Brevet FR2371589A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne la construction des compresseurs et notamment des compresseurs de gaz a piston, ainsi que des compresseurs å piston des congélateurs. On connaît des compresseurs à piston comprenant un corps qui renferme un vilebrequin, un fourreau de cylindre abritant un piston et une soupape de refoulement. Les compresseurs similaires sont dotés de soupapes d'aspiration annulaires à ressort (voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 175 754 > 1962). La soupape draspiration peut être réalisée sous forme d'une couronne a lamelles séparées par des fentes, la partie inférieure de ladite couronne étant assujettie d'une façon rigide au fourreau de cylindre. Du côté extérieur du fourreau, est placée une douille rigide a orifices. La soupape a ressort en forme de couronne ralentit la vitesse de marche du compresseur puisque, par suite d'un etranglement important dans les lamelles, on voit décroître fortement le remplissage du cylindre a l'aspiration et, d'autre part, on voit se réduire le potentiel de vie par suite des effets de fatigue du métal, engendrés aux points de flexion des lamelles de la soupapes. On connaît des constructions de compresseurs à piston marche rapide, dotés-de soupapes à ouverture forcé, ou commandée, à l'aide du mécanisme de distribution a cames (voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2 964 235 > 1957). L'arbre sur lequel sont fixées les cames, tourne à une vitesse égale a celle du vilebrequin de-compresseur. A l'aide d'un manchon dent6, il est possible de modifier,d'une manière forcée, le début de l'ouverture et de fermeture des soupapes d'aspiration. Les inconvénients des compresseurs a piston connus sont les suivants : nécessité d'utilisation de soupapes d'aspiration d'une construction déterminée, présence des éléments intermddiaires, par exemple, des poussoirs agissant sur l'ensemble soupapes et affectant la fiabilité, tant du système tout entier de commande des soupapes que des soupapes d'aspiration elles mêmes Le but de la présente invention consiste éliminer les inconvénients susmentionnés et à former le compresseur à piston selon une organisation perfectionnée dans le domaine d'applications indiqué. On s'est posé le problème de modifier le schéma d'aspiration du gaz dans le compresseur de façon qu'on puisse, sans faire appel aux éléments de soupapes mobiles déterminés, insuffisamment; fiables en service, assurer une aspiration cyclique réglable en phase, accroître le débit du compresseur et le rendre plus fiable en service. Pour résoudre le problème posé, on propose, conformément à l'invention, un compresseur à piston, comprenant un corps avec un cylindre et un fourreau sur le pourtour duquel sont pratiqués les trous de distribution du gaz, un piston, glissant dans le fourreau et animé d'un mouvement rectiligne et alternatif a l'aide d'un vilebrequin mis en rotation au moyen du moteur d'entraînement, ledit compresseur étant caractérisé par le fait que le fourreau est fixé dans le corps et doté d'une douille tournante, concentrique du fourreau, dans la zone proche du point mort haut de la course de piston et reliée à un organe d'entraînement indépendant, ou pignon, qui la fait tourner autour de l'axe longitudinal du fourreau, avec un déphasage réglable par rapport à la course de piston, dans ladite douille étant pratiqués, sur son pourtour, les trous de distribution du gaz qui sont en liaison avec les trous mentionnés du fourreau et assurent une aspiration cyclique du gaz vers le cylindre du compresseur au fourreau et à mesure de la rotation de la douille et de la mise en coincidence des trous de cet te dernière avec ceux du fourreau. Conformément à une autre version de la présente invention, on propose le compresseur à piston, caractérisé par le fait qu'en tant qu'organe d'entrainement indépendant de la douille, on utilise un moteur électrique synchrone sur l'arbre duquel est monté ledit pignon d'entraînement. Une telle solution du problème permet d'assurer une rotation synchrone forcée du mécanisme de distribution du gaz. Conformément à une version suivante de la présente invention, on propose le compresseur à piston, caractérisé par le fait que-l'organe d'entraînement indépendant est composé d'un électro-aimant relié par un con ducteurmagnétique à l'épanouissement polaire se trouvant au voisinage des concentrateurs magnétiques, situés sur la surface extérieure de la douille, entre ses trous, de façon à faire tourner la douille par son champ magnétique. Cette solution du problème posé permet d'assurer un entraînement fiable du mécanisme de distribution du gaz et de réaliser un réglage économique de l'alimentation en gaz du cylindre de compresseur. Cette solution technique permet aussi de supprimer le système, compliqué et peu fiable des soupapes d'aspiration, appliqué souvent dans des compresseurs à piston classiques, et de créer un système de distribution du gaz par anneaux et trous qui se révèle plus fiable en service et assure une alimentation cyclique réglable en gaz du cylindre de compresseur. En conformité avec l'une des versions de la présente invention, on propose le compresseur à piston perfectionné caractérisé par le fait que ladite douille est montée dans une rainure annulaire pratiquée sur le caté extérieur du fourreau immobile et portant, sur son pourtour extérieur, la denture qui est en prise avec le pignon de commande, lié à l'organe d'entraînement indépendant de la douille. La solution indiquée du problème posé permet de supprimer les lamelles d'action automatique, très répandues mais peu efficaces, et d'assurer une amenée force du gaz au cylindre de compresseur avec un haut coefficient de remplissage. Et enfin, conformément à l'une des modifications de l'invention, on propose le compresseur à piston caractérisé par le fait que le nombre de trous dans la douille et, respectivement, dans le fourreau est choisi en tenant compte de la relation ci-dessous a1 nl a2 n2 où: a1 est le nombre de trous dans la douille (dans le fût) n1 la vitesse de rotation de ladite douille a2 le nombre de trous dans le fourreau n2 la vitesse de rotation du vilebrequin du compresseur. Une telle solution du problème posé permet d'assurer, en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique d'entraînement du compresseur, une vitesse optimale de rotation du dispositif d'entraînement du mécanisme de distribution du gaz et un travail efficace du compresseur, les pertes étant réduites. Plus loin, la présente invention est expliquée en détail par des exemples préférés de réalisation de l'organisation du compresseur à piston perfectionné conformément à l'invention,ce qui est exposé dans le texte de la description technique qui suit et à l'aide des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente la partie supérieure du compresseur à-piston conformément à l'invention où est montré le mécanisme perfectionné de distribution du gaz, en coupe longitudinale; - la figure 2, la coupe transversale Il-Il de la figure 1; - la figure 3,lue système de l'organe denté, indépendant de la douille du compresseur à piston, conformément à l'invention; - la figure 4, une variante de distribution d'entraînement de la douille tournante du compresseur à piston. Le compresseur (figures 1, 2) comprend- un corps 1 avec un cylindre 2 dans lequel est installé d'une façon immobile un fourreau 3 à piston 4 mis en mouvement rectiligne et alternatif par un vilebrequin (non représenté). Sur le pourtour du fourreau 3, on a pratiqué les trous 5 de distribution du gaz. La douille 6 tournante, avec les trous 7 de distribution du gaz correspondant aux trous 5 du fourreau, est placée concentriquement au fourreau 3, de son côté extérieur. La douille tournante 6 est dotée d'un organe d'entrainement (figure 3) assurant sa rotation avec un déphasage réglable par rapport à la course du piston 4. L'organe d'entraînement est un moteur 8 synchrone, sur l'arbre duquel est fixé un pignon 9 d'entraînement qui engrène avec des dents 10 ménagées sur la surface extérieure de la douille. L'organe d'entraînement en rotation de la douille 6 peut être réalisé sous forme d'un électro-aimant 11 (figure 4). L'électro-aimant ll est relié par le conducteur 12 magnétique à l'épanouissement 13, situé au voisinage des concentrateurs 14 magnétiques pratiqués sur la surface extérieure de la douille. Pour assurer une distribution optimale de gaz dans le compresseur il faut que le nombre de trous 5, dans le fourreau 3, corresponde au nombre de trous 7 dans la douille 6 tournante. Lé nombre de trous de distribution du gaz doit satisfaire à la relation suivante al n1 a2 n2 où al est le nombre de trous dans la douille a2 le nombre de trous dans le fourreau n1 . la vitesse de rotation de la douille et n 2 la vitesse de rotation du vilebrequin du compresseur. Au fur et à mesure du mouvement du piston 4 vers le point mort bas les trous 7 de distribution de gaz de la douille 6 tournante se mettent en coincidence progressivement avec les trous 5 de distribution de gaz du fut 3, en raccordant à ce moment la cavité du cylindre 2 avec la cavité d'aspiration. Au débit maximal du compresseur, la coîncidence complète des trous 5 et 7 de distribution du gaz est obtenue, à la vitesse maximale du piston 4, au milieu du temps d'aspiration, tandis que, vers la fin du temps d'aspiration, les trous 5 et 7 de distribution du gaz se referment complètement. Au réglage du débit du compresseur, on procède au déphasage de la rotation de la douille 6 par rapport à la course du piston 4. Dans ce cas, la coincidence des trous 5 et 7 de distribution du gaz arrive après une partie de la course d'aspiration, à la suite de quoi les trous 5 et 7 de distribution du gaz se ferment complètement, non au point mort bas mais déjà sur une partie de la course de compression. I1 est à noter qu'une partie du gaz comprimé revient de la cavité du cylindre 2 vers la cavité d'aspiration du compresseur en réduisant} de ce fait, son débit. La rotation de la douille 6, entraînée par le -moteur 8 synchrone, est transmise par le pignon 9 commandant, monté sur l'arbre de moteur, et les dents 10 pratiquées sur la surface extérieure de la douille 6. Au cas où il est nécessaire d'opérer le réglage du débit du compresseur, en modifiant le déphasage en rotation de la douille 6, par rapport à la course du piston 4, on applique sur les bornes du moteur électrique une tension donnée ce qui amène au changement de sa vitesse de rotation et, par conséquent, au changement de rotation de la douille 6. Des valeurs données de la tension, correspondent aux régimes différents de fonctionnement du compresseur en fonction du débit à obtenir. Dans le cas où la douille 6 est mise en rotation par un électro-aimant 11 (figure 4), les impulsions électromagnétiques de ce dernier sont envoyées, à travers le conducteur magnétique 12, vers l'épanouis.. sement polaire 13 qui attire successivement les concentrateurs 14 magnétiques, situés sur la surface extérieure de la douille 6. Au cas où il faut régler le déphasage en rotation de la douille 6, par rapport à la course du piston 4, on modifie la fréquence des impulsions émises par l'électro-aimant 11, > ; à travers le conducteur 12 magnétique vers la pièce 13 polaire, La vitesse de rotation de la douille 6 varie alors avec la variation de la fréquence-des impulsions de l'électro-aimant et, de ce fait, le déphasage de sa rotation est produit par rapport à la course du piston 4. Ainsi, la présence de la douille tournante, entamée depuis un moteur électrique, ou un électro-aimant, assurant sa rotation avec un dépha- sage réglable par rapport à la course du piston, permet de ne pas utiliser de soupape d'aspiration dans la structure du compresseur ce qui le rend plus fiable, plus efficace et plus rapide en marche tout en assurant un réglage doux et économique de son débit. A titre d'exemple, on peut citer que la mise en oeuvre de compresseurs à piston frigorifiques, ayant un alésage des cylindres d = 67,5 mn, à la vitesse de rotation du moteur électrique d'entrainement n = 3000 tr/mn, avec une section S = 264 mm2 de trous de distribution de gaz a augmenté le coefficient de remplissage du cylindre de 10 à 15% environ en comparaison avec ltorga- nidation du compresseur à soupapes d'aspiration classiques. L'invention peut être appliquée avec succès aux compresseurs à piston, y compris-les compresseurs de frigorifíques, destinés à fonctionner avec des gaz différents tels que, par exemple : agents frigorifiques, ammoniac, air et autres gaz. R E-V E N D I C A T I O N S 1. Compresseur à piston comprenant un corps avec un cylindre et un fourreau, sur le pourtour duquel sont pratiqués les trous de distribution du gaz, un piston coulissant dans le fourreau et animé d'un mouvement rectiligne et alternatif par un vilebrequin mis en rotation au moyen du moteur d'entrainement, ce compresseur étant caractérisé par le fait que ledit fourreau est installé dans le corps d'une façon immobile et doté d'une douille tournante, montée concentriquement au fourreau, dans la zone proche du point mort haut de la course de piston, et reliée avec un organe d'entraînement indépendant qui la fait tourner autour de l'axe longitudinal du fourreau avec un déphasage réglable par rapport à la course de piston, les trous de distribution du gaz étant ménagés dans ladite douille sur son pourtour et assurant, en coopération avec lesdits trous du fourreau, une aspiration cyclique du gaz vers le cylindre du compresseur au fur et à mesure de la rotation de la douille et de la mise en coincidence des trous de cette dernière avec ceux du fourreau. 2. Compresseur à piston conformément à la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite douille tournante est montée dans une rainure annulaire pratiquée sur le côté extérieur du fourreau immobile et qu'est agencée, sur son pourtour extérieurs la denture qui engrène avec le pignon commandant, lié à organe d'entraînement indépendant de la douille. 3. Compresseur à piston conformément à la revendication 2, caractérisé par le fait qu'en tant qu'organe d'entraînement indépendant de la douille, est utilisé un moteur électrique synchrone sur l'arbore duquel est monté ledit pignon commandant. 4. -Compresseur a piston conformément à la revendication 2, caractérisé par le fait que l'organe d'entraînement indépendant est composé d'un électro-aimant relie, par conducteur magnétique, à l'épanouissement polaire se trouvant au voisinage des concentrateurs magnétiques situés sur la surface extérieure de la douille, entre les trous de celle-ci de façon à faire tourner la douille par son champ magnétique. 5. Compresseur à piston conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le nombre de trous de la douille et, respectivement, celui du fourreau sont déterminés:à partir de la relation ci-dessous a1 = où où: a2 n2 al est le nombre de trous dans la douille (dans le fourreau); a23 le nombre de trous dans le fourreau; nl, la vitesse de rotation du vilebrequin du compresseur; n2, la vitesse de rotation de la douille.