Brevet FR2582740A1 — publié le 19861205

Pompe a piston excentrique. La présente invention concerne une pompe, ou dispositif équivalent tel que compresseur, régulateur de pression, etc. a piston excentrique du type comprenant un piston cylindrique se déplaçant a l'intérieur d'un carter de section interne supérieure a la section extérieure dudit piston en ménageant une chambre en forme de croissant dans laquelle débouchent un orifice d'aspiration et un orifice de refoulement. Dans la présente description, le terme de "pompe" comprend les divers appareils assurant la circulation, la mise sous pression, â débit variable ou constant, de fluides. I1 peut donc aussi bien s'agir d'une pompe classique que d'un compresseur, d'un régulateur de pression ou de débit, etc. Les pompes connues sont d'un nombre très important de types. On connaît par exemple des pompes volumétriques à piston, qui ont un coût élevé de fabrication, des pompes centrifuges, qui ne permettent pas l'auto-amorçage et ont un rendement médiocre. On connaît aussi des pompes étanches à vide qui sont d'un prix élevé, ont une endurance réduite et comportent des pièces d'usure devant être remplacées fréquemment. On connaît encore des pompes rotatives, à palettes ou à engrenages, dont les caractéristiques essentielles sont une usure rapide et un mauvais rendement. La présente invention vise à obtenir une nouvelle pompe de construction extrêmement simple et robuste, qui ne présente pas les inconvénients des pompes connues à ce jour. En particulier, la pompe selon l'invention a un encombrement réduit par rapport à sa cylindrée, elle peut facilement être rendue auto-amorçante et volumétrique, elle possède un excellent rendement et une usure très faible. Elle peut être d'un prix de revient faible grâce au fait qu'elle accepte des tolérances de formes et de dimensions. En outre, elle ne comporte pas de pièces d'usure. A cet effet, la pompe selon l'invention est caractérisée par le fait que ledit piston porte une palette articulée sur sa périphérie autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe dudit piston, ladite palette coopérant avec une fente sensiblement radiale dudit carter. La palette sert de séparation entre les chambres-d' aspira- tion et de refoulement délimitées entre le piston et la paroi intérieure du carter, tout en limitant les rotations du piston autour de son propre axe glace à son coulissement dans la fente du carter. Le piston peut être de révolution et la section interne du carter peut être circulaire. Dans une forme de réalisation de l'invention, le piston est creux et est entraîné par un doigt excentrique solidaire d'un axe rotatif. L'évidement du piston peut être coaxial à la paroi extérieure du piston ou bien être excentré. Le doigt peut être terminé par un galet ou une bille à axe fixe. Selon une forme d'exécution permettant d'éviter de griller le moteur d'entraînement de l'axe par exemple en cas de gel, ledit doigt excentrique est calé à couple limité sur ledit axe. Dans une variante particulièrement simple, le doigt et l'axe sont d'une seule pièce. Dans une forme de réalisation de l'invention, la palette comporte une section d'extrémité sensiblement cylindrique opposée à son extrémité coulissant dans ladite fente, la dite extrémité cylindrique tourillonnant dans un logement de section correspondante de la périphérie du piston. Dans une variante simplifiée, ladite palette est d'une seule pièce avec ledit piston et peut pivoter élastiquement par rapport audit piston autour d'un axe parallèle à l'axe du piston. Dans une variante particulièrement préférée de l'invention, la distance entre l'extrémité du doigt d'entraînement et la paroi intérieure du carter est inférieure à l'épaisseur de paroi dudit piston de manière à permettre une applica tion du pistonvcontre la paroi interne du carter sous l'effet de la force centrifuge appliquée sur le piston. Dans ce cas, on peut avantageusement prévoir que le doigt comporte une masse coulissant librement longitudinalement et venant s'appliquer sous l'effet de la force centrifuge contre la paroi interne du piston. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique est une vue schématique en coupe diamétrale d'une pompe selon un exemple de réalisation de l'invention. La pompe représentée au dessin comprend un carter 1 à paroi intérieure 2 à section sensiblement circulaire à l'intérieur duquel se déplace un piston 3 à section extérieure 4 sensiblement circulaire inférieure à la section de la paroi 2. Le piston 3 comporte un vide intérieur 5 à section sensiblement circulaire contre la paroi extérieure duquel s'applique l'extrémité 6 d'un doigt d'entraînement 7 calé sur un axe rotatif 8, lui-même entraîné en rotation continue dans un seul sens par un moteur élec trique (non représenté). L'axe 8 peut être d'une seule pièce avec le doigt 7 ou, au contraire, le doigt 7 peut être rapporté sur l'axe 8, de préférence avec un couple résistant permettant le glissement dès que le doigt 7 est soumis à un effort dépassant un seuil prédéterminé, afin d'éviter de griller le moteur électrique d'entralnement, par exemple en cas de gel du liquide se trouvant dans la pompe. Dans l'exemple représenté, l'axe 8 est coaxial à la paroi 2 du carter 1 mais il peut également être décalé par rapport à cet axe, de manière à réduire la longueur du doigt 7 et augmenter la précision, pour certaines applications, par exemple pour des pompes à vides, d'ajustage du piston 3 contre la paroi 2. Le doigt 7 peut être terminé, à son extrémité libre, par un galet ou une bille (non représentés) tournant autour d'un axe fixe. Conformément à l'invention, une palette 9 est montée pivotante, par une extrémité 10, relativement à la péri phérie du piston 3 et son autre extrémité coulisse dans une fente 11, sensiblement radiale, du carter 1. Dans l'exemple décrit, l'extrémité 10 de la palette 9 est sensiblement cylindrique et tourillonne dans un logement 10' de section correspondante ménagé à la périphérie du piston 3. Dans une variante simplifiée (non représentée), la palette 9 et le piston 3 peuvent être d'une seule pièce, la palette 9 étant mobile élastiquement autour d'un axe parallèle à l'axe 8. La palette 9 sépare, pour un sens de rotation R de l'axe 8, une chambre d'aspiration 12 dans laquelle débouche un orifice d'admission 13 ménagé dans le carter 1, et une chambre de refoulement 14 dans laquelle débouche un orifice d'échappement 15, dans le volume creux en forme de croissant méangé entre la paroi intérieure 2 du carter 1 et la paroi extérieure 4 du piston 3. Les chambres 12 et 14 varient de volume au cours de la rotation de l'axe 8, qui entraîne le piston 3 en un mouve ment orbital dans lequel le piston 3 subit un mouvement limité de rotation sur lui-même du fait de l'inclinaison de la palette 9 et de son mouvement de va-et-vient dans la fente 11. Pendant son déplacement, le piston 3 reste en permanence tangent selon une génératrice 16 à une généra trice 17 de la paroi 2 du carter 1, ce qui assure la se conde séparation entre les chambres 12 et 14. Avantageusement, la distance D entre l'extrémité 6 du doigt 7 et la paroi intérieure 2 du carter 1 est légèrement supérieure à l'épaisseur E de paroi 4-5 du piston 3, qui dispose ainsi d'un certain jeu radial. Sous l'effet de la force centrifuge, le piston 3 tend à se plaquer contre la paroi 2, ce qui assure l'étanchéité par formation d'un film fluide. En outre, les précisions des différentes pièces, et en particulier la précision de forme de la paroi 2, n'ont pas besoin d'être élevées, ce qui permet d'utiliser des pièces moulées, éventuellement extrudées et cognes, à un prix de revient peu élevé. On peut prévoir dans ce cas, selon une forme de réalisation non représentée, que le doigt 7 porte une masse guidée en coulissement axial, par exemple une bille ou un cylindre guidés dans une rainure, et pouvant faire saillie à l'extrémité du doigt 7, sous l'effet de la force centrifuge, pour appliquer le piston 3 contre la paroi 2 du carter 1. Des moyens d'étanchéité additionnels peuvent être prévus sur la fente 11 mais, en général, un jeu de glissement est suffisant du fait de la formation de films fluides de part et d'autre de la palette 9. La fente 11 peut être prolongée à l'extérieur du carter 1 afin d'améliorer le guidage. Les orifices 13 et 19 n'ont aucunement besoin d'être calibrés et, au contraire, ils ont un diamètre aussi grand que possible. La pompe selon l'invention présente de grands avantages de simplicité et de faible encombrement, analogues à ceux d'une pompe centrifuge, en ayant en plus la possibilité d'être auto-amorçante et volumétrique, d'avoir une excellente endurance du fait de l'absence pratiquement totale de frottements, et d'avoir un excellent rendement. La pompe fonctionne aussi bien à faible régime de rotation qu'à régime élevé. La cylindrée de la pompe est déterminée par la différence des diamètres de la paroi 2 du carter 1 et de la paroi extérieure 4 du piston 3, ainsi que par la hauteur de l'ensemble. Ces paramètres peuvent bien entendu varier pour faire varier les caractéristiques de la pompe. La pompe selon l'invention est avantageusement utilisée immergée dans le liquide de pompage, ce qui favorise la formation de films liquides entre les pièces en mouvement et favorise l'étanchéité. Dans ce cas, le moteur est surélevé au-dessus de la surface du liquide. Utilisé comme soufflante, le dispositif selon l'invention se comporte à l'air comme un compresseur volumétrique capable de fournir très économiquement des pressions intéressantes. Munie de clapets convenables, et éventuellement avec des étanchéités renforcées, la pompe selon l'invention constitue une machine à vide primaire très économique. La pompe selon l'invention peut être associée à une ou plusieurs pompes identiques. En particulier, pour des applications où un débit relativement constant est recherché, il est possible de monter plusieurs pompes identiques sur un même arbre moteur, les doigts d'entraînement étant décalés angulairement en fonction du nombre d'éléments modulaires ainsi montés. Cette forme de réalisation permet en particulier, avec un diamètre réduit, le pompage dans des puits profonds. L'association peut également être faite en disposant cote à côte les carters de deux pompes, de part et d'autre d'un axe moteur commun, afin d'équilibrer les réactions des forces centrifuges générées par les pistons. La pompe selon l'invention peut avoir un usage médical, par exemple comme pompe à sang, comme coeur artificiel implantable, car elle évite la formation de bulles, le laminage, la cavitation au-dessus de 2800 t/mn. Elle peut aussi être utilisée pour le pompage de liquides chargés. La pompe selon l'invention peut être entraînée magnétiquement en montant une ferrite, par exemple sur le doigt d'entrainement. On peut obtenir un étage de réduction du régime de rotation de la pompe en intercalant, à la place du doigt d'entraînement, un organe de liaison, tel qu'un galet, entre l'axe moteur et la surface interne du piston. Cet organe peut être denté ou de friction. Le guidage de la palette peut être effectué par des rainures pratiquées dans les parois supérieure et inférieure respectivement du boîtier. L'évidement 5 du piston, au lieu d'être coaxial à la paroi 4, peut être excentré. Revendications. 1. Pompe, ou dispositif equivalent tel que compresseur, régulateur de pression, etc. à piston excentrique du type comprenant un piston cylindrique se déplaçant à l'intérieur d'un carter de section interne supérieure à la section extérieure dudit piston en ménageant une chambre en forme de croissant dans laquelle débouchent un orifice d'aspiration (13) et un orifice de refoulement (15), caractérisée par le fait que ledit piston (3) porte une palette (9) articulée sur sa périphérie autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe dudit piston (3), ladite palette (9) coopérant avec une fente (11) sensiblement radiale dudit carter (1). 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston (3) est de révolution. 3. Pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le piston (3) est creux et est entraîné par un doigt excentrique (7) solidaire d'un axe rotatif (8). 4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'évidement (5) du piston (3) est concentrique par rapport à sa paroi externe (4). 5. Pompe selon 1'une des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que le doigt (7) est terminé par un galet ou une bille à axe fixe. 6. Pompe selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée par le fait que ledit doigt excentrique (7) est calé à couple limité (4) sur ledit axe (8). 7. Pompe selon l'une des revendication 3 à 5, caractérisée par le fait que le doigt (7) et l'axe (8) sont d'une seule pièce. 8. Pompe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que la palette (9) comporte une section d'extrémité (10) sensiblement cylindrique opposée à son extrémité coulissant dans ladite fente (11), ladite extrémité cylindrique (10) tourillonnant dans un logement (10') de section correspondante de la périphérie du piston (3). 9. Pompe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que ladite palette (9) est d'une seule pièce avec ledit piston (3) et peut pivoter élastiquement par rapport audit piston (3) autour d'un axe parallèle à l'axe du piston (3). 10. Pompe selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par le fait que la distance (D) entre l'extrémité du doigt d'entrainement (7) et la paroi intérieure (2) du carter (1) est inférieure à l'épaisseur (E) de paroi dudit piston (3). 11. Pompe selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le doigt (7) comporte une masse coulissant librement longitudinalement et venant s'appliquer sous l'effet de la force centrifuge contre la paroi interne (5) du piston (3). 12. Pompe selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisée par le fait que l'axe (8) est coaxial à la paroi intérieure (2) du carter (1). 13. Pompe selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisée par le fait que l'axe (8) est décalé par rapport à l'axe de la paroi intérieure (2) du carter (1). 14. Pompe selon l'une des revendicatons 1 à 13, caractérisée par le fait qu'elle comporte une ferrite d'entraînement magnétique. 15. Pompe selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait que ladite palette (9) coulisse dans des rainures des parois inférieure et supérieure du carter (1). 16. Pompe à débit pratiquement constant, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de plusieurs pompes selon l'une des revendications 3 à 15 montées sur un même axe(8), les doigts (7) de chaque pompe étant décalés angulairement en fonction du nombre de pompes. 17. Pompe, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de deux pompes selon l'une des revendicatons 1 à 15 disposées cote à cote de part et d'autre d'un axe moteur commun.