Brevet FR2476237A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne une pompe, notamment une pompe à diaphragme, avec des soupapes commandées par les différences de pression du fluide gazeux déplacé, dont celle située sur le c6té de la pompe raccordé au circuit est un clapet anti-retour. Par "coté raccordé au circuit", il faut entendre ici le raccord de la pompe qui, dans cha- que cas, communique avec le circuit associé: dans les pom- pes génératrices de pression, il s'agit du raccord de re- foulement, dans les pompes à vide, ce raccord est celui d' aspiration. On connaît déjà une pompe à diaphragme conçue comme génératrice de vide et munie de soupapes commandées par les différences de pression du fluide déplacé, soupapes qui, toutes deux, sont conformées en clapet anti-retour (demande de brevet allemand 11 84 447). De telles pompes se sont avérées excellentes du point de vue de la capacité de pompages Toutefois, pour entraîner des pompes à diaphragme de ce type, il faut encore utiliser un moteur relativement coûteux, d'une puissance sensiblement supérieure à celle requisc pour l'entra nement proprement dit, afin d'élimi- ner tout risque de défaillance au démarrage, quelle que suit la position de départ. Ceci est dû, entre autres, à ce.qu'au acmnrrage la situation se présente comme suit: e lorsque le piston ou le diaphragme et la bielle associée s'iîmmobilisert peu avant le point mort haut, il subsiste dans la chambre de compression, par exemple, d'une pompe à diaphragme genératrie, de pression, une pression qui n' est que légèrement inférieure à celle de refoulement. Les deux soupapes commallées par les différences de pression restig? eependant ferms. si une telle pompe à diaphrag- me doit- démarrer ' partir de cette position, le couple maximl- doit être feurni immédiatement par le moteur seul a linstant da démarrage'or il est, dans cette position D De VanZle de manivelle, supérieur de 75%, par exemple, au coUlP1e moyes necesaniret pour lequel le moteur électri- c* - .... o:;ane siotLténe Avec ce cou.ple moyen, le moteur électrique d'entraînement dispose d'une puissance suffisante en régime permanent, car la puissance requise par la pompe à diaphragme varie considérablement au cours d'une rotation de l'angle de manivelle et la force centri- fuge des pièces en rotation compense les pointes de charge imposées au moteur de la pompe. Lors du démarrage à partir d'une position défavorable de l'angle de manivelle, ces réserves de force que constituent les masses en rotation ne sont pas disponibles. C'est pourquoi dans les pompes à diaphragme de ce type, il a fallu résoudre ce problème et l'on a trouvé deux solutions différentes, qui, toutes deux, présentent le défaut de provoquer un supplément de dépense. L'une consiste à prévoir un moteur plus largement dimen- sionné que l'exige la puissance requise par la pompe en régime permanent, afin de pouvoir faire démarrer celle-ci contre la pression de refoulement désirée, même à partir d'une position défavorable de l'angle de manivelle. L'au- tre solution pour éliminer tout risque de défaillance au démarrage consiste à prévoir un clapet anti-retour supplé- mentaire ainsi qu'une soupape de décharge, commandée par exemple électromagnétiquement. Au moyen de ces deux obtura- teurs supplémentaires relativement coûteux, on peut éva- cuer hors de la chambre de refoulement de la pompe le flui- de déplacé pré-comprimé qui s'y trouve et améliorer ainsi les conditions de démarrage Dans l'un et l'autre cas le remède utilisé entraîne une augmentation sensible du coût du groupe moto-pompe. La dernière solution présente le dé- faut supplémentaire de compliquer la construction de la pompe" L'invention a donc pour objet de réaliser une pompe du même type, mais dans laquelle le risque de défaillances au démarrage est éliminé sans qu'il en résulte un supplé- ment important de dépense. A cet effet, dans la pompe selon l'invention, il _q est prévu dle placer à la soupape située sur le côté non raccordé au circuit un by-pass qui, lors du démarrage de la pompe, reste ouvert, au moins temporairement pendant les temps de fermeture proprement dits et qui est fermé, en régime permanent, au moins pendant les temps de ferme- ture précités. Dans une telle pompe, qu'il s'agisse d'une pompe à vide ou d'une pompe génératrice de pression, le fluide dé- placé qui se trouve dans la chambre de refoulement peut s' échapper par le by-pass pendant l'arrêt du piston ou du diaphragme. Même dans une position défavorable de l'angle de manivelle, le moteur n'a donc pas a fournir pour le dé- marrage de la pompe la puissance maximale requise par cel- le-ci en régime normal. On obtient une forme d'exécution particulièrement simple lorsque la soupape situéesur le côté de la pompe non raccordé au circuit ferme ellemême le by-pass pendant ses temps de fermeture. Ceci peut être réalisé de façon très simple par une construction dans laquelle la dite sou- pape possède comme obturateur une languette flexible et le by-pass est formé par une position en retrait, dans le sens de fermeture, du siège de cette soupape par rapport à la position non déviée de la languette. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette pompe: Fig. 1 est une vue de côté et partiellement en cou- pe d'une pompe à diaphragme et d'une partie du moteur élec- trique associé, cette pompe servant de générateur de pres- sion; Fig. 2a est une vue en coupe partielle de la zone 3o de la soupape d'admission de la pompe à diaphragme de fig. 1, le by-pass étant ouvert; Fig. 2b est une vue similaire à fig. 2a, le by-pass étant fermé; Fig. 2c est une vue similaire à fig. 2a et 2b, la soupape d'admission étant ouverte pendant l'aspiration; Fig. 3 est une vue partielement en coupe de la zo- ne de la soupape de sortie de la pompe de fig. 1; Fig. 4 est une vue partiellement en coupe de la sou- pape de sortie d'une pompe similaire à celle de fig. 1 mais conçue comme pompe à vide et qui possède à cette sou- pape de sortie un by-pass représenté en position fermée; Fig. 5 est une vue de dessus d'une soupape comme celles de fig. 1 à 4, munie comme obturateur d'une lan- guette et commandée par le fluide gazeux déplacé; Fig. 6 est une vue similaire à fig. 4, représen- tant la soupape de sortie avec le by-pass fermé et aussi avec l'obturateur ouvert; Fig. 7 montre la zone de la soupape d'aspiration dans une pompe à vide suivant fig. 4 à 6; Fig. 8 est un diagramme comparatif du couple en fonction de l'angle de manivelle pour une pompe connue et la pompe selon l'invention; Fig. 9 est un autre diagramme comparatif dans le- quel le couple est porté en fonction de la vitesse de ro- tation de la pompe et de son moteur d'entraînement. Une pompe à diaphragme 1 possède un corps de pompe 2, fermé par un couvercle intermédiaire 3, surmonté d'un couvercle extérieur 4. Entre le corps 2 et le couvercle in- termédiaire 1 est tendu un diaphragme 5, entraîné par 1' arbre 8 d'un moteur électrique 9, au moyen d'une bielle dé- signée par la référence générale 6, par l'intermédiaire d' un excentrique 7. Le couvercle extérieur 4 comporte un rac- cord d'aspiration 10 et un raccord de refoulement 11 et entre les deux couvercles 3 et 4 est serrée une plaque à soupapes 12, dans laquelle sont découpés des obturateurs en forme de languette 21 à 24, comme le montre à titre d' exemple la figure 5, o la plaque 12 et le couvercle in- termédiaire 3 sont représentés en vue de dessus. La pompe à diaphragme 1 représentée à la figure 1 est prévue pour fournir une pression. La disposition et la configuration conformes à l'invention de sa soupape d'admission Il et de sa soupape de sortie 14, ainsi que de ses couverclesJ et 4, et son mode de fonctionnement sont expliqués ci- après en détail en référence aux figures 2a, 2b, 2c et 3. Etant donn6 que cette pompe 1 repr6sentée aux figu- res 1 A 3 est un générateur de pression, la soupape située "sur le côté raccordé au circuit" est la soupape de sortie 14, de sorte qu'elle est, de façon connue en soi, confor- mée en clapet anti-retour, comme le montre clairement la figure 3. La languette 21 qui constitue son obturateur est représenté en trait continu en position de fermeture, les pressions les plus fortes agissant sur lui dans le sens de la flèche Pfl.(sauf pendant la course de refpuleme*, dont 1C il n'est pas question ici). Ces forces plus grandes qui a- gissent dans le sens de la fermeture sont dues au fait qu' il règne pratiquement toujours dans le raccord de refoule- ment 11l la plus grande pression du circuit, tandis que dans la chambre de compression 15 de la pompe 1, il règne le plus souvent une pression 2, au moins légèrement infé- rieure. Comme on le sait, il ne règne dans la chambre de compression 15 une pression lé6gèrement supérieure à celle du circuit que pendant la course de refoulement, de sor- te que pendant celle-ci la languette 21 est soulevée et a- men6e dans la position représentée en trait discontinu A la figure 3 et d.signée par la référence 21a. Selon l'in- vention, il est p à6vi, à la soupape située sur le côté non raccordé au circuit, qui est en l'occurrence la soupape d' admission 13, un by-pass 16, qui reste ouvert, au moins i5 teporaire. et même pendant les temps de fermeture norma- lernent pré.v-u de cette soupape d'admission 1. Dans la pra- tique, ceci est Lacilement Réalisable de la manière suivan- te: le by-pass 16 est formé par la position en retrait du sîQge 17 A l'interieur du cou%'ercle extérieur 4 par rapport a la position non devi6e de la languette flexible 22 (fig. 2a--) qui constitlue-' lobtu'ateur de la soupape d'admission U. Lorsquc la poupe 1 e.st arr&tée, la languette 22 cherche a quitter,sa position de fermeture (22a à la fig. 2b) pour eprnnd sa position non dévi4e (fig. 2a). Le fluide dér placé peur alors e5prunter le by-pass 16 et s'6chapper par le raccord d'aspiration 10() de l.a pompe 1 en suivant les flèches Pf'2 Dans la chcpi-bre de compression 15, il ne règne qu'une pression correspondant à celle d'aspiration Pl. Or on a constaté avec surprise qu'un tel by-pass 16 n'est pas complètement fermé par la languette 22 de la soupape pen- dant la phase de démarrage de la pompe 1. En conséquence, aux faibles régimes, le fluide aspiré a travers la soupape d'admission 13 peut, au moins en partie, s'échapper par là pendant la course de refoulement de la pompe. Il se produit jusque dans une certaine mesure un contournement de la lan- guette 22 aux régimes de démarrage, jusqu'à environ 1000 tours/minute. Pendant cette phase de démarrage, le moteur 9 n'a donc pas, ou du moins pas entièrement, à fournir une puissance de compresseur. Par contre, lorsque la vitesse de rotation du moteur s'élève au-dessus de 1000 t/m, les différences de pression entre le raccord d'aspiration 10 et la chambre de compression 15 deviennent, même dans une soupape d'admission 1l munie d'un by-pass conformément à l'invention, si grandes que la languette 22a vient s'ap- pliquer de manière étanche contre le siège 17 (fig. 2b) pendant le temps de fermeture habituel d'une soupape d'as- piration lors de la course de refoulement. Pendant la course d'aspiration, la languette 22 prend sa position d' ouverture habituelle, représentée à la figure 2c. Par con- séquent, la languette 22 de la soupape d'admission exécute aux régimes de travail les mouvements d'ouverture et de fermeture désignés par les références 22a et 22b aux fig. 2b et 2c. La soupape 13 d'admission se charge donc, sans avoir à recourir a des mesures supplémentaires, de fermer le by-pass 16 conformé en conséquence aux régimes de tra- vail de la pompe a diaphragme. Les figures 4 à 7 montre les zones des soupapes d' une pompe à diaphragme 101, quis à la différence de la pompe 1 qui vient d'être décrite en référence aux fig. 1 à 3, est conformée en pompe a vide. De ce fait, la soupape située sur le côté raccordé au circuit est, dans cette pom- pe 101, la soupape d'admission 1-I, qui communique avec le raccord d'aspiration 110.et, par conséquent, avec le cir- cuit dans lequel ou il faut faire le vide et o il règne, par exemple, une dépression pÀ. Cette soupape 113 est, dans la pompe selon l'invention, conformée en clapet anti- retour, de façon connue en soi. Son obturateur en forme de languette flexible 23 est, à la figure 7, représenté en trait continu en position de fermeture et en trait discon- tinu, en position d'ouverture, dans laquelle il est dési- gné par 23a. Dans la chambre de compression 15 de la pompe 101 règne généralement (on peut laisser de côté ici la course d'aspiration de la pompe) une pression p, qui est 1o au moins légèrement supérieure à celle p4 qui règne dans le raccord d'aspiration 110. Cette pression pi agit sur la languette 23 dans le sens des flèches Pf3 et l'amène en po- sition de fermeture étanche. Dans la pompe à vide 101, la soupape située sur le côté non raccordé au circuit est la soupape de sortie 114. Sur cette soupape 114 est prévu un by-pass 116 analogue à celui qui a été décrit en référence aux figures 1 à 3. La figure 4 montre la languette 24 de la soupape de sortie 114 dans sa position non déviée. Lors- que la pompe à vide 101 est arrêtée ou se trouve en pério- de de démarrage, la languette 24 libère le by-pass 16 for- mé en face d'elle dans le couvercle intermédiaire 3. Comme il a déjà été expliqué à l'appui des figures 1 à 3, la lan- guette 24 laisse passer un certain courant de fluide dépla- cé aux régimes de démarrage du moteur 9 et ce, même si la 2.5 course du piston ou du diaphragme de la pompe à vide 101 devrait normalement fermer la soupape de sortie 114 et la ferme d'ailleurs aux régimes de travail.Si du fluide se trouve dans la chambre de compression 15, il peut alors s' échapper dans l'atmosphère contre la pression atmosphérique à6 à travers la soupape de sortie 114, sans que la pompe a vide 101, qui est en phase de démarrage, ait commencé son travail. Le moteur d'entraînement 9 est soulagé en propor- tion. Dès que sa vitesse de rotation devient supérieure à 1000 t/m environ, les différences de pression entre la "5 chambre de compression 15 de la pompe à vide 101 et son raccord de refoulement 111 deviennent si grandes que la languette se déplace alternativement vers sa position de fermeture et vers sa position d'ouverture complète, respec- tivement 24a et 24b (fig. 6), c'est-à-dire exécute ses mou- vements de fermeture et d'ouverture normaux. Le siège 17 de la languette 24 est formé dans le couvercle intermédiai- re 3. Dans la pratique, le by-pass selon l'invention est constitué par un évidement d'une profondeur comprise entre 0,2 et lmm environ, suivant les dimensions de la pompe, prévu dans le couvercle extérieur 4 dans la pompe 1 et dans le couvercle intermédiaire 3, dans la pompe 101. On obtient ainsi avec des moyens simples un soulagement pres- que complet du moteur 9 pendant la phase de démarrage, com- me le montrent les explications qui suivent, en référence aux figures 8 et 9. A la figure 8, la courbe A montre l'évolution du couple nécessaire à l'entraînement d'une pompe connue, dans laquelle le moteur n'est donc pas soulagé par la présence d'un by-pass 16, et ce,.:pour;. une vitesse de rotation de t/m. La courbe B montre, dans les mêmes conditions, 1' évolution du couple nécessaire pour l'entraînement d'une pompe selon l'invention, munie d'un by-pass 16. Dans les deux courbes A et B, le couple est porté en fonction de la position de la bielle 6 ou position de l'angle de mani- velle. Dans cette même figure 8, la courbe C représente le couple du moteur qui serait pratiquement suffisant pour entraîner aux régimes de travail la pompe correspondant à la courbe A une fois qu'elle a démarré. Une comparaison en- tre les courbes B et C montre que le couple représenté par la courbe B suffit pratiquement pour éliminer tout risque de défaillance au démarrage d'une pompe selon l'invention qui nécessite le couple représenté par la courbe B (il n' est pas gênant que le couple représenté par la courbe C soit dépassé pendant un court moment; si les masses mobi- les du moteur et de la transmission exécutent déjà un cer- tain mouvement, les forces qui en découlent suffisent pour compenser les pointes de charge). A la figure 9, les couples moyens nécessaires pour une pompe connue et pour une pompe selon l'invention sont portées en fonction des vitesses de rotation et représen- tés respectivement par les courbes D et E. Le couple cor- respondant du moteur est indiqué par la courbe F. On peut voir que le couple nécessaire pour la pompe connue (cour- be D) dépasse sur une large plage des vitesses de démarra- ge le couple fourni par le moteur 9 (courbe F). Un démar- rage sur ne peut être garanti que si l'on a recours à 1' une des-mesures indiquées au début du présent mémoire, à savoir le choix d'un moteur plus puissant ou l'adjonc- tion d'un clapet de non retour supplémentaire et d'une soupape de décharge à commande électromagnétique. La cour- be E, à la figure 9, montre au contraire que le couple moy- en requis pour une pompe selon l'invention, munie d'un by- pass 16, a été fortement réduit par rapport à la courbe-ú, notamment aux vitesses de démarrage, entre O et 750 t/m, si bien qu'il ne dépasse jamais le couple fourni par le moteur et représenté par la courbe F. On a constaté que la présence du by-pass 16 dans la pompe selon l'invention, qu'il slagisse d'une pompe génératrice de pression ou d' une pompe à vide, n'entraîne pratiquement aucune diminu- tion de la capacité de pompage dans la plage des régimes de travail. La profondeur t du décalage du siège 17 par rapport à la lanu.ette 22 oul 24 en position non déviée est choisie 27 empiriquement en fonction des données géométriques de la languette, des propriétés du matériau utilisé et des autres données géontri.ques dans les soupapes concernées 1 ou Qo. Cette profondeur t peut être comprise entre 0,2 et 1 nôS. Dan. une forme d'exécution particulièrement avanta- geuse, la pompe 1 est conformée en pompe à diaphragme et est prévue de préference pour produire une pression. Dans les pompes genratrices de pression, il se produit souvent au démarrage des sollicitations particulièrement puissan- tes, de sorte qu'on obtient par l'agencement selon l'inven- tion un soulagement très simple et efficace du moteur asso- cié pendant l! phase de démarrage. L'agencement selon l'in- vention peut, en soi, être prévu sur des pompes à piston, mais il est particulièrement avantageux en combinaison a- vec des pompes à diaphragme. On obtient alors par la pré- sence du diaphragme un fonctionnement exempt de pénétra- tion d'huile ou autres impuretés, tant en ce qui concerne la pompe que l'actionnement des moyens de fermeture des soupapes et du by-pass. Les conditions restant les mêmes, par exemple de petits moteurs électriques 9, on peut é- viter la présence de soupapes extérieures, qui nécessi- tent un graissage. On a constaté que des soupapes 12 ou 113 commandées par le fluide gazeux déplacé, en l'occurrence les languet- tes 22 à 24 servant d'obturateur, ne ferment pas le by- pass associé 16 avant que la vitesse de rotation de la pompe atteigne 1000 t/m, tandis qu'à des vitesses supérieu- res à 1000 t/m, le by-pass 16 peut être fermé sans problè- me avec la soupape d'admission 13 ou de sortie 114 corres- pondante. En conséquence, les pompes 1 ou 101 qui ont des régimes de travail supérieurs à 1000 t/m, de préférence é- gaux ou supérieurs à 1500 t/m, sont particulièrement avan- tageuse. Les soupapes habituelles, commandés par le flui- de gazeux déplacé, y sont parfaitement à leur place. La fig. 5 montre, vue de dessus, une partie d'une plaque de soupapes 12 et d'un couvercle intermédiaire 3, dans le sens de la flèche G à la figure 4, le couvercle extérieur 4 ayant été retiré. On y voit clairement la languette 24, qui est sensiblement concentrique au passage cylindrique 18 ménagé dans le couvercle intermédiaire ô. On y voit aussi, disposés concentriquement au dit passage, le by-pass 16 et le siège en retrait 17. Le by-pass 16 de la soupape d' admission 13 est disposé de la même manière, avec la dif- férence qu'il se trouve dans le couvercle extérieur 4. La pompe à diaphragme 1 peut le cas échéant possé- der un by-pass 16 aux deux soupapes 13 et 14 ou 113 et 114. Une forme d'exécution à deux by-pass 16 possède par exemple une soupape d'admission comme celle représentée à la fig. 2a et une soupape de sortie comme celle de la fig. 4. Si cette pompe 1 constitue un générateur de pression, travaillant contre une pression légèrement supérieure dans le raccord de refoulement 111, celle-ci assure une ferme- ture suffisante des languettes correspondantes 24, même s'il est prévu là le by-pass représenté à la figure 4. La pompe fonctionne de la même manière que celle décrite plus haut en référence aux figures 1 à 5. Une telle pom- pe, munie de deux soupapes 1À, 114, avec pour chacune un by-pass 16, peut aussi être utilisée comme pompe à vide, notamment lorsqu'il faut produire un vide poussé, donc lorsqu'il règne une forte dépression dans le raccord d'as- piration 10. Lorsque le vide est suffisamment poussé, il "aspire1t l'obturateur de la soupape d'admission représenté à la figure 2a pour l'amener dans la position de fermeture représentée à la figure 2b, malgré la présence du by-pass 16. La seconde soupape 114 munie d'un by-pass 16 facilite alors le démarrage. Une forme d'exécution de pompe 1 dans laquelle chacune des deux soupapes 13, 114 est munie d'un by-pass 16 présente l'avantage de simplifier considérable- ment la fabrication, en grande série également, si la pompe 1 est prévue pour des pressions correspondantes. Comme il va de soi et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux formes d'exécu- tion qui viennent d'être décrites à titre d'exemples seu- lement; elle en embrasse, au contraire, toutes les varian- tes de réalisation. - REVENDICATIONS - 1.- Pompe munie de soupapes commandées par le fluide gazeux déplacé, dont celle située sur le côté de la pompe raccordé au circuit est conformée en clapet de non-retour, caractérisée en ce qu'au moins à la soupape située sur le côté de la pompe non raccordé au circuit (13, 114) il est prévu un by-pass (16) qui, lors du dé- marrage de la pompe, reste ouvert, au moins temporaire- ment, pendant les temps de fermeture proprement dits de la dite soupape (13, 114) et qui, au moins en régime de travail de la pompe, est fermé pendant les temps de ferme- ture de cette même soupape. 2.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (13, 114) située sur le côté de la pompe non raccordé-au circuit ferme le bypass (16) avec elle pendant ses temps de fermeture. 3.- Pompe selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, dont la soupape située sur le côté non raccordé au circuit a un obturateur formé par une languette flexible, caractérisée en ce que le bypass (16) est formé par un décalage vers l'arrière, dans le sens de fermeture, du siè- ge (17) de la soupape située sur le côté non raccordé au circuit (13, 114) par rapport à la position non déviée de la languette (22, 24) formant obturateur. 4.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est conformée en pompe à diaphragme et de préférence en pompe génératrice de pres- sion et en ce que le by-pass (16) est prévu à sa soupape d'admission (13). 5.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que son régime de travail est su- périeur à 1000 t/m et de préférence égal ou supérieur à 1500 t/m environ. 6.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un by-pass (16) est associé à chacune de ses deux soupapes (13,14; 113, 114). 7.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou chaque by-pass (16) est intégré à la soupape associée.