Brevet FR2482674A1 — publié le 19811120

1. Dîaphracgme pour pompes foulantes à haute pression. compres- seurs ou analogues. L'invention concerne un diaphragme pour pompes foulantes à haute pression, compresseurs, etc., comprenant une zone périphérique de fixation, une zone annulaire de flexion faisant suite à la précédente et enfin une zone centrale activeprésentant un renflement. On connaît déjà et on utilise avec succès, no- tamment pour des pompes déplaçant des fluides corrosifs, des diaphragmes de ce type présentant, sur leurs deux faces, un renflement qui fait corps avec eux, ces diaphrag- mes ayant pour objet d'isoler le piston du fluide à pro- pulser. Pour l'entraînement d'un tel diaphragme, fixé ri- gidement par serrage de son bord extérieur entre deux pièces et effectuant, à chaque coup de pompe, un mouvement alternatif à l'intérieur d'évidements formant carter, d'une position d'appui postérieure vers une position d'appui antérieure et vice-versa, en franchissant à chaque course une position neutre, on utilise la plupart du temps une transmission par "bielle hydraulique", c'est-à-dire par une colonne liquide sous pression mise en mouvement par un piston. Toutefois, on peut aussi entraîner le dia- phragme mécaniquement, à l'aide d'un poussoir, d'une tige ou encore directement par un piston. Or, ces diaphragmes, formés d'un élément en ma- tière plastique moulé par injection, sont soumis, notam- ment en cas d'emploi dans une pompe à haute pression, à des contraintes importantes, d'o une durée de vie rela- tivement courte. Des avaries apparaissent parfois assez vite, notamment dans la zone de flexion qui, en service, est soumise à une alternance permanente de charge par suite de son oscillation bilatérale. Il enrésulte obli- gatoirement un démontage du diaphragme, générateur* de pertes de temps, voire même le remplacement de la pompe, avec les interruptions de fonctionnement qui en découlent. Ce problème se présente même dans le cas de diaphragmes entièrement plats, qui ne sont pas soumis à des contraintes élevées. Selon le brevet allemand 27 42 139, il est prévu, pour un diaphragme de ce types qu'à la zone de fixation ou de serrage se raccorde une zone de guidage, orientée vers la zone libre dudit diaphragme, qu'elle maintient sur ses deux faces, le diaphragme pro- prement dit ne subissant donc aucun serrage de fixation. Le but visé par cette mesure consiste à séparer les con- traintes de traction des contraintes de flexion. Il est toutefois douteux que la durée de vie de diaphragmes pour- vus de renflements puisse être prolongée de cette manière. Avant tout, cette réalisation entraîne l'inconvénient d'un 1.0 encombrement supplémentaire du fait de la présence de la zone de guidage intérieure et (ou) extérieure, qui se rac- corde à la zone de serrage, le diamètre du diaphragme et ce- lui des pièces entre lesquelles celui-ci est logé devant alors être relativement importants. 1.5 On pourrait, il est vrai, dimensionner la zone de flexion d'un diaphragme de telle sorte qu'elle résiste aux contraintes qu'elle doit subir, mais la souplesse en serait fortement compromise. En tout état de cause, la matière en excédant favoriserait la formation de cavités indésirables, et en outre le comportement du diaphragme serait médiocre en flexion, en entraînant une réduction de rendement de la pompe qu'il équiperait. L'invention vise donc à créer un diaphragme pour pompes foulantes à haute pression, compresseurs, etc du type précité, qui présente, par rapport aux diaphragmes utilisés jusqu'à présent, une durée de vie nettement plus longue, également en cas de contraintes importantes, l'in- tervalle entre les défaillances d'une pompe équipée d'un tel diaphragme devant ainsi augmenter considérablement. En outre, malgré l'importance du volume propulsé, la zone de flexion du diaphragme ne doit subir qu'un allon- gement minime. Ce but est atteint, selon l'invention, en don- nant au diaphragme, sur sa face située en 1regard du fluide à propulser, une configuration presque plane dans la ré- gion de la chambre de refoulement, tandis que le renfle- ment est situé sur la face en regard du fluide d'entrai- nement du disphragme et fait corps avec ce dernier, et que la zone de flexion présente une section droite qui augmente constamment en direction du renflement. Le but recherché est d'ailleurs atteint, dans le cas du diaphragme cité précédemment, si seule la zone de flexion présente une section droite qui augmente constamment en direction du renflement. Pour déterminer l'angle de pente de la zone de flexion, il est opportun de choisir, pour la transition entre ladite zone et le renflement, un moment résistant supérieur d'un facteur allant de 1,1 à 5 au moment ré- sistant qui existe au niveau de la transition entre la même zone de flexion et la zone de fixation ou serrage, les relations entre: les moments résistants pouvant, par ailleurs, être transformées en relations entre les épais- seurs respectives de la zone de flexion au niveau de la transition vers le renflement, d'une part, et vers la zone de fixation, d'autre part, selon la formule: dl.T fn h1 = k d2-e- h2 360. 6 360. 6 o "k" est un coefficient dont l'ordre de grandeur va de 1,1 à 5. L'épaisseur de matière du diaphragme au niveau de la transition entre la zone de flexion et la zone de fixation devrait aller de 0,5 mm à 2 mm. En déterminant arbitrairement le diamètre de la zone de flexion au droit de la transition vers le renfle- ment, ainsi que le volume refoulé par coup de pompe, on peut choisir ce diamètre sur une courbe représentant la fonction trigonométrique tgl, dans laquelleW est l'angle de déviation du renflement, par rapport au diamètre supposé. Il est rationnel de choisir ce diamètre dans la partie intermédiaire de la courbe, comprise entre la partie à faible pente et la partie à forte pente. On peut déterminer alors l'angle de déviation T de la zone de flexion selon la formule: tg s. 2 d2 - d1 variable à partir de la course du diaphragme, et de la différence entre les diamètres des cercles délimitant la zone de flexion. Il est en outre avantageux, si l'on désire rap- peler le diaphragme vers sa position de départ après chaque excursion sous l'action d'un ressort, de munir le renfle- ment d'une tige ou queue perpendiculaire au diaphragme, à laquelle un ressort de compression peut être attelé. Par ailleurs, sur la face du diaphragme orientée vers le fluide à propulser, on peut prévoir, afin d'en fa- ciliter l'écoulement, des entailles radiales en forme de rainures, qui s'étendent utilement sur la longueur du dia- mètre correspondant au renflement. En outre, la face du diaphragme orientée vers le fluide à propulser peut présenter un évidement central, adapté de préférence à la configuration de la soupape d'ad- mission, le diamètre extérieur dudit évidement devant être tel qu'il soit recouvert par le renflement. Enfin, il es-t opportun de donner au renflement un profil trapézoïdal et de pratiquer dans ce renflement, sur sa face située en regard du fluide d'entraînement et (ou) sur la surface conique dudit renflement, des entail- les radiales en forme de rainures, afin d'améliorer les conditions d'écoulement du fluide hydraulique d'entraîne- ment sous pression. Un diaphragme ayant la forme préconisée par l'invention, c'est-à-dire présentant en regard du fluide à propulser une face presque plane, tandis que le renfle- ment est formé uniquement sur la face opposée, et dans le- quel la section droite de la zone de flexion augmente cons- tamment en direction du renflement, ou simplement un dia- phragme dans lequel la section droite de la zone de fle- xion augmente constamment en direction du renflement, a une durée de vie largement supérieure à celle d'un dia- phragme selon les réalisations pratiquées jusqu'à présent. Ee effet, un tel diaphragme n'oscille plus des deux c8tés, mais uniquement en direction de sa face orientée vers le fluide d'entraînement, cette face pouvant être dimension- née soit indépendamment, soit en conjugaison avec la face plane, en fonction de la charge de l'appareil. De plus, aucun excédent de matière ne doit être refoulé. L'allon- gement de la zone de flexion est donc réduit au minimum, ce qui garantit une durée de vie prolongée. Enfin, la réalisation selon les méthodes préco- nisées élimine, notamment dans l'hypothèse de la flexion unilatérale du diaphragme, l'apparition d'espaces morts du côté du fluide à propulser, qui limiteraient le rendement de l'appareil. Le diaphragme épouse au contraire étroite- ment la partie correspondante du carter, en évitant pres- que totalement les inclusions d'air dans le fluide à pro- pulser. Ainsi, une pompe pourvue d'un diaphragme selon l'invention bénéficie non seulement d'une durée de vie prolongée, mais encore d'une augmentation. de son débit. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permet- tra de mièux comprendre l'invention. 1.5 La Fig. 1 est une vue partiellement en coupe d'une pompe à haute pression pourvue d'un diaphragme. La Fig. 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, du diaphragme selon la Fig. 1 5 en position de repos. La Fig. 3 est une vue en plan du diaphragme que montre la Fig. 2, en regardant depuis le dessous. La Fig. 4 est une vue en plan du dessus du dia- phragme visible sur la Fig. 2. La Fig. 5 est une vue en coupe axiale du dia- phragme de la Fig.-2 dans sa condition déformée. La Fig. 6 est une vue partielle en coupe axiale à plus grande échelle de la zone de flexion du diaphragme selon la Fig. 1. La Fig. 7 est un graphique représentant une fonc- tion trigonométrique. La pompe à diaphragme 1 de la Fig0 1 se compose essentiellement d'un diaphragme 21 serré entre deux élé- ments de carter 2 et 3 pourvus de plaques de serrage et d'appui 4 et 5, ce diaphragme séparant une chambre de pression 6 d'une chambre de refoulement 7. Le diaphragme 21 est entraîné par un piston 11 coulissant dans un cy- lindre 12 et actionné par un organe moteur (non représenté) par exemple par un excentriques Le piston.1 agit sur le diaphragme 21 par l'intermédiaire d'une colonne de liquide qui se trouve dans la chambre de pression 6. A cet effet, la plaque 4 est traversée par des perçages 14 faisant com- muniquer avec la chambre de pression 6 l'espace 13 situé entre le diaphragme 21 et la plaque 4. Une soupape de sur- pression 15 communiquant avec la chambre de pression 6 par une conduite 16 permet d'arrêter les mixima de pression. Le diaphragme 21 porte une tige ou queue 28 for- mant corps avec lui et pourvue d'une section filetée 29 sur laquelle est vissé un écrou 17. Entre la plaque 4 et l'écrou 17 est monté un ressort de compression 18 qui re- pousse constamment le diaphragme 21 vers sa position de départ, en appui contre ladite plaque 4. Pendant la course d'aspiration, le fluide à propulser est aspiré dans la chambre de refoulement 7 par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration 8 aboutissant à une soupape d'admission 9, et pendant la course de refoulement le fluide est propulsé vers un canal de refoulement 10, la soupape d'admission 9 étant alors fermée. Ainsi qu'il ressort dans le détail des Fig. 2 à 6, le diaphragme 21 se compose d'une zone de fixation 22, serrée entre les éléments de carter 2 et 3, c'est-à-dire entre les plaques 3 et 4, d'une zone active de refoule- ment 23 et d'une zone de flexion 24, située entre les deux précédentes. En outre, la face 25 du diaphragme 21 orien- tée vers la chambre de refoulement 7 à la forme d'une surface planetandis que la face 26 située en regard de la chambre de pression 6 fait corps avec un renflement 27 qui se prolonge par la tige 28. Des entailles radiales en forme de rainures 30 sont pratiquées dans la face plane 25, afin de faciliter l'écoulement du fluide à propulser. En outre, un évidement central 31 est ménagé, danslequel vient.s'encastrer la soupape d'admission 9. La face opposée 26 du diaphragme 21 comporte également des entailles radiales 32, desti- nées à évacuer le fluide d'entraînement ou d'actionnement sous pression, ces entailles étant pratiquées d'une part dans la face du renflement 27, dont le profil est trapé- zoldal, et d'autre part dans la surface conique limitant latéralement ce renflement. Dans l'exemple de réalisation représenté, la zone de flexion 24 présente une section droite qui augmente cons- tamment en direction du renflement 27, la face 26 s'élevant selon une direction oblique formant un angle P par rapport à la face plane opposée. La valeur de cet angle f est déterminée en fonction des moments résistants respectifs des transitions a et b séparant la zone de flexion 24 du renflement 27, d'une part, et de la zone de serrage 22, d'autre part. Le moment résistant en b est calculé en se basant sur la charge maximale correspondant à un angleoC donné, déterminant la largeur b2 au droit du diamètre ex- - térieur de la zone, c'est-à-dire au sège de la contrainte de fléchissement. Etant donné que le moment résistant au droit de la transition a doit être égal au moment au droit de la transition b multiplié par un facteur compris entre 1,1 et 5, ledit moment et l'angle d'obliquité Jf peuvent être déterminés sans difficulté. Le rapport des moments résistants est transformé analogiquement en rapport entre l'épaisseur hi du dia- phragme au droit de la transition a de la zone de flexion 24 au renflement 27 et l'épaisseur h2 au droit dé la tran- sition b de ladite zone de flexion 24 à la zone de fixa- tion 22. Ce rapport est donné par la formule: dl *gT * " hI k. d2 * 'd h2 360.6 360. 6 o k est un coefficient dont l'ordre de- grandeur va de 1,1 à 5. En outre, on part de l'hypothèse selon laquelle la valeur de h2 doit être comprise entre 0,5 mm et 2 mm. La valeur maximale de la course s du diaphragme 21 ne doit pas dépasser 5 mm. Etant donné que le diamètre d2 du cercle de transition b dépend du volume souhaité de liquide propulsé, conaissant la longueur admissible de la course, on peut choisir d2 avec assez de précision pour déterminer les cotes de la pompe 1. L'angle de déviation ou de débattement ç de la zone de flexion peut être déterminé d'après la relation 2.s tg y = d2 - d1 variable Comme l'indique la Fig. 7, le diamètre d1 sera choisi dans la partie comprise entrela pente plate et la forte pente d'une courbe représentant la fonction trigono- métrique tg de l'angle ï en fonction du diamètre variable d1. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- diaphragme pour pompes foulantes à haute pression, compresseurs, etc., comprenant une zone périphé- rique de fixation, une zone annulaire de flexion faisant suite à la précédente et enfin une zone centrale active pré- sentant un renflement, caractérisé en ce que la face (25) du diaphragme (21) orientée vers le fluide à propulser et la soupape d'admission (9) présente une surface presque plane, en ce que le renflement (27) situé sur la face (26) orientée vers le fluide d'entraînement (piston 11) fait corps avec ce diaphragme (21), et en ce que la zone de flexion (24) présente une section droite qui augmente cons- tamment en direction du renflement (27). 2.- Diaphragme pour pompes foulantes à haute pression, compresseurs, etc., comprenant une zone périphé- rique de fixation, une zone annulaire de flexion faisant suite à la précédente et une zone centrale active présen- tant un renflement, caractérisé en ce que la zone de fle- xion (24) dudit diaphragme (21) présente une section droite qui augmente constamment en direction du renflement0 3.- Diaphragme suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle de pente ( p) de la zone de flexion (24) est déterminé en choisissant, au droit de la transision (a) de cette zone avec le renflement (27), un moment résistant -supérieur d'un facteur allant de 1,1 à 5 au moment résistant au droit de la transition (b) de la zone de flexion (24) avec la zone de fixation ou de serrage (22). 4.- Diaphragme suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les rapports entre les moments résis- tants peuvent être transformés en rapports entre les épaisseurs respectives de la zone de flexion (24), d'une part au droit de la transition (a) entre ladite zone de flexion (24) et le renflement (27), et d'autre part au droit de la transition (b) entre ladite zone de flexion (24) et la zone de fixation (22), selon la formule: d1t.".c h2 i k. d2 'y h2 360. 6 360. 6 o k est un facteur compris entre 1,1 et 5. 5.- Diaphragme suivant la revendication4, carac- térisé en ce que l'épaisseur (h2) du diaphragme (21) au droit de la transition (b) entre la zone de flexion (24) et la zone de fixation (22) est comprise entre 0,5 mm et 2mm. 6.- Diaphragme suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, pour lequel le diamètre extérieur de la zone de flexion, au droit de la transition vers la zone de serrage, est arbitraitement choisi, ainsi que le volume déplacé par le diaphragme, caractérisé en ce que le diamètre (d1) de la zone de flexion diamètre (d1). 7.- Diaphragme suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que le diamètre (d1) de la zone de flexion (24) au droit de la transition (a) vers le renflement (27) a une valeur représentée par un point de la courbe situé entre la partie à faible pente de cette dernière et sa partie à forte pente. 8._- Diaphragme suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que le renflement (27) porte une tige ou queue (28) qui s'étend perpendicu- lairement audit diaphragme. 9.- Diaphragme suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 8, caractérisé en ce que ce diaphragme 21 présente, sur sa face (25) orientée vers le fluide à pro- pulser, des entailles radiales (30) en forme de rainures. 10.- Diaphragme suivant la revendication 9, ca- ractérisé en ce que les entailles (30) s'étendent appro- ximativement le long de diamètres correspondant à celui du renflement (27). 11.- Diaphragme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que sa face (25) orientée vers le fluide à propulser présente un évidement (31) adapté de préférence à la configuration de la soupa- pe d'admission (9). 12.- Diaphragme suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le diamètre de l'évidement (31) est dimensionné de façon à être recouvert par le renflement (27) prévu sur l'autre face. 13.- Diaphragme suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 12, caractérisé en ce que le renflement (27) présente une section droite trapézoïdale. 14.- Diaphragme suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 13, caractérisé en ce que la face du ren- flement (27) orientée vers le fluide W'entrainement (pis- ton 11) et (ou) sa surface latérale conique présentent des entailles radiales (32) en forme de rainures. e