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PERFECTIONNEMENTS AUX COMPRESSEURS D'AIR ET D'AUTRES GAZ.
La présente invention se rapporte aux compresseurs d'air et d'âu- tres gaz du type comprenant un ou plusieurs cylindres, un piston animé d'un mouvement alternatif dans chacun des cylindres, le piston pouvant être à sim- ple ou double effet et le cylindre comprenant, dans ce but, à une de ses ex- trémités ou à chaque extrémité, une lumière combinée d'admission et d'échap- pement commandée par un dispositif de distributio permettant au piston d'as- pirer de l'air ou du gaz par un passage d'entrée dàns la chambre'de travail adjacente à chaque course d'aspiration, et de refouler cet air ou ce gaz dans un passage de sortie à chaque course de refoulement.
L'invention vise à procurer une forme perfectionnée de compresseur de ce type, de construction et de fonctionnement simples, formant un bloc re- lativement léger, susceptible de conserver son efficience pendant des pério- des de fonctionnement prolongées, et dont les pistons n'exigent que peu ou pas de graissage, de façon à convenir pour débiter de l'air ou du gaz non contaminé par du lubrifiant.
Un autre but de l'invention est de procurer un compresseur du type défini, susceptible de fonctionner efficacement sur une gamme assez étendue de pressions de débit.
Suivant un aspect de l'invention, un compresseur d'air ou autre gaz comprend. un bloc de cylindres de travail disposés autour d'un logement de distributeur cylindrique, leurs axes parallèles à l'axe de ce logement , avec au moins une lumière combinée d'aspiration et d'échappement à chaque extrémité de chaque cylindre, communiquant directement avec l'intérieur du logement de distributeur, un distributeur rotatif extérieurement cylindrique monté dans ce logement et possédant à l'intérieur des chambres* d'admission et d'échappement, les extrémités opposées de chacune de ces chambres communi-
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quant avec des lumières ménagées dans la paroi périphérique du distributeur et se trouvant respectivement dans le même plan que les lumières dans les extrémités opposées des cylindres,
la chambre d'admission communiquant par l'intermédiaire d'une extrémité du distributeur avec une lumière ou passage d'admission tandis que la chambre d'échappement communique par l'autre extré- mité du distributeur avec une lumière ou passage d'échappement, des pistons à double effet disposés de façon à se déplacer en mouvement alternatif à l'in- térieur des cylindres:, comportant des tiges de piston passant de façon étan- che au gaz par des guides placés aux extrémités des cylindres à une extrémité du bloc et un arbre moteur coaxial au distributeur qui est disposé de façon à entraîner un plateau de nutation auquel sont reliées les extrémités exté- rieures des tiges de piston, et relié au distributeur pour l'entraîner dans son mouvement de rotation.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les guides li- vrant passage aux tiges des pistons sont relativement longs et s'adaptent si étroitement à celles-ci qu'ils- maintiennent les pistons pratiquement sans contact avec les cylindres, ce qui leur permet de fonctionner pratiquement sans lubrifiant. De plus, cet agencement permet d'exécuter les pistons et les cylindres en alliage léger, un alliage d'aluminium par exemple, puisqu'il n'y a pas contact entre eux, tandis que les tiges des pistons sont en acier ou autre métal présentant des caractéristiques anti-friction suffisamment- bonnes lorsqu'il est utilisé en association avec un alliage léger tel qu'un alliage d'aluminium de sorte que les guides et la pièce ou les pièces dont ils font partie peuvent également être faits en un alliage léger similaire.
De préférence, suivant une autre caractéristique de l'invention, le distributeur rotatif est monté sur l'arbre moteur de telle maière que l'arbre détermine la position du distributeur à l'intérieur de son logement et l'y supporte de manière que le distributeur ne soit pas en contact avec le logement. Le distributeur peut donc fonctionner aussi pratiquement sans lubrifiant, et, de même que le logement, peut être exécuté en un alliage lé- ger tel qu'un alliage d'aluminium.
De plus, dans un agencement de ce genre, les pistons et le distri- buteur sont de préférence dépourvus de segments, bagues d'étanchéité ou élé- ments d'étanchéité analogues, mais sont munis chacun d'une série de rainures périphériques étroites et serrées qui constituent des joints à labyrinthe dont les surfaces réduisent ou évitent la fuite du gaz.
Suivant une autre caractérisrique de l'invention, le distributeur rotatif est susceptible d'un mouvement axiallimité par rapport à son loge- ment, et la forme des lumières de la paroi périphérique du distributeur qui communiquent avec la chambre d'échappement dans le distributeur est choisie pour que ce mouvement axial relatif entre le distributeur et son logement fasse varier les moments d'ouverture de ces lumières sans modifier sensible- ment leurs moments de fermeture, tandis qu'un dispositif est prévu pour dé- terminer la position axiale du distributeur par rapport au logement et pour la faire varier suivant les variations du rapport entre les pressions d'ad- mission et d'échappement de telle manière que le moment d'ouverture de chaque lumière menant à la chambre d'échappement est retardé lorsque la pression d'échappement croît et vice-versa,
au moins pour une gamme déterminée d'avan- ce de pressions d'échappement.
De préférence, les lumières dans la paroi périphérique du distri- buteur communiquant avec la chambre d'admission à l'intérieur du distributeur sont également formées de manière que le moment d'ouverture de chacune de ces lumières est déterminé par - et varie avec - les variations dans le rap- port entre les pressions d'admission et d'échappement de façon similaire, tandis que le moment de fermeture reste pratiquement inchangé.
Ce résultat est avantageusement obtenu en plaçant des dispositifs élastiques ou à ressort agissant sur l'extrémité du distributeur opposée au passage d'échappement et tendant à déplacer le distributeur toujours en di- rection du passage d'échappement, de sorte que la pression d'échappement agit
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à l'apposé des dispositifs à ressort, et que, pour une gamme déterminée de pressions d'échappement, le distributeur se déplace axialement et automati- quement, suivant les variations de la pression d'échappement.
Les détails de construction d'un compresseur suivant l'invention peuvent varier largement; une forme de compresseur suivant l'invention, et une variante de cette forme sont représentées à titre d'exemple, sur les des- sins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en élévation de côté, en coupe , du compresseur, prise suivant un plan contenant l'axe de l'arbre principal(.
Fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fige 1 dans laquel- le, pour plus de facilité tous les pistons sont supposés être en des points intermédiaires de leurs courses respectives.
Figo 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. l,les pistons étant derechef représentés en des points intermédiaires de leurs courses res- pectiveso
Figo 4 est une vue en coupe suivant le plan du plateau de nuta- tion, servant à montrer la forme générale des relations entre les tiges des pistons et le plateau de nutation.
Fig. 5 est une vue en coupe agrandie d'un des distributeurs rota- tifs, de son logement et d'un des cylindres, prise dans un plan contenant les axes du distributeur et du cylindre
Fig. 6 est un développement montrant la forme et la disposition des lumières, du distributeur et des cylindres correspondants.
Fig. 7 est une vue analogue à fig. 1 montrant une forme modifiée de compresseur et
Figo 8 est une vue en coupe analogue à fig. 4, passant par le pla- teau de nutation dans la forme de la fig. 7.
Dans la forme de réalisation des figs. 1 à 6, le compresseur com- prend une paire de blocs de cylindres semblables A et Al, par exemple en al- liage d'aluminium coulé et chacun de ces blocs comprend sept cylindres A2 régulièrement répartis autour d'un logement de distributeur cylindrique A3 ménagé dans le bloc et dont l'axe est parallèle aux axes des cylindres et l'alésage est légèrement supérieur à celui de chaque cylindre, et dont la longueur est approximativement égale à celle de chaque cylindre.
Les deux blocs de cylindres A et Al sont fixés aux deux bouts d'un logement intermédiaire B, et à l'extrémité extérieure de chaque bloc de cylindres est fixée une plaque annulaire d'extrémité C qui ferme les extrémités extérieures des cylindres A2 et par l'ouverture centrale de laquelle dépasse un court prolongement A4 du logement de distributeur A3.
Une pièce D en forme de boite coulée par exemple en alliage d'aluminium, est fixée à la face extérieure de chacune des plaques d'extrémité C et contient un passage d'échappement Dl à l'extrémité intérieure duquel s'ouvre l'extré- mité adjacente du logement de distributeur A3, A4, ce passage d'échappement comprenant une ouverture latérale de sortie D2.
Une plaque E, fixée à l'extrémité intérieure de chacun des blocs de cylindres A et Al de manière à se trouver entre le bloc et le logement intermédiaire B, présente une ouverture centrale entourée d'une série de sept ouvertures El situées périphériquement, chacune de ces ouvertures étant con- centrique à un des cylindres A2. Des éléments tubulaires F fixés à chaque plaque E de façon à faire saillie par les ouvertures El, sont reliés chacun par une bride périphérique à la plaque et comportent une tête FI en forme de champignon qui forme un joint étanche au fluide avec l'alésage du cylindre dans lequel elle fait saillie de fagon à former en fait une tête intérieure de cylindre.
Chaque cylindre A2 contient un piston G à mouvement alternatif, et chaque piston d'un cylindre A2 du bloc de cylindres A est relié à une ex-
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trémité d'une tige de piston G1 dont l'autre bout est relié au piston G dans le cylindre coaxial du bloc A1.
Chaque tige de piston G1 passe par les éléments tubulaires F en relation avec les extrémités intérieures des cylindres dans lesquels ses pis- tons travaillent; chacun de ces éléments tubulaires est relativement long et comporte à ses extrémités des pièces F2 F3 entre lesquelles la tige du piston coulisse avec précision, tandis que la partie centrale de Isolément tubulaire entoure librement la tige du piston en formant une chambre annulaire F4 à laquelle a accès l'air chargé de lubrifiant., et d'où le lubrifiant peut s'écouler par des passages F5. La longueur de chacun des éléments tubulaires F est sensiblement supérieure à la course de chacun des pistons G, tandis que la longueur de la chambre annulaire F4 est égale ou presqu'égale à la longueur de la course de chaque piston.
On voit que les tiges de piston G1 sont supportées en fait par les deux parties relativement courtes F2 F3 for- mant paliers, tandis que la plus grande partie ou la presque totalité du lu- brifiant passant au delà du palier F3 a tendance à se rassembler dans la cham- bre F4 et à s'écouler par les passages F5.
Comme on peut le voir sur les dessins, la forme de la partie de chacune des têtes en champignon FI des éléments F dont le piston s'approche à la fin de sa course est choisie de manière à ne laisser qu'un très faible espace mort entre elle et la face correspondante du piston.
Chacune des tiges de piston G1 comprend, au milieu de sa longueur, un logement cylindrique G2 dans lequel peut osciller un élément d'articula- tion cylindrique G3, six de ces éléments d'articulation étant désignés par G3, tandis que le septième, de dimensions quelque peu différentes, porte la let- tre de référence G5. Chaque élément d'articulation G3 et G5 présente un pas- sage transversal G4 dans lequel est montée une cheville H, animée d'un mouve- ment de rotation et de va-et-vient, qui dépasse radialement d'un plateau de nutation il! supporté par des paliers H2 sur un élément H3 monté fixe sur un arbre principal H4, et qui forme en fait sur cet arbre, une manivelle en Z, permettant d'imprimer le mouvement voulu au plateau de nutation.
Comme on peut le voir sur la fig. 4, chacun des éléments d'articu- lation G3 est disposé de façon à être libre de coulisser axialement dans une mesure limitée, dans son logement G2 de façon à permettre un mouvement circu- laire limité de chacune des chevilles associées H par rapport à sa tige de piston.
Dans le cas de l'élément d'articulation unique G5, cependant, le logement correspondant G2 est muni de couvercles latéraux G6 qui sont fixés à ses extrémités et les ferment de façon à empêcher un mouvement axial de l'élément d'articulation G5 à l'intérieur. La relation ainsi établie entre la tige du piston et le plateau de nutation, comprenant l'élément d'articu- lation G5 sert à restreindre le mouvement circulaire du plateau de nutation en ce pointa 'Comme cette contrainte impose à la tige de piston correspondan- te G1 un certain effort latéral, cette tige de piston est de diamètre légère- ment supérieur à celui des autres tiges de piston, comme on peut le voir en G1a sur la fig. 2.
Chaque extrémité des logements de distributeurs A3 communique avec l'extrémité adjacente de chacun des cylindres A2 par une lumière combinée d'aspiration et d'échappement J, la partie de chacune des têtes FI voisine d'une de ces lumières étant découpée comme en F4 pour faciliter l'écoulement du gaz par l'ouverture lorsque le piston G est proche de la tête FI (voir Fig. 2).
Un distributeur rotatif K, monté de manière à tourner dans chacun des logements A3, comporte une chambre d'échappement K1, s'ouvrant dans l'ex- trémité extérieure du distributeur comme indiqué en K2, et une chambre d'as- piration K3 s'ouvrant dans l'extrémité intérieure du logement du distributeur dans une chambre ou passage d'aspiration L. La chambre d'échappement KI com--. munique avec des lumières d'échappement K4 K5 dans la paroi du distributeur, ces lumières se trouvant en des points diamétralement opposés du distributeur et respectivement dans les plans des lumières combinées d'aspiration et d'é-
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chappement aux extrémités des cylindres associes.
De même, la chambre d'as- piration, K3 communique avec deux lumières d'aspiration K6 K7 également'dis- posées en des points diamétralement opposés du distributeur et respectivement dans les plans des lumières combinées d'aspiration et d'échappement J aux extrémités des cylindres associés. Comme on peut le voir, particulièrement sur la fig. 5, la chambre d'échappement K1 passe en fait par le centre de la chambre d'aspiration K3 de façon à assurer la communication désirée de cha- cune de ces chambres avec les lumières appropriées situées aux extrémités op- posées du distributeur.
Chacun des distributeurs K est monté sur l'arbre principal H4 et relié à cet arbre par une clavette ou des cannelures de façon qu'elle puisse se déplacer axialement mais ne puisse tourner sur l'arbre, et une paire de ressorts M sont associés à chaque distributeur et agissent à une extrémité sur celui-ci et à l'autre extrémité sur un élément M2 sur l'arbre H4 de façon à solliciter le distributeur toujours vers le passage d'échappement D1.
L'arbre principal H4 est supporté dans des paliers N, NI montés respectivement dans les pièces coulées D et les plaques E, chacun des paliers N constituant également un arrêt pour limiter le déplacement du'distributeur adjacent K sous l'effet de ses ressorts M, et des éléments d'équilibrage N2 sont montés aux bouts de l'arbre principal de manière à fournir pendant le fonctionnement un couple qui s'oppose au couple provenant du mouvement du plateau de nutation et des pistons. Un de ces éléments d'équilibrage peut également faire partie d'un accouplement d'entraînement de l'arbre principal, comme indiqué en N3.
Les tiges d'accouplement Gl s'adaptent si étroitement dans les tubes guides F aux points F2 et F3 qu'elles supportent les pistons G et déter- minent leur position à l'intérieur de leurs cylindres A2, de sorte que ces pistons n'ont pas tendance à entrer en contact avec les cylindres et peuvent donc fonctionner pratiquement sans lubrifiant. Les pistons ne comprennent donc ni segments, ni éléments d'étanchéité analogues, mais sont creusés dé préférence d'une série de rainures périphériques rapprochées, comme indiqué sur la fige 5, constituant en fait un joint à labyrinthe.
Si on le désire, chaque distributer K peut être également creusé d'une série de rainures périphériques rapprochées dans les surfacés formant une circonférence complète, comme le montre la fige 5, et dans tous les cas, chaque distributeur est de préférence supporté par l'arbre principal de fa- çon à pouvoir fonctionner pratiquement sans graissage entre la surface péri- phérique et la paroi du logement A3.
Il résulte de la description ci-dessus que la pression dans chacun des passages D2 agit sur l'extrémité du distributeur correspondant K opposée aux ressort M et que, si la force appliquée par les ressorts est déterminée de façon appropriée par rapport à la gamme de pressions auxquelles le compres- seur doit fonctionner, chaque distributeur K se déplacera axialement, au moins pour les pressions les plus élevées contre l'action de ses ressorts M suivant les augmentations de la pression débitée, de sorte que sa position axiale à un moment quelconque sera déterminée en fait par la pression débitée.
Chacune des lumières J, K4, K5, K6 et K7 comporte une arête tra- vaillante, c'est-à-dire l'arête par laquelle la lumière commence à s'ouvrir en fonctionnement, qui est inclinée parallèlement à l'axe du distributeur comme le montre la fige 6, sur laquelle les lumières J sont représentées en traits pleins et les lumières K4, K5, K6 et K7 en pointillés, et à titre d'exemple, dans deux positions axiales alternatives, c'est-à-dire dans les positions qu'elles occupent par rapport aux pièces J respectivement lorsque la soupape K est en position limite représentée sur la fig. 5 et lorsqu'elle occupe son autre position limite dans laquelle les ressorts M sont comprimés dans toute la mesure permise, par le mouvement axial limité du distributeur K.
Comme on le voit sur la fige 6, lorsque le distributeur K occupe
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la positon représentée sur la fige 5, c'est-à-dire la position qu'il occu- pe pour les pressions de débit relativement faibles, les lumières K4, K5, K6 et K7 étant alors dans la position indiquée par les lettres de référence K4b, K5b, K6b, K7b sur la figo 6, chacune des lumières J entre en communica- tion avec chacune des lumières K4, K5, K6 et K7 un peu plus tôt dans chaque cycle que si le distributeur K était déplacé vers la droite sur la fig.
5 contre l'effet de ses ressorts M par le fait que la pression débitée dépas- se une valeur déterminée d'avance, et sensiblement plus tôt que si le distri- buteur K était porté à la limite de son déplacement contre l'effet des res- sorts M parce que la pression débitée dépasse un maximum déterminé d'avance.
C'est ainsi qu'au moins pour la gamme de pressions supérieures, chaque lumière de sortie K4, K5 s'ouvrira plus tard quand les pressions dé- bitées sont plus élevées que lorsqu'elles sont plus basses, l'ensemble étant de préférence agencé pour que le point où chacune de ces lumières entre en communication avec chacune des lumières K corresponde toujours approximative- ment au point où la pression de débit dans le cylindre dans lequel s'ouvre la lumière J est approximativement égale à la pression dans le passage de sortie D1.
On comprend que les lumières d'aspiration s'ouvrent aussi un peu plus tard quand la pression débitée est élevée que lorsqu'elle est basse.
Mais les lumières d'aspiration et de sortie se ferment au même moment quelle que soit la pression débitée, à savoir approximativement aux fins de course du piston.
Dans la variante représentée sur les figse 7 et 8, la construction d'ensemble du compresseur est analogue à celle des figs. 1 à 6 à l'exception de détails secondaires et de quelques modifications décrites ci-après. Les mêmes lettres de référence ont été utilisées pour les pièces principales cor-' respondantes, et la forme et l'agencement de ces pièces, décrites ci-dessus avec référence aux figs. 1 à 6, ne seront plus mentionnés.
La construction représentée sur les figs. 7 et 8 diffère princi- palement de celle des figs. 1 à 6 sous les rapports suivants :
Les tiges Gl des pistons ont toutes le même diamètre, et l'accou- plement constitué par les logements G2, les éléments G3 et les chevilles H entre chaque tige de piston et le plateau de nutation H1 sont du type dans lequel l'élément d'accouplement G3 peut effectuer un mouvement axial limité à l'intérieur de son logement G2 pour permettre le mouvement du plateau de nutation. En outre, des dispositifs séparés sont prévus pour empêcher le mouvement de rotation du plateau de nutation.
Ces dispositifs compren- nent un passage cylindrique B1 s'étendant dans le sens axial, formé dans la paroi du logement B et percé d'une fente B3 dans sa paroi intérieure pour permettre le passage d'une cheville de retenue H5 solidaire du plateau de nutation H1. Un élément coulissant 0, extérieurement cylindrique, est monté de façon à se déplacer en mouvement alternatif libre à l'intérieur du passage cylindrique B1;
à l'intérieur de cet élément est fixé l'élément extérieur 01 d'un joint à rotule dont l'élément intérieur 02 comporte un alésage dans le- quel s'engage librement la cheville H5, de manière à pouvour coulisser dans cet alésageo
On voit donc que la cheville H5, l'élément coulissant 0 et les accouplements 01, 02 assument la même fonction que les pistons et la tige de piston, le logement G2, G6 et la cheville H en relation avec l'élément d'accouplement G5 dans la forme de construction représentée sur les figs.
1 à 6.
Dans chacune des constructions représentées un puisard à huile P peut être prévu pour alimenter d'huile, par un dispositif approprié, les paliers de l'arbre principal, le plateau de nutation et le mécanisme reliant le plateau de nutation aux tiges de piston, les autres parties du mécanisme étant lubrifiées par l'huile provenant de l'atmosphère chargée d'huile à l'intérieur du boîtier B.