Brevet FR2034144A1 — publié le 19701211

D E S C R I P T I O N La présente invention concerne a compression à basse ét moyenne pression des gaz de natures diverses au moyen d'un appareil dont le principe de fonctionnement ainsi que les différentes pièces qui composent son mecanisme ont été créés en vue d'obvier à certains inconvénients qui caractérisent généralement cette catégorie d'ap pareils et plus particulièrement leur niveau sonore élevé, leur rendement global faible ainsi que les difficultés qulils présenter pour isoler les fluides gazeux du contact des huiles ou graisses qui sont nécessaires à la lubrification de leurs mécanismes ou à l'évacuation des calories dues au frottement des pièces en mouve ment ainsi qu a la compression des gaz. L'appareil, objet de la présente invention, se compose principale ment, selon le débit demandé, d'une ou de plusieurs cellules, ou unité de compression, qui sont assemblées les unes à la suite des autres et isolées entre elles par des cloisons. Chacune de ces cellules comprend un piston dont les mouvements sont commandés par un arbre quu les traverse et vient reposer par ses extrémités sur les paliers de chacun des deux éléments terminaux de l'appareil Chaque cellule comporte une cavité cylindrique usinée perpendicu lairement aux cloisons séparatrices qui leur servent de joues.Sur la périphérie interne de cette cavité, le piston, de meme largeur, également cylindrique mais d'un diamètre inférieur, roule libre ment en un mouvement planétaire qui lui est communiqué par la ro tation, dans son alésage axial, d'un excentrique solidaire de l'ar bre d'entraînement qui traverse la cavité en son centre géométri que. Un coulisseau perpendiculaire aux cloisons et axé vers le centre de la cavité dont il a la meme largeur, coulisse dans une rainure pratiquée dans l'épaisseur de la paroie de cette cavité, en prenant appui par ses flancs latéraux sur les deux cloisons et par l'une de ses extrémités sur toute la largeur du piston dont il peut ainsi suivre les mouvements ascendants et descendants. Ce coulisseau a pour fonction d'isoler l'une de l'autre les deux ouvertures, situées de part et d'autre de la rainure, qui mettent la cavité cylindrique en communication avec lesorifices d'-aspiration et d'évacuation des gaz à comprimer. On comprend que le déplacement du piston roulant sur la périphérie interne de la cavité constitue par son contact permanent avec celle ci une sorte de paroie mobile étanche qui engendre de part et d'au. tre du coulisseau deux enceintes dont les volumes sontalternatimet variables et complémentaires. I1 s'en suit que chaque révolution du piston produit simultanément une aspiration et une compression de façon continue permettant ainsi la suppression des soupapes ou clapets d'obturation des orifices d'entrée et de sortie. Un exemple d'application va maintenant etre décrit en référence au dessin annexé où l'on voit Figure I, la coupe transversale de llune des cellules de l'appareil. Figure 2, la coupe longitudinale de l'appareil montrant l'assemblage des cellules et des éléments terminaux. Sur la figure I, la cellule référencée en I, se présente, selon l'invention, comme un corpS creuX délLmste en épaisseur par les cloisons intercalaires 2 comprenant une cavité cylindrique dont la périphérie interne est garnie par vulcanisation sur toute sa lar leur, d'une plaque de matière souple 3 destinée à amortir le bruit de roulement du piston 4 auquel elle sert de piste. Au sommet de cette cavité cylindrique sont percées deux ouvertures rectangulaires 5 et 6 dont la largeur est limitée par l'épaisseur des paroies des cavités 7 et 8, réservées à l'aspiration et au refoulement des gaz, dans lesquelles elles débouchent. Ces cavités étant elles-memes en communication avec les collecteurs 9 et IO fixés de part et d'autre de la cellule par les vis II et rendus étanches par les joints I2 et I3. Séparant les cavités 7 et 8, le coulisseau transversal I4 dont la largeur est identique å celle de la cellule et du piston, coulisse dans la rainure I5, elle-meme ouverte sur toute l'épaisseur de la cellule, entre les guides I6,I7, I8 et I9, de meme largeur que la rainure, qui servent à la fois, de guides, de pièces d'usure supportant les réactions latérales du coulisseau à la pression des gaz, et de joints d'étanchéité. Cette étanchéité est nécessaire en premier lieu, pour empecher les gaz comprimés dans la cavité 8, de passer dans la cavité d'aspiration 7 et, en second lieu, interdire toute fuite des gaz comprimés pénétrant par le trou calibré 20 afin d'exercer à la fois, une pression d'équilibrage et une poussée descendante sur la partie supérieure du coulisseau.Un couvercle 21, fixé par des vis 22, sur les cellules, obstrue hermétiquement, à l'aide d'un joint 23, l'ouverture supérieure de la rainure I5 qui sert d'accès au coulisseau. La partie inférieure de ce coulisseau est munie d'un joint d'étan chéité cylindrique à méplat 24, de même largeur, venant s'appuyer sur le piston dont il épouse les oscillations grâce à ce méplat et à la forme également cylindrique de son logmnt. Ce joint est en tous points identique aux joints guides I6,I7,I8 et I9. Un ressort métallique 25, guidé par la tige 26 vissée dans le couvercle 21, pénètre dans un logement cylindrique percé au centre du coulisseau afin d'exercer sur celui-ci une pression calculée pour compenser l'effort de frottement des guides sur le coulisseau, lui imprimer une force descendante additionnelle à la poussée des gaz introduits par le trou 20 et maintenir, au démarrage de l1appareil, le contact indispensable du coulis seau sur le piston en absence de gaz comprimés Le mode d1assemblage des différents éléments de llappareil visible sur la fig. 2,montre en particulier, que le rôle des cloisons planes intercalaires 2 qui séparent les cellules est, d'une part, de créer des enceintes tubulaires indépendantes d'un volume déterminé et, d'autre part, de servir de paroies latérales sur lesquelles viennent frotter les coulisseau I4 et les segments d'étanchéité 27 des pistons. Ces segments sont maintenus constamment en contact avec les parois par les joints toriques 28 qui ont également pour rôle de maintenir le piston à égale distance de ces paroies. Les cloisons qui épousent les contours extérieurs des cellules I et des éléments terminaux 48 et 49, sont, de ce fait, traversées par les boulons d'assemblage 29 qui les maintiennent ainsi fortement pressées entre les cellules pour assurer aux basses pressions une étanchéité suffisante sans joint. Les excentriques 30 logés dans l'alésage axial des pistons auxquels ils impriment le mouvement planétaire désiré, sont fixés sur l'arbre moteur 31 par des clavettes 32, de telle sorte que la résultante des forces dues à la force centriguge issue du mouvement planétaire des pistons1 soit nulle Des ouvertures découpées dans l'épiai sseur réduite de ces excentriques permettent le passage de l'air ainsi qu'une circulation d'autant plus efficace sur la face interne des pistons que les orifices 33 percés pour le passage de l'arbre et de l'air sont grands Les entretoises 34 montées sur l'arbre moteur maintienneflt les excentriques à distances convenables entre eux; elles-memes sont maintenues en place par les entretoises 35 venant en butées sur les roulements à bulles 36 et 37, le roulement dtextrémité 36 est bloqué par la rondelle-38, serrée sur l'arbre par la vis 39, tandis que le roulement 37 n'est bloqué par l'entretoise 40, qu'aù montage de la pièce d'accouplement au moteur, ou de la poulie, non repré- sentées sur le dessin, sur l'extrémité saillante de l'arbre Les roulements 36 et 37 logés dans les boitiers 41 et 42 sont maintenus en place par les joncs 43 et 44, un jeu suffisant est cependant prévu pour la dilatation de 1 'arbre. Les chapeaux 45 et 46 qui sont fixés sur les boitiers par les vis 47, débordent ces derniers pour les empecher de sortir de leur logement sans cpaurew ment, prévus sur les éléments terminaux 48 et 490 Cette construction facilite les opérations de montage et de démontage des éléments terminaux, des boitiers et par suite des roulements. La gorge circulaire 50 prévue à la périphérie des boitiers est reliée au logement interne des roulements par les trous 51 et 52, pour l'introduction du lubrifiant nécessaire à ces derniers par le graisseur 53 et ce, quelle que soit la position des boitiers. Le lubrifiant étant maintenu dans les boitiers par les joints 53 et 54 ne peut parvenir dans les cellules du fait de leur éloignement et de la cavité prévue autour des boitiers dans les éléments terminaux pour recevoir, le cas échéant, un ou deux ventilateurs, non représentés sur le dessin, pour activer la circulation à travers l'appareil de l'air qui pénètre et sort par les trous 55 percés autour des logements des boitiers Cet exemple n'est nullement limitatif quant au nombre de cellules et aux formes des différentes pièces qui composent l'appareil, lesquelles sont fonction des débits, vitesses, taux de compression et qualités des gaz à comprimer. L'invention prévoit en outre, pour les taux de compression dépassant I ou 2 bars, la suppression des ouvertures 5 et 6 dans la parole périphérique de la cavité cylindrique et leur report sur les paroies d'un coulisseau plus épais avec sorties entre les joints gui- des I6 et I7 d'une part, I8 et I9 d'autre part Bien que l'intercommunication qui s'établit entre les ouvertures au moment du passage du piston, au droit du coulisseau notait lieu que pendant une fraction de tour et avec des sections de fuite dues réduites(rendement volumétrique voisin de 97% à 2000 T/Mn pour une pression de 3000 mm d'eau) cette disposition particulière a l'avantage de supprimer ces fuites. -REVEND I CÂT IONS - I-Compresseur volumetrique pour fluides gazeux,sans soupape ni clapet,dont la variation de volume des chambres d'aspiration et de compression,est obtenue par le déplacement continu et dans un même sens,du contact étanche de la génératrice d'un piston cylindrique,roulant librement et sans glissement sur la périphérie iii- terne d'une enceinte également cylindrique fermée aux deux extré- mités par des cloisons parallèles étanches,sur lesquelles viennent s'appliquer les segments annulaires d'étanchéité latérale du piston,la séparation des chambres d'aspiration et de compression ainsi que de leur orifice respectif,percés au plus prés l'un de l'autre, dans la paroi périphérique de l'enceinte,est obtenu par une cloison transversale étanche, de même largeur que ltenceinte, prenant nappai par l'une de ses extrémités sur la surface cylindrique du piston, dont elle suit le mouvement planétaire,en coulissant dans une rainure pratiquée dans la paroi périphérique de cette enceinte.Te mouvement planétaire etant communiqué au piston par un excentrique solidaire d'un arbre moteur traversant l'en ceinte en son centre géométrique. 2-Utilisation d'une matière souple et élastique fixée par collage, vulcanisation,ou tout autre moyen sur la périphérie interne de l'enceinte servant de piste de roulement an piston,pour en atténuer le bruit,augmenter l'étanchéité du contact et l'adhérence. 3-Joint d'étanchéité et de guidage rectiligne,rigide ou semi-rigide de section cylindrique à méplat de contact,auto-orientable par rotation libre du joint dans un logement également cylindrique. 4-Utilisation des gaz comprimés par le piston pour exercer une pression dans le logement de la cloison transversale mobile,de nature à contraindre la dite cloison, avec une force de valeur constante et proportionnelle, à un contact permanent et étanche avec le piston quels que soient les mouvements de celui-ci. 5-Simplification de la construction du compresseur,réduction des modeles et meilleur équilibrage dynamique,obtenus par l'assemblage en série de céllules d'un nombre variable,fonction du volume de gaz a produire,avec la possibilité d'augmenter le taux de compression et le rendement global,par compression multi-étagée obtenue par l'assemblage en série cellules d'épaisseur progréssivement différente et par conséquent,de volume différent,associées à des cloisons intercalaires à double parois nécéssaires au circuit des gaz comprimés passant successivement d'une cellule à l'autre de l'entrée vers la sortie. 6-Procédé d'évacuation rapide de la chaleur issue du frottement des pièces en mouvement et de la compression des gaz,par une c-1-- culation d' air,naturelle ou activée par ventilateur,traversant complètement l'appareil en son centre,dont l'éfficacité due à ltétendue de la surface de contact directe avec ces pièces,permet la suppression des lubrifiants susceptibles de nuire à la pureté des gaz a comprimer. 7-Procédé de construction et d'assemblage des éléments permettant sans aucune modification l'utilisation de ce coipresseur soit,en pompe à vide soit,simultanément en compresseur et pompe à vide soit,en moteur pneumatique.