Brevet FR2323080A1 — publié le 19770401

La présente invention, due à Evgeny Yasilievich VIKTOROV, Igor Ivanovich NOVIKOV, Tatyana Fedorovna KONDRATIEVA, Georgy Vasilievich GUBAREV, Hargarita Sergeevna YAMSCHIKOVÂ, Vasily Dmitrievich VASILIEV, Georgy Mikhailovich KONTSEVICH, Anatoly Sergeevich GUBINSKY, Anatoly Alexeevich VELIKASOV, Vladimir Ignatievich TARADONOV, Valery Pavlovich ISAKOV, concerne les dispositifs pour la fermeture complète ou partielle d'un orifice mettant deux enceintes en communication, et notamment les clapets à écoulement axial. Lwinvention peut être appliquée avec une efficacité maximale aux compresseurs et aux pompes volumétriques, notamment aux compresseurs à pistons. On connait un clapet à écoulement axial destiné aux compresseurs à pistons. Ce clapet comprend un corps, par exemple, sous la forme d'une plaque dans laquelle sont pratiqués un ou plusieurs trous debouchants. L'axe longitudinal de chaque trou est parallèle à l'axe longitudinal de la plaque. A l'intérieur du trou est placée coaxialement une fourrure polygonale, qui est fixée au corps du côté de l'entrée du fluide dans la cavité de la fourrure. La fourrure est montée de telle façon, qu'entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps, il reste un passage pour le fluide. Dans la surface latérale de la fourrure sont ménagées des lumières mettant la cavité de la fourrure en communication avec le passage pour le fluide.Chacune des lumières est fermée par une lamelle élastique qui est fixée en porte-à-faux sur la surface extérieure de la fourrure La lamelle élastique est pleine, de même largeur et de même épaisseur sur toute sa longueur. Les lumières pour la sortie du fluide dans le passage sont orientées sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal de la fourrure. Quand le clapet est fermé, les lamelles obturent les lumières dans la fourrure. Quand le clapet fonctionne, le fluide entre dans sa cavité, écarte les lamelles élastiques et passe à travers les lumières de la surface latérale de la fourrure pour arriver dans le passage, d'où il va à la chambre de travail du cylindre du compresseur ou à la conduite. La surface du corps est polygonale dans la partie située en face des lumières de la fourrure. Quand le clapet est ouvert à fond, les lamelles élastiques sont serrées contre les plans de la partie polygonale du corps. Ces plans F limitent-la course des lamelles. La circulation du fluide, à travers le clapet, fait apparaitre une résistance aérodynamique, qui provoque des pertes d'énergie dans le clapet. Ceci abaisse les performances economiques du compresseur.La principale résistance aérodynamique est produite par la fente de sortie entre la lamelle et le siège, c'est-à-dire par la surface autour de chaque lumière de la fourrure obture par une lamelle. C'est pourquoi, afin d'augmenter la capacité en débit du clapet et abaisser ainsi les pertes d'énergie dans le clapet, il faut avant tout augmenter la section de passage de la fente de sortie, ce qui est obtenu en augmentant la levée des lamelles. D'autre part, afin d'assurer une longévité maximale aux lamelles, soumises à des charges percussives de grande fréquence, on cherche à avoir une faible levée des lamelles. La vitesse de déplacement des lamelles est ainsi limitée et, par cela même, la contrainte dans la lamelle est affaiblie lorsqu'elle frappe le siège et le plan du corps limitant sa course. La levée des lamelles dépend de leur raideur. Si la raideur est excessive, la lamelle n'atteint pas le plan de la surface polygonale du corps, d'où une diminution de la section de la fente et une augmentation de la résistance du clapet. De plus, la lamelle se met à vibrer, ce qui provoque sa rupture préatu- rée. La raideur et l'effort nécessaire pour fléchir la lamelle dépendent de la largeur, de l'épaisseur et de la longueur de sa partie en porte-à-faux. L'épaisseur des lamelles est choisie de façon à assurer leur résistance mécanique. Quand le clapet est fermé, dans la partie de la lamelle obturant la lumière apparaît une contrainte de flexion due à la grande différence entre les pressions statiques en aval et en amont du clapet, agissant d'un côté et de l'autre de la lamelle. Cette contrainte est inversement proportionnelle au carré de l'épaisseur de la lamelle et directement proportionnelle au carré de la largeur de la lumière pratiquée dans la fourrure. Quand le clapet est fermé, des contraintes de flexion proportionnelles à l'épaisseur de la lamelle apparaissent auprès de l'endroit où la lamelle est fixée à la fourrure.La raideur de la lamelle élastique et l'effort nécessaire pour lté- carter sont proportionnels à la largeur de la lamelle et au cube de son épaisseur. C'est pourquoi, la lamelle élastique du clapet connu, de largeur et d'épaisseur constantes sur toute sa longueur, a une grande raideur. I1 en résulte la fermeture incomplète du clapet, d'où l'abaissement du débit de fluide à travers le clapet, et des performances économiques du compresseur tout entier ; en outre, les lamelles se mettent à vibrer, ce qui abaisse leur longévité et la fiabilité du compresseur. La raideur des lamelles peut etre diminuée, par exemple en augmentant leur longueur, mais ceci serait irrationnel, car il s'ensuivrait une augmentation notable de "l'espace mort" du clapet et l'abaissement du débit du compresseur. Ici et plus loin dans le texte, par "espace mort", on entend la partie de la cavité du clapet qui est remplie de fluide et mise en communication avec le cylindre du compresseur quand le clapet est fermé. Dans le clapet connu, la section de la fente aux bords latéraux des lamelles est utilisée d'une manière insuffisamment efficace, car le passage entre la surface intérieure du corps et la surface extérieure de la fourrure est petit et crée une grande résistance. Seule est efficacement utilisée la section de la fente au bord frontal des lamelles. Ceci se traduit par un abaissement de la capacité en débit du clapet et des performances économiques du compresseur. Les inconvénients indiqués du clapet connu impliquent l'augmentation du nombre de clapets et de leur longueur, et par conséquent, de l'encoibrement de tout l'ensemble de chaque clapet, ce qui se traduit également par une augmentation de 1t espace mort" du cylindre et un abaissement du débit du compresseur, augmente le prix de la fabrication des clapets et du compresseur et restreint les vitesses de rotation du compresseur auxquelles le clapet peut être appliqué. En outre, le clapet connu ne peut travailler aux pressions élevées, car il faudrait des lamelles de forte épaisseur qui, vu leur grande raideur, ne permettraient pas une utilisation efficace du clapet. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est proposé de créer un clapet à écoulement axial dans lequel les lamelles élastiques seraient réalisées de telle façon que leur raideur puisse varier, que le clapet soit économique et fiable sur des compresseurs à garnie de vitesses de rotation étendue et dans une large plage de pression, y compris 2 de hautes pressions, par exemple jusqu'à 500 kgXcm La solution consiste en ce que, dans un clapet à écoulement axial ayant un corps avec un trou débouchant, dans lequel est placée coaxialement une fourrure, fixee au corps du côté entrée du fluide dans la cavité de la fourrure,de telle façon qu'entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps1 il reste un passage mis en communication avec la cavité de la fourrure par des lumières pratiquées dans sa surface latérale, chaque lumière étant obturée par une lamelle élastique fixée en porte-à-faux sur la surface extérieure de la fourrure, selon l'invention, les la icelles élastiques ont une largeur variable, diminuant quand on se rapproche de leur fixation à la fourrure, de telle façon que le rapport entre la largeur de chaque lamelle à la partie obturant les lumières pour le passage du fluide et sa largeur dans sa partie élastique soit de 8 à 1,1. On obtient ainsi une réduction de la raideur de la lamelle et de l'effort nécessaire pour l'écarter à fond, car la raideur et l'effort sont proportionnels i la largeur de la partie élastique de la lamelle. Parallèlement, on assure la résistance nécessaire à la lamelle grâce à l'abaissement de la contrainte résultant de la valeur de l'épaisseur dans la partie de la lamelle recouvrant la lumière de la fourrure et dans la partie élastique de la lamelle. La lamelle élastique est realisée de façon qu'elle assure l'ouverture complète du clapet sur les cylindres de compresseurs dans une gamme étendue de vitesses de rotation du compresseur et de pressions. L'ouverture complète du clapet abaisse sa résistance aé rodynami;q'- et, de la sorte-, elle accroît le débit de fluide à travers le clapet et améliore les performances économiques du compresseur. L'ouverture-complète du clapet supprime aussi les vibrations des lamelles, ce qui augmente leur durée de service et accrot~t T fiabilité du compresseur. Une lamelle élastique de largeur variable suivant la longueur a une raideur variable, aussi le clapet peut-il être utilisé pour le service sous diverses pressions et à des vitesses variées de rotation du compresseur. I1 est avantageux que la lamelle élastique ait une épaisseur variable diminuant quand on se rapproche de sa fixation à la fourrure, de telle façon que le rapport entre l'épaisseur de la partie de la lamelle fermant la lumière par laquelle passe le fluide t l'épaisseur de sa partie élastique soit de 3 à 1. La réalisation de la lamelle avec une épaisseur variable suivant la longueur diminue encore davantage sa raideur, ce qui abaisse la résistance aérodynamique du clapet, supprime les vibrations de la lamelle et, par cela même, accroit les performances économiques et la fiabilité du compresseur. La diminution de ltépaisseur de la lamelle, quand on s'approche de sa fixation, fait que la contrainte de flexion à l'endroit de fixation de la lamelle, lors de son ouverture, s'abaisse notablement, car elle est proportionnelle à l'épaisseur de la lamelle . La contrainte de flexion due aux pressions statiques dans la partie de la lamelle élastique fermant la lumière de la fourrure diminue elle aussi notablement. L'abaissement des contraintes dans la lamelle augmente sa longévité et la fiabilité du compresseur. Ceci permet l'emploi du clapet à des vitesses du compresseur plus élevées, avec des pressions bien plus hautes (jusqu'à . 500 kg/cm2), que dans le cas de lamelles d'épaisseur constante suivant la longueur. On sait que la raideur et l'effort de flexion de la lamelle élastique diminuent, non seulement quand la largeur et l'épaisseur de la lamelle diminuent, mais aussi quand la longueur de sa partie en porte-à-faux augmente. En donnant à la lamelle une largeur et une épaisseur variables, on abaisse suffisamment sa raideur, et sa longueur peut être diminuée. Grâce à la longueur plus petite de la lamelle, la longueur de la fourrure et, par conséquent, la hauteur du clapet tout entier, sont obtenues plus petites que dans le cas d'un clapet à lamelle de largeur et d'épaisseur constantes suivant la longueur. La diminution de la hauteur du clapet se traduit par une réduction de son "espace mort", d'où une augmentation du débit du compresseur. Il est utile que la lamelle élastique ait, dans sa partie élastique, an moins un trou. Ceci se traduit aussi par une diminution de la raideur de la lamelle élastique et de l'effort nécessaire pour l'écarter à fond. L'écartement complet de la lamelle abaisse la résistance aérodynamique du clapet et, par cela même, il améliore les performances économiques du compresseur. Une telle lamelle s' avère particulièrement efficace quand les lumières, par lesquelles le fluide sort de la cavité du clapet, ont de grandes dimensions. Des clapets à écoulement axial, conformes à l'invention, montés sur un compresseur d'air à deux étages débitant 10 m3/mn sous une pression effective de 8 kg/cm2 et tournant à 750 tr/mn avec une vitesse moyenne du piston de 5 m/s, ont travaillé dans des conditions industrielles pendant plus de 15.000 h et continuent à travailler sans ruptures et sans changements de lamelles ; le rapport entre la largeur de la partie de la lamelle obturant la lumière et la largeur de sa partie élastique est de 3 à 1. La puissance unitaire absorbée par le compresseur à clapets à écoulement axial conformes à l'invention s'est abaissée de 6,3%, comparativement aux compresseurs ayant des clapets à écoulement axial connus. D'autres objectifs et avantages de l'invention sont rendus plus compréhensibles par les exemples de réalisation ci-après et les dessins, dans lesquels La figure 1 représente schématiquement un clapet à écoulement axial, conforme à l'invention, coupe longitudinale la figure 2 représente la vue suivant la fliche, coupe au trou ; la figure 3 représente la vue suivant la flèche B la figure 4 représente une variante de réalisation du clapet conforme à l'invention la figure 5 représente une variante de fixation des lamelles sur la surface de la fourrure la figure 6 représente la coupe VI-VI, figure 5. Le clapet à écoulement axial, conforme à l'invention, se monte dans une plaque qui se place sur le cylindre d'fun compresseur à pistons, par exemple à grand débit. Le clapet à écoulement axial comprend un corps 1 (figez 1) qui est en l'occurrence une partie de la plaque, dans laquelle sont pratiqués un ou plusieurs trous débouchants. Le corps du clapet peut aussi être une pièce séparée se plaçant dans un logeaent de la plaque (non représenté sur la figure). Dans le trou est placée coaxialement une fourrure 2. La fourrure 2 est engagée à force dans le corps 1 du côté d'entrée du fluide dans sa cavité 3, de telle façon qu'entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps 1, il reste un passage 4. Dans la- surface latérale de la fourrure.2 sont ménagées des lumières 5, par lesquelles le fluide passe de la cavité 3 de la fourrure 2 au passage 4, d'où il va au cylindre de travail (non représenté sur la figure) du compresseur.Les lumières 5 sont orientées sous un certain angle par rapport à l'axe longitudinal de la fourrure 2. Les lumières 5 sont séparées par des bandes 6, et chacune d' elles est fermée par une lamelle élastique 7 qui est fixée en porte-d-faux sur la surface extérieure de la fourrure 2, à l'aide dtun anneau 8. L'anneau 8 est posé avec serrage sur la fourrure 2 avec les lamelles 7. Les bandes 6 servent d'appui aux lamelles 7, quand le clapet est fermé. Chaque lamelle élastique 7 a une épaisseur variable diminuant quand on se rapproche de sa fixation sur la fourrure 2, de telle façon que le rapport entre l'épaisseur de de sa partie obturant la lumière 5 par laquelle passe le fluide et l'épaisseur t2 de sa partie restante 9 soit de 3 à 1. 2 En outre, la lamelle 7 a une largeur variable, ce qui est visible sur la figure 2. La largeur de la lamelle diminue quand on se déplace vers sa fixation à la fourrure 2, de telle façon que le rapport de la largeur b1 de sa partie 7 obturant la lumière 5 pour le passage du fluide à la largeur b2 de sa partie élastique restante 9 soit de 8 à 1,1. La lamelle 7 a, dans sa partie élastique 9, un trou 10 qui diminue sa raideur et l'effort nécessaire pour l'écarter à fond. La surface extérieure de la fourrure 2 est polygonale dans la partie où sont situées ses lumières 5, comme on peut le voir sur la figure 3. Quand le clapet est fermé, la lamelle 7 porte sur les faces Il de la fourrure 2 et obture la lumière 5 (figure 1) correspondante. A l'endroit où le corps 1 encercle la fourrure 2, la surface intérieure du corps 1 est réaliste en forme de tronc de py ramide, le profil de la face 12 correspondant, par exemple, à la ligne de flexion de la lamelle 7. Quand le clapet est ouvert à fond, chaque lamelle 7 est appliquée contre la face 12 qui limite sa course. Pour obtenir un meilleur guidage du fluide, le fond de la fourrure 2 est réalisé sous forme de déflecteur. Pour abaisser la résistance du clapet, dans la surface intérieure du corps 1, sont réalisées des rainures- supplémentaires 13 (figure 3) pour la sortie du fluide. Le clapet conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante. Pendant l'aspiration, le gaz de la conduite d'aspiration (non représenté sur le dessin) arrive dans la cavité 3 (figure 1) de la fourrure 2, et sort par ses lumières latérales 5, en écartant les lamelles élastiques 7. Le fluide sortant par dessous les bords latéraux des lamelles 7 sen va par les rainures 13 (figure 2) du corps t. Ensuite, le fluide arrive dans le cylindre (non représenté) Pendant le refoulement, le fluide sort d'une manière analogue de la chambre du cylindre, et passe à la conduite de refoulement. Quand la soupape est fermée, la pression en aval du clapet est plus grande qu'en amont, et la partie des lamelles 7 obturant les lumières 5 de la fourrure 2 est le siège de contraintes de flexion dues à la différence entre les pressions statiques agissant de part et d'autre des lamelles 7. Ces contraintes sont directement proportionnelles au carré de la largeur des lumieres 5 de la fourrure 2 et inversement proportionnelles au carré de 1' épaisseur des lamelles 7 dans leur partie obturant les lumières 5. La résistance mécanique de la partie de la lamelle 7 est assurée grâce au fait que la contrainte de flexion, dont elle est le siège, se trouve dans les limites admissibles, l'épaisseur de la partie obturante de la lamelle 7 ayant la valeur voulue. En outre, les bandes d'appui 6 séparant les lumières 5 de la fourrure 2 contribuent elles-aussi à la réduction de la contrainte de flexion dans la lamelle 7, car sa largeur travaillant à la flexion est diminuée. La partie élastique 9 de la lamelle 7 n'est alors pas sollicitée par la pression. Quand le clapet est ouvert, la partie élastique 9 de la lamelle 7 est le siège de contraintes de flexion proportionnelles à son épaisseur. Comme la raideur de la lamelle élastique 7 et l'effort nécessaire à sa flexion sont proportionnels à la largeur de la lamelle 7 et au cube de son épaisseur, on obtient l'ouver- ture complète du clapet. La contrainte de flexion dans la partie élastique 9 de la lamelle 7 se trouve abaissée. Min de réduire le prix de la fabrication et d'améliorer les qualités d'utilisation, le clapet à écoulement axial peut être réalisé monobloc, avec des lamelles 7 amovibles. Un clapet monobloc se présente sous la forme d'un seul ensemble 14 (fig. 4), dans lequel sont unis le corps 1 et la fourrure 2. L'absence de pièces de fixation de la fourrure 2 dans le corps 1 permet de les réaliser de hauteur plus petite et de réduire "l'espace mort" du clapet, de disposer les clapets 2 plus près les uns des autres et d'accroitre la section de passage du clapet. Les lamelles 7 d'un clapet monobloc sont fixées au stade de coulée ou de formage.Le remplacement des lamelles 7 s'effectue par voie mécani que ; ensuite, la fixation des lamelles 7 est renforcée lors du chauffage du clapet se produisant pendant la marche du compresseur, grâce à la différence entre les coefficients de dilatation linéaire des métaux du corps 1 et des lamelles 7. Dans les exemples décrits, pour remplacer les lamelles 7, il faut extraire la fourrure 2 du corps 1. Toutefois, les lamelles 7 peuvent aussi être maintenues sur la fourrure 2 par une fixation non rigide. Par exemple, les lamelles 7 peuvent être fixées sur la surface extérieure de la fourrure 2 par une douille 15 (figure 5). La douille 15 est réalisée en matière élastique et a une forme polygonale. Elle est logée dans le passage 4 entre la surface intérieure du corps 1 et la surface extérieure de la fourrure 2, de telle façon qu'elle entoure la fourrure 2 sur toutes sa hauteur. A la surface extérieure de la fourrure 2 sont réalisés des méplats 16, sur lesquels sont posées les lamelles 7. La douille 15 est placée dans le corps 1 avec serrage, aussi serret-elle les lamelles 7 contre les méplats 16. Pendant le fonctionnement du clapet, la douille 15 s'échauffe et serre encore plus fort les lamelles 7 contre les méplats 16. Pour la commodité de la pose et la oppose, la douille 15 peut avoir une ou plusieurs fentes ou passages 17 (figure 6).Dans la surface intérieure de la douille 15, au niveau des lumières 5 (figure 5) sont réalisées des rainures 18 (figure 6) pour la sortie du fluide. La surface intérieure de la douille 15 fait office de limiteur de course des lamelles 7. La réalisation de la douille 15 en matériau élastique augmente la longévité des lamelles 7. Les rainures 18 abaissent la résistance aérodynamique du clapet et augmentent le débit de fluide à travers le clapet. Si le clapet doit travailler dans un fluide pollué, chargé de particules solides du type grains de sable ou autres, il est avantageux de réaliser la surface intérieure du corps 1 (figure 1) de forme conique à l'endroit où elle entoure la fourrure polygonale 2. Les particules solides se glissant entre les lamelles 7 et la surface conique du corps 1 se concentrent alors dans la section annulaire et tombent vers le bas. Si la surface intérieure du corps a des faces 1?, quand des particules solides se glissent entre la lamelle 7 et une face 12, la lamelle se rompt lors du choc contre la face 12. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant éte plus spécialement en visagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Clapet à écoulement axial ayant un corps avec un trou débouchant, dans lequel est placée coaxialement une fourrure, fixée au corps du côté entrée du fluide dans la cavité de la fourrure, de telle façon qu'entre sa surface extérieure et la surface intérieure du corps, il reste un passage mis en communi- cation avec la cavité de la fourrure par des lumières pratiquées dans sa surface latérale, chaque lumière étant obturée par une lamelle élastique fixée en porte-à-faux sur la surface extérieure de la fourrure, caractérisé en ce que les lamelles élastiques ont une largeur variable, diminuant quand on se rapproche de leur fixation à la fourrure, de telle façon que le rapport entre la largeur de chaque lamelle à la partie obturant les lumières pour le passage du fluide et sa largeur dans sa partie élastique soit de 8 à 171. 2. Clapet à écoulement axial selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lamelle élastique a une épaisseur-va- riable diminuant quand on se rapproche de sa fixation à la fourrure, de telle façon que le rapport entre l'épaisseur de la partie de la lamelle fermant la lumière pêr laquelle passe le fluide et l'épaisseur de sa partie élastique soit de 3 à 1. 3. Clapet à écoulement axial selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lamelle élastique a au moins un trou dans sa partie élastique.