Brevet FR2294343A1 — publié le 19760709

La présente invention concerne une pompe à piston sans pulsations qui est particulièrement adaptée aux groupes motopompes qui alimentent une conduite commune sous pression en forme de tuyau. Les groupes motopompes comportant un mécanisme à manivelle ou un mécanisme analogue ont pour inconvénient de ne fournir que de façon irrégulière le liquide pompé ce qui se traduit par des pulsations de la quantité de liquide fournie. Cette irrégularité de fourniture provoque des pulsations dans les systèmes de conduites, d'où résultent des vibrations et des bruits dans le groupe de pompage ce qui, dans de nombreux cas, peut provoquer également des avaries de la station de pompage. Pour affaiblir cette pulsa tion de pression défavorable et nuisible, on insère dans le système de pompage différents dispositifs auxiliaires, par exemple des accumulateurs, que l'on dimensionne en se basant sur des calculs concernant la conduite du système de pompage.Mais dans les stations de pompage comportant plusieurs pompes et dans celles à pression variable, il est très difficile d'éliminer des pulsations de pression élevées; et on ne peut le faire quten utilisant un système de conduites quelque peu compliqué qu'il faut déterminer à nouveau à chaque fois par le calcul pour chaque nouvelle station de pompage ou pour chaque nouveau système de pompage du type indi qué, sans pour autant obtenir dans tous les cas des résultats satisfaisants. Un objet de l'invention est donc de réaliser une pompe à pistons comportant plusieurs pistons de travail qui alimentent une conduite sous pression commune, qui évite totalement les pulsations du liquide fourni, ou tout au moins les réduit à un niveau négligeable, donnant ainsi la possibilité d'empêcher la naissance de pulsations de pression dans le système de conduites sous pression. Ce résultat est obtenu par l'invention avec une pompe à pis toze possédant au moins trois pistou de travail alimentant une conduite sous pression conne, et comportant un mécanisme de commande à manivelle ou un mécanisme analogue, grâce au fait que la chambre de refoulement ou de compression commune du corps de pompe possède un piston d'équilibrage mu par came et monté sur 1' arbre à manivelle, le cylindre de travail du piston d'équilibrage étant relié directement à la chambre de compression commune. La chambre d'aspiration commune du corps de pompe peut elle aussi être munie d'un piston d'équilibrage, dont le cylindre de travail est relié directement à la chambre d'aspiration commune. Une came de cylindre d'équilibrage est subdivisée en segments profilés identiques dont le nombre correspond au nombre de pistons de travail, et,lorsque le nombre de pistons de travail est impair et supérieur à un, la forme d'un segment de la came de commande est subdivisée en deux parties égales qui satisfont à la relation ci-dessous : CII et CI étant des constantes qui sont déterminées par les conditions #I(O)= R ; #I( #/n) = # II(#/n) et dans laquelle R est le rayon de base de la came pour f n O est' le rayon vecteur de la forme de came s est l'angle de rotation du rayon vecteur mesuré depuis la position 'P o r est le rayon de la manivelle de l'arbre à manivelle 1 est la longueur de la bielle du mécanisme à manivelle est égal à r F est la surface du piston de travail F1 est la surface du piston d'équilibrage n est le nombre de pistons de travail. Si le nombre de pistons de travail est pair mais supérieur à deux, la forme d'un segment de la came de commande est donnée par la relation où la constante C est donnée par la condition (O)=R Lorsqu'il s'agit de pompes à piston sans pulsations possédant deux blocs de pompage qui sont réunis à un carter de manivelle, il est possible, de plus, de raccorder une paire de pistons d'équilibrage soit à la chambre de compression commune, soit à a chambre d'aspiration commune et de faire dériver leur commande d' entrainement d'une came de commande commune. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une coupe longitudinale-de la pompe selon l'invention la figure 2 représente une coupe transversale effectuée suivant le plan A-A de la figure 1 la figure 3 représente une coupe transversale effectuée suivant le plan B-B de la figure 1 la figure 4 est la courbe des pressions lorsque le nombre de pistons de travail est impair la figure 5 est la courbe des pressions lorsque le nombre de pistpns de travail est pair la figure 6 représente schématiquement la came de commande la figure 7 est une coupe axiale d'un mode de réalisation de pompe à piston sans pulsations comportant deux blocs de pompe sur un carter de manivelle commun la figure 8 est une coupe de la pompe représentée à la figure 7 effectuée suivant un plan-C-C de la figure 7. Le-mode de réalisation de pompe à piston sans pulsations, conforme à l'exemple des figures 1, 2 et 3, possède trois pistons de travail et a un corps de pompe I dont la partie inférieure est formée par un carter de manivelle 2 dans lequel est monté l'arbre à manivelle 3. Dans la partie médiane du corps de pompe 1 sont prévus les trois cylindres de travail principaux 4, 5 et 6 dans lequels coulissent les pistons 41, 51, 61, dont les bielles 42, 52, 62 sont montées rotatives sur l'arbre à manivelle 3. Dans la partie supérieure du corps de pompe 1 sont disposées, d'une part une chambre de refoulement ou de compression commune 9, d'autre part une chambre d'aspiration commune 10, raccordées à des conduites d'aspiration et de compression non représentées.De plus sont disposés dans le corps de pompe 1 des pistons d'équilibrage 71 qui coulissent dans des cylindres de travail supplémentaires 7, disposés avantageusement derrière le dernier cylindre de travail 6 lorsque le piston d'équilibrage 71 est raccordé à la chambre de compression commune, et en avant du premier cylindre de travail 4 lorsque le piston d'équilibrage 71 est raccordé à la chambre d'aspiration commune. Le piston d'équilibrage-71 est gouverné par une came de commande 72 qui est fixée à l'arbre à manivelle. Les cylindres de travail principaux 4, 5, 6 sont munis de chambres 43, 53, 63, dans lesquelles sont montées, en face de la chambre d'aspiration commune 10, des soupapes d'aspiration 11 et, en face de la chambre de compression commune 9, des soupapes de compression 91. Les cylindres de travail supplémentaires 7 des pistons d'équilibrage 71 sont raccordés directement à la chambre d'aspiration commune 10 et à la chambre de compression commune 9 et, comme le montre la figure 3, ils ne possèdent pas de soupapes. Dans les pompes à piston connues comportant plusieurs pistons de travail, le liquide pompé est fourni dans la chambre de compression commune alternativement, c'est-à-dire de façon irré gulière, ce qui se traduit par des pulsations de pression dont la courbe représentative est montrée aux figures 4 et 5 en traits pleins, la figure 4 représentant la courbe des pulsations de pression dans une pompe trois pistons de travail, et la figure 5 cette même courbe, dans une pompe à quatre pistons de travail. La courbe en trait interrompus des figures 4 et 5 est la courbe de variation des pulsations de pression de la quantité de fluide amenée à l'aide du piston d'équilibrage 71 dont l'entraSnement est effectué à l'aide de la came 72, de telle sorte que le piston d'équilibrage 71 aspire la quantité de liquidelexcédent et amène la quantité manquante, grâce à quoi, par addition des pulsations provoques par les pistons-de travail 41, 51, 61 qui sont représentées en traits pleins et des pulsations provoquées par le piston d'équilibrage 71 qui sont représentées en traits interrompus, on obtient une courbe à tracé rectiligne qu +orrespond à la valeur moyenne Q de la quantité de liquide pompé. Le-fonctionne- ment correct du piston d'équilibrage 71 grâce auquel la courbe de variation de pression de ce piston est exactement inversement symétrique de celle des pistons de travail 41 51, 61, est obtenu en donnant une forme appropriée à la came de commande 72 dont la périphérie de travail possède un nombre de segments' d'arc égal au nombre depistons de travail 41, 51, 61. Cette forme de la came de commande 72 est donnée par les relations que l'on trouvera ci-après,suivant que le nombre de pistons de travail est pair ou impair. C'est ainsi que, lorsque le nombre des pistons de travail' 41, 51, 61, est impair mais supérieur à un, la périphérie de la came de commande 72 est subdivisée en segments de même grandeur dont le nombre est égal au nombre de pistons de travail 41, 51, 61. Pour chacun de ces segments, la forme de la périphérie de travail de la came de commande 72 est composée de deux courbes qui se raccordent l'une à l'autre ; dans la première moitié du segment, la courbe est une fonction du rayon vecteur PI par rap port à l'angle # et, dans la deuxième moitié du segment, c'est une fonction du rayon vecteur #II par rapport à l'angle # , Les fonctions en question sont les suivantes Pour la première moitié du segment, c'est-à-dire pour 0 # # # #/n, on a et, pour la deuxième moitié du segment, c'est-à-dire pour #### 2#/, on a n n les constantes CI , CII , étant déterminées par les conditions sui vant lesquelles la courbe du premier segment PI (#) pour # = 0, commence avec le rayon R et, pour # = /n , se raccorde de façon progressive et continue à la courbe du deuxième segment P11(). Les conditions en question pour les constantes CI , CII , sont donc #I(0)=R ; #I(#/n) = #II (II/n) les différents symboles ayant les mimes significations que celles qui ont été indiquées précédemment, Le tracé de PI, PII dans l'intervalle 0 Lorsque le nombre de pistons de travail est pair mais supé rieur à deux, la périphérie de la came de commande est subdivisée en segments de même grandeur dont le nombre est égal au nombre de pistons de travail, la forme de la périphérie de la came de commande dans un segment étant formée uniquement par une seule courbe qui est donnée par la courbe de variation du rayon vecteur en fonction de l'angle w pour où C est une constante qui est donnée par la condition suivant laquelle la courbe périphérique de la came de commande 72 pour w = O commence au rayon- R, de sorte que C est déterminé suivant la condition P(O)=R La courbe représentative de pse répète n fois dans l'intervalle O La came de commande 72 est fixée à l'arbre de manivelle 3 de telle sorte que sa position pour = O corresponde à la position de l'une des manivelles de l'arbre 3. Le piston d'équilibrage 71 peut être prévu aussi bien dans la chambre d'aspiration commune 10 que dans la chambre de compres- sion commune 9, comme le montre la figure 1, de sorte que les pulsations peuvent être supprimées aussi bien dans la conduite d' aspiration que dans la conduite de refoulement. Dans la variante de réalisation de l'invention représentée aux figures 7 et 8, ou la pompe à piston sans pulsations est formée par deux blocs de pompe se faisant face qui sont raccordés à un carter à manivelle commun 2, la commande d'entraînement des pistons d'équilibrage 71, 71', c'est-à-dire de l'une des paires de pistons d'équilibrage qui sont raccordés soit à la chambre d aspiration commune soit à la chambre de compression commune, est dérivée d'une came de commande commune 72. REVENDICATIONS 1. Pompe à piston sans pulsations qui contient au moins trois pistons de travail alimentant une chambre de compression ou de refoulement commune, comportant un mécanisme à manivelle ou un mécanisme analogue, caractérisée en ce qu'au moins la chambre de compression du corps de pompe est munie d'un piston d'équilibrage qui est mû par une came fixée à l'arbre à manivelle, le cylindre de travail dudit piston d'équilibrage étant relié directement à la chambre de compression commune. 2. Pompe à piston sans pulsations suivant la revendication I, caractérisée en ce qu au moins la chambre d'aspiration commune du corps de pompe est munie d'un piston d'équilibrage, le cylindre de travail dudit piston d'équilibrage étant relié directement à la chambre d'aspiration commune. 3. Pompe à piston sans pulsations suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une came de commande est subdivisée en segments profilés identiques dont le nombre est égal au nombre de pistons de travail, et en ce que, lorsque le nombre de pistons de travail est impair mais supérieur à un, la forme d'un segment de la came de commande est subdivisée en deux moitiés identiques qui correspondent aux conditions dans lesquelles CII et CI sont des constantes qui sont déterminées par les conditions et où R est le rayon de base de la came de commande pour y = O est le rayon vecteur de la forme de la came de commande est l'angle de rotation du rayon vecteur, mesuré depuis une position f = O r est le rayon de la manivelle de l'arbre à manivelle 1 est la longueur de la bielle du mécanisme à manivelle # = r/I F est la surface du piston de travail F1 est la surface du piston d'équilibrage n est le nombre de pistons de travail. 4. Pompe à piston-sans pulsations suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, lorsque le nombre de pistons de travail est pair, mais supérieur à deux, la forme d'un segment de la came de commande correspond à la condition ci-dessous où C est une constante déterminée par la condition f(0)n R 5. Pompe à piston sans pulsations constituée de deux blocs de pompe qui sont raccordés à un carter de manivelle commun, caractérisée en ce qu'une paire de pistons d'équilibrage qui est raccordée soit à la chambre de compression commune soit à la chambre d'aspiration commune sont entraînés depuis une came de commande commune.