Brevet FR2259257A1 — publié le 19750822

La présente invention concerne le domaine de la construction des compresseurs et plus précisément les cylindres des compresseurs a piston. La présente invention peut étre appliquée avec succes dans les compresseurs pour la régulation économique progressive ou graduée de leur rendement destinés à étre utilisés dans l'industrie chimique, par exemple dans la production d'engrais azoté ou de méthanol, dans la production du gaz et dans l'équipement de traitement du gaz, par exemple pour le transport du gaz et dans la production de l'énergie pour les installations pneumatiques. On connaft déjà le cylindre du compresseur à piston comportant un piston monté avec possibilité du déplacement le long de l'axe du cylindre et les soupapes d'admission et de refoulement cylindriques. La soupape d'admission met en comsunication l'enceinte d'admission du cylindre avec l'enceinte de travail du cylindre et,faisant en réalité la fonction de la soupape de retendue, ouvre le passage au courant du fluide à comprimer que dans la direction de l'enceinte d'admission à l'enceinte de travail du cylindre.La soupape de refoulement met en communication l'enceinte de refoulement du cylindre avec l'enceinte de travail du cylindre et, faisant en réalité la fonction de la soupape de retenue, n'ouvre le passage au courant de fluide comprimé de l'en- ceinte de travail du cylindre å l'enceinte de refoulement. La soupape cylindrique réalisée sous forme d'un lot de plaques annulaires dentées et de sièges annulaires rigides, percés de canaux radiaux destinés å l'écoulement du fluide comprimé qui alternent consécutivement. Le volume intérieur de la soupape cylindrique est occupé partiellement par un cOne-expulseur. Ce dernier est destiné a réduire le volume de "l'espace mort" principal du cylindre.Le cylindre du compresseur a piston est doté également d'un moyen permettant de régler son débit. Au moment actuel, on connaît largement les moyens similaires. DaMs un cas, ce moyen est destiné à la régulation étagée du débit du cylindre. Ledit moyen est constitue par une capacité d'un volume constant, dont l'enceinte est reliée a l'enceinte de travail du cylindre par l'intermédiaire d'une soupape de communication réalisée sous forme d'une vanne. Lorsqu'on ouvre la soupape de communication l'enceinte de la capacité est additionnée au volume de l'enceinte de travail du cylindre et accroit Wu'espace mort principal du cylindre au volume de la capacité qui est en ce cas "un espace mort" supplémentaire.A la compression du fluide comprimé dans l'enceinte de travail du cylindre, une partie dudit fluide s'écoule vers la capacité à travers la soupape de communication et, à l'expansion, du fluide à comprimer revient de la capacité dans l'enceinte de travail du cylindre en diminuant ainsi le volume du fluide aspiré à comprimer. La diminution du volume du fluide aspiré à comprimer conduit à la variation à gradins du débit du compresseur. Dans les autres cas, le moyen est destiné à régler progressivement le débit du cylindre. Ce moyen est constitué par une capacité d'un volume variable et réalisé sous forme du cylindre dans lequel se déplace un piston le long de son axe. L'enceinte du cylindre est mise en communication avec l'enceinte du cylindre du compresseur et sert "d'espace mort" supplé dentaire Au cours du déplacement du piston dans le cylindre du compresseur qui est un moyen de régulation du débit du cylindre du compresseur, "l'espace mort" supplémentaire varie. Ainsi, on obtient la régulation progressive du débit du cylindre du compresseur à piston. La régulation par saccades du débit du cylindre du compresseur se fait également à l'aide d'un moyen constituant une soupape de retenue d'un type de vanne, qui met en communication l'enceinte de travail du cylindre du compresseur avec son enceinte d'admission. A l'ouverture de la soupape de by-pass, le fluide à comprimer, arrivé à l'enceinte de travail du cylindre à travers la soupape annulaire d'admission, s'écoule librement de enceinte de travail du cylindre à l'enceinte d'admission sans subir la compression. Ainsi, le fluide à comprimer s'écoule de l'enceinte de travail du cylindre pendant toute la course du piston dans le sens opposé au sens du déplacement du piston lors de I'aspiration. Donc, la soupape de bypass assure la régulation par saccades du débit du cylindre du compresseur à partir de son débit total jusqu'au zéro, ctest-àwdire jusqu'à l'interruption complète de l'amenée de fluide à comprimer de l'enceinte de travail du cylindre à son enceinte de refoulement. L'inconvénient du cylindre connu du compresseur à piston réside en ce qu'en plus des soupapes d'admission et de refoulement il est nécessaire de prévoir aussi les soupapes de communication d'un type de vanne qui mettent en communication l'enceinte de travail du cylindre avec l'enceinte de la capacité d'un volume constant ou avec l'enceinte d'admission du cylindre. I1 en résulte non seulement la conception compliquée du cylindre mais, dans certains cas, il est bien difficile de disposer les soupapes susmentionnées.C'est pourquoi on doit réduire les dimensions des soupapes d'admission, de refoulement et de communication ce qui se traduit par des pertes importantes gazodynamiques d'énergie ou bien les disposer en quinconce avec un déplacement par rapport à l'axe du cylindre ce qui conduit à l'augmentation de l'encom- brement du cylindre et du volume de "l'espace mort" renfermé dans le cylindre du compresseur. En conséquence, le coefficient volumique du cylindre décrott. La diminution du coefficient volumique du cylindre influe négativement sur le fonctionnement économique du compresseur et nécessite à son tour l'augmentation des dimensions du cylindre Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. L'on se propose de mettre au point un cylindre de compresseur à piston qui augmenterait le fonctionnement économique du compresseur a piston grace d la disposition réciproque des moyens pour la régulation du débit du compresseur et de la soupape cylindrique. Le problème posé est résolu par le fait que,dans le cylindre du compresseur à piston comportant un piston, monté avec possibilité du déplacement le long de l'axe du cylindre, des soupapes d'admission cylindriques, dont chacune met en communication l'enceinte d'admission du cylindre avec son enceinte de travail et est constituée par un lot de plaques dentées élastiques annulaires et des sièges annulaires rigides, percés de canaux radiaux pour l'écoulement du fluide à comprimer, alternant consécutivement, des soupapes de refoulement cylindriques, dont chacune met en communication l'enceinte de refoulement du cylindre avec son enceinte de travail et est constituée par un lot de plaques annulaires élastiques dentées et de sièges annulaires rigides, percés de canaux radiaux pour l'écoulement du fluide comprimés qui alternent consécutivement, conformément à-l'invention, au moins une soupape cylindrique est dotée d'un moyen connu pour la régulation du débit du cylindre se dépla çant dans le sens axial, dont l'élément mobile est disposé coaxialement à lLintérieur de la soupape cylindrique. Le cylindre du compresseur à piston réalisé de cette manière réduit "l'espace mort" car en ce cas on utilise l'enceinte à l'intérieur de la soupape cylindrique en tant que le canal reliant le moyen réglant le débit du cylindre avec l'enceinte de travail du cylindre. La réduction de "l'espace mort", comme il est connu, favorise le fonctionnement économique du compresseur et conduit à la réduction de l'encombrement du cylindre. En ce cas, on réussit à simplifier la conception du cylindre. La disposition mutuelle du moyen réglant le débit du cylindre et de la soupape cylindrique et notamment la disposition de l'élément mobile du moyen réglant le débit du cylindre à l'intérieur de la soupape cylindrique réduisent lincombrement du cylindre, et permettent de disposer sur le cylindreslss soupapes d'admission et de refoulement, dont les sections de passage sont augmentées, ce qui diminue les.pertes gazodynamiques en énergie dans le cylindre, et par consequent favorise également le fonctionnement économique du cylindre et du compresseur en général. Il est avantageux de réaliser l'élément mobile sous forme de soupape de by-pass reliant l'enceinte de travail du cylindre avec la capacité, dont l'enceinte forme "l'espace mort" supplémentaire d'un volume cons tant Cette réalisation de l'élément mobile assure la régulation du débit a gradins du compresseur sans recourir à l'augmentation sensible de "l'espace mort" principal du cylindre car en ce cas c'est l'enceinte à l'fn- térieur de la soupape cylindrique qui est utilisée en tant que le canal reliant la capacité avec l'enceinte de travail du cylindre. De ce fait, on réduit davantage l'encombrement du cylindre. Il est avantageux de réaliser l'élément mobile sous forme de piston qui en se déplaçant libère le volume constituant "l'espace mort" réglable. Cette réalisation de l'élément mobile assure la régulation progressive du débit du cylindre. Au cours de la régulation du débit du cylindre, lorsque le piston est sorti de la soupape cylindrique, la section de passage du canal à l'intérieur de la soupape cylindrique augmente ce qui réduit les pertes gazodynamiques d'énergie dans le cylindre. Cela favorise le fonctionnement économique du compresseur. Il est désirable de réaliser l'élément mobile sous forme de la soupape reliant l'enceinte d'admission du cylindre avec son enceinte de travail. Cette réalisation de l'élément mobile assure la régulation à gradins du débit du cylindre. L'emplacement de la soupape àl'istérieur de l'enceinte de la soupape cylindrique permet de réaliser sa section de passage d'une plus grande mension,égale à la sirfaoe dela section transversale de l'enceinte àl'lntérleur de la soupape cylindrique ce qui réduit sensiblement les pertes gazodynamiques d'énergie pendant la régulation du débit du cylindre et, pendant le fonctionnement du cylindre lors du débit total,ne conduit pas pratiquement à l'augmentation de "l'espace mort". C'est ainsi qu'on favorise le fonctionnement économique du compresseur en cas de l'absence de la régulation et on réduit les pertes gazodynamiques d'énergie au régime de régulation. Les autres objectifs et les avantages de l'invention ressortiront mieux des exemples, de réalisation et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 schematise le cylindre du compresseur a piston qui est doté d'un moyen assurant la régulation à gradins de son débit, confor mément d l'invention, en coupe longitudinale, - la figure 2 représente le cylindre du compresseur à piston, doté d'un moyen assurant la régulation progressive de son débit conformément à l'invention en coupe longitudinale, - la figure 3 représente le cylindre du compresseur à piston, doté d'un moyen assurant la régulation à gradins de son débit a saccades de 100 % à 0 7 du débit de l'enceinte du cylindre, conformément à l'invention, en coupe longitudinale. Le cylindre du compresseur à piston comporte une soupape d'admission cylindrique 1 (figure I), une soupape de refoulement cylindrique 2. A l'intérieur du corps 3 du cylindre est posé le piston 4 avec possibilité de déplacement suivant l'axe du cylindre. La soupape d'admission 1 relie l'enceinte d'admission 5 du cylindre à son enceinte de travail 6 tandis que la soupape de refoulement 2 met en communication l'enceinte de travail 6 avec l'enceinte de refoulement 7 du cylindre. Chacune des soupapes cylindriques 1 et 2 est réalisée sous forme d'un lot de plaques annulaires élastiques dentées 8 et des sièges annulaires rigides 9, percés des canaux 10 pour l'écoulement du gaz, qui alternent. La soupape de refoulement 2 est pourvue d'un cne-expulseur 11. La soupape d'admission cylindrique 1 est pourvue d'un moyen réglant le débit du cylindre. Le moyen pour la régulation à gradins du débit du cylindre comprend la capacité 12, dont l'enceinte forme "l'espace mort" supplémentaire d'un volume constant. La capacité 12 est mise en communication avec l'enceinte de travail 6 du cylindre au moyen de la soupape de by-pass 13 d'une plus grande section de passage. La soupape de by-pass 13 est logée à la partie conique 14 de la capacité 12 tandis que la partie conique 14 de la capacité 12 est placée à l'intérieur de l'enceinte 15 de la soupape d'admission cylindrique 1. Le déplacement de la tige 16 de la soupape de by-pass 13 se fait à la main soit à l'aide du servomécanisme 17. Le cylindre du compresseur à piston fonctionne de la manière suivante. Pendant la course du piston 4 à laquelle le volume de l'enceinte de travail 6 du cylindre augmente, la pression de gaz dans l'enceinte de travail 6 décroit et. sous l'action de l'excédent de pression entre l'enceinte d'admission 5 et de l'enceinte de travail 6 du cylindre,la soupape d'admission 1 s'ouvre et le gaz parvient de l'enceinte d'admission 5 à l'enceinte de travail 6 du cylindre. Au début de la course du piston 4 dans le sens opposé, le gaz est comprimé dans l'enceinte de travail 6 du cylindre et lorsque la pression de gaz dans celle-ci a dépassé celle de l'enceinte de refoulement 7, la soupape de refoulement 2 s'ouvre et le gaz comprimé est expulsé de l'enceinte de travail 6 du cylindre dans l'enceinte de refoulement 7. Au cours de la régulation du débit du cylindre, le servomécanisme 17 agissant par l'intermédiaire de la tige 16 ouvre la soupape de by-pass 13, ensuite une partie de gaz s'écoule par la soupape 13 à la capacité 12 au cours de la compression du gaz dans l'enceinte de travail 6 du cylindre. Pendant l'expansion du gaz dans l'enceinte de travail 6 du cylindre, le gaz revient de la capacité 12 à l'enceinte de travail 6 du cylindre et en occupant une partie de son volume réduit le volume du gaz arrivant de l'enceinte d'admission 5 a l'enceinte de travail 6 du cylindre en diminuant ainsi le débit du compresseur. Dans le but d'obtenir les limites prescrites de la régulation du débit, d'augmenter le nombre de gradins de la régulation ainsi que de permettre la variation des pressions entre les gradins dans les compresseurs å plusieurs gradins de régulation,les dispositifs, proposés pour la régulation du débit, sont montés sur plusieurs soupapes d'un ou de plusieurs cylindres d'un ou de plusieurs étages. Le moyen destiné régler progressivement le débit comporte le cylindre 18 (figure 2) dans lequel coulisse un piston 19 suivant son axe. Le piston 19 est déplacé par la tige 20. Le cylindre 18 est disposé immédiatement au-dessus de la soupape cylindrique 1. Le piston 19 est réalisé conique et lors du débit total la partie conique 21 du cylindre du compresseur entre à l'intérieur de l'enceinte 15 de la soupape cylindrique 1. A cette position, le piston 19 est appliquée contre le bourrelet d'appui 22 de l'anneau 23. On supprime ainsi la fuite de gaz aux joints d'étanchéité 24 du piston 19. Pour déplacer la tige 20, on a prévu un mécanisme à main 25 soit un servomécanisme. Au cours de la régulation du débit du cylindre du compresseur, le mécanisme 25 fait déplacer le piston 19 par -l'intermédiaire de la tige 20 de manière que sa partie conique Zl sort de l'enceinte 15 de la soupape cylindrique 1 en augmentant ainsi le volume de "l'espace mort" dans l'enceinte de travail 6 du cylindre. Au cours de la compression du gaz dans l'enceinte de travail 6 du cylindre, une partie du gaz s'écoule dans le volume du cylindre 18 libéré par le piston 19. A l'expansion du gaz dans l'enceinte de travail 6 du cylindre, la gaz revient du cylindre 18 a l'enceinte de travail 6 du cylindre et, en occupant une partie de son volume,réduit le volume du gaz arrivé à l'enceinte de travail 6 du cylindre de l'enceinte d'admission 5 en diminuant ainsi le débit du compresseur. Etant donné que le piston 19 peut être posé et fixé à toute position désirée possible dans le cylindre 18, la variation du débit du cylindre du compresseur se fait progressivement dans les limites limitées par le volume déterminé par le piston 19 pendant son déplacement d'une position extrême a l'autre. Le moyen destiné à régler d gradins le débit du cylindre avec saccades de 100 5 à O 7. du débit de l'enceinte de travail 6 du cylindre est réalisé sous forme d'une soupape de by-pass 26 (figure 3) mettant en communication l'enceinte 5 du cylindre avec l'enceinte de travail 6 du cylindre. La soupape 26 est disposée immEdiatement au-dessus- de la soupape cylindrique 1 de manière que la partie conique de son organe exécutif 27 entre dans l'enceinte 15 de la soupape cylindrique 1 et le bourrelet d'étanchéité 28 de l'organe exécutif 27 s'appuie contre l'anneau 29, disposé sur la soupape cylindrique 1, et fait fonction de siège de la soupape 26. La soupape 26 est pourvue d'ouvertures 30, destinées au passage du gaz de l'enceinte de travail 6 du cylindre à l'enceinte d'admission 5. L'organe exécutif 27 de la soupape 26 est relié au servomécanisme 32 par l'intermédiaire de la tige 31. Ledit servomécanisme est destiné à déplacer l'organe exécutif 27 de la soupape 26. Le servomécanisme 32 à commande pneumatique comporte une enceinte 33 à laquelle est amené l'air, un diaphragme 34 et un ressort de rappel 35. Au débit total du cylindre du compresseur, l'enceinte 33 du servomécanisme 32 se trouve sous pression d'air comprimé, dont la pression pousse le diaphragme 34 et maintient l'organe exécutif 27 de la soupape 26 par l'intermédiaire de la tige 31 à la position fermée. Pendant la régulation du débit du compresseur,l'enceinte 33 du servomécanisme 32 est mise en communication avec l'atmosphère et ltorgane exécutif 27 de la soupape 26 se déplace sous l'action du ressort de rappel 35 de manière que l'enceinte exécutif 6 du cylindre est reliée à l'enceinte d'admission 5 a travers les ouvertures 30.Alors, pendant le déplacement du piston 4 dans le sens auquel le volume de l'enceinte exécutif 6 du cylindre décroft, le gaz s'écoule librement de l'enceinte de travail 6 à travers les ouvertures 30 vers l'enceinte d'admission 5. I1 en résulte l'interruption complète de la compression du gaz dans l'enceinte de travail 6 du cylindre et le débit de cette enceinte 6 chute par saccades de 100 % à 0 %. Pour revenir du fonctionnement au régime de régulation (marche à vide de l'enceinte 6) au fonctionnement au débit total, l'air sous pression est de nouveau amené à l'enceinte 33 du servomécanisme 32. En conséquence, les ouvertures 30 de la soupape 26 sont fermées, l'organe exécutif 27 s'applique contre l'anneau 29 et supprime la fuite de gaz comprimé aux joints inétanches. Pour obtenir les limites prescrites et augmenter le nombre de gradins de régulation du débit, réduire les pertes d'énergie au régime du débit réduit et å la marche à vide ainsi que pour rendre possible l'utilisation du dispositif réglant le débit dans le compresseur à plusieurs gradins sans modifier sensiblement les pressions entre les gradins, le dispositif proposé réglant le débit est posé sur l'une de plusieurs soupapes de l'une ou de toutes les deux enceintes des cylindres de différents gradins. On a prévu également l'utilisation du cylindre poposé ensemble avec les dispositifs pour la régulation du débit en reliant les enceintes supplémentaires d'un volume constant ou variable. REVEND ICAT I0N ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1 Cylindre de compresseur à piston comportant un piston, monté avec possibilité du déplacement suivant l'axe du cylindre, des soupapes d'admissioh cylindriques, dont chacune relie l'enceinte d'admission du cylindre à son enceinte de travail et est constituée par un lot de plaques annulaires élastiques dentées et de sièges annulaires rigides, percés de canaux radiaux pour l'écoulement du fluide à comprimer qui alternent, des soupapes de refoulement cylindriques, dont chacune relie l'enceinte de refoulement du cylindre à l'enceinte de travail et est constituée par un lot de plaques annulaires dentées élastiques et de sièges annulaires rigides percés de canaux pour l'écoulement du fluide comprimé, qui alternent, caractérisé par le fait qu'au moins une soupape cylindrique est pourvue elle aussi d'un moyen réglant le débit du cylindre se déplaçant dans le sens axial, dont 11 élément mobile est posé coaxialement à l'intérieur de la soupape cylindrique. 2. Cylindre. selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément mobile est réalisé sous forme d'une soupape de by-pass qui met en communication l'enceinte de travail du cylindre avec la capacité, dont l'enceinte forme "l'espace mort" supplémentaire d'un volume constant. 3. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément mobile est réalisé sous forme de piston qui en se dépla çant libère le volume constituant "l'espace mort" supplémentaire. 4. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément mobile est réalisé sous forme d'une soupape qui met en communication l'enceinte d'admission du cylindre avec l'enceinte de travail.