Brevet FR2538044A1 — publié le 19840622

La présente invention concerne un agencement d'orifices et de canalisations pour une paire de cylindres creux adjacents Ces cylindres peuvent constituer une pom- pe à vide ou en faire partie. Les brevets Australiens Nos 481 072 et 516 210 et la demande de brevet internationale PCT/AU 82/00128, au nom du présent déposant, décrivent diverses formes de ma- chines à cylindre et piston à mouvement alternatif compor- tant un piston différentiel et deux espaces de travail. Dans une application pratique de cette machine, il est fré- quent de prévoir des cylindres multiples comme étages respec- tifs d'une pompe mltiétagée la machine est particulièrement adaptée à être utilisée comme pompe à vide mécanique utili- sant des manchons ou des bagues d'étanchéité solides à la place de l'huile ou autre lubrifiant liquide Une configu- ration à quatre cylindres comportant une paire de cylindres à vide poussé montés en parallèle, conjointement reliés en série à un cylindre à vide moyen et un vide faible, est par- ticulièrement appropriée et présente l'avantage d'être bien équilibrée O Dans les pompes construites jusqueà présent, les raccordements entre les étages étaient effectués par des passages de culasse et par des conduits externes, mais il n'est pas facile de transposer ceux-ci en un agencement à orifices et canalisations internes, en particulier du fait de la présence de deux espaces de travail par cylindre Ainsi un objet de l'invention est de proposer un agencement d'ori- fices de cylindres nouveau qui puisse être commodément appli- qué, entre autres, à des pompes à vide multiétagées du type décrit dans les brevets et la demande de brevet mentionnés ci-dessus, L'invention a pour objet un agencement d'orifices et de canalisations pour une paire de cylindres adjacents, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs passages s'étendant longitudina- lement dans les parois des différents cylindres; 253 D 044- des orifices mettant les passages en communica- tions avec l'intérieur des cylindres correspondants; une culasse pour les cylindres; plusieurs évidements chacun en communications avec un passage individuel ou avec un groupe de passages lorsque la culasse ets appliquée sur les cylindres, une paire desdits évidements étant ainsi associée avec chaque cylindre, et au moins un évidement de chaque paire étant également en communications avec un évidement de l'autre paire, par l'in- termédiaire de moyens à conduits situés dans la culasse; et des moyens à joint d'étanchéité destinés à être re- tenus entre les cylindres et la culasse pour séparer de façon étanche les évidements de chaque paire d'évidement l'un de l'autre. De préférence, la culasse est pourvue d'une ou- verture en communication avec lesdits évidementspour envoyer un fluide à l'intérieur des cylindres, ou l'en retirer. Dans une forme de réalisation, les évidements de chaque paire communiquent avec les évidements correspondants de l'autre paire. Les évidements peuvent être des cavités recour- bées ménagées dans les extrémités des parois des cylindres ou, en variante,-des cavités ménagées dans la surface infé- rieure de la culasse, chacune étant alignée avec son passage individuel ou son groupe de passages s'ouvrant dans les extré- mités opposées des parois des cylindres, Les orifices des passages qui sont en communica- tion avec les évidements raccordés débouchent de préférence à l'intérieur des cylindres en des positions respectives in- termédiaires de manière à ce que chaque orifice soit briève- ment découvert par un piston à mouvement alternatif à l'in- térieur de ceux-ci, afin de permettre l'admission de gaz par les orifices en tête de piston L'autre évidement de chaque paire communique alors, par l'intemédiaire d'un passage dans la culasse, avec un orifice de refoulement situé dans la cu- lasse et pouvant être directement mis en communication avec 253 e 044 l'intérieur du cylindre, mais qui reçoit normalement un cla- pet de refoulement anti-retour, Les orifices associés & l'autre évidement de chaque paire peuvent déboucher dans un espace de travail annulaire situé à l'intérieur du cylin- dre derrière le piston Il existe ainsi un raccordement à contrôle par clapet entre l'orifice de refoulement situé en tête du piston et l'espace de travail annulaire situé derrière le piston, Ceci permet l'évacuation des gaz de l'es- pace de travail situé devant le piston lorsque ce dernier termine sa course vers l'avant, puis, pendant la course vers l'arrière, la compression du côté de refoulement tout entier, y compris de l'espace de travail arrière, vers l'étage sui- vant ou vers une soupape de purge. L'invention est décrite en détail ci-dessous, titre d'exemple seulement, en référence aux dessins annexes, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale bi-axiale d'une paire de cylindres pour l'étage de vide t poussé d'une pompe & vide du type décrit dans la demande de brevet internationale PCTJAU 82/00128, pourvue d'un agencement d'orifices selon une première forme de réalisation de l'in- vention, illustrée avec les pistons à leur-place; la figure 2 est une vue en plan des cylindres selon la ligne 2-2 de la figure 1, la culasse étant retirée; la figure 3 est une vue en coupe & travers la culasse, selon la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une en coupe de biais selon les lignes diamétrales 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une vue analogue à la figure 3, illustrant un agencement d'orifices selon une sedonde forme de réalisation de l'invention; et la figure 6 est un diagramme schématique d'une pompe à vide à quatre cylindres comportant application de - l'invention, Les deux ensembles de cylindre et piston à mouve- 253 Oú 44 ment alternatif 12, 12 ' représentés sur la figure 1 sont conçus pour être utilisés en parallèle comme étage de vide poussé 10 d'une pompe à vide de refoulement Les en- sembles 12, 12 ', montés sur une carter 11, sont sensiblement identiques, aussi, des parties identiques sont désignées par des références identiques, avec un "prime" dans le cas de l'ensemble 12 ', Seul l'ensemble 12 sera décrit en détail: il comprend un piston 16 qui est animé d'un mouvement de va- et-vient au moyen d'une tige de liaison 22 à l'intérieur d'un cylindre métallique creux 17 La structure détaillée du cy- lindre 17 n'est pas utile dans le cas présent, et n'est donc pas illustrée, Le piston 16 et le cylindre 17 présentent tous deux une configuration en gradin, Le piston 16, constitué d'un corps creux 16 a et d'un couvercle 16 b comporte une par- tie de tête 24 d'un diamètre relativement grand et munie d'une face d'extrémité 25 définie par le couvercle 16 b, et une jupe arrière 26 d'un diamètre plus petit Une face de piston an- nulaire 27 est ainsi délimitée à l'arrière de la tête 24. Le cylindre 17 comporte une partie 29 de diamètre relative- ment grand munie d'une face d'extrémité annulaire 23, à l'in- térieur de laquelle coulisse la tête 24 du piston, et une partie 31 contigue à la partie 29, mais d'un diamètre infé- rieur, recevant la jupe 26 du piston Un épaulement annulaire 32 est formé entre les parties 29 et 31 du cylindre, face à la face annulaire 27 du piston Un dispositif à piston diffé- rentiel est ainsi obtenu, le cylindre comportant un espace de travail cylindrique avant et un espace de travail annulaire arrière, Sur les figures 1 et 4, le piston 16 est au point- mort haut et le piston 16 ' est au point mort bas, et, momen- tanément, les seuls espaces de travail d'un volume signifi- catif sont l'espace cylindrique avant 33 ' et l'espace annulai- re arrière 34. Les parties de pistons 24, 26 sont respectivement pourvues de chemises 36, 38 en polytétrafluoréthylène (PTFE) 253 044 à remplissage de bronze, destinées é rendre sensiblement étanche'l'espace annulaire entre les parties de piston et les parties de cylindres respectives 29, 31 en remplacement de l'huile ou d'un autre lubrifiant liquide Ces chemises, ou analogues, sont disposées sous une contrainte circonféren- tielle et longitudinale sur les surfaces cylindriques des parties de piston respectives. Les deux cylindres 17, 17 ' sont pontés par un couvercle ou culasse 40 métallique, commune, démontable, s'appliquant sur les faces d'extrémité 23, 23 ' La culasse ferme les espaces de travail cylindriques avant 33, 33 ' mais comporte des orifices de refoulement respectifs en gradin 42, 42 ' Les orifices 42, 42 " sont fermés par des plaques 41 de fermeture et reçoivent des clapets de non-re- tour 44, 44 ' (figure 1) en appui contre des portées 45,45 ' situées dans les orifices; des clapets ne sont pas représen-. tés sur la figure 3, afin d'éviter une complexité excessive des dessins Les clapets de non-retour emp chent l'air d'en- trer dans les espaces de travail avant 33, 33 '. L'agencement d'orifices selon l'invention com- prend de préférence plusieurs passages longitudinaux 50 (fi- gures 1 et 2), 51 (figure 2 et 4) s'étendant longitudinale- ment à peu près parallèlement aux axes des cylindres, mais légèrement inclinés par rapport à la verticale, dans les parois de chaque cylindre 17, 171; des orifices corespon- dants 52 (figure 1) 53 (figure 3) mettant en communication les passages respectifs 50, 51 avec des rainures internes 52 a, 53 a ouvertes vers l'intérieur des cylindres; plusieurs évi- dements recourbas 54, 55 situés dans les faces d'extrémité 23 des cylindres; des conduits 56, 57 (figures 3 et 4) s'é- tendant radialement dans la culasse 40, en une configuration de communication particulière avec les évidements 54, 55, 54 ' '; et deux joints d'étanchéité d'une pièce 58, 58 ' (mieux visibles sur la figure 2) destinés à être retenus entre les cylindres 17, 17 ' et la culasse 40 pour séparer les évidements de chaque paire de façon étanche l'un de l'autre. 253 C f 44 Les passages s'étendant longitudinalement sont séparés en deux groupes distincts Les passages 50 du cylin- dre 17 ( 50 ' du cylindre 17 ') comprennent un groupe (repré- senté avec cinq passages) de passages d'admission espacés sur une courbe, qui communiquent avec l'intérieur du cylin- dre 17 par les orifices 52 (figure 1) en une position inter- médiaire, de sorte que les orifices 52 sont brièvement dé- couverts par la tête 24 du piston lors de son mouvement alternatif, pour permettre l'admission de gaz par les orifi- ces vers l'espace de travail 33 situé en tête du piston A l'inverse, et à des fins qui apparaîtront plus clairement eu cours de la description, les orifices 53-(figure 4) des passages 51 ( 51 ' dans le cylindre 17 ') de l'autre groupe (représentés au nombre de deux) débouchent a l'intérieur du cylindre à l'extrémité arrière, de sorte que chaque orifice 53 débouche dans l'espace de travail annulaire 34 situé der- rière le piston. En se référant plus particulièrement à la figure 2, les évidements 54, 55 sont ménagés dans les faces d'extré- mité 23 des cylindres de manière à ce que chaque évidement 54, 55, 54 ', 55 ' soit en communication avec le groupe de pas- sages respectif 50, 51, 50 ', 511 Une étanchéité est assurée autour de chacun des quatre évidements au moyen de joints d'étanchéité 58, 58 ' qui comprennent chacun deux bagues con- centriques 64, 65 pontées par des éléments radiaux venus de matière 66, le joint tout entier maintenu en place par coopé- ration avec des rainures 68 de forme correspondante situées dans les faces d'extrémité respectives 23, 23 ' des cylindres. On observera que les évidements recourbés 54, 55 ont une lar- geur radiale légèrement inférieure à l'espacement des bagues 64, 65 de chaque joint d'étanchéité, et que les éléments de pontage 66 de chaque joint d'étanchéité sont positionnés avec soin pour séparer de façon étanche les évidements et les groupes de passages 50, 51. Les conduits 56 (figure 3) s'étendent à partir d'une ouverture commune 56 a située d'un côté de la culasse 40 pour rejoindre des trous borgnes respectifs 70, 70 ' ménagés dans la face inférieure de la culasse pour établir la com- munication entre le conduit associé 56 et l'évidement corres- pondant 54,54 ' Les conduits 57 complètent de façon symétri- que les conduits 56 de l'autre côté de la culasse, et com- portent une ouverture commune 57 a et des trous borgnes 71, 71 ' communiquant avec les évidements 55, 55 ' et, de plus, pro- longés vers l'intérieur pour rejoindre les orifices de refou- lement 42, 42 ' Dans la présente application de l'agencement d'orifices et de canalisations de l'invention, les ouvertures 56 a, 57 a sont fermées par des plaques 72, 73 L'admission vers le conduit 56 s'effectue par une cavité circulaire 74 ménagée dans la surface supérieure du couvercle 40, communi- quant avec la jonction des conduits 56 par un orifice laté- ral 76 Le refoulement à partir du conduit 57 s'effectue ?A travers un prolongement 75 solidaire de l'un des passages 51. Comme déjà indiqué, les deux ensembles 12, 12 ' illustrés sont destinés à être utilisés en parallèle comme étage de vide poussé 10 d'une pompe à vide à quatre cylindres. Dans un ensemble complet, schématiquement représenté sur la figure 6 (sur laquelle des parties identiques de chaque éta- ge sont désignées par des références identiques, avec un "prime" un "seconde" ou un "tierce", un conduit d'admission est raccordé à partir du récipient à vider,à la cavité 74 de la culasse 40 Le prolongement de refoulement 75 est mis en communication avec le troisième étage à vide intermédiaire ' par un conduit 78 qui traverse le carter 11 en biais. Le refoulement des cylindres 12 " de l'étage 10 ' est raccordé à l'admission du quatrième cylindre 12 ''', et l'étage de vide faible 10 " refoule lui-même en 75 " vers l'atmosphère L'agen- cement d'orifices et de canalisations des deux cylindres 12 '', 12 ''' est analogue à celui des-cylindres 12, 12 ', à l'excep- tion du fait qu'il n'existe qu'un seul raccordement transver- sal dans la culasse 40 "-entre un évidement de refoulement 55 " du cylindre 12 " et un évidement d'admission 54 ''' du cylindre 12 ''', Un dernier clapet anti-retour de refoulement 90 s'ouvre 253 e 344 à partir de l'espace annulaire arrière du cylindre 12 "'''. La pompe étant en-fonctionnement, les pistons 16, 16 ' se déplacent en opposition de phase, A l'extrémité inférieure de la course de chaque piston, de l'air est admis dans l'espace de travail 33, 33 ' à partir du conduit d'ad- mission, par l'intermédiaire de la cavité 74, des conduits 56, des évidements 54, 54 ', des passages longitudinaux 50, ' et des orifices 52, 52 ' Lors de la course inverse vers le haut, cet air est expulsé à travers les orifices de dé- charge 42, 42 ', Lors de sa course vers le bas, le piston coo- père avec le troisième étage (non représenté) pour transférer l'air à partir de l'espace de refoulement, qui comprend l'es- pace de travail 34, les passages 51, 51 ', les évidements 55, ', les conduits 57 et les passages de transfert 75, 78. L'agencement décrit constitue une solution parti- culièrement simple et compacte pour l'ensemble des orifices de deux cylindres comportant chacun un piston différentiel et deux espaces de travail. La figure 5 illustre une autre configuration de conduits dans-une culasse modifiée 140 pour des cylindres 117, 117 ' Dans ce cas, les évidements recourbés 154, 155 sont pré- vus dans la surface de fond de la culasse, alignés avec les passages 150, 151 A la place des conduits 56, 57, la culasse est pourvue de deux ouvertures annulaires supérieures 156, 157 dans sa surface supérieure, et de passages de transfert 182, 183 peu profonds et dirigés radialement. Les ouvertures 156, 157 remplissent deux fonctions. Premièrement, elles sont ménagées dans la surface supérieure du couvercle 140 en une position centrale, et à une profondeur suffisante pour délimiter des cavités 156 a, 157 a qui pénètrent dans les évidements correspondants 154, 154 'et 155, 155 ' de manière à ce que les évidements 154, 155 situés au dessus du cylindre 117 soient en communication, via les cavités 156 a, - 157 af avec les renfoncements respectifs 154 ', 155 ' situés au dessus de l'autre cylindre 117 ' Deuxièmement, les ouvertures 156, 157 peuvent être facilement raccordées à des éléments 253 E 344 externes tels que des conduits d'admission et de refoulement. De plus l'ouverture 157 est raccordée aux orifices de refou- lement 142, 142 ' au moyen de passages de transfert 182, 183 qui sont formés par intersection de découpes en forme de segments s'étendant à partir des orifices de refoulement 142, 142 ' et de l'ouverture 157. Les ouvertures 156, 157 ont un diamètre maximal compatible avec les dimensions externes de la culasse, de manière à optimiser la communication entre les ensembles d'é- videments respectivement raccordés 154, 154 ' et 155, 155 ' en minimisant la résistance à l'écoulement de l'air entre les évidements et les conduits ou les autres éléments raccordés aux ouvertures 156, 157 Cet aménagement peut s'avérer tout à fait utile si les cylindres doivent opérer comme pompe à vide, ou comme partie de celle-ci Une large ouverture entre la cavité 156 a et les évidements 154, 154 ' facilitera une admission d'air rapide pendant que les orifices 152 sont brièvement découverts, On notera que les agencements d'orifices et de canalisations illustrés comportent de nombreux aménagements de détail qui ne sont pas essentiels pour le principe global de l'invention De tels aménagements de détail comprennent les formes spécifiques et les emplacements des conduits, des passages, des orifices et des joints d'étanchéité, le nombre et la disposition des passages longitudinaux 50, 51 et les moyens par lesquels ces passages communiquent avec l'intérieur des cylindres. En ce qui concerne les joints d'étanchéité, on pourra utiliser dans chaque cas, à la place des joints d'une pièce illustrés, une paire de bagues d'étanchéité, l'une étant placée autour d'un évidement, et l'autre autour des deux évidements. REVENDICATIONS 1 Agencement d'orifices et de canalisations pour deux cyclindres adjacents creux, comprenant plusieurs passages s'étendant longitudinalement dans les parois des différents cylindres, et des orifices mettant les passages en communication avec l'intérieur des cylindrescorrespon- dants, caractérisé en ce qu'il comporte: une culasse ( 40) pour les cylindres ( 17); plusieurs évidements ( 54, 55) chacun en communica- tion avec un passage individuel ( 50,51) ou avec un groupe de passages lorsque la culasse ( 40) est appliquée sur les cylindres, une paire d'évidements étant associée avec chaque cylindre et au moins un évidement ( 54) de chaque paire étant également en communication avec un évidement ( 54 ') de l'au- tre paire, par des moyens à conduits ( 56) situés dans la culasse ( 40); et des moyens à'joint d'étanchéité ( 58) des- tinés à être retenus entre les cylindres ( 17) et la culasse ( 40) pour séparer de façon étancheles évidements de chaque paire l'un ( 54) de l'autre ( 55). 2 Agencement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la culasse ( 40) est pourvue d'une ouverture ( 74) communiquant avec lesdits évidements raccordés ( 54,54 ') pour fournir un fluide à l'intérieur des cylindres ou l'en retirer. 3 Agencement selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux évidements ( 54,55) de chaque paire sont raccordés avec les évidements correspondants ( 54 ',55 ') de l'autre paire. 4 Agencement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les évidements sont des cavités recourbées ( 54, 55) ménagées dans les extrémités des parois des cylindres. Agencement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en outre en ce que les évidements sont des cavités ( 154, 155) ménagées dans la surface inférieure de fond de la culasse ( 140), chacune étant alignée avec son passage indi- 253 ED-44 1 l viduel respectif ( 50,51) ou avec son groupe de passages débouchant dans les extrémités opposées ( 23) des parois des cylindres. 6 Agencement selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque raccordement entre les évidements comprend une paire de conduits ( 56) s'étendant dans le couvercle ( 40) radiale- ment par rapport aux axes respectifs des cylindres. 7 Agencement selon la revendication 2, carac- térisé en outre en ce que ladite ouverture comporte une cavité ( 156) ménagée dans la surface supérieure de la culasse et de profondeur suffisante pour communiquer avec les évidements correspondants, une telle cavité assurant ainsi également ledit raccordement ( 156 a) entre les évidements. 8 Agencement selonl'une quelconque des revendi- cations précedentes, caractérisé en ce que les moyens à joint d'étanchéité comprennent un joint d'étanchéité d'une seule pièce ( 58) pour chaque cylindre, constitué de deux bagues concentriques ( 64, 65) sensiblement coaxiales avec le cylindre respectif et reliées par plusieurs éléments de pontage ( 66) venus de matière pour séparer les évidements ( 54,55). 9 Agencement selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en outre en ce que les orifices ( 52) des passages ( 50) qui sont en communication avec les évidements raccordés ( 54) s'ouvrent à l'intérieur des cylindres en des positions intermédiaires respectives, de manière à ce que chaque ori- fice ( 52) soit brièvement découvert par un piston ( 16) à mouvement alternatif à l'intérieur de ceux-ci,afin de per- mettre l'admission de gaz par les orifices en tête du pis- ton, l'autre évidement ( 55) de chaque paire communiquant alors, par un passage ( 57) situé dans -laculasse ( 40), avec un orifice de refoulement ( 42) situé dans la culasse et pouvant être mis directement en communication avec l'in- térieur du cylindre, mais recevant un clapet de non-retour ( 44) de refoulement. 253 CO 44 Agencement selon la revendication 9, carac- térisé en outre en ce que les-orifices ( 53) associés à l'autre évidement ( 55) de chaque paire débouchent dans un espace de travail annulaire ( 34) situé à l'intérieur du cylin- dre, derrière le piston ( 16), pour ainsi établir un raccor- dement à contrôle par clapet entre l'orifice de refoulement ( 42) situé en tête du piston et l'espace de travail annu- laire ( 34) situé derrière le piston. 11 Agencement selon l'une des revendications précédentes, prévu pour chacune des deux paires de cylindres creux d'une pompe à vide à quatre cylindres, dans laquelle les cylindres de l'une desdites paires ( 17,17 ') sont reliés en parallèle pour tenir lieu d'étage à vide poussé lorsque la pompe est en fonctionnement, tandis que les deux autres cylindres ( 17 '', 17 ''') sont reliés en série l'un avec l'au- tre et avec l'étage à vide poussé, et constituent respecti- vement les étages à vide faible et intermédiaire, une paire desdits évidements raccordés de l'étage à vide poussé étant en communication avec un évidement de l'étage intermédiaire par l'intermédiaire d'un conduit ( 78) reliant lesdits -passa- ges respectifs des deux étages.