Brevet FR2612992A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne une pompe volumétrique, comportant au moins un organe de pompage actionné pendant la phase de refoulement par un effort produit par le système d'en- traînement de la pompe, auquel cet organe est relié par une bielle rigide; le mouvement de retour de l'organe de pompage pendant la phase d'aspiration est assuré par une énergie auxi- liaire. Dans une pompe volumétrique à mouvement alternatif, la valeur maximum de la dépression pendant la phase d'aspiration i0 dépend des proportions géométriques des conduites d'aspira- tion et des soupapes d'aspiration, ainsi que de la pression en amont, de la viscosité du liquide à pomper et de l'accélération maximale de ce liquide; cette accélération maximale dépend elle-même de l'accélération maximale de l'organe de pompage au cours de la phase d'aspiration. Pour chaque liquide, il existe une valeur de dépres- sion déterminée, au-delà de laquelle le liquide se transforme en vapeur (risque de cavitation), o libère des gaz dissous qui peuvent alors compromettre le débit de refoulement de la pompe, par exemple en produisant des pulsations. Il existe alors des cas o il importe d'éviter absolument la libération des gaz dissous. Dans les pompes connues, du type volumétrique à mou- vement alternatif, actionnées par un système de cames ou de vilebrequins, ou encore au moyen de vérins hydrauliques, l'accélération des organes de pompage au cours de la phase d'aspiration est, en général, assurée par une géométrie appro- priée du système d'entraînement de la pompe; autrement dit, les déplacements des organes de pompage sont géométriquement imposés à ces organes par un système mécanique ou hydraulique, au cours de la phase d'aspiration. Mais avec ces mouvements d'aspiration ainsi imposés géométriquement, on risque de dépasser la valeur admissible de dépression à l'aspiration, si la résistance de l'écoulement à l'aspiration augmente de maniè- re excessive. Un tel incident peut résulter, par exemple, de l'accumulation de dépôts dans les conduites d'aspiration, ou d'une modification des proportions géométriques, d'un colmata- 2 6 1 2992 ge des filtres d'aspiration, ou encore d'une augmentation de la viscosité, d'une variation de température ou d'une augmen- tation du nombre de tours de la pompe. Dans un autre genre connu de pompe volumétrique, le mouvement d'aspiration des organes de pompage est commandé par des ressorts préalablement déformés. En général, les or- ganes de pompage accompagnent alors le mouvement du mécanis- me d'entraînement; autrement dit, 1' effort nécessaire au mou- vement d'aspiration est produit par les ressorts de rappel, et l'accélération correspondante est déterminée par le mécanis- me d'entraînement. Maissi la résistance de l'écoulement à l'aspiration vient à augmenter, sous l'effet des causes indi- quées plus haut, au point d'empêcher les organes de pompage d'accompagner le mouvement du mécanisme d'entraînement à la vitesse imposée par ce mécanisme, l'énergie des ressorts de rappel ne permet plus alors de maintenir les contacts mécani- ques entre le système d'entraînement et les organes de trans- mission des organes de pompage. Dans ces conditions, les or- ganes de pompage n'ont pas encore effectué complètement leur mouvement d'aspiration au moment o le mécanisme d'entraîne- ment commande le début du mouvement de refoulement. Si l'on prévoit des ressorts de rappel suffisamment énergiques pour éviter cette difficulté, on risque d'aggraver les incidents évoqués plus haut au sujet d'un dépassement de la dépression admissible à l'aspiration. Les systèmes de ressorts de rappel des organes de pom- page présentent un autre inconvénient, car la courbe carac- téristique de ces ressorts se traduit par la possibilité d'un effort supérieur au début du mouvement d'aspiration, par rap- port à l'effort produit à la fin de ce mouvement. Mais l'in- convénient le plus grave des systèmes en question tient au fait qu'il est alors difficile d'adapter rapidement les mou- vements des organes mobiles à une variation de résistance d'écoulement à l'aspiration, ou à des propriétés différentes des liquides à pomper. L'invention vise, en particulier, ce dernier genre de pompe volumétrique, afin d'éviter les inconvénients que l'on vient d'indiquer. L'invention permet en particulier, d'obte- nir un tel résultat dans les pompes du gehre en question, dont les organes de pompage ne sont pas reliés au système d'entraî- nement de la pompe d'une manière qui -impose géométriquement à ces organes leur mouvement d'aspiration, en les associant par des moyens simples au système d'entraînement de la pompe, pour obtenir la dépression admissible souhaitée, et en per- mettant d'adapter facilement l'effort d'aspiration à la dé- pression admissible souhaitée. Selon l'invention, on obtient ces résultats avec une pompe volumétrique du genre défini plus haut, caractérisée en ce qu'on utilise, pour assurer le mouvement d'aspiration de chaque organe de pompage, une énergie auxiliaire produite par un gaz sous pression ou par un liquide sous pression, cette pression pouvant, de préférence, être réglée ou modifiée pen- dant tout le mouvement d'aspiration des organes de pompage. Par exemple, on peut alors réaliser une pompe volumétri- que de telle manière que chacun des organes de pompage soit constitué par un piston monté à coulisse dans un cylindre de pompage, pourvu d'une soupape d'aspiration et d'une soupape de refoulement, pour effectuer dans ce cylindre un mouvement al- ternatif sous l'action d'une bielle portant un galet, elle- même commandée par une came solidaire de l'arbre du moteur d'entraînement de la pompe, chaque piston de pompage est as- socié à un piston auxiliaire monté dans un cylindre à air com- primé, qui fournit l'effort nécessaire pour que le piston de pompage suive le mouvement du mécanisme d'entraînement, tel que défini par la came, au cours de la phase d'aspiration. Dans un mode de réalisation particulièrement simple de l'in- vention, on peut monter le piston auxiliaire du cylindre à air comprimé, fixé au corps de la pompe, directement sur la bielle de commande du piston de pompage. Ainsi, à la bielle de commande de chacun des organes de pompage on peut associer le piston d'un vérin auxiliaire, ali- menté en fluide compressible tel que de l'air comprimé; on assure l'alimentation intermittente de ce vérin à air compri- mé, de manière à fournir un effort pour commander chaque mouvement d'aspiration du piston de pompage associé. Lorsque l'effort ainsi fourni par chaque piston auxiliaire est suf- fisant, le galet de contact de la bielle du piston de pompage correspondant est maintenu en appui contre le bord de la came d'entraînement, pendant le mouvement d'aspiration de la biel- le. Ainsi, c'est le mécanisme d'entraînement qui détermine le déplacement et l'accélération de chaque organe de pompage au cours de la phase d'aspiration, comme c'est le cas lorsque la transmission de mouvement s'effectue au moyen d'un systè- me qui impose géométriquement leur déplacement et leur accélé- ration aux organes de pompage, dans les deux sens. Si l'on monte le vérin auxiliaire à air comprimé de manière telle que l'effort produit soit dans l'axe du mouve- ment de l'organe de pompage associé, ou parallèle à cet axe, on peut disposer d'un effort auxiliaire de valeur constante pendant toute la course du mouvement considéré, cette valeur de l'effort auxiliaire étant déterminée par la pression de l'air comprimé et par la surface utile du piston auxiliaire ainsi actionné. Une partie de cet effort assure le mouvement d'aspiration, une autre partie agissant sur le mécanisme d'en- traînement de la pompe. En position d'arrêt de la pompe, lors- que l'effort partiel assurant le mouvement d'aspiration est nul, la totalité de l'effort produit par le piston auxiliaire monté dans le cylindre à air comprimé s'exerce sur le méca- nisme d'entraînement de la pompe. Lorsque la pompe fonctionne, l'effort d'aspiration qui agit effectivement peut augmenter, jusqu'à absorber la tota- lité de l'effort fourni par le piston du cylindre à air com- primé sous l'effet des causes parasites indiquées plus haut. On peut alors agir sur la pression de l'air comprimé, qui est facile à régler et à modifier rapidement, pour obtenir dans chaque cas l'effort d'aspiration maximal souhaité, et donc la dépression maximale souhaitée pour le liquide à pomper.Cette dépression souhaitée ne peut pas être dépassée alors, ni sous l'effet des causes parasites que l'on vient de rappeler, ni sous l'effet d'une augmentation de la vitesse de rotation de la pompe. Si l'effort fourni par le piston du cylindre à air comprimé n'est pas suffisant pour que chaque organe de pompage suive le mouvement du mécanisme d'entraînement à la vitesse voulue, l'extrémité d'appui de la bielle de commande de chaque organe de pompage cesse d'être appliquée contre la partie correspondante du mécanisme d'entraînement de la pompe. Ce système de commande du mouvement d'aspiration au moyen d'une énergie auxiliaire présente encore un autre avan- tage, car il est facile d'en arrêter l'effet. Cet avantage est intéressant avec les pompes du genre considéré, dont les organes de pompage sont actionnés mécaniquement pour le refou- lement, car il suffit alors de couper l'arrivée de l'air comprimé alimentant le cylindre associé à chaque organe de pompage, et de mettre ce cylindre en communication avec l'air libre, lorsque l'ensemble à mouvement alternatif est monté à la verticale et attiré vers le bas par son poids; il reste alors en position basse, sans effectuer aucun mouvement de refoulement, même si le système d'entraînement de la pompe continue à fonctionner. On peut ainsi réaliser à peu de frais des systèmes de pompage, comportant plusieurs pompes séparées, actionnées par un mécanisme d'entraînement commun; on peut y interrompre sé- lectivement le débit de refoulement de telle ou telle pompe, en coupant simplement leur arrivée d'air comprimé. On va maintenant décrire l'invention, en référence au -dessin annexé dont la figure unique représente h titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation simple d'une pompe volumétrique conforme h l'invention. Une came 2 entraînée en rotation par un arbre 1, commu- nique un mouvement axial alternatif à un galet 3 en appui sur le bord de la came. Ce mouvement est transmis, par une bielle 4, à l'organe de pompage 5, constitué par un piston monté à coulisse dans un cylindre 6. Le refoulement se produit à cha- que augmentation du rayon de la came 2 agissant sur le galet 3, sous l'effet de la rotation de la came. Ce refoulement corres- pond au déplacement du piston 5 dans le sens de la flèche 7, l'effort moteur étant fourni par le mécanisme d'entraînement 1,2. Pendant le refoulement, la soupape d'aspiration 9 est fermée, et le fluide à pomper est refoulé hors du cylindre 6 par la soupape de refoulement 10. Chaque diminution du rayon de la came correspond à la phase d'aspiration; l'effort moteur est alors founi par l'air comprimé 11, agissant sur un piston auxiliaire 12 qui coulisse dans un cylindre 14 fixé au corps 13 de la pompe. La bielle et le piston de pompage 5 se déplacent alors dans le sens de la flèche 8. Lorsque l'effort fourni par le piston auxiliaire 12 est assez important, le galet 3 reste constamment en appui sur le bord de la came 2 en épousant le profil de celle-ci; c'est alors la forme de la came 2 qui détermine le mouvement et l'accélération du piston 5 de la pompe. REVENDICATIONS 1. Pompe volumétrique à mouvement alternatif, comportant au moins un organe de pompage dont le mouvement de refoule- ment est assuré par un effort communiqué à cet organe par une bielle rigide, le mouvement d'aspiration effectué en sens con- traire par l'organe de pompage étant assuré par ailleurs au moyen d'une énergie auxiliaire, pompe caractérisée en ce que l'énergie auxiliaire est fournie par un fluide sous pression. 2. Pompe volumétrique conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la pression du fluide auxiliaire est réglable et variable pendant toute la phase d'aspiration. 3. Pompe volumétrique conforme à l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe de pompage est constitué par un piston (5) monté à coulisse dans un cylindre (6), pourvu d'une soupape d'aspiration (9) et d'une soupape de refoulement (10); ce piston pouvant effectuer un mouvement alternatif dans le cylindre et se trouvant à cet effet com- mandé, par l'intermédiaire d'un galet (3), par une bielle (4) actionnée par une came (2) fixée sur l'arbre (1) du moteur de la pompe; un piston auxiliaire (12) monté dans un cylindre (14) alimenté en air comprimé étant associé au piston (5) de la pompe, pour assurer le mouvement d'aspiration de ce piston (5), en maintenant le galet (3) de la bielle (4) en appui con- tre la came d'entraînement (2) de la pompe. 4. Pompe volumétrique conforme à l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que le piston auxiliaire (12), monté dans le cylindre à air comprimé (14) fixé au corps de la pompe, est disposé sur la bielle (14) qui commande le piston (5) de la pompe.