Brevet FR2221665A1 — publié le 19741011

La présente invention concerne une soupape automatique, en particulier pour compresseurs à pistons tournant à une vitesse variable comprenant un siege dont les passages sont ouverts ou fermés par des clapets en forme d!anneaux, de disques, de lames ou de languettes, dont le débattement est limité par des butées. On sait que, dans la conception des soupapes pour compressez à pistonS, il faut tenir compte de ta vitesse à laquelle tourne le compres seur puisque de cette vitesse dépendent notamment dans une forte mesure le caractéristiques que doivent avoir les eléments élastiques ainsi que le débattement ou course du clapet. Pour cette raison, la conception optimale des éléments élastiques agissant sur le clapet et du débattement de celui a seulement été possible pour une plage de vitesses de rotation fortement limitée dans les soupapes couramment utilisées jusqu!à pré-sent, par exemple dans celles dont les clapets ou obturateurs sont constitués par des disque'. ou-des lames. Cette limitation ne pose pas de problème pour les compressez entraînés à une vitesse de rotation constante. En revanche, s'il s'agit de compresseurs entraînés à une vitesse variable, comme cela est le cas par exemple pour les compresseurs alimentant les freins de véhicules automobil on doit se contenter d'une conception des soupapes pour une vitesse de rot tion moyenne. Pour les vitesses inférieures, il se produit un battement du clapet et, pour des vitesses supérieures à cette vitesse moyenne, le clapet se ferme tardivement. Le battement aussi bien que la fermeture-tardive ont un effet nuisible sur la duree de service des éléments mobiles de la soupa ainsi que sur la capacité du compresseur. t'objet de l'invention est une soupape fonetionnant sans battements et sans fermetures tardives dans une plage relativement grande de vitesses de rotation, de sorte qu'elle convient d'une manière particulièrement avantageuse aux compresseurs à pistons entraînés à une vitesse variable. Suivant l'invention, ce résultat est obtenu par une soupape qui t caractérisée par au moins deux clapets superposés, dont celui s'appliquant directement contre le siège présente,- en regard des passages du siège, des trous qui sont recouverts par le clapet disposé au-dessus,- et en ce que le débattement des différents clapets est limité par des butées situées à des distances différentes du siège. Une soupape ainsi réalisée est capable de s'adapter automatiquement à la vitesse de rotation du compresseur.A faible vitesse, les deux clapets ne s'écartent pas l'un de l'autre, de sorte que la soupape suivant l'invention fonctionne alors comme une soupape comprend un seul clapet. Par contre, lorsque la vitesse de rotation est relativement élevée, le clapet situé au-dessus, ou le plus loin du siège, s'écarte du clapet présentant les trous dès que ce dernier s'applique contre sa butée, de sorte que, lorsque la soupape est complètement ouverte, lesdits trous constituent des trajets d'écoulement supplémentaires qui augmentent la section d'écoulement globale.Au moment de la fermeture de la soupape, le clapet situé en haut, ou à la plus grande distance du siège, s'applique tout d'abord contre le clapet situé sous lui, ou plus près du siège, provoquant ainsi la fermeture en temps voulu de ce dernier clapet et évitant par suite les fermetures tardives. Par le choix approprié de la grandeur des trous et notamment par le choix approprié du rapport entre la section des trous et la section des passages fermés par le clapet s'appliquant directement contre le siège, une soupape suivant l'invention peut convenablement entre adaptée aux conditions de service de chaque application et en particulier à la plage des vitesses de rotation ainsi qu'aux pressions. Lorsqu'on utilise deux clapets superposés, seul celui appliqué contre le siège présente des trous; il est cependant également possible de prévoir un plus grand nombre de clapets superposés, auquel cas seul le clapet supérieur, ou extérieur, ne présente pas de trous, tandis que les clapets situés plus près du siège présentent avantageusement des trous de différentes grandeurs.Le clapet s'appliquant directement contre le siège présente dans ce cas les trous les plus grands. Une soupape suivant l'invention convient aussi bien comme soupape d'aspiration ou de refoulement pour compresseurs à pistons que comme soupape de retenue conçue pour un montage dans une canalisation tubulaire. Lorsque les clapets sont sollicités par des ressorts de fermeture ou lorsqu'ils sont serrés sur le siège sous une précontrainte élastique dans le sens de la fermeture, il est possible, suivant une autre caractéristique de l'invention, de charger chaque clapet recouvrant des trous d'un clapet situé sous lui par des forces élastiques spécifiques plus grandes, rapportées à l'aire de surface exposée à la pression quE recouvre directement lorsque la soupape est fermée, que ce clapet situé sous lui, si bien que tous les clapets s'écartent en meme temps du siège au moment de l'ouverture de la soupape. Un tel agencement assure le fonctionnement convenable d'une soupape suivant l'invention, Seul le clapet supérieur est de préférence chargé directement par des ressorts de fermeture, ou doté d'une précontrainte élastique en direction du siège.Les forces élastiques agissant sur le clapet supérieur maintiennent dans ce cas également les clapets situés sous lui contre le siège lorsque la soupape est fermée. Bien qu'il soit plusieurs fois question, dans la présente description, du clapet supérieur et des clapets situés sous lui, ou de désignations de position analogues, ces désignations ne sont pas limitatives car le clapet le plus éloigné du siège peut se trouver également tout à fait en bas, auquel cas les autres clapets sont situés au-dessus de lui. Selon une autre caractéristique de l'invention, le clapet appliqué directement contre le siège peut etre soutenu en outre dans la zone des trous par des nervures prdraes dans les passages du siège et entourant de préférence les trous de ce clapet. Cette mesure a pour but de supporter les clapets convenablement lorsque la soupape est fermée, afin qu'ils puissent résister à la différence de pression à laquelle ils sont exposés sans qu'il soit nécessaire 4e les rendre plus épais ou de les renforcer d'une autre manière, pour éviter l'augmentation de poids qui en résulterait. Le débattement du clapet appliqué directement contre le siège est avantageusement limité par plusieurs butées espacées latéralement et entre lesquelles sont prévus des évidements pour l'écoulement du fluide traversant les trous du clapet. Grace à cet agencement, les butées ne constituent pas un obstacle notable pour le flux traversant les trous du clapet, et le fluide peut s'écouler sur les deux bords du clapet supérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'un jeu de soupapes suivant l'invention, monté entre le cylindre et la tete de cylindre d'un compresseur à pistons; - la figure 2 est une vue de dessous du jeu de soupape représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une coupe axiale d'une soupape suivant l'invention comprenant des clapets ayant la forme d'un disque composé d'anneaux concentriques reliés les uns aux autres, la moitié gauche représentant la soupape à l'état fermé, et la moitié droite représentant la soupape å l'état ouvert; et - les figures 4 et 5 sont des vues en plan des clapets de la soupape représentée sur la figure 3. Le jeu de soupapes représenté sur les figures 1 et 2 est composé d'une soupape d'aspiration 1 et d'une soupape de refoulement 2 qui ont toutes deux des éléments obturateurs mobiles ou clapets constitués par des lames. Les deux soupapes ont un siège 3 commun3 formé par une plaque serrée entre un cylindre 4 et la tette de cylindre 5 d'un compresseur à pistons. Dans le siège 3 sont ménagés deux passages 6 pour la soupape d'aspiration et un passage 7 pour la soupape de refoulement. Les passages de la soupape d'aspiration 1 peuvent entre fermés ou ouverts par deux clapets 8 et 9 : le clapet 8 est appliqué directement contre le siège 3 et le clapet 9 est disposé au-dessus du clapet 8. Dans ce dernier' sont ménagés des trous 10 que le clapet 9 recouvre. Comme on le voit sur la figure 2 les clapets 8 et 9 de la soupape d'aspiration 1 sont constitués par deux lames ayant à peu près la forme d'anneaux, qui sont serrées à leur extrémité désignée' par 11 entre le siège 3 et le cylindre 4, et dont les extrémités opposées portent des languettes 12, 13 pouvant venir s'appliquer contre des butées 14 et 15 ménagées dans le cylindre 4 en ue de la limitation du débattement de ces deux clapets.Les deux butées 14, 15 i:ou- ra limitation du débattement ou de la course sont situées a des distantes dirférentes du siège 3, de sorte que les deux clapets 8 et 9 sont écartés l'un da l'autre lorsque la soupape est complètement ouverte, le clapet 9 - situé à 1'extérieur - découvrant alors les trous 10 du clapet 8 La soupape de refoulement 2 comprend également deux clapets superposés 16, 17, constitues tpar des lames relativement étroites, et dont celui s'appliquant directement contre le siège 3, c'està-dire le clapet 16, présente un trou 1 ue le clapet 17 recouvre.Audessus de ces deux clapets l6, 17 est prévu un butoir 19 qui est fixé sur le siège 3 par des vis 20 qui servent agilement à la fixation des clapets 16, 17. La partie médiane du butoir 19 pressente deux rebords 21 faisant saillie en direction du siège 3 et servant de butées pour limiter le débattement du clapet 16; ce dernier est légèrement plus large que le clapet 17, dont la butée est constituée par la face inférieure du butoir. La soupape à disque représente sur la figure 3 comprend un siège 22 et un butoir 23 qui sont reliés l'un à l'autre par une vis centrale 25 avec intercalation d'une bague d'espacement et de centrage 24. Dans le siège 22 sont ménagés des passages 26 qui sont subdivisés par des nervures 27, et le butoir 23 présente des passages 28. Les clapets 29 et 30 de cette soupape sont des disques composés d'anneaux concentriques reliés les uns aux autres et ils sont guidés sur la bague 24. Le clapet 29, représenté en plan sur la figure 4, s'applique directement contre le siège 22 et présente, en regard des passages 26 du siège, des trous 31 - ayant la forme de fentes s'étendant en arc de cercle - qui sont recouverts par le second clapet 30 qui est représenté en plan sur la figure 5.Les nervures 27 dans les passages 26 entourent les trous 31, de sorte que le clapet 29 en forme de disque reçoit un soutien supplémentaire à ces endroits. La soupape de la figure 3 comprend en outre un disque 32 formant ressort qui agit sur le clapet supérieur 30 par des languettes élastiques 33. Le clapet inférieur 29 n'est pas sollicité directement par un ressort. Le butoir 23 porte à sa périphérie des appendices 34 dirigés vers le bas et formant des butées pour limiter le débattement du clapet 29 et se trouvant à une plus petite distance du siège 22 que la face inférieure du butoir 23 - ou plus précisément le disque à ressort 32 disposé contre cette face inférieure - qui constitue la butée pour le clapet supérieur 30.Les appendices 34 définissent entre eux des évidements pour llécoulement du fluide passant par les trous 31 lorsque la soupape est ouverte. Comme il ressort des dessins, les deux clapets 8, 9 ou 16, 17 ou 29, 30 de chacune des soupapes représentées à titre d'exemple sont appliqués l'un contre l'autre sans jeu lorsque la soupape est fermée, de sorte que les passages 6, 7 ou 26 du siège ainsi que les trous 10, 18 ou 31 du clapet s'appliquant directement contre le siège sont fermés. Au moment de l'ouverture de la soupape, les deux clapets s'écartent tout d'abord ensemble du siège, jusqu 'à ce que le clapet 8,16 ou 29 situé le plus près du siège vienne s'appliquer contre sa butée 14, 21 ou 34. En fonction de la vitesse de rotation momentanée du compresseur, le clapet extérieur 9, 17 ou 30 s'écarte ensuite plus ou moins de l'autre clapet, en découvrant ainsi les trous de cet autre clapet, de sorte qu'une quantité supplémentaire de fluide peut passer à travers ces trous.Ce n'est que lorsque la vitesse de rotation est relativement élevée que le clapet supérieur ou extérieur est suffisamment écarté de l'autre clapet pour qu'il s'applique également contre sa butée. Au moment de la fermeture de la soupape, le clapet supérieur s'applique tout d'abord contre le clapet inférieur, en fermant les trous dans ce dernier; c'est après seulement que les deux clapets s'approchent .ensemble du siège et s'appliquent contre celui-ci. Les mouvements d ouverture et de fermeture décrits ci-dessus d'une soupape suivant l'invention sont encore favorisés par le fait que les deux clapets sont chargés par différentes forces élastiques spécifiques, rapportées aux aires de surface recouvertes par eux et exposées à la pression lorsque la soupape esc fermée. De préférence, seul le clapet extérieur ou supérieur est sollicité directemeat par un ou plusieurs éléments élastiques. Les soupapes de 19 exemple représenté sur les figures 1 et 2 ne comprennent pas de ressorts particuliers.Ies lames formant les clapets sont normalement maintenues contre le siège par leur élasticita propre, comme cela est habi tueilement le cas dans les soupapes de ce type.Par une courbre appropriée, les la'aus peuvent être dotées dette e précontrainte élastique ayant tendance à les maintenir appliquées contre le siège; le clapet situé à l'extérieur peut, dans ce cas, entre doté d'une plus forte précontrainte que le clapet s'appliquant directement contre le siège, de sorte qu'on obtient pratiquement le même effet que dans l'exemple représenté sur les tigures 3 à 5, où seul le clapet situé à l'extérieur est sollicité directement par tin disque à ressort. Une soupape suivant l'invention est donc capable de s'adapter automatiquement à la vitesse de rotation à laquelle le compresseur est entraîné, ce qui évite à la fois le battement des clapets à basse vitesse et les fermetures tardives à vitesse élevÉe. t REVENDICATIONS 1 - Soupape automatique, en particulier pour compresseurs à pistons tournant à une vitesse variable, comprenant un siège dont les passages sont ouverts ou fermés par des clapets en forme d'anneaux, de disques, de lames ou de languettes, dont le débattement est limité par des butées, caractérisée par au moins deux clapets superposés, dont celui s'appliquant directement contre le siège présente, en regard des passages du-siège-des trous qui sont-recouverts par le clapet disposé au-dessus, et en ce que le débattement des différents clapets est limité par des buté situées à des distances différentes du siège. 2 - Soupape selon la revendication 1, dans laquelle les clapets sont sollicités par des ressorts de fermeture ou sont serrés sur le siège et dotés d'une pré contrainte élastique ayant tendance à les maintenir appliqués contre le siège, caractérisée en ce que chaque clapet recouvrant des trous d'un clapet situé sous lui est chargé par des forces élastiques spécifiques plus grandes, rapportées à l'aire de surface exposé à la pression qu'il recouvre directement lorsque la soupape est fermée, que ce clapet situé sous lui, si bien que les deux clapets s'écartent en même temps du siège au moment de l'ouverture de la soupape. 3 - Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que seul le clapet supérieur est sollicité directement par des ressorts de fermeture ou est doté d'une précontrainte élastique ayant tendance à l'appliquer contre le siège. 4 - Soupape selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le clapet s'appliquant directement contre le siège est soutenu dans la zone de ses trous par des nervures prévues dans les passages du siège et entourant de préférence les trous de ce clapet. 5 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le débattement ou la course du clapet s'appliquant directement contre ie siège est limité par plusieurs butées latéralement espacées les unes des autres et définissant entre elles des évidements pou l'écoulement du fluide traversant les trous de ce clapet.