Brevet FR2474607A1 — publié le 19810731

L'invention concerne les pompes et les moteurs rotatifs, et plus particulièrement des pompes et des moteurs à organes d'impulsion rotatifs, ainsi qu'un dispositif destiné à fermer de manière étanche les extrémités des organes d'impulsion. Les pompes et les moteurs rotatifs, par exemple les pompes à engrenage, comportent deux organes d'impulsion se présentant sous la forme de pignons en prise, et un corps qui entoure étroitement une partie de la périphérie de chaque organe d'impulsion afin de coopérer avec les dents de ce dernier pour aspirer un fluide sur le côté à basse pression de la pompe et l'entraîner vers le côté à haute pression. Les dents en prise empêchent pratiquement tout écoulement de retour entre les organes d'impulsion sous l'effet de la différence de pression entre les côtés de refoulement et d'aspiration de la pompe. Des plaques d'extrémité sont destinées à limiter l'écoulement de retour entre les extrémités des organes d'impulsion, qui tournent, et le corps. Un problème important posé dans ces pompes et moteurs est celui du réglage des plaques d'extrémité pour qu'elles soient suffisamment serrées pour empêcher pratiquement tout écoulement de retour, tout en présentant un jeu suffisant pour empêcher les organes d'impulsion de se coincer et de s'arrêter. Etant donné que les organes d'impulsion sont généralement réalisés en acier et que les plaques d'extrémité sont réalisées en bronze, une autre complication résulte du fait que le coefficient de dilatation thermique du bronze est supérieur à celui de l'acier, de sorte que les plaques d'extrémité doivent avoir un diamètre inférieur à celui du corps pour compenser la différence de dilatation. Enfin, les plaques d'extrémité encastrées sont avantageusement montées de manière à pouvoir "flotter" par rapport aux extrémités des organes d'impulsion, la face de la plaque tournée vers l'organe d'impulsion étant soumise à la pression du fluide provenant du côté de refoulement de la pompe afin de produire une pression d'équilibrage qui repousse la plaque contre les extrémités des organes d'impulsion pour réaliser le joint souhaité. Ceci pose un problème, très sensible qui résulte du 2 2474607 fait que les pressions exercées par le fluide sur les faces de la plaque à proximité de l'organe d'impulsion diffèrent sensiblement entre le côté de refoulement et le côté d'aspi- ration, ce qui engendre un déséquilibre de pression et, dans certains cas, un coincement de l'organe d'impulsion et de la plaque. Ces problèmes sont connus depuis longtemps et décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 1 972 632 et NI 2 714 856, ces brevets proposant des solutions à ces problèmes, solutions qui, dans des conditions précises, ont donné satisfaction et ont été efficaces. Cependant, la technologie moderne exige des pompes et des moteurs fonction- nant sous des pressions toujours plus élevées, ce qui aggrave les problèmes à un point tel que les solutions de l'art antérieur ne sont plus applicables. L'invention concerne une machine perfectionnée pouvant assumer les fonctions d'une pompe et d'un moteur rotatifs et conçue pour éliminer ces problèmes, même sous des pressions très élevées. L'invention concerne également des plaques d'extrémité perfectionnées, destinées à porter contre les extrémités des organes d'impulsion rotatifs, ces derniers atteignant un degré d'équilibrage uniforme de pression qu'il était impossible d'obtenir jusqu'à présent dans des pompes et des moteurs rotatifs. Les plaques d'extrémité sont symétriques et permettent donc une inversion du sens d'écoulement dans la pompe ou le moteur. Par suite du meilleur équilibrage, la durée de vie des plaques d'extrémité est notablement accrue, de même que le rendement de la pompe. L'invention concerne donc avantageusement une pompe et un moteur rotatifs comprenant.un organe d'impulsion rotatif, une plaque de poussée appliquée contre une extrémité de l'organe d'impulsion, et un corps renfermant la plaque et l'organe d'impulsion et dont une partie s'ajuste étroitement autour d'une partie de l'organe d'impulsion afin de retenir un fluide entre ce dernier et le corps, des arbres, situés aux deux extrémités de l'organe d'impulsion et concentriques à ce dernier, faisant saillie dans des paliers disposés à l'intérieur du corps. La plaque de poussée présente une 3 2474607 ouverture recevant un arbre. Le corps présente des orifices de sortie et d'entrée, diamétralement opposés. Le bord périphérique de la plaque de poussée s'étend pratiquement en contact avec le corps, sensiblement sur toute sa périphérie. Le bord périphérique de la plaque présente au moins une encoche adjacente à chacun des orifices de sortie et d'entrée, et au moins une encoche située entre les encoches adjacentes aux orifices d'entrée et de sortie, lesdites encoches faisant communiquer entre eux les deux côtés de la plaque. Une partie en creux de la face de la plaque est située au niveau de chaque encoche, et une portée est située entre les parties en creux de manière à s'appliquer contre l'organe d'impulsion pour séparer de manière étanche les parties en creux et les encoches, les portées étant dimensionnées de manière à réaliser un joint d'une dent entre des parties en -creux adjacentes. Un joint annulaire, logé dans l'ouverture de la plaque de poussée, reçoit l'arbre entre les extrémités de l'ouverture et forme, avec le palier correspondant, deux chambres séparées. Un canal établit une communication entre l'encoche située entre les orifices et une chambre formée par le joint annulaire, l'organe d'impul- sion et les paliers. La pompe ou le moteur comporte avanta- geusement deux organes d'impulsion rotatifs et les plaques ont la forme d'un "8", les axes des organes d'impulsion étant à peu près concentriques aux ouvertures circulaires du "8". La plaque comporte avantageusement une partie en creux qui s'étend entre les extrémités opposées du "8", sur la face portant contre les organes d'impulsion et espacée des ouvertures circulaires par une portée, et deux parties en creux, situées de part et d'autre d'une ligne centrale traversant le "8" et espacées des ouvertures circulaires et l'une de l'autre par une portée. Les parties en creux sont soumises à la pression du fluide contenu à l'intérieur de la pompe, les deux parties en creux situées aux orifices d'entrée et de sortie étant soumises à la pression du fluide régnant dans chacun de ces orifices, alors que les parties en creux situées aux extrémités opposées sont soumises à la pression du fluide provenant de l'organe d'impulsion. Ces 4 2474607; forces exercées par les fluides produisent des forces antagonistes entre les organes d'impulsion et la plaque, ce qui réduit l'usure des pignons et des plaques, accroit la vitesse admissible de fonctionnement et la pression admissible, et réduit l'échauffement du liquide. La chambre délimitée entre le joint, la paroi de l'ouverture ménagée dans la plaque de poussée, l'organe d'impulsion et les paliers reçoit un fluide sous haute pression par le canal provenant de l'encoche intermédiaire, de manière à établir entre l'organe d'impulsion et la plaque de poussée une pression d'équilibrage qui contre-balance la pression régnant dans l'autre chambre formée par le joint, cette pression agissant entre le corps et la plaque de poussée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle, passant par les axes des organes d'impulsion, d'une pompe ou d'un moteur rotatif; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II- II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan d'une plaque d'extrémité, montrant la face avant de cette dernière qui porte contre les extrémités des organes d'impulsion; - la figure 4 est une vue-de la face arrière de la plaque de poussée représentée sur la figure 3; - la figure 5 est une coupe de la plaque de poussée suivant la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne VI-VI de la figure 4; et - la figure 7 est une vue de la face arrière d'une seconde forme de réalisation de la plaque de poussée selon l'invention. Les figures représentent une pompe 10 à engrenage, qui peut également être utilisée comme un moteur et qui comporte deux organes d'impulsion dentés 11 et 12, engrenant et placés entre deux plaques extrêmes 13.et 14 de poussée, un élément central 15 de corps entourant les 2474607; surfaces extérieures des organes d'impulsion et des plaques. Cet élément 15 de corps présente des orifices 15a et 15b qui peuvent être utilisés de manière interchangeable comme orifices d'entrée et de sortie pour la pompe. Les plaques 13 et 14 de poussée et l'élément 15 de corps sont renfermés entre deux éléments extrêmes 16 et 17 de corps et des boulons 18 traversent les éléments 15 et 17 et se vissent dans l'élément 16 afin de maintenir les éléments de corps assemblés de manière étanche les uns avec les autres. La face intérieure de l'élément 17 de corps s'étend dans un plan continu, sauf à l'emplacement de deux évidements cylindriques dans lesquels sont logés des paliers 19 et 20. Ces derniers supportent des moyeux cylindriques et creux 22 et 23. La plaque 14 de poussée, qui est identique à la plaque 13, sera décrite en détail. La plaque 14 de poussée présente deux ouvertures 24 et 25 dans lesquelles passent les moyeux 22 et 23, et ces ouvertures sont fraisées sur la face arrière de la plaque afin de présenter des lamages 26 et 27 dans lesquels s'ajustent étroitement les extrémités en saillie des bagues extérieures des paliers 19 et 20 (figure 1). La face avant de la plaque 14 de poussée, montrée sur la figure 3, présente la forme d'un "8" comportant des portées annulaires 30 et 31 qui entourent les ouvertures 24 et 25 et qui sont reliées à des portées radiales et opposées 32 et 33 et à une portée transversale 34 s'étendant entre les portées et 31. La partie comprise entre les portées 30, 31, 32, 33 et 34 constitue un évidement formant des chambres 35 et 36 situées aux extrémités de la plaque 14 et des chambres 37 et 38 situées sur les côtés d'entrée et de sortie de la plaque 14. Ces chambres 35, 36, 37 et 38 sont très peu profondes et constituent des chambres de pression situées sur la face de la plaque 14. Des encoches 39 et 40, situées aux extrémités opposées de la plaque 14, font communiquer les chambres 35 et 36 avec la face arrière de la plaque 14, à travers le bord périphérique de cette dernière. Des encoches 41 et 42, situées sur les côtés d'entrée et de sortie du bord périphé- rique, font communiquer les chambres 37 et 38 avec la face arrière de la plaque 14. La face arrière de la plaque 14, 2474607; représentée sur la figure 4, présente évidemment aussi la forme d'un "8" ayant des surfaces planes qui sont parallèles aux surfaces planes adjacentes de l'élément 17 de corps, cette face arrière présentant également les lamages 26 et 27 mentionnés précédemment. Chacun de ces lamages 26 et 27 comporte une gorge annulaire 29 située entre ses extrémités et logeant une bague 29a d'étanchéité. La bague 29a peut être en "Teflon" armé ou en matière analogue. Un canal 29b part de chacune des encoches 39 et 40 et débouche dans la zone comprise entre la bague 29a d'étanchéité et le fond 26a ou 27a de chacun des laiages 26 et 27. En cours de fonctionnement, le fluide à haute pression du côté de sortie provoque une légère translation des plaques 13 et 14 de poussée et des organes d'impulsion 11 et 12 vers le côté à basse pression. Ceci permet à ce fluide à haute pression d'atteindre, en passant par de légers jeux entre la surface périphérique des plaques de poussée et les organes d'impulsion, les canaux 29b, de sorte que ce fluide met sous pression la chambre formée par la bague 29a d'étanchéité, les parois des lamages 26 et 27, les paliers et la face de l'organe d'impulsion portant contre la plaque de poussée, cette pression produisant une force qui contre- balance les forces tendant à déplacer la plaque de poussée de l'arrière vers l'organe d'impulsion, ce qui réduit l'usure se produisant autrement lors du fonctionnement sous haute pression. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 7, les éléments identiques à ceux représentés sur les figures 1 à 6 portent les mêmes références auxquelles un signe "prime" est ajouté. Dans cette forme de réalisation, la face arrière de la plaque 14' présente deux rainures espacées 52, 53, 54, 55, 64 et 65 qui séparent de la partie centrale du "8" les extrémités extérieures semicirculaires et qui reçoivent des joints 58, 59, 60, 61, 62 et 63 en élastomère isolant les extrémités extérieures de la partie centrale afin de former des poches ou chambres séparées. Chaque joint a une longueur égale à celle de la rainure correspondante et dépasse légèrement audessus du haut de la rainure afin de s'appliquer de façon étanche contre la surface du corps 17. 2474607 ' Le bord périphérique de la plaque 14 présente des encoches 39 et 40 aux deux extrémités, comme mentionné précé- demment, ces encoches étant réalisées sur toute la largeur de la plaque. Elles assument deux fonctions, à savoir la possibilité d'une communication d'un côté à l'autre de la plaque 14 et la protection de cette dernière contre tout gauchissement sous l'effet de l'échauffement résultant du fonctionnement. La réalisation, le montage et le fonctionnement de la plaque 13 correspondent à ceux de la plaque 14, et il en est de même pour les plaques 13' et 14' qui ne sont donc pas décrites en détail. L'élément extrême 16 du corps coopère avec la plaque 13 de la même manière que l'élément extrême opposé 17 du corps coopère avec la plaque 14. Au cours du fonctionnement, les chambres 35 et 36 et la zone comprise entre les rainures 52 et 53, à une extrémité, et les rainures 54 et 55 à l'autre extrémité, sont mises sous pression par le fluide passant entre le corps et l'organe d'impulsion, afin que les extrémités des plaques soient totalement équilibrées. De la même manière, la chambre 37 située à l'avant et la zone délimitée par les rainures 52, 54 et 65, située à l'arrière, sont soumises à la pression d'entrée et la chambre 38, située à l'avant, et la zone délimitée par les rainures 53, 55, 64 sont soumises à la pression de sortie. Par conséquent, le montage étanche des plaques 13 et 14 entre les éléments 16 et 17 du corps et les organes d'impulsion 11 et 12 est maintenu de manière- équilibrée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pompe décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. 2474607, REVENDICATIONS 1. Machine pouvant être utilisée comme pompe ou moteur à organes d'impulsion rotatifs, caractérisée en ce- qu'elle comporte deux organes d'impulsion rotatifs (11, 12), une plaque (14) de poussée qui présente une première face portant contre des extrémités correspondantes des organes d'impulsion, un corps qui comprend un premier élément (15) entourant les organes d'impulsion et le bord périphérique de la plaque, et un second élément (17) renfermant une seconde face de la plaque opposée aux organes d'impulsion, des organes (18) fixant de manière amovible les deux éléments du corps l'un à l'autre, le corps présentant des orifices d'entrée et de sortie (15a, 15b), diamétralement opposés, le premier élément comportant des parties semicirculaires qui s'ajustent étroitement avec les organes d'impulsion afin qu'un fluide soit retenu entre lesdites parties semi- circulaires et les organes d'impulsion, ces parties semi- circulaires étant en contact avec des parties adjacentes du bord périphérique de la plaque, des arbres (22, 23) étant situés aux extrémités des organes d'impulsion, concentrique- ment à ces derniers, la- plaque de poussée pouvant être déplacée axialement dans le corps pour porter contre les organes d'impulsion, et présentant deux ouvertures (24, 25.) concentriques aux arbres et -lamées (26, 27) dans la seconde face de la plaque, des paliers (19, 20) portant les organes d'impulsion et comportant une partie périphérique extérieure qui ne tourne pas, qui est fixée dans -le second élément du corps et qui pénètre dans les lamages (26, 27), le abord périphérique de la plaque de poussée présentant au moins une encoche (39 ou 40) adjacente à chacun des orifices d'entrée et de sortie, et au moins une encoche (41 ou 42) située à. chaque extrémité, entre lesdites encoches adjacentes aux orifices d'entrée et de sortie, plusieurs chambres (35, 36, 37, 38) étant formées sur la première face de ladite plaque, à proximité des organes d'impulsion et étant délimitées par des portées radiales (30, 31, 32, 33, 34) de la première face, ces portées, qui s'appliquent contre les organes d'impulsion, étant dimensionnées de manière à réaliser-avec 9 2474607i chaque organe d'impulsion, entre les chambres adjacentes, un joint correspondant à une dent, un joint annulaire (29a) étant logé dans chaque lamage, entre les extrémités de ce dernier, et formant dans ce lamage deux chambres séparées, un canal (29b) établissant une communication entre l'une des chambres de chaque lamage et l'encoche intermédiaire adjacente (41 ou 42). 2. Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les joints sont logés dans des gorges annulaires (29) réalisées dans les lamages, entre les extrémités de ces derniers. 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les chambres ménagées dans ladite première face sont situées en retrait dans cette face. 4. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle présente des orifices opposés d'entrée et de sortie (15a, 15b) ménagés dans le corps, sur les cotés opposés des organes d'impulsion, une chambre (37 ou 38) étant située sur chacune des première et seconde faces de la plaque, à proximité de chacun des orifices d'entrée et de sortie, et une chambre étant située sur chacune des première et seconde faces de la plaque, à proximité de la partie du corps et des organes d'impulsion dans laquelle le fluide est retenu. 5. Plaque de pression destinée aux extrémités correspondantes de deux organes d'impulsion (11, 12) qui coopèrent dans une pompe ou un moteur rotatif, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps métallique qui présente une première face destinée à porter contre les extrémités des organes d'impulsion, deux ouvertures (24, 25) destinées à recevoir des arbres (22, 23) des organes d'impulsion et une seconde face à peu près parallèle à la première face, des portées radiales (32, 33) situées sur la première face, s'appliquant contre les organes d'impulsion afin de limiter l'écoulement sur la première face, les portées étant dimensionnées de manière à réaliser avec les organes d'impulsion, entre des chambres adjacentes, un joint corres- pondant à une dent des organes d'impulsion, un joint 2474607. annulaire (29a) étant logé dans un lamage (26) de la plaque, entre les extrémités de ce lamage, de manière à former deux chambres séparées à l'intérieur de ce dernier, un canal (29b) établissant une communication entre le bord périphérique de la plaque de poussée, aux extrémités opposées de cette dernière, et l'une des chambres de chaque lamage. 6. Plaque de pression selon la revendication 5, caractérisée en ce que le joint est un organe en "Teflon" logé dans une gorge annulaire (29) de chaque lamage. 7. Plaque de pression selon l'une des revendica- tions 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle présente la forme générale d'un "8". 8. Plaque de pression selon la revendication 6, caractérisée en ce que les chambres de la première face sont situées en retrait dans cette face. 9. Plaque de pression selon la revendication 6, caractérisée en ce que son bord périphérique présente des encoches (39, 40) situées à des extrémités diamétralement opposées et sur des côtés diamétralement opposés de manière à établir des communications entre les première et seconde faces, les canaux établissant des communications entre lesdites encoches et l'une des chambres de chaque lamage. 10. Plaque de pression selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle présente plusieurs rainures radiales et espacées (52, 53, 54, 55) s'étendant entre lesdites ouvertures (24', 25') et le bord périphérique de la plaque de poussée (14') sur la seconde face de cette dernière, des joints en élastomère (58, 59, 60, 61) étant logés dans ces rainures.