Brevet FR2340464A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne une pompe pour fluide qui soit d'une construction relativement simple, de fabrication économique et qui convienne spécialement au pompage de liquides. L'invention a pour objet une pompe à fluide comprenant un ensemble de piston et cylindre, des moyens d'entraînement pour communiquer un mouvement de va-et-vient axial relatif entre le piston et son cylindre, une bague d'étanchéité disposée entre les faces opposées du piston et son cylindre, cette bague étant logée dans une gorge de retenue avec possibilité de déplacement axial restreint dans la gorge en raison du déplacement axial relatif entre piston et cylindre, une chambre de pompage dont le volume est alternativement en expansion et en contraction au cours du va-etvient de l'ensemble piston-cylindre, cette chambre communiquant avec un orifice de sortie à travers une soupape anti-retour, et avec un orifice d'entrée, pompe caractérisée en ce que la bague d'étanchéité constitue une soupape pour alternativement ouvrir et fermer la communication entre l'orifice d'entrée et une source de fluide, et étant disposée de telle manière que, au cours du va-et-vient de ensemble piston-cylindre, lorsque la chambre est en expansion, la bague est déplacée, par le mouvement relatif entre piston et cylindre, vers une position dans laquelle l'orifice d'entrée est ouvert en communication avec la source de fluide, tandis que, lorsque la chambre de pompage est en contraction, la bague est déplacée par le mouvement relatif vers une position dans laquelle I'orifice d'entrée est fermé dans sa communication avec la source de fluide, et que le fluide sous pression est refoulé de la chambre de pompage contractée, à travers une soupape anti-retour. Le déplacement axial de la bague d'étanchéité est obtenu comme résultant de l'engagement de glissement à friction de la bague avec la paroi, qui se déplace relativement à elle, du piston ou du cylindre piston (selon que la bague est logée dans sa gorge dans le cylindre de piston ou dans le piston, respectivement). Pour des raisons de facilites de fabrication, la bague d'étanchéité est de préférence monte dans une gorge circonférentielle annulaire dans la surface d'un piston cylindrique et elle a la forme d'une bague de piston traditionnelle deplaçable axialement. Dans sa réalisatlon la plus simple, la pompe peut comporter un seuil ensemble piston et cylindre. Cependant, une telle construction risque de provoquer une sortie pulse de fluide en accord avec la frequence du déplacement de va-et-lent de l'ensemble piston-cylindre et le débit de fluide sera probablement relativement faible. Pour réduire effet de pulsion et pour accroitre le débit) il est par conséquent préférable que la pompe soit pourvue de deux ensembles piston-cylindre ou davantage avec bague d'étan chiite', ainsi que chambre de pompage et soupape de non-retour associées comme mentionné plus haut, ces ensembles étant entraînés en rotation avec décalage de phase réciproque par un dispositif d'entraînement commun. Le dispositif d'entraînement en rotation comprend traditionnellement un rotor excentrique monté dans un carter enveloppe qui peut comporter un ou plusieurs cylindres à piston fixes dont les axes s'étendent radialement relativement à l'axe de rotation du rotor. Les pistons dans ces cylindres fixes sont poussés en contact avec la surface périphérique du rotor de sorte que, lorsque le rotor tourne, les pistons sont déplacés alternativement vers l'extérieur contre leur poussée et vers l'intérieur sous l'effet de cette poussée pour produire le va-et-vient. Si l'on utilise deux ensembles cylindre-piston ou davantage, ils sont espacés, de manière traditionnelle autour d'une chambre cylindrique dans laquelle le rotor tourne, tandis que les pistons sont sollicités par ressorts relativement à leurs cylindres et dans la chambre de rotor pour maintenir leur contact d'about avec la surface périphérique du rotor. Traditionnellement, la chambre de rotor constitue un réservoir à fluide communiquant avec une source extérieure de fluide et à partir duquel du fluide est soutiré selon la nécessité vers l'une ou l'autre chambre de pompage lorsque celle-ci se trouve en expansion. La chambre de, pompage associée avec chaque ensemble piston-cylindre est formée entre une portion d'extrémité fermée du cylindre et l'extrémité adjacente du piston. Une pompe à fluide hydraulique constituée conformément à la présente invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 est une vue partielle en coupe de la pompe par I-I de la figure 3; - La figure 2 est une vue partielle en coupe par II-II de la figure 3; - La figure 3 est une vue en élévation de la pompe. La pompe hydraulique comprend un corps enveloppe 1 contenant un cylindre de rotor 2 à l'intérieur duquel est monté un ensemble de rotor 3. Cet ensemble de rotor 3 est pourvu d'un arbre entraîneur 4, un bout d'arbre 5 et une portion de noyau cylindrique 6. Les arbres 4 et 5 sont concentriques au cylindre de rotor 2, tandis que la partie de noyau cylindrique 6 est excentrée par rapport aux arbres 4 et 5 bien que formant une pièce intégrale avec eux. Sur la partie de noyau excentrique 6 et à l'intérieur du cylindre de rotor 2, est calé un ensemble de palier à roulement à billes 7 ayant une cuvette extérieure 8 qui est libre de tourner concentriquement a' la partie de noyau 6. Les extrémités axiales du cylindre 2 sont fermées et étanchées par deux capots opposés 9 fixés par des vis 10 au corps enveloppe 1. Les capots 9 portent chacun un roulement à billes 11 dans lequel sont montés les arbres 4 et 5 à rotation libre. Des rondelles annulaires 12 sont prévues sur les arbres 4 et 5 pour localiser la partie excentrique 6 axialement entre les deux jeux de paliers 11 et centralement dans une chambre de rotor 13 qui est formée entre les capots opposés 9 et la portion axiale du cylindre 2 entre ces capots. Ouvrant dans la chambre de rotor 13 est prévu un cylindrepiston 14 dont l'axe s'étend radialement relativement à l'axe du cylindre de rotor 2. Le cylindre de piston 14 est pourvu de la surface intérieure cylindrique d'un manchon 15 qui est dans le corps enveloppe 1. Le manchon 15 est retenu dans le corps enveloppe par un organe de fermeture 16 ayant un perçage borgne 17 qui reçoit la majeure partie de la longueur du manchon 15 dans une relation complémentaire. L'organe de fermeture 16 est engagé par vissage avec le corps enveloppe 1 et il est pourvu d'un écrou de blocage 18. Axialement coulissant dans le cylindre de piston 14 est prévu un piston 19 ayant une extrémité intérieure 20 et une extrémité extérieure 21. L'extrémité extérieure 21 est pourvue d'un perçage borgne 22 dans lequel est reçu un ressort 23. Ce ressort réagit entre le piston 19 et l'organe de fermeture 16 et il sollicite le piston de telle sorte que son extrémité intérieure 20 soit maintenue appliquée contre la surface cylindrique extérieure de la cuvette de palier 8. Dans la surface cylindrique extérieure du piston 19 est prévue une gorge circonférentielle annulaire 24 à section en forme de V. Dans cette gorge, entre les surfaces opposées du piston et du cylindre, est logée une bague d'étanchéité 25 constituée en-un matériau semi-rigide, à bas coefficient de friction imprégné de polytétrafluoroéthylène. La largeur axiale de la gorge 24 est supérieure à celle de la bague dçétanchéité qu'elle reçoit. En conséquence, la bague d'étanchéité 25 est capable de déplacement relativement au piston par glissement axial ou frottement, dans les limites imposées par la largeur de la gorge. Dans la surface cylindrique extérieure du piston 19 est prévue une série de canaux espacés circonférentiellement 26 qui communiquent axialement au piston entre son extrémité intérieure 20 et la gorge 24. Une autre série de canaux espacés 27 est prévue dans la surface cylindrique extérieure du piston et s'étend axialement à partir de la gorge 24 vers son extrémité extérieure 21. La surface cylindrique extérieure du manchon 15 est également pourvue d'une série de canaux espacés circonférentiellement 28 qui s'étend axialement depuis l'extrémité du manchon 15 éloignée de la chambre de rotor 13, jusqu'à un logement annulaire 29 qui est formé entre l'extrémité intérieure de l'organe de fermeture 16 et le corps enveloppe 1. Le logement 29 communique par un passage 30, une soupape à bille anti-retour 31 et un passage 32, avec l'orifice de sortie de pression de fluide 33. Entre l'extrémité extérieure 21 du piston 19, l'extrémité du manchon 15 qui lui est adjacente, et l'organe de fermeture 16, est formée une chambre de pompage de fluide 34 qui communique avec chacun des jeux de canaux 27 et 28. En outre, la chambre de pompage 34 communique à travers un orifice d'entrée 35, avec la gorge annulaire d'étanchéité 24. L'orifice d'entrée 35 est traditionnellement formé par un perçage coudé entre la gorge 24 et le perçage borgne 22 dans le piston. I1 est placé dans la gorge 24 de telle manière qu'il puisse être alternativement ouvert ou fermé dans sa communication avec le jeu due canaux 26 par déplacement axial de la bague d'étanchéité 25 relativement au piston 19.Plus particulièrement, si la bague d'étanchéité 25 est déplacée axialement dans sa gorge 24 vers l'extrémité axiale de la gorge la plus proche de l'extrémité extérieure du piston 19, l'orifice 35 (et ainsi la chambre de pompage 34) est ouvert en communication avec les canaux 26. Autrement, si la bague 25 est déplacée dans sa gorge 24 vers l'extrémité axiale de la gorge qui est la plus proche de lfextré- mité intérieure 20 du piston 19, l'orifice 35 (et par conséquent la chambre de pompage 34) est fermé dans sa communication avec les canaux 26. La pompe possède un second ensemble piston-cylindre l9a, 14a qui est placé sur le cylindre de rotor 2, diamétralement opposé au piston 19 et en alignement avec celui-ci. Le piston 19a comprend des parties associées et des composants qui sont disposés et assemblés dans l'enveloppe 1 de manière similaire aux éléments associés au piston 19 et qui sont pourvus en conséquence des mêmes références avec indice "a". La chambre de rotor 13 est destinée à être en communication permanente, par un orifice non représenté dans le corps enveloppe 1, avec une source extérieure de fluide hydraulique, de sorte que cette chambre peut être remplie avec du fluide et servir de réservoir. Lors de l'utilisation de la pompe, la chambre de rotor 13 est remplie de fluide hydraulique, comme mentionné plus haut, et l'ensemble de rotor est entraîné en rotation par l'arbre 4. Au cours de la rotation du rotor, les pistons 19 et 19a sont maintenus en contact d'about avec la surface cylindrique excentrique ae la cuvette extérieure 8 du roulement, cette cuvette pouvant laisser une large tolérance de fonctionnement avec le cylindre 2, ou être disposée pour rouler autour de ce cylindre 2. En conséquence, les pistons sont déplacés en va-etvient dans leurs cylindres respectifs, suivant un cycle complet pour chaque révolution du rotor. En considerant particulièrement l'ensemble de rotor et l'ensemble de piston et cylindre 19, 14, dans la position représentée dans la figure 1, lors d'une rotation supplémentaire de 1'ensemble de rotor, le piston 19 sera déplacé à l'intérieur de la chambre de rotor 13 sous l'effet du ressort 23. Au cours d'un tel déplacement du piston 19 vers l'intérieur, sa bague d'étanchéité 25 glisse sur le cylindre de piston 14, cet engagement à friction entre la bague et le cylindre ayant pour effet que le mouvement de la bague suit celui du piston. En conséquence, la bague 25 se déplace axialement dans sa gorge 24 vers une position dans laquelle elle ouvre l'orifice entrée 35 pour communication avec le fluide contenu dans la chambre de rotor 13, à travers les canaux 26. Pendant ce déplacement continu du piston 19 vers l'intérieur, du fluide peut par conséquent stécouler à travers l'orifice d'entrée 35 dans la chanbre de pompage en expansion 34 tandis que la soupape 31 assure que le fluide n'est pas entraîné dans la chambre en expansion à partir de l'orifice de sortie 33. Immédiatement après 17inversion de marche du piston 19 à matir de Sa position centrale de point mort intérieur, lorsqu'il commence son déplacement vers l'extérieur dans le sens d'une contraction de volume de la chambrede pompage 34, l'engagement à friction entre la bague dsétanchéité 25 et le cylindre de piston 14 a pour effet que la bague se déplace dans sa gorge vers l'extrémité intérieure 20 du piston. Un tel déplacement de la bague d'étanchéité ferme l'orifice d'entrée 35 dans sa communication avec les canaux 26, et par conséquent avec la chambre de rotor 13.Lorsque l'orifice 35 est fermé comme indiqué ci-dessus, la contraction de la chambre de pompage 34 a pour effet de déplacer le fluide qu'elle contient à travers les canaux 28, le logement 29, le passage 30, la soupape 31 et le passage 32 vers la sortie de fluide de pression 33, jusqu'à ce que le piston ait atteint sa position de point mort extérieure et commence un nouveau cycle. Il est à noter que le fluide comprimé dans la chambre de pompage contractée 34 communique à travers les canaux 27 avec la bague d'étanchéité 25 pour presser celle-ci dans le sens d'une fermeture étanche de l'orifice d'entrée 35. Le cycle de pompage associé au piston 19a est réalisé de la même manière que celle décrite pour le piston 19. Cependant, le cycle du piston 19 est décalé en phase de 1800 par rapport au cycle du piston 19a en vue de réduire 19 effet de pulsion dans la pression du fluide à l'orifice de sortie 33. Si on le désire, cet effet de pulsion peut encore être réduit davantage en prévoyant des ensembles de cylindre-piston supplémentaires (et leurs composants associés) qui sont espacés circonférentiellement entre les ensembles 19, 14 et 19a, 14a. Dans la figure 1, les pistons sont représentés chacun comme une structure en deux parties dont la séparation définit la gorge d'étanchéité. Cette disposition facilite la mise en place de la bague d'étanchéité avant l'assemblage des deux parties de piston. I1 est cependant envisageable que le piston soit formé en une seule pièce. Dans ce cas, la bague d'étanchéité peut être entaillée ou fendue par exemple avec un gradin pour réduire les fuites, en vue de faciliter son montage. Bien entendu, 11 invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Pompe a' fluide comprenant un ensemble de piston et cylindre, des moyens d'entraînement pour communiquer un mouvement de va-et-vient axial relatif entre le piston et son cylindre, une bague d'étanchéité disposée entre les faces opposées du piston et son cylindre, cette bague étant logée dans une gorge de retenue avec possibilité de déplacement axial restreint dans la gorge en raison du déplacement axial relatif entre piston et cylindre, une chambre de pompage dont le volume est alternativement en expansion et en contraction au cours du va-et-vient de l'ensemble pistoncylindre, cette chambre communiquant avec un orifice de sortie à travers une soupape anti-retour, et avec un orifice d'entrée, pompe caractérisée en ce que la bague d'étanchéité constitue une soupape pour alternativement ouvrir et fermer la communication entre l'orifice d'entrée et une source de fluide, et étant disposée de telle manière que, au cours du va-et-vient de l'ensemble pistoncylindre, lorsque la chambre est en expansion, la bague est déplacée, par le mouvement relatif entre piston et cylindre, vers une position dans laquelle l'orifice d'entrée est ouvert en communication avec la source de fluide, tandis que, lorsque la chambre de pompage est en contraction, la bague est déplacée par le mouvement relatif vers une position dans laquelle l'orifice d'entrée est fermé dans sa communication avec la source de fluide, et que le fluide sous pression est refoulé de la chambre de pompage contractée, à travers une soupape anti-retour. 2 ) Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice d'admission est placé dans le piston et communique à travers lui avec la chambre de pompage. 30) Pompe suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité est montée dans une gorge circonf-erentielle annulaire dans la surface du piston. 40) Pompe suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'orifice d'admission débouche dans la gorge dans la surface du piston. 50) Pompe à fluide suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par un passage à travers lequel le fluide provenant de la source est mis en communication essentiellement continue avec la gorge de retenue sur le côté de la bague d'étanchéité qui ouvre et ferme la communication entre l'orifice d'admission et la source de fluide. 60) Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par un ou plusieurs passages à travers lesquels le fluide provenant de la chambre de pompage est mis en communication essentiellement continue avec la gorge de retenue sur le côté de la bague d'étanchéité éloigné axialement du côté qui ouvre et ferme la communication entre orifice d'admission et la source de fluide. 70) Pompe suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le ou les passages comprennent des canaux disposés entre les surfaces opposées du piston et de son cylindre. 80) Pompe suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les canaux sont placés pour s'étendre parallèlement à l'axe du piston et sont espacés et formés sur la surface périphérique de ce dernier. 90) Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif d'entrainement comprend un rotor monté excentriquement dans un carter-enveloppe, pouvant tourner par rapport au cylindre à piston dont l'axe s'étend radialement relativement à l'axe de rotation du rotor, des moyens étant prévus pour solliciter le piston en contact d'about avec la surface périphérique du rotor, de sorte que, lorsque le rotor tourne, le piston est déplacé alternativement vers l'extérieur contre les moyens de sollicitation et vers l'intérieur sous l'influence de ces moyens pour se mouvoir en va-et-vient. 100) Pompe suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le rotor est monté dans une chambre qui constitue un réservoir à fluide en communication avec une source de fluide, et à partir duquel du fluide est envoyé dans la chambre de pompage lorsque celle-ci est en expansion. 110) Pompe suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la chambre de rotor est en communication continue avec les passages à travers lesquels du fluide provenant de la chambre passe dans la gorge de retenue sur le côté de la bague d'étanchéité qui ouvre et ferme la communication entre l'orifice d'admission et la source de fluide. 120) Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la chambre de pompage est formée entre une partie d'extrémité fermée le long du cylindre à piston et l'extrémité adjacente du piston. 130) Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux ensembles piston et cylindre, chacun ayant une bague d'étanchéité, une chambre de pompage et une soupape de non-retour associées, disposés pour agir comme unités de pompage discrètes, ces ensembles de piston et cylindre étant actionnés en va-et-vient avec décalage de phase entre eux au moyen d'un dispositif d'entrainement commun. 140) Pompe suivant la revendication 13, caractérisée en ce que les cylindres sont espacés circonférentiellement autour de la chambre de rotor, et chacun s'étend radialement relativement à l'axe de rotation du rotor, le piston de chaque ensemble étant sollicité pour son contact avec la surface périphérique du rotor, de telle sorte que, lorsque le rotor tourne, chaque piston est déplacé alternativement vers l'extérieur contre ses moyens de sollicitation et vers l'intérieur sous l'influence de ces moyens, dans un mouvement de va-et-vient.