Brevet FR2205636A1 — publié le 19740531

ta présente invention concerne le domaine de la construction des pompes, plus précisément les générateurs de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative. L'invention peut être utilisée avec le maximum d'avantages pour les pompes à membrane avec commande hydraulique de delle-ci, ainsi que dans les commandes hydrauliques pour l'obtention de déplacements rectilignes alternatifs précis. On connaît dévà des générateurs de pulsation pour commande hydraulique à action rectiligne alternative. Par exemple, les Sociétés Lapp (USA) et Lewa (RFA) utilisent des générateurs de pulsation à action rectiligne alternative pour la commande hydraulique de la membrane des pompes à membrane. Ces générateurs de pulsation connus comportent un corps dont l'enceinte remplie d'un liquide communique avec un cylindre contigu audit corps et dans lequel se trouve un piston à ressort animé d'un mouvement rectiligne alternatif par un excentrique fixé sur l'arbre moteur actionnant le générateur de pulsations et disposé dans l'enceinte dudit corps, l'enceinte à piston dudit cylindre étant relié hydrauliquement à la chambre d'un mécanisme d'exécution comportant un dispositif pour la compensation des fuites de liquide de celle-ci, ainsi que pour sa protection contre les surcharges de pression. Dans les générateurs de pulsations connus, le système maintenant une quantité invariable de liquide et une même pression dans la chambre du mécanisme d'exécution est constitué par deux soupapes à ressort : une soupape d'appoint ou de compensation et une soupape de sûreté. Ces soupapes sont actionnées dès qu'elles sont soumises à une certaine différence de pression, dont la valeur est déterminée par un réglage approprié de leurs ressorts. Cette opération nécessite la présente d'un personnel hautement qualifié et, dans les conditions d'exploitation est difficile à réaliser. En outre, aucune soupape, quelle qu'elle soit, n'est absolument étanche, c'est-à-dire qu'elle donne toujours lieu à des fuites de liquide, et c'est pourquoi chacune des soupapes précitées est une source de perturbation de la constance de la qualité de liquide se trouvant dans la chambre du mécanisme d'exécution, ce qui affecte les indices économiques et la fiabilité en fonctionnement des générateurs de pulsations, ainsi que la précision du maintien d'un débit pulsé déterminé du liquide. La présente invention vise par conséquent un générateur de pulsations qui permettrait de maintenir avec précision une quantité invariable de liquide dans la chambre du mécanisme d'exécution, qui serait fiable en fonctimnemed et dont l'encombrement serait-relativement faible. Ces objectifs sont atteints du fait que dans un générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative du type comportant un corps dont l'enceinte est remplie d'un liquide et communique avec l'enceinte d'un cylindre adjacent audit corps et dans lequel se trouve un piston à ressort animé drun mouvement rectiligne alternatif par un excentrique fixé sur l'arbre moteur actionnant le générateur de pulsations et logé dans l'enceinte dudit corps, l'enceinte à piston dudit cylindre étant reliée hydrauliquement à la -chambre d'un mécanisme d'exécution comportant un dispositif pour la compensation des fuites de liquide de ladite chambre ainsi que pour sa protection contre les surcharges de pression, selon l'invention le dispositif pour la compensation des fuites et la protection de la chambre du mécanisme d'exécution contre les surcharges est constitué par une soupape à ressort incorporée dans un orifice axial dudit piston et entrant en contact avec ce- dernier pendant la course de travail. du piston dont la surface .utile est plus petite que la surface délimitée par sa ligne de contact avec ladite soupape, celle-ci formant avec le piston un intervalle livrant passage au liquide soit pour compenser les fuites de la chambre du mécanisme d'exécution, soit pour empêcher la pression dans celle-ci d'augmenter. De cette façon,la soupape à ressort proposée joue les rôles d'une soupape de sûreté et d'une soupape de compensation. I1 est préférable que le rapport entre la surface utile du piston et sa surface délimitée par sa ligne de contact avec la soupape soit compris dans une plage de 0,99 à 0,66, car une plus grande différence entre lesdites surfaces du piston et de la soupape à ressort entraînent un accroissement de l'irrégularité de la charge exercée sur le mécanisme de commande. Il est également préférable que la soupape à ressort comporte un organe limitant son déplacement par rapport au piston, et se présentant sous forme d'un axe disposé dans un orifice de la soupape perpendiculairement à son axe longitudinal et coulissant dans des encoches ménagées dans les parois du piston le long de ses génératrices. Dans le générateur de pulsation proposé, une seule soupape à ressort joue simultanément les rôles d'un compensateur et d'une soupape de sûreté, ce qui réduit les fuites du liquide de la chambre du mécanisme d'exécution et améliore la fiabilité en fonctionnement de l'ensemble du générateur de pulsations. Ci-dessous est donnée la description détaillée de deux exemples non limitatifs de réalisation et de fonctionnement d'un générateur de pulsations conforme à l'invention, avec références aux dessins annexés, qui représentent - la figure 1, le générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternatif conforme à l'invention (vue d'ensemble en coupe longitudinale). - la figure 2, idem, vue de dessus; - la figure 3, un autre mode de réalisation du générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative conforme à l'invention (vue d'ensemble en coupe longi tudinale). Dans le générateur de pulsations proposé, le corps 1 (figure 1) est constitué par une pièce venue de fonderie et comportant une enceinte interne délimitée par les parois du corps 1. Dans la paroi latérale du corps 1 est percé un orifice pour le passage d'un arbre moteur 2 monté dans des paliers 3 (figure 2) disposés dans des alésages ménagés dans les parois latérales du corps 1. Bur arbre moteur 2, extérieurement au corps 1, ést monté un manchon (non représenté sur les dessins) par l'intermédiaire duquel le mouvement de rotation du moteur (non représenté) est transmis à l'arbre 2. A l'intérieur du corps 1, sur l'arbre moteur 2 est calé un excentrique 4 dont la rotation par rapport à l'arbre moteur 2 est prévenue par une clavette 5. Dans la paroi gauche (suivant les dessins) du corps 1 est ménagé un alésage cylindrique dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de l'arbre moteur 2. Dans cet alésage est disposé un cylindre 6 fixé à l'extérieur du corps 1 par l'intermédiaire de goujons et d'écrous. Le cylindre 6 comporte une enceinte interne dans laquelle est logé un-piston 7. L'enceinte à piston du cylindre 6 communique, par l'intermédiaire d'un raccord 8, d'un écrou de raccordsment 9 et dtune tuyauterie 10, avec la chambre 11 d'un mécanisme 8rexécution 12. Ce mécanism eexécution peut être constitué par exemple par le piston du vérin d'une presse hydraulique, la membrane d'une pompe à diaphragme, etc. Dans l'enceinte du corps 1-est prévue une cloison intérieure 13 comportant un alésage cylindrique disposé coa xialement à Itenceinte interne du cylindre 6et prévue pour le guidage du piston 7. Le piston 7 est exécuté sous forme d'un cylindre étagé. Sur la partie de plus petit diamètre s'engageant dans l'enceinte du cylindre 6 sont usinées des gorges annulaires recevant des segments 14 assurant l'étanchéité de I'enceinte'du cylindre 6. La partie de diamètre moyen du piston 7 constitue un guidage pour un ressort 15 stappliquant par l'une de ses extrémités sur la paroi du cylindre 6, et par 11 autre, sur un épaulement formé sur le piston 7 par la transition entre la zone de moyen diamètre et la zone de diamètre maximal du piston. Le ressort 15 est prévu pour le rappel du piston 7 en position initiale. La surface de la partie de diamètre maximal du piston 7est disposée dgs l'alésage cylindrique ménagé dans la cloison 17 du corps 1. Dans le piston 7 est ménagé un orifice cylindrique débouchant étagé. Dans la zone de grand diamètre de l'orifice du piston 7 est logée une soupape 16 en forme de cylindre. Dans le corps de la soupape 16 est percé diamètralement un orifice débouchant recevant un axe 17 portant un rouleau 18 pour lequel dans le corps de la soupape 16 est prévue une rainure. La longueur de l'axe 17 est supérieure au diamètre de la soupape 16, et-les extrémités de cet axe s'engagent dans des encoches ménagées dans la paroi du piston 7 parallèlement à sa génératrice. La longueur de ces encoches est égale à la somme des valeurs du diamètre de l'axe 17 et du déplacement de la soupape 16. De cette façon, l'axe 17 coulissant dans les encoches du piston 7 sert à limiter le déplacement de la soupape 16. La face en bout gauche (suivant les dessins) de la soupape 16 constitue un élément d'étanchéité et comporte à cet effet une collerette d'étanchéité annulaire. La surface de la soupape 16 délimitée par la collerette d'étanchéité est plus grande que la surface utile du piston 7. Sur la face en bout de la soupape 16 où se trouve la collerette d'étanchéité s'applique un ressort 19 dont l'autre extrémité porte sur la surface de transition entre la zone de moindre diamètre de l'orifice cylindrique débouchant du piston 7 et la zone de diamètre moyen de celui-ci. Dans la paro-i du piston 7, dans la zone où son diamètre est maximal, sont ménagées des encoches débouchantes pour le passage de l'arbre moteur 2 et de l'excentrique 4. Dans le cas où il est nécessaire d'obtenir des faibles pulsations d'avance; le diamètre du piston 7 est relativement faible, et c'est pourquoi il est difficile de ménager dans celui-ci un orifice étagé. Dans ce cas on utilise un piston 7 étagé (figure 3) et le cylindre 6 comporte lui aussi une enceinte étagée ainsi qu'un orifice 20 mettant l'enceinte du cylindre 6 en communication avec l'enceinte du corps 1. La chambre 11 du mécanisme d'exécution 12 est alors reliée par la tuyauterie 10 à l'enceinte délimitée par la zone de petit diamètre du piston 7 et par les parois latérales du cylindre 6. Le générateur de pulsations fonctionne de la façon suivante. Avant le fonctionnement du générateur l'enceinte du corps 1, ainsi que ltenceinte 6 avec laquelle elle communique, sont remplies d'un liquide, par exemple d'huile minérale. L'arbre moteur 2 est mis en rotation, par l'intermédiaire du msnchon précité à partir d'un moteur de type quelconque. L'excentrique 4 monté sur l'arbre 2 entré en contact, pendant sa rotation, avec le rouleau 18 monté sur'l'axe 17 assemblé d'une façon fixe à la soupape 16, et déplace cette dernière par rapport au piston 7 en comprimant le ressort 19. La soupape 16 se déplace jusqu'au moment où la collerette d'étanchéité prévue sur sa face en bout contacte la surface de transition entre les zones de diamètres différents du piston 7 et masque l'orifice axial de ce dernier, après quoi s'amorce le mouvement commun de la soupape 16 et du piston 7, au cours duquel le ressort 15 est comprimé. L'enceinte du cylindre 6 est rendue étanche lorsque l'orifice du piston 7 est masqué par la soupape 16, et le mouvement du piston 7 est transmis au mécanisme d'exécution 12 par l'intermédiaire du liquide remplissant l'enceinte du cylindre 6. Le mouvement de retour du piston 7 s'effectue sous l'action du ressort 15. Le piston 7 se déplace conjointement avec la soupape 16 jusqu'au moment où le piston 7 s'applique sur la paroi de l'enceinte du corps 1 opposé au cylindre 6. Ensuite le piston 7 s'arrête et la soupape 16, sous l'action du ressort 19, continue à se déplacer. Entre la-face en bout de la soupape 16 et le piston 7 se forme alors un jeu qui met en communication l'enceinte du corps 1 avec l'enceinte du cylindre 6. Si, pendant la course de travail du piston -7, il se produit une fuite du liquide de l'enceinte- du cylindre 6 à travers les bagues d'étanchéité 14 ou la soupape 16, le liquide,- au. moment où se forme le jeu entre le piston 7 et la soupape 16, s'écoule de l'enceinte du corps 1 vers l'enceinte du cylindre 6, et-les fuites de liquide de ce dernier sont compensées. Lorsque la pression du liquide dans la chambre 11 du mécanisme d'exécution 12 dépasse la valeur prescrite, le ressort 15 se comprime et entre la soupape 16 et le piston 7 se forme un jeu par l'intermédiaire duquel le liquide de l'enceinte du cylindre 6 s'écoule vers l'enceinte du corps 1. Le principe de la limitation de la pression s'explique par les considérations suivantes. Si l'on considère l'équilibre des forces exercées sur le piston 7 du coté du liquide se trouvant dans l'enceinte à piston du cylindre 6, on peut écrire P1 = F1 + f1 . P2 où P1 est l'effort correspondant à la pression du liquide sur le piston 7 du coté de l'enceinte à piston du cylindre 6, F1 , l'effort du ressort 15 f1 , la surface utile du piston 7 P2 , la pression du liquide dans l'enceinte du cylindre 6. P3 = F2 + f2 . P2, où P3 est l'effort correspondant à la pression du liquide sur le piston 7 du cté de la soupape 16; F2 , l'effort du ressort 19 f2 , la surface de la soupape 16 délimitée par sa ligne de contact avec le piston 7. Lorsque P1 > P3, l'équilibre des forces se rétablit grâce à l'action mécaniquesercée sur le piston 7 par la soupape 16 mise en mouvenent par l'excentrique 4. Lorsque P1 Cet effet n'est possible que lorsque f2 > f1 , étant donné que dans ce cas seulement, avec l'accroissement de la pression P2 dans l'enceinte du cylindre 6, l'effort P3 appliqué au piston 7 du coté de la soupape 16 s'accroît plus rapidement que l'effort P1 exercé sur le piston du côté de lfenceinte du cylindre 6. La valeur de la pression P2 (du liquide se trouvant dans l'enceinte du cylindre 6) correspondant à l'ouverture de la soupape 16 en présence d'un rapport déterminé des surfaces f1du piston 7 et f2 de la soupape 16, ainsi qu'à l'effort F2 du ressort 19, détermine l'effort F1 du ressort 15. Pour assurer le fonctionnement normal du générateur de pulsations il faut que le piston 7 amorce son mouvement après la fermeture de la soupape 16 ; c'est pourquoi 11 effort F1 du ressort 15 doit être supérieur à l'effort F2 du ressort 19. Compte tenu du fait que l'accroissement de la différence des surfaces f1 du piston 7 ét f2de la soupape 16 provoque un accroissement de l'effort du ressort 15 et par conséquent une augmentation de la puissance consommée ainsi qu'une irrégularité de la charge exercée sur ltexcentrique 4 et sur l'arbre 2, il est préférable de limiter le rapport entre lesdites surfaces à une plage de 0,99 à 0,66. Dans le-générateur de pulsationsproposé, la soupape 16 remplit les rôles d'un compensateur de fuites et d'une soupape de sécurité ce qui réduit considérablement ltencombrement du générateur depulsations tout en améliorant sa fiabilité en fonctionnement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentée qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND '2 A T T ON S 1. Générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative, du type comportant un corps creux dont l'enceinte est remplie d'un liquide et qui communique avec l'enceinte d'un cylindre adjacent audit corps et dans lequel est logé un piston à ressort animé d'un mouvement rectiligne alternatif par un excentrique fixé sur l'arbre moteur, logé dans l'enceinte du corps précité, dudit générateur de pulsations, l'enceinte à pistons dudit cylindre communiquant hydrauliquement avec la chambre d'un mécanisme d'exécution comprenant un dispositif pour la compensation des fuites de liquide de ladite chambre et pour sa protection contre les surcharges de pression, caractérisé en ce que le dispositif pour la compensation des fuites et la protection de la chambre du mécanisme d'exécution centre les surcharges constituée par une soupape à ressort qui est incorporée dans un orifice axial ménagé dans le piston et qui entre en contact avec ce dernier pendant la course de travail du piston dont la surface utile est plus petite que la surface délimitée par sa ligne de contact avec la soupape, celle-ci formant avec le piston un intervalle livrant passage au liquide soit pour compenser les fuites de la chambre du mécanisme d'exécution, soit pour empêcher l'augmentation de la pression dans ladite chambre. 2. Générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la surface utile du piston et la surface délimitée par sa ligne de contact avec la soupape est compris dans une plage de 0,99 à 0,66. 3. Générateur de pulsations pour commande hydraulique à action rectiligne alternative suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la soupape à ressort comporte un organe limitant son déplacement par rapport au piston et exécuté sous forme d'un axe monté dans un orifice de la soupape perpendiculairement à son axe et coulissant dans des encoches ménagées dans les parois du piston et disposées parallèlement à sa génératrice.