Brevet FR2612993A1 — publié le 19880930

Pompe à plongeur haute pression La présente invention concerne une pompe à plongeur haute pression avec une soupape de refoulement en position centrale, avec un plongeur déplaçable par l'intermédiaire d'un dispositif d 'entraînement oscillant, et avec un manchon délimitant la chambre de travail, guidé exclusivement sur le plongeur, et qui est entouré par une chambre d'aspiration contenant le liquide à aspirer. On connaît une pompe à plongeur haute pression du type précité, dans laquelle l'étanchéification entre le plongeur et le manchon monte flottant sur ce dernier s'effectue exclusivement par la configuration de la fente entre ces deux éléments fonctionnels. Ce joint à labyrinthe est suffisant sur une large plage de pression. Avec une pression de travail supérieure à 2.000 bars, la seule utilisation du joint à labyrinthe entre le plongeur et le manchon associé au plongeur entraînerait une perte de la moitié de la capacité de refoulement. La présente invention a pour but de configurer une pompe à plongeur haute pression du type mentionné en introduction de manière à obtenir également une étanchéification suffisante entre le plongeur et le manchon monté flottant sur ce dernier à des pressions de travail supérieures à 2.000 bars. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un presse-étoupe ou un coussinet d'étanchéité en une pièce réalisée en métal est disposé dans une chambre annulaire du manchon, ouverte vers le plongeur, et que le presse-étoupe ou le coussinet d'étanchéité s'appuie contre le plongeur, le coussinet d'étanchéité présentant un alésage s'étendant vers le plongeur, et ledit coussinet d'étanchéité délimitant, avec le manchon, un espace annulaire qui est rempli de liquide de fuite et est sollicité, par la pression active, dans la région de l'alésage. Le presse-étoupe présente une chambre de ressort munie d'un ressort de compression, qui est ouverte vers le côté du plongeur. Du liquide de fuite pénètre dans cette chambre de ressort, liquide dont la pression agit en complément de la force du ressort de compression sur une bague de support avant et sur une plaque de compression délimitant la chambre de ressort à l'extrémité arrière, de sorte que les autres pièces du presse- étoupe sont comprimées de manière plus intensive sur le plongeur en présence d'une pression de travail élevée. Lorsqu'on utilise un coussinet d'étanchéité en une pièce réalisée en métal, par exemple en bronze, l'espace annulaire entre le coussinet d'étanchéité et le manchon est rempli de liquide de fuite, qui se trouve sous la pression présente dans la région de l'alésage menant à l'espace annulaire et déformant le coussinet d'étanchéité en direction du plongeur. L'intensité de la déformation du coussinet d'étanchéité est ainsi fonction de la pression de travail de la pompe. Selon une caractéristique supplémentaire, le presse-étoupe ou coussinet d'étanchéité disposé dans la chambre annulaire est prévu dans la région médiane et/ou arrière du manchon. La transition entre la face frontale avant de la chambre annulaire destinée à recevoir le presse-étoupe ou le coussinet d'étanchéité et la face de délimitation extérieure peut alors être configurée en forme de coude. Selon une autre caractéristique supplémentaire, un bourrage mou de forme annulaire, dépassant la face frontale avant vers l'extérieur et vers l'intérieur, est prévu à l'extrémité avant de la chambre annulaire destinée à recevoir le coussinet d'étanchéité. Selon une autre caractéristique encore, le presse- étoupe présente une bague de support avant qui est arrondie dans la région extérieure avant, et qui forme une butée avant pour un ressort. Selon une autre caractéristique enfin, le coussinet d'étanchéité présente, à l'extrémité arrière, une bride annulaire avec des alésages traversants pour des vis de fixation vissées dans des alésages filetés d'une bague vissée sur le manchon. L'exposé qui suit décrit plus en détails deux formes de réalisation de l'invention représentées sur le dessin annexé, dans lequel: Figure I est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à plongeur haute pression, dans laquelle le manchon monté flottant sur le plongeur est muni d'un presse-étoupe; et Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à plongeur haute pression avec un coussinet d'étanchéité en une pièce en métal associé au plongeur. Le plongeur 1 est, au moyen d'un dispositif d'entraînement oscillant non représenté, déplacé en va-et-vient entre un point mort avant et un point mort arrière. Comme entraînement oscillatoire, on peut utiliser un embiellage entraînant le plongeur par l'intermédiaire d'une crosse. Un manchon 2 est monté flottant sur le plongeur. Dans l'exemple de réalisation représenté, le manchon 2 est constituée des parties de manchon 3 et 4 qui sont assemblées fixement entre elles par emmanchement à chaud. La partie de manchon 3 est munie d'un collet de butée 5 contre lequel 26 1 2993 s'appuie une bague de support 6 de section en équerre qui est sollicitée par un ressort 7 dont l'autre extrémité s'appuie contre une bague rapportée 8 à travers l'alésage central de laquelle s'étend le plongeur 1. L'étanchéification dans la région de cet alésage s'effectue au moyen de bourrages d'étanchéité 9 qui sont fixées dans une chambre annulaire ouverte vers le plongeur par une bague de compression 10 munie d'un filetage extérieur. A la position de fonctionnement représentée à la figure 1, le manchon 2 s'appuie contre une face de paroi 12 de la tête 13 de la pompe. Le manchon 2 délimite la chambre de travail 14 de la pompe à plongeur haute pression, qui est reliée à une ouverture 15 d'une soupape de refoulement 16. Le corps 17 de la soupape de refoulement est disposé en position centrale et sollicité par un ressort 18. A la figure 1, le corps 17 de la soupape de refoulement est représenté à la position de fermeture. La partie de manchon 4 présente une chambre annulaire 19 ouverte vers le plongeur, dans laquelle est disposé un presse-étoupe. Ce presse-étoupe présente une bague de support avant 20, qui peut être réalisée en bronze et contre laquelle s'appuie un ressort hélicoïdal cylindrique 21 à l'autre extrémité duquel est associée une plaque de support 22. Les autres éléments fonctionnels du presse-étoupe sont maintenus sous précontrainte par l'action du ressort 21: il est prévu une série de bagues de bourrage 25, 26 entre la plaque de support 22 et une bague de support arrière 23 à laquelle est associée une bague fendue 24 servant de butée. La bague de support avant 20 est arrondie dans la région extérieure avant, et elle s'applique contre une transition en forme de coude entre la face frontale avant 27 et la face de délimitation extérieure 28 de la chambre annulaire 19. La transition entre la face frontale avant 27 et l'alésage central de la partie de manchon 4 est elle-aussi configurée en forme de coude, afin d'éviter l'apparition de contraintes d'entaille sur le manchon 2 sous l'action de pressions de liquide élevées. Le liquide de fuite, pénétrant par la fente annulaire entre le plongeur et la partie de manchon 4 dans la chambre logeant le ressort 21 lors de la course de travail du plongeur 1, établit, dans cette chambre, une pression supplémentaire par laquelle les autres éléments fonctionnels du presse-étoupe sont comprimés contre le plongeur, de sorte que l'étanchéification est intensifiée. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, le manchon 2a, monté flottant sur le plongeur 1, est constitué des parties de manchon 3a et 4a. 26 1 2993 Comme dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, un ressort 7 est associé au manchon, ressort qui est contraint à presser le manchon contre la face intérieure 12 de la tête 13 de la pompe. La partie de manchon 4a est munie d'une chambre annulaire 29 qui est ouverte du côté du plongeur 1 et dans laquelle est disposé un coussinet d'étanchéité 30 en une pièce réalisée en métal. Ce coussinet d'étanchéité délimite, avec la partie de manchon 4a, une chambre annulaire 31 à partir de laquelle un alésage 32 s'étend en direction du plongeur I et débouche dans la fente annulaire entre le plongeur 1 et le coussinet d'étanchéité 30. Le liquide de fuite, qui -par la fente entre le plongeur 1 et le manchon 2a- s'écoule depuis la chambre de travail 14 jusque dans la région de l'alésage 32, lors de la course de refoulement du plongeur, présente une pression qui est inférieure à la pression de travail de la pompe. Le liquide de fuite se trouvant sous cette pression inférieure, qui a rempli la chambre annulaire 31, déforme le coussinet d'étanchéité 30 et améliore l'étanchéification entre le manchon et le plongeur. A l'extrémité avant de la chambre annulaire 29 logeant le coussinet d'étanchéité 30, il est prévu un bourrage mou 33 de forme annulaire, qui dépasse la face frontale avant 34 de la chambre annulaire 29 vers l'extérieur et vers l'intérieur. Le coussinet d'étanchéité 30 présente, à l'extrémité arrière, une bride annulaire 35 qui est conçue comme bride de fixation et est munie d'alésages traversants pour des vis de fixation 36. Ces vis de fixation sont vissées dans des alésages filetés 37 d'une bague 38 vissée sur la partie de manchon 4a. Il ressort des figures I et 2 que le presse-étoupe ou, selon le cas, le coussinet d'étanchéité est prévu dans la région médiane et/ou arrrière du manchon 2, 2a. Leliquide à aspirer, qui est présent dans la chambre d'aspiration 39, circule extérieurement autour du manchon 2, 2a. Lorsque le plongeur se déplace du point mort avant vers le point mort arrière, une dépression s'établit dans la chambre de travail 14, de sorte que, sous la pression régnant dans la chambre d'aspiration, le manchon 2, 2a est déplacé en éloignement de la tête de la pompe à l'encontre de l'action du ressort 7. L'ouverture avant du manchon est ainsi dégagée, de sorte que le liquide peut s'écouler de la chambre d'aspiration 39 dans la chambre de travail 14. Lors de la course de refoulement du plongeur, le manchon 2, 2a prend la position représentée aux figures 1 et 2, à laquelle le manchon s'appuie, par sa face frontale avant, contre la face 12 de la tête 13 de la 2 6 1 2993 pompe. 5 La chaleur produite lors de la course de refoulement du plongeur est dégagée par l'intermédiaire du manchon 2, 2a dans le liquide circulant extérieurement autour dudit manchon. 26 1 2993 REVENDICATIONS 1. Pompe à plongeur haute pression avec une soupape de refoulement en position centrale, avec un plongeur déplaçable par l'intermédiaire d'un dispositif d'entraînement oscillant, et avec un manchon délimitant la chambre de travail, guidé exclusivement sur le plongeur, et qui est entouré par une chambre d'aspiration contenant le liquide à aspirer, caractérisée en ce qu'un presse-étoupe ou un coussinet d'étanchéité en une pièce réalisée en métal (30) est disposé dans une chambre annulaire (19, 29) du manchon (2,2a) ouverte vers le plongeur (1), et en ce que le presse-étoupe ou le coussinet d'étanchéité s'appuie contre le plongeur (1) , le coussinet d'étanchéité (30) présentant un alésage (32) s'étendant vers le plongeur, et ledit coussinet d'étanchéité délimitant avec le manchon un espace annulaire (31) qui est rempli de liquide de fuite et est sollicité par la pression active dans la région de l'alésage (32). 2. Pompe à plongeur haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le presse-étoupe ou coussinet d'étanchéité disposé dans la chambre annulaire (19, 29) est prévu dans la région médiane et/ou arrière du manchon (2, 2a). 3. Pompe à plongeur haute pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la transition entre la face frontale avant (27) de la chambre annulaire (19) destinée à recevoir le presse-étoupe ou le coussinet d'étanchéité et la face de délimitation extérieure (28) est configurée en forme de coude. 4. Pompe à plongeur haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un bourrage mou de forme annulaire (33), dépassant la face frontale avant (34) vers l'extérieur et vers l'intérieur, est prévu à l'extrémité avant de la chambre annulaire (29) destinée à recevoir le coussinet d'étanchéité (30). 5. Pompe à plongeur haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le presse-étoupe présente une bague de support avant (20) qui est arrondie dans la région extérieure avant, et en ce que la bague de support forme une butée avant pour un ressort (21). 6. Pompe à plongeur haute pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le coussinet d'étanchéité (30) présente, à l'extrémité arrière, une bride annulaire (35) avec des alésages traversants pour des vis de fixation (36) qui sont vissées dans des alésages filetés (37) d'une bague (38) vissée sur le manchon.