Brevet FR2748067A1 — publié le 19971031

La présente invention conceme la compression et l'extension de fluide dans les machines alternatives. Dans les cas les plus courants, ce travail est effectué par un piston qui est entraîné par un système bielle manivelle. Ce mécanisme présente l'inconvénient d'avoir une fuite due aux jeux entre piston et cylindre, qui limite la pression de refoulement, provoque des frottements importants et pollue le fluide comprimé. Pour palier à ces inconvénients, un soufflet est monté à la place du piston. Le soufflet de part sa déformation élastique assure la compression du fluide tout en préservant une étanchéité parfaite entre le fluide comprimé et son environnement extérieur. Néanmoins les soufflets existants dans le commerce ne sont pas adaptés et optimisés pour le travail de compression des fluides, notamment par l'espace mort qu'ils engendrent en fin de course. La présente invention propose de monter des soufflets de forme tronconique qui permettent: - Une réalisation aisée de l'assemblage des bords intérieurs et extérieurs des membranes, en positionnant les couronnes 2 à 2 à plats, et superposées sans jeu. Cela est rendu possible grâce à la forme en escalier concentrique du soufflet. - Un bon écrasement du soufflet, en fin de compression du fluide, qui retrouve sa forme naturelle et qui travaille à ce moment là dans les meilleures conditions, puisqu'il ne subit aucune contrainte mécanique autre, que les efforts de pression engendrés par le fluide comprimé. - Une meilleure rigidité du soufflet, dont la forme présente une grande embase et un sommet plus étroit, afin de résister aux efforts radiaux engendrés par le mécanisme d'en-traînement. Deux mécanismes d'entraînement peuvent mouvoir le soufflet. - Le premier mécanisme consiste à fixer l'extrémité mobile du soufflet di -rectement à la bielle ou au coulisseau de la machine alternative d'entraînement. Ce mode de fonctionnement ne peut s'appliquer que pour de faibles pressions de refoulement, quelques dizaines de bars, ou de petites différences de pression entre aspiration et refoulement, quand la pression d'aspiration se trouve à l'extérieur et en contact avec le soufflet. Cela est dû à la résistance limitée de la structure du soufflet qui est soumise aux efforts de la pression de refoulement. - Le second mécanisme d'entraînement utilise le déplacement d'un fluide incompressible se trouvant en contact direct avec l'extérieur du système élastique. Ce mécanisme présente l'avantage d'accepter des taux de compression très élevés car à l'intérieur comme à l'extérieur du soufflet, la pression est sensiblement égale. Une surpression de liquide incompressible, par rapport à la pression de refoulement du fluide à comprimer, pourra être appliquée à l'extérieur du soufflet en fin de course haute afin de s'assurer d'un minimum d'espace mort. La forme tronconique en dégradé concentrique du soufflet permet un bon plaquage de ce dernier sur la culasse par le liquide moteur. L'autre avantage de la compression du soufflet de forme tronconique, est le bon re -froidissement du système favorisé par le fait que le fluide réfrigérant (qui peut être également le fluide moteur) se trouve directement en contact avec la mince paroi extérieure du soufflet qui offre une grande surface d'échange thermique par rapport au volume déplacé pour la com -pression du fluide. Cette caractéristique favorise grandement les forts taux de compression générateurs de hautes températures. Le soufflet tronconique ne provoque aucun effort de frottement dû au guidage du système ou à la compression du fluide. La raideur des membranes, composant le soufflet, peut être différente de manière à favoriser l'écrasement des petites membranes du soufflet tronconique quand le mécanisme d'entraînement doit foumir l'effort le plus important et de provoquer l'écrasement des grandes membranes quand le mécanisme d'entraînement doit foumir l'effort le plus faible lors d'un cycle de fonctionnement. Cela afin d'améliorer le couple moyen d'entraînement de la machine. Afin d'augmenter la course, et par conséquent le volume engendré du système, la souplesse du soufflet peut être améliorée en y ajoutant des ondulations convergentes vers le centre des couronnes. De ce fait, les couronnes n'auront pas à s'étirer quand le périmètre intérieur augmente ou à se comprimer quand le périmètre extérieur diminue lors d'une traction du soufflet. La culasse et les couronnes du soufflet peuvent recevoir des rainures, côté faces in -térieures, qui convergent vers le centre du système pour améliorer l'écoulement du fluide en fin de compression lorsque le soufflet est complètement écrasé, afin d'éviter la formation de poches de fluide préjudiciables au rendement de la machine. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale de 2 soufflets tronconiques montés en opposition de phase sur une machine anernative, dont le mécanisme d'entraînement n'est pas représenté et ne fait pas l'objet de la présente invention. La figure 2 représente une coupe axiale d'un soufflet actionné par un liquide incom -pressible. La figure 3 est une coupe partielle BB montrant l'intérieur du soufflet. La figure 4 est une coupe partielle AA montrant la face inteme de la culasse. La figure 5 représente une coupe axiale d'un soufflet ondulé. La figure 6 est une coupe partielle CC représentant les ondulations du soufflet. La figure 7 est une coupe partielle axiale d'un double soufflet. Dans l'exemple de réalisation représenté figure 1 un mécanisme atternatif, non re -présenté sur le dessin, délimité par un rectangle aux traits mixtes foumit ou reçoit un effort linéaire de poussée ou de traction. Une rotule (1) ou une chape tournante relie le mécanisme d'entraînement aux soufflets, et permet des défauts angulaires ou d'alignement. La liaison de la rotule (1) sur la bride rigide (2) s'effectue par une pièce élastique (3), afin d'écraser correctement le soufflet en fin de com -pression sans pour autant détériorer le mécanisme. La pièce élastique (3) se déforme, lorsque l'effort nécessaire pour vaincre la pression refoulement est dépassée, et que la course du mécanisme d'entraînement est plus longue que la course du soufflet. La bride (2) est fixée solidement à l'extrémité mobile du soufflet sur une tôle de fer -meture (4), dont le tracé épouse la forme intérieure du soufflet (5), quand ce demier est écrasé en fin de compression afin de diminuer les espaces morts. La partie plane de la plaque de fermeture (4) peut recevoir à l'intérieur du soufflet un revêtement souple pour amortir les chocs sur la culasse en fin de course. Le soufflet (5), qui a une forme tronconique en forme d'escaliers circulaires con -centriques, a son extrémité fixe pincée et maintenue entre la culasse (6) et le cylindre (7). Deux joints tonques (8) peuvent améliorer l'étanchéité du système. Les membranes composant le soufflet (5) peuvent avoir une raideur différente, épaisseur et matériaux différents, pour moduler les efforts de traction du soufflet pendant sa course. Le fluide aspiré par le soufflet entre par le clapet (9), et sort par un clapet de re -foulement (10). La réfrigération du fluide comprimé est assurée, soit par le fluide à comprimer à la pression d'aspiration, soit par le fluide réfrigérant qui circule à l'intérieur du cylindre (7) et à l'extérieur du soufflet (5) en passant par les orifices d'entrée (11) et de sortie (12). Des butées en escalier (14), fixées sur la paroi du cylindre (7), auront des hauteurs de marche prévues pour limiter la course des différentes membranes afin d'avoir une ouverture optimale et harmonieuse du soufflet. Dans la figure 2, le soufflet (5) et la tôle de fermeture (4) sont directement tirés ou comprimés par un fluide incompressible (15) qui aura sensiblement la même pression que le fluide à comprimer. La pression du fluide incompressible (15), maintenue dans un cylindre (16), est communiquée par un élément extérieur au système qui ne fera pas l'objet d'une description. L'intérieur du cylindre (16) aura une forme en escalier concentrique pour servir de butée aux membranes du soufflet. Le fluide comprimé entre et sort par les clapets (9) et (10). Les figures 3 et 4 représentent des rainures (17) et (18) creusées respectivement sur la culasse (6), et à l'intérieur des membranes du soufflet (5) afin d'améliorer l'écoulement du fluide comprimé, lorsque le soufflet est écrasé en fin de course. Les figures 5 et 6 schématisent un soufflet (20) et sa tôle de fermeture (19) munis d'ondulations (24) qui convergent vers le centre du système, afin d'en améliorer la souplesse. La culasse (22), le cylindre (25) et la bride d'appui (23) auront sur leurs faces de contact avec le soufflet des ondulations de même forme que celles du soufflet afin de ne pas déformer ce dernier et d'assurer un minimum d'espace mort en fin de course. La figure 7 schématise un ensemble comprenant une bride rigide (26) fixée à deux soufflets métalliques identiques (5). Les deux soufflets (5) ont leurs embases pincées à chaque extrémité du cylindre (27) qui peut recevoir des joints tonques (8) afin de compartimenter de manière étanche le mécanisme et d'assurer une deuxième barrière d'étanchéité en cas de défaillance du soufflet de compression. L'espace de confinement formé par l'enveloppe extérieure des deux soufflets (5) et la cavité intérieure du cylindre (27), peut servir de chambre de circulation du liquide réfrigérant et/ou de détection de fuite de la membrane de compression. La bride (26) d'entraînement des deux soufflets (5) est percée, afin que l'espace compris entre la bride (26) et la plaque de fermeture (4) communique avec l'espace de la chambre étanche. REVENDICATIONS 1. Système à volume variable caractérisé en ce que son élément actif est réalisé avec au moins un soufflet plissé de forme tronconique (5), dont les extrémités des paires de membranes assemblées sont de diamètre différent, de forme en escalier circulaire concentrique qui diminue vers le sommet mobile du soufflet, et qui présente des membranes à plat et sans jeu à l'état de repos. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le côté mobile du soufflet est obturé par une plaque (4) de forme concave en escalier circulaire concentrique, qui pénètre et suit le contour intérieur du soufflet quand celui-d est comprimé sur la culasse, et dont la face plane centrale peut s'appuyer sur la culasse. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que la face plane centrale de la plaque de fermeture (4) reçoit un revêtement souple et élastique côté culasse. 4. Système selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que les membranes constituant le soufflet (5) peuvent être de raideur différente. 5. Système selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le côté fixe du soufflet tronconique est obturé par une culasse rigide (6) et que la membrane du soufflet (5) est maintenue pincée entre la culasse (6) et le cylindre (7) . 6. Système selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'étanchéité entre le soufflet (5) et la culasse (6), et entre le soufflet (5) et le cylindre (7) est assurée par des joints toriques. 7. Système selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce que un fluide incom -pressible (15), en contact direct avec l'extérieur du soufflet (5), permet de tirer ou de comprimer ce demier. 8. Système selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le cylindre (7) dans lequel se trouve le soufflet tronconique (5) est muni de multiples butées (14) pour limiter la course de chaque paire de membranes constituant le soufflet (5) . 9. Système selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'intérieur de la culasse (6) et l'intérieur des membranes constituant le soufflet (5) sont creusés de rainures (18) qui convergent vers le centre. 10. Système selon les revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les membranes du soufflet (20) ont des ondulations qui convergent vers le centre. 11. Système selon les revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les parois extérieures des deux soufflets métalliques (5) et la cavité inteme du cylindre (27) forment une chambre étanche.