Brevet FR2605682A1 — publié le 19880429

La présente invention se rapporte au domaine des compresseurs d'air qui comportent des clapets à lamelles pour l'aspiration de l'air vers le cylindre et le refoulement de l'air hors du cylindre, comme cela se produit, par exemple, dans les compresseurs d'air mobiles utilisés dans les travaux publics et équivalents. Le fonctionnement de ces clapets consiste essentiellement dans le fait que la lamelle peut prendre des positions d'obturation et d'ouverture par rapport aux orifices d'aspiration ou de refoulement de l'air, selon le clapet dont il s'agit. Pour cela, les lamelles sont généralement faites d'une matière flexible et sont associées à un élément limiteur de course d'ouverture qui, d'une part, est placé à proximité de la position de portée, pour assurer la rapidité de la réponse du clapet et, d'autre part, évite que la lamelle ne se soulève excessivement h l'ouverture en raison de sa souplesse et ne réponde pas lorsqu'elle est sollicitée pour exécuter sa course de fermeture. En particulier, l'invention se rapporte à une constitution particulivre du clapet d'aspiration qui a pour effet de réduire la résistance dans la phase de démarrage du compresseur. Actuellement, les compresseurs de ce type qui sont déjà connus sont caractérisés par le fait que, dans la situation de repos du compresseur, les lamelles des clapets d'aspiration et de refoulement portent en position d'obturation sur les orifices d'aspiration et de refoulement d'air correspondants, ce qui détermine la situation de fermeture de ces clapets. Dans cette situation, la pression de l'air contenu dans le cylindre est proche de la pression atmosphérique tandis que, de l'autre coté du clapet de refoulement, qui est en ommunication avec le réservoir d'air comprimé, la pressn est très supérieure, les pressions d'air dans le réservoir étant normalement de 6 à 10 Ceci se traduit, logiquement, par le fait que le clapet de refoulement ne laisse pas l'air passer au réservoir avant que la pression régnant dans le cylindre ne surpasse, bien que de très peu, la pression existant dans le réservoir et ce niveau de pression ne peut pas être obtenu avant que le piston n'atteigne sa vitesse de régime. I1 en résulte que, dans la phase de démarrage, on a à surmonter, en supplément de l'inertie propre du moteur, la grande résistance due a la compression de l'air du cylindre, que le piston réalise, ceci jusqu'au moment où le piston atteint la vitesse de régime qui est seule suffisante pour comprimer l'air du cylindre à une pression capable de faire fléchir la lamelle du clapet de refoulement alors que cette dernière subit, dans le sens inverse, l'importante pression du circuit du réservoir, et il en résulte que l'action de compression du piston agit dans un sens qui résiste à l'accroissement de sa vitesse, et ceci jusqu'à sa vitesse de régime. Le résultat de ce phénomène, qui se produit dans la phase de démarrage, est une série d'effets défavorables à l'aptitude au fonctionnement et à l'économie de construction et d'exploitation du compresseur, qui peuvent se concrétiser par les points suivants - nécessité de surdimensionner les parties structurales et mobiles du compresseur qui sont mises en jeu, en fonction de la résistance supplémentaire qu'elle ont à surmonter, ce qui exige de plus grandes épaisseurs de matière, ou l'utilisation de matériaux de caractéristiques plus élevées et, par conséquent, un accroissement du coût de construction - nécessité de surdimensionner le moteur pour développer la pointe de puissant:: nécessaire au démarrage, laquelle est déterminée en majeure partie par les ré sistances supplémentaires mentionnées olus haut, et est d'une valeur très supérieure à celle qui est nécessaire dans les régimes de fonctionnement normaux, ce qui se traduit par un accroissement du coût de fabrication, puisque le coût du moteur est proportionnel à sa puissance - consommation d'énergie supérieure à celle qui serait nécessaire pour surmonter l'inertie naturelle propre des éléments mobiles du compresseur au démarrage, ce qui se traduit par un accroissement du coût d'exploitation - à-coups plus brusques au démarrage et élévation consécutive du niveau de vibrations et du risque de dégâts, tant pour le compresseur en lui-même que pour la structure porteuse de ce compresseur (châssis, carrosserie, etc.). Tout ceci est particulièrement désavantageux si l'on tient compte du fait que le fonctionnement habituel des compresseurs est intermittent, puisque les réservoirs sont équipés d'un pressostat qui commande le démarrage du compresseur lorsque la pression intérieure accumulée descend au-dessous d'un minimum, puis arrête le compresseur lorsque la pression intérieure est remontée, de sorte que les démarrages et arrêts sont fréquents. L'invention a pour objet un dispositif de clapet d'aspiration à la fois ingénieux et simple et qui permet aux compresseurs d'air précités d'effectuer des démarrages doux et faciles, grâce au fait qu'il permet de supprimer ou de réduire à un minimum la résistance qui est engendrée dans les compresseurs connus par la compression de l'air du cylindre aux vitesses inférieures au régime de fonctionnement normal. Le dispos if selon l'invention est caractérisé en ce que le débowshé intérieur de l'orifice d'aspiration s'ouvre dans une surface de portée taillée en ram pe, dont le profil oblique s'écarte de la position naturelle plane ou position de repos de la lamelle obturatrice élastique selon une direction divergente, entre un point proche de l'ancrage de ladite lamelle et son extrémité libre, le contour de ladite rampe de portée étant sensiblement plus étendu que celui de la lamelle obturatrice élastique. Cette constitution selon l'invention consiste en définitive à former pour la lamelle élastique une portée de fermeture inclinée ou un siq incliné, ce qui a pour effet que le clapet d'aspiration par où l'air arrive au cylindre reste ouvert aussi longtemps qu'on n'atteint pas dans ce cylindre une pression suffisante pour forcer la lamelle à fléchir vers sa portée de fermeture, et cette pression est obtenue lorsque la vitesse avec laquelle le piston refoule l'air R travers le clapet d'aspiration ouvert est telle que celui-ci ne peut plus laisser passer tout le débit et, à ce moment, la lamelle subit la pression de l'air qui ne peut pas s'échapper et elle fléchit vers la rampe du singe pour obturer l'orifice d'aspiration.On voit immédiatement qu'il suffit de calculer de faucon adéquate la flexibilité de la lamelle et la section du passage d'air entre la lamelle et son siège incliné pour faire coïncider la flexion de la lamelle avec le moment où la vitesse du piston est exactement ou approximativement celle qui est nécessaire pour ouvrir le clapet de refoulement, de sorte qu'on franchit alors la phase de démarrage sans avoir à surmonter la résistance supplémentaire qui est engendrée pendant cette phase dans les compresseurs connus parce que l'air contenu dans le cylindre ne dispose pas de voie d'échappement. Les avantages évidents de ce dispositif selon l'invention consistent dans une plus faible consommation d'énergie, dans la possibilité Se calculer le compresseur, sous les aspects mécanicaes et énergétiques, en fonction des contraintes exercées et en fonction de la puissance absorbée au régime normal de fonctionnement, majorée de la puissance nécessaire pour surmonter l'inertie normale du démarrage, laquelle sera réduite puisqu'on peut maintenant alléger la masse des diverses parties et des divers organes du compresseur et, en définitive, dans la possibilité d'obtenir des démarrages doux et faciles qui allongent la vie du compresseur. Selon l'invention, il est prévu que la ligne de pliage fonctionnelle de la lamelle élastique du clapet d'aspiration est fixée à la construction au moyen d'une ligne affaiblie ou équivalent. En outre, selon l'invention, il est prévu que cette lamelle élastique peut prendre diverses configurations géométriques et, de préférence, celles que l'on appellera la languette simple, la languette double ou le disque, pourvu que les orifices et les portées inclinés ou rampes prennent alors l'emplacement et la configuration nécessaires pour assurer leur fonction, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue schématique qui représente une coupe diamétrale de la culasse d'un compresseur munie d'un clapet d'aspiration constitué selon l'invention et qui montre les lamelles d'aspiration et de refoulement dans leur attitude naturelle plane, qui correspond à l'état de repos et à un stade intermédiaire de la phase de démarrage la figure 2 est une vue qui représente les clapets d'aspiration et de refoulement et qui correspond à la projection en plan de dessous prise après avoir sup primé le corps du cylindre ;; la figure 3 est une représentation analogue à celle de la figure 1 mais représentant l'état de refoule ment de l'air vers le réservoir accumulateur les figures 4 et 4A sont des vues en coupe en plan de dessous d'un clapet d'aspiration, qui correspond a la configuration de lamelle à double languette les figures 5 et 5 sont des vues en coupe en plan de dessous d'un clapet d'aspiration qui correspond à la configuration de lamelle en forme de disque. Sur les dessins, on a représenté une forme préférée de réalisation de l'invention, avec différentes configurations les plus habituelles de la lamelle élastique 1, 11, 12 et de la rampe 3, 13, 14 de portée inclinée. Les figures 1, 2 et 3 illustrent le principe de l'invention en utilisant la configuration de lamelle à languette simple 1 et permettent d'expliquer, non seulement la constitution de l'invention mais également son fonctionnement. Les figures 4, 4A et 5, 5A représentent des configurations qui correspondent respectivement au cas d'une lamelle élastique à double languette 11 et à celui d'une lamelle élastique en forme de disque 12, sans se reporter expressément à leur mode de fonctionnement, puisque ce dernier correspond au même principe que dans le cas de- la lamelle a languette simple 1. Les vues en coupe des figures 1 et 2 représentent la culasse d'un cylindre 7, avec le piston 8 situé dans une position intermédiaire, et les clapets d'aspiration et de refoulement prévus pour établir la communication entre le cylindre 7 et la chambre d'aspiration 9 ainsi que la chambre de refoulement 10. Le clapet de refoulement est d'une configuration conforme au principe de construction qui était aussi utilisé jusqu'à présent pour les clapets d'aspiration et il est essentiellement compc-:é d'une lamelle plane 5 de nature flexible et qui, dans sa position naturelle ou de repos, repose sur une portée plane, sur laquelle elle obture le débouché de l'orifice de refoulement 6 à l'extérieur du cylindre 7.La fermeture de cette lamelle de refoulement 5 est assurée par le fait qu'elle subit extérieurement la pression du réservoir accumulateur d'air comprimé, de sorte que, pour que cette lamelle 5 se décolle de son siège et laisse l'air passer au réservoir, il faut atteindre dans le cylindre 7 une pression capable d'équilibrer celle du réservoir et de provoquer le pliage de la lamelle 5, et à ce moment, cette lamelle s'ouvre dans la mesure permise par le limiteur 16. De son coté, le clapet d'aspiration comprend une lamelle élastique 1 naturellement plane et qui pré- sente la particularité consistant en ce que sa portée de fermeture est inclinée et que la fermeture doit se faire sur une rampe 3 à pente divergente qui prend naissance à proximité des vis d'ancrage 4 de la lamelle 1 et se prolonge jusqu'à un point situé au-delà de l'extrémité libre de cette lamelle, de sorte que, lorsque la lamelle 1 se trouve dans sa position naturelle ou plane, elle ne porte pas sur l'orifice d'aspiration 2 débouchant dans ladite rampe 3 pour le fermer, et la communication entre le cylindre 7 et la chambre d'aspiration 9 reste donc ouverte dans ces conditions. Grâce à cette constitution, dans la phase de démarrage, les courses de refoulement du piston 8 ne rencontrent pas la résistance supplémentaire due à la compression de l'air du cylindre 7, puisque l'air peut s'échapper entre la lamelle 1 et la rampe 3, en traversant l'orifice d'aspiration 2. Ce n'est qu'au moment où la vitesse atteinte par le piston 8 est telle que cet échappement ne peut plus laisser passer le débit correspondant à la totalité du volume d'air refoulé, que la lamelle 1 fléchit et vient s'appliquer sur la rampe 3 pour fermer l'orifice. A ce moment, la vitesse du piston 8 et la pression atteinte dans le cylindre sont suffisantes ou très proches de celles qui sont nécessaires pour que la lamelle 5 se décolle de son siège (qui sont fonction du niveau de pression régnant dans le réservoir au moment considéré).La figure 3 montre cette dernière situation, dans laquelle le clapet d'aspiration est fermé et le clapet de refoulement ouvert, tandis que la figure 1 montre la situation de repos et celle qui correspond aux stades intermédiaires de la phase de démarrage, dans lesquels le piston 8 n'a pas encore atteint la vitesse de régime et où le clapet d'aspiration reste ouvert tandis que le clapet de refoulement reste fermé. Lorsque la lamelle (figures 4 et 4A) prend la configuration de languette double 11, on prévoit deux rampes 13 qui sont symétriques par rapport à la ligne centrale définie par les vis d'ancrage 4, chacune de ces lamelles étant réalisée comme dans le cas de la lamelle à languette simple 1, et il y a donc deux orifices d'aspiration 2. Lorsque la lamelle (figures 5 et 5A) prend la configuration d'un disque 12, sa fermeture s'effectue par portée sur une rampe circulaire 14 réalisée conformément aux principes précédents, et dans cette rampe, s'ouvrent des orifices d'aspiration 2 prévus en nombre approprié et placés dans une disposition appropriée (dans le cas représenté, on a considéré quatre orifices espacés de 900). Sur les figures 2, 4, 5, on a indiqué la ligne d'affaiblissement 15 qui est formée à la construction, dans les lamelles 1, 11, 12, afin que la flexion de ces lamelles se produise correctement. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif perfectionné de clapet d'aspiration pour compresseurs d'air du type des clapets constitués par une lamelle plane obturatrice et par une surface de portée sur le débouché intérieur de l'orifice d'aspiration d'air vers le cylindre, caractérisé en ce que la lamelle obturatrice (1) est élastique et occupe naturellement une position plane tandis que l'orifice d'aspiration (2) débouche à l'intérieur dans une surface de siège taillée en rampe (3), dont le profil oblique s'écarte de la position naturelle ou de repos plane de la lamelle obturatrice élastique (1) selon une direction divergente, entre un point proche de l'ancrage de ladite lamelle (1) et son extrémité libre, le contour de ladite rampe de portée (3) étant sensiblement plus étendu que celui de la lamelle obturatrice élastique (1), pour donner naissance à une portée inclinée, relativement à la position de repos de la lamelle élastique (1) du clapet d'aspiration, et en ce que cet orifice n'est obturé par ladite lamelle (1) que lorsque sa rigidité est surmontée parce que le débit engendré par le cylindre (7) a surpa5- sé une valeur prédéterminée qui correspond aux débits proches du régime normal, tandis que, aux petits débits, qui correspondent au démarrage, la lamelle obturatrice (1) reste écartée, pour laisser l'air s'échapper par l'orifice d'aspiration (2). 2 - Dispositif perfectionné de clapet d'aspiration pour compresseurs d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de flexion de travail de la lamelle (1) est prédéterminée à la construction au moyen d'une ligne affaiblie (15) ou équivalent. 3 - Dispositif perfectionné de clapet d'aspiration pour compressrurs d'air selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lamelle plane flexible du clapet d'aspiration présente de préférence une configura tion allongée de languette simple (1) et est vissée à la paroi du cylindre (7) par une de ses extrémités. 4 - Dispositif perfectionné de clapet d'aspiration pour compresseurs d'air selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lamelle plane flexible présente une configuration allongée de double languette (11) fixée à la paroi du cylindre (7) en son milieu, et possède des extrémités obturatrices coopérant avec des orifices d'aspiration (2) correspondants qui s'ouvrent dans des rampes (13) correspondantes dont les profils obliques divergents sont symétriques par rapport au plan médian transversal de la lamelle flexible. 5 - Dispositif perfectionné de clapet d'aspiration pour compresseurs d'air selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lamelle plane flexible possède une configuration de disque (12) fixé en son centre et vient porter en position de fermeture sur les orifices d'aspiration (2) qui s'ouvrent dans une rampe de portée circulaire (14) dont le profil incliné s'écarte du disque (12) selon une direction divergente entre un cercle proche du centre et le bord libre du disque.