Brevet FR2615251A1 — publié le 19881118

La présente invention concerne le domaine de la construction des pompes, des compresseurs et des mo- teurs et a notamment pour objet un ensemble pour une tel- le machine. L'invention peut être utilisée dans les ensem- bles des machines à membrane qui sont équipées de membra- nes fabriquées à partir de polymères du groupe des ther- moplastes. Il est plus efficace d'utiliser la présente in- vention dans les ensembles des machines à membrane.compor- tant les membranes en polytétrafluoréthylène et un organe d'entrainement hydraulique. Les ensembles modernes pour les machines à mem- branes connues sont caractérisés par une petite durée de vie de l'organe de travail, c'est-à-dire de la membrane, et par une grande masse totale de la machine. Ces particu- - larités des ensembles pour les machines a membrane sont liées à une haute sensibilité des membranes métalliques aux concentrations locales des contraintes et aux phéno- mènes de fatigue dans les membranes apparaissant lorsque celles-ci effectuent des courbures cycliques. Les incon- vénients susmentionnés imposent de réduire la courbure de la membrane ce qui nécessite, à son tour, une augmen- tation de son diamètre, des dimensions de la machine et de sa masse. De plus, les exigences auxquelles doivent satisfaire la qualité de la surface de la membrane elle- même, les surfaces formant chambre de compression du flui- de et la pureté dudit fluide et du liquide moteur devien- nent de ce fait plus sévères, si la machine est actionnée par une commande hydraulique. La construction d'un ensemble pour une machine à membrane qui permettrait à la membrane de réaliser de grandes courbures et par laquelle la membrane ne serait pas sensible aux concentrations des contraintes est la meilleure solution de ce problème. On connait un ensemble pour une machine a mem- brane (U. S. A. N 3 093 086) comportant un disque limi- teur et un disque distributeur profilés disposés coaxiale- ment. Les profils des disques possèdent des secteurs péri- phériques plans et forment une cavité dans laquelle est disposée une membrane. Des éléments d'étanchéité sont pré- OS vus sur les secteurs périphériques plans des profilés. Le secteur périphérique de la membrane est coincé entre ces éléments d'étanchéité et peut se déplacer dans la direc- tion radiale. Grace à la possibilité de ce déplacement, les contraintes engendrées dans la membrane pendant son cour- bement se trouvent quelque peu réduites, ce qui augmente la durée de vie de la membrane. Il est également possible d'augmenter, au détriment de la durée de vie, la courbure en augmentant ainsi les contraintes dans la membrane jus- qu'aux valeurs maximales admissibles. Grâce à cette mesu- re, il est possible de réduire le diamètre de la membrane, les dimensions des machines et, par conséquent, sa masse. Toutefois, il convient de noter que dans cet ensemble pour une machine à membrane, la membrane est sensible auxconcentrations locales des contraintes et les éléments d'étanchéité s'usent rapidement à la suite du frottement contre la membrane. L'usure devient particuliè- rement intense en cas d'absence de graisse et les ensem- bles pour les machines à membrane fonctionnent très sou- vent dans ces conditions. Lesdites particularités baissent la sensibilité de la machine à membrane. On connatt un ensemble pour une machine à mem- brane (U. S. A. N 3 661 060) comportant des disques li- miteur et distributeur profilés disposés coaxialement et une cavité formée par les profils des disques ayant des secteurs périphériques plats. Dans la cavité, on a disposé au moins une membrane, dont le secteur périphérique est serré entre les secteurs plans des profils des disques. Des secteurs annulaires sont prévus à l'extérieur desdits secteurs plats sur les disques, ces secteurs annulaires coopérant l'un avec l'autre. Les surfaces planes des mem- branes métalliques et les surfaces profilées des disques sont revêtues d'une pellicule de protection en polymère à antifriction qui résiste à la corrosion. En faisant appel à la pellicule de protection, on affaiblit l'influence sur la membrane des concentra- tions locales des contraintes et on élève la fiabilité des machines. Cependant, le serrage rigide des secteurs pé- riphériques des membranes métalliques supprime la possi- bilité de leurs déplacements radiaux. Cet inconvénient empêche d'augmenter la courbure des membranes et impose une augmentation de leurs diamètres, des dimensions et de la masse des machines. On s'est donc proposé de mettre au point un ensemble pour une machine à membrane o la conception de cet ensemble permettrait de diminuer la sensibilité de la membrane vis-à-vis des concentrations locales des contraintes engendrées lors d'une augmentation de la courbure, ce qui permettrait d'assurer une haute fiabi- lité et une petite masse totale de la machine. Le problème, ainsi posé, est résolu à l'aide d'un ensemble pour une machine à membrane qui comporte, disposés coaxialement, un disque limiteur et un disque distributeur et une cavité formée par les profils des disques, ces profils ayant des secteurs périphériques plans et dans laquelle est disposêeau moins une membrane dont le secteur périphérique est serré entre les secteurs périphériques plans des profils des disques, les secteurs annulaires étant prévus à l'extérieur des secteurs plans sur les disques et coopérant l'un avec l'autre, caracté- risé en ce que la membrane est réalisée en thermoplaste et que son é p a i s s e u r égale approximativement 1,05 à 1,3 fois la hauteur de la cavité dans la zone des secteurs plans des profils des disques, et en ce que la cavité est munie d'un moyen de limitation de la déformation de la membrane disposé à l'extérieur des secteurs plans des profils des disques. Dans l'ensemble pour une machine à membrane, réalisé selon cette conception, la membrane n'est pas sen- sible aux concentrations locales des contraintes, grâce aux propriétés de la matière de la membrane, et les con- traintes engendrées dans celle-ci sont assez faibles, ce qui permet de réduire son diamètre. Le serrage de la mem- brane est réalisé de manière à assurer l'étanchéité tota- le de la cavité formée par les profils des disques, même sous des pressions supérieures à la limite de fluage de la matière de la membrane du fait que sa déformation ra- diale est limitée par un moyen spécial. Si l'épaisseur de la membrane par rapport à la hauteur de la cavité dans la zone des parties planes des profils des disques égale au moins 1,05, les valeurs de contraintes dans cette zone se trouvent insuffisantes pour protéger d'une manière s- re la membrane et assurer l'étanchéité de la cavité. Si ce rapport est supérieur à 1,3, les contraintes et les déformations seront extrêmement fortes. La matière excé- dentaire sera chassée dans la cavité et des ondulations se formeront sur la membrane et provoqueront une détério- ration rapide de la membrane. Cette construction de l'ensemble pour une ma- chine à membrane assure une meilleure fiabilité et permet une réduction de la masse totale de la machine. Il est avantageux que, dans l'ensemble pour une machine à membrane, le moyen de limitation de la dé- formation radiale de la membrane soit réalisé sous forme d'une saillie annulaire au moins sur l'un des disques, que la surface intérieure cylindrique de la saillie s'ap- plique contre les secteurs périphériques plans des pro- fils des disques et que le secteur annulaire de ce disque coopérant avec le secteur annulaire de l'autre disque soit disposé sur la saillie annulaire. Ce mode de réalisaion du moyen de limitation de la déformation radiale assure la plus simple conception de l'ensemble considéré de la machine à membrane et de la machine toute entière. Il est désirable que, dans la machine à membra- ne, le moyen de limitation de la déformation radiale de la membrane soit réalisé sous forme de bague disposée entre les disques limiteur et distributeur dont les sec- teurs annulaires coopèrent l'un avec l'autre par l'inter- médiaire de ladite bague, dont la surface intérieure cy- lindrique s'applique contre les secteurs périphériques plans des profils des disques. Cette conception de l'ensemble pour une machine à membrane simplifie l'opération de l'extraction de la membrane endommagée de la machine s'il est nécessaire de la remplacer. Il est désirable de pratiquer, dans l'ensemble pour une machine à membrane, sur la surface intérieure cy- lindrique de la bague, une gorge annulaire qui coopère avec la cavité formée par les profils des disques et de réaliser le diamètre D de la membrane plus grand que le diamètre d de la surface cylindrique intérieure de la ba- gue et de monter la membrane dans ladite gorge circulaire. Cette conception de l'ensemble pour une machi- ne à membrane permet de monter, au cours de l'assemblage - de l'ensemble, la membrane au préalable dans la bague en dehors de la machine, ce qui ne nécessite pas de personnel qualifié, et de poser ensuite la bague conjointement avec la membrane dans la machine. Le désassemblage de l'ensem- ble hors de la machine pour le remplacement de la membrane est réalisé de la manière analogue. On supprime ainsi un montage incorrect de la membrane causé par une qualifica- tion insuffisante du monteur et on augmente la fiabilité de toute la machine. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle -ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, dans le cas donné d'un ensemble pour une machine à membrane équipée d'une com- mande hydraulique donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs annexes dans lesquels: - la figure 1 représente un ensemble pour une machi- ne à membrane, selon l'invention, avec un moyen de limita- tion de la déformation radiale de la membrane réalisée sous forme d'une saillie annulaire sur un disque limiteur en coupe longitudinale; - la figure 2 représente un ensemble pour une machi- ne à membrane, selon l'invention, pourvu d'un moyen de li- mitation de la déformation de la membrane réalisé sous forme de bague, en coupe longitudinale; - la figure 3 représente l'endroit A sur la figure 1 à une plus grande échelle; - la figure 4 représente l'endroit B sur la figure 2 à une plus grande échelle; - la figure 5 représente l'endroit B sur la figure 2 avec la gorge circulaire pratiquée sur la surface inté- rieure cylindrique de la bague. L'ensemble pour une machine à membrane compor- te, disposés coaxialement, des disques profilés limiteur 1 et distributeur 2 (figures 1 et 2) et une cavité 3 (fi- gures 3, 4, 5), formée par les profils 4 et 5 (figures 1, 2) des disques 1 et 2 ayant des secteurs plans périphéri- ques 6 et 7 (figures 3, 4, 5). La cavité 3 renferme au moins une membrane 8 (figures 1, 2) dont les parties péri- phériques sont serrées entre les secteurs plans 6 et 7 (figures 3, 4, 5) des profils 4 et 5 des disques 1 et 2. La membrane 8 (figures 1, 2) divise la cavité 3 (figures 3, 4, 5) en une cavité de travail 9 et une cavité d'en- trainement 10. Des secteurs annulaires 11 et 12 sont pré- Vus à l'extérieur des secteurs plans 6, 7 (figures 3, 4, 5) sur les disques 1 et 2 (figures 1, 2) et coopèrent l'un avec l'autre. La membrane 8 est fabriquée à partir d'un thermoplaste, par exemple du polytétrafluoréthylène et son épaisseur H égale (figures 1, 2) 1,05 à 1,3 fois la hauteur h (figures 1, 2, 3, 4, 5) de la cavité 3 dans la zone des secteurs plans 6 et 7 des disques 1 et 2. Dans ce cas, la cavité 3 est pourvue d'un moyen de limi- tation de la déformation radiale de la membrane 8 (figu- res 1, 2), disposé à l'extérieur des secteurs plans 6 et 7 (figures 3, 4, 5) des profils 4 et 5 (figures 1, 2) des disques 1 et 2. Ainsi, la déformation du secteur pé- riphérique de la membrane est limitée dans la direction radiale aussi bien que dans la direction axiale. Le moyen de limitation de la déformation ra- diale de la membrane 8 peut être exécuté sous forme de rebord annulaire 13 (figure 3) au moins sur l'un des disques 1 ou 2. Dans l'exemple donné, ce rebord 13 est réalisé sur le disque limiteur 1. La surface cylindrique intérieure 14 du rebord annulaire 13 s'applique contre les secteurs périphériques plans 6 et 7 des profils 4 et des disques limiteur 1 et distributeur 2 tandis que le secteur annulaire 11 du disque 1 coopérant avec le sec- teur annulaire 12 de l'autre disque 2 est disposé sur le rebord annulaire 13. - Le moyen de limitation de la déformation ra- diale de la membrane 8 (figure 2) peut être réalisé sous forme de bague 15, disposée entre les disques limiteur 1 et distributeur 2, dont les secteurs annulaires 11 et 12 coopèrent l'un avec l'autre par l'intermédiaire de ladi- te bague dont la surface intérieure cylindrique 16 (figu- re 4) s'applique contre les secteurs périphériques plans 6 et 7 des profils 4 et 5 des disques 1 et 2. Sur la surface intérieure cylindrique 16 (fi- gure 5) de la bague 15, on a pratiqué une gorgecirculai- re 17 qui s'applique contre la cavité 3 formée par les profils 4 et 5 (figure 2) des disques 1 et 2. Dans ce cas, le diamètre D de la membrane 8 (figure 5) est plus grand que le diamètre d de la surface intérieure cylin- drique 16 de la bague 15 et la membrane est montée dans la gorge 17. La membrane 8 (figures 1, 2) est serréeentre les disques 1 et 2 à l'aide de boulons 18. L'assemblage de l'ensemble pour une machine à membrane est réalisé de la manière suivante. Dans le cas o le moyen de limitation de la déformation radiale de la membrane 8 (figure 1) est réali- sé sous forme de rebord annulaire 13 (figure 3), la mem- brane 8 (figure 1) est logée à l'intérieur de ce rebord 13 (figure 3) et repose sur le secteur périphérique plan 6 du profil 4 du disque limiteur 1. Ensuite, on met le disque limiteur 1 (figure 1) conjointement avec la membra- ne 8 sur le disque distributeur 2 et on serre les disques 1 et 2 entre eux par les boulons 18 jusqu'à la formation du contact entre les secteurs annulaires 11 et 12 (figu- res 1, 3) qui coopèrent l'un avec l'autre et sont disposés à l'extérieur des secteurs plans 6 et 7 des profils 4 et 5. Dans cet exemple, le secteur annulaire 11 est disposé sur le rebord 13. Dans ce cas, la déformation axiale de la membrane 8 est limitée par les secteurs périphériques plans 6 et 7 des profils 4 et 5 selon le rapport imposé entre son épaisseur H et la hauteur h de la cavité 3 égal à une valeur comprise entre 1,05 et 1,3 tandis que la dé- formation radiale est limitée par la surface intérieure cylindrique 14 du rebord annulaire 13 qui ferme la cavi- té 3. La membrane 8 se trouve serrée et divise la cavité 3 en une cavité de travail 9 et une cavité d'entrainement 10. Cette conception de l'ensemble pour une machi- ne à membrane est la plus simple. Dans le cas o le moyen de limitation de la déformation radiale de la membrane 8 (figure 2) est réa- lisé sous forme de bague 15, on monte tout d'abord la bague 15 sur le disque distributeur 2 et, ensuite, on met la membrane 8 à l'intérieur de la bague 15 et on la place sur le secteur périphérique plan 7 du profil 5 du disque de distribution 2. Ensuite, on réalise l'assemblage dans l'ordre susmentionné. Dans ce cas, les secteurs annulaires 11 et 12 coopèrent l'un avec l'autre au moyen du contact avec la bague 15. La déformation radiale de la membrane 8 est limitée par la surface cylindrique intérieure 16 (fi- gure 4) de la bague 15 fermant la cavité 3. Le désassem- blage de l'ensemble pour une machine à membrane s'effec- tue dans l'ordre inverse. Il convient de noter que grace à la déformation du secteur périphérique de la membrane 8 (figures 1, 2) qui se produit pendant l'assemblage de l'ensemble d'une os05 machine, la membrane 8 se trouve décalée vers l'intérieur de la bague annulaire 13 (figure 1) ou dans la bague 15 (figure 2), ce qui se manifeste lors du désassemblage de l'ensemble. L'extraction de la membrane 8 du rebord 13 (figure 1) entralne alors le risque que son secteur pé- riphérique soit endommagé et, pour cette raison, pas apte à être utilisé de nouveau, ce qui n'est pas rationnel au point de vue économique. Lorsque l'ensemble pour une ma- chine à membrane est réalisé selon la figure 2, l'endom- magement de la membrane 8, à son extraction, est suppri- mé du fait qu'elle est facilement chassée de la bague 15 (par exemple par la main). Cette conception de l'ensemble pour une machi- ne à membrane simplifie l'opération de l'extraction de la membrane 8de cette machine et améliore la fiabilité de la machine toute entière. Pendant l'assemblage de l'ensemble pour une machine à membrane réalisé selon les figures 1, 3 et les figures 2, 4, il peut arriver que la membrane 8 est mon- tée avec un gauchissement (d'une manière non parallèle par rapport aux secteurs périphériques 6 et 7 des profils 4 et 5) par suite de la négligence ou de l'inattention du monteur. Ceci aboutit à un endommagement de la membrane 8 même avant le début de l'exploitation et n'est pas avan- tageux au point dé vue de l'économie. Dans le cas o on réalise sur la surface-in- térieure cylindrique 16 (figure 5) de la bague 15e une gorge circulaire 17, on pose, au préalable, la membrane 8 (figure 2) dans cette gorge 17 (figure 5) de la manière suivante. En dehors de la machine, on place la membrane 8 sur la bague 15 (de n'importe quel côté) et on applique au centre de la membrane, un effort, par exemple l'effort de la main. Grâce à ses propriétés élastiques, la membrane 8 se courbe en diminuant son diamètre D jusqu'au diamètre d de la surface intérieure cylindrique 16 et est chassée vers l'intérieur de la bague 15 jusqu'à la gorge 17. En se redressant dans la gorge 17, la membrane reprend sa forme initiale plane. Pour vérifier la membrane 8 en po- sition plane et parallèle, on la fait tourner autour de son axe dans la gorge 17. La rotation doit être sans dif- ficultés. La section de la gorge 17 est trapézoïdale et de ce fait elle facilite la pose de la membrane 8 dans cette gorge. Ceci fait, on pose la bague 15 (figure 2) con- jointement avec la membrane 8 sur le disque distributeur 2 et on continue l'assemblage dans l'ordre décrit ci-des- sus. Cette conception de l'ensemble pour une machine a membrane permet d'éviter l'endommagement de la membrane 8 avant son utilisation pendant l'assemblage de la machine, ce qui améliore la fiabilité de toute la machine. La machine à membrane équipée d'un ensemble, conforme à la présente invention, fonctionne de la maniè- re suivante. A l'arrivée du liquide dans la cavité d'entraî- nement 10, la membrane 8 effectue le courbement alterné en réalisant l'aspiration du fluide dans la cavité de travail 9, sa compression et l'expulsion de la cavité 9. Grace aux propriétés élastiques très élevées de la matiè- re de la membrane, sa courbure peut être sensiblement aug- mentée, le diamètre étant simultanément diminué. Ceci con- tribue à la réduction des dimensions de la machine et de sa masse. L'insensibilité de la matière de la membrane 8 aux concentrations locales des contraintes ainsi que la conception constructive de la zone de serrage des sec- teurs périphériques de la membrane, selon l'invention, assure une haute fiabilité de toute la machine à membrane. REVENDICATIONS 1. Ensemble pour une machine à membrane compor- tant, disposés coaxialement, des disques profilés limiteur et distributeur (1, 2) et une cavité (3) formée par des profils (4, 5) des disques (1, 2), ces profils ayant des secteurs périphériques plans (6, 7) et dans laquelle est disposée au moins une membrane (8) dont le secteur péri- phérique est serré entre les secteurs périphériques plans (6, 7) des profils (4, 5) des disques (1, 2), des sec- teurs annulaires (11, 12) coopérant l'un avec l'autre étant prévus à l'extérieur des secteurs plans (6, 7) sur les disques (1, 2) et, caractérisé en ce que la membrane (8) est réalisée en thermoplaste et que son épaisseur égale approximativement 1,05 à 1,3 fois la hauteur de la cavité (3) dans la zone des secteurs plans (6, 7) des profils (4, 5) des disques (1, 2), et en ce que la cavité est munie d'un moyen pour la limitation de la déformation radiale de la membrane (8), disposé à l'extérieur des secteurs plans (6, 7) des profils (4, 5) des disques (1, 2). 2. Ensemble pour une machine à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de limitation de la déformation radiale de la membrane (8) est réalisé sous forme de rebord annulaire (13) au moins sur l'un des disques (1 ou 2), en ce que la surface in- térieure cylindrique (14) du rebord (13) s'applique con- tre les secteurs périphériques plans (6, 7) des profils (4, 5) des disques (1, 2) et en ce que le secteur annu- laire (11) de ce disque qui coopère avec le secteur an- nulaire (12) de l'autre disque, est disposé sur le re- bord annulaire (13). 3. Ensemble pour une machine à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de limitation de la déformation radiale de la membrane (8) est réalisé sous forme de bague (15), logée entre les disques limiteur et distributeur (1, 2), dont les sec- teurs annulaires coopèrent l'un avec l'autre par l'inter- médiaire de ladite bague (15) dont la surface intérieure cylindrique (16) s'applique contre les secteurs périphé- riques plans (6, 7) des profils (4, 5) des disques (1, 2). 4. Ensemble pour une machine à membrane selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on a pratiqué sur la surface intérieure cylindrique (16) de la bague (15), une gorge annulaire (17) qui s'applique contre la cavité (3) formée par les profils (4, 5) des disques (1, 2), et en ce que la membrane (8) est réalisée avec un diamètre D supérieur au diamètre d de la surface intérieu- re cylindrique (16) de la bague (15) et est montée dans la gorge (17).