Brevet FR2004529A1 — publié le 19691128

L'invention se rapporte aux machines à pression de fluide, telles que pompes ou moteurs, qui ont des cylindres et des pistons disposés en cercle autour d'un axe et qui, pour plus de concision, seront appelées "machines". Un exemple type de ma-5 chine du genre auquel 1'invention doit être appliquée est donné par une pompe, à plateau-came fixe, comportant un barillet rotatif doté de cylindres disposés en cercle de façon sensiblement parallèle à l'axe, ce barillet tournant à l'intérieur d'un corps fixe. L'invention peut également s'appliquer à un moteur présen-10 tant un agencement similaire, ou à une pompe ou un moteur comportant un ensemble de cylindres disposés de façon radiale dans un bloc ou barillet et des pistons entraînés par un excentrique, une came ou un vilebrequin. Le but essentiel de l'invention est d'équilibrer les char-15 ges radiales imposées par la pression du fluide aux pièces de la machine qui sont soumises à cette pression; selon l'invention, ces charges sont équilibrées par une pression de fluide. L'élément auquel il est le plus souhaitable d'appliquer l'équilibrage est l'élément de soupape qui commande le débit 20 traversant la machine. Dans un exemple préféré d'application,cet élément est constitué essentiellement par un cylindre creux qui tourne avec le barillet et qui est coaxial à ce barillet. Dans certains cas, cet élément de soupape peut être conçu comme un élément solidaire du barillet ou de façon à ne former qu'une 25 pièce avec celui-ci, si bien que l'équilibrage des charges latérales imposées à cet élément soulagé également le barillet de ces charges latérales ; alors, l'élément de soupape et le barillet peuvent être soutenus latéralement par la pression du fluide apparaissant dans la machine. 30 Lorsqu'il est fait état, dans cette description, de la ro tation des pièces, il convient de ne pas perdre de vue qu'il s' agit d'une rotation relative. Ainsi, une machine peut avoir un barillet et un élément de soupape fixes, le corps entourant ces organes étant rotatif. En outre, il existe des machines (auxquel-35 les peut s'appliquer l'invention) qui ont la nature des pompes et qui font partie d'un accouplement hydraulique (embrayage ou convertisseur de couple) dans lequel, par exemple, un arrêt complet du débit de fluide bloque ensemble le rotor et le stator tandis qu'une entière liberté de débit correspond à la liberté 40 de transmission . L'invention est applicable à de tels disposi 69 08292 2 2004529 tifs, même si l'ensemble du dispositif est rotatif. L'invention porte essentiellement sur une machine du genre mentionné, dans laquelle un élément de soupape tourne avec le barillet par rapport au corps et comporte des passages qui, de 5 façon intermittente et cyclique, font communiquer chacun des cylindres de l'agencement en cercle avec un branchement du corps en fluide sous pression, ce branchement s'étendant de façon cir-conférentielle et sous-tendant un angle centré sur l'axe de rotation, l'élément de soupape ayant, avec une partie du corps, une 10 interface (ou surface de contact) de section circulaire coaxiale, cette interface s'interrompant pour former une chambre de pression qui sous-tend sensiblement le même angle, qui comporte une communication de pression avec dé branchement et dont les dimensions sont telles que la force radiale effective appliquée à l'é— 15 lément de soupape, en raison de la pression régnant à l'intérieur du branchement, est sensiblement équilibrée par celle due à la pression régnant à l'intérieur de la chambre. L'invention s'applique de préférence à des machines dans lesquelles il se produit une course de piston par tour,telles que 20 des machines du type à plateau-came ; dans ce cas, il est prévu un branchement d'entrée et un de sortie, ainsi que les chambres de pression correspondantes ; de plus, et spécialement si le fluide est un liquide pratiquement incompressible, les chambres d'entrée et de sortie sont constituées par des chambres en forme 25 de lobes (forme illustrée ci-après par les dessins) pratiquées dans le corps, chaque chambre sous-tendant un angle centré sur l'axe de rotation de la soupape et d'une amplitude telle qu'il puisse comprendre un certain nombre de passages de soupape correspondant à la moitié du nombre total des cylindres de l'agencement 30 en cercle diminué d'un ou de deux selon que ce nombre est impair ou pair. Il en résulte que tous les cylindres qui sont sensiblement sous compression se trouvent simultanément reliés à l'un des branchements, et que tous ceux qui sont sensiblement à une pression nulle ou seulement à une certaine pression nominale se trouvent si-35 multanément reliés à 1'autre branchement. Les pistons situés à l'intérieur des deux cylindres qui sont en train de passer d'une course à 1' autre peuvent être considérés comme étant pratiquement au point mort. L'invention comprend également des caractéristiques de concep-40 tion qui apparaîtront dans la partie de la description qui suit. 69 08292 3 2004529 La disposition permettant de parvenir effectivement à l'équilibre recherché peut varier considérablement ; de plus, si 1 bêlement de soupape est solidaire du barillet ou ne forme qu'une pièce avec celui-ci, les chambres d'équilibrage peuvent être di-5 rectement reliées aux espaces de pression des cylindres et dans ce cas en outre, l'élément de soupape étant effectivement porté de façon hydrostatique, l'on peut également prévoir que les charges latérales à l'intérieur du barillet, par exemple la composante latérale de la force due à l'inclinaison du plateau-came, 10 soient également équilibrées par la pression du fluide. L'invention est expliquée à l'aide de trois exemples illustrés par les dessins ci-annexés. La figure 1, de ces dessins, est une coupe axiale d'une pompe à plateau-came et à sept cylindres et la figure 1A est une 15 coupe transversale selon A-A fig. 1. Les figures 2, 2A, d'une part, et 3, 3A, d'autre part, sont des vues de deux autres exemples et sont semblables respectivement aux fig. 1 et 1A. Sur les figures 1 et 1A, la pompe comprend un arbre d'en-20 trainement 1 auquel est fixé un barillet 2 ayant des cylindres 3 parallèles à l'axe et disposés en cercle autour de cet axe. Dans les cylindres 3 du barillet 2, des pistons 4 sont entraînés par un plateau-came 5 qui est fixe à l'intérieur du corps 6 de la pompe ou peut y être réglé en inclinaison. L'arbre 1 tourne à l'in-25 térieur de paliers et de joints placés en 7 et en 8 dans le corps 6 de la pompe. Vers l'une de ses extrémités,1e corps 6 présente un alésage cylindrique intérieur 9 entre les extrémités duquel sont formés deux ou plusieurs espaces de pression 10 et 11 qui ont plus ou moins la forme de croissants ou de lobes (voir fig. 30 1A) et sont respectivement les boîtes à soupape d'entrée et de sortie, reliées au circuit de la pompe par des canaux 10A et 11A. Sur le corps 6 est fixée une plaque terminale 12 qui comporte une jupe cylindrique 13 s'étendant vers l'intérieur et entourant l'arbre 1. Il est donc formé une chambre annulaire entre 35 l'alésage 9 et la jupe 13, laquelle jupe sert de palier à un élément de soupape 14 en forme de manchon. Cet élément 14 comprend des alésages 14A, parallèles à l'axe, qui correspondent aux cylindres 3 et sont alignés en permanence avec ceux-ci. L' extrémité extérieure de l'élément 14 porte axialement de façon 40 étanche contre une plaque d'étanchéité annulaire 15, chaque alé- 69 08292 4 2004529 sage 14A ayant son propre joint annulaire d'étanchéité 16. En outre, des manchons d'étanchéité 17 (qui servent également d' organes de liaison mécanique) sont prévus entre les cylindres 3 et chaque alésage 14A de l'élément de soupape 14. Ce dernier est 5 donc relié de façon étanche au barillet 2 et tourne avec celui-ci, quoiqu'il ne soit pas nécessairement tenu à un alignement absolu avec celui-ci. Des orifices de soupape 14B sont disposés de façon radiale dans l'élément 14 et traversent chacun un alésage 14A. Ces orifices 14B ont un diamètre tel qu'ils soient en-10 tièrement fermés lorsqu'ils sont à cheval sur les cavités 10 et 11 (voir orifice supérieur sur la figure 1A), mais que, dans les autres positions, ils fassent communiquer l'un des cylindres 3 avec l'entrée ou la sortie 10A ou 11A. Les manchons 17 peuvent présenter une certaine souplesse, de façon à agir au mieux comme 15 organes de liaison mécanique. Dans la paroi extérieure de la jupe 13 sont ménagées deux chambres d'équilibrage 10B et 11B avec lesquelles communiquent de façon cyclique les extrémités intérieures des orifices 14B. La surface effective (du point de vue de la charge radiale exercée 20 par la pression du fluide) des chambres 10B et 11B est égale à, ou voisine de, la surface effective de la face extérieure de 1' élément de soupape 14 qui est soumise à la pression du fluide, respectivement en 10 ou en 11. Il en résulte que les forces autrement imposées à l'élément de soupape dans un sens diamétral 25 par la pression du fluide sont équilibrées ou presque équilibrées. Dans l'exemple des figures 2 et 2A, l'agencement général de la pompe est tout à fait semblable et les mêmes nombres désignent les mêmes pièces que sur les figures 1 et 1A. 30 Dans ce cas, l'élément de soupape 20 ne forme qu'une pièce avec le barillet 2. Il entoure un bout d'arbre 21 qui lui sert d'axe de rotation et fait saillie vers l'intérieur depuis la plaque d'extrémité 12. L'élément 20 présente des alésages 23, parallèles à l'axe, qui sont en communication permanente avec 35 les cylindres respectifs 3. Les orifices radiaux 24, qui sont des ouvertures partant des alésages 23, communiquent de façon cyclique avec les cavités 10 et 11, comme précédemment. Les chambres d'équilibrage 10B et 11B sont formées dans le bout d'arbre 21. Cet agencement peut être préférable pour des machines assez pe-40 titee ; il est plus court et, à d'autres égards, plus ramassé 69 08292 5 2004529 que celui de la figure 1. L'on peut signaler ici que, pour respecter l'exactitude des dessins, les fig. 1,2 et 3 ne devraient pas montrer les cavités 10 et 11, car celles-ci sont en réalité décalées de 90° par rapport au 5 plan de ces figures comme on peut le voir à 1 ' examen des fig. 1A, 2A et 3A; on a préféré toutefois les représenter en trait interrompu pour les situer axialement sur les fig. 1, 2 et 3. Si l'on se réfère à présent aux fig. 3 et 3A, l'agencement général est à nouveau très semblable à celui des fig. 1 et 1A et les 10 mêmes références s'appliquent également aux mêmes pièces. Dans cet exemple, 1'élément de soupape 14 est lié en rotation au barillet 2, par des goujons 30, l'étanchéité entre les cylindres 3 et les alésages 14A étant assurée par des joints toriques 17A, ou des moyens similaires (fig.3). Les chambres d'équilibrage 10B et 11B sont, 15 dans ce cas, reliées en permanence aux cavités 10 et 11 par une série d'alésages formant des conduits 31, à l'intérieur desquels sont placés, à un endroit approprié, des organes 32 de limitation de débit. Ainsi, les cavités 10 etll sont maintenues à une pression qui, sauf en cas de rapides fluctuations, est égale à celle qui règne 20 dans les chambres 10B et 11B. De plus, la pression de fluide pratiquement continue maintient baignées les surfaces d'appui radiales et axiales, assurant ainsi une bonne action de palier. L'on peut voir que chacune des boites à soupape, qui constituent des branchements d'entrée et de sortie, sous-tend un angle 25 qui est centré sur l'axe de rotation et qui est aussi approximativement sous-tendu par la chambre de pression correspondante. En outre, cet angle comprend plusieurs cylindres et leur passage de soupape respectif, chaque cavité correspondant à la moitié du total des cylindres diminué d'un, dans le cas normal où il y a un nonir-30 bre impair de cylindres. 9i, pour une raison quelconque, on choisit des cylindres en nombre pair, chaque cavité correspond à la moitié du nombre total diminué de deux. Dans une variante de 1 ' invention qui peut convenir particulièrement à une pompe à débit variable par tour (c'est-à-dire une pom-35 pe où 1' inclinaison du plateau-came est variable), le barillet est de préférence monté sur un bout d'arbre fixe et coaxial qui s ' étend à 1 ' intérieur de 1 ' élément de soupape et de la majeure partie de la longueur axiale du barillet; les chambres d'équilibrage sont formées à la surface du bout d'arbre et d'autres chambres ou lumières sont pré-40 vues aussi à l'interface du bout d'arbre et du barillet de manière à équilibrer les charges radiales engendrées par le décalage des réactions entre les pistons et le plateau-came. 69 08292 6 2004529 REVENDICATIONS 1. Machine à pression de fluide, telle que pompe ou moteur, à cylindres et pistons disposés en cercle autour d'un axe, caractérisés par le fait qu'un élément de soupape tourne avec le baril- 5 let, par rapport au corps, et comprend des passages qui, de façon intermittente et cyclique, font communiquer chaque cylindre de l'agencement en cercle avec un branchement du corps en fluide sous pression, ce branchement s'étendant de façon circonféren-tielle et sous-tendant un angle centré sur l'axe de rotation, 10 l'élément de soupape ayant avec une partie du corps une interface de section circulaire coaxiale, cette interface s'interrompant pour former une chambre de pression qui sous -tend sensiblement le même angle, qui comporte une communication de pression avec ce branchement, et dont les dimensions sont telles que la force 15 radiale effective, appliquée à l'élément de soupape du fait de la pression à l'intérieur du branchement, est sensiblement équilibrée par celle due à la pression à l'intérieur de la chambre. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un branchement d'entrée et un de sortie sont ménagés à l'in- 20 térieur du corps et que la machine comporte des chambres de pression correspondantes. 3. Machine à plateau-came selon la revendication 2 dont les cylindres sont disposés sensiblement en cercle dans un barillet, caractérisée par le fait que l'élément de soupape est monté aune 25 extrémité de ce barillet, ses passages, qui sont en communication permanente avec le cylindre, s'ouvrant alternativement, et de façon radiale, sur l'une ou l'autre des deux boîtes à soupape formées dans le corps, ces boîtes formant les branchements d'entrée et de sortie. 30 4. Machine selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisée par le fait que l'élément de soupape est porté de façon rotative par une pièce du corps qui s'étend vers 1'intérieur et de façon coaxiale avec l'axe de rotation et dont la section d'ensemble est circulaire, l'interface étant celle de l'élément et de ladite pièce. 35 5. Machine selon l'une des précédentes revendications, caractérisée par le fait que l'élément de soupape est relié au barillet par des organes de liaison souples et creux disposés entre chaque extrémité de cylindre et un alésage correspondant ménagé dans l'élément de soupape. 40 6. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par 69 08292 7 2004529 le fait que l'élément de soupape est en une pièce avec le barillet. 7. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les branchements d'entrée et de sortie sont 5 constitués par des cavités en forme de lobe pratiquées dans le corps, chacune sous-tendant un angle centré sur 1'axe de rotation de la soupape et d'une amplitude telle qu'il embrasse un nombre de passages de soupape qui correspond à la moitié du nombre total de cylindres de l'ensemble diminué d'un ou de deux selon que le nom-10 bre est impair ou pair. 8. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les passages de soupape sont formés par des alésages axiaux correspondant en nombre aux cylindres, chaque alésage axial communiquant avec un alésage radial conduisant, 15 vers 1'intérieur, au branchement du corps, et vers 1'extérieur, à la chambre de pression, si bien que la pression à l'intérieur de celle-ci se trouve équilibrée. 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que les passages de soupape sont formés par des alé- 20 sages axiaux dont l'étanchéité est assurée par un joint appliqué de façon axiale contre une face annulaire du corps. 10. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'un réseau de conduits est prévu au travers de 1'élément de soupape et du corps, entre les chambres de pres- 25 sion et le branchement du corps. 11. Machine selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le réseau de conduits comprend un orifice de limitation du débit .