FR2627236A1

FR2627236A1 - Compressor with magnetic support for piston rods - has horizontally- opposed machine having ferromagnetic tail rods, and fixed electromagnetic to provide lift

Info

Publication number: FR2627236A1
Application number: FR8801717A
Authority: FR
Inventors: Maurice Brunet
Original assignee: Societe de Mecanique Magnetique SA
Current assignee: Societe de Mecanique Magnetique SA
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1989-08-18
Anticipated expiration: 2008-02-12
Also published as: JPH01244178A; FR2627236B1; JPH0348354B2

Abstract

Each piston and rod assembly of a horizontally-opposed compressor has a supplementary tail rod (50). Made of ferromagnetic material, these move in extensions (60) to each cylinder head and are supported by rollers (121) when the machine is at rest. An electromagnet assembly (101,102) located in the head adjacent to the rod's inner ends, is energised to lift the tail rod, and hence the piston, during operation. A group of inductive sensors (111,112) located under each rod controls the electromagnet's excitation (131) so that an approp. gap is maintained all round. This action takes the weight of the associated piston, relieving the load on its rings. ADVANTAGE - Electromagnet support takes the weight of each piston in horizontal machine, so reducing load and hence wear on their rings and cutting maintenance times. May be added to existing machines as straightforward modification.

Description

Compresseur à piston horizontal muni de moyens coiplémentaires de support.Horizontal piston compressor fitted with support means.

La présente invention concerne un compresseur à piston horizontal comprenant au moins un cylindre, une chemise de cylindre, un piston, des segments de piston et une tige de piston dont l'extrémité est reliée à un coulisseau mis en mouvement à l'aide d'une bielle motrice. The present invention relates to a horizontal piston compressor comprising at least one cylinder, a cylinder liner, a piston, piston rings and a piston rod, the end of which is connected to a slide actuated by means of a driving rod.

Dans le cas de compresseurs à piston horizontal, les segments d'étanchéité chargés par le poids du piston, qui est de l'ordre de quelques centaines de kilogrammes sont soumis à une usure rapide par frottement lors des déplacements du piston à l'intérieur du cylindre. Il-est alors nécessaire de procéder régulièrement au changement de ces segments, ce qui pénalise l'utilisateur de la machine compte tenu notamment du temps nécessaire à cette opération, qui implique un arrêt de la machine. In the case of horizontal piston compressors, the sealing segments loaded by the weight of the piston, which is of the order of a few hundred kilograms, are subjected to rapid wear by friction during displacement of the piston inside the cylinder. It is then necessary to regularly change these segments, which penalizes the user of the machine taking into account in particular the time necessary for this operation, which involves stopping the machine.

La présente invention vise à remédier à l'inconvénient précité, à augmenter la durée de vie des segments d'étanchéité de piston dans les compresseurs et ainsi à accroître la souplesse d'utilisation de ces compresseurs en réduisant le coût et le temps nécessaires à la maintenance. The present invention aims to remedy the aforementioned drawback, to increase the life of the piston sealing rings in the compressors and thus to increase the flexibility of use of these compressors by reducing the cost and the time necessary for the maintenance.

Ces buts sont atteints grâce à un compresseur à piston horizontal comprenant au moins un cylindre, une chemise de cylindre, un piston, des segments de piston et une tige de piston dont l'extrémité est reliée à un coulisseau mis en mouvement à l'aide d'une bielle motrice, caractérisé en ce qu'au moins une portion de la tige de piston ou d'une tige annexe prolongeant la tige de piston est usinée dans un matériau ferromagnétique, en ce qu'au moins un demi-palier magnétique actif radial est disposé en regard de la moitié supérieure de ladite portion de la tige de piston ou de la tige annexe usinée dans un matériau ferromagnétique et en ce qu'un dispositif atterrisseur à galets est disposé autour de ladite portion ferromagnétique au voisinage dudit palier magnétique radial. These aims are achieved by means of a horizontal piston compressor comprising at least one cylinder, a cylinder liner, a piston, piston rings and a piston rod, the end of which is connected to a slide set in motion using a connecting rod, characterized in that at least a portion of the piston rod or of an additional rod extending the piston rod is machined from a ferromagnetic material, in that at least one active magnetic half-bearing radial is arranged opposite the upper half of said portion of the piston rod or of the auxiliary rod machined from ferromagnetic material and in that a roller landing device is disposed around said ferromagnetic portion in the vicinity of said radial magnetic bearing .

Selon une caractéristique particulière, au moins un demi détecteur radial de type inductif est disposé au voisinage dudit demi palier radial en regard de la moitié inférieure de ladite portion de la tige de piston ou de la tige annexe usinée dans un matériau ferromagnétique. According to a particular characteristic, at least one half inductive type radial detector is disposed in the vicinity of said half radial bearing opposite the lower half of said portion of the piston rod or of the annex rod machined from a ferromagnetic material.

Avantageusement, la surface de la portion usinée dans un matériau ferromagnétique est munie de rainures au moins sur sa moitié inférieure coopérant avec un palier magnétique. Advantageously, the surface of the portion machined from a ferromagnetic material is provided with grooves at least on its lower half cooperating with a magnetic bearing.

Selon un mode particulier de réalisation la tige de piston annexe prolongeant la tige de piston est située par rapport au piston, du côté opposé à la tige de piston, et la tige de piston annexe est située dans un petit cylindre annexe définissant un volume mort dans lequel règne la même pression qu'à l'intérieur du cylindre du côté opposé à la tige de piston. According to a particular embodiment, the annex piston rod extending the piston rod is situated relative to the piston, on the side opposite to the piston rod, and the annex piston rod is located in a small annex cylinder defining a dead volume in which reigns the same pressure as inside the cylinder on the side opposite the piston rod.

De cette manière, la longueur de la tige de piston proprement dite disposée entre le coulisseau et le piston n'est pas augmentée par la présence du support complémentaire à palier magnétique, et l'adaptation à des machines existantes est facilitée. En effet, la fixation sur le piston d'une tige de piston annexe et la mise en place d'un petit cylindre annexe peuvent être effectués sans difficulté après démontage d'un flasque d'extrémité du cylindre. In this way, the length of the actual piston rod disposed between the slide and the piston is not increased by the presence of the complementary support with magnetic bearing, and adaptation to existing machines is facilitated. Indeed, the attachment to the piston of an annex piston rod and the installation of a small annex cylinder can be carried out without difficulty after dismantling of a cylinder end flange.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lequel
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier magnétique actif radial de support annexe d'un piston horizontal de compresseur,
- la figure 2 est une vue en coupe du palier magnétique actif de la figure 1 prise selon la ligne.II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe, selon la ligne
III-III de la figure 1, d'un détecteur radial associé au palier magnétique de la figure 1,
- la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1 d'un dispositif atterrisseur associé au palier magnétique de la figure 1, et
- la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d'un compresseur alternatif ê pistons horizontaux auquel est applicable l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of a particular embodiment, given by way of example with reference to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a view in axial section of a radial active magnetic bearing of the annex support of a horizontal compressor piston,
FIG. 2 is a sectional view of the active magnetic bearing of FIG. 1 taken along the line. II-II of FIG. 1,
- Figure 3 is a sectional view along the line
III-III of FIG. 1, of a radial detector associated with the magnetic bearing of FIG. 1,
FIG. 4 is a sectional view along line IV-IV of FIG. 1 of a landing device associated with the magnetic bearing of FIG. 1, and
- Figure 5 is a schematic view in axial section of an alternating compressor with horizontal pistons to which the invention is applicable.

La figure 1 montre une portion 50 de tige située dans le prolongement d'une tige de piston et montée coulissante dans un logement en forme de cylindre 60 en ménageant avec ce cylindre un espace libre 70 dans le sens radial. Figure 1 shows a portion 50 of rod located in the extension of a piston rod and slidably mounted in a cylinder-shaped housing 60 by providing with this cylinder a free space 70 in the radial direction.

La tige de piston est solidaire d'un piston dont la masse peut être de l'ordre de plusieurs centaines de kilogrammes. Comme cela a été indiqué dans la partie introductive de la description, les segments d'un tel piston sont soumis à une forte usure par frottement. Pour remédier à cela et augmenter la durée de vie des segments, conformément à l'invention, la portion 50 alignée avec la tige de piston est réalisée en un matériau ferromagnétique et lors de la course du piston et de la tige de piston, une partie de cette portion 50 en matériau ferromagnétique se trouve toujours située en regard d'un palier magnétique radial actif 100 qui assure un rôle de décharge des segments.On notera ainsi que la partie coulissante 50 usinée dans un matériau ferromagnétique n'est pas feuilletée mais est simplement avantageusement munie de rainures 51 à sa périphérie, afin de diminuer les pertes par effet Joule. The piston rod is integral with a piston whose mass can be of the order of several hundred kilograms. As indicated in the introductory part of the description, the segments of such a piston are subjected to high wear by friction. To remedy this and increase the life of the segments, according to the invention, the portion 50 aligned with the piston rod is made of a ferromagnetic material and during the stroke of the piston and the piston rod, a part of this portion 50 made of ferromagnetic material is always located opposite an active radial magnetic bearing 100 which performs a role of discharging the segments. It will thus be noted that the sliding part 50 machined in a ferromagnetic material is not laminated but is simply advantageously provided with grooves 51 at its periphery, in order to reduce losses by the Joule effect.

Dans cette application particulière, la portion 50 de tige de piston ou de tige annexe servant d'armature mobile pour le palier magnétique 100 peut ne pas être feuilletée sans provoquer des pertes par effet Joule importantes du fait que la vitesse de déplacement axial reste faible dans tous les cas. Sur la figure 1, les deux demi-vues montrent la portion 50 d'une tige de piston annexe dans les deux positions extrêmes de la course du piston.In this particular application, the portion 50 of the piston rod or of the auxiliary rod serving as a movable armature for the magnetic bearing 100 may not be laminated without causing losses by the Joule effect, due to the fact that the axial displacement speed remains low in all cases. In Figure 1, the two half-views show the portion 50 of an annex piston rod in the two extreme positions of the piston stroke.

Le palier magnétique actif 100 qui est représenté sur les figures 1 et 2 est de type radial et peut être constitué par un demi palier coopérant avec la moitié supérieure de la portion 50 de tige de piston ou de tige annexe. Le stator du palier magnétique 100 comprend une carcasse 101 en matériau ferromagnétique définissant des pales autour desquels sont disposés des enroulements 102 d'électroaimants. Selon une configuration avantageuse, le stator du palier magnétique radial 100 peut comprendre deux électro-aimants en forme de U 103, 104 disposés à 450 de part et d'autre d'un plan vertical axial de la portion 50. The active magnetic bearing 100 which is shown in FIGS. 1 and 2 is of the radial type and can be constituted by a half bearing cooperating with the upper half of the portion 50 of the piston rod or of the annex rod. The stator of the magnetic bearing 100 comprises a carcass 101 of ferromagnetic material defining blades around which are wound windings 102 of electromagnets. According to an advantageous configuration, the stator of the radial magnetic bearing 100 can comprise two U-shaped electromagnets 103, 104 arranged at 450 on either side of an axial vertical plane of the portion 50.

L'entrefer 71 du palier magnétique radial 100 peut être compris par exemple entre environ 8 et 12 dixièmes de millimètre.The air gap 71 of the radial magnetic bearing 100 can be for example between approximately 8 and 12 tenths of a millimeter.

Sur la figure 1, le conduit 131 terminé par une borne 132 sert de protection pour les fils de liaison entre d'une part le palier magnétique 100 et son détecteur associé 110 et d'autre part, des circuits électroniques d'asservissement du palier magnétique actif 100 en fonction des signaux délivrés par le détecteur de position 110. In FIG. 1, the conduit 131 terminated by a terminal 132 serves as protection for the connecting wires between on the one hand the magnetic bearing 100 and its associated detector 110 and on the other hand, electronic circuits controlling the magnetic bearing active 100 as a function of the signals delivered by the position detector 110.

Le détecteur 110 de la position radiale de la portion 50 de tige de piston ou de tige annexe peut être de type inductif et comprend une culasse 111 définissant des pôles autour desquels sont disposés des enroulements 112. Le détecteur 110 de type inductif peut comporter deux ensembles 113, 114 disposés à 450 de part et d'autre d'un plan vertical axial de la portion 50, en regard de la partie inférieure de cette portion de tige 50. The detector 110 for the radial position of the portion 50 of the piston rod or of the auxiliary rod can be of the inductive type and comprises a yoke 111 defining the poles around which the windings 112. The inductive type detector 110 can comprise two sets 113, 114 arranged at 450 on either side of an axial vertical plane of the portion 50, opposite the lower part of this portion of the rod 50.

Les deux sous-ensembles 113, 114 peuvent présenter la forme de deux électro-aimants d'une façon classique pour les détecteurs de la position radiale d'une pièce cylindrique mobile.The two sub-assemblies 113, 114 may have the form of two electromagnets in a conventional manner for the detectors of the radial position of a movable cylindrical part.

Un dispositif atterrisseur 120 est prévu pour recevoir la portion 50 en matériau ferromagnétique en empêchant un contact entre le stator du palier magnétique 100 et le stator du détecteur 110 d'une part, et la portion 50 d'autre part, lorsque le palier magnétique 100 n'est pas en service ou présente une défaillance. A landing device 120 is provided for receiving the portion 50 of ferromagnetic material by preventing contact between the stator of the magnetic bearing 100 and the stator of the detector 110 on the one hand, and the portion 50 on the other hand, when the magnetic bearing 100 is not in service or has a fault.

Pour cela, le dispositif atterrisseur comprend un ensemble de quatre galets 121 disposés selon deux plans axiaux perpendiculaires entre eux de façon à pouvoir venir en contact avec la portion 50 en quatre zones décalées de 90 . For this, the undercarriage device comprises a set of four rollers 121 arranged in two axial planes perpendicular to each other so as to be able to come into contact with the portion 50 in four zones offset by 90.

Lorsque le palier magnétique est en service et que la portion 50 est suspendue dans une position d'équilibre, la surface de chaque galet 121 est écartée de la portion 50 d'une distance qui peut être comprise entre environ 5 et 6 dixièmes de millimètre et correspond environ à la moitié de l'entrefer 71 du palier magnétique radial 100. When the magnetic bearing is in service and the portion 50 is suspended in an equilibrium position, the surface of each roller 121 is spaced from the portion 50 by a distance which can be between approximately 5 and 6 tenths of a millimeter and corresponds approximately to half of the air gap 71 of the radial magnetic bearing 100.

La figure 5 représente en coupe axiale le schéma d'un compresseur alternatif à pistons horizontaux auxquels est applicable la présente invention. De façon classique, un tel compresseur comprend à l'intérieur d'un bâti 1, des bielles motrices 2, 12 dont les pieds de bielles sont articulés sur des coulisseaux 3, 13 pouvant se déplacer dans des guides de coulisseaux 4, 14. Des pistons 7, 17 sont déplacés axialement dans des cylindres 6, 16 définissant des chemises de cylindre 8, 18, grâce à des tiges de piston 5, 15 reliées aux coulisseaux 3, 13. FIG. 5 represents in axial section the diagram of an alternative compressor with horizontal pistons to which the present invention is applicable. Conventionally, such a compressor comprises, inside a frame 1, drive rods 2, 12 whose connecting rod feet are articulated on slides 3, 13 which can move in slide guides 4, 14. Des pistons 7, 17 are moved axially in cylinders 6, 16 defining cylinder liners 8, 18, by means of piston rods 5, 15 connected to the slides 3, 13.

Sur la figure 5, les éléments 9, 19 correspondent à des joints entre la tige de piston et le cylindre pour chacune des parties haute pression et basse pression. Dans la partie haute pression de la machine le fluide gazeux est introduit par l'ouverture 21 et évacué par la sortie 22. Dans la partie basse pression, le fluide gazeux est introduit par l'ouverture 31 et évacué par l'ouverture de sortie 32. Dans un compresseur tel que celui de la figure 5, chaque tige de piston 5, 15 peut coopérer avec des moyens de support complémentaires tels que ceux décrits en référence aux figures 1 à 4, disposés au voisinage des pistons correspondants 7, 17 afin de réduire les efforts exercés sur les segments de ces pistons 7, 17 lorsque le compresseur est en fonctionnement.In FIG. 5, the elements 9, 19 correspond to seals between the piston rod and the cylinder for each of the high pressure and low pressure parts. In the high pressure part of the machine, the gaseous fluid is introduced through the opening 21 and discharged through the outlet 22. In the low pressure portion, the gaseous fluid is introduced through the opening 31 and discharged through the outlet opening 32 In a compressor such as that of FIG. 5, each piston rod 5, 15 can cooperate with complementary support means such as those described with reference to FIGS. 1 to 4, arranged in the vicinity of the corresponding pistons 7, 17 in order to reduce the forces exerted on the segments of these pistons 7, 17 when the compressor is in operation.

Selon un premier mode de réalisation possible, les moyens de support complémentaires sont disposés autour d'une portion 50 en matériau ferromagnétique qui fait partie intégrante de la tige de piston 5, 15. Ceci conduit toutefois dans de nombreux cas à augmenter la longueur de cette tige de piston 5, 15 ce qui augmente le porte-ô-faux entre le coulisseau 4, 14 et le piston 7, 17. Par ailleurs, les moyens de support complémentaires doivent être installés dans une partie de compresseur dont l'accès n'est pas très commode ce qui rend difficile une adaptation à des machines existantes. According to a first possible embodiment, the complementary support means are arranged around a portion 50 of ferromagnetic material which is an integral part of the piston rod 5, 15. This however leads in many cases to increase the length of this piston rod 5, 15 which increases the overhang between the slide 4, 14 and the piston 7, 17. Furthermore, the additional support means must be installed in a part of the compressor whose access does not is not very convenient which makes it difficult to adapt to existing machines.

Selon un second mode de réalisation, qui correspond au cas des figures 1 et 5, les moyens de support complémentaires sont disposés autour d'une portion 50 en matériau ferromagnétique qui constitue une tige de piston annexe 55, 155 prolongeant la tige de piston 5, 15 et située par rapport au piston 7, 17 du côté opposé à la tige de piston 5, 15. La tige de piston annexe 55, 155 est située dans un petit cylindre annexe 66, 166 définissant un volume mort dans lequel règne la même pression qu'ô l'intérieur du cylindre 6, 16 du côté opposé à la tige de piston 5, 15 (Fig 5). According to a second embodiment, which corresponds to the case of FIGS. 1 and 5, the complementary support means are arranged around a portion 50 of ferromagnetic material which constitutes an annex piston rod 55, 155 extending the piston rod 5, 15 and located relative to the piston 7, 17 on the side opposite to the piston rod 5, 15. The annex piston rod 55, 155 is located in a small annex cylinder 66, 166 defining a dead volume in which the same pressure prevails that inside the cylinder 6, 16 on the side opposite the piston rod 5, 15 (Fig 5).

Ce second mode de réalisation est avantageux dans la mesure où il permet une modification aisée des machines existantes. This second embodiment is advantageous insofar as it allows easy modification of existing machines.

Pour disposer des moyens de support complémentaires tels que ceux décrits en référence aux figures 1 à 4, il suffit en effet de démonter le flasque 80, 180 d'extrémité du cylindre 6, 16, par lequel on accède habituellement au piston pour procéder au changement des joints de segment, de fixer, par exemple par vissage une tige de piston annexe 55, 155 sur la face terminale du piston 7, 17 pour définir une portion 50 en matériau ferromagnétique, et d'adapter le flasque 80, 180 du cylindre 6, 16 pour disposer un petit cylindre annexe 66,.166 autour de la tige de piston annexe 55, 155 et réserver un logement 90, 190 pour le montage des moyens de support complémentaires décrits en référence aux figures 1 à 4.To have additional support means such as those described with reference to Figures 1 to 4, it suffices to dismantle the end plate 80, 180 of the end of the cylinder 6, 16, by which the piston is usually accessed to change segment seals, to fix, for example by screwing an annex piston rod 55, 155 on the end face of the piston 7, 17 to define a portion 50 of ferromagnetic material, and to adapt the flange 80, 180 of the cylinder 6 , 16 to place a small annex cylinder 66, .166 around the annex piston rod 55, 155 and reserve a housing 90, 190 for mounting the complementary support means described with reference to FIGS. 1 to 4.

Outre sa facilité de mise en place, ce second mode de réalisation permet en outre de ne pas augmenter le couple exercé sur la tige de piston proprement dite 5, 15 entre le coulisseau 4, 14 et le piston 7, 17. In addition to its ease of installation, this second embodiment also makes it possible not to increase the torque exerted on the piston rod proper 5, 15 between the slide 4, 14 and the piston 7, 17.

Bien entendu, dans la description qui précède, la tige de piston proprement dite 5, 15 et la tige annexe 55, 155 peuvent être constituées par une seule tige traversant le piston 7, 17 et débouchant de chaque côté de celui-ci. Of course, in the foregoing description, the piston rod proper 5, 15 and the annex rod 55, 155 can be constituted by a single rod passing through the piston 7, 17 and opening out on each side of the latter.

La présente invention est naturellement applicable à des compresseurs quel que soit le nombre de pistons (par exemple machines à deux ou quatre pistons), les mêmes moyens de support complémentaires visant à décharger le piston coulissant et à ménager les joints de segment pouvant être appliqués à chacun des pistons. The present invention is naturally applicable to compressors regardless of the number of pistons (for example two- or four-piston machines), the same complementary support means aiming to discharge the sliding piston and to provide segment seals which can be applied to each of the pistons.

Claims

1. Horizontal piston compressor comprising at least one cylinder (6, 16), a cylinder liner (8.18), a piston (7, 17), piston rings and a piston rod (5.15) of which the end is connected to a slide (3, 13) set in motion using a driving rod (2, 12), characterized in that at least a portion (50) of the piston rod (5 , 15) or an additional rod (55, 155) extending the piston rod (5, 15) is machined from a ferromagnetic material, in that at least one active radial magnetic half-bearing (100) is arranged in view of the upper half of said portion (50) of the piston rod or of the auxiliary rod machined from ferromagnetic material and in that a roller landing device (120) is arranged around said ferromagnetic portion (50) at the vicinity of said radial magnetic bearing (100).

2. Compressor according to claim 1, characterized in that at least one half radial detector (110) of the inductive type is arranged in the vicinity of said half radial bearing (100) opposite the lower half of said portion (50) of the piston rod (5,15) or the auxiliary rod (55,155) machined from a ferromagnetic material.

3. Compressor according to claim 1 or claim 2, characterized in that the surface of the portion (50) machined from a ferromagnetic material is provided with grooves (51) at least on its lower half cooperating with a magnetic bearing (100) .

4. Compressor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the active radial half-step (100) comprises two electromagnets (103, 104) arranged at approximately 450 on either side of a vertical axial plane.

5. Compressor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the undercarriage device (120) comprises four rollers (121).

6. Compressor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the air gap (71) of the half magnetic bearing (100) is of the order of 8 to 12 tenths of a millimeter while the distance between the rollers (121) of the landing device (120) and the external surface of the portion (50) of the piston rod or of the annex piston rod is of the order of 5 to 6 tenths. of a millimeter.

7. Compressor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the annex piston rod (55, 155) extending the piston rod (5, 15) is located relative to the piston (7, 17) of the opposite side to the piston rod (5, 15), and in that the annex piston rod (55, 155) is located in a small annex cylinder (66, 166) defining a dead volume in which the same pressure prevails as 'inside the cylinder (6, 16) on the side opposite the piston rod (5, 15).