Brevet FR2509802A1 — publié le 19830121

La présente invention se rapporte aux pompes et moteurs. Dans certaines formes de pompes et moteurs, en particulier dans les appareils du type à engrenage, on observe actuellement que, pendant le fonctionnement, il se produit une pulsation ou ondulation dans l'écoulement du fluide Dans les pompes ou moteurs à engrenage, par exemple, l'amplitude de cette pulsation dépend de la forme des dents des pignons, du nombre des dents et des positions des points de contact sur les flancs des dents en prise entre elles Ici, théori- quement, on ne devrait observer aucune fluctuation du débit en fonction de la rotation des pignons, quelle que S Git la vitesse de fonctionnement nominale, mais,en pratique, les caractéristiques réalles du fonctionnement engendrent, chaque tour des pignons,uné courbe de débit comportant une série de pics et une série de creux d'onde, avec en conséquence une pulsation d'écoulement telle que les pompes et moteurs se sont révélés être inacceptables pour certaines applications en raison du niveau de bruit atteint pendant le fonction- nement, En vue de réduire le bruit, par exemple dans les pompes et moteurs à engrenage, il est connu de donner aux pignons un nombre de dents relativement grand Pour réduire encore le bruit, on a fabriqué des pompes et moteurs à engrenage du type double, dans lesquels les pignons d'un couple de pignons ont leurs dents en prise avec décalage de phase d'un demi-pas de denture par rapport au deuxième couple de pignons agencé en parallèle avec le premier couple, et on a obtenu des caractéristiques de fonctionnement plus uniformes. Toutefois, les résultats laissaient encore beaucoup à désirer du point de vue du bruit. L'invention vise à remédier à ces difficultés Elle résout le problème consistant à concevoir une pompe ou un moteur dans lequel il soit prévu des moyens capables de réduire au moins sensiblement les pics des courbes caractéristiques de fonctionnement de la pompe ou du moteur et d'en éliminer au moins sensiblement les creux d'onde en réduisant ainsi considérablement la pulsation du débit et le bruit qui en résulte pendant le fonctionnement. Suivant l'invention, une pompe ou un moteur comprend un carter qui renferme au moins un élément rotatif et qui présente un orifice d'entrée et un orifice de sortie, des moyens formant came montés pour être entraînés en rotation par ledit élément et un dispo- sitif de déplacement de fluide qui est entraîné par les moyens formant came lorsqu'ils tournent et qui comprend au moins un élément à mouve- ment alternatif qui, en réponse à la rotation d'un tour dudit élément rotatif se place répétitivement en saillie dans une chambre formée dans ledit carter qui est en communication avec l'un desdits orifices pour engendrer une série de diminutions momentanées du volume effectif de cette chambre et qui se rétracte répétitivement de ladite chambre de manière à déterminer une série d'accroissements momentanés du volume effectif de ladite chambre, pour engendrer ainsi répétitivement une expulsion momentanée de fluide de ladite chambre puis un retour momentané de fluide dans cette chambre. Chaque expulsion momentanée de fluide de ladite chambre, qui se produit au moins vers l'un desdits orifices, a pour effet d'éliminer au moins sensiblement un creux d'onde qui, autrement, se manifesterait dans la caractéristique de fonctionnement de la pompe ou du moteur et chaque retour momentané de fluide dans ladite chambre a pour effet de réduire au moins sensiblement un pic qui, autrement, se manifesterait dans ladite caractéristique Le résultat est de réduire la pulsation du débit traversant la pompe ou le moteur. La pompe ou le moteur peut être du type à engrenage, auquel cas il peut être prévu au moins deux desdits éléments rotatifs, qui se présentent alors sous la forme de pignons en prise entre eux. Ici, lesdits moyens formant came possèdent de préférence un nombre de lobes égal à celui des dents de chaque pignon et, de cette façon, chaque mise en saillie dudit élément dans ladite chambre coïncide avec un creux de la -caractéristique et chaque retrait dudit élément de ladite chambre coïncide avec un pic correspondant de la carac- téristique. Les avantages apportés par l'invention consistent princi- palement dans le fait que, par suite de la réduction de la pulsation de l'écoulement à travers la pompe ou le moteur, la pompe ou le moteur travaille avec un niveau de bruit beaucoup plus bas et que, étant donné qu'en conséquence l'usure des constituants de l'appareil est réduite, ce dernier possède une plus longue durée de vie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à engrenage suivant l'invention; et la figure 2 est une coupe prise suivant la ligne II-Il de la figure 1. La pompe à engrenage Il représentée comprend un carter principal 12 comportant des alésages 13, 14 qui se recoupent mutuel- lement et qui renferment de la façon classique un couple d'éléments rotatifs présentant la forme de pignons 15, 16 en prise entre eux et dont les arbres 17, 18, 19, 20 et 22 tourillonnent dans des manchons 21, 22, 23, 24 respectivement, qui sont à section en forme de D Les méplats des manchons sont appuyés l'un contre l'autre comme représenté en 25 et 26 et chaque manchon est muni d'une garniture 27 de matière résistante à l'usure appropriée. L'arbre 17, qui forme l'arbre d'entralnement de la pompe, émerge à l'extérieur de la pompe à travers un flasque 28 convenable- ment fixé à la face de gauche (sur la figure 1) du carter principal 12. Un carter auxiliaire 29 présentant intérieurement une cavité 30 de section circulaire est fixé à la face de droite de la figure 1 du carter principal 12 et une plaque de fermeture 31 est fixée à la face de droite du carter auxiliaire. Dans cette forme de réalisation, le carter 12, le flasque 28, le carter 29 et la plaque de fermeture 31 sont maintenus en un ensemble unitaire par une série de vis, telle que celle représentée en 32, qui les traversent toutes, et par des écrous comme celui repré- senté en 33, qui sont vissés sur les vis. Des moyens formant came, présentant la forme d'un élément 34 de section octogonale dans sa partie d'extrémité de droite sur la figure 1, sont fixés dans une disposition coaxiale à l'arbre 18 et - de manière à tourner avec cet arbre, par une vis 35 convenablement munie de moyens de blocage (non représentés) L'élément 34 fait saillie dans la cavité 30 et sa partie terminale octogonale est atta- quée par quatre éléments 36 à mouvement alternatif qui peuvent coulis- ser radialement respectivement dans des alésages 37 ménagés dans une pièce rapportée annulaire 38 montée convenablement non rotative dans la cavité 30, coaxialement à l'arbre 18 et à l'élément 34 Les élements 36 et l'élément rapporté 38 forment ensemble un dispositif de dépla- cement de fluide. Les alésages 37 et, par conséquent, les éléments 36 sont espacés uniformément sur la circonférence de l'élément 38 Les parties terminales des éléments 36 qui coopèrent avec le profil de came octo- gonal de l'élément 34 sont de section semi-circulaire, comme repré- senté sur la figure 2, et la partie terminale extéireure de chacun de ces éléments présente une gorge 39, également de section semi- circulaire Un bracelet élastique sans fin 40 entoure l'élément rapporté 38 et se loge dans les gorges 39 de manière à solliciter les éléments 36 pour les appliquer contre le profil de came de l'élément 34. La partie annulaire 41 de la cavité 30 qui entoure l'élément rapporté 38 forme une chambre qui est en communication, par un passage (non représenté) ménagé dans la structure du carter de la pompe, avec l'orifice de sortie ou de refoulement (également non représenté) de cette pompe. L'espace annulaire 42 qui subsiste entre l'élément 34 et l'élément rapporté 38 est ouvert sur une région de basse pression de la pompe qui,à son tour, est en communication avec l'orifice d'entrée (également non représenté) de la pompe. Des moyens d'équilibrage de la pression d'une forme connue sont incorporés dans la pompe et sont désignés dans leur ensemble par les références 43 et 44 sur la figure 1 - Dans cette forme de réalisation, les pignons ont chacun huit dents. Pendant le fonctionnement de la pompe à engrenage 11, l'arbre 17 est entraîné par des moyens appropriés (non représentés), par exemple, par un moteur électrique, et le liquide est aspiré à l'intérieur à travers l'orifice d'entrée et subit une élévation de pression sous l'action des pignons 15 et 16 en prise entre eux et qui tournent Le liquide sous haute pression est débité à travers l'orifice de sortie de la pompe vers un point d'utilisation et, pendant le fonctionnement, les moyens d'équilibrage de la pression 43 et 44 maintiennent les manchons 21, 22, 23, 24 convenablement en contact de joint étanche avec les faces des pignons, les manchons étant ainsi équilibrés hydrauliquement de sorte qu'on évite toute - usure excessive de ces manchons. Pendant l'opération de pompage, étant donné que l'élément 34 est entraîné par l'arbre 18 de la roue 15, les quatre éléments 36 sont entraînés en mouvement alternatif dans les alésages 37 Etant donné que le profil de came de l'élément 34 comprend huit lobes, chacun des éléments décrit huit courses alternatives dans son alésage à chaque tour de l'arbre 18 et du pignon 15 De cette façon, les éléments se déplacent tous simultanément vers l'extérieur en surmon- tant l'action du bracelet élastique 40, en se plaçant ainsi en saillie dans la partie annulaire ou chambre 41 de la cavité 30 puis reviennent dans leurs alésages jusqu'aux positions représentées sur les dessins, dans lesquelles leurs faces terminales radialement exté- rieures sont à l'affleurement de la surface externe de l'élément rapporté 38 En se déplaçant simultanément radialement vers l'extérieur à partir de la position moyenne de leur course, ces éléments engendrent ensemble une diminution momentanée du volume effectif de la chambre annulaire qui est de nature à provoquer un refoulement momentané de fluide de la chambre vers l'orifice de refoulement de la pompe, en accroissant ainsi le débit total Cet écoulement momentané dans ce sens se produit huit fois par tour des pignons. Par ailleurs, les éléments 36, en se déplaçant simultané- ment radialement vers l'intérieur de la position moyenne de leur course jusqu'à la position dans laquelle leurs faces extr Cmes radiale- ment extérieures sont chacune à l'affleurement de la surface externe de l'élément rapporté 38 déterminent ensemble un accroissement momen- tané du volume effectif de la chambre annulaire 41 qui est tel qu'il se produit un écoulement momentané de fluide de l'orifice de refou- lement de la pompe vers la chambre, en réduisant ainsi le débit total. Cet écoulement momentané danx ce sens se produit également huit fois par tour des pignons - Si l'on considère le fonctionnement des pompes à engrenage classiques, c'est-à-dire le fonctionnement d'une pompe à engrenage ne comportant pas la came 34 ni les éléments 36, la caractéristique du débit de refoulement est telle que, si on la représente graphiquement en fonction de la rotation des pignons, il se manifeste un effet de pulsation ou d'ondulation par suite de la formation d'une série de pics de débit et d'une de creux de débit dans la courbe de performance résultante Ces pics et creux d'onde résultent des engagements et déga- gements successifs des dents coopérantes des pignons et, avec huit dents sur chaque pignon on obtient sur le graphique une série de huit pics et une série de huit creux pour chaque tour des pignons. On a constaté en pratique que l'effet de pulsation ou d'ondulation produit par ces pics et creux rend la pompe bruyante en utilisation. Au contraire, ainsi qu'on l'a expliqué plus haut, la came 34 et les éléments 36 inclus dans la construction de la présente invention constituent des moyens permettant d'accroître momentané- ment le débit de liquide refoulé vers l'orifice de refoulement de la pompe puis pour diminuer momentanément le débit de liquide refoulé vers l'orifice de refoulement de la pompe, à raison de huit fois à chaque tour des pignons dans cette forme de réalisation La came est agencée de manière que ces accroissements momentanés se produisent dans les huit positions du cycle d'un tour dans lesquelles il se produirait autrement des creux et que les diminutions momentanées se produisent dans les huit positions du cycle d'un tour o les pics se produiraient autrement Etant donné que ces accroissements et diminutions momentanés du débit engendrés dans l'orifice de refoule- ment à l'intérieur de la pompe ont pour effet d'éviter au moins dans une mesure sensible la formation de tels pics et creux, l'effet de pulsation ou d'ondulation engendré dans le courant de refoulement de -35 la pompe est sensiblement réduit et on obtient une réduction importante du niveau de bruit de fonctionnement de la pompe. Pendant le fonctionnement de la pompe, les éléments 36, lorsqu'ils sont entraînés en mouvement alternatif, se me ttent également simultanément en saillie radialement vers l'intérieur ou en retrait radialement vers l'extérieur par rapport à l'espace annulaire 42 qui est en communication avec l'orifice à basse pression de la pompe. Les caractéristiques de débit qui reflètent dans une certaine mesure celles qu'on observe sur le côté de refoulement de la pompe sont donc modifiées d'une façon analogue à celles-qu'on observe sur le côté haute pression et ceci contribue à la réduction du niveau de bruit de la pompe en fonctionnement. Bien que, dans la forme de réalisation décrite plus haut en regard des dessins, les quatre éléments 36 soient prévus en asso- ciation avec la came 34, dans d'autres formes de réalisation, on peut prévoir en remplacement n'importe quel nombre d'éléments appropriés. Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée aux pignons possédant chacun huit dents puisque, dans d'autres formes de réalisation, les pignons comportent n'importe quel autre nombre de dents approprié pourvu que la came possède le même nombre de lobes, grâce à quoi les écoulements momentanés de fluide en direction de l'orifice de refou- lement et en provenance de cet orifice co:ncident respectivement lesdits creux et pics pendant le fonctionnement de la pompe. L'invention n'est pas limitée à la disposition radiale desdits éléments et, dans d'autres formes de réalisation, ces éléments peuvent être disposés axialement et, dans ce cas, la came peut être convenablement conçue pour coopérer avec ces éléments. En outre, bien que, dans la forme de réalisation décrite plus haut en regard des dessins, l'invention soit appliquée à une pompe à engrenage, l'invention peut également être appliquée avec avantage aux moteurs à engrenage dans d'autres formes de réalisations. Finalement, bien que l'invention soit appliquée à une pompe du type à engrenage dans la forme de réalisation décrite plus haut en regard des dessins, elle peut également s'appliquer avec avantage, dans d'autres formes de réalisation, à des pompes et égale- ment des moteurs d'un autre type, par exemple du type à pistons axiaux, dans lequel il se produirait autrement des problèmes de pulsations du débit et un bruit consécutif en fonctionnement. R E V E N D I C A T I O N S 1 Pompe ou moteur comprenant un carter qui renferme au moins un élément rotatif et qui présente un orifice d'entrée et un orifice de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formaant came ( 34) montés pour Etre entraînés en rotation par ledit élément ( 15) et un dispositif de déplacement de fluide qui est entraîné par les moyens formant came lorsqu'ils tournent et qui comprend au moins un élément ( 36) à mouvement alternatif qui, en réponse à la rotation d'un tour dudit élément rotatif ( 15), se place répétitivement en saillie dans une chambre ( 41) formée dans ledit carter ( 29) qui est en communication avec l'un desdits orifices pour engendrer une série de diminutions momentanées du volume effectif de cette chambre et qui se rétracte répétitivement de ladite chambre de manière à déterminer une série d'accroissements momentanés du volume effectif de ladite chambre, pour engendrer ainsi répétitivement une expulsion momentanée de fluide de ladite chambre puis un retour momentané de fluide dans cette chambre. 2 Pompe ou moteur selon la revendication 1 et du type à engrenage, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments rotatifs et que ces éléments se présentent sous la forme de pignons ( 15, 16) en prise entre eux. 3 Pompe ou moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens formant came ( 34) comprennent un nombre de lobes égal au nombre des dents de chaque pignon. 4 Pompe ou moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite chambre est formée par la partie extérieure annulaire ( 41) d'une cavité ( 30) de section circulaire formée dans ledit carter ( 29). Pompe ou moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément rapporté annulaire ( 38) entouré par ladite chambre ( 41) est monté non rotatif dans ladite cavité et que lesdits moyens formant came ( 34) sont disposés dans l'ouvertute centrale dudit élément rapporté. 6 Pompe ou moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément ( 36) à mouvement alternatif ou chaque élément ( 36) à mouvement alternatif peut coulisser dans un alésage respectif (ou dans une autre formation équivalente) formé dans ledit élément rapporté ( 38) et que la partie terminale intérieure dudit élément ou de chacun desdits éléments est directement attaquée par lesdits moyens formant came ( 34). 7 Pompe ou moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie d'extrémité intérieure de l'élément ( 36) ou de chacun des éléments ( 36) est de section transversale semi-circulaire. 8 Pompe ou moteur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la partie terminale extérieure de l'élément ( 36) ou de chaque élément ( 36) est munie d'une gorge ( 39) de section semi- circulaire. 9 Pompe ou moteur selon la revendication 8 B caractérisé en ce qu'un bracelet élastique ( 40) entoure ledit élément rapporté ( 38) et s'appuie dans ladite gorge ou dans lesdites gorges ( 39) de section semi-circulaire. Pompe ou moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite chambre ( 41) est en communication avec celui des orifices d'entrée ou de sortie qui est à haute pression. 11 Pompe ou moteur selon l'une quelconque des revendications à 10, caractérisé en ce qu'un espace ( 42) de forme générale annulaire est formé entre ladite came ( 34) et ledit élément rapporté ( 38), cet espace étant en communication avec celui des orifices d'entrée et de sortie qui est à basse pression.