Brevet FR2408051A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne les machines hydrauliques et elle a plus particulièrement pour objet des machines hydrauliques à engrenage, pompe ou moteur, ayant au moins deux paires de dentures en prise. Il existe des pompes et des moteurs hydrauliques dans lesquels la conversion d'énergie est assurée par l'intermédiaire d'une paire de dentures en prise. Ainsi, dans les pompes hydrauliques à engrenage, un arbre entraine une paire de pignons de pompage qui s'engrènent pour fournir un débit de fluide. Inversement, dans les moteurs hydrauliques à engrenage, un courant de fluide hydraulique peut entraîner une paire de pignons qui stengrènent,de de façon à entraîner en rotation un arbre. Dans une pompe hydraulique à engrenage simple, comportant une seule paire de dentures de pompage, deux pignons s'engrènent et tournent à l'intérieur d'un boitier qui s'applique de façon étroite sur eux,defaçon à faire passer du fluide hydraulique entre les pignons et le bottèr,d'un orifice d'admission à un orifice de refoulement. Dans une disposition courante, on utilise deux pignons de pompage à denture externe qui tournent en sens contraires. Dans une autre disposition classique, qu'on appelle souvent pompe à engrenage interne, un pignon à denture externe tourne à 1intérieur d'une roue à denture interne de diamètre nettement plus important. Dans cette dernière disposition, les axes du pignon et de la roue sont écartés et une partie du boitier, en forme de croissant, est interposée entre le pignon et la roue.Le fluide passe de l'ori- fice d'admission à l'orifice de refoulement par les espaces délimités par les dents du pignon et de la roue et par la partie en forme de croissant. Le débit refoulé par les pompes à engrenage varie de façon cyclique,à la cadence du passage des dents devant l'orifice de refoulement. Lorsqu'on place en série plusieurs paires de dentures de pompage de façon à obtenir une pompe à engrenage multi-étages, le débit refoulé par chacun des étages varie par pas,en fonction de la possibilité qu'a l'étage placé immédiatement après de recevoir le débit. On s'arrange pour que, lorsque la pression de sortie d'un étage est élevée, l'étage suivant soit dans l'état le plus favorable pour recevoir un débit d'admission. Cette condition fait apparaitre dans les pompes à plusieurs étages la contrainte que toutes les paires de dentures, donc tous les étages, soient en phase. Des considérations similaires s'appliquent à la réalisation des moteurs à engrenage à plusieurs étages. On a déjà tenté de réduire le bruit dt au liquide dansles pompes et moteurs hydrauliques à engrenage en portant une attention particulière au dessin des dentures et des autres surfaces qui doivent s'adapter, mais les résultats obtenus n'ont pas été -pleinement satisfaisants. L'invention vise notamment à fournir une machine hydraulique dont le bruit dd au liquide est inférieur à celui des machines connues antérieurement. Dans ce but, l'invention propose notamment une machine hydraulique comportant au moins une première paire et une seconde paire de dentures s'engrenant, chaque paire étant montée dans un bottier qui s'adapte à elle de façon étroite tout en la laissant libre de tourner et séparant un volume haute pression,prévu pour contenir du fluide sous haute pression lorsque la machine fonctionne,d'un volume à basse pression qui contient du fluide à basse pression lorsque la machine fonctionne, caractérisée en ce que la machine comporte un volume unique haute pression, commun à la première paire et à la seconde paire de denture, et en ce que la venue en prise ou hors de prise de dents successives de la première paire de dentures en un point adjacent au volume à haute pression intervient avec un déphasage par rapport à celle de dents successives de la seconde paire de denture, ce déphasage étant d'une fraction du pas de la denture. Les machines hydrauliques suivant l'invention constitue- ront en général soit des pompes hydrauliques, soit des moteurs hydrauliques. La description qui suit concernera essentiellement des pompes, mais l'invention peut être facilement appliquée à des moteurs hydrauliques, comme il apparaîtra à tout spécialiste du domaine considéré. En appliquant 1'invention à des moteurs hydrauliques, on peut leur faire fournir un couple dont les fluctuations dans le temps ont une amplitude plus faible que celas du couple produit par les moteurs hydrauliques à engrenage de type connu. Dans un mode particulier de réalisation, une pompe hydraulique à engrenage à un seul étage comprend trois paires de dentures de pompage similaires disposées en parallèle, 1 'une des dentures de chaque paire étant entrainée par un arbre commun. Chacune des trois dentures similaires entraînées par l'arbre est déphasée par rapport aux dentures adjacentes sur l'arbre d'une même fraction du pas de la denture, de sorte que les débits de sortie des trois étages présentent un déphasage lorsque l'arbre tourne. On peut réaliser une pompe multiétages en reliant en cascade deux étages à trois paires de dentures ou davantage. Il n'est pas nécessaire que chaque étage ait trois paires. Il peut par exemple avoir deux paires ou quatre paires de dentures de pompage déphasées. On a constaté qu'on réduit considérablement le bruit dû au liquide en remplaçant une pompe à engrenage dans laquelle toutes les paires de dentures de pompage sont en phase par une pompe suivant l'invention. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'une comparaison faite sur le bruit dû au liquide à fréquence fondamentale caractéristique d'une pompe en phase" avec le bruit à la même fréquence d'une pompe particulière suivant l'invention a montré une réduction atteignant 45 décibels. De plus, on a constaté que le bruit dû au liquide dans la pompe suivant l'invention à des fréquences multiples du fondamental est très inférieur au bruit dû au liquide dans la pompe "en phase" à la fréquence fondamentale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à engrenage interne à simple étage; - la figure 2 est une vue en bout de l'arbre et des pignons d'entratnement d'une pompe à engrenage interne à simple étage suivant l'invention; et - les figures 3a et 3b sont des schémas de principe de pompes à engrenage à trois étages de type connu et suivant l'invention. La pompe montrée sur la figure 1 comporte un arbre 2 sur lequel un pignon d'entraînement 4 est fixé par une clavette 6. Les dents du pignon 4 engrènent les dents d'une roue annulaire à denture interne 8 qui tourne dans un boitier 10. Le bottier 10 comporte une partie en forme de croissant 12 dont une face latérale est en contact avec le pignon 4 et l'autre avec la roue 8. La partie 12 sépare l'espace compris entre le pignon 4 et la roue 8 en une chambre d'admission 14 constituant un volume à basse pression et une chambre de refoulement 16 constituant un volume à haute pression. Un conduit d'amenée 20 débouche dans la chambre d'admission 14 et un conduit de refoulement 22 part de la chambre de refoulement 16. Lorsque la pompe fonctionne, l'arbre 2 tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre et du fluide arrive par le conduit d'admission 20 à la chambre d'admission 14 à pression P. Le déplacement du pignon 4 et de la roue 8 entraîne du fluide le long de la partie 12 vers la chambre de refoulement 16. Le fluide ne peut revenir vers la chambre d'admission entre les dentures du fait qu'elles s'interpénètrent. Par ailleurs, le boîtier s'applique de façon étroite contre la roue et les pignons pour empêcher le fluide de passer sur les côtés. Si le conduit de refoulement 22 oppose une résistance à l'écoulement, la pression dans la chambre de refoulement 16 peut atteindre une valeur P1 au fur et à mesure que du fluide est transféré de façon continue par les dentures du pignon 4 et de la roue 8. En inversant le sens de rotation de l'arbre 2, on peut pomper du fluide de la chambre de refoulement 16 vers la chambre d'admission 14, à condition que du fluide arrive par le conduit de refoulement 22. La figure 2 montre un arbre 2 sur lequel sont clavetés, à intervalles successifs, trois pignons d'entraînement 4a, 4b et 4c. L'arbre et les pignons peuvent être placés dans trois boîtiers disposés en parallèle le long de l'arbre, un collecteur d'admission et un collecteur de refoulement étant reliés aux trois boîtiers. Les pignons d'entraînement 4a, 4b et 4c engrènent des roues entraînées à denture interne placées chacune dans un boîtier. Les trois pignons d'entraînement 4a, 4b et 4c sont placés dans une orientation déphasée sur l'arbre 2. En d'autres termes, les dents des pignons 4a, 4b et 4c sont décalées dans le sens circonférentiel lesunespar rapport aux autres, d'une fraction du pas. Dans le mode de réalisation illustré, on trouve le meme décalage entre les dents des trois pignons. Les roues à denture interne placées dans les trois boitiers tournent autour d'un axe commun, de sorte que l'engrènement des diverses dents des pignons 4a, 4b et 4c avec les dents des roues intervient avec une relation de phase qui correspond à celle des pignons montés sur l'arbre. On voit qu'on peut réaliser un engrènement déphasé des dentures en alignant les dents des pignons sur l'arbre 2 et en décalant les axes de rotation des dentures internes pour leur donner des positions angulaires différentes par rapport à l'arbre 2. La figure 3a montre une pompe à engrenage à trois étages de type classique, dans laquelle le refoulement à la pression P1 d'un premier étage 30 est appliqué à un second étage 32. Le refoulement du second étage 32 alimente à pression P2 un troisième étage 34 dont la sortie est à pression P3. La représentation donnée sur la figure est extrêmement schématique. En fait, les trois étages sont portés par-le même arbre, les dentures des trois pignons d ' entraînement étant en alignement absolu. La figure 3b montre une pompe à engrenage à trois étages constituant un mode de réalisation de l'invention, chaque étage comportant trois paires de dentures. Le premier étage comporte trois paires de dentures 36, 38 et 40, les pignons d'entraSne- ment étant disposés sur un arbre unique de la façon représentée sur la figure 2. Les second et troisième étages sont similaires, mais (comme dans le cas d'une pompe classique), ils peuvent autre portés par le même arbre et non pas suivant la disposition montrée de façon schématique. On a fait fonctionner une pompe à deux étages suivant l'invention avec une vitesse d'arbre de 1800 tours par minute et un débit de 114 litres par minute à une pression de 211 kg/ cm2. Une pompe constituant un autre mode de réalisation, de capacité plus grande, fournit un débit trois fois supérieur à une vitesse d'arbre un peu plus faible. On peut utiliser sans difficulté les connaissances acquises et les données publiées concernant les pompes et les moteurs à engrenages pour dessiner et construire des machines suivant la présente invention. Cesconnaissances publiées sont suffisamment étendues pour qu'il soit inutile de les inclure dans la présente description. Il va sans dire que l'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique comportant au moins une première paire et une seconde paire de dentures s'engrenant, chaque paire étant montée dans un boîtier qui s'adapte à elle de façon étroite tout en la laissant libre de tourner et séparant un volume haute pression, prévu pour contenir du fluide sous haute pression lorsque machine fonctionne, d'un volume à basse pression qui contient du fluide à basse pression lorsque la machine fonctionne, caractérisée en ce que la machine comporte un volume unique haute pression, commun à la première paire et à la seconde paire de dentures, et en ce que la venue en prise ou hors de prise de dents successives de la première paire de dentures en un point adjacent au volume à haute pression intervient avec un déphasage par rapport à celle de dents successives de la seconde paire de dentures, ce déphasage étant d'une fraction du pas de la denture. 2. Machine hydraulique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois paires de dentures similaires, chacune des paires étant déphasée par rapport aux autres de la même fraction (ou d'un multiple de cette fraction) d'un pas. 3. Machine hydraulique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle constitue l'un des étages d'une pompe hydraulique à plusieurs étages.