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.Perfectionnements apportés aux machines à pistons"
La présente invention concerne des perfectionne- conte apportas aux mahcines à pistons h. plusieurs cylindres, à double effet, notamment du genre des compresseurs multi- étages.
L'invention vise également des machines de ce genre dans lesquelles certains des cylindres sont moteurs tandis que les autres sont récepteurs, lesdites machines constituant alors des groupes autonomes moto-compresseurs, ou bien encore des machines dans lesquelles tous les cy- lindres sont moteurs.
On sait que, dans les compresseurs classiques multi-étages à pistons, on dispose en général dans le prolongement l'un de l'autre, les deux cylindres de deux
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étages voisins de compression de façon que les deux pistons correspondants soient montés sur une même tige de piston coulissante. C'est ainsi qu'une solution courante consiste, dans un compresseur vertical multi-étages, à superposer les deux cylindres des étages haute-pression, le ou les cylin- dres des Stases basse pression (qui peuvent également être superpotée) étant disposés sur une autre ligne désaiée latéralement par rapport à la ligne des cylindres haute pression, les bielles actionnant les pistons étant montas sur un vilebrequin commun.
Ce type de compresseur à, cylindres superposés avec tige de piston commune présente des facilités de construc- tion du fait de la simplification de certains guidages .
Mais il souffre de divers inconvénients, par exemple la hauteur importante dans le cas de compresseurs verticaux et surtout la présence de garnitures d'étanchéité peu accessibles. Il s'agit principalement des garnitures situées entre deux cylindres superposés et assurant l'étanchéité au passade de la tige commune supportant deux pistons . Ces garnitures, malgré les systèmes de refroidissement qu'on leur adjoint, se trouvent logées entre les deux sources de chaleur forndes pr les deux derniers étages haute pression ce qui les place dans des conditions plus défavorables de température que des garni- tures dont une des faces seulement est au voisinage d'un cylindre, la face opposée débouchant dans un carter aéré.
Il est reconnu que les garnitures s'usent plus vite dans ces conditions et leur remplacement nécessite un important démontage de la machine h cause de leur mauvaise accessibi- lité entre les cylindres.
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L'immobilisation périodique et prolongée de la machine causée par ces remplacements de garnitures, peut avoir des conséquences financières importantes surtout lorsqu'il s'agit de très gros compresseurs dont une fabri- cation est tributaire.
Avec d'autres types connus de compresseurs, dans lesquels les cylindres sont disposés en V ou en étoile avec plusieurs bielles attelées sur un même maneton de vilebrequin, le problème de l'accessibilité des garnitures ne se pose plus (puisqu'on n'utilise pas de cylindres superposés) mais il apparaît alors dans la liaison cinéma- tique des composantes obliques de direction variable qui imposent de prévoir des moyens de guidage renforcés pour les pièces en translation, sans éviter cependant des effets d'ovalisation nuisibles,
La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients et elle permet de réaliser des machi- nes à pistons, notamment des compresseurs à trois cylin- dres en éventail par ligne,
dans lesquels les garnitures sont facilement accessibles et dans lesquels la liaison cinématique entre le vilebrequin et les tiges de piston est telle que les efforts transversaux résultant de l'obliquité des bielles s'annulent sensiblement entre eux ce qui diminue considérablement la fatigue des organes de guidage.
Conformément à l'invention, une machine à double effet comporte au moins un groupe de cylindres comprenant un cylindre central et au moins deux cylindres latéraux inclinés, répartis régulièrement autour de l'axe du cylin- dre central de façon que les prolongements des axes desdits @
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cylindres soient tous concourants ;
la tige du piston central est solidaire d'une crosse principale reliée par une bielle au vilebrequin de la machine et les extrémités des tiges de piston des cylindres latéraux sont respecti- vement solidaires de crosses secondaires coulissant dans des organes de guidage respectivement parallèles aux axes des cylindres latéraux correspondants, ces crosses secondaires étant attelées à la crosse principale par des biellettes réparties régulièrement par rapport à l' nxe de la crosse principale.
Grâce à cette disposition, la liaison cinémati- que entre la crosse principale et les pistons forme, quelle que soit la position desdits pistons sur leur course, un système constamment symétrique par rapport à l'axe du cylindre central si bien que les réactions laté- rales exercées par les biellettes sur la crosse principa- le s'annulent.
Une machine établie conformément à l'invention est, de ce fait, aussi bien équilibrée qu'une machine classique à cylindres superposés et elle présente l'avan- tage d'être coins haute et d'avoir des garnitures plus facilement accessibles.
Suivant une force de réalisation préférée de la machine, en mente sur une même ligne un groupe de trois cylindres en éventail, les deux cylindres latéraux incli- nés étant symétriques par rapport à l'axe du cylindre central, et en attelle les pieds des deux biellettes laté- rales à un axe commun solidaire de la crosse principale.
Cn réalise ainsi, sur une même ligne, trois éta- ges de compression dans le cas d'un compresseur, ou un @
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étage moteur et deux étages compresseurs dans le cas d'un moto-compresseur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et h. l'examen des des- sins annexés qui représentent à titre d'exemple non li- mitatif l'un des modes de réalisation de l'invention.
Sur ces dessins :-
La fig. 1 représente en coupe un compresseur ver- tical classique trois étages avec cylindres superposas.
La fig. 2 est une vue en coupe, suivnnt un plan perpendiculaire l'arbre de la machine, d'un compresseur vertical conforme 4 l'invention.
La fig. 3 est une vue partielle en perspective de l'attelage des biellettes sur la crosse principale.
Le compresseur classique représenté sur la fig.l comprend un cylindre basse pression 1 et deux cylindres haute pression superposés 3 et 5 ,Les pistons 7 et 9 de ces deux derniers cylindres sont solidaire? de la mène tige 11 qui est fixée à son extrémité sur une crosse 13 qui coulisse dans des guides 15 et est attelée une bielle 17.
L'étanchéité au passage de la tige 11, entre le cylindre 3 et le cylindre 5 est assuré pnr une garniture . 19 qui se trouve soumise, entre les deux cylindres haute- pression aux pressions et aux températures les plus fortes,
Il apparaît clairement à l'examen de la figure, que le remplacement de cette garniture nécessite le démontage presque complet de la ligne haute pression. L'invention remédie précisément à cet inconvénient.
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Le compresseur vertical rulti-étages conforme à l'invention, représentx or la fig, 2 comprend un cylindre central basse pression $ disposé dans l'axe vertical XX' de la machine et deux cylindres latéraux symétriques haute pression 4 et 6 . Tous les cylindres sont à double effet et, par césure de simplification, on n'a fait figurer ni les or@ficens d'admissicn et refoulement, ni les soupapes, ces organes ne faisant pas partie de l'invention et pou- vant être d'un type quelconque.
Les trois cylindres sont montés sur un carter 8 lui-même boulonné sur le bâti principal 10 de la machine.
L'étan@@éité au passade des tiges de piston 12-14-16 est assurée par des garnitures 18-20-22 . L'attelage du piston du cylindre principal 2 sur le vilebrequin 24 qui tourne autour d'un axe horizontal 26 est de type classique, c'est à-dire qu'il comprend une crosse 28, solidaire de la tige de piston 12, sur laquelle cet articulée une bielle 30.
La crosse 28 peut coulisser dans un guide 32 porté par le bâti 10.
Chacune dos tiges de piston latérales 14 et 16 est fixée 4 une crosse secondaire 34-36 dont les patins peu- vent coulisser dans des guides 3-40 solidaires du carter 8 et criantes repectivement parallèlement aux axes dos cylindres latéraux.
Deux biellettcs 42 et 44, montées symétriquement, ont leur tête respectivement articulées sur les crosses 34-36 autour d'axes 46-48 portés par lesditos crosses,tan- dis que le pied desdites biellettes est articulé sur un nxe commun 50 solidaire de la crosse principale 2 et passant par l'axe vertical XX' de la machine.
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Un mode de réalisation profère de l'articulation des biellettes 42-44 sur la crosse 28 est représente en détail sur la fig. 3 . La biellette 42 comporta un pied 52 en forme de fourche à l'intérieur duquel ont engagé le pied do la billerte 44, L'axe d'articulation 50, commun aux deux biellettes, est porté par un étrier 54, solidaire de la crosse 28, à la partie supérieure duquel ost fixée l'extrémité de la tige de piston 12 du cylindre central.
On voit que, suivant la disposition propre à l'in- vention, les garnitures 18-20-22 sont beaucoup plus acces- sibles que dans le cas de compresseur à cylindres superposas et que le remplacement d'uns garniture haute pression ne nécessite que le démontage du cylindre intéressé. Grâce à la liaison cinématique symétrique réalisée entr les trois tiges de piston, les réactions latérale? des deux bilellet- tes s'annulent et la crosse 28 n'est pas soumise a des ef- forts différents de ceux qu'elle supporterait danc un'? ma- chine a cylindres superposés.
Cet avantage est particulièrement précieux car il permet la transformation de compresseurs existants h cylin- dres superposes. En effet, on peut conserver le bâti10 d'origine ainsi que ses organes de Guidage 32 et réaliser un nouveau compresseur, moins haut que la machine classi- que et dans lequel un remplacement de garniture ne provoque qu'une immobilisation de durée réduite.
Un compresseur conforme à l'invention, tel que celui représenté sur la fig. 2, peut avoir les échappements de ses deux cylindres haute-pression 4 et 6 relies en férié ou en parallèle et il est bien évident qu'il pourrait comporter une ou plusieurs autres lignes de cylindres en @
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éventail, constituant d'autres étapes du compresseur,ces autres lignes ayant leur bielle principale 30 attelée sur les autres manivelles d'un vilebrequin commun 26.
On peut réaliser, au moyen du même système Cinéma- tique, un moto-compresseur présentant les Marnes avantages (hauteur réduite, bon équilibrage et facilité de remplace- Kent dos garnitures) que le compresseur décrit précédem- ment. Si par exemple, le cylindre principal 2 cet moteur,il
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peut actionner JOUX étages Je compression 4 ot 6 sur une même ligne. Fans ce cas, la bielle 30 et le vilebrequin peuvent être de section beaucoup plus réduite puisque leur seule fonction est -l'entraîner un volant régulateur calé sur l'arbre de la machine.
On peut également, que la machine soit réalisée en
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ccpr:a.r ou en troto-ccprerseur, confondre les axes 50 et 56 de2 Mallettes et de la blell*,ou bien encore arti- culer chacun des pieie der biallettee 42 et 44 sur deux ü.ii'I: r4âw.r'.viw':ß w'..1'liÎi'L:" -le la crosse 2..
'.4èn ontendu, l'ivont1cn n'est nullement limitée à l'exemple décrit et re:r4sont. elle est susceptible de âÎn'.ew..hS3sl,.v variante? accessibles à l'horxe de l'art, sui- vant les aj'r libations envisaéos et sans qu'sn s'écarte pC'.tt 1-ela âe l'3?rrit '&* l'invention.
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. Improvements to piston machines "
The present invention relates to improvements to piston machines h. several cylinders, double-acting, in particular of the multistage compressor type.
The invention also relates to machines of this type in which some of the cylinders are motors while the others are receivers, said machines then constituting independent motor-compressor units, or even machines in which all the cylinders are motors.
It is known that, in conventional multi-stage piston compressors, the two cylinders are generally placed in the continuation of one another.
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neighboring compression stages so that the two corresponding pistons are mounted on the same sliding piston rod. Thus, a common solution consists, in a vertical multistage compressor, in superimposing the two cylinders of the high-pressure stages, the cylinder or cylinders of the low pressure stases (which can also be superposed) being placed on another line disaiée laterally with respect to the line of the high pressure cylinders, the connecting rods actuating the pistons being mounted on a common crankshaft.
This type of compressor with superimposed cylinders with a common piston rod presents ease of construction due to the simplification of certain guides.
But it suffers from various drawbacks, for example the great height in the case of vertical compressors and especially the presence of inaccessible seals. These are mainly the seals located between two superimposed cylinders and ensuring the seal against the passage of the common rod supporting two pistons. These gaskets, despite the cooling systems that are added to them, are housed between the two heat sources forndes pr the last two high pressure stages which places them in more unfavorable temperature conditions than gaskets, one of which faces only is in the vicinity of a cylinder, the opposite face opening into a ventilated casing.
It is recognized that the linings wear out more quickly under these conditions and their replacement requires a major dismantling of the machine because of their poor accessibility between the cylinders.
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Periodic and prolonged machine downtime caused by these seal replacements can have significant financial consequences, especially in the case of very large compressors on which a production depends.
With other known types of compressors, in which the cylinders are arranged in a V or star shape with several connecting rods coupled to the same crankshaft crankpin, the problem of the accessibility of the linings no longer arises (since we no longer use no superimposed cylinders) but it then appears in the kinetic connection of oblique components of variable direction which require the provision of reinforced guide means for the parts in translation, without however avoiding harmful ovality effects,
The object of the present invention is to remedy these various drawbacks and it makes it possible to produce piston machines, in particular compressors with three fan-shaped cylinders per line,
in which the linings are easily accessible and in which the kinematic connection between the crankshaft and the piston rods is such that the transverse forces resulting from the obliqueness of the connecting rods substantially cancel each other out, which considerably reduces the fatigue of the guide members .
According to the invention, a double-acting machine comprises at least one group of cylinders comprising a central cylinder and at least two inclined lateral cylinders, distributed regularly around the axis of the central cylinder so that the extensions of the axes of said axes @
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cylinders are all concurrent;
the rod of the central piston is integral with a main butt connected by a connecting rod to the crankshaft of the machine and the ends of the piston rods of the lateral cylinders are respectively integral with secondary brackets sliding in guide members respectively parallel to the axes of the Corresponding lateral cylinders, these secondary sticks being coupled to the main butt by rods distributed regularly with respect to the nxe of the main butt.
Thanks to this arrangement, the kinematic connection between the main butt and the pistons forms, whatever the position of said pistons on their stroke, a system which is constantly symmetrical with respect to the axis of the central cylinder so that the lateral reactions. Rales exerted by the rods on the main butt cancel each other out.
A machine established in accordance with the invention is therefore as well balanced as a conventional machine with stacked rolls and has the advantage of being high wedges and more easily accessible linings.
According to a preferred embodiment of the machine, lying on the same line a group of three fan-shaped cylinders, the two inclined lateral cylinders being symmetrical with respect to the axis of the central cylinder, and splinting the feet of both. lateral links to a common axis integral with the main butt.
Cn thus achieves, on the same line, three compression stages in the case of a compressor, or a @
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motor stage and two compressor stages in the case of a motor-compressor.
The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and h. examination of the accompanying drawings which represent, by way of non-limiting example, one of the embodiments of the invention.
On these drawings: -
Fig. 1 shows in section a conventional three-stage vertical compressor with superposed cylinders.
Fig. 2 is a sectional view, following a plane perpendicular to the shaft of the machine, of a vertical compressor according to the invention.
Fig. 3 is a partial perspective view of the coupling of the connecting rods on the main butt.
The conventional compressor shown in fig.l comprises a low pressure cylinder 1 and two superimposed high pressure cylinders 3 and 5, the pistons 7 and 9 of these last two cylinders are integral? of the leading rod 11 which is fixed at its end on a butt 13 which slides in guides 15 and is coupled to a connecting rod 17.
The seal on the passage of the rod 11, between the cylinder 3 and the cylinder 5 is provided by a gasket. 19 which is subjected, between the two high-pressure cylinders to the highest pressures and temperatures,
It is clear on examination of the figure that the replacement of this seal requires the almost complete dismantling of the high pressure line. The invention overcomes precisely this drawback.
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The multistage vertical compressor according to the invention, shown in FIG. 2, comprises a central low pressure cylinder $ arranged in the vertical axis XX 'of the machine and two symmetrical high pressure lateral cylinders 4 and 6. All the cylinders are double-acting and, for the sake of simplicity, neither the inlet and outlet ports nor the valves are included, these devices not forming part of the invention and being able to be used. of any type.
The three cylinders are mounted on a housing 8 which is itself bolted to the main frame 10 of the machine.
The tightness of the piston rods 12-14-16 is provided by seals 18-20-22. The coupling of the piston of the main cylinder 2 on the crankshaft 24 which rotates around a horizontal axis 26 is of the conventional type, that is to say it comprises a bracket 28, integral with the piston rod 12, on which this articulated a connecting rod 30.
The stick 28 can slide in a guide 32 carried by the frame 10.
Each of the lateral piston rods 14 and 16 is fixed to a secondary butt 34-36, the pads of which can slide in guides 3-40 integral with the housing 8 and striking respectively parallel to the axes of the lateral cylinders.
Two rods 42 and 44, mounted symmetrically, have their heads respectively articulated on the brackets 34-36 around pins 46-48 carried by the above-mentioned brackets, while the foot of said rods is hinged on a common nx 50 integral with the main stick 2 and passing through the vertical axis XX 'of the machine.
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One embodiment of the articulation of the links 42-44 on the butt 28 is shown in detail in FIG. 3. The connecting rod 42 included a foot 52 in the form of a fork inside which the foot of the billet 44 has engaged. The articulation axis 50, common to the two links, is carried by a bracket 54, integral with the butt 28 , to the upper part of which ost fixed the end of the piston rod 12 of the central cylinder.
It can be seen that, according to the arrangement specific to the invention, the seals 18-20-22 are much more accessible than in the case of a superposed cylinder compressor and that the replacement of one high pressure seal only requires disassembly of the cylinder concerned. Thanks to the symmetrical kinematic connection made between the three piston rods, the lateral reactions? of the two balls cancel each other out and the stick 28 is not subjected to forces different from those which it would withstand in a '? machine with superimposed cylinders.
This advantage is particularly valuable because it allows the conversion of existing compressors with superimposed cylinders. In fact, it is possible to keep the original frame 10 as well as its guide members 32 and to produce a new compressor, which is less tall than the conventional machine and in which a replacement of the lining only causes immobilization of reduced duration.
A compressor according to the invention, such as that shown in FIG. 2, can have the exhausts of its two high-pressure cylinders 4 and 6 connected on a bank holiday or in parallel and it is quite obvious that it could include one or more other lines of cylinders in @
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fan, constituting other stages of the compressor, these other lines having their main connecting rod 30 coupled to the other cranks of a common crankshaft 26.
By means of the same Cinema system, it is possible to produce a motor-compressor having the advantages (reduced height, good balance and ease of replacing the packings) as the compressor described above. If, for example, the main cylinder 2 this engine, it
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can operate stages JOUX I compression 4 ot 6 on the same line. In this case, the connecting rod 30 and the crankshaft may have a much smaller cross section since their only function is to drive a regulating flywheel wedged on the shaft of the machine.
It is also possible, that the machine is made in
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ccpr: ar or in troto-ccprersor, confuse the axes 50 and 56 of 2 Cases and the blell *, or even articulate each of the pieie der biallettee 42 and 44 on two ü.ii'I: r4âw.r '. viw ': ß w' .. 1'liÎi'L: "-the butt 2 ..
'.4èn ontendu, the ivont1cn is in no way limited to the example described and re: r4sont. it is likely to âÎn'.ew..hS3sl, .v variant? accessible to the art, following the adj'r libations considered and without deviating pC'.tt 1-ela âe the 3? rrit '& * the invention.