Brevet FR2580035A1 — publié le 19861010

Des pompes du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 029 442 sont bien connues dans l'utilisation pour le pompage de matières abrasives et hautement visqueuses. Bien que le joint annulaire d'étanchéité décrit dans le brevet précité assure très efficacement l'étanchéité avec le piston et permette à la pompe de fonctionner, le piston et le joint sont soumis à une usure due aux matières hautement abrasives qui peuvent être pompées. En particulier, le joint d'étanchéité généralement utilisé dans des appareils industriels tels que celui décrit ci-dessus sont souvent réalisés en une matière du type "Nylon" relativement dure. Le mécanisme de l'usure de ces joints résulte du fait que des particules abrasives s'encastrent dans la matière dure du joint, faisant passer ainsi ce der- nier & l'état de matériau composite de particules abra- sives dures retenues et supportées par une matière plastique résistante. L'invention a pour objet princi- pal de proposer un mécanisme d'étanchéité perfectionné qui, en particulier, prolonge la durée de vie en usure du piston et du joint. L'invention est conçue pour des pompes dé- crites dans le brevet N 4 029 442 précité. La bague élastique est de forme similaire à celle montrée dans le brevet précité, à savoir une bague annulaire norma- lement plate. La matière dans laquelle la bague est formée est un élastomère du type polyuréthanne, relative- ment tendre. Si une telle bague tendre était utilisée telle quelle dans le dispositif de l'art antérieur, sans autre modification, la matière tendre serait inca- pable de supporter les pressions produites dans la pompe et une défaillance du joint d'étanchéité appara - trait. Pour supporter convenablement la bague élastique et tendre, la plaque annulaire, qui est prise en sand- wich entre le corps cylindrique et l'élément de ferme- 2 2580035 ture, est disposée de façon que la face de la nervure tournée vers l'élément de fermeture présente une consti- tution à surface conique qui tend à donner une configura- tion conique à la bague élastique, même lorsqu'elle n'est pas en contact avec le piston. 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 élévation, avec coupe partielle, d'une portion d'un exemple de pompe utili- sant le joint d'étanchéité selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle à échelle agrandie montrant en détail la zone du joint d'étanchéité pendant la course de pompage du piston; et la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, montrant la course de retour du piston. Le joint 10 d'étanchéité de pompe selon l'invention est représenté dans une partie d'une pompe 12 qui est constituée d'un élément cylindrique 14 pré- sentant un alésage intérieur 16 et une paroi extrême 18. La pompe 12 comprend en outre un élément 20 de fermeture présentant un alésage intérieur 22, un lamage 24 et une paroi extrême 26. Une partie du joint 10 d'étanchéité est disposée dans le lamage 24 qui est relié à l'alésage intérieur 22 par une surface chan- freinée 28. Un piston 30 est monté de façon coulissante dans les alésages 16 et 22 de l'élément cylindrique 14 et de l'élément 20 de fermeture. Les diverses valeurs relatives de diamètre des divers alésages, pistons et joints d'étanchéité sont décrites plus en détail dans le brevet N 4 029 442 précité, de même que le milieu de pompage dans lequel le joint 10 est utilisé. Le joint 10 d'étanchéité comprend plus par- ticulièrement une plaque annulaire 36 et une bague élastique 38. Cette dernière est globalement une pièce de forme annulaire plate présentant un diamètre inté- rieur 40, un diamètre extérieur 42, une première face 44 et une seconde face 46. La bague élastique 38 est normalement plate, mais elle est amenée par pression dans la forme montrée sur la figure 1 par la plaque annulaire 36, ce qui sera décrit complètement ci-après. Dans la forme préférée de réalisation, la bague élas- tique 38 est formée en un élastomère du type polyuré- thanne. Un exemple typique d'une matière convenable est un polyuréthanne possédant les propriétés suivan- tes: Résistance à la traction: à 50 % d'allongement - 2100 kPa à 100 % d'allongement - 5250 kPa à la rupture - 30 800 kPa Dureté (type A) ASTM D2240 -85 + 5 Allongement(à la rupture) (ASTM D412) - 550 % La plaque annulaire 36 est de forme globale- ment annulaire présentant une face qui comporte une arête tronconique adjacente au diamètre intérieur 48. L'exté- rieur de la plaque annulaire 36 est délimité par un diamètre extérieur 50. La plaque annulaire 36 présente une première face 52 globalement plane qui est tournée vers l'élément cylindrique 14 et une seconde face 54 tournée vers l'élément 20 de fermeture. Une surface tronconique incurvée 56 de nervure forme une partie de la seconde face 54 qui s'étend vers l'intérieur afin de supporter la bague élastique 38. Un chanfrein 58 est situé à proximité immédiate de la jonction du diamètre intérieur 48 et de la première face 52 de -la partie annulaire 36. Une petite surface aplatie est formée à la jonction du diamètre intérieur 48 et de la partie incurvée 56 afin d'éviter toute arête vive en ce point. Le fonctionnement du joint d'étanchéité peut ressortir des figures 2 et 3, les flèches indiquant le sens du mouvement du piston et de l'application de la pression d'un fluide par rapport au joint. Du fait de la nature relativement tendre et flexible de la matière du joint d'étanchéité, la plaque annulaire 36 sert à donner à la bague élastique 38 la forme mon- trée sur les diverses figures. L'utilisation de la matière d'étanchéité, relativement tendre, conduit à un allongement sensible de la durée de vie en service du couple pistonjoint d'étanchéité. Alors que l'on pouvait s'attendre à ce que le mécanisme d'encastrement de particules, mentionné ci-dessus pour des matières d'étanchéité dures, empire avec une matière d'étanchéité tendre, il s'est avéré qu'il n'en était pas ainsi mais, par contre, qu'une telle conception allongeait la durée de vie en usure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint d'étanchéité de pompe décrit et représenté sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Pompe pour matières coulantes et con- venant en particulier au déplacement de matières abra- sives et coulantes lourdes, comprenant un corps (14) qui présente une chambre cvlindrique recevant la matière à pomper et délimitée par une paroi axiale (16) et des extrémités opposées (18), un piston (30) plus court que la chambre cylindrique, logé dans cette dernière et dont le périmètre (32) est d'un diamètre inférieur à celui de la paroi de la chambre afin de former avec cette paroi un intervalle limité par lequel la matière peut couler, un élément de fermeture à une extrémité de la chambre cylindrique et des moyens destinés à guider une tige de piston pour l'exécution de course axiale d'aller et de retour du piston par rapport aux extrémités opposées de la chambre cylindrique, des. moyens destinés à entraîner la tige du piston et donc le piston sur les courses d'aller et retour, un élément (20) de fermeture et des moyens fixant cet élément de fermeture au corps afin de fermer l'extrémité opposée de la chambre cylindrique, l'élément de fermeture pré- sentant une chambre extrême borgne (22) qui forme un prolongement vers l'avant de la chambre cylindrique et dans laquelle le piston pénètre sur une distance limitée lors de sa course d'avance, la chambre extrême borgne étant d'un diamètre supérieur à celui du péri- mètre du piston de façon qu'un intervalle limité soit formé entre le périmètre du piston et la chambre borgne lorsque le piston pénètre dans cette dernière, des moyens destinés à introduire dans la chambre cylin- drique une matière à pomper et des moyens à clapets de retenue destinés à recevoir la matière pompée de la chambre borgne prolongeant la chambre cylindrique, une plaque annulaire rigide (36) bridée entre le corps et l'élément de fermeture et comportant une arête annu- 2580S35 laire intérieure qui s'étend jusqu'à un diamètre inté- rieur (48) plus petit que les diamètres des parois de la chambre cylindrique et de la chambre la prolon- geant, mais plus grand que le diamètre du périmètre du piston, ladite arête définissant un orifice par lequel le piston peut se déplacer librement, une extré- mité avant du piston étant logée en totalité dans la chambre cylindrique et dégagée de ladite arête, et une bague élastique (38) assurant simultanément des fonctions de clapet, d'étanchéité et de balayage et comprenant un élément annulaire élastique qui est norma- lement sensiblement plat, qui est bridé fixement entre la plaque annulaire et l'élément de fermeture et qui comporte une partie annulaire faisant saillie radiale- ment vers l'intérieur de ladite arête jusqu'à un dia- mètre (40) sensiblement inférieur au diamètre du péri- mètre du piston, le piston entrant en contact avec la bague élastique pendant la course d'avance en passant par l'arête et le piston expansant élastiquement la partie faisant saillie radialement vers l'intérieur de l'élément élastique pour former une lèvre annulaire tendue d'étanchéité et de balayage s'étendant vers l'avant sur le périmètre du piston et maintenant la pression de pompage dans la chambre extrême borgne tout en s'opposant aux fuites par ladite arête pendant la course d'avance du piston, la pompe étant carac- térisée en ce que ladite plaque annulaire présente un diamètre extérieur, des première et seconde faces (52, 54) tournées, respectivement, vers le corps et l'élément de fermeture, la première face étant plane, la plaque annulaire ayant une première épaisseur audit diamètre intérieur et une seconde épaisseur, inférieure à la première épaisseur, et la bague élastique étant relativement tendre de façon que ladite plaque annulaire supporte ladite bague élastique et tende à lui donner une forme globalement tronconique. 2. Pompe selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la seconde face de la plaque- annu- laire tournée vers l'élément de fermeture est au moins partiellement concave (56). 3. Pompe selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la bague élastique est constituée d'un élastomère du type polyuréthanne. 4. Pompe selon la revendication 3, carac- tériséeen ce que la bague élastique présente une dureté d'environ 80 à 90. 5. Pompe selon la revendication 4, carac- tériséeen ce que la bague élastique présente une dureté d'environ 85. 6. Pompe selon la revendication 1, carac- térisée en ce que l'arête présente, sur sa face tournée vers la chambre cylindrique, une surface annulaire oblique (58) de dégagement qui facilite le mouvement de la matière, au-delà de ladite arête, de la chambre cylindrique vers la chambre prolongeant cette cham- bre cylindrique.