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Dispositif de régulation automatique du débit volumétrique d'un compresseur.
La présente invention concerne un dispositif propre à assurer la régulation automatique du débit d'un compresseur d'air en fonction de la demande d'air comprimé, tout en maintenant une pression de fonctionnement sensiblement constante.
On utilise des compresseurs d'air à des fins très variées et le volume d'air comprimé exigé du compresseur à un instant quelconque peut varier considérablement pendant un temps donné. Par exemple, quand on utilise un compresseur d'air pour alimenter en air comprimé un certain nombre de foreuses pneumati- ques en fonctionnement, le débit volumétrique exigé du compres- seur varie suivant le nombre de foreuses qui fonctionnent à un instant donné ; autrementdit, si l'on n'utilise qu'une seule foreu-
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se, il faut beaucoup moins d'air comprimé que si l'on en utilise simultanément plusieurs.
La présente inventiona en conséquence pour but de proposer un dispositif propre à assurer la régulation automatique @ du débit volumétrique d'un compresseur à air en fonction de la demande et, suivant l'invention, on obtient ce résultat à l'aide @ de moyens qui règlent la vitesse de l'élément d'entraînement primaire, suivant la pression d'air qui règne dans un réceptacle d'emmagasi- nage d'air comprimé, l'agencement étant tel que la vitesse de l'élé- ment d'entraînement primaire croît automatiquement, pour augmenter le débit volumétrique du compresseur, quand la pression d'air régnant dans le réceptacle baisse et décroît, pour réduire le débit du compresseur, quand la pression d'air régnant dans ce réceptacle s'élève.
L'invention vise donc un dispositif propre à assurer la régulation automatique du débit volumétrique d'un compresseur d'air en fonction de la demande en air comprimé, tout en maintenant une pression de fonctionnement sensiblement constante, ce dispositif comptenant une soupape sensible à la pression qui subit l'ac- tion d'air comprimé arrivant d'un réceptacle d'emmagasinage d'air comprimé raccordé à l'orifice de refoulement du compresseur pour permettre à une certaine quantité d'air, variant en fonction de la pression d'air régnant dans ledit réceptacle, de passer dans une chambre de dilatation pour manoeuvrer un piston mobile dans cette chambre, ce piston étant raccordé à un levier d'accélération, gouverneur de vitesse ou autre commande de la vitesse de l'élément d'entraînement primaire qui entraîne le compresseur.
Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif de régulation automatique comprend une soupape sensible à la pression-commandée par une membrane sollicitée par ressort-montée dans une chambre de soupape communiquant en permanence avec un réceptacle d'emmagasinage d'air raccordé à l'orifice de refoule- ment du compresseur, cette soupape étant manoeuvrée par de l'air
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comprimé qui arrive de ce réceptacle pour permettre à une certaine quantité d'air, variant en fonction de la pression qui .règne dans le réceptacle de passer dans une chambre de dilatation pour manoeuvrer un piston coulissant dans cette chambre, ce piston présentant une tige de piston accouplée à un levier d'accélération ou autre commande de la vitesse d'un élément d'entraînement pri- maire qui entraîne le compresseur,
de sorte que le mouvementdu piston dans ladite chambre ajuste la vitesse de l'élément d'entraî- nement primaire et, par conséquent., le débit du compresseur.
Pour faire plus clairement comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple un mode de réalisation particulier, en se référant au dessin annexé, sur lequel :
La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de régulation suivant l'invention, associé à un compresseur à air différentiel à deux étages, et la figure 2 en est une vue de détail en coupe axiale.
Sur le dessin, on voit le compresseur d'air, désigné par la. référence générale A, le réceptacle d'air comprimé désigné par la référence générale B et le dispositif de régulation par la référence générale C, tandis que la référence générale D désigne une soupape dite de décompression qu'il est classique d'associer à des compresseurs à air et dont on décrira plus loin le but et la fcnction. L'orifice de refoulement du compresseur à air A est raccordé à travers une conduite d'amenée 3 à un réceptacle d'emmagasinage d'air 4, agencé pour être raccordé par un tuyau de refoulement 5 à des dispositifs d'utilisation pneumatiques (non représentés) dont l'air comprimé doit assurer la manoeuvre.
Le réceptacle d'air 4 est également raccordé, de manière classique, à la soupape de décompression D par une conduite 6. Une autre condui- te 7 raccorde encore le réceptacle B au dispositif de régulation C, à travers un orifice d'admission 8 débouchant dans la chambre de soupape 9 d'une soupape 10 sensible à la pression, à commande par membrane, représentée en détail sur la figure 2 et qu'on va maintenant décrire en détail. La soupape 10 est portée par
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une membrane 11, sollicitée par ressort dans le sens de fermeture de la soupape, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 12a, par un ressort hélicoïdal 12. On peut ajuster la pression exercée par le ressort 12 à l'aide d'une vis 13.
La soupape 10 est agencée pour laisser passer, sous la commande de la membrane 11, une quantité d'air variable du tuyau 7 dans la chambre de dilatation 14, à travers la chambre de soupape 9, la quantité d'air ainsi admise dans la chambre de dilatation variant en fonction de la pression qui règne dans le réceptacle 4.
La chambre de dilatation 14 constitue le cylindre dans lequel se meut un piston 15, dont l'étanchéité est assurée par une membrane 16 qui se déplace en se repliant sur elle-même. Le piston 15 est solicité élastiquemant par un ressort de compression hélicoïdal 17 qui agit contre la résistance de la pression d'air régnant dans la chambre 14, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 17a. Le piston présente en outre une tige de piston 18, accouplée de maniè- re non illustrée au levier d'accélération, au gouverneur ou autre commande de vitesse de l'élément d'entraînement primaire qui entraîne le compresseur A. L'amplitude des mouvements décrits par le piston 15 pour faire varier la vitesse de l'élément d'entraîne- ment primaire est fonction de la pression d'air régnant dans le réceptacle 4.
Le fonctionnement du dispositif de régulation suivant l'invention est le suivant
Quand le compresseur d'air A fonctionne sous une pression constante donnée, c'est-à-dire quand il assure l'alimentation en air comprimé d'un nombre donné de dispositifs d'utilisation pneumatiques fonctionnant en continu, et que la pression d'air régnant dans le réceptacle 4 demeure ainsi constante, la pression d'air régnant dans la chambre de dilatation 14 du dispositif régu- lateur C demeure également constante et maintient ainsi le piston 15 en équilibre ; dit, ce piston demeure immobile et, en conséquence, la vitesse de l'élément d'entraînement primaire demeu- re constante.
Par contre, quand la demande en air comprimé croit, par exemple lorsqu'on met en oeuvre des dispositifs d'utilisation
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pneumatiques additionnels, la pression régnant dans le récepta- cle 4 baisse, ce qui provoque une baisse de pression dans la chambre de soupape 9. De ce fait, la membrane 11 se déplace vers l'avant sous l'action du ressort 12, fermant la soupape 10 et empêchant ainsi de l'air sous pression de passer de la chambre de soupape 9 dans la chambre de dilatation 14. Cette chambre de dilatation communique en permanence, à travers un orifice calibré 19, un conduit 20 et une conduite 21, avec le radiateur intermédiaire 22 interposé entre le premier et le second étages de compression du compresseur d'air A.
Ainsi, quand la soupape 10, fermée, empêche l'air de passer du réceptacle dans la chambre de dilatation 14 comme décrit ci-dessus, l'air comprimé déjà contenu dans cette chambre de dilatation s'échappe à travers ledit orifice 19, le conduit 20 et la conduite 21, de sorte que la pression régnant dans la chambre de dilatation 14 baisse, ce qui permet au piston 15 de se déplacer dans le sens de la flèche 17a. contre la résistance du i ressort 17. La vitesse de l'élément d'entraînement primaire se trou- ; ve ainsi accrue, ce qui accroît simultanément la vitesse et, par conséquent, le débit du compresseur pour compenser la baisse de pression dans le réceptacle d'air.
D'une manière analogue, quand @ la pression d'air régnant dans ce réceptacle croit, par exemple lorsqu'un ou plusieurs dispositifs d'utilisation pneumatiques préala-i blement en fonctionnement sont mis à l'arrêt, la pression d'air régnant dans la chambre de soupape 9 croît et déplace la membrane 11, contre la résistance du ressort 12, pour ouvrir la soupape 10 et permettre ainsi à de l'air sous pression de pénétrer dans la chambre de dilatation 14.
Quand de l'air pénètre dans la chambra de dilatation 14 à une vitesse supérieure à celle à laquelle il peut s'échapper à travers l'orifice 19, la pression régnant dans la chambre de dilatation croît, de sorte que le piston se meut dans le sens contraire à la flèche 17a contre la résistance du ressort 17, pour réduire la vitesse de l'élément d'entraînement primaire et, ainsi, la vitesse et le débit du compresseur.
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La soupape 10 comprend un pointeau 23 (figure 2), sollici- té élastiquement vers sa position de fermeture par un ressort de compression 24, ce pointeau 23 coulissant axialement dans l'alésage d'un manchon 25 porté par la membrane 11 et dans l'alésage d'un presse-étoupe 26, vissé dans un taraudage pratiqué dans la paroi de la chambre de dilatation 14. Le manchon 25 et le presse-étoupe 26 sont espacés de manière à ménager un passage permettant à de l'air de passer de la chambre de soupape 9 dans la chambre de dilatation 14, à travers l'alésage du presse-étoupe, quand la soupa- pe est ouverte. L'extrémité extérieure libre du pointeau de soupape s'insère sans jeu, à coulissement, dans un tronçon de l'alésage du presse-étoupe qui est de diamètre réduit comme indiqué en 27.
Cette extrémité extérieure libre du pointeau présente d'un côté un pan coupé d'inclinaison étalonnée, tel que représenté en 23a, de sorte que le volume d'air qui peut passer à travers la soupape dans la chambre de dilatation 14 varie en fonction du degré d'ou- verture du pointeau dans le sens de la flèche 23b,
Le compresseur est équipé d'une soupape de décompression classique D, comportant un obturateur 28, raccordé d'un côté, par une conduite 6, au réceptacle 4 et de l'autre côté, par une conduite 29, à la soupape d'admission 30 du compresseur à air A. Le fonctionnement de la soupape de décompression est le suivant.
Quand la pression régnant dans le réceptacle 4 vient à dépasser une valeur prédéterminée correspondant à la vitesse minimale désirée, la soupape de décompression 28 s'ouvre pour permettre à de l'air de passer, à travers la conduite 29, dans la soupape d'admission 30 ou registre du compresseur, pour maintenir cette soupape ouverte de manière normale et éviter ainsi une compression excessive ou surcompression. Suivant la présente inven- tion, la soupape de décompression D assure en outre le réglage de la vitesse-limite inférieure.
A cette fin, la soupape de décompres- sion est raccordée, à travers une conduite 31 et un clapet de retenue 32, à la chambre de dilatation 14 du régulateur, de sorte
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que quand la pression d'air est maximale, de l'air pénètre dans la chambre de dilatation 14 àtravers le clapet de retenue 32 et porte la pression régnant dans cette chambre de dilatation à une valeur qui maintient le piston 15 appliqué contre une butée de basse vitesse 33.
Quand de l'air est soutiré du réceptacle d'air 4, ce qui provoque une légère baisse de pression, la soupape de décompression D se referme et le compresseur recommence à refouler de l'air comprimé en régime normal. Simultanément, l'air contenu dans la chambre de dilatation 14 est automatiquement isolé de façon étanche de la soupape de décompression par le clapet de retenue 32 et la vitesse de l'élément d'entraînement primaire et du compresseur croît, pour compenser la perte de pression dans le réceptacle d'air 4, sous l'action du régulateur.
Le régulateur suivant l'invention présente les avantages importants suivants la vitesse de l'élément d'entraînement primai- re estàtout moment liéeau débit de refoulement du compresseur et la vitesse maximum n'apparaît qu'en régime de refoulement maximum, de sorte qu'à tous autres moments, la vitesse et le débit se trouvent réduits ou accrus de la manière voulue pour réduire les frais d'exploitation ainsi que l'usure et le bruit.
Une décompression totale n'apparaît qu'à la vitesse minimale prédéterminée, lorsque les engrenages distributeurs du compresseur fonctionnent à vitesse relativement basse, ce qui réduit l'usure de ces engrenages.
La vitesse moyenne de fonctionnement en régime normal est nettement inférieure à la valeur maximale, ce qui se traduit par une vie plus longue de toutes les pièces actives.
La pleine pression maximale voulue pour faire fonctionner les dispositifs d'utilisation pneumatiques en marche se maintient automatiquement dans toute la gamme de capacités du compresseur à air.
Le régulateur est très sensible et la sûreté de fonction- nement totale, ces deux résultats étant obtenus du fait que le
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fonctionnement du régulateur n'entraîne pas de contact générateur d'usure et virtuellement pas de frottement.
L'air qui s'échappe du cylindre de manoeuvre étant renvoyé en un point intermédiaire entre les deux étages du cycle de compression, on a la certitude que cet air demeure inclus dans le cycle de compression et ne soit pas perdu en ce qui concerne la capacité du compresseur, qui demeure inchangée. Ainsi, la faible quantité d'air comprimé nécessaire pour assurer la régula- tion est prélevée coté refoulement du cylindre sous haute pression, amenée par dilatation à la pression inter-étages, puis restituée par recompression ultérieure dans ce cylindre et représente en conséquence l'énergie nécessaire pour assurer la régulation..
Le régulateur n'est pas compliqué, il est compact, peu coûteux à fabriquer, de fonctionnement sûr et susceptible de réglage préalable par un seul ajustement du ressort de tension de la soupape régulatrice.