Brevet FR2002009A1 — publié le 19691003

L'invention concerne une machine à pistons au type axial, dans le corps de laquelle est monte un porte-pistons tournant qui porte un certain nombre de pistons disposes dans des alésages cylindriques où ils peuvent se déplacer axialement, le porte -pistons tournant en synchronisme avec le mécanisme dSentratnement des pistons. Pour assurer ltétanchéité entre le corps et le porte- pistons, on a prévu sur le corps, parallèlement à la surface frontale libre du porte-pistons, une surface d'assise qui présente des ouvertures reliées aux tuyauteries d'aspiration et de refoulement, ces ouvertures étant mises alternativement en liaison avec les cylindres au cours de la rotation du porte-pistons. Le rendement de telles machines est déterminé, dans une large mesure, par 11 aménagement des interstices entre la surface frontale tournante du porte-pistons et la surface d'assise fixe du corps qui lui est opposée. À ce sujet, pour réduire autant que possible la perte volumétrique causée par le jeu existant entre la partie mobile et la partie fixe, il est de règle d' aménager une surface plane comme surface frontale du porte-pistons et une autre surface plane comme surface adjacente du corps, les deux s-faces étant pressées l'une contre l'autre. Toutefois, avec ce mode de construction, on n'a pu jusqu'à ce jour obtenir aucun résultat satisfaisant durable0 Abstraction faite de la fuite à juguler, qui n'était que médiocrement contrt- idée, sur la base de l'équilibre nécessaire des forces et de la valeur limitée de la surface d'assise, la pression spécifique de la surface du piston contre la surface d'assise était très élevée et se traduisait alors par une forte usure et une augmentation des interstices. Le but de l'invention est précisément de perfectionner les machines à piston du type décrit plus haut, de telle sorte que le rendement soit accru dans une large mesure et qu'il ne soit pas compromis par l'usure des parties précitées. Conformément à l'in- vention, ce but est atteint en disposant, entre la surface d'assise du corps et le porte-pistons, une plaque interméliaire susceptible de se déplacer axialement, mais non angulairement, par rapport'à ce dernier, laquelle plaque est percée de canaux de communication des cylindres de porte-pistons avec les ouvertures de la surface d'assise. Entre le porte-pistons et la plaque intermédiaire est ménagée au moins une chambre de pression en communiátn avec les alésages des cylindres. Conformément à l'invention, l'utilisation d'une plaque intermédiaire permet de réaliser une étanchéité -très efficace entre le porte-pistons et la surface assise, par le fait que la plaque intermédiaire est pressée sur la surface d'assise sous l'ef- fet de la pression produite par introduction de fluide prélevé dans les cylindres du porte-pistons.Un jeu éventuel entre le porte -pistons et la surface d'assise, résultant d'un défaut fugitif, est compensé par un déplacement axial de la plaque intermédiaire et, de plus, une remise en place automatique des pièces qui se touchent est assurée, de sorte que l'usure est automatiquement rattrapée et que le rendement de la machine à pistons du type axial se maintient à une valeur élevée, meame pour de longues périodes d'exploitation. L'invention offre en outre la possibilité de réduire à un minimum la très forte usure qui, comme on l'a mentionné plus haut, est la règle sur les pièces encadrant l'interstice des machines de ce type existant à l'heure. actuelle. Une telle réduction de l'usure est réalisée du fait que la plaque intermédiaire offre la possibilité d'augmenter les surfaces d'étanchéité, puisque cette plaque a une section supérieure à celle du porte-pistons. La surface d'assise sur le corps peut alors être adaptée à celle de la plaque intermédiaire, ou bien on fixe à cet effet, dans le corps, une autre plaque dont la section correspond à celle de la plaque intermé- diaire. Cette extension réalisable des surfaces de glissement permet de réduire la pression spécifique appliquée aux plaques adjacentes et, par suite, leur usure. L'admission nécessaire d'un fluide sous pression sur la plaque intermédiaire peut être réalisée de diverses manières. La communication des alésages du porte-pistons avec au moins une chambre de pression prévue entre la plaque intermédiaire et le porte-pistons peut être assurée directement ou indirectement. Une construction favorable est obtenue lorsque la chambre de pression se présente sous la forme d'un anneau concentrique au porte-pistons, séparé des cylindres et relié par un canal de remplissage avec la zone sous pression de la surface d'assise. Cette forme de construction assure, sous l'action du fluide, une force appliquée concentriquement sur la plaque intermédiaire et, par conséquent, une charge de compression régulière sur les surfaces coopérantesO A ce point de vue, il est avantageux de prélever le fluide sous pression par au moins un orifice dans une gorge annulaire de la surface d'assise, creusée concentriquement à l'axe du porte-pisinsO La disposition d'une telle--gorge annulaire est particulièrement avantageuse lorsque la plaque intermédiaire présente plusieurs trousvie communication répartis drune manière régulière afin de réaliser la meilleure connexion possible entre la chambre de pression et la zone de pression existant sur la surface d1assi- se, ce qui revient à assurer un bon remplissage de la chambre de pression. La possibilité, mentionnée plus haut, d'augmentation des dimensions des pièces de glissement, c'est-à-dire de la plaque intermédiaire et du corps, ou d'une autre plaque solidaire de ce dernier, se traduit, lorsqu'elle est mise en oeuvre, par une répulsion importante entre la plaque intermédiaire et la surface d'assise, mais cette répulsion est à nouveau compensée du fait du remplissage de la chambre de pression, aménagée entre le porte -pistons et la plaque intermédiaire, par le fluide prélevé dans la zone sous pression de la surface d'assise.De plus, le mode de construction proposé, à savoir, le forage d'un ou de plusieurs trous de remplissage à travers la plaque intermédiaire, offre la possibilité d'exercer une pression variable pour produire la force qu'il faut appliquer à la plaque intermédiaire, ce qui s'obtient simplement en choisissant judicieusement la distance radiale d'un des trous de remplissage aux canaux de sortie des cylindres forés dans la plaque intermédiaire. Il est facile de comprendre que la pression formée dans la chambre de pression sera d'autant plus faible que la distance radiale du trou de remplissage de la chambre aux canaux de sortie des cylindres sera plus grande, puisque le point de prélèvement sera plus éloigné de la source. Dans ce cas, le trou qui débouche dans la zone de plus haute pression est prépondérant quant à son influence sur la valeur de la pression steserçant dans la chambre de pression. On obtient une admission directe de fluide sous pression derrière la plaque intermédiaire, à partir des cylindres forés dans le porte-pistons, lorsqu'une chambre de pression est prévue coaxialement entre chaque alésage du porte-piston et les canaux de sortie traversant la plaque intermédiaire. Toutefois, pour cette variante de construction, il se présente des inconvénients résultant de ce qu'une partie seulement des chambres de pression périphériques est alimentée, de sorte que la force engendrée est excentrée, ce qui pourrait éventuellement déformer la plaque intermédiaire0 Une amélioration de cette solution est obtenue si les chambres de pression individuelles sont réalisées par des bossages, disposés sur la plaque intermédiaire, du côté de la face frontale du porte-pistons, en liaison avec les cylindres correspondants, et il convient de faire en sorte que ces bossages soient placés concentriquement par rapport aux cylindres et qu'ils y soient guidés de façon étanche Dans une variante avantageuse d'une machine à pistons conforme à l'invention, la disposition est telle que, afin a'obtenir la force nécessaire pour rendre étanche la zone de contact, la plaque intermédiaire est alimentée en fluide sous pression à la fois directement et indirectement et, en conséquence, cette solution présente une chambre de pression entre le porte-pistons et la plaque intermédiaire, laquelle chambre est reliée indirectement aux cylindres par au moins un canal de remplissage} en outre, sur chaque cylindre du porte-pistons, une autre chambre de pression est ménagée entre celui-ci et la plaque intermédiaire et cette chambre est reliée directement au cylindre correspondant. Sur les dessins annexéq. on a representé un exemple d'esécu- tion préféré de l'invention appliquée à une pompe à pistons du type axial. Dans ces dessins - la figo 1 est une vue de profil avec coupe partielle d'une pompe à pistons du type axial - la fig. 2 est une coupe longitudinale de la partie de la pompe concernée par l'invention - la fig. 3 est une vue sur le porte-pistons de la pompe, selon la ligne 3-3 de la fig. 2, mais à plus petite échelle - la fig. 4 est une vue de la plaque intermédiaire conforme à l'invention, selon la ligne 4-4 de la fig. 2, mais à plus petite échelle - la fig. 5 est une vue de la plaque d'assise conforme à l'invention, selon la ligne 5-5 de la fig. 2, mais à plus petite échelle. La pompe à pistons du type axial, représentée sur la fig. 1, se compose d'un premier demi-corps 10 et d'un second demi-corps 12. A l'intérieur du second demi-corps 12 se trouve un porte -pistons, cylindrique, rotatif 13 monté sur un arbre de commande 14. A ce porte-pistons est associé un élément pivotant désigné par 16 dans son ensemble et loge dans le premier demi-corps 10. aet élément peut pivoter dans le corps au moyen de deux tourillons sur billes 18, 20, le tourillon 16 faisant saillie à l'extérieur du corps et cette extension constituant un arbre de manoeuvre. Dans l'élément pivotant 16, à l'intérieur d'une bague de roulement 24, est monté le plateau de commande 28 des pistons. L'arbre de commande 14 traverse ce plateau, dont la position relative par rapport à l'élément pivotant 16 est fixée par un palier de butée 30. Au moyen de l'élément pivotant 16, on peut faire varier la position angulaire du plateau de commande 28 par rapport à l'arbre de commande 14, autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre 14. Dans ce but, le plateau est équipé en son centre d1une rotule 32, montée sur un petit pignon 94 taillé sur l'arbre La rotule 32 est logée à l'intérieur d'une cage à billes 36 pouvant storienter dans une bague de roulement 35. La rotule 32, entraînée par le pignon 34, permet la rotation du plateau de commandé, quelle que soit son inclinaison par rapport à 1' arbre, en synchronisme avec le porte -pistons. Ce dernier présente, selon une disposition connue, un certain nombre d'alésages cylindriques 38 dont les axes sont parallèles et traversent le porte-pistons de part en part.Dans ltexem- ple d'exécution considéré, d'après la fig. 3, il est prévu neuf alésages 38 Les pistons 40 se meuvent dans ces alésages parallèlement à l'axe de rotation du porte-pistons. Les tiges des pistons font saillie à l'extérieur du porte-pistons et sont reliées au plateau de commande rotatif 28 par un dispositif approprié. A cet effet, il est prévu, entre le plateau et le porte -pistons, un dispositif de pression 42 qui a pour but de maintenir à la fois tous les pistons en contact avec le plateau de commande Le dispositif de pression est monté de façon mobile sur une pièce à profil sphérique 46 bloquée sur l'arbre de commande. Une surface d'assise fixe 48 est associée au porte-pistons. Dans les machines à pistons du type axial existantes et plus particulièrement dans les pompes à pistons de ce type, cette surface d'assise 48 et la face frontale du porte-pistons 13 définissent un interstice qui est le siège de pertes volumétriques importantes, en rapport avec l'usure des pièces en- contacto De ce fait, le rendement volumétrique de telles machines à pistons du type axial ntest pas satisfaisant pour des charges élevées et après une lon gue période de marche. Conformément à ltinvention9 ces inconvénients de machines à pistons du type axial sont évités par une plaque intermédiaire 50, interposée entre le porte-pistons 13 et la surface d'assise 48 solidaire du second demi-corps 12. Cette plaque intermédiaire 50, qui est engagée sur 1' arbre de commande 14, concentriquement au porte-pistons, est en outre libre de se déplacer axialement vers le porte-pistons et vers la surface assise. A A cet effet, la construction doit entre prévue de telle sorte que le fluide qui est aspiré par la tubulure 52 et refoulé sous pression par la tubulure 54 exerce sur la plaque intermédiaire une pression qui applique sa surface frontale 56 sur la surface d'assise fixe 48. Dans ce but, conformément à l'invention, on a ménagé une chambre de pression 58 entre le porte-pistons 13 et la plaque intermédiaire 500 Cette chambre de pression est constituée comme suit : du cdté du porte-pistons, la plaque intermédiaire s'embatte sur celui-ci au moyen d'un cordon périphérique 60. Un joint annulaire 62 assure l'étanchéité à la pression de liquide. Pour étancher aussi la chambre de pression du c8té de l'arbre 14, la plaque intermédiaire porte un manchon central d'embortage 64 qui s'en- gage dans un alésage 66 du porte-pistons. L'étanchéité à la pression de liquide est assurée dans cet emboftement par un joint annulaire 70.La plaque intermédiaire, qui est clavetée sur l'arbre de commande 14 et qui a par conséquent une position relative prédéterminée par rapport au porte-pistons 13, présente pour chaque alésage 38 de celui-ci un canal de communication 72 qui assure la connexion entre l'alésage 38 et l'ouverture 74 prévue dans la surface d'assise, de manière à réaliser une liaison directe entre la tubulure d'aspiration 52 et les cylindres, ou entre ces derniers et la tubulure de refoulement 54. Les ouvertures de la surface d'assise sont représentées avec plus de détails sur la fig. 5 et il faut remarquer que, conformément à l'usage, celles-ci ont la forme dlun rein. La zone de pression qui s'établit d'elle-meme entre la surface d'assise 48 et la face frontale 56 de la plaque intermédiaire 50 est utilisée pour le remplissage de la chambre de pression 58, en pratiquant au moins un, mais de préférence plusieurs trous de communication 76 dans la plaque.Pour régulariser l'afflux de fluide à la chambre de pression, les trous de communication débouchent dans une gorge circulaire 78 creusée dans la surface d'assise En choisissant judicieusement la distance radiale entre les orifices de remplissage 76 et les canaux de communication 72 de la plaque intermédiaire, on peut régler la force d'application des surfaces, ce qui résulte de ce que la pression qui s'exerce dans la zone de pression définie par la surface d'assise 48 et la surface frontale 56 baisse dlautant plus que la distance radiale des trous de remplissage aux canaux 72 augmente. Selon la section du porte-pistons 13, il peut exister, entre celui-ci et la surface d'assise 48, une pression spécifique importante qui se traduit par une usure rapide sur des machines à pistons du type axial de construction classique. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que, même pour des sections de porte-pistons relativement petites, on peut réduire considérablement la pression spécifique et par suite l'usure si, conformément à l'invention, on utilise une plaque intermédiaire dont la surface frontale 56 opposée à la surface d'assise 48, présente une section nettement plus grande que celle du porte-pistons 13.Une telle disposition est appliquée dans l'exemple d'exécution ici décrit La surface d'assise 48 doit être augmentée dans la meme proportion que la surface 56, ce qui est très facile à réaliser en utilisant une plaque 80 fixée sur la seconde moitié du corps 12. Cette solution se traduit, le cas échéant, par un accroissement des efforts de répulsion entre les deux surfaces 50 et 80, mais ce phénomène peut être compensé conformément à l'invention en adaptant en conséquence la pression s'exerçant dans la chambre 58. Dans la variante de construction présentée ici, outre la chambre de pression 58, on a prévu encore d'autres chambres de pression 82, dans le but de réaliser des conditions de pression bien définies, ainsi qutune séparation franche des zones dtaspiration et de refoulement. Pour réaliser ces chambres de pression additionnelles 82, les alésages des cylindres 38 sont élargis à leur extrémité; côté plaque intermédiaire, en formant des logements 84 dans lesquels viennent stembotter des bossages 86 solidaires de la plaque intermédiaire 50. Ces chambres sont rendues étanches à la pression de liquide par des joints annulaires 88. Gracie à ces chambres additionnelles 82, on dispose, au moins du c8té de la zone de pression de la machine à pistons du type axial, d'un moyen de pression supplémentaire sur la plaque intermédiaire. Il est évident qu'en augmentant la section des bossages 86 de la plaque intermédiaire, on peut encore accroltre cette pression sup plémentaire RBVENDICA2IONS. 1. - Machine à pistons, plus particulièrement pompe à pistons du type axial, dans le corps de laquelle est disposé un porte-pistons rotatif qui comporte un certain nombre d'alésages cylindriques et des pistons à déplacement axial, tournant en synchronisme avec un mécanisme de commande, l'étanchéité du porte-pistons par rapport au corps étant assurée par une surface d'assise parallèle à la face frontale libre du porte-pistons et présentant des ouvertures communiquant avec les tuyauteries d'aspiration et de refoulement qui, sous l'effet de la rotation du porte-pistons, sont mises alternativement en communication avec les cylindres, ce dispositif étant caractérisé par le fait que, entre la surface d'assise (48) et le porte-pistons (13) est placée une plaque intermédiaire (50) susceptible de se déplacer axialement mais non angulairement par rapport au porte-pistons, cette plaque présentant pour chacun des cylindres (38) du porte-pistons (13) un canal de communication (72) entre les cylindres et les ouvertures (74) de la surface d'assise (48), alors qu'entre le porte-pistons (13) et la plaque intermédiaire (50) est ménagée au moins une chambre de pression (58) en communication avec les alésages des cylindres (38). 2. - Machine à pistons selon la revendication 1, caractériS6s en ce que la chambre de pression (58) présente la forme d'un mea concentrique au porte-pistons (13) mais séparé des alésages (38) ménagés dans celui-ci, cette chambre étant munie d'au moins un trou de remplissage (76) communiquant avec la zone de pression qui s'établit sur la surface d'assise (48). 3. - Machine à pistons selon la revendication 2, caractérisde en ce que la surface d'assise (48) présente une gorge circulaire (78) concentrique au porte-pistons, dans laquelle débouche au moins un trou de remplissage (76) de la chambre de pression. 4. - Machine à pistons selon la revendication 1, caractérisée en ce que, entre chaque alésage de cylindre (38) du porte-pistons (13) et le canal de communication (72) correspondant foré dans la plaque intermédiaire (50) est ménagée une chambre de pression coaxiale (82). 5. - Machine à pistons selon la revendication 4, caractérisée en ce que les chambres de pression séparées (82) sont constituées par des bossages (86) formés sur la face de la plaque intermédiaire (50) tournée du cbté du porte-pistons (13) et qui sont de préférence coaxiaux aux alésages des cylindres et guidés de façon étanche dans ceux-ci. 6. - Machine à pistons selon la revendication 5, caractérisée en ce que le diamètre des bossages (86) de la plaque intermédiaire (50) est plus grand que le diamètre des cylindres (38) du porte -pistons (13) et que les bossages (86) s'embottent dans des logements cylindriques (84) du porte-pistons (13) qui sont disposés coaxialement aux alésages des cylindres (38).