Brevet FR2627238A1 — publié le 19890818

L'invention concerne un compresseur d'air muni d'un disque basculant, actionné en mouvement ondulatoire par un arbre excentrique, agencé par ce moyen pour produire un grand rendement d'air comprimé. Il est bien connu qu'une pompe à vide, comportant une pluralité de pales montées sur un rotor, doit être utilisée dans une plage de I à 3 bars, selon les besoins. Toutefois, ladite pompe possede quelques inconvénients étant donné qu'il se produit un notable échauffement par le frottement, une usure superficielle et des ruptures en raison de la longue distance de frottement par unité de rotation, ce qui fait qu'une grande vitesse de fonctionnement est quasiment impossible et que la durée de vie est très courte. Un compresseur d'air du type à piston, comprenant un vilebrequin et un piston, peut être utiltisé, selon les besoins, au dessus d'une pression de 3 -bars. Le volume d'air dans un cylindre est réduit proportionnellement à la ptression au point mort haut et, lorsque le piston se déplace vers le bas pour aspirer de l'air dans le cylindre, l'air de l'espace mort se dilate à l'intérieur du cylindre et le reste du cylindre se remplit d'air frais. Dans ce cas, la pression maximale du compresseur correspond au taux de compression. A la pression maximale, étant donné que le volume d'air suscep- tible d'être refoulé est nul, le compresseur ne peut le con- vertir en énergie d'air comprimé pour un travail nécessaire, ce qui fait qu'un appareil moteur qui entraine le compresseur est sujet à surcharge. Dans ce cas, le rendement du com- presseur est nul. Nommément, comme le volume d'air restant dans le- cylindre est augmenté pour rester proportionnel à la pression, quand la pression est égale au taux de compression, le volume d'air dans le cylindre est maximal, de sorte que l'air frais ne peut pénétrer dans le cylindre. Le rendement du compreseur est alors minimal ou nul. Lorsqu'une pression de refoulement augmente du minimum ou de zéro au maximum, le rendement varie du maximum au minimum, ce qui fait que le rendement total ne dépasse pas 50 %. Par suite, un volume d'air correspondant à la pression de service reste dans le cylindre, ce qui entraine une perte de rendement. L'air comprimé n'est refoulé que lorsque le piston remonte, et le moment du refoulement de l'air comprimé survient quand l'angle de rotation du vilebrequin est inférieur à un certain angle, égal à 180 , moins un angle d'élévation de la pression jusqu'à la pression de service, ce qui produit une pulsation de la pression. Afin d'éliminer ce phénomène pulsatoire, le compresseur doit comprendre une pluralité d'ensembles piston- cylindre. Et, pour pouvoir délivrer de l'air comprimé de façon constante, il est nécessaire de prévoir un réservoir d'accumulation d'air comprimé. Dans ce cas, comme l'air restant ne circule pas, le compresseur a tendance à être détérioré par la chaleur générée à l'intérieur. Et, dans ce compresseur connu, étant donné qu'il possède une structure complexe et volumineuse, ses pertes mécaniques augmentent et il génère un bruit considérable. Un objet de l'invention est de réaliser un com- presseur d'air à fonctionnement ondulatoire, comprenant un disque basculant qui est actionné de façon ondulatoire pour comprimer de l'air de façon continue, dans lequel les in- convénieats des compresseurs d'air classiques, signalés plus haut, ont été surmontés. Le compresseur d'air conforme à l'invention comporte un disque basculant qui est agencé pour venir en butée sur les surfaces coniques des flasques latéraux, par un arbre excentrique relié d'une seule pièce et en oblique à un arbre tournant. Quand l'arbre tournant pivote, le disque basculant est déplacé de façon ondulatoire, mais n'est pas mis en rota- tion à l'Eaitze de la rotation de l'arbre excentrique, ce qui fait qu'il peut effectuer, simultanément, une aspiration et un refoulement de l'air. Ainsi, selon l'invention, il est. possible d'éliminer la génération du bruit et la pulsation de l'air de refoulement. De même, le compresseur d'air selon l'invention peut être entrainé à grande vitesse et (ou) à faible vitesse, et le disque basculant peut refouler un grand volume d'air. De plus, il est possible d'entraîner le com- presseur d'air selon l'invention sans pulsation et sans bruit, ce qui fait qu'il atteint un grand rendement par rapport aux compresseurs d'air classiques. L'invention va maintenant être décrite sous forme d'exemples, en faisant référence aux dessins annexes, dans lesquels: Fig.l 1 est une vue en perspective éclatée de I 'invention, Fig.2A est une vue en coupe longitudinale de Fig.l à l'état monte, Fig.2B est une vue en coupe transversale prise suivant un plan a-a de Fig.2A, Fig.3A, 3B et 3C sont des vues en coupe transversale prises suivant le plan b-b, représentant un fonctionnement du disque basculant, Fig.4 et 5 sont des vues de deux formes de réalisa- tion en variante, Fig.6 est un schéma explicatif du refoulement de l'air dans un compresseur d'air classique,.et Fig.7 est un schéma explicatif de l'invention. En faisant référence à Fig.l et Fig.2A et 2B, un compresseur d'air selon l'invention comprend un carter prin- - cipal 5 et des flasques droit et gauche 3 et 4. Le flasque gauche 3 comprend une surface conique 6 qui forme un alésage de palier 8 comportant une surface sphérique partielle in- térieure 7. Le flasque droit 4, symétrique au flasque gauche 3, comprend également une surface conique 6' ainsi qu'un alésage de palier 8' avec surface sphérique partielle inté- rieure 7'. Le carter principal 5 et les flasques gauche et droit 3 et 4, sont boulonnés pour former une chambre d'air 9. Sur la surface conique 6, 6' du flasque gauche 3 et du flasque droit 4, il est ménagé des rainures concaves, 6a, 6a', respectivement. Une lumière d'admission 1 et une lumière de refoulement 2 du compresseur d'air sont ménagées dans les rainures concaves, 6a, 6a' respectivement. Le carter princi- pal 5 comprend une cavité cylindrique 10 dans laquelle une chemise 12, dotée d'une surface sphérique en forme de bande ll,est insérée. Un disque basculant 15, comportant deux calottes de palier 14 aux deux côtésest inséré dans la chemise 12. Le disque basculant 15 est pourvu d'une fente 15a pour l'insertion d'une plaque de compartimentage 13, comme décrit plus loin. La plaque de compartimentage 13,en forme de "H", comprend deux ailettes 13a, 13b munies d'alésages rec- tangulaires 1" et 2", tournés vers les lumières d'admission et de refoulement 1 et 2. La plaque de compartimentage 13 est insérée dans la fente 15a par interposition d'une tige de guidage 21, munie d'une fente longitudinale 21a. Le disque 15 tourillonne sur un arbre excentrique 17, avec interposition de paliers 18, au travers d'un alésage d'arbre 14a ménagé dans les deux calottes de palier 14. L'arbre excentrique 17 est prolongé sur un arbre tournant 6, de façon que l'axe longitudinal de l'arbre excentrique 17 soit incliné par rapport à celui de l'arbre tournant 16. Par suite, lorsque l'arbre excentrique 17 tourne excentriquement, le disque basculant 15 se déplace de façon ondulatoire à 1'ete ds sr- faces coniques 6, 6' des flasques latéraux gauche et droit 3, 4. Deux autres formes de réalisation susceptibles de changer la force de rotation de l'arbre tournant en mouvement. ondulatoire sont représentées sur Fig.4 et Fig.5. Comme représenté sur Fig.5, l'arbre excentrique 17 est intégré au disque basculant 15, de sorte que cette forme de réalisation peut être utilisée pour une pompe à eau. En cas de besoin, des accessoires de protection contre les fuites peuvent être montés autour de l'arbre excentrique 17. De même, comme représenté sur Fig.5, l'arbre tournant 16, agence sous forme de deux étages de l'arbre oscillant, est pourvu de galets 17a afin que le disque basculant 15 puisse être actionné de façon ondulatoire, comme ci-dessus. Dans cette forme de réalisation, les joints'd'étanchéité 19, 19' qui viennent en about contre les surfaces sphériques partielles intérieures 7, 7' sont ajustés par les boulons 26 ou des ressorts (non-représentés) de sorte que, lorsque les joints sont usés, l'étanchéité à l'air de la chambre 9 peut être maintenue en serrant les boulons. En ce qui concerne la plaque de compartimentage 13, bien que la plaque de compartimentage décrite pour les formes de réalisation ci-dessus ait une section en forme de "H", la plaque de compartementage peut être agencée sous forme d'une plaque plane, selon les besoins du dessin. Comme représenté sur Fig.2A, l'angle d'inclinaison-du disque basculant 15 par rapport au plan vertical de l'axe longitudinal de l'arbre de rotation est compris dans une gamme entre 10 et 15 et, de préférence, entre 12 et 14 . Sur les dessins, les chiffres 1', 2', 23 et 25 repré- sentent, respectivement, une arrivée d'air, une sortie d'air, un raccord de filtre à air et un corps de palier de support pour l'arbre tournant 16. En service, lorsque l'arbre tournant 16, assemblé comme représenté sur Fig.2, est entraîné en rotation par un appareil moteur indépendant, l'arbre excentrique 17 est en- trainé en rotation excentrique de manière à provoquer un entrainement ondulatoire du disque basculant 15 tourillonné. Dans ce cas, les calottes de palier 14 du disque basculant , tourillonnant sur l'arbre excentrique 17, coulissent contre le roulement 18 de façon que les calottes 14 cou- lissent dans les surfaces sphériques partielles intérieures 7, 7' des flasques latéraux gauche et droit 3, 4, sans s'échapper de la zone d'action des joints d'étanchéité 19, 19' qui sont insérés dans les rainures annulaires 7a, 7a'. On peut voir que le disque basculant 15 n'est pas entrainé en rotation, mais actionné en mouvement ondulatoire dans le sens de la rotation de l'arbre excentrique par la plaque de com- partimentage 13. La surface sphérique li de la chemise 12 est mise en contact avec le disque basculant 15 par la bague 20 qui est insérée à la périphérie du disque basculant, ce qui empêche les fuites d'air de la chambre 9. Comme le disque basculant 15 vient en butée sur les surfaces coniques 6, 6', dans la chambre d'air, en fonction du déplacement de position des coupelles de palier 14, le disque basculant 15 est com- mandé de façon à effectuer un mouvement alternatif au moyen de la plaque de compartimentage entre la lumière d'admission 1 et la lumière de refoulement 2, ce qui fait que dans la direction de rotation, le disque basculant 15 peut être en- traîné dans un mouvement ondulatoire. On verra les phases d'admission et de refoulement d'air par la manoeuvre du disque basculant 15 sur Fig.3A, 3B et 3C. Il est montré sur Fig3A que la partie supérieure du disque basculant 15 vient en contact au voisinage de la lu- mière de refoulement 2 qui est ménagée sur la surface conique 6- du flasque latéral droit 4. Dans ce cas, les deux côtés du disque basculant 15, diamétralement opposés à la partie supérieure mentionnée plus haut, sont tournés pour venir en contact avec la partie diamétralement opposée, au voisinage de la lumière de refoulement 2 du flasque latéral gauche 3. Le déplacement de la surface de contact entre le disque basculant 15 et les surfaces coniques des flasques latéraux gauche et droit 3 et 4 fait que I'air aspiré par la lumière d'admission 1 est refoulé de la chambre 9 vers la plaque de compartimentage 13, au travers de laquelle l'air comprimé passe, par l'alésage 2" de la plaque 13, en direction de la lumière de refoulement 2. Par la rotation successive de l'arbre tournant 16 et de l'arbre excentrique 17, le disque basculant 15 peut être déplacé, de l'état de Fig.3B à celui de Fig.3C; les coupelles de palier 14 restant toujours en contact avec les surfaces partielles intérieures 7, 7' des flasques latéraux gauche et droit 3, 4. A ce moment, la partie supérieure du disque bas- culant 15, adjacente à la lumière d'arrivée 1i sera déplacée à l'écart de la lumière d'admission 1, ce qui fait que le volume au delà de la lumière d'admission 1 augmentera. Il s'en suit une baisse de pression et, en raison de cette chute de pression, l'air frais pénétrera dans la chambre 9 par - l'alésage 1" ménagé dans la plaque de compartimentage 13. A ce moment, la chambre 9 est divisée en une chambre d'admis- sion et une chambre de refoulement par la surface de contact de la plaque de compartimentage 13, entre la lumière d'ad- mission 1 et la lumière de refoulement 2 et le centre du disque basculant 15, et les surfaces de contact du disque basculant 15 et les surfaces coniques 6, 6' des flasques latéraux 3, 4. Par déplacement des surfaces de contact entre le disque basculant 15 et les surfaces coniques 6, 6', la-. surface de contact à la base de la plaque de compartimentage 13 est deplacée de la lumière d'admission 1 vers la lumière d'échappement 2, ce qui fait que le volume de la chambre d'air 9 adjacent à la lumière de refoulement 2 est réduit pour provoquer le refoulement de l'air de la chambre 9 vers le raccord de refoulement 22. Toutefois; quand l'arbre tournant 16 pivote de 180 , la tige de guidage 21 introduite dans le disque basculant 15 est déplacée d'un côté de la plaque de compartimentage 13 en direction de l'autre, ce qui fait que le disque basculant 15 est actionné de façon ondu- latoire. Par suite, chaque volume du côté lumière d'admission et du côté lumière de refoulement est alternativement augmen- té ou réduit pour l'admission ou pour le refoulement. De même, lorsque l'arbre tournant 16 est pivoté de 270 , la partie supérieure du disque basculant 15 est dépla- cée du côté de la lumière d'admission 1 vers la lumière de refoulement 2, ce qui fait que l'air précédemment aspiré est refoulé en direction de la lumière d'échappement 2. Et, lorsque l'arbre tournant 16 est pivoté de 360 , la tige de guidage 21 di d.isque basculant 15, est ramenée dans la position de Fig.3A. Ainsi, le disque basculant 15 continue son mouvement alternatif vers les deux côtés de la plaque de compartimentage 13, provoquant le refoulement de l'air com- primé. Comme la bague 20 est insérée à la périphérie exté- rieure du disque basculant 15, le disque basculant 15 peut venir en contact sur les surfaces sphériques 11 de la-.chambre 9 de façon étanche, ce qui empêche l'air comprimé de fuir, ce qui fait que les efforts d'admission et de refoulement ne sont pas abaissés. En attendant, lorsqu'un liquide est utilisé dans l'invention, une lumière d'admission et une lumière de refoulement peuvent être agencées dans le carter principal 5. Comme décrit plus haut, l'invention consiste à réaliser un compresseur d'air pouvant aspirer de l'air et refouler de l'air comprimé par un mouvement de forme ondu- Z627238 latoire du disque basculant 15, par accouplement de l'arbre excentrique 17 à l'arbre tournant 16. Dans l'invention, il est possible de refouler de l'air comprimé de façon con- tinue en maintenant un volume d'air constant dans la chambre. 9, comme représenté sur la figure 7, sans générer de bruit et de restriction de l'état de marche à grande vitesse ou à faible vitesse, ce qui fait que la compresseur d'air selon l'invention peut être utilisé commodément dans toutes les conditions et permet d'obtenir un rendement élevé d'air comprimé dans une disposition compacte. L'invention peut être appliquée à une pompe à eau de même qu'au compresseur d'air décrit plus haut. Si nécessaire, l'invention peut être appliquée à des moteurs hydrauliques ou pneumatiques quelconques. Bien entendu,le compresseur peut être utilisé en pompe à vide Les signes de référence insérés après les caracté- ristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces der- nières et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Compresseur d'air à fonctionnement ondulatoire, comprenant; un carter principal (5) muni d'une cavité cylindrique dans laquelle une chemise comportant une surface sphérique en forme de bande (11) est introduite; un flasque gauche (3) muni d'une surface conique qui forme un alésage de palier, avec une surface sphérique par- tielle intérieure (7); un flasque droit (4) symétrique audit flasque gauche (3), comprenant une surface conique (6) qui forme un alésage de palier (8) avec une surface sphérique partielle intérieure (7), lesdits carter principal, flasque gauche et droit étant boulonnés pour constituer une chambre d'air (9); une lumière d'admission (1) et une lumière d'échlap- pement (2) étant ménagées dans les rainures concaves (6a, 6a') des flasques gauche (3) et droit (4); un disque basculant (15) muni de deux coupelles de palier (14) introduites des deux côtés dans la chemise et tourillonnant sur un arbre exccentrique (17), ledit disque basculant (15) étant pourvu d'une fente pour l'insertion d'une plaque de compartimentage (13); et une plaque de compartimentage (13) en forme de "H", munie de deux ailettes (13a, 13b) dotées d'alésages rectan- gulaires (1", 2") tournés vers lesdites lumières d'admission (1) et de refoulement (2). 2. Compresseur d'air selon la revendication 1, dans lequel ledit arbre excentrique (17) est incorporé audit disque basculant (15). 3. Compresseur d'air selon la revendication 1, com- prenant en outre un arbre tournant (16), réalisé sous forme de deux étages du disque basculant (17), pourvu de galets (17a), de façon que ledit disque basculant puisse être ac- tionné dans un mouvement ondulatoire, et que les bagues d'étanchéité (19, 19') venant en butée sur lesdites surfaces. sphériques partielles intérieures puissent être ajustées par des boulons. 4. Compresseur d'air selon la revendication 1, dans lequel ladite plaque de compartimentage (13) est une plaque plane. 5. Compresseur d'air selon la revendication 1, dans lequel l'angle d'inclinaison (Z (16) est compris dans une gamme de 10 à&150. 6. Compresseur d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit compresseur compre- nant ledit carter principal (5) et lesdits flasques gauche (3) et droit (4) peut &tre utilisé comme pompe à vide. 7. Corrpresseur d'air selon la revendication 2,' dans lequel ledit compresseur comprenant ledit carter principal (5) et lesdits flasques gauche (3) et droit.(4) peut être utilisé comme pompe à eau. 8. Compresseur d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit compresseur compre- nant ledit carter principal (5) et lesdits flasques gauche (3) et droit (4) peut être utilisé comme moteur hydraulique ou comme moteur pneumatique.