Brevet FR2007249A1 — publié le 19700102

i 2007249 La présente invention concerne des pompes à engrenage susceptibles de débiter de hautes pressions à des rendements volumétriques exceptionnellement élevés lors du pompage d'un fluide contenant des impuretés extrêmement abrasives. 5 Lorsque l'orifice d'entrée d'une pompe à engrenage contenant une paire de roues dentées engrénant entre elles est relié à une source de fluide, la rotation des roues dentées dans un sens provoque l'aspiration du liquide par l'orifice d'entrée jusque dans le carter et son entraînement dans une poche située entre les 10 dents adjacentes des deux roues dentées et le carter et de là son refoulement par l'orifice de sortie. Le liquide est aspiré dans le carter du fait de l'augmentation de l'espace libre entre le carter adjacent à l'orifice d'entrée quand les dents des deux roues dentées cessent d'être en contact, et il est refoulé du fait de la dimi-15 nution de l'espace libre à l'intérieur du carter adjacent à l'orifice de sortie quand les dents entrent en contact, les orifices d'entrée et de sortie étant sensiblement isolés l'un de l'autre par les petits espaces séparant les dents et le carter. Le rendement volumétrique d'une telle pompe à engrenage dépend 20 de l'étroitesse de l'ajustement entre les extrémités des dents de roues dentées et le carter qui les enferme. Lorsqu'une telle pompe à engrenage est utilisée pour pomper un fluide contenant des impuretés extrêmement abrasives, les jeux séparant les extrémités des dents de roues dentées et le carter qui les enferme s'agrandis-25 sent rapidement et le rendement volumétrique de la pompe tombe. Une méthode bien connue pour apporter une solution à ce problème de forte usure rapide consiste à introduire un bloc d'usure dans le carter de pompe adjacent à la sortie de pompe. Ce bloc d'usure est poussé par la pression de deux charges en contact avec la 30 périphérie des dents de roues dentées adjacent à l'air de refoulement de la pompe. On a coutume de fabriquer le bloc d'usure et les dents de roues dentées dans un matériau résistant à l'usure extrêmement dur, tel que le carbure de tungstène. Le contact périphérique des dents de roues dentées et des surfaces racleuses 35 arquées correspondantes du bloc d'usure présente une surface qui peut résister à l'effet extrêmement abrasif du fluide contaminant. Toutefois, l'emploi de roues dentées en carbure de tungstène et de blocsd'usure en carbure de tungstène impose une servitude exagérée en matière de poids à cause du poids spécifique élevé du 40 carbure de tungstène par rapport à l'acier à outil joint au 69 13702 2 2007249 pourcentage élevé de la masse totale de pompe représentée par les roues dentées et le bloc d'usure seuls. En outre, le carbure de tungstène présente une durabilité structurelle extrêmement médiocre et des caractéristiques de 5 sensibilité à l'effet d'entaille par rapport aux aciers à outil normalement utilisés pour les roues dentées de pompes. Ainsi, bien que les roues dentées en carbure de tungstène puissent prolonger la résistance à l'usure d'une pompe que l'on fait fonctionner dans un fluide contenant des impuretés extrêmement abrasives, les dents 10 de roues dentées prises isolément ont une tendance à casser à la suite de contraintes de fatigue dues à une flexion existant perpendiculairement à la section critique de flanc quand on analyse la dent de roue dentée comme un rayon. A ce jour, des essais pour fournir un revêtement résistant 15 à l'usure de métaux réfractaires sur la surface d'une roue dentée en acier à outil par dépôt ou par pulvérisation à l'arc sous plasma ou à la flamme n'ont pas été couronnés de succès du fait de l'impossibilité d'obtenir une épaisseur uniforme du revêtement sur la forme de dent toute entière. 20 La présente invention concerne particulièrement une pompe à engrenage qui a un élément d'étanchéité mobile séparé ou bloc d'usure en contact avec la périphérie de chaque roue dentée et incorporant des plaques latérales positionnées adjacentes à chaque face latérale des roues dentées et à leurs éléments mobiles associés 25 pour fournir une pompe susceptible de débiter des pressions élevées à un rendement volumétrique extrêmement élevé lors du pompage d'un fluide contenant des impuretés extrêmement abrasives. L'agencement de la présente invention comporte des roues dentées en scier à outil à éléments encastrés de carbure de tungstène 30 s'étendant longitudinalement en travers des extrémités de chaque roue dentée et descendant radialement de l'extrémité de chaque roue dentée le long des deux faces latérales de chaque dent. L'élément d'étanchéité mobile ou bloc d'usure comprend une structure en deux pièces ayant un élément en carbure de tungstène avec une 35 surface arquée qui correspond avec les extrémités des dents de roues dentées pour fournir une surface en contact d'étanchéité résistante aux abrasifs entre les extrémités dee dents de roues dentées et le bloc d'usure mobile. Le second élément du bloc d'usure mobile est un élément en acier à outil en forme de T 40 qui se met en prise coopérativement avec une forme correspondante 69 13702 3 2007249 en T ménagée sur le bloc d'usure en carbure de tungstène pour réaliser une configuration géométrique telle que les plans de glissement engendrés par la dilatation différente du carbure de tungstène et des éléments en acier à outil intarsectent au centre 5 géométrique de la forme en T. Ainsi, cette configuration produit un agencement au moyen duquel les surfaces d'étanchéité correspondantes sont en carbure de tungstène, ce qui convient particulièrement du fait de ses propriétés de résistance à l'usure, mais comprend une structure où l'ensemble de la masse bloc d'usure 10 et roues dentées est composé d'acier à outil de moindre densité, de ce fait donnant une configuration infiniment moins pondéreuse. De plus, le bloc d'usure a deux éléments reliés mécaniquement en forme de T, dans lequel un élément est constitué de carbure de tungstène et l'autre élément est constitué d'acier à outil, forme 15 une structure où les régions soumises aux contraintes de flexion élevées sont faites d'acier à outil et la surface d'étanchéité exposée à l'usure est faite de carbure de tungstène. Selon la présente invention, il est fourni une pompe à engrenage pour le pompage de fluides contenant des impuretés extrêmement 20 abrasives, ladite pompe comprenant un carter ayant un alésage et des fermetures d'extrémité, deux roues dentées engrenant entre elles disposées dans ledit alésage et tourillonnées dans ledit carter de telle sorte que les axes de rotation desdites roues dentées soient positionnés sensiblement en parallèle, un moyen 25 d'étanchéité périphérique mobile ayant une partie métallique réfractaire résistante aux abrasifs en contact de façon étanche avec une partie des extrémités d'une série de dents de chacune desdites roues dentées, et chaque dite dent de roue dentée comprend un élément encastré métallique réfractaire résistant aux abrasifs 30 positionné pour entrer en contact de façon étanche avec la partie de surface râcleuse arquée en métal réfractaire résistant aux abrasifs correspondante dudit raoyen d'étanchéité périphérique mobile pour assurer un contact d'étanchéité périphérique de la dent de roue dentée résistant aux abrasifs sur toute la surface 35 d'étanchéité arquée. De façon que l'invention puisse être comprise elle va être notamment décrite en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels : La Figure 1 est une vue de face d'une forme de pompe incor-40 porant la présente invention. 69 13702 4 2007249 La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale prise suivant la ligne 2-2. La Figure 3 est une coupe prise suivant la ligne 3-3. La Figure 4 est une coupe d'une première autre forme d'une 5 construction de bloc d'étanchéité semblable à celle qu'on a représenté sur la Figure 3. La Figure 5 est une vue fragmentaire agrandie d'une partie de la Figure 3. La Figure 6 est une vue fragmentaire agrandie d'une partie 10 de la Figure 4. La Figure 7 est une perspective d'une seule dent de roue dentée représentant l'agencement de l'élément encastré en métal réfractaire. La Figure 8 est une vue perspective représentant une forme 15 de l'élément encastré de dent de roue dentée en métal réfractaire. On se réfère à présent aux dessins et d'abord généralement à la totalité des formes représentées ; dans la description générale suivante les pièces semblables sont désignées partout par des numéros de référence semblables. 20 En se référant maintenant à l'exemple représenté sur les Figures 1, 2 et 3, il est fourni une pompe ayant un carter 1 définissant intérieurement une cavité 2 et deux plaques latérales 3 et 4 positionnées sur les côtés opposés du carter 1 et fixées en relation étanche de fluid^^Mxaits carter et couvercle 5 au moyen d'une 25 série de boulons 6. Montées de façon rotative autour d'axes de rotation 7 et 8 dans la cavité 2 du carter 1 se trouvent deux roues dentées 9 et ÎO engrénant entre elles en contact l'une avec l'autre et dans une aire d'interengrenage indiquée généralement par la référence numérique 11 pour former une chambre d'entrée indiquée 30 généralement par la référence 12 et une chambre de sortie indiquée généralement par la référence numérique 13. L'itinéraire de l'écoulement de refoulement va de la chambre de refoulement 13 par le passage 14 ménagé dans l'élément de chargement 15 vers la chambre 16 et de là par une sortie 17 reliée avec dans le carter de pompe. 35 Des arbres 18 et 19 tourillonnent dans des paliers, respectivement, 20, 21, 22 et 23 dans le carter 1 avec un ajustement tournant aerré de telle sorte que les axes de rotation 7 et 8 sont maintenus sensiblement parallèles. Un élément de chargement 15 a une partie supérieure en contact mécanique avec des éléments encastrés 24 et 40 25, lesdits éléments encastrés ayant des surfaces arquées en 69 13702 5 2007249 contact avec la périphérie des extrémités d'au moins deux dents de chaque roue dentée. L'élément de chargement 15 a une partie supérieure à bords droits plats parallèles aux faces latérales de même, lés éléments encastrés 24 et 25 ont des faces parallèles 5 plates droites qui sont espacées d'une distance égale à l'épaisseur des roues dentées 9 et 10 de telle façon que les plaques latérales 3 et 4 entrent simultanément en contact étanche avec les faces latérales des roues dentées 9 et 10» avec les faces latérales des éléments encastrés 24 et 25, et avec les faces parallèles plates 10 droites de l'élément de chargement 15. Les éléments encastrés 24 et 25 présentent des protubérances en forme de T 26 et 27 qui sont disposées dans des évidements en T complémentaires 28 et 29 de l'élément de chargement 15. Les surfaces inclinées 30, 31, 32 et 33 de l'élément rapporté 24 sont en contact avec les surfaces incli-15 nées complémentaires 34, 35, 36 et 37 de l'élément de chargement 15 de telle sorte que la dilatation différente de l'élément encastré en carbure de tungstène 24 et de l'élément de chargement en acier à outil 15 amène les surfaces de glissement diagonalement opposées à former un plan commun de telle façon que les deux plans de glisse-20 ment se coupent au point 38 de l'élément encastré 24. De la même façon, la protubérance en forme de T 27 de l'élément encastré 25 a des surfaces inclinées qui sont en contact avec les surfaces inclinées complémentaires de la plateforme de chargement 15 de telle façon que les deux surfaces de glissement diagonalement opposées 25 forment un plan commun de telle façon que les deux plans de glissement se coupent au centre de la protubérance en forme de T de l'élément rapporté 25. La Figure 6 représente un autre agencement de l'élément encastré en carbure de tungstène et de l'élément de chargement en acier 30 à outil où la protubérance en forme de T 48 de l'élément de chargement 15 est disposée dans un évidement en forme de T 49 de l'élément encastré 24 les surfaces inclinées 50, 51, 52 et 53 étant en contact avec les surfaces inclinées complémentaires, respectivement, 54, 55, 56 et 57 de 1'évidement 49 de telle façon que les surfaces 35 de glissement, diagonalement opposées constituent un plan coirmun où les deux plans de glissement se coupent au point 58 situé au centre de la protubérance 48 drune façon semblable à celle qui a été décrite en détail ci-dessus pour l'élément de chargement 15 qui a un évidement en forme de T dans lequel vient se loger 4o une protubérance en forme de T de l'élément encastré. 69 13702 6 2007249 La forme représentée sur la Figure 5 est la construction préférée en ce que la section de flexion critique indiquée au repère numérique 59 apparaît dans l'élément en acier à outil comme opposée à la section de flexion critique indiquée au repère 5 numérique 60 sur la Figure 6 qui apparaît dans l'élément de carbure de tungstène, étant donné que le carbure de tungstène ne possède pas les caractéristiques de tension de flexion de l'acier à outil. En se référant à présent à la Figure 7, une rainure est formée perpendiculaire à l'extrémité de chaque dent de roue dentée et 10 s'étend radialement vers l'intérieur depuis l'extrémité de la dent de roue dentée le long de chaque' face latérale pour former un évidement en forme d'U indiqué généralement par le repère numérique 61 sur la Figure 7. Un élément encastré en métal réfractaire en forme d'U généralement indiqué au repère numérique 62 sur la 15 Figure 8 faifc cfen matériau tel que par exemple du carbure de tungstène fritté est introduit dans chaque rainure de chaque dent de roue dentée et réuni au métal de base en acier à outil des roues dentées 9 et 10 par un moyen approprié quelconque, par exemple brasage, soudage aux faisceaux électrons ou adhésif pour métal réfractaire. 20 Le profil de la dent et les faces latérales des roues dentées sont finis à la meule à la suite de l'opération d'assemblage pour constituer une structure unitaire dans laquelle l'élément encastré en métal réfractaire dépasse sur une petite distance de telle sorte que les éléments encastrés en carbure de tungstène représentés 25 généralement au repère numérique 62 des roues dentées 9 et 10 entre en contact avec les éléments encastrés en carbure de tungstène 24 et 25 du moyen d'étanchéité périphérique mobile pour fournir par là un contact d'étanchéité périphérique de dents de roues dentées résistant aux abrasifs sur la totalité de la surface 30 d'étanchéité arquée. Il doit être entendu que l'élément encastré en métal réfractaire 62 représenté sur la Figure 8 ne constitue qu'une seule des formes d'éléments encastrés que l'on peut utiliser. L'élément encastré peut être construit soit en trois pièces séparées ou 35 être fait d'une pièce en forme d'L et d'une seule pièce droite, n'importe laquelle de ces variantes peut être fixée de façon appropriée à 1'évidement ménagé dans la dent de roue dentée pour donner finalement une forme de dent de roue dentée ayant un élément encastré en métal réfractaire de construction semblable à celle qui 40 a été décrite en détail pour les Figures 7 et 8. 69 13702 7 2007249 En outre, on a remarqué que le problème d'usure aigu se pose à 11 extrémité de chaque dent de roue dentée du fait de la vitesse périphérique élevée et des contraintes de contact imposées sur les extrémités de la roue dentée au point de contact avec la surface 5 ràcleuse arquée de l'élément d'étanchéité périphérique mobile. Le problème de l'usure sur les surfaces latérales de la roue dentée a été considéré comme de peu d'importance. Etant donné que l'utilisation des éléments en carbure de tungstène impose une servitude de poids exagéré, à cause du poids spécifique élevé du carbure 10 de tungstène par rapport à l'acier à outil, une variante consiste à construire un élément encastré en carbure qui ne s'étende que perpendiculairement à l'extrémité de la dent de roue dentée et ne s'étende pas radialement à partir de l'extrémité le long des faces latérales de la dent de roue dentée. Il doit être entendu 15 que cette autre forme de construction doit permettre à un élément encastré de carbure de tungstène placé sur chaque dent de roue dentée d'entrer en contact avec une surface en carbure de tungstène complémentaire placée sur l'élément d'étanchéité périphérique mobile pour fournir ainsi une surface râcleuse périphérique en 20 métal réfractaire résistante aux abrasifs tout en assurant le contact des plaques latérales en acier à outil avec les faces latérales des roues dentées à l'aiaade contact la moins critique de surface latérale de dent- de roues dentées. On a représenté ici plusieurs variantes de configurations pour 25 assurer des contacts de surface nrâcleuse en métal réfractaire résistant aux abrasifs et des configurations correspondantes pour réduire le risque de défectuosités de structure des éléments complémentaires de matériaux différents du fait de la dilatation différente. Ces modes de réalisation particuliers sont indiqués 30 à titre d'exemple plutôt qu'à titre de limitation de l'invention. 69 13702 8 2007249 REVENDICATIONS 1. Une pompe à engrenage pour pomper des fluides contenant des impuretés extrêmement abrasives, ladite pompe comportant un carter ayant un alésage et des fermetures d'extrémité, et deux roues dan- 5 tées engrénant entre elles disposées dans ledit alésage et touril-lonnéos dans ledit carter de telle façon que les axes de rotation desdites roues dentées soient positionnés sensiblement en parallèle, caractérisée par un moyen d'étanchéité périphérique mobile comprenant une parti.e en métal réfractaire résistant aux abrasifs, en 10 contact da façon étanche avec une partie des extrémités d'une série de dents de chacune desdités roues dentées, et chaque dite dent de roue dentée comporte un élément encastré en métal réfractaire, résistant aux abrasifs, positionné de façon à entrer en contact de façon étanche avec la partie de surface râcleuse arquée 15 complémentaire en métal réfractaire résistant aux abrasifs dudit moyen d'étanchéité périphérique mobile pour assurer un contact d'étanchéité périphérique de dent de roue dentée, résistant aux abrasifs, sur toute la surface d'étanchéité arquée. 2. Une pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisée 20 par le fait que chaque dent de roue dentée comporte une fente fermée sur une partie de son périmètre pour recevoir de façon étanche lesdits éléments encastrés en métal réfractaire. 3. Une pompe à engrenage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque dit élément encastré en métal réfractaire 25 comprend un élément en carbure de tungstène fixé de façon étanche dans l'une desdites fentes par liaison métallurgique , par soudage ou brasage par exemple. 4. Une pompe à engrenage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque dit élément encastré en métal réfractaire 30 comporte un élément en carbure de tungstène fixé de façon étanche dans l'une desdites fentes par liaison chimique avec un adhésif réfractaire. 5. Une pompe à engrenage telle qu'elle est revendiquée dans les revendications précédentes 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisée par le 35 fait que ledit moyen mobile comporte au moins un premier élément et au moins un second élément à coefficients de dilatation différents, ledit premier élément étant constitué de carbure de tungstène et comportant une surface arquée en contact d'étanchéité avec les extrémités d'une série de dents desdites roues dentées et comportant 40 une fente généralement en forme de T positionnée en face de ladite bad orfginal 69 13702 9 2007249 surface arquée, les surfaces de ladite fente en forme de T ayant une position normalement: sensiblement parallèle au plan de ladite surface arquée et étant inclinées par rapport audit plan, et ledit second élément a une protubérance en forme de T disposée dans 5 ladite fente en forme de T avec des surfaces inclinées en contact avec les surfaces inclinées correspondantes de ladite partie en forme de T de telle façon que le centre du plan de glissement engendré par la dilatation différente desdits premier et second éléments correspond au centre géométrique de la partie en forme 10 de T dudit second élément pour prévenir ainsi toute modification dans l'ajustement des parties complémentaires dudit premier et dudit second éléments. 6. Une pompe à engrenage telle qu'elle est revendiquée dans l'une des revendications 1 ou 2 ou 3 ou 4, caractérisée par le 15 fait que ledit moyen mobile comprend au moins un premier élément et au moins un second élément à coéfficients de dilatation différents, ledit premier élément étant constitué de carbure de tungstène et ayant une surface arquée de contact d'étanchéité avec les extrémités d'une série de dents desdites roues dentées et comprenant une 20 protubérance généralement en forme de T positionnée en face de ladite surface d'étanchéité arquée, les surfaces de ladite protubérance en forme de 1 ayant une position normalement sensiblement parallèle au plan de ladite surface arquée et étant inclinées par rapport audit plan, et ledit second élément a un évidement en forme 25 de T recevant ladite protubérance en forme de T et ayant des surfaces inclinées en contact avec les surfaces inclinées complémentaires dudit évidement en forme de T, de telle sorte que le centre du plan de glissement engendré par la dilatation différente desdits premier et second éléments correspond au centre géométrique 30 de la partie en forme de T dudit premier élément, pour empêcher par là tout changement dans l'ajustement des parties complémentaires dudit premier et dudit second éléments. bad original