Brevet FR2562958A1 — publié le 19851018

Pompe à membrane à piston ", L'invention concerne une pompe à mem- brane à piston, pourvue d'un carter, d'une chambre de circulation disposée dans ce carter, reliée par l'inter- médiaire de soupapes à un canal d'entrée et un canal de sortie, d'une chambre de travail du piston, remplie en état de service de fluide hydraulique, séparée de la chambre de circulation par au moins une membrane enserrée de façon étanche entre des parties de carter reliées par une liaison desserrable, d'un piston guidé en pouvant se déplacer dans les deux sens dans la chambre de travail en vue de produire des déviations de course de la mem- brane faisant varier le volume de la chambre de circula- tion, ainsi que de plusieurs boulons de serrage s'éten- dant parallèlement à la direction du serrage, reliés chaque fois à une partie de carter, et comportant au moins un tronçon fileté qui peut être vissé avec un file- tage d'un élément de serrage en rapprochant l'une de l'autre les parties de carter enserrant la membrane. Dans des pompes à membrane à piston connues, les parties de carter enserrant la membrane de façon étanche entre elles sont reliées l'une à l'autre par des boulons de serrage, le couple de rotation appli- qué sur les écrous de recouvrement ayant alors pour effet d'assurer l'application de la force d'enserrage de la membrane comme aussi celle de la force captant la pression intérieure exercée sur le fluide en circulation. Toute la force de vissage minimale des boulons de serrage pèse sur la surface de la membrane enserrée et est ainsi limitée par sa pression superfi- cielle maximale admise. Avec des matières synthétiques telles que du polytétrafluoréthylène (PTFE) comme maté- riau constituant la membrane, il n'est, par conséquent, pas possible de réaliser, pour des pompes classiques, des pressions de service supérieures à environ 325 bars; en effet, même un agrandissement de la surface d'enser- rage ne peut plus réduire sensiblement la pression super- ficielle de la membrane. Pour des pressions plus élevées, il est mis en oeuvre, de façon usuelle, des membranes en acier, mais qui ne peuvent avoir, en raison de leur plus grande sensibilité, qu'une faible durée d'utilisation. Les dimensions de telles pompes sont considérablement plus grandes et leur réalisation avec des membranes dou- bles est très coûteuse. La mise en oeuvre d'une commande par couches n'est pas possible dans le cas de membranes en acier. L'invention a pour but, dans ces con- ditions, de réaliser une pompe à membrane à piston - du type indiqué au préambule - qui puisse être actionnée sans fuites en utilisant des pressions de service de plus de 400 bars meme aussi bien avec une membrane en matière synthétique. En vue d'atteindre cet objectif, la pompe à membrane à piston conforme à l'invention est une pompe à membrane caractérisée en ce que: a) il est prévu, sur au moins une partie de carter, au moins un filetage d'appui ayant son axe parallèle à la direction du serrage; b) à chaque filetage d'appui est associé un élément d'appui qui, lorsqu'il est inséré, fait saillie d'une distance correspondant à sa position de vissage en direc- tion de l'autre partie de carter: et c) l'autre partie de carter comporte chaque fois faisant face à l'élement d'appui, une surface d'appui s'étendant à angle droit par rapport à la direction du serrage, et contre laquelle l'élément d'appui peut %enir s'appliquer par vi-ssage vers l'extérieur. La pompe à membrane à piston compor- tant ces caractéristiques permet l'utilisation de membra- nes - ou doubles membranes - en PTFE même avec des pres- sions de service de 500 bars et au-dessus, sans que se trouve dépassée la pression superficielle admise pour le matériau de la membrane. La force nécessaire pour enserrer la membrane et la force nécessaire, en plus, pour la pres- sion de service adaptée à l'utilisation peuvent être appli- quées chaque fois sous l'effet de couples de rotation déterminés avec précisions exercés sur les boulons de serrage. Les parties de carter enserrant entre elles la membrane sont reliées l'une à l'autre de façon sensiblement plus rigide que dans le cas des pompes à membrane à piston connues; par suite, la tendance au fléchissement du carter est plus faible et le dimension- nement des parties du carter peut être d'autant plus réduit. Etant donné que l'amplitude de force correspon- dant à la pression de service est moins importante qu'avec les pompes connues, l'endurance des boulons de serrage et des parties de carter est avantageusement accrue. Egalement, le matériau de la membrane est moins soumis à des effets de gonflement, ce qui prolonge la durée d'utilisation de la membrane et empêche le risque d'un recul sous l'effet de liquide. Il est indiqué, dans la suite, des modes de réalisation avantageux de la pompe à membrane à piston telle que définie ci-dessus. Selon un mode de réalisation de-l'in- vention, l'élément d'appui que comporte la pompe est constitué sous forme de manchon d'appui entourant un boulon de serrage qui lui est associé. Un mode de réalisation particulier de l'invention s'applique à une pompe dans laquelle les boulons de serrage sont vissés chacun par un filetage extérieur dans un filetage intérieur d'un alésage de l'une des parties de carter, s'étendent à travers des alésages de passage de l'autre partie de carter et sont vissés sur la face opposée de celle-ci par un écrou de serrage. Il peut alors être prévu que, confor- mément à l'invention, les alésages de passage comportent chacun un tronçon de diamètre différent supérieur, pour- vu d'un filetage intérieur, et les manchons d'appui se vissent chacun par un filetage extérieur dans ce filetage intérieur. Selon encore un mode de réalisation de l'invention, chaque manchon d'appui comporte au moins deux segments de surfaces plans espacés en direction périphérique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et du dessin annexé représentant un exemple de réalisation de l'invention. La figure unique est une vue d'ensem- ble en coupe d'une pompe à membrane à piston conforme à l'invention. La pompe à membrane à piston 1 repré- sentée est pourvue d'un carter 2 en trois parties. Les parties de carter 2a à 2c sont reliées entre elles au moyen de, en tout, six boulons de serrage 11, dont deux sont visibles sur le dessin. Les boulons de serrage 11 comportent, à un tronçon d'extrémité, un filetage exté- rieur lib, vissé dans un filetage intérieur 17a d'un alésage borgne 17 de l'une des parties de carter 2a, et s'étendent depuis celle-ci, parallèlement à la direction du serrage, à traers des alésages de passage 16 d'une seconde partie de carter 2b. Sur la face de cette partie de carter 2b qui est située à l'opposé, sur un filetage extérieur lla de l'autre tronçon d'extrémité de chaque boulon de serrage 11, est vissé un écrou de serrage 14 pourvu d'un filetage intérieur 14a, aNec, entre cet écrou de serrage 14 et la partie de carter 2b, une rondelle d'appui 15. En faisant tourner de façon appropriée l'écrou de serrage 14, les parties de carter 2a, 2b sont rapprochées l'une de l'autre. Entre ces parties de car- ter 2a, 2b, il est prévu une troisième partie de carter 2c, qui comporte une chambre de circulation 6, reliée par l'intermédiaire d'alésages 9b, 10b et de soupapes 9a, O10a, à un canal d'entrée et un canal de sortie 9, 10 respectivement. Entre la partie de carter 2c et la partie de carter 2a, est insérée, de façon étanche, une double membrane 5, qui sépare la chambre de circulation 6 d'une chambre de travail 4 du piston, remplie en état de service de fluide hydraulique. La membrane 5 est en- serrée entre les parties de carter 2a et 2c, lorsque les parties de carter 2a et 2b qui entourent la troisième partie de carter 2c sont rapprochées l'une de l'autre par serrage des écrous 14. Dans la chambre de travail 4 se déplace, dans les deux sens, un piston 3; le déplacement de ce piston produit des déviations de course de la mem- brane 5, qui font varier le volume de la chambre de cir-- culation 6 et régissent ainsi le cheminement de la ma- tière à faire circuler. Conformément à la conception de la pompe à membrane pour des pressions très élevées, la chambre de circulation 6 et la chambre de travail 4 sont réalisées avec de faibles dimensions, étant donné qu'il faut éviter de fortes pertes de compression. A l'extrémité de la chambre de travail 4 qui est située en regard de la membrane 5. il est dis- posé une plaque d'appui 7 pouvant se déplacer de très peu en direction axiale et coopérant avec un corps d'appui 7a pourvu d'un appui à ressort. La plaque 7 empêche une déviation par trop forte de la membrane 5 en direction de la chambre de travail 4 du piston et qui pourrait en- traîner une rupture de la membrane. En cas de dépasse- ment de la pression sous l'effet de laquelle la membrane vient s'appliquer contre la plaque d'appui 7, la force de ressort poussant en direction de la chambre de circu- lation 6 le corps d'appui 7a, celui-ci conjointement avec la plaque 7 s'éloigne très légèrement de cette cham- bre 6, éventuellement jusqu'à s'appliquer contre la par- tie de carter 2a. Le corps d'appui 7a présente une sur- face oblique 7b, qui est prévue à peu près au milieu, en direction longitudinale, de sa surface périphérique extérieure; de telle sorte que le pourtour extérieur du corps d'appui 7a se trouve réduit dans la zone de la sur- face oblique 7b en direction de la chambre 6. Un élément de retenue 8b est en contact de glissement avec cette surface oblique 7b et peut se déplacer en direction axiale dans la partie de carter 2a. L'élément de retenue Sb empêche, dans la position de service normale du corps d'appui 7a, de s'ouvrir, en direction de la chambre de travail 4 du piston, une soupape 8a prévue pour refaire le plein de fluide hydraulique. Lorsque le corps d'appui 7a, sous l'effet de la pression de la membrane 5, se déplace en s'éloignant de la chambre de circulation 6, l'extrémité tournée vers l'intérieur de l'élément de retenue 8b glisse sur la surface oblique 7b en direction de la cham- Y bre de travail 4 du piston et libère le déplacement dirigé dans le même sens du corps de la soupape Sa. ce qui permet de remplacer du fluide hydraulique qui se serait éventuellement perdu par des fuites. La soupape Sa est reliée à un réser- voir de stockage, non représenté, prévu pour le fluide hydraulique. Une soupape de dégagement d'air 19 est en liaison avec la chambre de travail 4 du piston et sert à l'éacuation d'air contenu dans l'huile hydraulique. Une soupape de surpression, non représentée, sert à pré- server la chambre de travail du piston de pression attei- gnant un niveau inacceptable. Le piston 3 est étanché, au moyen d'une garniture d'étanchéité 3a - qui n'est représentée que schématiquement - envers la pénétration du fluide hydraulique qui se trouve sous des pressions très élevées. Les surfaces annulaires 20a, 20b des parties de carter 2a, 2c qui entourent la chambre de cir- culation 6 présentent, dans l'exemple de réalisation dont il s'agit, une étendue radiale de 30 mm; pour un diamètre de la chambre de circulation de 60 mm, il en résulte un diamètre d'enserrage moyen de la membrane 5 de 90 mm. Pour une pression de service effective de 500 bars, la pompe est conçue pour une pression de ser- vice maximale de 600 bars; la force de vissage minimale FSB à prévoir pour une telle pression ainsi que les di- mensions à fixer pour les boulons de serrage 11 peuvent être calculées d'après la fiche technique de renseigne- ments B7 de 1' "Arbeitsgemeinchaft der Druckbehâlter", fournissant également les autres indications nécessaires. La force de vissage minimale FSB à déterminer pour l'état de marche est ensuite fixée, pour les dimensions d'enserrage indiquées et l'utilisation de PTFE comme matériau pour la membrane, à 1.053.502 N; les boulons de serrage "M30" 11 présentent un diamètre de tige de 23 mm. Par boulon de serrage 11 est appliqué - en sue d'obtenir la force de vissage minimale FB - un SB couple de rotation M2 de 721,5 Nm. Sans les moyens con- formes à l'invention, il se présenterait une pression superficielle p de la membrane 5, entre les surfaces annulaires 20a, 20b, de 123,2 N/mm2, la plus forte pres- sion superficielle admise pour le matériau de la membrane serait alors nettement dépassée. La composante de la force de vissage minimale FSB qui n'a à capter que la pression intérieure F. est supportée, conformément à l'invention, par les éléments d'appui 13 qui sont disposés entre les parties de carter extérieures 2a, 2b; par suite, la membrane 5 entre les surfaces annulaires 20a, 20b ne subit que l'action de la composante FDB de la force de vissage minimale FSB qui est nécessaire pour la pré-déformation et l'enserrage de la membrane 5. Les alésages de passage 16 de la par- tie de carter 2b comportent chacun un tronçon 16a, de diamètre différent supérieur, pourvu-d'un filetage inté- rieur 12. Les éléments d'appui sont constitués sous forme de manchons d'appui 13 entourant chacun un boulon de serrage 11 qui leur est associé, et sont pourvus d'un filetage extérieur 13a vissé dans le filetage intérieur 12. L'autre partie de carter 2a présente une surface d'appui 18 qui s'étend à angle droit par rapport à la direction du serrage en faisant face chaque fois à un élément d'appui 13, et contre laquelle celui-ci peut être appliqué par vissage vers l'extérieur. Chaque man- chon d'appui 13 comporte au moins deux segments de sur- faces plans espacés en direction périphérique, et qui servent à la mise en place d'un outil pour faire tourner les manchons d'appui 13. Lors du montage de la pompe à membra- ne à piston, les manchons d'appui 13 sont vissés chaque fois assez loin dans les filetages d'appui 12 pour que leur autre tronçon d'extrémité se trouve suffisamment espace de la surface d'appui 18. Ensuite, les écrous 14 des boulons ll sont serrés suffisamment pour que la force FDB nécessaire pour prédéformer et enserrer la membrane entre les surfaces annulaires 20a, 20b, s'exer- ce sur cette membrane 5 et assure sa fixation envers une distorsion et des fuites. Dans l'exemple de réalisa- tion représenté, il s'ensuit, à cet effet une pression superficielle pi de 79,19 N/mm2, qui est obtenue en ser- rant les écrous 14 avec un couple de rotation de 460 Nm. Ensuite, on fait tourner les manchons de serrage 13, dans le sens du desserrage, par rapport aux filetages d'appui 12; ces manchons 13 se déplacent ainsi en direction de la partie de carter 2a, jusqu'à ce qu'ils viennent s'appliquer de force chaque fois contre une surface d'appui 18. Etant donné que les par- ties de carter extérieures 2a, 2b, grâce à l'application des manchons d'appui 13 contre les surfaces d'appui 18, ainsi que grâce à l'engrènement par filetage de leurs filetages extérieurs 13a avec les filetages d'appui 12, sont dès lors empêchés de se déplacer encore autrement l'un par rapport à l'autre; il est alors possible d'appliquer sur les écrous de serrage 14 tout le couple de rotation de 721,5 Nm nécessaire pour la force de vissage minimale FSB en état de marche, sans que s'élève davantage la pression sur la membrane 5 entre les sur- faces annulaires 20a, 20b. La force de pré-déformation FDB peut ainsi s'appliquer indépendamment de la force de vissage minimale FSB, nécessaire dans l'ensemble, sur la surface d'enserrage de la membrane 5. Une pompe à membrane à piston corres- pondant à l'exemple de réalisation décrit, pourvue d'une double membrane en PTFE, a fonctionné plus de 1000 heu- res, avec une pression de service de 500 bars, sans endommagement de la membrane et sans fuite. Pour des domaines d'utilisation appropriés, la pompe à membrane à piston peut, bien en- tendu, aussi être équipée d'une membrane en acier; ce qui intervient alors comme avantage par rapport à des pompes classiques, c'est principalement la fixation plus rigide des parties de carter dans leur position mu- tuelle. l] R E \ E N D I C A T I 0 N S 1 ) Pompe à membrane à piston, pour- vue d'un carter (2), d'une chambre de circulation (6) disposée dans ce carter, reliée par l'intermédiaire de soupapes (9a, lOa) à un canal d'entrée et un canal de sortie (9, 10), d'une chambre de travail (4) du piston, remplie en état de service de fluide hydraulique, séparée de la chambre de circulation (6) par au moins une mem- brane (5) enserrée de façon étanche entre des parties de carter (2a, 2b) reliées par une liaison desserrable, d'un piston guidé en pouvant se déplacer dans les deux sens dans la chambre de travail (4) en sue de produire des déviations de course de la membrane (5) faisant varier le volume de la chambre de circulation (6), ainsi que de plusieurs boulons de serrage (11) s'étendant parallèlement à la direction du serrage, reliés chaque fois à une partie de carter (2a ou 2b), et comportant au moins un tronçon fileté (11a) qui peut être vissé avec un filetage (14a) d'un élément de serrage (14) en rapprochant l'une de l'autre les parties de carter (2a, 2b) enserrant la membrane (5), pompe a membrane caracté- risée en ce que: a) il est prévu, sur au moins une partie de carter (2a ou 2b), au moins un filetage d'appui (12) ayant son axe parallèle à la direction du serrage; b) à chaque filetage d'appui (12) est associé un élément d'appui (13) qui, lorsqu'il est inséré, fait saillie d'une distance correspondant à sa position de vissage en direction de l'autre partie de carter (2b ou 2a); et c) l'autre partie de carter (2b ou 2a) comporte chaque fois faisant face à l'élément d'appui (13), une surface d'appui (18) s'étendant à angle droit par rapport à la direction du serrage, et contre laquelle l'élément d'appui (13) peut venir s'appliquer par vissage vers l'extérieur. 2 ) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'appui est constitué sous forme de manchon d'appui (13) entourant un boulon de serrage (11) qui lui est associé. 3 ) Pompe selon la revendication 2, dans laquelle les boulons de serrage (11) sont %issés chacun par un filetage extérieur (llb) dans un filetage intérieur (17a) d'un alésage (17) de l'une des parties de carter (2a), s'étendent à travers des alésages de passage (16) de l'autre partie de carter (2b) et sont vissés sur la face opposée de celle-ci par un écrou de serrage (14), pompe caractérisée en ce que les alésages de passage (16) comportent chacun un tronçon (16a) de diamètre différent supérieur, pourvu d'un filetage in- térieur (12), et les manchons d'appui (13) se vissent chacun par un filetage extérieur (13a) dans ce filetage intérieur (12). 4 ) Pompe selon l'une ou l'autres des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chaque manchon d'appui (13) comporte au moins deux segments de surfaces plans espacés en direction périphérique.