Moto-compresseur à pistons. La présente invention a pour objet un moto-compresseur à pistons à mouvement alternatif présentant deux équipages mobiles dont chacun comprend au moins un piston moteur et au moins un piston com presseur reliés rigidement entre eux, de façon qu'ils se déplacent ensemble d'une pièce, les cieux équipages se déplaçant. cons tamment en sens opposés et l'agencement étant tel que les quantités de mouvements de ces deux équipages soient constamment égales.
C'e moto-compresseur est caractérisé selon l'invention en ce que les pistons moteurs sont actionnés par un fluide sous pression, par exemple de la vapeur, de l'air comprimé, du gaz chaud sous pression, fourni par une source extérieure, et en ce que la distribution est agencée et commandée de telle façon que la course de chaque équipage mobile soit toujours limitée, principalement au moins, par l'effet résultant des pressions agissant sur les pistons moteurs et compresseurs de cet équipage.
Le dessin montre schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution du moto-compresseur selon l'invention et deux variantes de cette forme.
La fia. 1 est une vue en coupe longitu dinale de cette forme d'exécution.
La fia. _' est -unie vue de bout. de cette forme d'exécution.
La fig. 3 montre le détail des éléments de suspension et de liaison des équipages mobiles de cette forme d'exécution. La fia. 4 et. la fia. 4' donnent, le détail de la commande de la distribution de cette forme d'exécution.
Les fia. à et 6 montrent chacune suie variante de cette forme d'exécution en coupe longitudinale.
La. fia. "7 donne la disposition du régula teur de course du moto-compresseur des fia. 1 à 4 et 4'.
Dans le moto-compresseur représenté aux fia. 1 à 4, 4' et 7, le cylindre moteur 1 est rattaché au cylindre compresseur ? par une entretoise non représentée sur le dessin. Dans le cylindre moteur se déplacent les trois pistons moteurs 3, 4 et 5 et dans le cylindre compresseur les trois pistons compresseurs 6, 7 et 8.
L'un des deux équipages mobiles com prend les pistons moteurs 3 et 5 et le piston compresseur 7, reliés rigidement tous trois ensemble par une tige centrale 9. Cette tige traverse le piston 4 par un presse-étoupe 10 et le piston compresseur 6 par un presse- étoupe 11.
L'autre équipage mobile comprend le piston moteur 4 et les pistons com presseurs 6 et 8, reliés rigidement tous en semble par les deux tiges l.? et 13 qui tra versent le piston moteur 3 par les presse- étoupe 14 et 15, le piston moteur 5 par les presse-étoupe 16 et. 17, et le piston compres seur 7 par les presse-étoupe 18 et 19. Les pistons 4 et 7 sont ainsi à double effet. et se déplacent, le premier entre les pistons 3 et 5 et le second entre les pistons 6 et 8.
Le fluide moteur pénètre dans le cylindre moteur alternativement par les lumières d'admission 20 et 20' qui sont figurées avec leurs obturateurs, ouvert pour 20 et fermé pour 20'. Après action et détente, le fluide est évacué alternativement par les lumières d'évacuation ? 1 et 21' qui sont figurées avec leurs obturateurs, fermé pour 21 et ouvert pour 21'.
De même, l'air pénètre dans le cylindre compresseur alternativement par les lumières d'admission 22 et 22', et en sort par les lumières de refoulement 23 et 23'.
Toutes ces lumières sont placées deux à deux dans les plans de symétrie entre les paires de piston correspondantes. Les lu mières d'admission et d'évacuation corres pondant à chacun des espaces compris entre les pistons 3, 4; 4, 5; 6, 7 et 7, 8 respective ment, s'ouvrent donc dans cet espace entre les positions de point mort intérieur des pis tons correspondants.
Les deux équipages mobiles, dont les poids individuels, les courses et les vitesses sont égaux, et qui subissent à tout instant des actions égales et de sens opposés, sont suspendus de la manière suivante L'équipage mobile 3, 5, 7 est suspendu à l'arbre 24 par l'intermédiaire de la tige rigide 25, de la biellette 26 et du bras 27 calé sur l'arbre 24.
L'équipage mobile 4, 6, 8 est suspendu à l'arbre 28 par les biellettes 29 et 30, articu lées aux tiges 12 et 13, et les bras 31 et<B>32</B> calés sur l'arbre 28.
Cet agencement est clairement repré senté par la fig. 3. On y voit que les arbres 28 et 24 sont accouplés l'un avec l'autre au moyen des deux bras 33, 34 et de la bielle 35. Cet accouplement est nécessaire pour main tenir l'espacement correct des deux équipages mobiles au repos ou en marche, mais il n'a aucune circonstance à transmettre d'effort important de l'un à l'autre des arbres 26 et 24.
Dans ce moto-compresseur, comme dans toutes les machines à vapeur, à gaz ou à air comprimé, la distribution ferme les soupapes d'évacuation des espaces moteurs avant la fin de la course, de manière à pro voquer ime compression. Il en résulte que le moto-compresseur décrit comporte automa tiquement de véritables matelas de sécurité, dont la pression augmente si la longueur de la course augmente, de sorte que la course de chacun des équipages mobiles est limitée pratiquement uniquement. par l'effet résul tant des pressions agissant sir les pistons moteurs et compresseurs de l'équipage.
La commande de la distribution de ce moto-compresseur est montrée schématique ment aux fig. 4 et 4'.
39 est un tourillon solidaire de l'un des équipages mobiles et oscille avec celui-ci du point a au point<I>b,</I> puis du point<I>b</I> au point<I>a;</I> à ce tourillon 39 est articulée une biellette 40, articulée en 41 à l'extrémité d'un levier 42 qui porte, à son autre extrémité, un pivot 43 sur lequel s'articule une tige 143 solidaire d'un plateau 144 sur lequel agissent en sens opposé deux ressorts 44 et 45, dont chacun prend appui sur un point fixe. Ainsi, l'extré mité correspondant au pivot 43 du levier 4:3 peut subir un déplacement dans les deux sens, chaque fois à l'encontre de l'action de l'un des ressorts 44 et 45, qui tendent à main tenir cette extrémité dans une position moyenne.
Le levier 42 porte, vers le milieu de sa longueur, un tourillon 46 sur lequel peut tourner un bloc guidé par deux glissières 47 et 48. Sur le tourillon 46 s'articule en outre une bielle 49, qui, par son autre extrémité, s'articule sur le bouton d'une manivelle 50 portée par l'arbre 51.
Un mécanisme semblable, symétrique, est entraîné de la même manière par le tou rillon 39', fixé sur le deuxième équipage mobile et oscillant avec celui-ci entre cc' et<I>b'.</I> Les éléments de ce deuxième mécanisme portent les mêmes numéros que les éléments homologues du premier mécanisme, mais affectés de l'indice '.
Les boutons de manivelle 50 et 50' de l'arbre 51 sont décalés de 180 et cet arbre 51 porte une roue dentée 80, qui, par l'inter- médiaire de couples de pignons coaxiaux 81, <B>152-,</B> 81', 152' portés par un organe 52, en traîne une roue dentée<B>82?</B> de même axe que l'arbre 51. Le rapport de transmission entre la roue 80 et le pignon 81 diffère de celui entre la roue 82 et le pignon 152, de sorte qu'une rotation de l'organe 52 autour de l'axe de l'arbre 51 modifie le calage relatif des roues dentées 80 et 82.
La roue 82 en traîne un arbre 51' qui, par l'intermédiaire d'un renvoi 151, entraîne un arbre à cames 153, les rapports de transmission étant choi sis de façon que lorsque l'organe 52 est fixe, l'arbre 153 tourne à la même vitesse que l'arbre 51. L'arbre à cames 153 porte des cames (dont deux 154, 154' seulement sont représentées) qui, au moyen de galets (155, 155'), actionnent les soupapes commandant les lumières d'admission 20 et 20' et d'éva cuation 21 et 21'.
(Les soupapes 157, 157' commandent, par exemple, les lumières 20 et 20'.) L'arbre 51 étant muni d'un volant d'une inertie suffisante, le mouvement d'oscillation des deux points 39 et 39' sera transformé en un mouvement de rotation continu de l'arbre 51, ce dernier tournant de 180 par course des équipages mobiles. Cependant, la rotation de l'arbre 51 n'est pas en phase avec les mouvements des équipages.
En effet, le mécanisme de la fig. 4 constitue un dispositif élastique exécutant des vibrations forcées sous les impulsions communiquées par les équipa ges mobiles, de sorte que, par suite de l'amor tissement, il y aura un décalage de phase entre la vibration forcée, c'est-à-dire la rotation de l'arbre 51, et les mouvements des équi pages, ce décalage étant fonction de la diffé rence entre la fréquence naturelle du dispo sitif élastique et la fréquence des oscillations des équipages mobiles.
Par conséquent, lors que la fréquence des oscillations des équipages mobiles change, ce qui a lieu lorsque la puis sance varie, il y a lieu de modifier le calage de l'arbre 153 par rapport à l'arbre 51, de façon à maintenir à sa valeur correcte le calage de l'arbre 153 par rapport aux mou vements des équipages mobiles. C'est à quoi sert le dispositif différentiel 80, 8:.' dont l'organe 52 est commandé par un régulateur de course qui fait tourner cet organe dans un sens lorsque la course s'allonge et dans l'autre lorsque la course diminue.
Ce réglage peut s'effectuer de cette façon, du fait. que la course varie avec la fréquence des oscilla tions des équipages mobiles.
Ce régulateur (fig. 7) comprend un corps de pompe 101 cylindrique logé dans un bloc d'acier 102, dans lequel sont forés les loge ments de deux soupapes d'aspiration 103 et 103' et de deux soupapes de refoulement 105 et 105', ainsi que des canaux conduisant l'huile. Dans ce corps de pompe se meut un piston 106 du même diamètre que le corps de pompe et qui est solidaire d'une tige de piston 107 de diamètre légèrement plus faible, laissant un espace de faible volume <B>107'</B> entre sa surface extérieure et le corps de pompe. L'ensemble 106 et 107 est commandé par une bielle 108 et une manivelle 109, calée sur l'arbre de la suspension, de telle sorte que la course du piston 106 varie comme la course des équipages mobiles.
Quand le piston 106 se déplace vers la gauche, il y a aspiration dans l'espace annulaire 107'; cette aspiration s'effectue par la soupape 103 et le canal 110, qui est en communication directe avec le canal 111 qui est relié à l'amortisseur<B>117'</B> et au cylindre 201. On voit donc que l'aspiration dans l'espace 107' enlève de l'huile au circuit 110, 111, 117', 201. Dans ce même mouvement vers la gauche, le piston 106 commence par refouler l'huile par l'orifice 112 et le tuyau 113 dans le réservoir d'huile 114 jusqu'au moment où, dans son déplacement, ledit piston 106 ferme l'orifice 112. A ce moment, le piston 106 refoule, par la soupape 105' et le tuyau 110, dans le conduit. 111, vers l'amortisseur 117' et le cylindre 201.
Comme le débit du piston 106, lorsqu'il se déplace vers la gauche, est. de beaucoup plus considérable que l'aspira tion dans l'espace 107', il suffit d'un très petit parcours du piston 106 au-delà de 112 pour refouler autant d'huile qu'il en a été aspiré en 107' pendant tout le reste du mouvement. Le piston 106 est terminé par une rampe hélicoïdale 115, et l'ouverture 112 pratiquée dans le corps de pompe 101 présente aussi un bord hélicoïdal 116.
En faisant tourner le corps de pompe-<B>101</B> autour de son axe au moyen du levier 117, on conçoit donc qu'on puisse faire varier dans des limites assez grandes (10 mm par exemple) la position du piston 106 le long de l'axe qui correspond à la fermeture de l'ouverture 112 et, par suite, au début du refoulement réel vers l'amortisseur 117' et le cylindre 201. Dans le cylindre 201 coulisse un piston 200 sur lequel agit un ressort 202 dont l'action est opposée à celle de la pression d'huile.
La tige 203 du piston 200 est relié par une bielle, un levier coudé 204, 210 et une bielle 209 à une tige 209', qui commande la rotation de l'organe 52. Ainsi, à chaque position du piston 200 correspond une position déter minée de l'organe 52. En outre, le piston 200, par l'intermédiaire d'une liaison non repré sentée, commande la position angulaire du levier 117, donc le point de la course du pis ton<B>106</B> pour lequel l'ouverture 112 est fer mée. Une conduite de vidange<B>207,</B> comman dée par un robinet 208, relie le cylindre 201 au réservoir 114.
On comprend: dès lors le fonctionnement du régulateur. A une course déterminée correspond une position déter minée du levier<B>117</B> et, par conséquent, du point de fermeture de l'ouverture 112; il lui correspond aussi une position déterminée de l'organe 52 de réglage du différentiel; les choses sont arrangées de telle sorte que si la course réelle a bien cette valeur assignée, la quantité d'huile refoulée par le piston 106 est égale à la quantité d'huile aspirée dans l'es pace 107' et, par suite, en une course, il n'y a pas d'huile refoulée et la pression dans le cylindre 201 reste constante.
L'amortisseur à ressort<B>117'</B> régularise le phénomène. Si la course augmente, de l'huile est refoulée dans le cylindre 201, le piston 200 monte et déplace le levier 117 jusqu'à ce que le point de fermeture de l'ouverture 112 par le piston 106 soit tel qu'il n'y ait plus de refoulement d'huile dans le cylindre 201. Le contraire se produit lorsque la course diminue.
On voit donc qu'à chaque valeur de la course des équipages mobiles, donc, ainsi qu'on l'a vu, de la fréquence de leurs oscillations, corres pond une pression déterminée de l'huile dans le cylindre 201, donc une position déterminée du piston 200 et, par conséquent, une posi tion déterminée de l'organe 5?. Un dispositif, non représenté, commandé par la pression de l'huile dans la canalisation 111, règle l'admission du fluide moteur dans les espaces moteurs.
En outre, un dispositif de sûreté, également commandé par la pression de l'huile dans la canalisation 111, provoque la fermeture prématurée des soupapes com mandant l'échappement des cylindres mo teurs lorsque la pression d'huile dépasse une valeur donnée, correspondant à la course maximum admissible.
Il est clair que la course des équipages mobiles ne peut varier que dans des limites compatibles avec l'agencement du méca nisme de la fig. 4. On pourrait cependant faire en sorte que dans la gamme de régimes normaux, la course ne s'écarte que peu d'une valeur moyenne déterminée.
Ce réglage fonctionnerait comme suit Si, par exemple, d'une manière ou d'une autre, la puissance demandée s'accroît, il en résulte une tendance à. la diminution de la course, le régulateur de la fig. 7 entre alors en jeu, accroît l'alimentation en fluide mo teur et rétablit l'équilibre pour une course très légèrement plus faible.
Toute augmen tation de la puissance demandée par batte ment s'accompagne toujours d'une augtnen- tation de la fréquence, laquelle demeure tou jours sensiblement proportionnelle à la ra cine carrée de la puissance par battement.
Le moto-compresseur représenté sur la fig. 5 comprend un seul cylindre 1,2 de dia mètre uniforme, ouvert par les deux bouts, dans lequel sont logés tous les pistons. L'un des équipages mobiles comprend le piston moteur 4 et le piston compresseur 7 solidaires des tiges 12, 13 et l'autre, le piston moteur 3, le piston compresseur 8 et un piston mé dian 5, 6, tous solidaires de la tige 9, ce piston médian 5, 6 agissant d'un côté comme piston moteur et de l'autre comme piston com presseur. Pour le reste, l'agencement et Je fonctionnement de ce moto-compresseur sont identiques à ceux du moto-compresseur des fig. 1 à 4, 4' et 7. On voit, en particulier, que le piston moteur 4 est à double effet.
Dans tous les moto-compresseurs décrits, les éléments compresseurs peuvent être mu nis de soupapes automatiques ordinaires ou de soupapes mécaniquement commandées. Dans ce dernier cas, la commande peut être assurée au moyen d'un mécanisme semblable à celui qui a été décrit plus haut. Il est égale ment possible d'effectuer la commande des soupapes de l'élément moteur et, le cas échéant, de celles de l'élément compresseur au moyen d'une transmission hydraulique actionnée par une pompe roue par l'un des équipages mobiles.
Le moto-compresseur représenté à la fig. 6 comprend également un cylindre unique de diamètre uniforme contenant tous les pistons. L'un des équipages comprend les pistons moteurs 3 et 4, et les pistons com presseurs 7 et 8, et l'autre, le piston moteur 4, disposé entre les pistons 3 et 41, le piston médian 5, 6 et le piston compresseur 7, dis posé entre les pistons compresseurs 7 et S. Le piston médian 5, 6, disposé entre les pis tons 4, et 7, agit d'un côté comme piston compresseur et de l'autre comme piston moteur.
La partie compresseur est à deux étages de pression et le moteur est à double expansion. Le fonctionnement est le suivant L'admission du fluide moteur dans l'es pace 56 compris entre les pistons internes 4 et 4' s'effectue en 54 par les lumières 55. Dans le cas de la figure, on se trouve à la fin de la détente, dans l'espace haute pression 56. Dans la course suivante, le fluide, ayant subi une première détente dans l'espace .56, va passer dans les espaces basse pression 5 7 et 58 compris entre les pistons 3 et 4 ; et 4, et 5, 6 respectivement, par le réservoir inter médiaire 59. Le fluide subira une deuxième détente dans ces espaces et sera ensuite éva cué par les lumières 60 et 61.
Le coefficient de détente dans les espaces B. P. peut être, à titre d'exemple, déterminé par la fermeture anticipée plus ou moins avancée des lumières d'échappement de l'espace H. P.
Du côté compresseur, les espaces basse pression 6? et 63 compris entre les pistons 5, 6 et 7 ; et<B>71</B> #, 8 respectivement, viennent d'ache ver leur course d'aspiration. Les lumières d'aspiration 64 et 65 sont donc fermées. L'espace haute pression 66 compris entre les pistons internes 7 et 71 a refoulé le fluide comprimé par la conduite de refoulement 6"7. Les lumières de refoulement<B>68</B> sont donc fermées. Dans la course suivante, les espaces compresseurs basse pression 622 et 63 refou leront le fluide comprimé dans l'espace 66.
Les lumières 69 et 70, d'une part, et 71, de l'autre, s'ouvriront à un moment qui sera déterminé par la, fin de la détente de l'air comprimé dans l'espace nuisible de 66. C'est la valeur de cet espace nuisible qui fixe le taux de compression dans les espaces com presseurs basse-pression.
Pour le reste, l'agencement et le fonc tionnement sont les mêmes que pour le moto-compresseur des fia. 1 à 4, 4' et 7.
Dans une variante de ce dernier moto compresseur, le cylindre de la partie motrice pourrait avoir un diamètre différent de celui de la partie compresseur. Dans ce cas, chaque équipage aurait deux pistons moteurs et deux pistons compresseurs, la disposition relative de ces huit pistons étant celle que l'on obtien drait en remplaçant Je piston médian 5, f> de la fig. 6 par deux pistons contigus dont l'un serait moteur et l'autre compresseur.