Brevet FR2028369A1 — publié le 19701009

La présente invention a pour objet une pompe hydrostatique à double courant avec, pour chaque courant, une entrée et une sortie distinctes pour le fluide de travail, et un rotor commun aux deux courants et renfermant les chambres de refoulement, 5 avec en outre un cylindre stationnaire de distribution logé, avec un faible jeu, concentriquement dans tin alésage du rotor et. comportant, pour chaque courant, un conduit d'aspiration et un conduit de pression et, pour chacun de ces conduits, une gorge de distribution s'étendant sur près de 100° à la surface périphéri-10 que dudit cylindre, lequel est flottant radialement, mais fixe en directions axiale et circonférentielle, fixé au carter de façon à rester étanche aux pressions qui régnent dans les conduits, et dans lequel les gorges d'aspiration et de pression d'un courant déterminé sont disposées à peu près dans le même plan 15 axial et symétriquement en deçà et au-delà d'un plan fixe passant par les axes de rotation (plan d'excentrâtion), les gorges des deux sortes de courant se trouvant dans des plans axiaux différents sur le cylindre distributeur, et avec des poches de décharge hydrostatique pour absorber les forces qui s'exercent sur 20 ledit cylindre du côté des basses ou des hautes pressions, ces poches étant en creux à la surface du cylindre, diamétralement opposées à ses gorges d'aspiration. ou de pression et reliées aux conduits correspondants par des canaux c ompensateurs de pression. Les ensembles hydrostatiques de ce genre, avec cylindre 25 distributeur pour relier radialement les chambres de refoulement aux raccordements du fluide de travail, sont à distinguer de ceux dont le raccordement aux pressions est axial, et comportant ce que l'on appelle un seuil de distribution. Dans les ensembles à un seul courant, les poches de décharge du cylindre dis-30 tributeur sont conçues et disposées de façon que le cylindre soit flottant dans son alésage, à l'abri des forces et des couples de forces. Dans les pompes à double courant de type connu, la compensation des forces n'est réalisable que lorsque les deux 35 circulations sont soumises à une égale pression. Il peut cepen-dant arriver que l'un des courants ait à surmonter une résistance plus élevée que l'autre, auquel cas la compensation de pression est déséquilibrée au niveau du cylindre soumis à une charge unilatérale. Si cette charge asymétrique est assez forte 40 pour chasser l'huile de l'interstice séparant le cylindre de son 70 01061 2. 2028369 logement, on aboutit à un contact métal sur métal, avec le grippage et l'usure qui en résultent; l'ensemble devient inutilisable et doit être soumis à une révision générale. Pour éviter ces inconvénients, l'invention propose, 5 par un mode de décharge approprié du cylindre distributeur, d'équiper une pompe hydrostatique à double courant de façon que chaque courant reçoive une charge indépendante de celle de l'autre Ceci se trouve réalisé du fait que la décharge du cylindre s'effectue séparément pour chaque courant d'actionnement: en effet, .10 la surface du cylindre présente au moins deux poches de décharge placées axialement de part et d'autre du point où le centre de gravité de l'aire de projection de chaque gorge sur le plan d'ex-centration vient se projeter sur le côté diamétralement opposé du cylindre distributeur, lesdites poches étant soumises à la 15 pression qui règne dans la gorgeocorrespondante, dimensionnées et placées de telle sorte que, d'une part leur portion d'aire qui se projette sur le plan d'excentration soit pratiquement égale à celle de la gorge correspondante en projection sur le même plan, et que, d'autre part, la somme des moments statiques 20 à déterminer en projection sur le plan d'excentration pour les poches de décharge placées axialement en deçà et au-delà du point projeté, soit voisine de zéro. En déchargeant ainsi le cylindre séparément pour chaque jeu de gorges correspondant à un courant déterminé, il est pos-25 sible de mettre en jeu ce courant indépendamment de l'autre courant, sans compromettre la compensation des forces qui s'exercent sur le cylindre distributeur. Cette solution conduit évidemment à augmenter le nombre des poches de décharge, et par là même l'importance des 30 fuites d'huile, car c'est seulement en bordure des poches que les fuites se produisent et que le rapport de la superficie totale des poches à l'ensemble de leurs périmètres devient défavorable. Pour y remédier, l'invention prévoit en outre que les poches de décharge doivent avoir un périmètre et une 35 superficie tels que leur rapport soit aussi faible que possible, et qu'elles soient de préférence de forme circulaire. Aussi est-il utile de ne prévoir axialement qu'une seule poche de . part et d'autre de chaque point de projection, et de mettre les centres de gravité des poches affectées à chaque point de pro-40 jection aussi près que possible d'une hélice passant par le 70 01061 3 2028369 point de projection et à pas maximal à la surface du cylindre distributeur. Les poches de pression doivent être le plus près possible du point de projection pour pouvoir exercer leur effet compensateur avec presque toute leur surface. Les portions de 5 surface plus éloignées circonférentiellement n'interviennent que dans la mesure où elles se projettent sur le pland'excen-tration, quelle que soit d'ailleurs l'importance de leur superficie réelle. L'écart entre deux poches voisines appartenant à diverses gorges du même côté, peut sans inconvénient être lé-10 gèrement plus petit que l'intervalle les séparant de la gorge axialement adjacente qui ne leur est pas affectée, car la différence de pression entre les deux poches voisines est plus faible que du côté de la gorge proche qui ne leur correspond pas. Pour éviter les fuites d'huile on prévoit des canaux compensa-15 teurs de pression entre les poches de décharge et les chambres de pression correspondantes, et pour éviter d'inutiles surfaces ouvertes favorisant les fuites, il est proposé que les canaux compensateurs de pression soient uniquement des alésages ou conduits complètement fermés sur le pourtour. 20 L'invention est décrite ci-après de façon plus dé taillée à l'aide d'un exemple de réalisation accompagné de dessins: La fig.l est une coupe longitudinale selon l'axe d'un ensemble hydrostatique avec cylindre distributeur flottant 25 (déplacé à 90°) et présentant les poches de décharge et les canaux compensateurs de pressions conformes à l'invention. La fig.2 est une coupe du même ensemble au niveau du rotor. En fig.3 et 4, la surface périphérique du cylindre 30 distributeur, développée sur un plan. La fig.5 est une coupe du cylindre distributeur de la fig.4 avec, à côté, la projection d'une gorge et de ses poches de décharge sur le plan d'excentration. En figs.6 et 7, le demi-développement d'un cylindre 35 distributeur à poches de décharge circulaires décalées, avec la façon dont elles s'étendent en arc de cercle à la surface du cylindre. L'ensemble hydrostatique représenté en figs.l et 2 peut, en principe, être utilisé à volonté comme pompe ou comme 40 moteur, suivant que son arbre de sortie 1 est relié à une force 70 01061 4 2028369 motrice et actionné par elle, ou que ses orifices d'admission 2 et 2' sont reliés à une source de pression; toutefois, son emploi comme moteur est peu indiqué. Sur l'arbre 1 est fixé le rotor 5 qui porte les cylindres radiaux 3,3' et reçoit leurs pistons 5 de refoulement 4,4' qu'il entraîne dans les directions circon-férentielle et radiale. Le rotor 5 repose, par ses extensions latérales S et 9, sur les paliers 6 et 7 des flasques 10 et 11. Le rotor et ses paliers ont en 12 leur axe central commun de rotation. Excentriquement à l'axe 12 est disposée la couronne 10 13 qui tourne avec le rotor et assure le guidage radial des pistons 4,4', la rotation s'effectuant sur les paliers 14 et 15 des flasques intérieurs 16 et 17. La couronne 13 est au centre du carter 30 et tourne autour de l'axe excentré 25. Le plan d'excentration est défini par les deux axes 12 et 25. 15 Concentriquement au rotor et à ses extensions latérales è et 9 existe un alésage intérieur 27 dans lequel vient se loger, avec très peu de jeu, le cylindre distributeur 20 qui renferme les conduits axiaux 31-32 et 31,-32'. En face des pistons 4,4' le cylindre central 20 porte, à sa périphérie, deux gorges de 20 distribution 33-34 et 33'-34' diamétralement opposées qui s'étendent chacune sur une moitié presqu'entière du pourtour du cylindre 28, et sont séparées l'une de l'autre par des parties pleines 35 et 36, placées dans le plan d'excentration. Les chambres de refoulement délimitées par les cylindres 3-3* et 25 les pistons 4-4' sont reliées chacune avec la gorge placée en face d'elles par un alésage radial 37-37' de même diamètre que la gorge correspondante 33-34 ou 33'-34,> mais de diamètre tin peu inférieur à celui des intervalles pleins 35-36, afin que ces derniers recouvrent bien les alésages 37-37' lorsque la ro-30 tation les fait passer de la gorge d'aspiration à la gorge de pression. Les conduits d'aspiration et de pression 33.-32 et 31,_32 sont reliés aux gorges correspondantes 33-34 et 32'-34' au moyen de courts alésages radiaux. Les conduits 31-311 et 32-32' sont fermés frontalement par un bouchon 30. Par les 35 alésages axiaux 39-40 et 39'-40' sont établies: la communication entre les conduits d'entrée 31-31' et les entrées 2-2', et entre les conduits de sortie 32-32' et les sorties 42-42' au travers de quatre espaces annulaires compris entre le cylindre distributeur 2è et le prolongement 41 du carter, des joints de caoutchouc 40 assurant l'étanchéité. Le prolongement 4L du carter, comme on 70 01061 5 2028369 le voit sur la fig.l, ménage en effet plus de jeu autour du cylindre 2ê que n'en réservait l'alésage 27. Sur la fig.l, le prolongement du carter et le cylindre distributeur sont représentés à 90® par rapport aux autres parties de l'appareillage. 5 Dans le prolongement des alésages 39 et 40, et 39'-40', la paroi de carter comporte des conduits aboutissant aux orifices de raccordement 2-2' et 42-42'. Au moyen d'un anneau 43 entourant le cylindre distributeur 20, et disposé entre le prolongement 41 du carter et le 10 palier 7 du rotor 5, et à l'aide de deux tiges 44 et 45 formant entre elles un angle de 90° et fixées d'une part au carter, et d'autre part au cylindre distributeur, mais qui peuvent glisser librement dans les alésages de l'anneau 43, le cylindre distributeur se trouve suspendu au carter. Dans les limites de jeu 15 des tiges dans les alésages dé l'anneau, le cylindre distributeur ne peut subir de déplacement axial ni circonférentiel; la seule possibilité de mouvement qu'il ait consiste dans de faibles oscillations radiales, en fonction de l'élasticité des joints de caoutchouc 46 placés dans l'intervalle laissé entre le cy-20 lindrè distributeur et le prolongement 41 du carter. Grâce au dispositif ainsi décrit, le distributeur 2ë garde une certaine souplesse radiale, mais n'est déplaçable ni axialement ni circonférentiellement, et son mode de fixation au carter est étanche aux pressions. Il flotte dans son logement 25 et sa position se règle exactement sur l'alésage 27 donné au rotor, en absorbant sans difficulté de faibles oscillations ou déplacements radiaux. La compensation des efforts qui, par l'intermédiaire des gorges 33-34 et 33'-34' s'exercent sur le cylindre distri-30 buteur 20, s'obtient au moyen des poches de décharge qui sont ménagées de part et d'autre des gorges placées à sa périphérie. Les figures 3 à 5 représentent les poches de décharge dans différentes positions, et les explications ci-dessous s'appliquent indifféremment aux trois figures; si elles se limitent 35 à une seule gorge et à ses poches de décharge, c'èst.que les conclusions à en tirer pour le dimensionnement se répètent de façon tout à fait analogue pour les autres gorges. Quant aux numéros de référence désignant lesdites poches, ce sont les mêmes que ceux des gorges correspondantes accompagnés d'une 40 minuscule. Sur les figures, les gorges qui se correspondent 70 01061 6. 2028369 ne sont pas distinguées les unes des autres, vu qu'elles ont toutes la même forme; par contre, les poches se différencient par la minuscule qui accompagne le chiffre caractérisant la gorge correspondante. La gorge décrite et les poches attenantes 5 sont mises en évidence par des hachures et s'accompagnent de mesures qui ont dû être omises pour les autres. Ce qui est dit d'une gorge déterminée et de la position ou forme à donner à ses poches de décharge, reste valable pour les trois autres. Du fait que la surface exactement opposée à une gorge 10 est occupée par l'autre gorge (puisque, pour un même courant d'actionnement, les gorges d'aspiration et de pression sont dans le même plan perpendiculaire à l'axe) les poches de décharge d'une gorge donnée qui sont de l'autre côté du cylindre distributeur sont dédoublées et placées à droite et à gauche de la 15 gorge opposée. Etant donné que les poches ne peuvent être mises symétriquement par rapport à la gorge opposée, puisque lorsqu'un côté de la gorge est libre, l'autre côté est flanqué de la gorge opposée de l'autre courant d'actionnement, la disposition desdites poches ne peut être que dissymétrique. D'où l'importance 20 particulière du point S+ qui est la projection du centre de gravité S de la gorge correspondante sur le plan d'excentration diamétralement opposé, et qui coïncide en général avec la projection correspondante du centre de gravité de la gorge opposée. Les pochés doivent être placées de façon que le centre de gravité 25 commun des surfaces de décharge projetées sur le plan d'excen-tration coincide avec le point S , c'est-à-dire que les moments statiques des surfaces ainsi projetées en deçà et au-delà de la gorge doivent s'équilibrer par rapport à S+; en d'autres termes, le dimensionnement et la disposition des poches de part et 30 d'autre de la gorge doit suivre la loi des leviers: Charge x Bras de la charge = Puissance x bras de la puissance, avec S+ comme point d'application et en ne tenant compte que des parties de surface projetées sur le plan d'excentration. Ceci implique notamment que les deux centres de gravité des 35 poches placées de part et d'autre de la gorge soient sur la même 4- droite que le point S dans le champ d'excentration; vus sur la surface du cylindre ils doivent être sur une même ligne périphérique à peu près hélicoïdale. Si le pas de 1*hélice est rapide, l'approximation est bonne. 40 Sur le cylindre distributeur développé en fig.3 sont 70 01061 7 2028369 prévues des poches de décharge rectangulaires allongées dans le sens circonférentiel et d'une longueur correspondant à celle de la gorge. Abstraction faite des influences marginales, ces poches ont approximativement la même superficie totale que la 5 gorge, et par conséquent aussi la même largeur globale. Le périmètre total des poches relatives à une gorge du type représenté en fig.3 et ayant une longueur "a" dans le sens périphérique et une largeur axiale "b11 est donné par l'équation: = 4a + 2b. En supposant que, dans l'exemple des figures 1 10 et 2 "a" soit égal à 0,7cm (le développement ayant pour effet de majorer du facteur 1,5 les dimensions des figs.l et 2), on obtient alors: ïï^ = 19cm. C'est de cette longueur que dépend la majeure partie des fuites de la pompe hydrostatique: il s'échappe d'autant moins d'huile sur les bords que les poches 15 sont moins longues dans le sens périphérique. Sur le cylindre distributeur développé en fig.4, pour réduire la longueur périphérique des poches de décharge tout en maintenant leur efficacité, on les a concentrées suivant le plan diamétral perpendiculaire au plan d'excentration 60,c'est-à-dire 20 au voisinage immédiat du plan normal d'excentration 61. Or, les parties de surfaces plus éloignées de ce plan (Fig.3) ne contribuent à la décharge que dans une très faible mesure (à savoir selon le cosinus de l'angle formé par le plan tangentiel correspondant et le plan d'excentration), tandis que 25 leur partie périmétrique, par contre, intervient dans la production des fuites. On évite ces parties éloignées des poches de la fig.3 qui, bien que peu efficaces, causent le plus de fuites, en élargissant les poches comme le montre la fig.3. On dimensionne ces poches de façon que (Fig.5) la somme de leurs 30 projections 34-, et 34„ sur le plan d'excentration soit égale U V ^ à la surface de projection 34 de la gorge correspondante. Conformément à la loi des bras de leviers, la superficie de -4- + 34j est triple de celle de 34„ de sorte que le centre de gravité de 34^ peut n'être éloigné du point S de projection 35 de la gorge 34+ que de 1/3 de l'éloignement du centre de gravité 4* de l'autre projection 34 . Il faut, de plus, placer ces poches à la périphérie du cylindre distributeur de façon que les trois + + + centres de gravité des projections 34 , 34c et 34^ soient en ligne droite sur le plan d'excentration. 40 Selon l'agencement des poches en figs.4 et 5, les 70 01061 s 2028369 centres de gravité sont dans le plan normal d'excentration 61 et sur une ligne périphérique à la surface du cylindre. Dans l'exemple numérique ci-dessus, le périmètre des poches serait d'environ 9,5cm pour une seule gorge; l'agencement des Figs. 5 4 et 5 représente donc par rapport à celui de la fig.3, un raccourcissement de 50%. Un raccourcissement supplémentaire, par rapport à celui des figs.4et 5j peut être obtenu par le dispositif représenté en figs.6 et 7• Sur le cylindre distributeur de la fig.7, par-10 tiellement développé en fig.6, il y a deux poches circulaires dont les centres de gravité s'écartent respectivement de n et de 2n, et qui représentent l'une (34'g) un tiers environ, et l'autre (34*^) deux tiers environ de la superficie de la gorge correspondante 34'. Mais, pour que ces poches puissent être 15 placées dans le même plan normal, et servir aussi pour la gorge voisine, il faut que la ligne reliant les deux centres de gravité des projections de poches à celui de la gorge soit déviée de son parallélisme axial, autour du point S+, et soit inclinée par rapport au plan normal d'excentration. Ce déplacement dis-20 symétrique procure la place disponible pour deux poches de chaque côté de la gorge. ICi encore, il faut évidemment tenir compte, dans la mise en place et le dimensionnement desdites poches, de la loi des bras de levier par rapport au point-pivot S+. 25 Comme le montre le contour tirété sur la poche 34'£ . la place requise, dans le sens axial, par les poches de grande dimension, peut être réduite sans allongement important du périmètre, en leur donnant une forme ovale presque circulaire avec grand axe orienté dans le sens périphérique. Le centre de 30 gravité de l'ovale tiretée est pratiquement à la même place que celui d'un contour tout à fait circulaire. A signaler, pour être complet, que pour réaliser une exacte compensation des forces, il ne suffit pas de considérer la pression régnant dans les gorges et les poches, ni leurs su-35 perficies respectives, mais aussi le fait que par suite de la dépression qui se produit sur le bord de ces surfaces, une pression moyenne et une certaine surface marginale participent à l'action des poches de pression. Celles-ci doivent donc, à priori, être d'autant plus petites que la force de la poche 40 complétée par la force marginale, procurent l'effet nécessaire 70 01061 9 2028369 recherché. Dans les règles de dimensionnement exposées ci-dessus, il n'a pas été tenu compte de ces influences marginales; ces règles ne sont donc valables que sous réserve de correction ultérieure suivant l'importance exacte des influences margina-5 les qui peuvent s'exercer sur les gorges de distribution et les poches de décharge. Les poches sont reliées aux conduits correspondants d'entrée et de sortie 31,32,31' et 32' uniquement au moyen d'alésages, c'est-à-dire de conduits complètement fermés étanches 10 sur le pourtour, ce qui exclut toute possibilité de fuite en ce qui les concerne. Les figs.l et 2 ne représentent que la paire de canaux 50 et 51, à titre de specimen pour les autres canaux. Ces alésages traversent le cylindre distributeur obliquement 15 de façon à leur faire éviter les conduits d'entrée et de sortie qui ne les concernent pas, et à leur faire couper la poche ou le conduit convenable. 70 01061 10 2028369 REVENDICATIONS 1. Pompe hydrostatique à deux courants avec, pour chaque courant, une entrée et une sortie distinctes pour le fluide de travail, et un rotor commun aux deux courants, et qui renferme les chambres de refoulement, avec en outre un cy- 5 lindre distributeur stationnaire logé, avec un faible jeu, concentriquement à un alésage du rotor et comportant, pour chaque courant, un conduit d'aspiration et un conduit de pression et, pour chaque conduit, une gorge de distribution s'étendant sur près de 100° à la périphérie dudit cylindre qui est 10 flottant radialement, mais fixe axialement et circonférentiel-lement, fixé au carter de façon à rester étanche aux pressions qui régnent dans les conduits, et dans lequel les gorges d'aspiration et de pression d'un courant déterminé sont disposées dans un même plan axial et symétriquement en deçà et au-delà 15 d'un plan fixe passant par les axes de rotation (plan d'excentration), les gorges des deux courants étant dans des plans axiaux différents sur le cylindre distributeur, et avec des poches de décharge hydrostatique pour absorber les forces qui s'exercent sur ledit cylindre du côté des basses ou des hautes 20 pressions, ces pochés étant en creux à la surface du cylindre, diamétralement opposées à ses gorges d'entrée ou de sortie, et reliées aux conduits correspondants par des canaux compensateurs de pression, le dispositif étant caractérisé en ce que la surface du cylindre présente aù moins deux poches de décharge 25 placées axialement de part et d'autre du point S+ ( qui est celui où le centre de gravité S de l'aire de projection de chaque gorge sur le plan d'excentration vient se projeter sur le côté diamétralement opposé du cylindre distributeur), les-dites poches étant soumises à la pression qui règne dans la 30 gorge correspondante, et dimensionnées et placées de telle sorte que, d'une part leur portion d'aire qui se projette sur le plan d'excentration soit pratiquement égale à celle de la gorge correspondante en projection sur le même plan, et que, d'autre part, la somme des moments statiques à déterminer en projection sur 35 le plan d'excentration pour les poches de décharge placées axialement en deçà et au-delà du centre de gravité projeté sur ledit plan, soit voisine de zéro. 2. Pompé hydrostatique selon 1, caractérisée en ce que les poches de décharge ont en principe un périmètre et une 70 01061 ii 2028369 superficie tels que leur"rapport soit aussi faible que possible, et une forme de préférence circulaire. 3- Ensemble hydrostatique selon 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il n'est prévu axialement à la surface du cylindre dis-5 tributeur, en deçà et au-delà des points de projection S+,qu'une seule poche de décharge dont les centres de gravité sont au moins adjacents à une hélice passant par S et ayant un pas aussi grand que possible. 4. Ensemble hydrostatique selon 1, 2, ou 3» caractérisé 10 en ce que les canaux compensateurs de pression, entre lesdites poches de décharge et la chambre de pression de la gorge distributrice correspondante, sont constitués uniquement par des canaux (alésages, ou conduits) complètement étanches sur le pourtour.