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La présente invention se rapporte à des compresseurs à piston rotatif qui servent au refoulement, à l'aspiration ou à la compression de de gaz ou de liquides et qui sont caractérisés par un piston rotatif cylin- drique de section transversale ayant la forme d'un polygone de préférence sans arêtes, de surface arrondie, constituée par deux arcs, mais de préfé- rence par trois arcs de cercle, les saillies correspondant aux sommets du polygone ayant le rôle d'ailettes de refoulement.
Ce piston est monté dans un carter étanche présentant des ouvertures d'admission et d'échappement, sur un arbre ou un axe qui, différant en cela d'autres constructions utili- sées souvent. cofncide, comme il est connu en soi, avec l'axe d'inertie du piston, de sorte que la rotation de l'arbre n'est accompagnée d'aucune pro- duction de force d'inertie, ce qui rend possible une marche sans vibrations, des vitesses de rotation élevées et de fortes puissances.
Pour la sépara- tion des ouvertures d'admission et d'échappement, il faut, dans des pompes de ce typeun tiroir d'appui monté de manière mobile dans le carter, qui glisse le long de la surface du piston rotatif, qui en vue d'une symétrie exempte de forces centrifuges doit présenter au moins deux ailettes de refoulement ou saillies sur piston disposées diamétralement par rapport à l'axe ce tiroir exécutant alors des mouvements oscillants correspondant à la distance variable entre la surface du piston et l'axe de rotation.
L'absence de forces dues à l'inertie présente des avantages considérables Toutefois les formes d'exécution connues de tels compresseurs à piston rotatif en polygone présentent, à côté de ces avantagea, une série de défauts importantso C'est ainsi en effet que l'ouve rture d'admission n'est séparée de l'ouverture d'échappement, pour chaque position du piston, et dans la direction périphérique caractérisée par la position du tiroir,, que par une seule surface constituée par le tiroir, tandis que dans l'autre direction cette séparation est uniquement assurée par une seule saillie de piston glissant le long du carter.
Les surfaces d'appui du tiroir sur le piston exigent en outre des profils de forme convexe et concave, lorsque le joint doit être bien étanche et lorsque des taux de cpm- pression élevés doivent être réalisés, profils qui sont difficiles à réaliser avec la précision nécessaire et qui rendent la fabrication plus coûteuseo Malgré cela on ne peut éviter de faibles fuites le long des surfaces d'appui du tiroir;
en effet le tiroir ne s'adapte que momentanément par deux ou plusieurs arêtes ou par une surface plus grande au piston en rotation, et même dans ce cas le fluide à transporter peut être aisément aspiré dans le creux du tiroir et peut être refoulé vers le côté d'admission, lors de la rotation du piston, par suite du refoulement produit par la saillie du piston, faisant fonction d'organe de refoulemento Il est vrai que lorsque des tiroirs supplémentaires sont insérés dans la saillie de piston, ceux-ci sont appliqués par la force centrifuge ou par des ressorts contre la surface du tiroir ou contre le carter, et donnent une meilleure étanchéité. Cela produit toutefois des pertes sensibles par frottement. une plus grande usure de la surface du tiroir et ainsi une diminution de rendement.
Dans d'autres formes de réalisation de compresseurs avec piston ayant le profil en question,. deux tiroirs d'appui diamétralement opposés sont reliés entre eux par des systèmes compliqués de leviers. Les passages d'arbres nécessaires à cet effet impliquent toutefois des mesures d'étanchéité supplémentaires,, et en service il en résulte des vibrations de masse assez sensibles. qui ne garantissent nullement un fonctionnement régulier.
Dans les types de construction dans lesquels les tiroirs d'appui sont appliqués contre le piston en s'appuyant sur le carter, il faut des ressorts, qui commandent toute la course des tiroirs et qui doivent donc être relativement puissantso Cela implique également des efforts de freinage sensibles. qui rendent difficiles tout au moins la mise en marche et qui augmentent les pertes par frottemento
La présente invention a pour objet, en vue de perfectionner
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ces pompes, d'utiliser dans la mesure du possible les avantages de la rotation sans inertie et sans vibrations de pistons de forme polygonale montés sur l'axe d'inertie. de diminuer les défauts d'étanchéité, les pertes par frottement,.
le mouvement de rotation des tiroirs, l'usure des organes de la pompe, provoquée par les forces centrifuge et de ressort, en vue de réaliser une augmentation sensible du rendement et de la durée.
Ce problème est résolu de manière surprenante par un mode de construction perfectionné de compresseurs avec pistons rotatif s de section transversale polygonale, dans lequel, suivant l'invention, les deux ouvertures servant à l'admission et à l'échappement du fluide à transporter, ouvertures pratiquées dans le carter de pompe. sont, pour chaque position du piston.,, séparées l'une de l'autre au moins dans la zone de la plus petite distance angulaire entre les ouvertures, par au moins deux surfaces de séparation passant du carter au piston, la distance angulaire entre les deux surfaces de séparation de la zone précitée et la distance angulaire la plus réduite par rapport à l'axe du piston étant inférieure à la distance angulaire déterminée par deux sommets de polygone voisins du piston rotatif.
La distance angulaire la plus favorable correspond à la moitié de l'angle de polygone Ó .
L'idée de l'invention peut être mise en pratique de différentes manières avantageuseso Il est préférable de prévoir deux tiroirs d'appui séparés sur le plus court chemin entre les deux ouvertures dans le carter, tiroirs dont le mouvement provoqué par la course du piston est amorti séparément par des ressorts. Les deux tiroirs de séparation peuvent également être obtenus par subdivision d'un tiroir rotatif de forme cylindrique, qui est monté de manière mobile dans un évidement de forme cylindrique du car- ter.. le mouvement réciproque des organes du tiroir étant compensé par un système d'amortissement à ressorts intermédiaire. Les éléments séparés du tiroir exécutent alors une oscillation en substance dans le même sens le long d'un cercle ou d'une enveloppe cylindrique.
L'invention peut être appliquée en vue du perfectionnement de divers compresseurs avec pistons polygonaux sans inertie à section transversale en ellipse ou de forme ellipsoïdale, mais de préférence en forme de polygone régulier à côtés constitués par des arcs de cercle à nombre impair de sommetso En particulier dans le cas où les organes séparés du tiroir d'étanchéité exécutent des mouvements réciproques ou bien sont amortis l'un vis-à-vis de l'autre,il est conseillé d'employer une forme de piston de même épaisseur pour chaque position de diamètre.
Un tel profil est par exem- ple obtenu lorsque la distance radiale entre la surface du piston et le milieu entre la distance axiale radiale la plus grande et la plus petite est conforme à une loi sinusoïdale. dans ce sens que la période entière est déterminée par la distance angulaire d'un côté de polygone Ó. et que par ailleurs le polygone a un nombre impair de côtés. Lorsque dans ce cas les arêtes d'appui des tiroirs d'étanchéité ont une distance angulaire correspondant à la moitie de l'angle polygonal Ó les deux organes du tiroir se déplaceront presque dans le même sens et exécuteront un mouvement de vaet-vient conformément à une fonction harmonique du temps, lorsque le piston exécute un mouvement de rotation uniforme, et pour cette raison ces organes pourraient être fabriqués en une pièce.
Toutefois comme l'élimination de toutes les irrégularités, surtout sur un tiroir de séparation bombé, n'est pas entièrement possible, il est utile, dans l'intérêt de l'étanchéité double réclamée par l'invention pour chaque position de phase, entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappement, de séparer les deux tiroirs et d'amortir leurs mouvements par des ressorts, qui peuvent reprendre toutes les différences de mouvement qui se présentent même avec des pistons d'épaisseur uniforme, mais dont la pression garantit une étanchéité complète entre les pistons et les arêtes des tiroirs.
Pour réaliser une étanchéité double même pour l'autre trajec-
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toire plus longue entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappe- ment,, on choisit un piston à section en forme de polygone d'au moins trois cotés. la distance angulaire entre les deux arêtes extrêmes des ouvertures d'admission et d'échappement étant choisie de manière telle qu'elle est plus petite que l'angle de polygone Ó . . Il existe alors sur chaque trajectoi- re entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappement deux joints d'étanchéité créés par les organes des tiroirs ou par les ailettes de re- f roidissement du piston, entre le piston et la paroi intérieure du carter.
Les avantages. avant tout de l'étanchéité double obtenue sui- vant l'invention dans le système de chute de pressions sont encore utilisés d'une meilleure maniérée lorsque. suivant une autre caractéristique de l'in- vention. l'espace creux borné par les deux organes de tiroir.. entre la pa- roi du carter et le piston, est relié par l'intermédiaire d'au moins un ca- nal de compensation pratiqué dans le couvercle avant du carter. ou bien par une rainure de compensation analogue. à un point à l'intérieur du carter de forme cylindrique. point qui pour chaque position du piston est séparé par au moins une zone d'étanchéité de l'admission comme aussi de l'échappement.
ce qui nécessite toutefois un piston en forme de polygone d'au moins trois cotés, de sorte que cette forme est particulièrement avantageuseo
Les canaux de compensation peuvent se trouver dans l'axe de symétrie entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappemento
Grâce à cette mesure qui assure déjà une étanchéité sensiblement meilleure même lorsque l'on emploie des tiroirs rotatifs doubles non subdivisés et des profils de piston d'épaisseur uniforme, on obtient qu'entre l'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappement, pour chaque position du piston, aussi bien du côté tiroir que du côté piston, il se forme une préchambre, dont le fluide ou les gaz à transpo rter qui auraient pu y pénétrer à partir de l'échappement sont refoulés immédiatement vers ce dernier. et ne parviennent pas jusqu'à l'ouverture d'admission;
en effet la différence de pression entre cet espace creux formant un étage préalable et l'ouverture d'aspiration est relativement faible et la forme d'exécution suivant l'invention augmente l'étanchéité et réduit le courant de reflux du fluide à transportera La nouvelle construction de compresseur fonctionne comme une disposition à deux étages et rend possible, tout en exigeant une précision moindre et par conséquent tout en impliquant un prix de revient moindre, des puissances d'aspiration plus élevées avec des vides terminaux plus grands du côté aspiration et des pressions terminales plus grandes du côté refoulemento
L'invention est illustrée avec référence aux figures suivantes de possibilités d'exécution.
La figure 1 représente une section transversale de piston rotatif avec tiroir tournant subdivisé, suivant l'inventiono
Dans la forme de réalisation suivant la figure 2 le piston rotatif est construit en matériaux légers, le tiroir tournant est en trois parties et on a prévu des canaux de compensation suivant l'inventiono
La figure 3 représente cette forme d'exécution en vue en coupe latérale..
La figure 4 représente un compresseur à piston rotatif avec deux tiroirs d'étanchéité séparés et rectiligneso
Dans la forme de réalisation suivant la figure 1 le piston rotatif 2 tourne dans un évidement cylindrique du carter 1. et le piston a une section transversale en forme de triangle à côtés constitués par des arcso A chaque tour. ce piston refoule trois volumes 3 en forme de faucille de l'ouverture d'admission 4 vers l'ouverture d'échappement 5. et ces volumes sont séparés l'un de l'autre par les saillies de piston 2a et les deux éléments de tiroir tournant 7a et 7b.
Ces deux éléments exécutent lors de la rotation du piston un mouvement de va-et-vient sensiblement en même direction, et le ressort interposé 6 amortit les faibles différences
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de mouvement et applique en outre les deux parties de tiroir solidement contre la surface du piston. Le tiroir tournant est également logé dans un évidement de forme cylindrique du carter 1. Cette distance angulaire des arêtes des deux éléments du tiroir par rapport à l'axe de rotation du piston correspond dans la forme de réalisation représentée à la valeur la plus favorable, donc à la moitié de l'angle central Ó d'un côté du polygone.
L'allongement du ressort 6. donc le mouvement réciproque restant des deux organes du tiroir, est alors un minimum. comme on peut le constater en exeminant la position opposée du piston indiquée en pointillé, et il disparaît presque complètement lorsque chaque diamètre passant par l'axe du piston a la même valeur pour chaque position angulaire. De tels profils de piston ou d'arbre à épaisseur uniforme peuvent être fabriqués avec une précision relativement grande à l'aide de machines à rectifier à polygone connueso Il faut évidemment par hypothèse des pistons dont la section transversale a la forme d'un polygone à nombre impair de côtés.
Mais même dans ce cas un ressort d'amortissement est toujours à conseiller. pour que les éléments du tiroir d'étanchéité soient appliqués avec une force suffisante sur la surface du piston et établissent un bon joint.
Lorsqu'enfin le profil du piston est choisi de manière telle qu'un mouvement harmonique est communiqué aux éléments du tiroir tournant glissant sur sa surface, le compresseur tourne d'une manière très calme et sans bruit. Dans la forme d'exécution pratique on essayera de préférence d'adapter les arêtes d'application des éléments de tiroir au profil du piston, par exemple de manière telle que les surfaces frontales partant de l'arête d'application quelque peu arrondie sont sensiblement tangentes au profil du piston, comme il est indiqué dans la figure. Il est évident qu'en supprimant de manière connue les portions de matière qui ne sont pas nécessaires pour la fonction, sur le piston et sur le tiroir, en choisissant donc la construction légère.. on réduira le poids du compresseur dans la mesure du possible.
Dans la forme d'exécution de compresseurs à piston rotatif suivant la figure 2. et représentée en élévation en coupe par la figure 3, dont la construction correspond sensiblement à celle de la figure 1. le piston rotatif est subdivisé en trois parties. Les éléments d'application 8a et 8b sont en liaison, par l'intermédiaire des ressorts d'amortissement 9a et 9b. avec la pièce centrale 8c du tiroir. Le piston rotatif A est de construction légère.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans cette forme de réalisation. l'espace vide limité par les deux organes de tiroir, le piston 2 et le carter 1 est relié par au moins un canal fraisé dans le couvercle de carter 15 ou 15b, ou bien par une rainure de jonction 11. avec la partie diamétralement opposée 12 de la chambre du piston, qui pour un piston en forme de polygone avec trois saillies est séparé pour chaque position du piston, du canal d'admission 4 comme aussi du canal d'échappement 5. par une zone d'étanchéité, 13 et 14 respectivement, entre le piston et le carter. Dans ce cas le canal d'admission et le canal d'échappement doivent présenter une distance angulaire par rapport à l'axe de rotation. qui est un peu plus petite que l'angle polygonal Ó.
Cela est représenté par la position de phase opposée du piston rotatif. indiquée en pointillé. Les imperfections des arêtes d'étanchéité du côté échappement sur l'élément de tiroir 8b et de la zone d'étanchéité 14 ne peuvent pas exercer d'action sur l'ouverture d'admission.
Lorsque le compresseur à piston rotatif suivant l'invention est utilisé comme pompe à vide, la chambre préalable 10 peut être utilisée de préférence également pour empêcher la condensation de gaz et de vapeurs, en ajoutant, de manière connue, à l'aide d'un petit canal 16a prévu dans le couvercle de carter 15a ou 15b et d'une soupape de réglage 16b. une petite quantité dosable d'air comme lest du gaz.
Pour réaliser une bonne étanchéité et un bon graissage de tout le système. l'évidement dans le carter, prévu pour les deux éléments de ti-
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roir 8a et 8b peut suivant l'invention être relié par un ou plusieurs aju- tages ou canaux 17 avec la réserve d'huile 18 disposée au-dessus de l'ou- verture d'échappemento
Par suite de la dépression régnant dans l'espace creux de tiroir
10 par rapport à l'ouverture d'échappement 5, de l'huile destinée à l'étan- chéité est aspirée, est dégazéifiée et refoulée à travers le canal de com- pensation 11 et l'espace 3 en forme de faucille vers l'échappement 5.
On obtient par conséquent une circulation continue d'huile,. qui assure une bon- ne étanchéité ainsi qu'un bon graissage entre le tiroir et le piston, et en- tre ces éléments et le carter,, l'huile étant simultanément dégazéifiée avant de parvenir au côté aspiration 4 de la pompe. Lorsque les canaux de compen- sation 11 sont pratiqués dans au moins un des deux couvercles de carter 15a et 15b. la circulation d'huile peut également être utilisée pour le grais- sage des deux paliers 20a et 20b servant à l'arbre 19 du piston.
Pour la fabrication il est avantageux de fabriquer séparément les deux couve rcles de carter 15a et 15b et le carter cylindrique 1, et de les réunir simplement par brides avec interposition d'un jointe de préfé- rence un joint circulaire en caoutchouc 220
Au lieu d'un joint en caoutchouc on peut prévoir dans la surface d'étanchéité de la partie centrale 1 du carter de pompe ou dans la surface d'étanchéité des deux couvercles de carter 15a et 15b au moins une rainure annulaire, qui est en communication soit avec la réserve d'huile 18.
soit de préférence avec le canal de compensation de pression llo De ce fait, la différence de pression entre le carter intérieur et l'atmosphère extérieure est subdivisée en au moins deux étageso
Les compresseurs à piston tournant suivant l'invention peuvent travailler avec soupape 21. en bain d'huile 18. comme dans la forme de réalisation suivant les figures 2 et 3, et également sans soupapes, comme dans la forme de réalisation suivant la figure 1.
La garniture double entre l'admission et l'échappement dans les deux sens périphériques et la chambre de précompression interposée ont une efficacité telle que les pompes réalisent même sans soupapes des pressions finales élevées ou des vides très poussée,
Dans la forme de réalisation de compresseurs à piston tournant suivant la figure 4. on emploie deux tiroirs linéaires, 23 et 24. complètement séparés.. qui ne fonctionnent donc pas en sens opposés lors de leur mouvemento Dans ce cas également des canaux de compensation de pression 11 exercent une bonne influence en subdivisant de manière uniforme les étages de pression.
Par ailleurs les autres éléments de construction et leurs chiffres de référence correspondent aux formes de réalisation suivant les figures 1 à 30
Pour les différentes possibilités de réalisation de compresseurs à piston rotatifil est conseillé de tenir compte des proportions suivantes: dans tous les cas les éléments d'appui des tiroirs de séparation peuvent avoir la forme de galets ou de rouleaux. L'ouverture d'admission et l'ouverture d'échappement s'étendent de préférence sur toute la longueur des pistons rotatifs. La force du ressort destiné à l'amortissement des tiroirs de séparation doit être calculée de manière telle que la fréquence de son oscillation propre est sensiblement plus élevée que les fréquences des oscillations qui lui sont transmises en service par le piston.
Lorsque le compresseur à piston rotatif suivant l'invention est utilisé pour la production de vides poussés,. on peut monter en série plusieurs pistons,, de préférence montés sur un arbre commun, pistons qui sont séparés par des parois intermédiaires et qui sont de même diamètre ou de diamètres différents.,, ou bien de même longueur ou de longueurs différentesces pistons occupant des positions de phase différentes, de manière
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telle que les mouvements discontinus, en particulier ceux des tiroirs os- cillantsa et les impulsions ainsi produites se compensent mutuellemento On obtient ainsi une marche exempte de vibrations avec compensation totale des masses.. non encore obtenue jusqu'à présento
L'invention permet en outre, de la manière la plus rationnelle.
de réunir des unités de puissances d'aspiration différentes ou des unités à plusieurs étages,, grâce à la disposition en batteries d'éléments normali- sés sur un arbre commun et grâce au montage en série ou en parallèle suivant les besoins,, des admissions et échappementso
En outre, surtout pour la production du vide dans des groupes à plusieurs étages, il peut être préférable. de relier les canaux de compen- sation 11 avec les chambres soumises à une pression correspondant approximativement à la pression dans les canaux.,
Lorsque les pistons,, en vue d'une réduction du poids., sont en outre creux et réalisés en alliages légers,, leurs surfaces frontales peuvent rester ouvertes et peuvent également être mises en communication.
par l'intermédiaire de canaux de compensation, qui sont pratiqués dans le couvercle du carter.,, avec les chambres de pression intermédiaire correspondantes. de telle sorte qu'il ne subsiste pas dans la pompe des creux incontrôlables pouvant émettre des gaz.
On obtient enfin une sécurité de service particulièrement élevée lorsque tout le carter de pompe est sous vide.. de préférence dans une chambre,, qui est en communication avec le récipient dans lequel le vide doit être produite En cas de montage en série de plusieurs compresseurs à piston tournant suivant l'invention on peut procéder de manière telle que chaque pompe séparée est disposée dans une chambre hermétiques dont la pression correspond à la pression du côté évacuation de l'étage précédent. le côté aspiration de chaque pompe étant en communication non seulement avec le côté refoulement de la pompe précédente mais également avec la chambre dans laquelle est logée la pompe en questiono
Les compresseurs à piston rotatif suivant l'invention peuvent être utilisés de différentes manières.
avant tout pour le transfert de gaz, donc dans des compresseurs, dans des machines à froid, dans des pompes à videdans des souffleries; ils donnent également de bons résultats pour le transport de liquides, et constituent un perfectionnement décisif.