Brevet FR2607872A1 — publié le 19880610

L'invention a trait à une structure de pompe & air con- venant particulièrement pour assumer, sur un avion, certai- nes fonctions auxiliaires, telles que la mise sous pression faible d'un réseau destiné & distribuer une provision limitée d'eau potable devant desservir les diverses installations de W.-C. et de cuisine d'un avion. Les réseaux antérieurs du genre décrit s'en remettaient à des pompes à piston mobile à va-et-vient entraînées par moteur qui sont par nature déséquilibrées, sont source de bruit et s'usent, exigeant un entretien relativement fréquent, impliquant le remplacement de pièces constitutives ainsi qu'une lubrification. En plus du bruit et de l'usure, ces dispositifs antérieurs engendrent de la poussière chargée de lubrifiant, qui recouvre la pompe ainsi que son groupe moteur et que toute autre structure adjacente, ce qui impose des nettoyages fréquents. De plust bien entendu, tout lubri- fiant nécessaire à un dispositif entraîné par piston est de nature à polluer dans une certaine mesure au moins l'air comprimé refoulé par le dispositif. L'invention a pour buts: - de réaliser une pompe & air du genre décrit perfec- tionnée, exempte des inconvénients des dispositifs antérieurs; particulièrement, d'atteindre le but ci-dessus grâce à une structure étanche, qui n'exige qu'un minimum de lubri- fication à intervalles beaucoup plus grands que dans les dispositifs antérieurs, et de nature à refouler de l'air comprimé qui soit par inhérence exempt de pollution; - particulièrement, d'éviter l'utilisation d'un ou plu- sieurs pistons dans une telle pompe à air; - d'une manière générale, de réaliser une pompe à air répondant aux buts ci-dessus sous forme de système mécanique sensiblement équilibré, à niveau de bruit très réduit et caractérisé, de par sa nature, par une aptitude à servir en continu pendant longtemps et sans défaillance. Selon l'invention, on atteint les buts sus-indiqués dans un dispositif entraîné par moteur fonctionnant en con- tinu dans lequel plusieurs soufflets élémentaires mobiles à va-et-vient sont angulairement espacés autour de l'axe de rotation d'un plateau oscillant. Chaque soufflet est fixe - par rapport au bâti à une extrémité et son autre extrémité est entraînée axialement par le plateau oscillant. Pendant que les soufflets élémentaires se déplacent successivement à va-et-vient en relation de phase, de l'air y est attiré et expulsé à travers un ensemble de clapetswcollecteurs qui canalise l'air atteignant et quittant des raccords de sortie et d'entrée, à travers des clapets de retenue à lame souple formés d'une pièce. Il en résulte un courant de sortie régu- lier d'air comprimé non pollué. On va maintenant décrire en détail une réalisation pré- férée de l'invention en se référant aux dessins annexés,sur lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues latérale et en bout, respectivement, d'un dispositif de pompe à air selon l'inven- tion; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 4-4 des figures 1 et 3; la figure 5 est une vue de détail grossie en coupe lon- gitudinale montrant le détail d'un joint d'étanchéité méca- nique qui n'est représenté que d'une manière générale sur la figure 3; la figure 6 est une vue isométrique éclatée de compo- sants d'un ensemble clapets-collecteurs prévu dans la pompe selon les figures 1 et 2; et la figure 7 est une vue en plan indiquant la relation existant entre un premier élément collecteur et un second élément collecteur, dans l'ensemble clapets-collecteurs se- lon la figure 6. Sur les figures 1 et 2, on voit qu'un dispositif de pompe à air selon l'invention comprend trois sous-ensembles unitaires A, B et C, entièrement assemblés les uns avec les autres. Le sous-ensemble A est contenu à l'intérieur d'un logement 10 en forme générale de pot, dont l'extrémité fer- mée offre un palier supportant un arbre,ou première partie de broche 11, entraîné extérieurement, ainsi qu'à une extré- mité d'une seconde partie de broche ou arbre d'entraînement de pompe 12 (figure 3). Le sous-ensemble B est aussi contenu à l'intérieur d'un logement en forme générale de pot 13,dont l'extrémité fermée 14 est boulonnée en 15 sur le logement 10; l'extrémité fermée 14 offre un palier de support de 1' arbre 12, et assure en E, F, G (voir figure 4) le guidage de la tige de chacun de trois soufflets élémentaires 16, 17, 18 (voir figures 3 et 6). Le sous-ensemble C est un élément de traitement d'air monté sur une plaque de fermeture d'extré- mité 20 qui est boulonnée en 21 sur le logement 13.et présen- te des embouts d'entrée d'air et de sortie d'air 22, 23; la plaque 20 est la plus extérieure d'une série de lames for- mant clapets-collecteurs 24 sur lesquelles sont montés les trois soufflets élémentaires 16, 17, 18. L'extrémité fermée du logement 10 du sous-ensemble A est une base de forme gé- nérale carrée 25 présentant dans ses coins des trous 26 pour le montage de la pompe complètement assemblée sur une struc- ture de console et de cloison (non représentée), des mesures étant prises pour qu'on puisse retirer sélectivement le sous- ensemble C, ou les sous-ensembles B et C, comme aux fins d'examen et/ou d'entretien périodique. Plus particulièrement, le mécanisme du sous-ensemble A est destiné à transformer la rotation imprimée à la broche 11 et à l'arbre 12 en mouvement giratoire de nutation d'un plateau oscillant annulaire 27, ayant une inclinaisono sur une perpendiculaire à l'axe de rotation. A cette fin, le plateau 27 est monté par un premier palier de butée anti- friction 28 sur l'extrémité inclinée d'une bague-came 30; la bague 30 présente un alésage central à mortaises opposées (engagées sur un doigt d'entraînement 31) destinées à assu- rer un guidage avec un certain flottement axial sur l'arbre 12. Des paliers antifriction avant et arrière espacés 32,33 sont montés dans des contre-perçages pratiqués dans les moyeux respectifs des extrémités fermées 14, 25 des logements 13 et 10, et la réaction de butée axiale de la bague-came 30 est directement absorbée par la paroi d'extrémité ou base de montage 25, par l'intermédiaire d'un palier antifriction 34. La broche 11 est accouplée par cannelures à l'arbre 12,et un ressort de compression 35 lié à l'arbre 12 agit constamment sur un rebord axial 36 de la broche 11 pour mettre celle-ci en contact frottant circonférentiel continu avec une struc- ture de joint d'étanchéité 37, par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité à faible frottement 38; le joint 38 peut être en carbone et est interposé entre des faces radiales en acier trempé du rebord 36 et de la structure 37. Comme on le voit le mieux sur la figure 3, l'extrémité menée du soufflet 18 porte une tige ou barre-poussoir 40 présentant de préférence un guidage axial antifriction dans un coussinet ou élément-palier rectiligne 39 monté dans un contre-perçage décalé radialement par rapport à l'axe de ro- tation de l'arbre 12; l'extrémité dépassante de la tige 40 est conique pour porter contre le plateau oscillant 27 en épousant son inclinaison. On conçoit que le soufflet 1l est en métal doté d'une élasticité convenable, tel qu'acier inoxydable, et présente l'intervalle de compressibilité axiale voulu pour être élastiquement sollicité axialelnent par l'intermédiaire de sa tige 40 contre le plateau 27 à tout moment du cycle de nutation de ce dernier. De plus, ce qui a été dit du soufflet 18 et de sa tige s'applique égale- mient aux deux autres soufflets 16, 17 et à leurs tiges res- pectives 41, 42 qui sont simultanément en contact élastique avec le plateau 27, mais avec des déphasages égaux dans leur suite du cycle de nutation du plateau 27. Comme on le voit le mieux sur la figure 6, la partie clapets-collecteurs 24 du sous-ensemble C comprend, entre des plaques d'extrémité rigides 20, 44, une succession de lames alignées 45, 46, 47, 48, 49, 50 qui coopèrent pour desservir en air, & l'admission et à l'expulsion, les trois soufflets 16, 17, 18 au cours de chaque cycle de nutation du plateau oscillant 27. A cette fin, la plaque 44, sur la- quelle sont montées les extrémités fixes par rapport au bâti des trois soufflets 16, 17, 18, présente pour chacun des trois soufflets un trou de sortie relativement petit et un trou d'admission plus grand; pour simplifier l'exposé, on désignera les trous de sortie et d'admission desservant le soufflet 16 par les références 44a et 44b respectivement,et les trous correspondants desservant les soufflets 17 et 18 par les références 44a', 44b' et 44a", 44b" respectivement. Dans chacune des lamines 45 à 50 sont m nagées des ouver- tures en registre 45a, 46a, 47a, 48a, 49a et 50a qui relient le trou de sortie 44a (pour le soufflet 16) à l'embout de sortie 23, sauf que la lame 50 est flexible, avantageusement en "Miylar", et que son ouverture 50a est une lame souple ou clapet en U, jouant un rôle de clapet de retenue qu'on expo- sera plus loin. Une autre exception est la lame 46, dans la- quelle l'ouverture est une fente formant collecteur en forme générale de T dans laquelle l'ouverture 46a est située sur la branche en registre avec l'embout de sortie 23; une se- conde branche 46a' de cette fente-collecteur est en registre avec les ouvertures 47a', 48a', 49a' et 50a' alignées avec le trou de sortie 44a' du soufflet 17; et la troisièmne branche 46a" de cette fente-collecteur est en registre avec les ouvertures 47a", 48a", 49a" et 50a"i alignées avec le trou de sortie 44a" du soufflet 18. Ici encore, les ouvertu- res 50a' et 50a" de la lame souple 50 sont des lames souples ou clapets en U pour jouer les rôles de clapets de retenue qu'on exposera plus loin. De manière analogue, la lame 48 joue un rôle de collec- teur d'air d'admission en coopérant avec les lames voisines 47, 49. Ainsi, les ouvertures alignées 45b', 46b', 47b', 48b', 49b' et 50b' des lames respectives relient l'embout d'admission 22 au trou d'admission 44b' du soufflet 17. Cette liaison comporte une branche 48b' de la formation de - fente-collecteur en T de la lame 48; une seconde branche 48b de cette formation de fente en T est alignée avec le trou d'admission 44b du soufflet 16 et avec d'autres ouver- tures 49b et 50b des lames intermédiaires 49, 50; et une troisième branche 48b"t' de cette formation de fente en T est alignée avec le trou d'admission 44b" du soufflet 18 et avec d'autres ouvertures d'admission 49b" et 50b" des lames inter- médiaires 49, 50. Là encore, toutes les ouvertures d'admis- sion 50b, 50b' et 50b" de la lame flexible 50 sont des lames souples ou clapets en U pour agir en clapets de retenue. Les fonctions de clapet de retenue auxquelles on a fait précédemment allusion sont assurées aux fins d'admission d'air en dimensionnant les lames souples ou clapets 50b, b', 50b" en sorte qu'elles pénètrent en se déformant par flexibilité dans les ouvertures d'admission d'air plus gran- des de la lame rigide voisine 44 qui porte les trois souf- flets; ces clapets d'admission sont aussi dimensionnés, par rapport aux ouvertures d'admission plus petites 49b, 49b', 49b" de l'autre lame rigide voisine 49 en sorte que les cla- pets 50b, 50b', 50bt' prennent tous les trois appui contre la lame 49, fermant par là les ouvertures 49b, 49b', 49b" pour s'opposer au reflux d'air vers l'embout d'admission d' air 22. De manière analogue mais dans le sens opposé, les clapets 50a, 50a', 50a" pénètrent par déformation dans les ouvertures plus grandes 49a, 49a', 49a" de la lame rigide voisine 49, laissant ainsi passer librement l'air comprimé expulsé des trois soufflets 16, 17, 18 et dirigé en 46 vers l'unique embout de sortie 23; de plus, les clapets 50a, a', 50a" sont dimensionnés par rapport aux ouvertures plus petites 44a, 44a', 44a" en sorte que ces clapets prennent appui contre la plaque 44 de façon a interdire toute fonc- tion d'admission d'air par rapport à l'embout de sortie 23. L'empilage formant clapets-collecteurs 24 décrit peut être un ensemble unitaire relativement mince, maintenu par des tirants (non représentés) reliant les plaques d'extrémi- té 20 et 44, comme suggéré par une succession de trous à ti- rant 51 percés dans la lame 46 selon la figure 7. De plus, on conçoit qu'au cours de chaque cycle de nutation du plateau oscillant 27, l'application sous précharge axiale élastique des tiges 40, 41, 42 contre le plateau 27 assure le déroule- ment séquentiel en bonne relation de phase de toutes les fonctions de soupape d'admission et de soupape de sortie des lames souples ou clapets de la lame 50, ce dont découle né- cessairement un écoulement réuni lissé d'air d'admission en 22 et d'air de sortie en 23. On conçoit en outre que cette conséquence est obtenue sans exposition polluante de l'air intéressé à aucune pièce lubrifiée ni a aucune pièce suscep- tible d'être éventuellement affectée par telle lubrification minimale qu'on pourrait juger souhaitable pour les éléments de portée mécanique et d'étanchéité du dispositif de pompe. On notera en passant que, bien que les pièces 35, 36, 37,38 aient été décrites comme ayant pour rôle, par leur structure et leur fonctionnement, d'assurer l'étanchéité, le joint d' étanchéité dont il s'agit n'a rien à voir avec les courants d'admission et de sortie de l'air pompé et n'entre en aucun sens en contact avec cet air; l'effet d"'étanchéité" établi en 35, 36, 37, 38 est seulement destiné à éviter la pénétra- tion de poussières et autres corps étrangers éventuels dans le mécanisme interne (et à assurer un certain degré d'adap- tation dynamique à articulation à un moteur d'entraînement et à un moyen d'accouplement non représentés), augmentant ainsi les chances d'un long temps de service sans difficul- tés. Dans la réalisation préférée, les paliers d'arbre 32, 33 sont des roulements à billes à gorge profonde, en rela- tion de contact angulaire opposé; les paliers de butée 28, 34 sont aussi des roulements à billes à gorge profonde; et les paliers rectilignes affectés en 39 à chacune des tiges mobiles à va-et-vient 40, 41, 42 sont des roulements à bil- les rectilignes dit de surprécision, tels qu'existant dans la Série LP de Barden. On voit que l'invention décrite permet d'atteindre tous les objectifs énoncés. L'agencement à trois soufflets préfé- ré ramène au minimum les pulsations de l'air de sortie et équilibre élastiquement le plateau oscillant. Chaque souf- flet est de préférence composé d'un élément laminé multi- convoluté ayant une épaisseur de paroi laminée régulière de l'ordre de 0,127 mm, et l'extrémité de chaque soufflet re- liée à la tige est une plaque d'acier inoxydable soudée au faisceau électronique au soufflet laminé. Les lames 45 a 49 peuvent être en aluminium mais sont de préférence en acier résistant à la corrosion. De plus, il est inhérent à la struc- ture que le courant d'air ne puisse être pollué par aucune espèce de particules métalliques ou autres dues à l'usure. Bien qu'on ait décrit à titre d'exemple une seule réalisa- tion préférée,il va de soi qu'on pourra lui apporter diver- ses modifications et variantes sans sortir,pour autant,du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Compresseur d'air à multiples soufflets, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti, un plateau oscillant (27) mon- té sur ledit bâti de façon que son inclinaison oscille par rotation cyclique autour d'un axe central d'entraînement en rotation continu, plusieurs dispositifs à soufflet (16,17,18) semblables angulairement espacés autour dudit axe central et montés avec une première de leurs extrémités (20) fixe par rapport audit bâti et la seconde extrémité en contact de ma- noeuvre avec le plateau oscillant, lesdits dispositifs à soufflet étant dotés d'élasticité axiale et étant en relation de suite sous charge élastique avec des parties du plateau oscillant ayant des espacements angulaires correspondants, un moyen (50b,50b',50b") formant clapet de retenue d'admis- sion associé à l'extrémité fixe de chaque dispositif à souf- flet, et un moyen (50a,50a',50a") formant clapet de retenue de sortie associé à l'extrémité fixe de chaque dispositif à soufflet. 2. Compresseur d'air selon la revendication 1, caracté- - risé en ce que pour chaque dispositif à soufflet (16,17,18) une tigepoussoir (40,41,42) est interposée entre ladite seconde extrémité et le plateau oscillant (27) ces tiges- poussoirs étant guidées par le bâti suivant des axes d'oscil- lation longitudinale qui sont angulairement équidistants et présentent à une extrémité des décalages radiaux égaux par rapport audit axe central. 3. Compresseur d'air selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'un palier antifriction rectiligne (39) assure le guidage par le bâti de chaque tige-poussoir. 4. Compresseur d'air selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits clapets de retenue (50a,50a',50a", b,50b',50b") sont des clapets du type à lame souple. 5. Compresseur d'air selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un collecteur de sortie (46) unique est relié à la sortie de chacun desdits clapets de retenue de sortie. 6. Compresseur d'air selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un seul collecteur d'admission (48) est relié à l'admission de chacun desdits clapets d'admission. 7. Compresseur d'air selon la revendication 1, caracté- ris6 en ce que le nombre de dispositifs à soufflet (16,17,18) est de trois. 8. Compresseur d'air selon la revendication 1, caract6- risé en ce que tous les moyens formant clapet de retenue (50a,50a',50a", 50b,50b',50b") sont contenus dans un empilage consolid6 de lames (45,46, 47,48,49,50) présentant un seul embout d'admission (22) et un seul embout de sortie (23) à une extr6mité et portant lesdits dispositifs à soufflet (16, 17,18) à l'autre extrémit6, l'empilage comportant de premiè- res lames (48) formant collecteur entre ledit embout d'admis- sion unique (22) et chacun des dispositifs à soufflet, de secondes lames (46) formant collecteur entre ledit embout de sortie unique (23) et chacun des dispositifs à soufflet, et de troisièmes lames (50) comportant une lame flexible dans laquelle sont prévues des formations de clapets d6forniables individuels (50a,50a',50a",50b,50b',50b"). 9. Compresseur d'air selon la revendication 8, caracté- ris6 en ce que toutes les formations de clapets d6formables d'admission et de sortie sont pr6vues dans une seule lainme flexible (50). 10. Compresseur d'air selon la revendication 1, caract6- ris6 en ce que ledit plateau oscillant (27) est annulaire et est mont6 par un palier de butée antifriction (28) sur un élément-came annulaire (30), cet 6élément-came étant mont6 de façon à tourner en continu et portant ledit palier de bu- tée antifriction dans un plan d'extr6mité qui est inclin6 - sur l'axe de rotation dudit élément-came. 11. Compresseur d'air selon la revendication 10, carac- t6risé en ce qu'un autre palier antifriction (34) centr6 sur ledit axe central est interposé entre ledit élément-came(30) et le bâti, faisant ainsi engendrer par le bâti la force de r6action à la pouss6e du plateau oscillant. 12. Compresseur d'air selon la revendication 11, carac- térisé en ce que le lieu g6om6trique radial de chacun des dits paliers de but6e est sensiblement le même que le lieu g6om6trique radial de manoeuvre par pouss6e des dispositifs à soufflet (16,17,18) par le plateau oscillant (27). 13. Compresseur d'air selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit bâti comprend un premier logement en forme de pot (10) ouvert à une extrémité et présentant à son autre extrémité une paroi de fermeture munie d'un palier supportant une extrémité d'un arbre d'entraînement central (11,12) sur lequel le plateau oscillant (27) est monté à 1' intérieur du premier logement, un second logement en forme de pot (13) ouvert à une extrémité et présentant à son autre extrémité une paroi de fermeture (14) munie d'un palier(32) de support de l'autre extrémité dudit arbre d'entraînement, cette paroi d'extrémité (14) présentant plusieurs alésages de guidage longitudinaux (E,F,G) angulairement équidistants et radialement décalés d'un rayon de plateau oscillant (27) par rapport à l'arbre d'entraînement (11,12), et un élément de fermeture de logement (20) affecté à l'extrémité ouverte du second élément en forme de pot, ces éléments étant fixés de manière amovible les uns aux autres, et une série de dis- positifs à soufflet doté d'élasticité semblables (16,17,18) portés par ledit élément de fermeture de logement (20) à l'intérieur du second élément-logement (13) et appliqués élastiquement contre le plateau oscillant par l'interlnédiai- re de tiges-poussoirs (40,41,42) situées dans les alésages de guidage respectifs (E,F,G). 14. Compresseur d'air selon la revendication 13, carac- térisé en ce qu'un empilage de lames multiples (45,46,47,48, 49,50) porté par ledit élément de fermeture de logement (20) est interposé entre cet élément de fermeture et lesdits dis- positifs à soufflet, lesdits moyens formant clapets et moyens formant collecteurs d'admission et de sortie destinés à des- servir indépendamment en air, à l'admission et à la sortie, tous les dispositifs à soufflet étant des formations coopé- rantes de lames contiguës dudit empilage.