Brevet FR2476235A1 — publié le 19810821

POMPE A PISTON L'invention concerne une pompe à piston pour le refoulement d'un fluide comportant une soupape d'aspiration munie d'une tête de soupape sollicitée par un ressort ou analogue. Des pompes à piston sont utilisées, par exemple, pour le refou- lement de gaz liquéfiés à basse température, encore que leur emploi ne soit pas limité à ce domaine d'application. La soupape d'aspiration de ces pompes comprend une tête de soupape qui est sollicitée vers la po- sition de fermeture par un ressort et ne se déplace vers la position d'ouverture que sous l'effet de la pression du fluide à refouler. Une pompe à piston de ce type est décrite dans le périodique "LINDE- Berichte aus Technik und Wissenschaft", 36/1975, pages 15 à 22. Aussi longtemps que le piston de la pompe animé d'un mouvement de va-etvient dans un cylindre s'éloigne de la tête de soupape de la soupape d'aspiration, celle-ci est ouverte et le fluide a refouler s'écoule vers l'intérieur du cylindre. Quand le sens de mouvement du piston est inversé, la pression agissant du côté cylindre sur la tête de soupape, s'accroit et la soupape d'aspiration se ferme. Le fluide contenu dans le cylindre est délivré par l'intermédiaire d'une soupape de refoulement jusqu'à ce que le piston ait atteint l'autre point mort, après quoi la tête de soupape ouvre à nouveau la soupape d'aspiration et le fluide s'écoule de nouveau vers le cylindre, et ainsi de suite. La fonction du ressort consiste a fermer la soupape d'aspira- tion immédiatement dès que le piston, après l'achèvement de la course d'aspiration, commence sa course en sens inverse. On empêche, de cette manière, le Fluide aspiré dans le cylindre d'être refoulé dans la con- duite d'alimentation, afin d'éviter une diminution correspondante du débit de la pompe à piston. Toutefois, il se produit, du fait de l'action du ressort sur la soupape-d'aspiration, une perte indésirable de pres- sion d'ouverture. Pour au *. soupape d'aspirat on s'ouvre instantanément dès le commencement du mouvement d'aspiration du piston, il est néces- saire que le fluide à pomper présente une pression accrue. La pression est produite par augmentation de la hauteur de la colonne d'amenée du fluide vers la pompe à piston. L'augmentation de la hauteur de colonne d'amenée entraîne des coûts relativement élevés, car ou bien le réservoir de liquide à vider doit être surélevé, ou bien l'enceinte recevant la pompe à piston doit être surbaissée. Pour des raisons d'économie, la hauteur de colonne d'amenée géodésique (hauteur de maintien de pression totale) doit être maintenue aussi faible que possible, ce qui précisément n'est possible que dans une certaine mesure, à cause de la présence du ressort indis- pensable pour les raisons exposées plus haut. Le but de la présente invention est de créer une pompe à piston du genre décrit ci-dessus, qui présente un débit élevé tout en n'impli- quant que des coûts relativement faibles d'installation et d'exploita- tion. La pompe faisant l'objet de l'invention est remarquable notam- ment en ce que la tête de soupape et le piston comportent des éléments qui produisent une force magnétique antagoniste de la force du ressort. Cependant que la tête de soupape est sollicitée par le ressort vers le siège de soupape, la tête de soupape et le piston comportent, conformément à l'invention, des éléments qui compensent, au moins en partie, la force du ressort. Dans la pompe selon l'invention, trois forces différentes agis- sent sur la tête de soupape à savoir: la force résultant de la diffé- rence des pressions régnant respectivement sur les deux côtés de la soupape, la force du ressort et la force magnétique. La force de pres- sion dépend, d'une part, de la hauteur de la colonne d'amenée du- fluide à pomper et, d'autre part, du sens du mouvement du piston. La force ma- gnétique diminue en fonction de l'accroissement de la distance entre le piston et la tête de soupape et est maximale pour le point mort du piston au commencement du mouvement d'aspiration. A ce moment, le mou- vement d'ouverture de la tête de soupape est-commandé non seulement, comme dans les pompes connues, par la pression du fluide, mais en plus par la force d'attraction magnétique agissant entre la tête de soupape et le piston. Ceci présente l'avantaage que la soupape d'aspiration s'ouvre à peu près instantanément, sans retard, au commencement de la phase d'aspiration, ce qui entraîne un accroissement du débit de la pompe, de sorte qu'en outre, la hauteur de la colonne d'amenée du fluide peut êtreréduite, car la force de pression du liquide est remplacée, au moins en partie, par la force magnétique. - Puisque la force magnétique diminue ensuite au fur et à mesure que le piston poursuit sa course d'aspiration, les autres étapes du fonctionnement de la pompe, en particulier la fermeture rapide de la soupape d'aspiration au commencement de la course de refoulement du piston, ne sont pas influencés. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le piston de la pompe est constitué par un aimant perma- nent. Dans une forme de réalisation avantageuse, la tête de soupape comporte, dans sa zone dirigée vers le piston, une couche de revêtement de matière ferromagnétique. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la force magnétique est plus grande que la force du ressort lorsque la distance entre la tête de soupape et le piston est relativement petite. Ce ré- sultat est obtenu par un choix convenable de l'intensité du champ magné- tique et des caractéristiques du ressort. Par "petite distance", on entend ici une distance qui est faible par rapport à la longueur de course du piston. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée en référence à la figure unique annexée qui représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention, à titre d'illustration, mais non de l'invention. La pompe à piston selon l'invention est utilisée pour le refou- lement d'un gaz liquéfié à basse température. Les parties de l'enveloppe ex- terieure 1 de la pompe qui entrent en contact avec le gaz liquide froid présentent une structure à double paroi. La chambre formée entre les deux parois forme une isolation à vide. Les pertes par évaporation dans la pompe à piston peuvent ainsi être maintenues à un faible niveau. A l'intérieur du corps de pompe est disposé un cylindre 2 qui est entouré d'une enveloppe intérieure cylindrique 3 liée à l'enveloppe ex- térieure 1. Un piston 4 est monté dans le cylindre 2 et animé d'un mou- vement de va-et-vient entre deux positions terminales ou points morts, par des moyens convenables. Le cylindre 2 est fermé par une soupape d'aspiration 5 qui comporte un siége de soupape 6 lié au cylindre 2, un corps de soupape 7 fixé sur le corps 7, un manchon de guidage 8 disposé coaxialement au cylindre et solidaire du corps de soupape 7, ainsi qu'une tige de soupape 9 montée à coulissement axial dans le manchon de guidage 8. La tige de soupape 9 pénètre, à une de ses extrémités dans le cylin- dre et y porte une tête de soupape 10 disposée dans le cylindre à l'intérieur du siège de soupape 6. Le diamètre extérieur de la tête de soupape 10 est plus grand que le diamètre intérieur du siège 6. Un disque de butée 12 est fixé sur l'autre extrémité de la tige de sou- pape 9. Le disque de butée 12 présente sensiblement le même diamètre que le manchon de guidage 8. Le disque de butée 12 sert à limiter la course axiale de la tige de soupape 9 lors de l'ouverture de la soupape d'aspiration 5. Un ressort de compression 11, qui s'appuie, d'un côté, sur le manchon de guidage 8 et, de l'autre côté, sur le disque de butée 12, sollicite la soupape d'aspiration 5 vers la position de fermeture, dans laquelle la tête de soupape 10 repose sur le siège 6. La pompe à piston présente une ouverture d'amenée 13 pour le gaz liquide à pomper ou refouler, une ouverture de refoulement 15 mu- nie d'une soupape de refoulement 14 pour le gaz liquide comprimé à une pression relativement par le piston 4, élevée, ainsi qu'une ouverture d'échappement 16 pour l'évacuation du gaz liquide vaporisé. Conformément à l'invention, le piston 4 est constitué par un aimant permanent. La tête de soupape 10 est revêtue, sur sa face diri- gée vers le piston 4, d'une matière ferromagnétique. Il en résulte entre le piston 4 et la tête de soupape 10 une force d'attraction ma- gnétique qui est antagoniste de la force du ressort- 11. - La pompe à piston selon l'invention fonctionne de la façon sui- vante: Le gaz liquide doit être pompé à partir d'un réservoir (non représenté sur la figure). Ce réservoir est relié à l'ouverture d'ame- née 13 de la pompe à piston. Etant donné que le transport du gaz liquide a généralement lieu à une température voisinedu point d'ébullition, une partie au moins du liquide s'évaporerait lors du mouvement ou course d'aspiration du pis- ton 4. Pour cette raison, on doit faire en sorte que le gaz liquide à refouler puisse s'écouler par l'action de sa propre pression dans le cylindre 2 de la pompe à piston. C'est pourquoi le réservoir de gaz liquide est placé à une certaine hauteur au-dessus de la pompe. La force d'attraction magnétique entre le piston 4 et la tête de soupape 10 augmente au fur et à mesure que la distance entre le piston et la tête de soupape diminue et est choisie de façon telle qu'elle soit plus grande que la force du ressort Il lorsque la dis- tance entre le piston 4 et la tête de soupape 10 atteint son maximum. Dès que le piston 4 commence son mouvement d'aspiration, la tête de soupape 10 est entraînée par le piston et dégage l'ouverture de la soupape. Le disque de butée 12 limite la course de la tige de soupape 9. Le gaz liquide s'écoule à travers l'ouverture de la soupape d'as- piration dans le cylindre 2. Quand le piston 4 a atteint la position extrême de sa course (par exemple 45 minl) et que le sens de son mouve- ment est inversé, la soupape d'aspiration 5 se ferme instantanément par l'action du ressort 11. A cette distance entre le piston 4 et la tête de soupape 10, la force d'attraction magnétique a une valeur né- gligeable. Le piston 4 refoule maintenant le gaz liquide contenu dans le cylindre 2 à travers la soupape de refoulement 14 dans l'ouverture de décharge 15. L'objet de la présente invention permet de diminuer la hauteur de la colonne d'amenée à un point tel que la pression du gaz liquide suffise tout juste à maintenir la tête de soupape 10 dans la position d'ouverture contre la force du ressort 11. L'ouverture instantanée de la soupape d'aspiration 5 dès le commencement du mouvement d'aspira- tion du piston 4 est assurée par la force d'attraction magnétique entre le piston 4 et la tête de soupape 10. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et, elle est susceptible de nombreuses variantes, acces- sibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Pompe à piston pour transporter un fluide, comportant une soupape d'aspiration pourvue d'une tête de soupape sollicitée par un ressort ou analogue, caractérisée en ce que la tête de soupape (10) et le piston (4) comprennent des éléments qui produisent une force magnétique dirigée contre la force d'un ressort. 2. Pompe à piston suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (4) est constitué par un aimant permanent. 3. Pompe à piston suivant la revendication 1 ou 2, caractéri- sée en ce que la tête de soupape (10) comporte dans sa zone dirigée vers le piston (4), une couche de matière ferromagnétique. 4. Pompe à piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la force magnétique est plus grande que la force du ressort lorsque la distance entre la tête de soupape (10) et le piston (4) est relativement faible.