Brevet FR2582059A1 — publié le 19861121

La présente invention concerne les pompes d'alimentation en liquide, et plus particulièrement des pompes d'alimentation en liquide à mouvement alter- natif linéaire pour le pompage de liquides possédant des caractéristiques thermodurcissables, dans lequel des accumulations de tels liquides qui sèchent et durcis- sentpeuvent affecter l'aptitude au fonctionnement de la pompe. Les pompes à liquide à mouvement alternatif linéaire sont utilisées depuis longtemps dans l'industrie pour une large gamme d'applications à la distribution de liquides. Par exemple, la firme Graco Inc. construit une gamme complète de pompes à mouvement alternatif pour le transfert de liquides allant de matières à base d'eau à des lubrifiants et des mastics visqueux et lourds. Toutes ces pompes sont conçues pour pouvoir être reliées à une source de force motrice d'entraînement à mouvement alternatif, telle qu'un moteur pneumatique ou un moteur hydraulique. Les pompes d'alimentation en liquide du type décrit ici peuvent être classées, sous un certain aspect, comme pompes à simple action ou comme pompes à double action. L'expression "pompe à simple action" désigne une pompe dans laquelle un liquide est aspiré à l'inté- rieur de la pompe durant un sens du mouvement alternatif d'entraînement et est expulsé de la pompe durant l'autre sens du mouvement alternatif. L'expression "pompe à double action" désigne une pompe dans laquelle un liquide est aspiré à l'intérieur de la pompe durant un sens du mouvement alternatif de la source d'entraînement, mais le liquide est expulsé de la pompe dans les deux sens du mouvement alternatif de la source. La présente invention peut être adaptée aux deux types de pompes, bien qu'elle soit décrite ici en référence aux pompes du type à double action. Certains types de liquides posent des pro- blèmes particuliers pour les pompes d'alimentation en liquide du type décrit ici, notamment des liquides pos- sédant des caractéristiques de thermodurcissement, qui tendent à durcir ou à se solidifier à la suite d'une exposition prolongée à l'air. Des exemples de liquides possédant ces caractéristiques comprennent, entre autres, des isocyanates qui sont utilisés sous forme mélangée avec divers types de résines et qui, lorsqu'ils sont appliqués sur divers substrats, tendent à durcir en une période de temps relativement courte et à former, après durcissement, une surface extrêmement dure et résistante. Le pompage de ce type de matière, sous forme mélangée ou non mélangée, pose des problèmes particuliers dans l'équipement de pompage, car il faut prendre soin d'éviter une exposition prolongée des matières à l'air, les matières pouvant tendre autrement à durcir à l'inté- rieur du mécanisme de pompage lui-même et à provoquer finalement la mise hors d'action de la pompe. Divers types de joints et de dispositifs d'étanchéité ont été essayés dans de telles pompes afin d'isoler de l'air extérieur et de l'environnement de la pompe les éléments intérieurs de la pompe sur lesquels le liquide tend à s'accumuler avec le temps. Etant donné que ces pompes sont animées d'un mouvement alternatif par une tige allongée dont l'une des extrémités est reliée à un piston de pompage et dont l'autre extrémité dépasse à l'extérieur de la pompe, on a essayé de mettre au point des.joints d'étanchéité au liquide et à l'air montés sur la tige d'entraînement de la pompe, à proxi- mité de son point d'émergence de la pompe. Cependant, étant donné qu'il est impossible de mettre au pointun joint possédant des caractéristiques d'étanchéité com- plètes au liquide et à l'air sur des périodes prolongées d'utilisation, il est inévitable que les liquides pompés finissent par fuir à travers le joint et à être exposés à l'air, ce qui déclenche le processus de durcissement. Lorsque cela se produit, le liquide durci dégrade encore plus le joint d'étanchéité au liquide, ce qui aggrave les fuites et finit par rendre la pompe inopérante. L'invention concerne une pompe d'alimentation en liquide comportant une tige d'entraînement à mouvement alternatif dont une extrémité antérieure est reliée à un piston de pompage et dont l'autre extrémité dépasse à l'extérieur de la pompe pour être reliée à une source de force motrice à mouvement alternatif. Un joint inter- médiaire d'étanchéité aux liquides est placé autour de la tige d'entraînement de la pompe, une chambre collec- trice, destinée à collecter des quantités de liquide de fuite, et un circuit de drainage, destiné à renvoyer ces quantités de fuite à l'aspiration de la pompe, étant associés à ce joint. En outre, un joint d'étanchéité à l'air de la tige d'entraînement de la pompe est prévu à proximité du point de sortie de cette tige de la pompe, et à une distance du joint intermédiaire d'étanchéité supérieure à la longueur de la course de la pompe, afin de former une chambre intermédiaire entre le joint d'étan- chéité à l'air et le joint intermédiaire, laquelle chambre intermédiaire se vide dans la chambre à fuite, et le joint d'étanchéité à l'air isole la chambre intermédiaire et la chambre de fuite afin qu'elles ne soient pas expo- sées à l'air. L'invention a pour objet principal une pompe d'alimentation en liquide comportant une isolation com- plète entre ses éléments intérieurs, qui entrent en contact avec le liquide, et l'air à l'extérieur de la pompe. L'invention a pour autre objet un joint inter- médiaire d'étanchéité au liquide monté dans une pompe d'alimentation en liquide, avec une chambre collectrice de fuite et un trajet de drainage renvoyant le liquide de fuite à l'aspiration de la pompe. L'invention a pour autre objet une pompe d'alimentation en liquide comportant une tige d'entraîne- ment à mouvement alternatif et des joints d'étanchéité supérieur et inférieur, espacés d'une distance supé- rieure à la course de la pompe. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation de l'invention; et la figure 2 est une élévation avec coupe partielle de la pompe montrée sur la figure 1. En se référant d'abord à la figure 1, on y voit représentésen perspective une pompe et un moteur d'entraînement du type convenant globalement à la pré- sente invention. Le moteur d'entraînement 20 est en général un moteur à mouvement alternatif, entraîné par une source d'air comprimé qui est reliée à un raccord 22, et qui peut être commandée par un robinet 24. Le moteur d'entraînement 20 est relié à une extrémité d'un tube 21 de montage du moteur dont l'autre extrémité est fixée à une pièce moulée 15 de chambre de sortie. La pièce moulée 15 fait partie de la pompe 10 et une sortie 14 de pompe lui est associée. La pompe 10 comporte un corps 13 s'étendant vers le bas et aboutissant à une aspiration 12 de pompe, dans un corps 27 d'aspiration à clapet. En fonctionnement, la pompe 10 est générale- ment plongée dans un réservoir de liquide, tel qu'un fût de 208 litres, l'aspiration 12 de la pompe étant placée à proximité du fond du réservoir d'alimentation en liquide et le refoulement 14 de la pompe étant placé au-dessus du niveau supérieur du liquide dans le réser- voir. En référence à présent à la figure 2, celle- ci montre la pompe 10 quelque peu à échelle agrandie et en coupe. La pompe 10 est entraînée par une bielle supérieure 16 portant une biellette 26 d'entraînement destinée à être reliée au moteur 20. La bielle supérieure 16 passe dans un collet 66 et est reliée par vissage à un corps de piston supérieur 45. Une bielle inférieure 18 est reliée par vissage à la face inférieure du corps de piston supérieur 45 et descend jusqu'à un corps de clapet 36 de piston inférieur auquel elle est également reliée par vissage. Le corps 36 de clapet de piston inférieur est vissé à un corps de piston inférieur 35. Deux joints d'étanchéité 39 en coupelle, un segment 40 de piston inférieur et un support 38 de joint d'étanchéité du piston inférieur sont bridés entre le corps de piston inférieur 35 et le corps de clapet 36 du piston infé- rieur. Un clapet à bille 37 de piston inférieur est logé de façon mobile dans une chambre 41 à clapet et peut être appliqué contre un siège 42. Le corps 36 de clapet du piston inférieur est traversé de plusieurs canaux 43 afin de former un trajet d'écoulement de la chambre 41 de clapet vers une chambre 23a de pompage. Le corps de piston supérieur 45 est relié par vissage à la bielle supérieure 16 et à la bielle inférieure 18. Deux joints d'étanchéité 49 en coupelle de piston supérieur, un segment 50 de piston supérieur et un support 48 de joint du piston inférieur sont tous bridés entre la bielle inférieure 18 et le corps de piston supérieur 45. Les joints 49 à coupelle et le segment 50 du piston forment un joint d'étanchéité au liquide sur le pourtour de la surface intérieure d'un cylindre intérieur 32. De façon similaire, les joints 39 à coupelle et le segment 40 de piston forment un joint d'étanchéité au liquide sur le pourtour de la surface intérieure d'un cylindre extérieur 30. L'aspiration 12 de la pompe présente un tra- jet d'écoulement vers la bille 25 du clapet d'aspiration qui est logée de façon mobile dans une chambre 28 d'aspi- ration. Le mouvement vers le haut de la bille 25 du clapet d'aspiration est limité par une goupille 29 de butée du clapet qui est fixée en travers de la chambre 28 d'aspiration. La chambre 23a de pompage est en communica- tion d'écoulement direct avec une chambre 23b de pompage au moyen de perforations traversant une entretoise 34. La chambre 23b de pompage est reliée par plusieurs canaux de sortie 19 à une chambre 17 de refoulement. Cette dernière est en communication d'écoulement avec le refou- lement 14 de la pompe. La bielle supérieure 16 passe de façon étan- che dans un écrou 62 qui contient un joint d'étanchéité 64 à l'extrémité supérieure du collet 66. Une bague torique 63 forme un joint d'étanchéité entre le collet 66 et l'écrou d'étanchéité 62. La bielle supérieure 16 passe également à travers un écrou 56 d'étanchéité qui est vissé dans un alésage de la pièce moulée 15 délimitant la chambre de refoulement, et un joint 57 d'étanchéité au liquide est fixé par l'écrou 56 afin d'assurer l'étanchéité au liquide autour de la bielle supérieure 16. Une chambre de raccordement de fuite est formée dans la zone située immédiatement au-dessus de l'écrou 56 d'étanchéité et est raccordée avec un canal de drainage 58. Ce canal de drainage 58 descend à l'intérieur du corps 13 de la pompe jusqu'à une sortie 60 de drainage ou de purge, proche de l'aspiration 12 de la pompe. Une chambre allongée 46 est ainsi formée entre la chambre collectrice de fuite 55 et l'extré- mité supérieure du collet 66. L'extrémité supérieure de la chambre allongée 46 est totalement protégée des fuites d'air par une bague torique 63 et un joint d'étan- chéité 64. L'extrémité inférieure de la chambre allongée 46 communique avec la chambre collectrice de fuite 55. La longueur globale de la chambre allongée 46 est choisie de façon à être supérieure à la longueur maximale de la course de la pompe 10 de manière que tout liquide de fuite ayant pu s'accumuler sur les parties inférieures de la bielle supérieure 16 ne puisse jamais être entraîné vers le haut jusqu'au sommet du collet 66. Il est ainsi formé une barrière de distance qui empêche le liquide pompé d'atteindre la position élevée du joint d'étan- chéité 64 et d'affecter ainsi la fonction d'étanchéité de ce joint 64. Un canal 59 de dérivation est formé entre le cylindre intérieur 32 et l'espace compris entre le cylindre extérieur 30 et le corps 13 de la pompe. Cet espace est identifié comme étant une chambre intermé- diaire 61 sur la figure 2, et cette chambre intermédiaire 61 descend concentriquement jusqu'au fond de la pompe, entre le corps 13 et le cylindre extérieur 30. Le canal 59 de dérivation constitue un canal de trop-plein com- mode pour le liquide qui s'accumule dans le cylindre intérieur 32. Pendant le fonctionnement de la pompe, le volume intérieur du cylindre intérieur 32 se remplit progressivement de liquide qui fuit au-delà des joints 48 et 49 d'étanchéité du piston supérieur. Ce liquide s'accumule jusqu'à ce qu'il atteigne le niveau du canal 59 de dérivation, après quoi il cherche à s'évacuer en passant par la chambre intermédiaire 61. Le canal 59 de dérivation constitue donc un moyen pour éliminer la pression interne s'accumulant contre le joint 57 d'étanchéité, et il tend à minimiser la fuite de liquide au-delà du joint 57. Le corps 13 de la pompe est destiné principalement à renfermer ce *trajet de drainage ou d'évacuation, empêchant ainsi l'exposition à l'air de tout liquide passant dans la chambre intermédiaire 61. Ceci est particulièrement important dans le cas de pompes qui font circuler des matières du type isocyanate et d'autres matières affectées par une exposition à l'air. En fonctionnement, le moteur d'entraînement relié à la biellette 26 communique un mouvement vertical alternatif aux bielles et aux pistons supérieur et infé- rieur. Durant une course montante, le piston inférieur engendre une force de succion qui entraîne le liquide dans l'aspiration 12 de la pompe, en même temps qu'il refoule à force le liquide précédemment contenu dans les chambres 23a et 23b de la pompe afin de l'éjecter par le refoulement 14 de la pompe. Pendant que ce mouve- ment de course ascendante a lieu, la bille 25 du clapet d'aspiration est soulevée de son siège dans la chambre 28 d'aspiration et la bille 37 de clapet du piston infé- rieur est appliquée à force et de façon étanche contre son siège 42. A la fin d'une course ascendante, les deux pistons sont dans leur position haute dans leurs cylindres respectifs; et la zone située au-dessous du corps de piston inférieur 35 a été remplie de liquide entraîné à l'intérieur de la pompe 10 en passant par l'aspiration 12. Pendant la course descendante des bielles et des pistons, la bille 25 du clapet d'aspiration est maintenue fixement contre son siège sous la pression exercée vers le bas par les pistons. Inversement, la bille 37 du clapet du piston inférieur est soulevée de son siège et le liquide retenu au-dessous du corps du piston inférieur est éjecté à force vers le haut en passant par la chambre de clapet 41 et les canaux 43 pour arriver dans les chambres de pompage 23a et 23b. Cet écoulement ascendant du liquide passe de nouveau par le canal 19 de sortie vers le refoulement 14 de la pompe. On détermine la course de la pompe 10 en choisissant le moteur 20 d'entraînement à mouvement alternatif, ou au moyen de commandes de sélection de course appropriées associées au moteur d'entraînement , selon des techniques bien connues dans l'art anté- rieur. Par exemple, la firme Graco Inc. fabrique une gamme complète de moteurs pneumatiques et hydrauliques possédant des commandes et des réglages de course. Il est important pour la présente invention que la longueur du collet 66, pour produire la chambre allongée 46, soit établie de façon à être supérieure à la course maximale du moteur 20 d'entraînement à mouvement alter- natif. Ainsi, on s'assure que le liquide pompé ne peut t jamais être entraîné par la bielle 16 jusqu'à entrer en contact avec le joint d'étanchéité 64, quelles que soient les fuites se produisant par les joints respectifs et en particulier le joint 57. Les fuites à travers les joints d'étanchéité de la pompe selon l'invention sont en outre empêchées par le canal 59 de dérivation et la chambre intermédiaire 61 qui établit un trajet de purge ou de drainage commode pour le liquide qui s'est accumulé dans le cylin- dre intérieur 32 au-dessus du piston supérieur 45. Ce liquide s'accumule normalement avec le temps, car les joints d'étanchéité associés au piston 45 permettent un certain contournement. Lorsque le niveau du liquide dans le cylindre intérieur 32 atteint le sommet de ce cylindre intérieur 32, le liquide est renvoyé au fond de la pompe en s'écoulant par le canal 59 et la chambre intermédiaire 61. Ceci réduit l'accumulation de liquide qui pourrait autrement user prématurément et provoquer une fuite au niveau du joint 57. On appréciera que le fonctionnement prolongé de la pompe 10 conduit inévitablement à une fuite des joints d'étanchéité des pistons respectifs, et qu'il conduit également de façon inévitable à une fuite du joint d'étanchéité 57. Cette fuite commence invariable- ment par un suintement très faible du liquide à travers les joints, et le suintement croît en général jusqu'au remplacement du joint dans le cadre de la maintenance préventive. La présente invention résout le problème de la fuite des joints par la mise en place de la chambre collectrice 55 de fuite immédiatement au-dessus du joint 57 afin qu'elle recueille les accumulations de fuite et les draine en les faisant descendre par le canal 58 pour les renvoyer au réservoir d'alimentation en liquide. Par conséquent, même si une petite quantité de liquide de fuite s'accumule dans la chambre collec- trice 55, cette quantité est évacuée de la pompe 10 avant de pouvoir s'accumuler dans la chambre 46. En outre, du fait de la longueur du collet 66, aucune accumu- lation sur la bielle 16, due à une fuite dans la chambre , n'est entraînée jusqu'au joint d'étanchéité 64. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pompe décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. 1i REVENDICATIONS 1. Pompe d'alimentation en liquide à mouve- ment alternatif pour le pompage de liquides thermodurcis- sables et analogues, conçue pour être reliée à un moteur (20) à mouvement alternatif 'l'entraînant sur une course prédéterminée au moyen d'une bielle (16) dépassant d'un corps à une extrémité supérieure de la pompe, carac- térisée en ce qu'elle comporte a) un refoulement (14) de liquide situé dans le corps, à proximité de l'extrémité supérieure de la pompe et un cylindre (30) de pompe faisant saillie vers le bas, relié au corps et comportant une partie inté- rieure supérieure en communication d'écoulement de liqui- de avec le refoulement; b) un cylindre intérieur (32) relié au corps, disposé concentriquement à l'intérieur de l'extrémité supérieure du cylindre de la pompe et comportant une partie intérieure supérieure isolée de toute communica- tion d'écoulement de liquide avec ledit refoulement; c) un cylindre extérieur (13) disposé concen- triquement autour du cylindre de la pompe et relié par une extrémité supérieure au corps, ce cylindre extérieur s'étendant vers le bas et aboutissant à une ouverture entourant ledit cylindre de la pompe; d) une première chambre (61) et un canal (59) à l'intérieur du corps, établissant une communica- tion d'écoulement de liquide entre la zone comprise entre le cylindre de la pompe et le cylindre extérieur et la zone intérieure au cylindre intérieur; e) un piston inférieur (35) relié à la bielle et pouvant coulisser dans le cylindre de la pompe; f) un piston supérieur (45) relié à la bielle et pouvant coulisser dans le cylindre intérieur; g) un premier joint (57) d'étanchéité à l'in- __35 térieur du corps, au-dessus de la première chambre et autour de la bielle, et une seconde chambre (55) au- dessus dudit premier joint d'étanchéité; et h) un tube de purge (58) relié au corps et ayant une extrémité supérieure en communication d'écoule- ment avec la seconde chambre et une extrémité inférieure qui fait saillie vers le bas au-dessous de l'ouverture inférieure du cylindre extérieur. 2. Pompe selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle comporte en outre un clapet (12) de retenue d'aspiration fixé à l'extrémité inférieure du cylindre de la pompe, l'extrémité inférieure du tube de purge faisant saillie vers le bas jusqu'à proximité de ce clapet de retenue. 3. Pompe selon la revendication 1, carac-- térisée en ce qu'elle comporte en outre un second joint (64) d'étanchéité entourant la bielle et espacé au- dessus du premier joint, et une chambre allongée (46) formée entre les premier et second joints. 4. Pompe selon la revendication 3, carac- térisée en ce que la longueur de la chambre allongée (46) dépasse la longueur de ladite course prédéterminée.