Brevet FR2611817A1 — publié le 19880909

La présente invention concerne le domaine de la construction des pompes, des compresseurs et des moteurs et a notamment pour objet un système hydraulique d'une machine à membrane. L'invention peut être utilisée dans des machines à membrane pourvues d'un organe d'entrainement hydraulique et ayant au moins deux éléments à membrane. L'efficacité de l'utilisation de la présente invention croit proportionnellement à l'augmentation du nombre d'éléments à membrane dans la machine. Pendant le fonctionnement des machines à membrane telles que compresseurs, pompes ou moteurs des fuites ont lieu dans leurs systèmes hydrauliques à la suite des jeux entre le cylindre et le piston ainsi qui avec des jeux dans les garnitures d'étanchéité des pistons dus à la chaleur ou à un mauvais montage. Si l'on ne compense pas ces fuites, la quantité de liquide moteur dans le vérin hydraulique commence à diminuer. Du fait que la membrane de la machine oscille à la suite de l'action cyclique du liquide moteur exercées sur elle, l'amplitude de ses oscillations décroît à la suite de la diminution de la quantité de liquide moteur dans le vérin hydraulique. A l'expira- tion d'un bref délai, quand la quantité de liquide a diminué dans le vérin hydraulique jusqu'à une valeur déterminée, le liquide n'actionne plus la membrane et celle-ci cesse d'osciller et, de ce fait, la machine ne refoule plus le fluide vers un organe consommateur. La conception du système hydraulique de la machine à membrane dans laquelle on prévoit la compensation des fuites du liquide moteur est la meilleure solution de ce problème. Ce mode de réalisation du système hydrau lique n'influe pas sur la valeur du débit de fluide que la machine à membrane fourni à un appareil consommateur. On connaît un système hydraulique de machine à membrane ("Compresseurs à membranes par S.M. Altukhov et V.A. Rumyantseva, "Mashinostroenie", Moscou, 1967, page 93, fig. 59) compostant un carter relié hydrauliquement à une pompe de compensation et des éléments à membrane comportant, chacun, un vérin hydraulique, relié hydrauliquement à un limiteur de pression de liquide. Dans ce système hydraulique, la fuite du liquide moteur est compensée à l'aide d'une pompe de compensation qui aspire le liquide moteur depuis le carter et le refoule vers le vérin hydraulique. Le plongeur de la pompe est cinématiquement lié à un arbre coudé de la machine à membrane de façon que le processus soit réalisé dans la pompe de compensation à une vitesse identique à la vitesse à laquelle se déroule le processus dans la machine à membrane elle même. Dans ce cas, la quantité de liquide refoulée par la pompe de compensation dans le vérin hydraulique pendant chaque course active dépasse la valeur des fuites ayant lieu pendant chaque course de la machine à membrane. Cette quantité excédentaire de liquide moteur qu'on crée spécialement contribue à appliquer intimement la membrane sur la surface qui limite son déplacement dans la chambre de travail de la machine à membrane et à évacuer en totalité le fluide depuis ladite chambre de travail. A la fin de chaque course active de la machine à membrane, la quantité excédentaire de liquide moteur est évacuée dans le carter de la machine à travers le limiteur de pression de li quide qui s'ouvre pour une pression déterminée de liquide moteur dans le vérin hydraulique, laquelle pression est supérieure à la pression maximale de fluide. Toutefois, ce mode de réalisation du système hydraulique nécessite d'équiper chaque élément de systèmes individuels pour la circulation du liquide moteur, qui fonctionneraient indépendamment et possèderaient des pompes de compensation individuelles. Dans ce cas, l'énergie du liquide moteur comprimé dans le vérin hydraulique et évacué à travers le limiteur de pression dans le carter est dépensée d'une manière inutile et se transforme en chaleur. Cette particularité aboutit à une conception compliquée du sytème hydraulique, à l'augmentation de sa masse, à la baisse des performances économiques et de la fiabilité et nuit à une utilisation aisée. On s'est donc proposé de mettre au point un système hydraulique pour machine à membrane dont la conception serait plus simple, la masse serait réduite et les performances économiques, la fiabilité et la commodité d'utilisation seraient améliorées. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un système hydraulique pour machine à membrane comportant un carter, lié à une pompe de compensation et des éléments à membrane comprenant, chacun, un vérin hydraulique, relié à un limiteur de pression de liquide caractérisé, en ce que les éléments à membrane sont reliés en série de manière que le limiteur de pression de l'élément à membrane précédent soit relié au vérin hydraulique de l'élément à membrane suivant, la pompe de compensation est reliée au vérin hydraulique du premier élément à membrane en suivant l'écoulement du liquide et le limiteur de pression du dernier élément à membrane est mis en communication avec le carter. Dans le système ,iydraulique proposé, la compensation des fuites du liquide moteur est réalisée à l'aide d'une seule pompe de compensation qui refoule le liquide moteur uniquement vers le premier vérin hydraulique en suivant le cheminement du liquide d'un élément à membrane. Dans les autres éléments à membrane reliés en série, la compensation des fuites du liquide moteur se fait par l'évacuation d'une quantité excédentaire depuis le vérin hydraulique à travers un limiteur de pression de chaque élément à membrane précédent vers l'élément à membrane suivant selon le cheminement du liquide et n'est plus évacué dans le carter. Dans ce cas, c'est seulement à travers le limiteur de pression du dernier élément à membrane en suivant l'écoulement du liquide que le liquide est évacué dans le carter. Dans ce mode de réalisation du système hydraulique, l'énergie de la quantité excédentaire de liquide moteur comprimé dans le vérin hydraulique est dépensée pour le transport de cette quantité excédentaire vers le vérin hydraulique de chaque élément à membrane suivant. Ce mode de réalisation du système hydraulique assure une conception simplifiée, la réduction de la masse et l'élévation des performances économiques, l'amélioration de la fiabilité et une utilisation aisée. I1 est avantageux que dans le système hydraulique de la machine à membrane multiétages, les éléments à membrane soient reliés en série avec une baisse de la pression d'un élément à l'autre, que la pompe de compensation soit reliée au vérin hydraulique de l'élément à membrane ayant la pression maximale et que le carter soit mis en communication avec le limiteur de pression de l'élément à membrane ayant la pression minimale. Ce mode de réalisation du système hydraulique permet de prévenir la surcharge des éléments à membrane par une pression extrémement élevée qui dépasse la valeur nécessaire à la réalisation de la compression du fluide et réduit également la puissance consommée par la machine à membrane. Il convient de noter que l'utilisation du système hydraulique revendiqué est simple car il ne nécessite aucune préparation technologique pour son introduction dans les machines à membrane pendant leur fabrication. Il en est de même pour les machines qui sont déjà mises en service. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence au dessin annexé non limitatif sur lequel est représenté un sys tème hydraulique a d'une machine à membrane monoétage ayant deux éléments à membrane, selon l'invention. Le système hydraulique d'une machine à membrane comporte un carter 1 mis en communication par une conduite 2 avec une pompe de compensation 3, et des éléments à membrane 4 et 5 comprenant, chacun, un vérin hydraulique 6 et 7, relié respectivement à l'aide des conduites 8 et 9 aux limiteurs de pression de liquide moteur 10 et 11. Les éléments à membrane 4 et 5 sont reliés en série de manière que le limiteur de pression 10 de l'élément à membrane précédent .4 soit relié à l'aide d'une conduite 12 au vérin hydraulique 7 de l'élément à membrane suivant 5. il convient de noter que la pompe de compensation 3 est reliée à l'aide de la conduite 13 au vérin hydraulique 6 qui se trouve le premier en suivant l'écoulement du liquide de l'élément à membrane 4 et que le limiteur de pression 11 susmentionné est raccordé à l'aide de la conduite 14 au carter 1. Dans le système hydraulique de la machine à membrane monoétage selon le dessin, les éléments à membrane 4 et 5 sont reliés en série avec une réduction de la pression à partir de l'élément à membrane 4 vers l'élément à membrane 5. Dans ce cas, la pompe de compensation 3 est mise en communication avec le vérin hydraulique 6 de l'élément à membrane 4 ayant la pression maximale tandis que le carter 1 est relié au limiteur de pression 11 de l'élément à membrane 5 ayant la pression minimale. Si un système hydraulique d'une machine à membrane multiétages comporte, dans chaque étage, plusieurs éléments à membrane, il faut relier, en premier lieu en opérant de la manière décrite ci-dessus, les éléments à membrane de l'étage de la pression maximale, ensuite, relier le limiteur de pression du dernier élément à membrane selon le déplacement du liquide dans cet étage au premier élément à membrane suivant l'écoulement du liquide dans l'étage suivant ayant la plus basse pression. Les éléments à membrane de l'étage de plus basse pression doivent être reliés entre eux de la manière décrite ci-dessus et ainsi de suite.La pompe de compensation doit être alors reliée au vérin hydraulique du premier élément à membrane de l'étage ayant la pression maximale en suivant l'écoulement du liquide et le carter doit être mis en communication avec le limiteur de pression du dernier élément à membrane, suivant le refoulement du liquide, dans l'étage de pression minimale. Les verins hydrauliques 6 et 7 comportant des pistons 15 et 16, pourvus d'un mécanisme d'entraînement bielle-manivelle 17 tandis que le plongeur 18 de la pompe de compensation 3 est muni d'un excentrique d'entraînement 19. L'excentrique 19 est relié au mécanisme 17 bielle-manivelle. il est également possible d'utiliser un autre type d'entraînement des pistons 15 et 16 et du plongeur 18, ce qui n'est pas important pour la réalisation de l'invention. Les éléments à membrane 4 et 5 de la machine à membrane comportent aussi des membranes 20 et 21 serrées contre des plateaux supérieurs 22 et 23 qui limitent la course des membranes 20 et 21. Les soupapes d'admission 24 et 25 et les soupapes d'échappement 26 et 27 du fluide sont montées dans les plateaux 22 et 23. Chaque membrane 20, 21 forme avec le plateau correspondant 22, 23 des cavités de travail 28 et 29. Lorsqu'on a besoin de comprimer un fluide jusqu'aux hautes pressions, le système hydraulique peut être équipé d'un refroidisseur intermédiaire 30 de liquide moteur monté dans la conduite 12. Le système hydraulique de la machine à membrane fonctionne de la manière suivante. Les pistons 15 et 16 mis en mouvement par le mécanisme bielle-manivelle 17 effectuent un mouvement rectiligne alternatif dans les vérins hydrauliques 6 et 7 et actionnent le liquide moteur. Les membranes 20 et 21 se déforment dans les éléments à membrane 4 et 5 sous l'action du liquide moteur et se courbent alternativement dans l'un et dans l'autre sens par rapport à leur plan de serrage. A la suite de la déformation des membranes 20 et 21, le volume des cavités de tra vail 28 et 29 change. Le fluide est admis dans ces cavités à travers les soupapes 24 et 25, comprimé et s'échappe à travers les soupapes 26 et 27. Actionné par l'excentrique 19, le plongeur 18 se déplace dans la pompe de compensation 3 de manière analogue aux pistons 15 et 16 dans les vérins hydrauliques 6 et 7. En conséquence, il se produit une aspiration du liquide moteur depuis le carter 1 à travers la conduite 2 vers la pompe 3 et son refoulement suivant la conduite 13 dans le vérin hydraulique 6. Dans le cas d'une machine à membrane multiétages, le vérin hydraulique 6 doit être associé à l'élément de pression maximale. Comme l'on vient de le noter, la quantité de liquide refoulée par la pompe dans le vérin hydraulique 6 est. supérieure à la valeur des fuites depuis le vérin hydraulique 6. De ce fait, la membrane 20 cesse de se déplacer et s'appuie contre le plateau supérieur 22 avant que le piston 15 n'atteigne le point mort supérieur. Pour cette raison, pendant le déplacement du piston 15 vers le point mort haut, la pression dans le vérin hydraulique 6 croit vite et atteint la valeur pour laquelle le limiteur de pression 10 s'ouvre. La quantité excédentaire de liquide est transportée à travers la conduite 8, le limiteur de pression 10 et la conduite 12 avec le réfrigerant intermédiaire 30 vers le vérin hydraulique 7 de l'élément à membrane 5. Dans l'élément à membrane 5 le processus se déroule de manière analogue au processus dans l'élément à membrane 4. Ensuite, la quantité excédentaire de liquide est évacuée par la conduite 9 à travers le limiteur de pression Il et la conduite 14 dans le carter 1. Ensuite tous les processus se repètent. Il est à noter que le débit de la pompe de compensation 3 ne doit pas dépasser la somme des fuites dans tous les éléments du système hydraulique et de la valeur de la quantité excédentaire de liquide nécessaire au vérin hydraulique de l'élément ayant le volume maximal de la cavité de travail. REVENDICATIONS 1. Système hydraulique pour machine à membrane comportant un carter (1), relié à une pompe de compensation (3) et des éléments à membrane (4, 5) comprenant, chacun, un vérin hydraulique (6, 7) relié à un limiteur de pression de liquide (10, 11), caractérisé en ce que les éléments à membrane (4, 5) sont reliés en série de manière que le limiteur de pression (10) de l'élément à membrane (4) précédent soit relié au vérin hydraulique (7) de l'élément à membrane suivant la pompe de compensation (3) est reliée au vérin hydraulique (6) du premier élément à membrane (4) en suivant le déplacement du liquide et le limiteur de pression (11) du dernier élément à membrane (5) est mis en communication avec le carter (1). 2. Système hydraulique pour une machine à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à membrane (4, 5) sont reliés en série avec une réduction de la pression d'un élément (4) à l'autre élément (5), la pompe de compensation (3) est reliée au vérin hydraulique (6) de l'élément à membrane (4) de pression maximale et le carter (1) est relié au limiteur de pression (11) de l'élément à membrane (5) de pression minimale.