FR2689572A1 - Soupape d'aspiration de retenue flexible pour compresseurs à pistons alternatifs d'un fluide réfrigérant. - Google Patents
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Abstract
a) Soupape d'aspiration de retenue flexible pour compresseurs à pistons alternatifs d'un fluide réfrigérant b) Soupape caractérisé en ce que les moyens de la soupape de retenue flexible (104) comprennent une pluralité d'éléments de retenue (104a, 104b, 104c), les moyens de retenue étant positionnés empilés les uns sur les autres, les moyens de retenue étant en outre généralement coaxiaux avec l'élément de soupape (92) et espacés de celui-ci d'une distance fixe.
Description
i fisoupape d'aspiration de retenue flexible pour compresseurs à pistons
alternatifs d'un fluide réfrigérant I La présente invention a pour objet en générale un ensemble compresseur à piston alternatif et, plus particulièrement, une soupape d'aspiration de retenue améliorée pour un piston et un ensemble de soupapes destiné à un tel ensemble compresseur. Dans un compresseur à piston alternatif classique, un cylindre est défini par un carter du compresseur et un piston se déplace de maniere alternative dans le cylindre pour y comprimer un gaz réfrigérant Dans un compresseur du domaine de la présente invention, le piston est muni d'un ensemble15 piston-soupape dans lequel une soupape d'aspiration est montée sur la tête de piston pour recevoir le gaz réfrigérant à travers le piston en provenance d'une extrémité du cylindre dans laquelle le gaz est comprime et ensuite détendu Une plaque de soupape20 peut être montée sur le carter dans le but de fermer le haut du cylindre La plaque de soupape comporte un
ensemïble de soupape de détente agencé pour la détente du gaz dans un espace de détente défini par un couvercle de tête de cylindre monté sur le carter avec25 la plaque de soupape disposée entre les deux.
Un compresseur à mâchoire comporte une cavité d'aspiration définie dans le carter dans lequel sont prévues une pluralité de cylindres disposés radialement Un vilebrequin est disposé dans le carter et, inclue une partie d'excentrique dans la cavité d'aspiration, il comporte un excentrique accouplé par des moyens de mâchoire au piston et au cylindre avec lesquels il coopère Dans un accouplement à mâchoire typique, dans lequel quatre pistons disposés radialement sont fixés à une paire de mâchoires en U, les corps de piston sont solidaires des mâchoires au moyen de boulons filetés de rivets ou analogues De plus, des moyens séparés sont prévus pour maintenir les composants de la soupape d'aspiration sur la tête du piston De tels moyens de maintien de la soupape peuvent être des boulons, des rivets ou analogues Le fait que des moyens séparés sont prévus pour fixer le piston à la mâchoire et pour fixer la soupape d'aspiration à la tête de piston, implique une pluralité d'éléments et entraîne un haut degré de
difficulté pour l'assemblage du compresseur.
Dans un ensemble compresseur muni d'un ensemble piston avec soupape, tel que décrit ici la soupape d'aspiration est généralement montée au voisinage de la surface supérieure de la tête de piston et est mobile alternativement à partir d'une position fermée adjacente à la tête de piston jusqu'à une position ouverte à une distance déterminée de la tête de piston Une soupape de retenue est disposée axialement à une distance déterminée de la tête de piston pour limiter le déplacement de la soupape d'aspiration Dans un compresseur connu, la soupape d'aspiration est déplaçable alternativement de sensiblement 1,5 mm ( 0,06 inch) entre le haut de la tête de piston et la soupape de retenue Du fait que la soupape frappe la butée, une certaine contrainte est exercée sur la butée et sur la soupape Dans le but d'éviter d'endommager la souppe de retenue, il a été nécessaire dans les systèmes connus de prévoir une butée ayant une force suffisante pour résister à cette contrainte De telles butées sont généralement constituées d'un matériau ayant une force suffisante pour résister aux contraintes, ou d'un matériau ayant une épaisseur suffisante pour que les effets de la
contrainte sur la butée soient minimisés.
Dans l'art antérieur, les soupapes de retenue sont généralement satisfaisantes quant à la limitation du déplacement de la soupape, néanmoins la durée de vie de la butée et de la soupape peut être affectée négativement du fait de l'accumulation des cycles de contrainte sur la butée et sur la soupape,
causés par l'impact répété entre les deux pièces.
Cette accumulation de cycles de contrainte peut provoquer la cassure de la butée ou de la soupape, et il en résulte que l'ensemble compresseur est hors d'usage En conséquence, il est souhaitable de rechercher une soupape de retenue ayant une capacité améliorée de résistance à ces contraintes et de les réduire sur la soupape d'aspiration et en conséquence, obtenir une plus longue durée de vie comparée à l'art
antérieur concernant les soupapes de retenue.
Le brevet US 4 834 632 décrit une butée de soupape ayant approximativement 1,5 mm ( 0,06 inch) d'épaisseur et fabriquée en acier à ressort Bien que cette butée présente une certaine flexibilité, elle n'a pas été satisfaisante, spécialement pour les
compresseurs de grande capacité.
La présente invention a pour but de surmonter les désavantages de l'art antérieur précédemment décrit des systèmes de soupapes pour des compresseurs à piston alternatif incluant le montage du système de soupape, en procurant une soupape de retenue améliorée La soupape de retenue est constituée en un matériau flexible ayant une épaisseur réduite, de sorte que la partie radialement externe de la butée fléchit sous l'impact de la soupape d'aspiration Il en résulte que les contraintes sur la soupape et la soupape de retenue sont réduites en comparaison aux contraintes des butées de soupape plus rigides de l'art antérieur, d'o un accroissement de
la longévité de la butée et de la soupape.
La présente invention procure l'avantage que la soupape de retenue flexible est plus adaptée pour résister à la contrainte et absorber le choc causé par l'impact de la soupape d'aspiration que les butées de l'art antérieur, ce qui procure une durée de vie accrue du piston et de l'ensemble soupape par rapport
à l'art antérieur.
Un autre avantage de la présente invention est que le piston et l'ensemble soupape demande moins de maintenance que dans l'art antérieur, il en résulte une moindre chance de cassure de la soupape de retenue flexible et de la soupape d'aspiration en comparaison
avec les soupapes de retenue de l'art antérieur.
Un autre avantage du piston et de l'ensemble de soupape de la présente invention est que la soupape de retenue flexible est fabriquée à partir de matériaux immédiatement disponibles, il en résulte un
ensemble compresseur amélioré et à un coût favorable.
Il en résulte encore que l'ensemble compresseur a un coût d'exploitation plus réduit que celui des ensembles de l'art antérieur Enfin, un autre avantage de la présente invention est que l'ensemble compresseur peut fonctionner avec un niveau de bruit inférieur comparé aux ensembles de l'art antérieur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble piston et soupape pour un compresseur hermétique, comporte un carter incluant un cylindre Un piston avec mouvement alternatif dans le cylindre est prévu Un élément de soupape est disposé sensiblement au voisinage de la surface supérieure du piston et est déplaçable à partir de là sur une distance fixe Des moyens de la soupape de retenue flexibles ont une épaisseur inférieure sensiblement à 1,5 mm ( 0,06 inch) et une raideur inférieure sensiblement à 5,79581 x 107 N/m ( 331 000 lbf/in) sont disposés à la même distance fixe de la surface supérieure du piston Selon une autre forme de réalisation, la présente invention comporte un ensemble piston soupape pour un compresseur hermétique Le compresseur comporte un carter incluant un cylindre, et aussi une cavité d'aspiration définie par la paroi intérieure du carter L'ensemble piston soupape comporte, en outre, un piston mobile alternativement dans le cylindre pour comprimer le gaz réfrigérant qui s'y trouve Le piston est muni d'une pluralité de passages d'aspiration s'étendant à travers lui à partir de sa surface supérieure jusqu'à sa surface inférieure, à travers lesquels le gaz réfrigérant passe dans le cylindre à partir de la cavité d'aspiration en suivant le chemin des passages d'aspiration Un élément de la soupape d'aspiration est monté sur la surface supérieure et lui est coaxial L'élément de soupape d'aspiration est déplaçable axialement à partir d'une position fermée adjacente à la surface supérieure, dans laquelle les passages d'aspiration sont recouverts par l'élément de soupape, jusqu'à une position ouverte axialement espacée de la distance fixe, à partir de la surface supérieure Le cylindre est en communication fluide avec la cavité d'aspiration lorsque l'élément de soupape d'aspiration est en position ouverte Les moyens de soupape de retenue flexibles sont axialement espacés de cette même distance fixe à partir de la surface supérieure Les moyens de la soupape de retenue sont dimensionnés et configurés pour limiter le déplacement de l'élément de la soupape d'aspiration à partir de la position fermée jusqu'à la position ouverte obtenue lors de leur impact Les moyens de la soupape de retenue comportent une portion radiale externe et une portion radiale interne la portion radiale externe étant flexible au moment de l'impact et ayant une raideur qui s'accroît lorsque la flexion s'accroît, cette raideur étant inférieure à peu près à 5,79581 x 107 N/m ( 331 000 lbf/in) Des moyens, solidaires avec le piston et les moyens de la soupape de retenue, sont aussi prévus pour maintenir les moyens de butée à la distance fixe de la surface
supérieure du piston.
Selon un mode de réalisation préféré, les
moyens de soupape de retenue flexibles décrits ci-
dessus comportent une pluralité de rondelles sensiblement annulaires, par exemple deux ou trois rondelles, empilées les unes sur les autres, laquelle pluralité de rondelles a de préférence une épaisseur
globale de 1,5 mm ( 0,06 inch) ou moins.
Spécifiquement, les moyens de la soupape de retenue flexible comportent trois rondelles sensiblement annulaires empilées les unes sur les autres Les rondelles ont chacune une épaisseur de 0,5 mm ( 0,02 inch) et ont une raideur globale plutôt inférieure à
8,9301 x 106 N/m ( 51 000 lbf/in).
Les dispositifs et les buts de l'invention ci-dessus mentionnés ainsi que d'autres et aussi la manière de les obtenir, deviendront plus apparents et l'invention elle-même sera mieux comprise en référence
à la description ci-après de modes de réalisation de
l'invention illustrés aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté en coupe d'une partie d'un compresseur selon la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'un ensemble piston soupape du compresseur à la figure 1, montrant la liaison de l'ensemble piston avec la mâchoire, et montrant une soupape de retenue selon la présente invention, la figure 3 est une vue de la partie radialement externe de l'ensemble piston soupape selon la présente invention, la figure 4 est une vue agrandie, en section partielle, montrant d'une manière agrandie le fléchissement de précharge de la soupape de retenue montré à la figure 2, et la figure 5 est une vue en coupe agrandie de l'ensemble piston soupape de l'ensemble compresseur à la figure 1 montrant un autre mode de réalisation de
la soupape de retenue.
Les références numériques ont été conservés d'une figure à l'autre pour les mêmes éléments Les deux exemples de réalisation de l'invention décrits ci-après sont donnés à titre illustratif et ne constituent en aucun cas une limite de la portée de
l'invention.
Dans un premier exemple de réalisation de l'invention illustré aux dessins et notamment en référence à la figure 1, la partie supérieure d'un ensemble compresseur est désigné par 10 Cet ensemble compresseur est essentiellement similaire à celui qui est décrit en détail au brevet US 4 834 632 au nom du
même déposant, ce brevet est ici inclus par référence.
L'ensemble compresseur 10 comporte un carter 12 ayant une partie supérieure 14, une partie centrale 16 et une partie inférieure (non représentée) Les différentes parties du carter sont hermétiquement assemblées ensemble, par exemple par soudage ou brasage. Un mécanisme compresseur 20 est logé à l'intérieur du carter 12 Le mécanisme compresseur 20 comporte un carter 22 muni d'une embase de montage circulaire 24 axialement supportée par un épaulement annulaire 26 aménagé dans la partie centrale 16 du carter Un alésage 28 est prévu à travers l'embase 24 pour procurer une communication entre les extrémités supérieure et inférieure du carter 12 pour un retour d'huile de lubrification et une égalisation des pressions de détente à l'intérieur du carter entiet,
ceci d'une manière bien connue de l'homme de l'art.
Le mécanisme du compresseur 20, dans le mode de réalisation illustré aux figures, est du type compresseur à mâchoire, avec piston alternatif Plus spécifiquement, le carter 22 est muni de quatre cylindres disposés radialement, dont deux sont visibles à la figure 1, à savoir le cylindre 30 et le cylindre 32 Les quatre cylindres disposés radialement sont ouverts et communiquent avec la cavité d'aspiration centrale 34 définie par la paroi cylindrique intérieure 36 du carter 22 Un trou de guidage relativement grand 38 est prévu sur la surface supérieure 40 du carter 22 Divers composants du compreseur-, y compris le vilebrequin, sont assemblés à travers le trou de guidage 38 Un élément de fermeture tel que le support 42 est monté sur la surface supérieure du carter 22 au moyen d'une pluralité de boulons 44 passant à travers le support 42 jusqu'à la surface supérieure 40 Lorsque le support 42 est assemblé avec le carter 22, un joint taurique 46 isole la cavité d'aspiration 34 de l'espace de détente 48 défini par l'intérieur du
carter 12.
Le carter 22 comporte encore une surface inférieure 50 et un support 52 Un support de palier
54 est fixé dans une partie de support 52.
Similairement, un support de palier 56 est logé dans la cage 42, le support de palier 56 et le support de palier 54 étant axialement alignés Les supports de palier 54, 56 peuvent être fabriqués avec de l'acier au bronze Les paliers 58, 60 portent le vilebrequin (non représenté) d'une manière bien connue de l'homme de l'art Le palier 58 est logé dans le support de palier 54 et le palier 60 est logé dans le support de palier 56 Le vilebrequin est logé rotatif dans le carter 22 d'une manière conventionnelle et s'étend à
travers la cavité d'aspiration 34.
Les éléments de contre-poids 62 et de la partie excentrique 64 du vilebrequin sont logés à l'opposé l'un de l'autre par rapport à l'axe de rotation du vilebrequin pour S 'équilibrer l'un l'autre L'élément excentrique 64 est accouplé de manière mobile au moyen d'un dispositif à mâchoire 66 à une pluralité d'ensembles pistons alternatifs correspondants, lesquels sont logés mobiles dans les quatre cylindres disposés radialement dans le carter 22 Ainsi que montré à la figure 1, les ensembles pistons 68, 70, c'est-à-dire ceux visibles parmi les quatre pistons disposés radialement dans l'ensemble compresseur 10, sont associés respectivement avec les
cylindres 30, 32.
Le mécanisme à mâchoire 66 comporte un coulisseau 72 ayant un alésage cylindrique 74 dans lequel est logé l'excentrique 64 Préférentiellement, l'alésage cylindrique 74 est muni d'une bague en bronze fritté logée dans le coulisseau 72 Une partie à diamètre réduit 76 du vilebrequin permet un montage
facile du coulisseau 72 sur la partie excentrique 64.
Le mécanisme à mâchoire 66 comporte aussi deux joues 78, 80 qui coopèrent avec le coulisseau 72 pour convertir le mouvement de rotation du vilebrequin avec son excentrique 64 en un mouvement alternatif pour les quatre ensembles pistons disposés radialement Ainsi qu'on peut le voir à la figure 1, l'élément de mâchoire 80 est associé aux ensembles pistons 68, 70 de sorte que lorsque l'ensemble piston 68 est en position de point mort bas, l'ensemble piston 70 sera
en position de point mort haut.
Chacun des ensembles pistons 68, 70 comporte un piston 82 muni d'un anneau annulaire 84 pour permettre au piston 82 d'être mobile alternativement
dans le cylindre pour comprimer un gaz réfrigérant.
Dans le piston 82 est aussi prévu un alésage central de montage 86 Une pluralité de passages d'aspiration 88 sont aménagés circulairement sur l'alésage central 86 et s'étendent à travers le piston 82 pour permettre que le gaz aspiré dans la cavité d'aspiration 34 entre dans le cylindre 30 du côté de la compression du
piston 82.
Un ensemble soupape d'aspiration 90 est associé à chaque ensemble piston formant ainsi un ensemble piston soupape Un ensemble soupape d'aspiration 90 comporte une soupape d'aspiration 92 généralement en forme de disque plat ayant une zone de fermeture 94 disposée annulairement sur son diamètre externe (figure 3) Dans une variante du compresseur, la soupape 92 est faite d'acier suédois inoxydable et il a une épaisseur de 0,5 mm ( 0,02 inch) Dans sa position fermée, la soupape 92 couvre les passages d'aspiration 88 de la surface supérieure extérieure 96 du piston 82 La soupape 92 comporte une ouverture centrale de guidage 98 et une pluralité d'ouvertures aménagées circulairement autour de l'ouverture 98 et, radialement, à l'intérieur de la partie de fermeture 94 Les ouvertures 100 permettent au gaz aspiré à travers les passages d'aspiration 88 d'être dirigé à l'extérieur et à l'intérieur des diamètres de la partie de fermeture 94, réduisant ainsi l'ampleur nécessaire du mouvement de la soupape La soupape d'aspiration 92 s'ouvre et se ferme du fait des forces de pression du fluide et/ou de sa propre inertie puisque l'ensemble piston 68 va et vient dans le
cylindre 30.
La soupape d'aspiration 92 est généralement montée autour d'un élément de guidage, par exemple une entretoise elliptique 102; autrement dit, l'entretoise 102 est logée dans l'ouverture 98 de la soupape 92 L'entretoise 102, préférentiellement constituée d'acier laminé à froid ou cémenté, est représenté par des tirets à la figure 3 Pendant le fonctionnement, la soupape 92 se déplace le long de l'entretoise 102 et est limitée dans sa course vers la position ouverte par l'ensemble de la soupape de retenue 104 Dans un mode de réalisation, la soupape 92 est libre de se déplacer en va et vient approximativement de 1,5 mm ( 0,06 inch) à partir de sa position fermée voisine de la surface supérieure extérieure 96 du piston 82, jusqu'à une position ouverte voisine de la surface inférieure de l'ensemble
de la soupape de retenue 104.
L'ensemble de la soupape de retenue 104 comporte au moins une rondelle 106 munie d'une ouverture centrale 108 Selon un mode préféré de réalisation pour compresseur de large capacité, l'ensemble de la soupape de retenue 104 comporte deux rondelles ou plus, empilées les unes sur les autres ainsi que montré aux figures 2 et 4 Les rondelles 106, la soupape d'aspiration 92, et l'entretoise 102 sont fixées sur la face supérieure 96 du piston 82 par un long boulon fileté 110 ayant une tête 112 Dans le mode de réalisation décrit, le diamètre de la tête 112 est supérieur au diamètre des ouvertures 108 des rondelles 106, lequel diamètre 108 est à son tour
inférieur au diamètre extérieur de l'entretoise 102.
Similairement, les diamètres extérieurs des rondelles 106 sont plus grands que le diamètre de l'ouverture de guidage 98 de la soupape d'aspiration 92 Ainsi, les rondelles 106 sont maintenues entre la tête 112 et l'entretoise 102, alors que la soupape d'aspiration 92 est guidée le long de l'entretoise 102 entre les rondelles 106 et la surface supérieure 96 L'ensemble piston soupape selon la présente invention sera plus amplement décrit ci-après, voici maintenant la
description concernant l'ensemble soupape de détente
de l'ensemble compresseur.
L'ensemble soupape de détente est prévu pour détendre un gaz comprimé à travers les passages de détente d'une plaque de soupape Les systèmes de soupape de détente pour compresseur hermétique sont bien connus de l'homme de l'art, et le système ici décrit est représentatif de l'un d'entre eux En référence au cylindre 32 à la figure 1, un couvercle de tête de cylindre 120 est monté dans le carter 22, avec l'interposition d'une plaque de soupape 122 Un joint de plaque de soupape 124 est monté entre la plaque de soupape 122 et le carter 22 pour maintenir un jeu entre la soupape d'aspiration 92 et la surface inférieure 126 de la plaque de soupape 122 lorsque l'ensemble piston est en position de point mort haut (PMH) La plaque de soupape 122 comporte une partie en retrait 123 dans laquelle la tête 122 du boulon fileté 110 est logée lorsque l'ensemble piston est au PMH Un ensemble soupape de détente 128 est positionné sur la
surface supérieure 130 de la plaque de soupape 122.
Généralement, le gaz comprimé est détendu à travers une pluralité de passages de détente arrangés circulairement (non représentés) dans la plaque de soupape 122 lors de son passage dans une soupape de détente 132 dont le déplacement est limité par une soupape de retenue de décharge 134 Une paire de colonnes de guidage 136, 138 s'étend à partir de la plaque de soupape 122 jusqu'à la face inférieure du couvercle de tête de cylindre 120 Les colonnes de guidage 136, 138 coopèrent, pour son guidage, avec une paire d'alésages (non représentés) prévus dans la soupape de détente 132 et la soupape de retenue de décharge 134, respectivement, de sorte que la soupape de décharge 132 et la soupape de retenue 134 peuvent être guidées à l'écart de la surface supérieure 130 de la plaque de soupape lors d'un débit excessif du courant de gaz de décharge ou de pression hydraulique
trop élevée.
Une chambre de décharge supérieure 140 communique avec une chambre de décharge inférieure 142 à travers des passages prévus dans le carter 22 La chambre 142 est définie par un canal annulaire 144 et un couvercle de détente 146 Le couvercle 146 est fixé contre la surface inférieure 50 par une pluralité de boulons 148 et de trous filetés 150 situés sur une circonférence Des rainures 152, 154 sont prévues sur le vilebrequin pour la circulation d'une huile de lubrification à partir d'un carter de lubrifiant (non représenté) pour lubrifier les joints et les paliers d'une manière connue Le contre-poids 156, aligné avec la partie excentrique 64, est fixé sur le dessus du vilebrequin au moyen d'un boulon de montage décentré
158.
A propos de la liaison entre chaque ensemble piston et un élément de mâchoire correspondant selon la présente invention, il est fait référence spécifiquement aux ensembles pistons 68, 70 et à l'élément de mâchoire 80 Un boulon fileté 110 est logé dans un alésage fileté 114 de l'élément de mâchoire 80 pour y fixer l'ensemble piston 68 Plus spécifiquement, ainsi que montré dans les modes de réalisation aux figures 2 et 5, un détourage annulaire 116 est prévu dans chaque élément de piston et un épaulement complémentaire 118 est logé dans le détourage 116 pour réaliser un alignement positif
entre ces éléments.
Revenant maintenant à l'ensemble piston et soupape de la présente invention, il est connu que des rondelles de maintien ayant une épaisseur de 1,5 mm ( 0,06 inch) ont été utilisées pour des compresseurs étanches du type auquel se réfère la présente invention Du fait que ces rondelles connues sont généralement utilisées comme un arrêt pour la soupape d'aspiration lors de son trajet de va et vient le long de l'entretoise 102, la durée de vie utile de ces rondelles et/ou des soupapes d'aspiration peut être limitée par la répétition des impacts de la soupape d'aspiration contre la rondelle Ces rondelles connues sont aussi généralement constituées dans un matériau relativement dur et danscertains cas d'un acier à ressort ayant de la flexibilité, de sorte que la retenue possède une force suffisante pour résister à la répétition des impacts avec le meilleur résultat que l'on peut raisonnablement atteindre Néanmoins, cette répétition des impacts, souvent à grande vitesse, peut éventuellement causer la rupture de la soupape de retenue et/ou de la soupape, résultant en la mise hors service de l'ensemble compresseur. On a déterminé qu'en construisant la soupape de retenue en un matériau plus flexible ou un matériau flexible ayant une épaisseur inférieure, nombre de problèmes associés aux dispositifs de retenue connus peuvent être surmontés Dans le mode de réalisation préféré illustré aux figures 2 et 4, trois rondelles 106 sont empilées les unes sur les autres comme indiqué Les rondelles 106 sont constituées en un matériau flexible, comme de l'acier à ressort à haute teneur en carbone du type C 1090 ou de l'acier suédois, et ont un diamètre et une épaisseur suffisants pour constituer une retenue d'arrêt de la soupape d'aspiration et, dans le même temps, amortir et réduire la contrainte sur la rondelle Les contraintes sur la soupape sont réduites du fait de la flexibilité de la rondelle, et aussi du fait de la flexibilité combinée soupape/rondelle qui réduit l'accélération de la soupape au point d'impact Avec une accélération réduite, les forces et contraintes d'impact sont substantiellement diminuées à des niveaux permettant
une endurance améliorée de la rondelle.
Dans la variante préférée comportant trois rondelles, les rondelles constituant la soupape de retenue 106 peuvent avoir une épaisseur individuelle de 0,5 mm et une épaisseur cumulée d'au plus 1,5 mm, préférentiellement entre 0,7 et 1,5 mm Les présents inventeurs ont trouvé que des résultats satisfaisants peuvent être obtenus, parmi d'autres, avec des épaisseurs cumulées de 0,7, 0,9 et 1,5 mm Ces dimensions sont données à titre d'exemple et d'autres
dimensions sont possibles.
Certaines expériences ont été réalisées dans le but de quantifier les raideurs respectives des diverses variantes de la présente invention et de comparer les résultats avec ceux obtenus dans l'art antérieur Des modèles calculés de dispositifs d'arrêt avec quatre soupapes ont été construits Les raideurs respectives des soupapes d'aspiration ont été déterminées en calculant les déplacements du bord extérieur d'une butée d'arrêt soumise à une force de ( 4,448 N) appliquée uniformément sur le pourtour de la retenue Du fait que la charge est symétrique, seul un modèle d'un quart fut utilisé pour l'analyse Le modèle utilisé fut contraint dans les plans de symétrie de la symétrie du modèle, et sur la tête du boulon pour prévenir une translation selon l'axe des Z. Une retenue comportant trois rondelles, chacune ayant une épaisseur de 0,5 mm, fut utilisée en association avec une entretoise elliptique La butée était montée sur le piston, avec une vis 112 serrée avec un couple de 4,519 N m ( 40 in lbf) Cette précharge provoque la courbure, dans des directions extérieures opposées, des rondelles supérieures 104 a et inférieures 104 c, créant ainsi un léger écart entre les rondelles, lequel est montré d'une manière exagérée à la figure 4 Lorsque la soupape d'aspiration vient frapper le bord extérieur de la rondelle inférieure 104 c, une force est exercée à cet endroit, laquelle provoque la flexion de la rondelle
qui entre en contact avec la rondelle du milieu 104 b.
La rondelle du milieu à son tour se déforme et contacte la rondelle du dessus 104 a lorsqu'une charge suffisante est appliquée La soupape de retenue agit alors comme un ressort ayant une raideur variable similairement aux ressorts plats couramment utilisés dans les automobiles Cette action sur une partie des
rondelles est montrée à la figure 4.
Pour déterminer la raideur combinée d'une pluralité de rondelles soumises à des charges comprises entre O à 4 448,22 N ( 1 000 lbf) il futnécessaire d'utiliser des éléments d'espacement entre les rondelles et la surface de contact Les éléments d'espacement procurent une raideur sous les charges de compression et restent ouverts (sans raideur) sous des charges de traction Le modèle utilisé pour le test fut construit en utilisant des éléments solides pour les rondelles et l'entretoise elliptique Les éléments d'espacement furent utilisés entre les rondelles et l'entretoise La première partie de l'analyse consiste à précharger la butée en exerçant sur la vis un couple de 4,516 N m Ceci se traduit par une charge de 4.757,4 N ( 1 069,5 lbf) exercée dans la vis comme une force de distribution nodale sur la rondelle du dessus Le modèle fut contraint en-dessous de l'entretoise elliptique dans la direction des Z et avec des contraintes symétriques le long des plans de symétrie Les résultats de cette analyse montrent un écart de 0,00688 mm entre la rondelle du dessus et celle du milieu et un écart de 0,00556 mm entre la
rondelle du milieu et la rondelle du dessous.
La seconde partie de l'analyse utilise les déplacements calculés de la vis préchargée pour les noeuds sur la rondelle du dessus pour maintenir la précharge et une force connue sur le bord de la
rondelle du dessous pour calculer les raideurs.
Plusieurs essais furent effectués en faisant varier cette force entre O à 4 448,22 N ( 1 000 lbf) Les résultats de ces analyses sont montrés dans la table
ci-après On peut faire les observations suivantes.
1) L'épaisseur de la soupape à trois rondelles a été aussi calculée comme une rondelle avec une épaisseur équivalente de 0,007112 mm La raideur calculée selon cette méthode était de 8,9794 x 106 N/m ( 51 282 lbf/in) Voir la table. Dans ce cas, la raideur équivalente fut calculée en utilisant la formule dérivée de la théorie des éléments finis: teg = lt 3 + t 3 + t 3 l 1/3 = 0,007112 mm soit 0 028 " 2) Le contact entre les rondelles du dessous et du milieu se produit lorsque la soupape d'aspiration exerce une force entre 17,8 et 22,2 N sur la butée, et les trois rondelles sont en contact lorsque cette force atteint 48, 93 N La raideur de la soupape de retenue soumise à ces charges est montrée
au tableau.
Les échantillons 2 et 3 représentent des dispositifs connus alors que les échantillons 1, 4 et représentent des dispositifs selon la présente invention.
TABLEAU CONCERNANT LA RAIDEUR
D'UNE SOUPAPE D'ASPIRATION DE RETENUE
Essai de déplacement en mètre -2 0,0000294 x 10 m -2 0,0000076454 x 10 m Ecartement/rondelle combinaison arrêt -2 0,0000041656 x 10 m
4
Equivalence à trois
rondelles d'épais-
seur identique de -2 0,0508 x 10 m
-2
0,00004953 x 10 m Avec trois rondelles -2 0,000711706 x 10 m
-2
0,0008161528 x 10 m -2 0,001317371 x 10 m -2 0,0019554325 x 10 m Raideur Rondelle 85.763 x 1,751 x 10 N/m 331785 x 1,751 x 10 N/m Epaisseur -2 0,08 x 10 m -2 0,1524 x 10 m 610128 x 1,1751 x 10 N/m,15-2 m 4,448 610128 x 1,1751 x 10 N/ml 0,1524 x 10 m 4,448 5128271 2 02 x 10-2 51282 x 1,751 x 10 N/m 10,0712 x 10 m 14839 x 1,751 x 15557 x 1,751 x 19250 x 1,751 x 19879 x 1,751 x N/m N/m N/m
102 N/
N/m -2 0,0508 x 10 m Charge (N) 4,448 4,448 4,448 4,448 22,24 44,48
48,928
- Essai de déplacement en mètre Raideur Epaisseur | Charge (N)
0,0014619224
0,0016230438
0,0019197398
0,0034448750
0,0056420512
0,0140917930
0,0225789744
0,0439064834
-2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m -2 x 10 m Avec 20850 x 23329 x 26476 x 36866 x 45019 x 54074 x 56247 x 57995 x trois 1,751 1,751 1,751 1,751 1,751 1,751 1,751 1,751 rondelles x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m x 10 N/m - 2 0,0508 x 10 m
53,376
66,72 88,96 222,4 444,8
1.334,4
2.224 4.448
Claims (9)
1) Ensemble piston et soupape pour un compresseur hermétique, lequel compresseur hermétique comporte un carter muni d'un cylindre, est ensemble piston soupape comportant un piston ( 68, 70) alternatif dans le cylindre, le piston ayant une surface supérieure, un élément de soupape ( 92) disposé généralement au voisinage de la surface supérieure et étant déplaçable d'une distance fixe à partir de cette surface, des moyens de soupape de retenue flexibles ( 104) écartés de la distance fixe à partir de la surface supérieure du piston, les moyens de soupape de retenue flexible ayant une épaisseur plut 8 t inférieure à 1,5 mm et ayant une raideur plutôt inférieure à 5,79581 x 107 N/m ( 331 000 lbf/in); des moyens ( 102) associés avec le piston et les moyens de soupape de retenue pour maintenir les moyens de butée de la soupape à la distance fixe à partir de la surface supérieure, caractérisé en ce que les moyens de la soupape de retenue flexible ( 104) comprennent une pluralité d'éléments de retenue ( 104 a, 104 b, 104 c), les moyens de retenue étant positionnés empilés les uns sur les autres, les moyens de retenue étant en outre généralement coaxiaux avec l'élément de soupape
( 92) et espacés de celui-ci d'une distance fixe.
2) Ensemble piston et soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité d'éléments de retenue comporte au moins deux rondelles
( 104).
3) Ensemble piston et soupape selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pluralité
des moyens de retenue comporte trois rondelles ( 104).
4) Ensemble piston soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de retenue ( 104 a, 104 b, 104 c) sont alignés de sorte que l'élément de soupape d'aspiration ( 92) se heurte contre le plus bas ( 104 c) des éléments de retenue lorsque le élément de soupape est déplacé à partir d'une position fermée adjacente à ladite surface supérieure jusqu'à une position ouverte axialement séparée de ladite distance fixe à partir de la surface supérieure, les membres de retenue ayant respectivement des parties radialement externes,
lesquelles sont déformables lors de l'impact.
5) Ensemble piston et soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties externes des éléments de retenue ( 104) sont légèrement séparées les unes des autres suivant une direction axiale en se référant à l'axe du piston alternatif
( 68).
6) Ensemble piston et soupape selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux des éléments de retenue ( 104 c, 104 b) et en ce que les zones externes radialement de chacun d'eux
sont séparées axialement l'une de l'autre.
7) Ensemble piston et soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments de retenue ( 104) sont constitués d'acier à ressort. 8) Ensemble piston et soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité d'éléments de retenue ( 104) a une épaisseur globale de
sensiblement 0,7 à 1,5 mm.
9) Ensemble piston et soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur est plutôt inférieure à 1,50171013 107 N/m ( 85 763 lbf/in). ) Ensemble piston et soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite raideur
est plutôt inférieure à 51000 x 1,751 x 102 N/m.
11) Ensemble piston soupape selon la
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