra s'arranger pour que la quantité de liquide injectée (liquide que l'on supposera dans cc qui suit être de l'eau) soit toujours opti- mun, quelles que soient les variations subies par la masse d'air comprimé à chaque course de compression de la machine.
A cet effet on peut tout d'abord, selon une première solution à laquelle on aura recours de préférence lorsque l'auto-compresseur est destiné à fonctionner à pressions d'as- piration et de refoulement constantes, faire varier la quanti- té d'eau injectée on fonction seulement du débit d'air compri- mé par course , c'est-à-dire en fonction de la longueur des courses de refoulement variables de la machine l'injection d'eau pouvant alors être pratiquée dans toute partie appropriée de la partie compresseur de ladite machine, par exemple dans le cylindre 1 (comme représenté fig.2), dans un réservoir in- termédiaire (comme représenté fig. 5),ou, (comme représenté
4 fig. 1), dans le conduit de refoulement/de l'élément basse- pression en aval du clapet 5.
On pourra alors s'arranger pour que l'injection se produise pendant la période de refoulement ou pendant la période de compression, voire même, éventuellement, pendant la période d'aapiration.
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On a représenté sur les diagrammes des fig.3 et 4 en a,b,c;d ,le cycle de compression d'un auto-compresseur pour le débit maximun d'air comprimé,
Si l'injection d'eau doit avoir lieu pendant la période de refoulement a b (cas de la fig.3), on devra faire en sorte que la quantité injectée suive une loi croissante en fonction de la course variable de refoulement, par exemple que cotte quantité soit proportionnelle à ladite course,, auquel cas on pourra représenter ladite quantité par des or- données d'une droite m n, la quantité d'eau refoulée étant nulle en m (débit nul en air comprimé) et maximun en n (débit maximun d'air comprimé).
Cn peut prévoir de nombreux modes de réalisation de mécanismes permettant de doser la quantité d'eau injectée en fonction de la course de refoulement, et, notamment,avoir recours à celui qu'illustre la fig.l des dessins et selon le- quel, on fait porter, par un prolongement de la tige 3, une came 6 propre à coagir avec le piston 7 d'un dispositif de dosage tel qu'une pompe 8 alimentant un organe de pulvérisa- tion 9 disposé, par exemple, dans le conduit de refoulement 4, on choisit la longueur de la came 6 de façon qu'elle cor- responde à la longueur maximun a b de la course de refoulement, et l'on dispose de préférence ladite came de façon qu'elle attaque le piston 7 des le début du refoulement.
Si maintenant l'injection doit avoir lieu pendant la période de compression (cas de la fig. 4), et qi l'on suppose toujours que les pressions de fonctionnement sont invariables, donc également la longueur de la course de compression d a,on pourra avantageusement ,pour proportionner la quantité d'eau
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injectée à la longueur de la course de refoulement,avoir re- cours une autre disposition de l'invention non explicitée dans ce qui précède et selon laquelle on accumule pendant une course de refoulement une quantité d'eau fonction de ladite course (par exemple proportionnelle à cette der- nière) et l'on n'injecte qu'ultérieurement ladite quantité d'eau , par exemple, dans le cas présent, pendant la course de compression suivante.
On réalisera avantageusement une telle disposition comme représenté fig., en faisant coagir une rampe 6, portée par un prolongement de la tige 3, avec le piston 7 d'une pompe à accumulation 8' comportant une capacité variable 10 et un piston accumulateur 10' soumis à l'action d'un ressort 11, et en faisant commander l'injection, par exemple 'dans le cylindre 1, par une soupape 12 rappelée par un ressort 13, sou- pape avec laquelle on fait coagir une butée 14 montée, de pré- férence de façon réglable, sur la tige 3, cet ensemble étant agencé de façon telle que la soupape 12 assure sa propre dis- tribution, c'est à- dire qu'elle découvre le débouché amenant l'eau sous pression une fois qu'elle est complètement enfoncée (vers la fin de la course d'aspiration).
Ladite soupape sera alors maintenue dans cette posi- tion enfoncée par la pression de l'eau injectée et ce jusqu ce que l'injection soit terminée ,instant à partir duquel elle reviendra sur son siège et y demeurera jusqu'à la fin de la course d'aspiration suivante.
Si l'injection doit avoir lieu pendant toute la cour- se de compression, on pourra s'arranger ,par exemple, pour que le @ébit de l'injection soit tel que les .quantités d'eau injectée à chaque instant au cours d'une course de compression
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soient représentées par des courbes à débit instantané croissant b'at ou b'x', suivant que la course de refoulement précédente a été maximum (ab) ou seulement égale à a x . Dans le premier cas la quantité d'eau totale injectée au cours de la compres- sion sera représentée par l'aire b' a' [alpha]et, dans le second cas, par l'aire b' x' [alpha].
On pourrait évidemment procéder de la même façon pour produire l'injection pendant la course d'aspiration,
On a supposé dans ce qui précède que les pressions de refoulement et d'aspiration de l'auto-compresseur demeu- raient constantes.
Lorsque l'une au moins de ces pressions varie la masse d'air comprimé débitée à chaque course varie également. on pourra donc, avantageusement, dans ce cas, selon une deuxiè- me solution, faire varier la quantité d'eau injectée en fonc- tion, non seulement des courses de refoulement, mais encore de celle ou celles desdites pressions qui varie.
En tout cas l'on aura intérêt à injecter une quantité d'eau d'autant plus importante que le rapport des pressions de refoulement et d'admission est plus grand, c'est-à-dire que le travail de compression à effectuer est plus important.
Si l'on suppose tout d'abord que seule la pression de refoulement varie et si l'on se propose en outre, par exemple, de pratiquer l'injection pendant la course de refoulement, on pourra s'arranger, comme représenté sur le diagramme de la fig. 6 pour que la quantité de liquide injectée soit figurée par une droite m n ou par une droite m' n' selon que le refou- lement a lieu à une pression p ou à une pression p'.
A cet effet on pourra, avantageusement et par exem- ple, avoir recours au mode de réalisation qu'illustre la fig. 5 et selon lequel on procède de la façon suivante, on fait commander le piston d'une pompe d'injection
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8 par une tige 15 prenant appui sur un bras d'une pièce en équerre 16 dont l'autre bras est attelé, par exemple par l'in- termédiaire d'un levier 17, à l'extrémité de la tige 3, le point de contact entre la tige 15 et la pièce 16'pouvant être plus ou moins écarté de l'axe d'articulation 18 de cette der- nière en sorte que la longueur des corses du susdit piston 7 puisse être modifiée et, par suitc, également le débit de la susdite pompe.
Et l'on prévoit , pour commander les déplacements de la tige 15, un dispositif soumis à l'action de la pression de refoulement de la m8chine ,dispositif que l'on peut cons- tituer, par exemple, par un ensemble cylindre 19 ' piston 20, dont le piston est soumis, sur une de ses faces,, l'action d'un ressort 21 et, sur son autre face, à l'action de la susdi- te pression de refoulement par l'intermédiaire'd'un conduit 22, l'ensemble,étant agencé de façon telle que le point de contact des pièces 15 et 16 s'écarte de l'axe d'articulation 18 lorsque la pression de refoulement croit, ou, en d'autres termes, que le débit de la pompe croisse avec ladite pression de refoulement.
On conçoit qu'un tel ensemble permet de proportionner la quantité de liquide injectée,à la fois à la course des équi- pages mobiles et/la pression de refoulement, donc à la masse d'air débitée par la machine à chaque course de compression.
Si l'on suppose maintenant que la pression d'admission varie également, on pourra, pour tenir compte de ces variations faire agir ladite pression, par l'intermédiaire d'un conduit 23 sur l'autre face du piston 20, en sorte que ce dernier prenne une position d'équilibre sous l'action conjuguée de la pression de refoulement et de la pression d'aspiration, le point de con- tact des leviers 16 ot 17 s'écartant d'autant plus de l'axe d'a tioulation 18 que le rapport de compression est plus grand,
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o'est à dire que le travail de compression à effectuer est plus important.
Mais on peut encore, selon une autre solution,pré- voir un système de réglage complémentaire du débit de liquide injecté, on fonction de l'une au moins des températures de fonctionnement de la machine, par exemple et comme il sera supposé dans ce qui suit en fonction des variations de la tem- pérature de l'air aspiré dans le cylindre 1.
De préférence,on s'arrange alors pour que le débit de liquide injecté aille en croissant lorsque la température de l'air d'alimentation augmente.
De cette façon il sera possible de maintenir sensi- blement constante la température de l'air refoulé, entre cer- taines limites au moins de variation de la température de l'air ambiant.
On peut encore, compte tenu de ce qui vient d'être dit ,s'y prendre de multiples manières pour mettre en oeuvre cette dernière solution, et, notamment ,avoir recours à cet effet, au mode de réalisation qu'illustre la fig.7 des dessins et pour lequel on a prévu ,à titre d'exemple, de faire régler le débit d'injection d'eau, non seulement par les longueurs des courses de refoulement et par la température de l'air dtalimen- tation, mais, en outre, par l'une des pressions de fonctionne- ment de la machine, par exemple par la pression d'alimentation du cylindre 1.
Si l'on suppose donc, à titre d'exemple, que la pression de refoulement demeure sensiblement constante et que la pression d'admission varie, on devra s'arranger pour que le débit d'eau injectée diminue lorsque ladite pression d'admission 3 croit, c'est à dire lorsque le travail de compression à effec- tuer diminue.
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Suivant le susdit mode de réalisation on fait commander le piston 7 d'une pompe 8 par une ti- ge 15 articulée par une de ses extrémités sur ledit piston et prenant appui, par son autre extrémité ,sur un bras d'une pièce en équerre oscillante 16 dont l'axe d'articulation 18 est fixe et dont l'autre bras est attelé, par exemple, par l'intermédiaire d'une biellette 17, à un prolongement de la tige 3 solidaire du piston 2 le point de contact entre la ti- ge 15 et la pièce 16 pouvant être plus ou moins écarté de l'axe 18 de façon à permettre de modifier la longueur des courses du piston 7, donc également le débit d'eau injectée, indépendam- ment des variations de la course du piston compresseur 2, on fait f@@mander les déplacements de la tige 15 par un dispositif thermostatique, tel par exemple qu'une capsule 56,
disposé sur le parcours de l'air d'alimentation, avantageuse- ment dans le conduit 54, ladite capsule étant reliée à ladite tige par l'intermédiaire d'un système cinématique approprié constitué, par exemple encore, par des tiges 57 et 58 coagissant respectivement avec les extrémités d'un levier de renvoi 59, du type à sonnette,disposé de façon que, lorsque la capsule 56 se dilate du fait d'un accroissement de la température de l'air d'alimentation, la tige 15 spit éloignée de l'axe 18, c'est à dire le débit d'injection augmente, et,pour permettre un réglage complémentaire du débit d'injection en fonction des vacations de la pression d'alimen- tation de la machine, on fait porter l'axe d'articulation 60 du levier de renvoi 59 par l'extrémité d'un bras d'un levier coudé 61 que l'on articule sur un axe fixe 62 et dont on attèle l'autre bras,
par l'intermédiaire d'une tige 63, à une capsule barométrique ou semblables 64 soumise à la susdite pression
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1;) d'alimentation,par exemple reliée au conduit 54t l'ensemble Il
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étant agencé de façon que les dilatations de ladite capsule barométrique (consécutives à un accroissement de la pression d'alimentation dans le conduit 54) provoquant un déplacement tel, de la tige 15, que la longueur utile du bras de levier compris entre l'articulation 18 et le point de contact de la tige 15 et de la pièce 16 diminue, c'est-à-dire que le débit d'injection diminue également.
En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisa- tion adopté, on a établi un auto-compresseur à pistons libres dont la partie compresseur est refroidie par un système d'in- jection d'eau dont le fonctionnement résulte suffisamment clairement de la description qui vient d'en être faite pour qu'il soit inutile d'entrer à son sujet dans aucune explica- tion complémentaire.
De toute façon un tel auto-compresseur présente, entre autres avantages, celui de fonctionner avec un rendement optimun, entre certaines limites au moins de variation de la pression et de la température ambiantes.
Et ou bien on se contente de procéder comme il vient d'être dit , ou bien, et mieux, on a recours en outre à cer- taines dispositions telles que la suivante, susceptibles, le cas échéant, d'être utilisées isolément.
Suivant cette disposition, que l'on supposera dans ce qui suit être appliquée à l'auto-compresseur représenté partiellement fig. 5, on s'arrange pour que le début de l'in- jection puisse être réglé de façon automatique en fonction de l'une au moins des catéristiques de fonctionnement de la machine, par exemple en fonction de la pression d'admission.
A cet effet, on pourra, avantageusement et par exem- ple,comme représenté fig.5, faire porter l'axe d'articulation de la pièce 16, par l'extrémité de la tige d'un piston 24 coagissant avec un cylindre 25 dans lequel on fait régner
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la pression d'admission de la machine, les variations de ladi- te pression provoquant alors des déplacements verticaux du sus- dit axe d'articulation 18, et, par suite, des variations de l'instant du début de l'injection.
On pourrait éventuellement prévoir un réglage du début de l'injection en fonction d'un facteur autre qu'une pression de fonctionnement de la machine, par exemple en fonc- tion de l'une de ses températures de fonctionnement.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécia- lement indiqués; elle en embrasse ,au contraire , toutes les variantes, notamment, celles où les organes d'injection seraient commandés par des organes alternatifs autres que les cames portées par les tiges des pistons compresseurs, par exemple, par des bielles oscillantes attelées aux organes le synchronisation, et celles où l'injection d'eau serait pratiquée dans la partie compresseur d'une machine à pistons libres autre qu'un auto-compresseur, par exemple d'un auto-générateur, c'est- à-dire d'une machine à un seul circuit gazeux.