Brevet FR2633015A1 — publié le 19891222

L'invention concerne une pompe à pistons rotatifs et à débit variable. On connaît déjà des pompes à pistons axiaux à débit variabLe, à bloc cylindre fixe et à plateau incliné mobiLe. Pendant La rotation, le blocecylindre tourne et L'inclinaison du plateau mobile provoque un mouvement alternatif axial des pistons engendrant des différences de volume dans chaque alésage du bLoc cyLindre. Ces alésages communiquent pendant un demi-tour avec une lumière d'aspiration, puis avec une lumiere de refoulement pendant L'autre demi-tour. La variation de débit, voir l'inversion du débit est obtenue par variation de l'inclinaison du plateau contre lequel prennent appui les pistons par l'intermédiaire de ressorts,ou par rapport auquel ceux-ci sont solidarisés par l'intermédiaire de rotules. De telles pompes permettent d'obtenir des pressions de 320 bar en service continu et de 400 bar en pointe, dans les deux sens, à une vitesse de rotation maximum de 1800 t/mn, avec un rendement de 0,95. Toutefois,ces pompes ont pour inconvénients de produire des irrégularités de débit, qui s'accentuent pour un nombre pair de pistons et aux vitesses de rotation réduites, d'exiger une filtration très poussée du liquide et d'être d'un prix de revient très élevé compte-tenu de leur conception. On connait aussi un moteur-pompe à pistons rotatifs, tel que celui décrit dans la demande de brevet français nO 8807060, qui est constitué essentiellement d'un corps comportant deux cavités semi-cylindriques, jointives et communic-antes, dans lesquelles sont montés deux rotors,munis à leur périphérie de pistons à tête épanouie régulièrement répartis-, solidaires en rotation, de façon que les pistons d'un des rotors soient décalés angulairement par rapport à ceux de l'autre rotor, de la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons. Le rayon des rotors portepistons correspond à l'entraxe existant entre ceuxci diminué du rayon des cavités semi-cylindriques. L'arc formé par l'épanouissement de La tete des pistons rotatifs correspond à la moitié de l'intervalle angulaire existant entre les pistons. La forme des pistons est déterminée de façon à contrôler la mise en communication des lamages latéraux, assurant la communication des cavités semi-cylindriques, du circuit de fluide, avec les intervalles inter-pistons en fonction de la rotation des rotors, afin que ceuxci soient actifs à tour de rôle sans discontinuité. Ce moteur présente,pour avantage ,d'offrir- un rendement élevé pratiquement constant sur toute la plage d'utilisation en faisant appel à une combinaison de moyens très simples, dont les éléments mobiles sont uniquement tournants, sans faire appel à aucun dispositif d'étanchéité à déplacement alternatif, toutefois, il présente l'inconvénient d'offrir un débit par tour constant du fait de sa conception. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en permettant aux ensembles rotors portepistons de se déplacer axialement par rapport aux cavités semi-cylindriques du corps de pompe, afin de permettre une variation contrôlée du débit par tour analogue à celle obtenue avec les pompes à pistons axiaux à débit variable évoquées ci-dessus. Cette pompe à pistons rotatifs à débit variable comporte deux cavités semi-cylindriques jointives communicantes dans lesquelles sont montés deux rotors, comportant à leur périphérie des pistons à tête épanouie réguli-èrement rép-artis, solidaires en rotation, de façon que les pistons de l'un des rotors soient décalés angulairement par rapport à ceux de l'autre rotor, de la moitié de l'intervalle angulaire séparant les pistons. Chaque rotor est combiné à- un fourreau rainuré qui s 'insère parmi les pistons rotatifs, en épousant leur forme, à une profondeur de pénétration correspondant au débit par tour recherché. L'un des rotors est maintenu fixe axialement, alors que le fourreau rainuré correspondant est rendu coulissant. L'autre rotor est rendu mobile axialement, alors que- le fourreau rainuré correspondant est maintenu fixe axialement: les deux fourreaux rainurés étant disposés tete-bche. Les deux cavités semi-cylindriques sont prolongées axialement pour permettre le déplacement axial de l'un des rotors et- du fourreau rainuré de l'autre rotor; le débit maximum par tour étant obtenu lorsque les deux rotors sont situés au même niveau et que les fourreaux rainurés sont totalement en retrait des rotors. Pour ce faire, le rotor maintenu fixe axialement est décalé axialement par rapport au flasque porte-paliers par l'intermédiaire d'une bague entretoise dont l'épaisseur correspondant à la longueur du fourreau rainuré maintenu fixé correspondant à l'autre rotor. Le fourreau rainuré rendu coulissant est décalé axialement, par rapport au rotor coulissant, par l'intermédiaire d'une platine coulissante introduite dans les cavités semi-cylindriques et épousant la forme de celles-ci; le rotor et le fourreau coulissants étant rendus chacun solidaires axialement de la platine coulissante par l'intermédiaire d'un palier et d'un roulement buté, maintenu en place dans son logement par une plaque fixée contre le côté externe de la platine coulissante. La bague entretoise et la partie de la platine coulissante située du côté du rotor maintenu fixe axialement, comportent, sur le côté, une rainure semi cyli-ndrique de même rayon que les cavités semi-cylindriques du corps de pompe. Le réglage du débit s'effectue par déplacement de la platine coulissante dans les cavités semi-cylindriques, par l'intermédiaire d'un vérin, d'un système vis et écrou, d'un jeu de coins ou tout autre moyen du genre figurant dans l'état de la technique permettant un déplacement et un positionnement précis de la platine par rapport au corps de pompe. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'i nventi on, le déplacement de la platine coulissante dans les cavités semi-cylindriques s'effectue sous L'action d'un fluide hydraulique emmagasiné dans une chambre matérialisée par la plaque fixée sur le côté de la platine coulissante, la -paroi des cavités semi cyli-ndriques et la paroi intérieure d'un couvercle étanche assurant La fermeture desdites cavités. L'aspiration et le refoulement de la pompe s'effectuent par l'intermédiaire d'orifices percés transversalement dans te corps de pompe au niveau du plan de jonction du fourreau rainuré et du rotor fixes en translation. Le fourreau rainuré fixe en transtation est retenu contre le flasque porte-paliers par l'intermédiaire d'une collerette située au niveau de sa face arrière et par des rainures correspondantes réalisée au bord de la cavité s-emicylindrique correspondante et sur le côté de La . bague entretoise maintenue contre le flasque -par te rotor opposé. Le rotor porte-pistons rendu coulissant est solidarisé en rotation par rapport à son pignon par l'intermédiaire d'un arbre cannelé, prolongé par un bout d'arbre lisse se déplaçant axialement dans un palier fermé solidaire du contre flasque. Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ce qu'elle permet d'obtenir des réglages de débit très précis à tout régime sans que la régularité du débit soit perturbée, en faisant appel à des moyens simples, n'exigeant aucun décalage angulaire, éliminant ainsi toute cinématique compliquée, délicate et côuteuse, en cumulant les avantages de la pompe à engrenages et de la pompe à barillet et en excluant les inconvénients de chacune de ces catégories de pompes. D'autres caractéristiques et avantages apparaítront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation de la pompe à pistons rotatifs et à débit variable à distance par l'intermédiaire d'un vérin hydraulique, donné à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale de la pompe réglée en position de débit maximum - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale de la pompe réglée en position de débit nul, - ta figure 3 représente une vue en coupe transversale de la pompe en position de débit nul au niveau du fourreau rainuré maintenu fixe axialement et de la bague entretoise décalant le rotor porte-pistons rotatifs, maintenu fixe axiaLement, par rapport au flasque porte-paliers coupe seLon A,A indiquée sur la figure 2), - la figure 4 représente une vue en coupe transversale de la pompe, en position de débit nul, au niveau de la platine coulissante et du rotor porte-pistons maintenu fixé axialement (coupe B,B indiquée sur la figure 1), - la figure 5 représente une vue en coupe transversale de La pompe, en position de débit nul, au niveau du plan de jonction du fourreau rainuré, maintenu fixe axialement, avec Le rotor à pistons rotatifs ma-intenu, lui aussi fixe axialement (coupe selon C,C indiquée sur ta figure 2), - la figure 6 représente une vue "éclatée". en perspective, de la pompe faisant apparaitre les principaux composants séparément dans Leur ordre de montage, - la figure 7 représente une vue en perspective du corps de pompe. Les figures représentent une pompe à pistons rotatifs à débit variable comprenant essentiellement un corps 1 comportant deux cavités semi-cylindriques 11 et 12, un conduit- d'aspiration 13, un conduit de refoulement 14 et un conduit 15 d'arrivée de fluide hydraulique sous pression ; deux rotors 2 et 3 comportant des pistons à tête épanouie 21 et 31 tournant par l'intermédiaire d'un arbre cannelé 22 et d'un arbre d'entrainement lisse 32 dans des paliers 41 et 42 réalisés dans un flasque 4 ; d'un engrenage à moyeu cannelé 6 et d'un engrenage à moyeu lisse 7, fixé par une clavette 71 sur l'arbre lisse 32; un contre-flasque 8 comportant un évidement 81 pour le logement des engrenages 6 et 7, un palier fermé 82, dans tequel couLisse le bout d'arbre 221 de l'arbre cannelé 22 et un logement 83 pour le roulement 321 de l'arbre d'entrainement 32; d'un couvercle de fermeture 16 ; d'un fourreau rainuré 9 à collerette 91 ; d'une -bague entretoise 10 à rainures semi-cylindriques 101 et 102 ; d'une platine coulissante 60 comportant un palier 601 et deux logements 602 et 603 pour roulements 604 et 605 ; d'un fourreau rainuré 70 à axe de rotation 701 pénétrant dans la bague intérieure du roulement 605 et d'une plaque 80 d'étanchéité et d'immobilisation des roulements 604 et 605. En examinant la figure 1, on remarque que, le débit par tour maximum est obtenu en reculant au maximum la platine coulissante 60, afin de limiter la pénétration des fourreaux rainurés 9 et 70, parmi les pistons 21 et 31 des rotors 2 et 3, au strict minimum nécessaire au maintien de leur engrènement. En se rapportant maintenant à la figure 2, on remarque que te débit nul est obtenu en enfonçant au maximum la platine coulissante 60, afin d'obtenir une pénétration totale des fourreaux rainurés 9 et 70 parmi les pistons 21 et 31 des rotors 2 et 3. Il résulte, de cette constatation, qu'une infinité de valeur de débit par tour peut être obtenue entre les valeurs extrêmes correspondant aux positions représentées sur les figures 1 et 2. Le déplaçement relatif des deux rotors 2 et 3 par rapport à leurs fourreaux rainurés respectifs 9 et 70 est rendu possible par la présence d'un décalage entre les espaces de travail des deux éléments de pompe constitués des rotors 2 et 3 et des cavités semicylindriques 11 et 12. Ce décalage des espaces de travail est obtenu par interposition, entre le flasque 4 et le rotor 3, d'une bague entretoise 10 d'épaisseur correspondant approximativement à la course utile du rotor 2, d'une part et du fourreau rainuré 70, d'autre part ; un décalage de hauteur correspondante ayant été, pour ce faire, réalisé dans la partie droite de la platine coulissante 60. Le fourreau rainuré 9, correspondant au rotor coulissant 2 est retenu contre le flasque 4 par l'in-termédiaire de sa collerette 91 et de rainures correspondantes 17 et 101 réalisées respectivement dans le bord supérieur interne du corps de pompe 1 et sur le côté de la bague entretoise 10, cette dernière étant, pour permettre le positionnement du fourreau rainuré 9, munie d'une rainure- semi-cylindrique longitudinale102 de même rayon que ledit fourreau et que les cavités semi-cylindriques. Le coulissement du rotor 2 par rapport au fourreau 9 est, comme on le voit, rendu possible par l'existence d'un arbre cannelé 22, sur lequel est monté l'engrenage correspondant 6 de solidarisation en rotation des deux rotors. Tout porte-à-faux ou désalignement est interdit par la présence d'un palier fermé 82, solidaire du contre-flasque 8, dans lequel coulisse le bout d'arbre 221, d'une part, et par la présence sur le bout d'arbre opposé 222 d'un roulement à billes à gorges profondes 604, maintenu dans un logement 602, réalisé sur la face externe de la platine coulissante 60, par l'intermédiaire de la plaque 80, et retenu au bout d'arbre 222 par un jonc d'arrêt 223. Le coulissement du fourreau rainuré 70 par rapport au rotor 3 monté sur l'arbre d'entrainement 32 est rendu possible par la solidarisation dudit fourreau rainuré 70 à la platine coulissante 60 par l'intermédiaire du bout d'arbre 701 du roulement à gorges profondes 605 et d'un jonc d'arrêt 702. Ainsi, en faisant coulisser la platine 60 à l'intérieur du corps de pompe 1, est-il possible, compte-tenu de la solidarisation axiale du rotor 2 et du fourreau rainuré 70 à la platine coulissante, d'une part, et de la solidarisation axiale du fourreau rainuré 9 et du rotor 3 par rapport au corps de pompe 1, d'autre part, d'obtenir à volonté une infinité de débits par tour entre le débit nul et le débit maximum. Il suffit, pour cela, d'exercer mécaniquement ou hydrauliquement une force d'écartement ou de rapprochement entre la plaque 80 et le couvercle 16. Il a été représenté, sur les figures 1 et 2, l'utilisation de la platine coulissante comme piston drun vérin hydraulique dont le cylindre est constitué du prolongement des cavités semi-cylindriques 11 et 12 compris entre la plaque 80 et le couvercle 16; l'admission et l'échappement d'huile s'effectuant par le conduit 15 auquel est raccordée une tuyauterie 151. IL est facile, par ce moyen, d'asservir le débit par tour de cette pompe à d'autres paramètres par l'intermédiaire d'une installation hydraulique appropriée. Toutefois, une commande mécanique peut être réalisée en reliant La plaque 80 au couvercle 16 par un système vis et écrou dont La précision de réglage serait fonction du pas de la vis. Les figures 3, 4 et 5 montrent les. positions respectives des rotors 2 et 3 et des fourreaux 9 et 70 dans les plans de coupe transversaux C, A et B correspondant à la position "débit nul" de - la pompe représentée à la figure 2. La figure S correspondant à la coupe CC, montre les positions relatives des pistons 21 et 31 des deux rotors 2 et ' 3, solidarisés en rotation par l'intermédiaire des engrenages 6 et 7 non représentés, et La position des conduits d'aspiration 13 et de refoulement 14 débouchant dans des espaces 111 et121 résultant de la jonction des cavités semi-cylindriques 11 et 12 par une partie plane 112 et 122 dont l'une 112 est délimitée en pointillé sur tes figures 1 et 2. La figure 3, correspondant à la coupe transversale selon AA (figure 2) de la pompe au niveau du milieu de la bague entretoise 10 montre, dans sa partie gauche, l'imbriquement parfait du fourreau rainuré parmi les pistons 21 du rotor 2 et dudit fourreau 9 dans la rainure 102 de la bague entretoise 10, ainsi que le passage de l'arbre d'entraînement 32 à travers celleci La figure 4, qui correspond à la coupe transversale de la pompe selon BB, (figure 2) au niveau de la platine coulissante 60, montre l'imbriquement parfait du fourreau rainuré 70 parmi les pistons 31 du rotor 3 et dans la rainure 606 de la platine coulissante 60, ainsi que le passage de l'arbre mené 22 à travers l'alésage 601 de ladite platine coulissante 60. La figure 6, représente une vue en perspective séparée des principaux éléments dans leur ordre de montage, elle montre, de façon plus visuelle, la forme de ces éléments et certains détails importants de leur configuration tels que, par exemple, les rainures semi-cylindriques 101 et 102 de la bague entretoise 10 et la rainure semi-cylindrique 606 réalisée dans la platine coulissante 60. La figure 7, qui représente une vue en perspective du corps de pompe, montre le raccordement des conduits d'aspiration 13 et de refoulement 14 débouchant dans les parties planes 112 et 122, fraisées dans les arêtes de raccordement des cavités semi-cylindriques 11 et 12, sur une longueur correspondant au minimum au double de la course des parties mobiles en translation, mesurée à partir de la rainure 17. Comme on vient de le voir, tous les éléments mobiles contribuant au régLage du débit par tour de la pompe, 'se déplacent de façon rectiligne selon des axes parallèles, ce qui permet d'obtenir un réglage linéaire du débit en fonction de ce déplacement, contrairement à ce que l'on obtient par inclinaison du plateau oscillant sur' Les pompes à barillet, et de faciliter grandement la fabrication desdits éléments : ce qui se traduit par un prix de revient beaucoup plus bas. Cette pompe est destinée principalement à l'alimentation de récepteurs hydrauliques .exigeant une pression élevée et une vitesse de rotation réglable avec une bonne stabilité du débit, mais elle se prête aussi à des réglages de débit prédéterminé en -fonction des utilisations, ainsi qu'à un passage progressif du débit nul au débit optimum recherché en permettant ainsi l'utilisation po-ur l'entraînement d'un moteur à faible couple de démarrage. Revendications 1. Pompe à pistons rotatifs à débit variable dont le corps (1) comporte deux cavités semi-cylindriques jointives (11 et 12) communicantes, dans Lesquelles sont montés deux rotors (2 et 3) comportant, à leur périphérie, des pistons à tête épanouie (21 et 31) régulièrement répartis, solidarisés en rotation par des engrenages (6' et 7), de façon que les pistons de l'un des rotors (2) soient décalés angulairement par rapport à, ceux de l'autre rotor (3) de la moitié de l'intervalle angulaire séparant les pistons (21 ou 31), caractérisée en ce que les rotors (2 et 3) sont combinés à des fourreaux rainurés (9 et 70) qui s 'insèrent parmi les pistons rotatifs (21 et 31) en épousant leur forme, à une profondeur de pénétration correspondant au débit par tour recherché. 2. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'un des rotors (3) est maintenu fixe axialement alors que le fourreau rainuré correspondant (70 > est coulissant et que~ l'autre rotor (2) est rendu mobile axiaLement alors que le fourreau rainuré (9) correspondant est maintenu fixe axialement. 3. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les fourreaux rainurés (9 et 70) sont disposés têtebêche. 4. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux cavités semi-cylindriques (11 et 12) sont prolongées axialement pour permettre le déplacement axial de l'un des rotors (2) et du fourreau rainuré (70) de l'autre rotor (3). 5. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en- ce que le débit maximum par tour est obtenu lorsque les deux rotors (2 et 3 > sont situés au même niveau et que les fourreaux rainurés (9 et 70) sont totalement en retrait l'un par rapport à L'autre. 6. Pompe à pistons rotatifs à débit var-iable selon Les revendications î et 2, caractérisée en ce que le rotor maintenu fixe axialement -(3) est décalé axialement par rapport au flasque porte-paliers (4) par l'intermédiaire d'une bague entretoise (10) dont l'épaisseur correspond à -la longueur du fourreau rainuré maintenu fixe (9) correspondant à l'autre rotor (2). 7. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le fourreau rainuré rendu coulissant axialement (70) correspondant au rotor maintenu fixe axialement (3) est décalé axialement par rapport au rotor rendu coulissant axialement (2) par l'interméidiaire d'une platine coulissante (60) épousant la forme des cavités semi-cylindriques (11 et 12). 8. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le rotor (2) et le fourreau (70) coulissants sont rendus , chacun , solidaires axialement de la platine coulissante (69) par l'intermédiaire d'axes (t22 et 701) de deux roulements à gorges profondes (604 et 605) maintenus en place par une plaque (80), et de jonc d'arrêt (223 et 702). 9. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon les revendications 6 et 7, caractérisée en ce que la bague entretoise (10) et la partie de la platine coulissante (60) située du côté du rotor maintenu fixe axialement (3) comportent, sur le côté, une rainure semi-cylindrique (102 ou 606) de même rayon que les cavités semi-cylindriques (11 et 12). 10. Pompe à pistons rotatifs à débit variable seLon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que le réglage de débit s'effectue par déplacement de la platine coulissante (60) dans les cavités semicylindriques (11 et 12) 11. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon les revendications 1 et 10, caractérisée en ce que le déplacement de la platine coulissante (60) dans les cavités semi-cylindriques (11 et 12) s'effectue sous l'action d'un fluide hydraulique 'emmagasiné dans lachambre matérialisée par la plaque (80) fixée sur le côté externe de la platine coulissante (60), la paroi des cavités semi-cylindriques (11 et 12 > et un couvercle étanche (16) assurant la fermeture de ces dernières. 12. Pompe à pistons rotatifs à débit variable selon' la revendication 1, caractérisée en ce que l'aspiration et le refoulement s'effectuent par l'intermédiaire de conduits (13 et 14) percés transversalement en opposition dans le corps de pompe (1) au niveau du plan de jonction du fourreau rainuré fixe (9) avec le rotor fixe axialement (3).