Brevet FR2503273A1 — publié le 19821008

POMPE HYDRAULIQUE La présente invention concerne les pompes hydrauliques et plus particulièrement celles qui comportent un barillet tournant par rapport à une glace, le barillet comprenant un certain nombre de pistons coulissant dans des cylindres pour assurer essentiellement deux fonctions, en l'occurrence celles d'aspiration et de refoulement. De telles pompes sont déjà bien connues, particulière- ment dans le domaine aéronautique o elles assurent le pompage autorégulé d'un fluide de commande de diffé- rents organes hydrauliques. Plus particulièrement, dans de telles pompes, se trou- vent, une glace comportant au moins deux lumières, une d'aspiration et l'autre de refoulement, un barillet se déplaçant en rotation contre cette glace, un ensemble de pistons coulissant dans des cylindres dans un mou- vement alternatif, correspondant dans le cas d'une montée dans un cylindre à la fonction aspiration et à une descente à la fonction refoulement. De plus, cette pompe comprend des moyens d'entra nement en rotation de ce barillet par rapport à la glace. Ceux-ci sont essentiellement constitués par un arbre rotatif couplé au barillet et pivotant dans un loge- ment fixe par rapport à la glace. Ce logement est réalisé dans un corps qui, de plus, soutient la glace. Il est à noter que ce logement peut se situer, soit à la périphérie du barillet, ou alors dans certain cas, en son centre. De toute façon, il est nécessaire que la rotation de l'axe par rapport à la paroi du logement soit favorisée pour éviter tout coincement car, quand une telle pompe fonctionne, elle entra ne sur l'axe de rotation une résultante de forces d'une val.eur non négligeable.. Pour cela, généralement l'arbre est couplé au logement par un palier à roulement comme,par exemple,à aiguil- les. Cet agencement donne de bons résultats mais, par contre, la durée de vie peut ne pas être assez grande pour satis- faire tous les domaines d'utilisation de ces pompes, no- tamment aux très hautes vitesses de rotation et de pression de refoulement. De plus, la géométrie déterminée par les considérations d'encombrement de masse, et les différents paramètres hy- drauliques à respecter, le niveau de bruit, impose un dimensionnement réduit de ce palier. La présente invention a pour but de réaliser une pompe hydraulique ayant des qualités structurelles lui permettant d'avoir une durée de vie assez longue pour être acceptée dans tous les domaines techniques et surtout celui de l'aéronau- tique. Plus précisément, la présente invention a pour objet une pompe hydraulique comportant: - une glace dans laquelle sont pratiquées deux lumières respectivement d'aspiration et de refoulement, - un corps de support de ladite glace, - un barillet apte à pivoter, d'une part, autour d'un axe perpendiculaire à la surface de ladite glace dans un palier solidaire dudit corps de support, et, d'au- tre part, contre ladite glace, ledit barillet compor- tant une pluralité de cylindres creux, chacun ayant une ouverture débouchant sur la face dudit barillet glissant sur la surface de ladite glace, en passant sur lesdites lumières, - des pistons coulissant de.façon étanche respecti- vement dans chacun desdits cylindres, - des moyens pour commander, quand ledit barillet est animé d'un mouvement de rotation, d'une part, l'éloignement desdits pistons de l'ouverture des cylindres dans lesquels ils glissent quand cette ou- verture passe devant la lumière'd'aspiration, et, d'autre part, le rapprochement desdits pistons de l'ouverture desdits cylindres dans lesquels ils glissent quand cette ouverture passe devant la lu- mière de refoulement, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour appliquer séquentiellement la pression régnant dans lesdits cylindres sur une portion déterminée entre ledit palier et la partie dudit barillet coo- pérant avec ledit palier. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention appara tront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés A titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels: - la figure 1 représente, vu en coupe longitudinale, un mode-de réalisation d'une pompe hydraulique selon l'invention, et, - la figure 2, une coupe perpendiculaire à la précé- dente d'une partie seulement du mode de réalisation selon la figure 1. La figure 1 représente, en coupe, un mode de réalisa- tion d'une pompe, comprenant un corps 1 creux défi- nissant dans une de ses parties intérieures une sur- face plane 2 ou glace, parfaitement polie sur laquelle est apte à glisser en rotation un barillet 3. Dans cette glace, débouchent au moins deux lumières constituant les entrée et sortie fluidiques de la pompe o Etant donné le mode de représentation, la lumière 4, alimentée par le conduit 5 réalisé dans la base 6 du corps 1, constitue l'entrée d'aspiration, tandis que l'autre lumière 7 reliée au conduit 8, constitue la sortie de refoulement. Le barillet 3 est constitué sensiblement d'une pièce annulaire cylindrique dans laquelle est réalisée une pluralité de logements cylindriques, comme les logements 9 et 10 qui ont des ouvertures, respecti- vement Il et 12 débouchant sur la face qui est en contact avec la glace 2. Ces ouvertures sont situées de façon que, lorsque le barillet est animé d'un mou- vement de rotation autour d'un axe 13, comme expli- cité ci-après, ces ouvertures passent en regard des lumières 4 et 7. Avantageusement, ces logements cylindriques sont chemises par une bague comme les bagues 14 et 15 en un matériau antifriction de manière à ce que chaque logement puisse recevoir un piston qui coulisse dans ceux-ci de façon étanche et surtout avec un minimum de frottement. Deux pistons 16 et 17 apparaissent sur la figure 1. Comme dit précédemment, le barillet 3 doit être animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe 13. Pour cela, la pompe comporte un arbre moteur 18 qui, dans ce mode de réalisation, est disposé dans l'axe du corps 1, et traverse celui dans un palier 19 consti- tué par un roulement du type par exemple à billes 20, une couronne rentrante 21 solidaire du corps 1 for- mant un passage intérieur libre pour l'arbre moteur 18. Cet arIe18 plonge dans la partie centrale évidée 22 du barillet 3 pour coopérer avec ce dernier par un engrenage 23. De cette façon, quand l'arbre 18 est animé d'un mou- vement de rotation, il entra ne de même la rotation du barillet autour de l'axe 13. 'De façon avantageuse, cet arbre est constitué par un arbre dit fusible dont les avantages sont connus. Il permet, en plus, de maintenir constamment le baril- let plaqué contre la glace 2, notamment par l'action d'un ressort 24. Cependant, il est bien évident que lorsque le baril- let tourne à des vitesses très importantes, il est nécessaire de le guider dans un palier. Dans certaines configurations, ce palier de guidage est situé à la périphérie du barillet, mais, par contre, dans d'au- tres, il est situé dans la partie centrale, comme celle illustrée plus particulièrement sur la figure 1. Ce palier sera plus amplement explicité ci-après. Cependant, très schématiquement, il comprend un épaulement 25 solidaire du barillet entourant exté- rieurement la couronne rentrante 21 du corps 1, et des moyens pour favoriser le glissement de cet épau- lement 25 sur cette couronne 21, ces moyens étant essentiellement illustrés en 26. La pompe comprend donc, comme dit précédemment, une pluralité de pistons, qui sont constitués de cylin- dres creux dont le fond est terminé par une tête sphérique comme les têtes 27 et 28 qui coopèrent avec une pièce annulaire formant un patin 29 en forme de disque apte à tourner par glissement sur uL plateau 31, ce disque étant maintenu par un épaulement 30. Ce plateau ne tourne pas autour de l'axe 13 mais, par contre, est maintenu plaqué contre un berceau sphérique 32 par l'intermédiaire d'un roulement 33, par exemple du type à aiguille 34, de façon à ce qu'il puisse s'incliner entre deux limites. La com- mande de l'inclinaison de ce plateau peut etre ef- fectuée par tous moyens0 Avantageusement, ces moyens connus en eux-mêmes sont constitués essentiellement par un piston 35 qui peut 8tre alimenté par un fluide sous pression, ce piston pouvant se déplacer dans un cylindre 36 de façon que sa tête 37 vienne buter contre un bord 38 du plateau. En commandant ainsi la position du piston 35, le bord 38 du plateau est plus ou moins haut et détermine alors l'inclinaison de ce plateau. L'effort qu'exerce ce piston 35 sur le bord 38 du plateau doit etre compensé par une force antagoniste de préférence élastique, soit en pression, soit en compression. Dans le mode de réalisation illustré, cette force est exercée par un piston de compensation 39 dont la tête 40 appuie du même c8té du plateau 31, mais sur un bord- 41 diamétralement opposé à celui 38 sur le- quel appuie la tête 37 du piston 35. Ce piston 39 comprend une pièce coulissante 42 dans un logement 43 et un ressort 44 exerçant une force sur un épau- lement 45 formant la tête 40 de cette pièce 42. La variation d'inclinaison est, bien entendu, favo- risée par le roulement à aiguille 33. La pompe qui vient d'être décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. L'arbre 18 est-entratné en-rotation par un moteur du type quelconque à une vitesse de rotation assez importante. Le conduit 4 est connecté à une source de fluide qui est généralement,dans le domaine aéronautique, de l'huile, et le conduit 8 à une charge fluldique comme par exemple un vérin ou analogue. De ce fait, quand l'arbre est entra né en rotation et que le plateau a une certaine inclinaison non nulle, le barilletest donc lui aussi entrafné à une certaine vitesse de rotation par les cannelures 23 dont la valeur est celle dans la majorité des cas de l'arbre 18. Il est alors évident que dans ce mnme mouvement de rotation du barillet, sont entra nés les pistons et le patin annulaire, ce dernier restant maintenu dans l'épaulement 30 et par le disque de rappel 29 Dans cette rotation, et plus particulièrement dans un tour complet du barillet, un piston comme les pistons 16 et 17 passe par une position dite point mort haut et une position point mort bas. Ces deux positions sont illustrées sur la figure 1 par, res- pectivement, les positions des deux pistons 16 et 17. Aussi, quand ces deux pistons passent respecti- vement d'une position à une autre, ils effectuent un mouvement ascendant et un mouvement descendant dans leurs cylindres respectifs 9 et 10. Quand le piston effectue un mouvement ascendant et que les ouvertures 11 et 1 2 passent en regard de la lumière 4, il se produit une aspiration du fluide de la source pour tendre à remplir les cylindres 9. Quand l'ouverture X dépasse la lumière 4, les.pistons commencent leur.mouvement descendant, ce qui compri- me le fluide dans les cylindres, le fluide est alors éjecté sous pression quand les ouvertures 12 arri- vent en regard de la lumière d'éjection 7. Ce processus se répète ainsi à chaque tour du baril- let et pour chaque piston en association avec son cylindre. Enfin, il est précisé que si l'inclinaison du plateau est modifiée, il est possible de changer notamment le débit du fluide à la sortie de la pompe. Comme il a été exposé précédemment, le barillet tour- ne très rapidement et les pressions qui sont produi- tes dans ces pompes sont très importantes. Ceci fait, -5 et en plus avec l'inclinaison du plateau, il se pro- duit sur le palier de guidage 26 une résultante de forces perpendiculaire à la couronne 21 ayant une valeur relativement constante pour une même pompe. Dans les pompes de l'art antérieur, les moyens réa- lisant le palier 26 sont constitués par un roulement du type à aiguille, qui se détériore très rapidement du fait de cette composante, combinée avec celle de la vitesse-et des fortes pressions de refoulement. 2.5 Pour pallier cet inconvénient, la pompe est réalisée comme par exemple celle illustrée sur les figures 1 et 2. Les moyens mis en cours sont plus particulièrement décrits en se référant à la fois aux deux figures 1 et 2. La pompe comprend donc, en association avec chaque cylindre, un conduit 50,51 réalisé dans le barillet reliant un endroit bien déterminé 54,55 du cylindre à une cavité 52,53 formée entre le barillet et la couronne rentrante 21. Ces cavités 52,53 sont avantageusement réalisées dans l'épaisseur d'une bague 56 ou d'un revêtement de l'alésage constituée d'un matériau antifriction. Ces cavités ont une largeur déterminée pour qu'elles ne communiquent pas entre elles autrement que par un éventuel espace 57 entre la bague.56 et la couronne rentrante 21 ou du moins que les fuites entre deux cavités contigaes soient suffisamment faibles pour que la communication possible soit constituée par un étranglement 70 formant une perte de charge très im- portante et que, dans les phases transitoires, mais compatible pour former un film d'huile sous pression pendant la phase active et que, comme il sera expli- cité ci-après, quand une des cavités est mise en pres- sion par un fluide, ce fluide reste un temps suffisam- ment long sous pression et surtout n'aille pas ali- menter trop rapidement les autres cavités. De plus, comme illustré sur la figure 1, les pistons sont constitués comme montré sur le piston 16 par un cylindre creux fermé à une extrémité et ouvert à l'autre, celle qui est normalement en regard du fond des logements qui doivent passer en regard des lu- mières 4 et 7. Ceci permet de réaliser, à une certaine distance du fond 58 de ce cylindre, un orifice 59 dans la paroi, cet orifice communiquant avec une gorge 60 périphé- rique au piston. Cette gorge a une certaine épais- seur et surtout une longueur déterminée. En fait, comme il a été dit ci-avant, quand la pompe fonctionne, les pistons ont un mouvement alternatif dans leur logement entre deux positions limites. Quand le piston est au point mort haut dans son logement, son fond 58 est très proche de l'orifice 54, mais le recouvre malgré tout complètement pour l'obturer. Par contre, la distance du fond 58 au bord de la gorge 60 est déterminée de façon que lorsque le pis- ton passe du point mort haut au point mort bas, toute la largeur de la gorge passe devant l'orifice calibré 54 et, éventuellement, même le dépasse. Bien entendu, il sera nécessaire de localiser la position de cette gorge pour que lorsque le piston descent, c'est-à- dire comprime le fluide, le débit qui sera envoyée dans le conduit 50 ait une valeur bien déterminée. Bien entendu, quand le piston remonte dans son loge- ment, de sa position point mort bas à sa position point mort haut, la gorge 60 repasse en regard de l'orifice 54, mais, dans ce cas, comme le piston assure une aspiration, la pression dans son logement est négligeable et aucune pression n'est appliquée dans la cavité 52 qui est associée à ce piston. En définitive, comme il a été dit précédemment, la résultante des forces exercées sur la couronne ren- trante 21, quand la pompe fonctionne, a généralement un module et une direction qui sont bien déterminés. C'est ainsi que si les positions des gorges 60 des ori- fices 54 sont parfaitement définis;lorsque la pompe fonctionne, une ou plusieurs cavités comme la cavité 53 seront alimentées par du fluide sous pression de façon séquentielle, juste au moment o cette cavité passe dans la région du point d'application de cette résultante. Cependant, comme la pompe tourne et que tous les pis- tons passent devant les orifices calibrés 54, toujours pour une même position du barillet par rapport à la cou- ronne rentrante, ce sera toujours les cavités qui passent en regard du point d'application de la résul- tante des forces qui seront mises en pression. De ce fait, la pression qui règne dans ces cavités exerce un ensemble de forces dont la résultante, a un point d'application sensiblement confondu avec celui qui a été défini ci-dessus, et un module sen- siblement égal, mais, par contre, d'un sens contraire. Il est donc apparent que les frottements mécaniques du palier 26 sur la couronne rentrante 21 sont presque parfaitement annulés, Le palier a de ce fait, une durée de vie beaucoup plus longue que ceux des pompes selon l'art antérieur. Ce qui a été décrit ci-dessus fonctionne parfaitement. Cependant, il est à noter que les données numériques de réalisation sont difficiles à calculer, mais, malgré tout, elles sont relativement aisées à cerner par expérimentation. La figure 2 est une illustration d'une pompe réalisée par la Demanderesse, et cette dernière a constaté que la résultante avait une forme comme celle qui est représentée en R sur cette figure. Elle a agencé sa pompe de façon que ce soit deux cavités qui soient alimentées en pression quand elles occupent les positions comme celles qui sont repré- sentées en 61,53. Avec cette agencement, elle a obtenu une résultante RI de compensation de plus de % comme illustrée sur la figure donnant toute satisfaction. Il appara t que ces deux composantes R et RI sont en opposition et ont sensiblement le mêrme module. En se reportant d'ailleurs à cette réalisation illus- trée sur la figure 2, le fonctionnement de la pompe appara t plus clairement. En effet, le barillet 3 tourne autour de l'axe 13. Pour une position de ce barillet, les pistons 65,64 vont alimenter pendant un temps déterminé les deux cavités 61,53 qui glissent contre la couronne 21 en ayant une pression de fluide importante. Ce glisse- ment s'effectue sur un secteur circulaire déterminé (fonction de la largeur de la gorge 60 et de la vi- tesse de rotation du barillet) pour donner naissance à la résultante RI qui est presque parfaitement en opposition avec la résultante R. Cependant, comme le barillet continue à tourner d'un mouvement uniforme, par exemple dans le sens de la flèche 65, la cavité 53 ne va plus Otre alimentée en pression, le piston correspondant 64 ayant continué sa course dans son logement, la gorge 60 ayant dépassé l'orifice 54. Par contre, la cavité 52 va arriver à la position de la cavité 61 et va être alimentée en fluide sous pression, la cavité 61 ayant, elle, pris la place de la cavité 53. De ce fait, la pérénnitéde la résultante R' est assu- rée et ce d'autant mieux qu'il existe un grand nombre de pistons dans le barillet 3. RE V E N D I CA T I 0 N S 1/ Pompe hydraulique comprenant: - un corps (1) - une glace (2) réalisée dans ledit corps, ladite glace comportant deux lumières (4,7) respectivement d'aspiration et de refoulement - un barillet (3) apte à pivoter, d'une part, autour d'un axe (13) perpendiculaire à la surface de ladite glace (2) dans un palier (26) solidaire dudit corps de support (1) et, d'autre part, contre ladite glace (2), ledit barillet (3) comportant une pluralité de cylindres creux (9,10.. o) chacun ayant une ouverture (11,12...) débouchant sur la face dudit barillet (3) glissant sur ladite glace (2), ces ouvertures passant, dans la rotation du barillet>sur lesdites lumières, - des pistons coulissant (16,17...) de façon étanche, respectivement dans chacun desdits cylindres (9,10...) - des moyens pour commander (31,35,42...) quand le- dit barillet (3) est animé d'un mouvement de rotation d'une part, l'éloignement desdits pistons de l'ouverture (11,12...) des cylindres (9, 10.o.) dans lesquels ils glissent quand cette ouverture passe devant la lumière d'aspiration (4), et, d'autre part, le rap- prochement dudit piston de l'ouverture dudit cylindre dans lequel il glisse quand cette ouverture passe devant la lumière de refoulement (7), caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens (59,54,50, 52,53..'.) pour appliquer séquentiellement la pres- sion régnant dans ledit cylindre sur une portion déterminée entre ledit palier (26) et la partie dudit barillet (3) coopérant avec ledit palier (26). 2/ Pompo hydrauliquo selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens pour appliquer séquentiellement la pression régnant dans lesdits cylindres sur une portion déterminée entre ledit palier et la partie dudit barillet coopérant avoc ledit palier comportent des cavités (52,53...) associées respectivement avec chaque ensemble de cylindres (9, 10...) et pistons (16,17...) coulissant dans le cylindre, ces cavités étant définies entre o0 ledit palier (26) et ledit barillet (3), les pistons (16,17...), conformés en pièces cylindriques, com- portant des logements creux ayant une ouverture vers la face dudit barillet (3) coopérant par glissement avec ladite glace (2), un conduit de communication (50) entre chaque cavité (52,53...), et le cylindre (9, 10...) auquel elle est associée, une percée (59) dans la paroi de ladite pièce entre ledit logement et l'extérieur, cette dite percée étant réalisée de façon que lorsque le piston se déplace dans son cylindre, elle passe en regard de l'endroit (54) o débouche, dans ledit cylindre, ledit conduit (50) de communication, cedit conduit étant autrement constamment obstrué par la paroi de ladite pièce. 3/ Pompe hydraulique suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que au moins une partie du barillet (3), coopérant avec ledit palier,dans laquelle sont réalisées lesdites cavités (52,53 ..) est constituée par une bague (56) en matériau anti- friction. 4/ Pompe hydraulique selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisée par le fait que lesdites cavités communiquent entre elles par un étranglement formant en fonctionnement un film d'huile sous pres- sion pendant la phase travaillant en pression. / Pompe hydraulique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ladite bague est constituée par un revêtement. 6/ Pompe hydraulique selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisée par le fait que ladite pièce formant cylindre comporte, à sa périphérie ext6rieure, une gorge (60) circulaire d'une largeur donnée, réa- lisée au niveau de ladite percée (59).