Brevet FR2008462A1 — publié le 19700123

La prdsente invention se rapporte à une coulisse-manivelle avec un pied de bielle adapté à actionner les pistons de compresseurs alternatifs haute pression . Le principal obstacle qui limite les pressions maximales que l'on peut atteindre avec un compresseur alternatif est constitue, en dehors de la remarquable élaboration sur plan de ses différentes parties, par les étanchéités mobiles entre le piston et le cylindre qui subissent une usure proportionnelle à la pression . $n fait un accroissement du saut de pression supporté par l'élément d'étanchéité entratrie un accroissement de la force de compression des segments contre la paroi cylindrique et par suite de l'usure provoquée par le glissement relatif entre cylindres et segments pendant le mouvement alternatif du piston. D'autre part, le mouvement du piston, communiqué par le pied de bielle, ne coincide jamais parfaitement en direction avec l'axe du cylindre et ceci provoque de nouvelles poussées entre segments et piston et des mouvements continuels d'oscillation qui contribuent souvent de façon décisive à rendre l'étanchéité défectueuse. les conditions de travail des éléments d'étanchéité, tant pour les asemssnts que les presse - étoupes, sont d'autant meilleures que le mouvement du piston s'effectue dans une direction qui coincide avec l'axe du cylindre ; cette condition devient, en outre, fondamentale aux très hautes pressions. De ce qui vient d'entre dit, il est clair que, dans le domaine des compresseurs alternatifs à très haute pression, le problème principal, outre l'emploi d'éléments d'étanchéité particuliers, réside dans le parfait malignement du système piston - cylindre . Etant donné que le mouvement alternatif est communiqué au piston par le pied de bielle, ce problème se ramène à celui de la conception d'une coulisse- manivelle avec un pied de bielle permettant d'obtenir une coincidence parfaite du mouvement du piston avec l'axe du cylindre. Une des raisons qui tendent à éloigner des conditions de mouvement idéal, cfsst-à-dlre une raison du mauvais alignement du système piston - cylindre réside dans le mouvement d'inclinaison ou mouvement de bascule du pied de bielle qui transmet au piston un mouvement d'oscillation autour d'un axe, perpendiculaire à ce.ui du cylindre .Ce mouvement de bascule est at, principalement au moment résultant du frottement imputable aux à - coups de la vitesse de rotation de la bielle autour du tourillon et au moment résultant, dans les pieds de bielle courants à un seul gnide cylindrique disposé au-dessow de l'axe du piston du frottement de glissement et des forces d'inertie des masses qui ne sont pas symdtriques par rapport à l'axe de mouvement. D'autres causes de non alignement sont constituées par des décalages d'jorigine ds à des défauts de fabrication et d'assemblage et des décalages provoqués, principalement dans le plan de la coulisse -manivelle, par des dilatations thermiques du corps du pied de bielle. La présente invention a pour objet la réalisation d'une coulisse - manivelle avec un pied de bielle actionnant le piston d'un compresseur alternatif qui, en évitant lesdits inconvénients, permet l'utilisation de ces compresseurs dans le domaine des tres hsutea pressions. Cet objet est atteint en utilisant un pied de bielle de forme particulière qui entoure complètement la bielle et, au lieu de travailler sur des surfaces cylindriques normales, est guidé dans son mouvement alternatif par deux plaques solides, disposées dans un plan horizontal contenant l'axe de mouvement du piston , et s'étendant sur toute la longueur du pied de bielle mais dont la partie centrale est laissée libre de manière à permettre la rotation du vilebrequin du compresveur - Le pied de bielle est, en outre, guidé par deux autres flasques disposées à sa partie inférieure suivant un plan vertical contenant l'axe de mouvement. on doit noter que, étant donné le domaine particulier d'application, la coulisse - manivelle ou pied de bielle est soumise h des pressions très élevés et, par conséquent, aux inconvénients qui méesseitant un entretien très strict. Une autre particularité de la coulisse - manivelle du pied de bielle objet de la présente invention, réside dans le fait que, non seulement elle est de stranture simple et d'encombrement réduit mais qu'elle rend possible un assemblage rapide et un entretien facile. La coulisse - manivelle de pied axe bielle objet de la présente invention peut, de plus, actionner en mme- tempe les pistons de paires de cylindres opposés. L'emploi normal de compresseurs alternatifs à paires de cylindres opposes, dont.les pistons sont actionnés par un seul pied de bielle est augéré par les grands avantages que présente une telle disposition syQétrique. En effet, quand un cylindre aspire,le cylindre opposé comprime et le tourillon et la coulisse - manivelle du pied de bielle n'ont alors à supporter que la différenoe des poussées, ce qui permet de réduire la dimension de ses éléments. En outre, les poussées agissant sur le tourillon de la petite extrémité de la bielle, à chaque tour de vilebrequin du compresseur, prennent des valeurs égales et opposées, ce qui, comme on le sait, correspond à la meilleure condition de fonctionnement du tourillon du pied de bielle. En effet, le coussinet de la petite extrémité de la bielle effectue seulement de faibles oscillations autour du tourillon du pied de bielle et pour la lubrification d'un tel couplage il n'y a, par conséquent pas d'effet hydrodynamique. Si, au contraire, les poussées sur le tourillon prennent à chaque tour du vilebrequin des valeurs égales et opposées, la lubrification devient satisfaisante, du fait de l'alternance des introductions et éjections, entre les surfaces de travail. Aues des poussdes unidirectionnelles, comme celles de simples cylindres, une telle pousibilité n'existe pas car l'huile ne peut pénétrer entre le tourillon et le coussinet et une usure rapide et importante se p@@duit. L'invention est illustrée, en détail, en se référant aux dessins annexés reprénentant une forme de réalisation préfe'rée,donnée seulement à titre d'exemple, le nombreuses variantes techniques et de structures pouvant être imagine'e, sans sortir du cadre de la présente invention. ja figure 1 donne une vue yerapeotive d'ua compresseur alternatif à paires de sylindres opposés, utilisant la coulisse manivelle de pied de bielle selon la présente invention. On y voit le carter d'acier 1, servant de support aux deux cylindres opposés 2 et 3 et au vilebrequin 4 du compresseur, à travers lequel le pied de bielle est md alternativement La figure 2 représente une coupe verticale du dispositif de la figure 1, montrant la position du pied de bielle 5 à l'intérieur du carter I et sa lonneun particulise' prstiouement égale à celle du carter t. Sur cette fi@ure on peut voir également les deux tiges 6 et 7, appartenant aux eylindret opposés 2 et 3 respectivement, assujetties au joint milieu des parois frontales du pied de bielle 5, ainsi que les guides plats 8 et 9 des deux flasques verticaux 10 et t1 du pied de bielle. La fleure 3 représente une vue perspective de la coulisse manivelle avec le pied de bielle 5 selon l'invention. La figure 4 montre nne coupe frontale rle la coulisse @@nitelle avec le pied de bielle de la figure 3. Le pied de bielle 5, objet de la présente invention, comprend une structure supérieure en ancier rigide 5' et une structure inférieure similaire en acier rigide 5', fixées de façon symétrique par une série de boulons 12, Chaque structure comprend deux côtés sembla blos espacés par les entretoiaes 13 et 14 qui forment partie intègran- te des côtés à leurs extrémités. la bielle 15 peut par conséquent se mouvoir dans cet tinter velle. Comme les cotés ont à supporter les efforts exercés par les très hautes pressions, on les a renforces par des rainures 16. Chaque côté présente de pous, une ouverture 17 à travers laquelle passe le vilebrequin du compreseqanus. L'uberture 17 doit être dimensionée de menière à permetire le mouvenent du vilebrequin et, par suite, le mouvement alternatif du pied de bielle.Cheque côté présente, de plus, un lobe semi-circulaire 18 formant au moment de l'assemblage des deux structures 5' et 5" un orifice circulaire dans lequel passe le tourillon de la petite extrémité de 1 bielle , Ce tourillon est alors assujetti au cadre formé par cas deux structures par l'intermédiaire de butées annulaires élastiques de surface conique s'adaptant aux extrémités coniques du tourillon (sur la figure 3 on ne peut voir qu'une seule butée annulaire, l'autre étant placée de l'autrs côté, symétriquement par rapport à l'axe des tiges 6 et 7). Entre les struetures 5' et 5" sont introduites deux fortes plaques d'acier 21 et 22 s'étendant sur toute la longueur du pied de bielle oxcepté 3a zone où se déplace le vilebrequin 4 Ces plaques débordest des deur côtés du cadre des deux structures 5', formant de la sorte quatre seulisseaux pénétrant dans les guides plats horizontaux correspondante 23 supportes par le carter 1 et présentant chacun au point milieu de leur partie antérieure une surépaisseur 24 zur laquelle es5t fixée l'extrémité de la tige de piston. Les deux plaques 21 et 22 sont assujetties par des vis (nen repxésentées) à la structure inférieure 5" et sont, de plus, bloquées entre les deux structures 5' et 5" par une série de boulons 12 . Ces plaques, comme le moutrant elairemnet les figures 3 et 4, sont disposées dans un plan horizontel contenaut l'are de monuement des pistons, qui esincide aves les exes des tiges 6 et 7. Aux entretoiese 13 de la structure inférieure 5" sont alors bo@nl@@és deux flszques verticaux 10 et 11 s'engagenat dans dews vides vertieaux appredrés 8 et 9 (par exemple, en forme de rails) supportés par le carter 1 (sur les figures 2 et 3 on ne peut voir que le flasque 11 et le gaide conrempondent 9, le flasque 10 et le guide 8 étant à l'antre extrémigé du pied de bielle ) .Les flasques verticaux 10 et 11 et les guides conrespondents 8 et 9 comme le montre la figure 4, sont disposés suivant un plan vertical contenant aussi l'are de mouvement de piston, c'est-à-dire qu'ile sont disposés symétriquement par rapport à la section frontale du pied de bielle. Par suite, quand, du fait de la rotation du vilebrequin du coepresseur A, la bielle 15 transmet le mouvement alternatif au cadre formé par les deux structures 5' et 5", ce cadre par l'intermédiaire des plaques 21 et @@ est guidé dans son mouvement alternatif par les guides plots horiesntaux agissant sur le plan contenant l'axe de mouvement des piston. Ceci permet de réduire au point de les rendre néglieables, les @@convéniente dus aux mouvements de bascule et aux inperfections de fabrication et d'assemblage.Les ceseillstions dues aux mouvements do bascule s'avèrent d'autant plus faibles que l'in- tervalle a entre les guides et les blocs coulissants du pied de bielle est plus étroit et 5 de coulisaemnet est plus grande Te eied de bielle selon l'invention, occupant la plus grande partie de la lerg@@@ de la machine, a une longueur de glissement 1 exceptionnelle et l'intervalle s qui, dans les pieds de bielle courants est de quelques dixièmes de millimètre afin de permettre a dilatation thermique de @@organe cou1.- issant peut être réduit à quelques centimes de millimètre , étant donné que maintenant la distance entre les guides n'est que de quelques centimètres; les oscillations possibles , proportionnelles au rapport e/1 sont, de ce fait, aussi réduites qu'il se peut D'autre Part, en utilisant des guides plats en coindience avec l'axe de mouvement des pistons, on peut réaliser une mité entièrement symétrique par rapport au plan horicontal contenant l'axe de mouvement : il est possible de la sorte d'éliminer à la fois les mouvements de tangage alternatif dus aux forces de frottement sur les guides et les moments dus aux forces d'inertie des masses non symétriques par rapport à l'axe de mouvement Se nied de bielle selon l'invention, guidé à la fois dans un plan hor zontai et dans un plan vertical contenant l'axe de mouvement des pistons , au moyen des flasques 10 et il et des guides correspondants 8 et 9, permet, de plus, d'iliminor les décalages imputables aux dilatations theraiques. Ces dilatations par la chaleur ne peuvent altérer l'axe de mouvement puisqu'elles se produisent toujours symétri- quement par rapport à cet axe. On doit également noter que le travail sur des cadres de grandes dimensions, comme celui selon la présente invention, présente même en faisatn apel à une technoiogie élaborée, d'inévitables impenfentions géométriques, Pour atteindre la penfection requise de l'aliengenent du systèse poston - cylindre, il faut, en général, faire un régloage manunel . 11 est évident qu'un tel réglage s'avère plus facile dans 'e cas de guides ] et de surfaces iilats que dans le cas des guides et surfaces eylindriques courants, ce qui constitue une plémentaire de L'invention. Enfin, le pied de bkielle, selon l'invention, permst un ontretion rapide et facile en cas de détérioration Les pieds de bielle usuels sont formé de telle tanière une l'enlèvement d'un de leurs él@@ents rend le reste sdinstabie, ce qui nécessite, pour l'entration le démonitage de teut le @ied de bielle, élément par élément, oeci entraînant, nuturellement, une perte de temps, Dans le cas prément, au @@traire, il suffit de dévisser les séries de bvoulons 12 et d'enlever seulement la strueture supérieure 5' pour rendre fécilement accessible n'importe ouelle partie du pied de bielle. W.e dispositif, en effet, une fois enlevée la structure 5', ne devient pas instable mais reste stable et rigide, du fait que les plaques ?1 et @@ qui, reposant sur les guides cxorrespondants 23 supportent la t@talité du cadre, sont fixées par vissage à la structure inféreure 5". L'slignement des tiges et guides n'est pas altéré car ceux-ci restent assujesttis à la structure inférieure 5". - R E V E N D I C A T I O N S 1 - Coulisse - manivelle à pied de bielle spécial pour actionner les pistons d'un compresseur alternatif haute pression à paires de cylindres opposés, comprenant un carter supportant deux cylindres opposes d'une paire, le vilebrequin du compresseur et les guides sur lesquels coulissent le pied de bielle dans son mouvement alternatif qui qui est communiqué par la bielle, caractérisé en ce qu'il comprend deux structures rigides similaires, l'une supérieur et l'autre inférieure, s'étendant sur presque toute la longueur du carter, ces structures solidarisées l'une de l'autre, par exemple par boulonnago, entourant complètement la bielle et comportant une ouverture pour le vilebrequin et un orifice pour le tourillon de la bielle 2/ - Coulisse manivelle à pied de bielle spécial selon la revendication 1, caractérisés en ce c;ue les deux structures rigides sont flormées chacune de deux pans latéraux renforcés de rainures et espacée par des entretoise' les reliant par leurs extrémités. 3/ - Coulisse - manivelle à pied de bielle spécial selon les revendisstions 1 et - caractérleée en ce que, entre les deux structures rirides sont introduites deux plaques, solidarisées à la structure inférieure, s' étendant sur toute la longueur de oette structure excepté en renard de l'ouverture du vilebrequin et, qui, en débordant des structures, consttuent quatre coulis seaux horizontaux , ces coulisseaux étant disposés suivant un plan herizontal contenant l'axe do mouvement de pistons associés aux deux cylindres opposés. 4/ - Coulisse - manivelle à pied de bielle spécial selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les coulisseaux reposent sur des guides plats horizontaux supportés par le carter. 5/ - Coulisse - manivelle à pied de bielle spécial, selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu sous la structure ihnféieure et aux extxémités frontales de zelleSoI deux flasques plats verticaux supportés par le carter pénétrant dans des guides plats verticaux supportés par le carter et disposés suivant un plan vertical contenant lzaxe de mouvement des istons.