Brevet FR2244111A1 — publié le 19750411

L'invention concerne les soupapes des compresseurs et des pompes àaction volumique, et notamment les soupapes à passage direct pour compresseurs. Il est plus avantageux d'appliquer la présente invention aux soupapes à passage direct des compresseurs à piston dans lesquels la course du piston est relativement petite ; par exemple, on peut l'utiliser pour les compresseurs à piston des installations frigorifiques dans le cas où il est indispensable non seulement de réduire les pertes d'énergie, mais aussi de diminuer le volume de l'espace mort dans la soupape à passage direct. On connaît une soupape à passage direct utilisée pour les compresseurs, qui est réalisée sous forme d'un disque eonstitué d'un empilage de sièges plats et de plaques élastiques alternés, disposés suivant des cordes parallèles dudit disque, et embrassés par des anneaux de raccordement, la surface latérale de ladite soupape étant pourvue d'un bourrelet d'appui pour le montage de la soupape dans le cylindre du compresseur, Les sièges sont réalisés sous forme de bandes rigides, dont la section transversale est rectangulaire et dans lesquelles sont taillées d'un coté des rainures transversales destinées au passage du fluide, tandis que de l'autre côté sont pratiquées des cavités destinées à permettre le déplacement de la plaque élastique se joignant au siège au cours de l'ouverture de la soupape. Les sièges latéraux extrêmes sont réalisés sous forme de segments dans lesquels sont taillées les rainures du côté où les plaques élastiques se joignent à eux pour le passage du fluide. Â la partie médiane de la soupape est placée une pièce intermédiaire suivant le diamètre du disque. Dans ladite pièce, suivant des plans parallèles l'un à l'autre qui s'appliquent aux plaques élastiques, sont.pratiquees les cavités dans lesquelles s'engagent lesdites plaques sous l'action de la pression du fluide pendant l'ouverture de la soupape. Les plaques élastiques sont serrées entre les sièges (deux plaques moyennes sont serrées entre le siège et la pièce intermédiaire) suivant un contour rectangulaire- non ferme Dans ce cas,, pour assurer le coulissement de la partie moyenne de chacune des plaques élastiques, on a prévu des fentes transversales dans lesdites plaques. Ainsi, un lot de plaques élastiques et de sièges forme un disque à la partie médiane duquel est prévu un bourrelet destiné à fixer la soupape dans le logement du cylindre du eompresseur et à le rendre étanche à l'aide d'une garniture annulaire posée sur la surface frontale du bourrelet d'appui.La fixation des pièces de la soupape est réalisée à aide des anneaux de raccordemént qui sont disposés des deux côtés du bourrelet d'appui de la soupape. Les anneaux de raccordement ont une surface de joint conique et sont positionnés suivant la hauteur à l'aide de plaques d'arrêt å-tête en T. Les sièges latéraux sont pourvus de rainures dans lesquelles sont engagées, les tettes des des plaques d'arrêt qui, après la pose de l'anneau de raccordement, sont rabattues vers sa face. L'inconvénient de la soupape réalisée selon la conception connue réside dans le fait que la disposition des anneaux de raccordement des-deux côtés du bourrelet de la soupape conduit à une augmentation de la hauteur de la soupape, ce qui se traduit par un accroissement de l'espace mort des canaux de la soupape. De ce fait, il est indispensable d'augmenter les dimensions du cylindre du compresseur. En plus, l'augmentation de la hauteur de la soupape entralne l'élévation de la consommation de métal pour la fabrication de la soupape. L'augmentation de l'espace mort conduit à ce qu'au cours de la compression du gaz dans le cylindre du compresseur, une certaine quantité de gaz comprimé s'aCcumule dans l'espace mort des soupa-pes, qui s'écoule dudit espace dans l'enceinte du cylindre et, én occupant une partie de son volume, diminue le débit du compresseur. L'influence nuisible de l'espace mort se manifeste également par un accroissement des dépenses unitaires d-'énergie dans le-eompresseur. Les plaques se trouvant dans la soupape de grande hauteur sont caractérisées par le fait que la, largeur de la partie mobile est, trop grande- ; il s'ensuit une élévation de l'inertie de la soupape, une diminution de l'action rapide et, donc, des possibilités limitées d'utilisation des soupapes à passage direct connues dans les compresseurs fonctionnant à des vitesses de rotation élevées. L'ons"est donc proposé de mettre au point une soupape à passage direct, dont la conception serait adaptée à l'utilisation dans les compresseurs fonctionnant à des vitesses de rotation élevées, et dont l'espace mort aurait un volume plus réduit et, par conséquent, assurerait un rendement plus élevé du compresseur. Ce problème est résolu du fait que dans une soupape à passage direct de compresseur, réalisée sous forme d'un disque constitué d'un empilage de sièges plats et de plaques élastiques alternés, disposés suivant des cordes parallèles dudit disque et embrassés par des anneaux de raccordement, et dotée d'un bourrelet d'appui sur sa surface latérale pour le montage de la soupape dans le cylindre du compresseur. Conformément à l'invention, le bourrelet d'appui est pourvu d'une surface latérale conique, et sur ledit bourrelet est emmanché l'un des anneaux de raccordement. En plaçant l'anneau de raccordement immédiatement sur le bourrelet de la soupape on réussit a diminuer sa hauteur et, par conséquent, à réduire le volume de ltespace mort dans la soupape de 40 à 50 % approximativement. Cela contribue à ltélevation du débit du compresseur et permet d'obtenir un fonctionnement plus économique de celui-ci. En plus, la diminution de la hauteur de la soupape et, par conséquent, de la longueur de ses canaux permet de réduire la résistance de la soupape toute entière et d'obtenir également un fonctionnement plus économique du compresseur. Selon l'une des versions de réalisation de l'invention, la surface intérieure de l'anneau de raccordement emmanché sur le bourrelet s'applique sur sa surface conique suivant toute la longueur de la génératrice du cône. Selon une autre version de réalisation, l'anneau de raccordement emmanché sur le bourrelet s'applique sur sa surface conique suivant la circonférence de petit diamètre du cone ; à cet effet, l'angle de conicité de la surface intérieure de l'anneau de raccordement est réalisé-quelque peu supérieur à celui de la surface du bourrelet. Un tel mode de réalisation permet de simplifier la conception de la soupape, car il n'est pas nécessaire; en ce cas, de positionner l'anneau de raccordement suivant la hauteur de la soupape à l'aide de plaques d'arrêt. Il est avantageux que l'arrête de l'anneau de raccordement s'appliquant sur la surface du bourrelet soit réalisée aiguë-pour qutelle s'enfonce dans ladite surface. Grâce à cela, on obtient une fixation plus sûre de l'anneau de raccordement. Il est avantageux également des doter l'anneau de raccordement d'au moins deux saillies aiguisées, disposées à égale distance l'une de l'autre suivant la circonférence, et s'enfonçant dans la surface conique du bourrelet. Une telle réalisation envisagée de la soupape est utilisée quand il est avantageux de créer une pression de l'anneau de - raàcordement en certains points-d-e la circonférence. Ci-après est donnée une description détaillée d'exemples non limitatifs de-réaiisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, qui représentent. - la figure t, le profil de la soupape à passage direct conforme à l'invention, dotée de deux anneaux de raccordement, vue de côté avec coupe transversale partielle - la figure 2, une vue de dessus de la soupape à passage direct conforme à l'invention - la figure 3, une vue en coupe suivant III-III-de la figure i - la figure 4, l'anneau de raccordement, dont l'angle de conicité est supérieur à celui de la surface du bourrelet (en coupe transversale partielle) - la figure 5, une vue de dessus du secteur de l'anneau de raccordement pourvu d'une saillie - la figure 6, une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 5 ; - la figur-e 7 le secteur de l'anneau de raccordement pourvu d'une saillie formée par un bosselage local (coupe transversale). La soupape à passage direct est constituée par un disque constitué d'un empilage de sièges plats 1 (figure 1) et de plaques élastiques 2 alternés, disposés suivant des cordes parallèles dudit disque. D'une manière générale, la forme des sièges t et des plaques 2 ne se distingue pas de la forme connue. Les sièges 1 sont réalisés sous forme de bandes rigides. D'un côté desdits sièges sont taillées des rainures transversales 3 pour le passage du fluide, tandis que de l'autre côté sont pratiquées des cavités 4 destinées à permettre-le déplacement de la plaque élastique 2 se joignant au siège 1. Les sièges latéraux extresmes 5 (figure 2) sont réalisés sous forme de segments. Dans la partie médiane de la soupape, suivant le diamètre du disque, est disposée une pièce intermédiaire 6 à laquelle se joignent les plaques élastiques 2 de deux côtés. Dans les sièges latéraux 5, du côté de leur contact avec les plaques élastiques 2 sont pratiquées des rainures 3 pour le passage du fluide tandis que dans la pièce intermédiaire sont ménagées des cavités 4 dans lesquelles s'engagent les plaques élastiques 2 sous l'action de la pression du fluide. Les plaques élastiques 2 sont serrées entre les sièges t et 5 suivant un contour rectangulaire non fermé. Le secteur de pincement des plaques 2 (figure 3) entre les sièges t est hachuré. Ires fentes transversales 7 ménagées dans chaque plaque élastique 2 au voisinage des secteurs de pincement assurent la possibilité de déplacement de la partie médiane desdites plaques. A la partie supérieure (suivant le dessin) de la soupape est prévu- un bourrelet annulaire d'appui 8 dont la surface latérale 9 est réalisée, conformément à l'invention, conique. Le bourrelet 8 est destiné à fixer la soupape dans le logement du cylindre 1Q (figure 1) du compresseur et à le rendre étanche dans ledit logement à l'aide d'un joint il qui s'applique sur la surface inférieure frontale (selon le dessin) du bourrelet 8. La fixation des pièces formant la soupape s'opère à l'aide des anneaux de raccordement 12 et 13 ; l'un des anneaux (l'anneau 12), conformément à l'invention, est emmanché sur la surface latérale du bourrelet 8. L'autre anneau (13) a une surface intérieure conique et est emmanché sur la partie de la soupape se trouvant au-dessous (selon le'dessin) du bourrelet 8 et s'engageant dans le logement du cylindre 10 du compresseur. Cet anneau de raccordement 13 est immobilisé suivant la hauteur de la soupape à l'aide de plaques d'arrêt connues, (non représentées) dotées d'une tête en forme de T. Sur la surface extérieure des sièges latéraux 5 sont taillées des rainures dans lesquelles-sont engagées les têtes des plaques d'arret. Après avoir terminé la pose de l'anneau de racordement 13, les extrémités des plaques d'arrêt sont rabattues vers sa face. La soupape proposee ne peut pas servir de soupape de retenue, cte3t-à-dire qq'il est impossible de l'utiliser en tant que soupape -d'admission et de refoulement, en ayant changé au préalable son montage dans le logement du cylindre 10. Le secteur de pincement de la partie mobile de la plaque élastique 2 des soupapes d'admission, qui est fléchie sous l'action de la pression du fluide, setrouve près de la surface frontale de la soupape du coti du bourrelet d'appui 8 (figure 3). Dans les soupapes de refoulement, ce secteur de pincement de la plaque ? se trouve-pres de la surface frontale opposée; c'est-à-dire à la partie de la soupape engagée dans la cavité du cylindre 10 (figure 1)-du compresseur. En posant les soupapes par ive bout oppose, on peut transformer la soupape d'admission en soupape de refoulement et la soupape'de refoulement en soupape d'admission, mais il se forme alors un grand espace mort, et c'est pour cette raison qu'on ne prévoit pas l'utilisation de ce montage. Vu que la soupape ne peut être transformée pour les autres fonctions, on supprime le risque de son montage par le bout opposé dans le même logement du cylindre 10 et donc la détérioration du cylindre 10 du compresseur à la suite d'un montage incorrect. En plus, les plaques élastiques 2 des soupapes d'admission et de refoulement se distinguent en règle générale par leur épaisseur, et c'est pour cette raison quelles ne sont pas interchangeables. Selon la conception et la fonction de la soupape, on choisit la force de serrage des anneaux de raccordement 12 et 13 en fonction de l'étanchéité nécessaire à obtenir dans le joint entre le siège t et la plaque élastique 2 pour chaque cas concret lors de l'action de la différence maximale des pressions. Dans le cas de la soupape de refoulement, on doit assurer une étanchéité du joint plus élevée que pour la soupape d'admission, car pendant l'admission du gaz dans l'enceinte du cylindre 10 du compresseur, la différence entre la pression de refoulement et la pression d'admission agit sur toute la surface des plaques élastiques 2 de la soupape de refoulement, y compris la surface de pincement entre les sièges 1.Cette force atteint sa valeur maximale dans la plaque 2, dont la longueur est plus grande et qui est disposée suivant la corde la plus voisine du diamètre. il se crée alors un effort orienté vers l'écartement des joints entre les plaques 2 et les sièges 1 et qui provoque la traction et, comme résultat, la-rupture des anneaux de raccordement 12 et 13. On prévoit une série de versions pour immobiliser l'anneau de raccordement 12 emmanché sur le bourrelet 8. Sur la figure 3 est représentée la version de la fixation de l'anneau de raccordement 12 sur la surface latérale conique 9 du bourrelet 8, selon laquelle la surface intérieure de- l'anneau de raccordement 12 s'applique sur sa surface conique 9 suivant toute la longueur de la génératrice du cône. En déplaçant l'anneau t2 le long de la génératrice du cône, il est possible de régler le degré de tension 12 et, par conséquent, l'étanchéité des joints entre les plaques 2 et les sièges. Selon une autre version de fixation de l'anneau 12, avec son immobilisation sur le bourrelet 8, on prévoit la réalisation de l'anneau 12 avec un angle de conicité supérieur à celui de la surface 9 du bourrelet 8 (figure 4). L'arête de l'anneau de raccordement 12 est réalisée aiguë pour qu'elle puisse s'enfoncer dans la surface 9 du bourrelet 8 qui est fabriqué à partir d'un matériau plus doux que celui de l'anneau 12. Selon une autre version de fixation, l'anneau 12 (figures 5 et 6) est pourvu d'au moins deux saillies aiguisées (le nombre de saillies dépendant du diamètre de la soupape) qui s'enfoncent dans la surface 9 du bourrelet 8. C'est ainsi qu'on supprime le glissement de l'anneau 1 . Encore une autre version de l'immobilisation de l'anneau 12 consiste à le fixer par rapport àla surface 9 du bourrelet 8 au moyen d'un bosselage local (figure 7). La hauteur de la soupape proposée est inférieure à celle de la soupape de concepti-on connue. En conséquence, le volume de l'espace mort dans cette soupape est notablement réduits C'est pourquoi il est possible d'utiliser la soupape proposée dans les compresseurs des installations frigorifiques, où les soupapes de cônéeption connue ne pouvaient pas être employées par suite de leur volume~important d'espace mort. La diminution e la hauteur de la soupape permet de réduire son encombrement. La soupape à passage direct fonctionne de la manière suivante. La soupape s'ouvre lorsque la pression en amont de la soupape suivant l'écoulement du fluide dépasse la pression en aval de la soupape. Â la suite de cette différence des pressions, la partie mobile des plaques 2 est courbée vers les cavités 4 pratiquées dans les sièges 1 et dans la pièce intermédiaire 6. Il se forme alors des fentes suivant-le contour des parties des plaques 2 entre les plaques 2 et les cavités des sièges 7 et 5 sur lesquels sont ménagées les rainures pour le passage du fluide. Le fluide s'écoule à travers les fentes ainsi formées. La plus grande ouverture de la soupape a lieu au moment où la différence des pressions a pour effet de courber les plaques 2 suivant toute la profondeur de la cavité 4. L'accroissement ultérieur de la vitesse du gaz dans la soupape et donc l'élévation de la différence des pressions dans la soupape ne provoquent pas de variation ultérieure de la section de passage de la soupape. La soupape commence à se fermer lorsque la différence de pression décroît Jusqu'à une valeur inférieure à orle nécessaire à l'ouverture complète de la soupape Au fur et à mesure que cette différence se rapproche de zéro > le fléchissement de la partie mobile des plaques 2 diminue et la soupape se ferme alors complètement. La soupape réalisée conformément à l'invention est caractérisée non seulement par son espace mort inférieur à celui des soupapes à passage direct connues, mais aussi par sa résistance plus faible, qui sont obtenus grtce à la diminution de la longueur des canaux. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisonst si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadredes revendications qui suivent. REVJNDATI ONS 1. Soupape à passage direct, notamment pour compresseur, du type se présentant sous forme d'un disque constitué par un empilage de sièges plats et de plaques élastiques alternés, disposés suivant des cordes parallèles dudit disque et encerclés par des anneaux de serrage, ladite soupape étant pourvue, sur sa surface latérale, d'un bourrelet d'appui pour le montage de la soupape dans le cylindre d'un compresseur, caractérisée en ce que ledit bourrelet d'appui a une surface latérale conique t l'un desdits anneaux de serrage étant emmanché sur ledit bourrelet. 2. Soupape à passage direct selon la revendication 1, caractérisée en chaque la surface intérieure de l'anneau de serrage, emmanché-sur le bourrelet steppique sur la surface conique de celui-ci suivant toute la longueur de la génératrice de ladite surface conique. 3. Soupape à passage direct selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau de serrage emmanche sur le bourrelet s'applique sur la surface conique de celui suivant la circonférence de.plus faible diamètre de ladite surface conique l'angle de conicité de la surface intérieure de l'anneau de serrage étants à cet effet, quelque peu supérieur à celui de la surface du bourrelet. 4. Soupape à pa-ssage direct selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'arete de l'anneau de serrage stappliquant sur la surface conique du bourrelet est réalisée tranchante pour qu'elle guisse s'enfoncer dans ladite surface. 5. Soupape à passage direct selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'anneau de serrage est pourvu dtau moins deux saillies tranehantes disposées à égale distance l'une de l'autre suivant la circonférence de l'anneau de serrage et s'enfonçant dans la surface conique du bourrelet.