Brevet FR2399597A1 — publié le 19790302

La présente invention concerne les dispositifs i riSnetterLe et a plus particulièrement pour objet un clapet à écoulement axial. L'invention peut être utilisée le plus avantageusement dans des machines volumétrique telles que les compresseurs à pistons. Dans les compresseurs modernes, la eommande de l'aspiration et du refoulement est assurée par des clapets automatiques qui comportent un organe de fermeture sous forme d'un plateau ou d'une plaquette, un siège, un limiteur de levée et un ressort. Les clapets, qui sont considérés parmi les organes les plus importants d'un compresseur, doivent répondre aux exigences suivantes : avoir une surface équivalente suffisamment grande pour réduire à un minimum les pertes d'énergie, entre aptes à s'ouvrir rapidement sous une faible surpression et à se fermer à temps en fin d'aspiration et de refoulement, être étanches en position fermée, avoir un faible volume d'espace mort, être robustes et résistants à l'usure. Plus la vitesse de rotation de l'arbre du compresseur, la vitesse moyenne du piston et la densité du gaz sont élevées, plus il est difficile de créer un clapet satisfaisant à toutes ces conditions. Ainsi, pour réduire les pertes hydrauliques, il est nécessaire de diminuer les vitesses du gaz dans le clapet mais pour cela il faut augmenter les dimensions et le nombre des clapets, et cette augmentation est limitée par des considérations de construction et de réduction du volume de l'espace mort. D'autre part, plus la vitesse de rotation du compresseur est élevée pour une même masse des parties mobiles du compresseur plus la force du ressort doit être augmentée. Or le renforcement du ressort conduit à un laminage supplémentaire du gaz et à une baisse du débit. On pourrait obtenir un accroissement du débit et de la puissance aux vitesses élevées de rotation du compresseur en réduisant à un minimum la masse de l'organe de fermeture (du plateau ou de la plaquette, par exemple), mais cela ne peut se faire qu'au détriment de sa résistance mécanique. On peut diviser les clapets couramment utilisés à l'heure actuelle en deux catégories : ceux à plateau et ceux à plaquette. Les clapets à plateaux dont font partie également les clapets annulaires, ne sont pas à écoulement axial. Les charges alternées auxquelles est soumis l'organe de fermeture provoquent son matage ainsi que celui du siège du clapet, ce qui conduit à une perte d'étanchéité et à des retours de gaz chaud comprimé, entratnant à leur tour la formation de calamine ou de tartre d'huile et la mise du clapet hors d'usage. En outre, pendant le fonctionnement du clapet, l'organe de fermeture poussé par le ressort tourne sous l'action des vibrations et du couple de torsion du ressort, ce qui conduit à un portage irrégulier dudit organe sur le siège. La fabrication de tels clapets est très délicate, car elle exige une grande précision d'usinage des surfaces du siège et de l'organe de fermeture du point de vue de leur rugosité et de leur planéité. La fabrication du clapet est rendu d'autant plus difficile que les principales parties travaillantes du clapet doivent être en aciers à haute résistance mécanique, ctest-à-dire difficilement usinables. Dans la majorité des cas, les clapets à plaquette ne sont pas, eux non plus, à écoulement axial. Ils comportent un siège à un ou plusieurs passages et une plaquette de clapet en forme de disque, d'anneau ou de lamelle rectangulaire. A l'état libre, la plaquette s'applique bien contre le siège, mais sous l'effet de la pression du gaz elle fléchit suivant l'arc des évidements dans le limiteur de levée. Dans de tels clapets, la section du siège n'est pas utilisée uniformément sur toute la longueur, car la hauteur de la fente de passage du gaz en cas de flexion de la plaquette devient inégale. D'autre part, pour des raisons de longévité, la hauteur de levée maximale choisie pour la plaquette est faible, ce qui a pour effet dtabaisser le débit du clapet. En outre, dans un clapet à plaquette, la turbulence du courant gazeux sortant du clapet est très grande, ce qui conduit à une élévation de la température et par conséquent à une diminution de la longévité du clapet. On connatt aussi des clapets à écoulement axial qui diffèrent des autres types de clapets non seulement par la direction du courant gazeux, qui s'écoule entre des plaquettes disposées parallèlement (voir, par exemple, les clapets à écoulement axial de la firme autrichienne Hoerbiger), mais aussi par des sections de passage plus grandes pour un encombrement donné. Les plaquettes du clapet, encastrées à une extrémité, empêchent moins le libre passage du courant gazeux, ce qui permet d'éviter la turbulence, d'élever les performances économiques et le débit du clapet et de tout le compresseur. Cependant, le fait que, dans de tels clapets, la plaquette n'est encastrée que par une extrémité, provoque des vibrations de ladite plaquette dans le courant de gaz et par conséquent des retours de gaz au cours du fonctionnement du clapet. On conduit un clapet à écoulement axial (voir le certificat d'auteur d'invention NO 182838) comportant un bottier ou corps comportant des faces latérales, des faces frontales parallèles et une saillie sur l'une desdites faces frontales, lesdites faces latérales présentant des portées de siège et comportant en outre des plaquettes de fermeture élastiques à section longitudinalenxrme de U comprenant des éléments d'appui latéraux portant des organes obturateurs en forme de languette, lesdites plaquettes de fermeture étant fixée sur les saillies du bottier à l'aide de goupilles. Une telle construction du clapet implique cependant un volume d'espace mort relativement plus grand dans la zone de la saillie sur le bottier, ce qui abaisse le débit-du clapet. En plus, le recours à un assemblage à goupille diminue notablement la fiabilité du clapet, du fait que le jeu existant entre la goupille et la plaquette, par suite des fortes vibra tions pendant le fonctionnement du clapet, conduit à une fatigue prématurée de la goupille et à sa rupture. La fixation par goupille de la plaquette n'exclut pas le déplacement longitudinal de la plaquette de fermeture par rapport à l'orifice de sortie par suite de l'ajustement liche de la goupille dans son trou, ce -qui favorise l'usure de la portée du siège et de la plaquette elle-mrne et-réduisant la longévité du clapet. L'assemblage à goupille ne permet pas de remplacer la plaquette un nombre de fois illimité, car chaque fois qu'on remplace la goupille, il se produit un changement de la configuration et une augmentation des dimensions géométriques du trou de goupille. Tous ces inconvénients diminuent notablement l'aptitude du clapet aux réparations. Le clapet ainsi agence ne se prote pas assez aisément à la fabrication, vu la section longitudinale en U de sa plaquette de fermeture et l'existence du trou de goupillage dans la saillie du bottier. On s'est donc proposé de réaliser un clapet à écoulement axial dans lequel la fixation des plaquettes de fermeture sur le bottier du clapet se ferait d'une manière simple et fiable et permettrait un remplacement aisé des plaquettes de fermeture. La solution consiste en un clapet à écoulemnt axial pour machines volumétriques, du type comportant un bottier ou corps avec faces latérales et des faces frontales parallèles, sur les faces latérales duquel sont réalisées des portées de siège et des lumières de sortie, et comportant en outre des plaquettes de fermeture élastiques avec des éléments d'appui en U portant des languettes de fermeture s'appliquant normalement sur les portées de siège, et un dispositif de fixation des plaquettes de fermeture sur le bottier du clapet, ledit clapet étant caractérisé suivant l'invention, en ce que sur l'une des faces frontales du bottier sont réalisées des encoches, les plaquettes de fermeture sont planes et comportent sur leurs éléments d'appui en U des becs pénétrant dans lesdites encoches, ledit dispositif de fixation des plaquettes de fermeture entant monté sur la face frontale du bottier et constitué par une plaque polygonale sensiblement congruente à la face frontale du bottier et munie, sur ses cavés, de pattes de serrage faisant saillie au-delà des faces latérales du bottier et retenant les plaquettes de fermeture sur les portées de siège du bottier. Un tel agencement facilite notablement la fabrication et simplifie la construction du clapet gr ce au fait que les plaquettes sont planes et qu'on n'a pas -besoin de pratiquer un trou à goupille. L'exécution du dispositif de fixation des plaquettes de fermeture sous forme d'une plaque polygonale permet de dégager n'importe laquelle des plaquettes de fermeture en enlevant simplement la plaque polygonale. Il y a également intérAt à ce que sur la face frontale du bottier soit percé un trou borgne et que la plaque polygonale ait un orifice central sur la périphérie duquel sont disposées des saillies pénétrant dans le trou borgne de la face frontale du boitier et fixant ladite plaque à cette face. Une telle exécution de la plaque polygonale permet d'éviter l'emploi de l'assemblage à goupille, qui est peu fiable en fonctionnement. En outre, en prévoyant un trou borgne au lieu de la saillie, an obtient une réduction du volume de l'espace mort du clapet. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble, avec arrachement partiel, d'un clapet à écoulement axial conforme à l'invention - la figure 2 montre le boîtier du clapet à écoulement axial représenté à la figure 1, selon l'invention - la figure 3 montre une plaquette de fermeture du clapet représenté à la figure 1, selon l'invention - la figure 4 montre le dispositif de fixation des plaquettes de fermeture du clapet à écoulement axial représenté à la figure 1, selon l'invention. Le clapet à écoulement axial comprend un corps ou bottier 1 (figure 1) comportant des faces latérales 2 et sur la face frontale 3 duquel est monté un dispositif de fixation réalisé sous forme d'une plaque-polygonale 4, tandis que l'autre face frontale du corps 1 présente un orifice (non représenté) servant de passage d'entrée du clapet et entouré d'une jupe annulaire 5 emportée dans un alésage de la plaque à clapets (non représenté). Sur les faces latérales 2 du bottier i sont appliquées des plaquettes de-fermeture 6. Dans le boîtier 1 du clapet est ménagée une cavité de travail 7. Les faces latérales 2 du bottier 1 (figures 1 et 2) présentent des lumières de sortie 8 et des portées de siège 9, dont la rugosité et la planéité sont telles qu'elles assurant une application étanche des plaquettes de fermeture 6. Sur la face frontale 3 du bottier 1 sont réalisés un trou borgne 10 et des e-ncoches 11. Dans la cavité intérieure 7 du bottier 1 il y a un diviseur de courant 12 constitué par une pyramide dont le nombre de cotés est égal à celui des faces latérales du bottier et dont le sommet est dirigé en sens contraire du courant de gaz entrant. Chaque plaquette de fermeture 6 (figure 3) comporte des éléments d'appui en U 13 portant une languette de fermeture 14. Les éléments d'appui 13 sont munis de becs 15 pénétrant dans les encoches Il du bottier 1 (figure 1). Le dispositif de fixation des plaquettes de fermeture 6 sur le bottier 1 est uns plaque polygonale 4 (figure 4) portant, sur ses côtés, des pattes de serrage 16 pressant les éléments d'appui 13 contre les portées de siège 9 du bottier 1 (figure 1). La plaque polygonale 4 présente un orifice central 17 sur la périphérie duquel sont disposées des saillies 18 pénétrant dans le trou borgne 10 de la face frontale 3 du bottier 1 (figure 1). Lors de l'assemblage du clapet, les plaquettes de fermeture 6 (figure 1) sont appliquées sur les faces latérales 2 du bottier 1, de telle manière que leurs becs 15 s'engagent dans les mortaises il du bottier 1. La plaquette de fermeture 6 se trouve ainsi appliquée contre la portée de siège 9 et les languettes de fermeture 14 masquent les lumières de sortie 8. Ensuite la plaque polygonale 4 est engagée sur la face frontale 3 du bottier 1, de telle manière que les saillies 18 disposées sur la périphérie de l'orifice central 17 de la plaque polygonale 4 entrent dans le trou borgne 10, immobilisent ainsi ladite plaque par rapport à la face frontale 3 du bottier 1. Les saillies 18 peuvent autre rabattues vers l'intérieur du trou borgne 10.La plaque polygonale 4, immobilisée de cette façon, maintient par ses pattes de serrage 16 les éléments d'appui 13 de la plaquette de fermeture 6 sur la portée de siège 9 du bottier 1. Les becs 15 serrés entre la plaque polygonale 4 et le bottier 1 empêchent le glissement de la plaquette de fermeture 6 sur la portée de siège 9, évitant ainsi l'usure de la plaquette 6 qu'un tel déplacement longitudinal pourrait causer. Le clapet fonctionne de la manière suivante. L'air comprimé est refoulé dans le clapet par le passage d'admission (non représenté) entouré de la jupe annulaire 5 (figure 1), et arrive dans sa cavité intérieure 7. La courant d'air comprimé est divisé par le diviseur 12 en plusieurs courants, dont le nombre est égal à celui des faces du diviseur 12. Ces courants d'air renvoyés par les faces du diviseur 12 vers les lumières de sortie 8 (figures 1, 2) écartent la plaquette de fermeture 6 de la portée de siège 9. L'air écarte alors non seulement la languette de fermeture 14 (figure 3) fixée sur les éléments d'appui 13, mais aussi ces éléments eux-m8mes, en déchargeant ainsi les languettes de fermeture 14.Les éléments d'appui 13 (figure 1), dont les becs 15 sont engagées dans les encoches Il du bottier 1, sont maintenus sur les portées de siège 9 par les -pattes de serrage 16 (figure 4) de la plaque polygonale 4 fixée sur le bottier 1 (figure 1) par les saillies 18 (figure 4) pénétrant dans le trou borgne 10 du bottier 1 (figures 1, 2). La pression au-dessus du clapet serre d'une manière fiable les plaquettes de fermeture 6 contre la portée de siège 9, assurant ainsi l'étanchéité du clapet et en empêchant les retours d'air. Le clapet faisant l'objet de l'invêntion peut autre utilisée comme clapet d'aspiration ou de refoulement dans les cylindres des compresseurs d'air ou de gaz de tous débits, sous des pressions allant jusqu'à 1500 kg/cm2 et à des vitesses de l'arbre allant jusqu'à 3000 tr/mn. Ces clapets à plaquettes fonctionnant sans frottement sont prévus pour Entre utilisés dans les compres- seurs sans lubrification des cylindres et des presse-étoupe et dans les compresseurs à vide. De par leur construction, les clapets se pr8ten facilement aux réparations et permettent le remplacement des éléments de fermeture sans démontége de la plaquette à clapets. La fiabilité du clapet conforme à l'invention, son entretien facile, la simplicité de la fabrication des plaquettes, permet tent de réduire de 35 à 40 % le nombre d'ouvriers charges des réparations et desservant la station de compresseurs. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qul.n'a été donne qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-cx sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans. le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Clapet à écoulement axial pour machines volumétriques, du type comprenant un bottier ou corps présentant des faces frontales parallèles ainsi que des faces latérales dans lesquelles sont réalisées des portées de siège et des lumières de sortie, et comportant des plaquettes élastiques de fermeture constituées chacune d'éléments d'appui en U portant une languette de fermeture se trouvant normalement en position d'application sur la portée de siège correspondante, et un dispositif de fixation desdites plaquettes de fermeture sur le bottier du clapet, caractérisé en ce que les plaquettes de fermeture sont planes et comportent à ltextrémlté de chacun de leurs éléments d'appui en U un bec pénétrant dans une encoche -correspondante ménagée dans l'une des faces frontales du bottier ledit dispositif de fixation des plaquettes de fermeture étant monté sur ladite face frontale du bottier et étant constitué par une plaque polygonale sensiblement congruente cette face frontale et présentant sur ses cuités des pattes de serrage faisant saillie au-delà des faces latérales du-bottier et maintenant les plaquettes de fermeture sur les portées de siège respectives du bottier. 2. Clapet à écoulement axial suivant la revendication 1 caractérisé en ce que dans la face frontale du boîtier sur laquelle est disposée ladite plaque polygonale est percé un trou borgne dans lequel pénètrent des saillies qui sont disposées à la périphérie d'un orifice central ménagé dans ladite plaque polygonale et qui fixent ladite plaque polygonale sur ladite face frontale.