Brevet FR2670537A1 — publié le 19920619

i Les pompes à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées comportent en général une membrane métalli- que mince (en acier inoxydable), déformable en son centre de manière non élastique, disposée entre une chambre de commande hydraulique et une chambre de travail Le débattement du centre de la membrane est d'amplitude limitée si bien que l'obtention d'un débit important, toutes choses égales par ailleurs, impose une grande cadence à la pompe Il s'ensuit un vieillissement assez rapide des membranes qui peuvent se rompre, entraînant un mélange du fluide pompé, généralement agressif, avec le fluide de la chambre hydraulique qui peut rapidement détruire la pompe elle-même en plus de sa mise hors service Il est donc utile de prévoir dans ce type de pompe une double membrane pour assurer de manière plus sûre l'isolement des deux fluides et pour mettre en place un dispositif de détection de rupture de membrane. Il existe des pompes à double membrane entre lesquelles on a placé un matériau d'entretoisement pourvu de canaux pour l'écoulement d'un fluide, provenant de l'une des chambres de la pompe à travers l'une des membranes rompues, vers un conduit de détection de rupture, ménagé dans le corps de pompe en regard du matériau d'entretoisement Une telle technique n'est pas transposable aux membranes métalliques compte tenu des pressions élevées mises en jeu En effet, le matériau intercalaire fortement comprimé entre les deux membranes minces conférerait à l'ensemble une raideur nuisible, demandant une dépense d'énergie importante pour la vaincre à chaque course de la pompe, au détriment de celle consacrée au pompage proprement dit. Le but de la présente invention est de fournir une solution apte à la détection de rupture de membrane dans une pompe à membrane métallique. A cet effet, elle a donc pour objet une pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées, dans laquelle la membrane, située entre la chambre hydraulique de commande et la chambre de travail, est composite et comprend, entre deux membranes métalliques minces, une membrane intermédiaire épaisse en matière synthétique, de résistance élevée à l'écrasement et en forme de voûte déformable élastiquement dont le côté concave est tourné vers la chambre de travail. La membrane intermédiaire permet ainsi de disposer d'un volume intermédiaire que l'on peut surveiller et constitue un ressort de rappel de la membrane formant assistance à l'aspiration. Pour assurer cette fonction de surveillance la membrane épaisse comporte des canaux de drainage établissant une communication entre chacune de ses faces et un canal radial disposé en regard d'un canal de détection de rupture de membrane, ménagé dans le corps de pompe. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le corps comporte une entretoise annulaire s'étendant entre les membranes métalliques à l'extérieur de la membrane épaisse, la zone de pincement s'étendant à cheval sur l'entretoise et sur la périphérie de la membrane épaisse. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation de la pompe selon l'invention. Il sera fait référence au dessin annexé qui est une vue schématique en coupe axiale d'une tête de pompage confome à l'invention. La tête de pompage est définie par deux parties 1 et 2 d'un corps de pompe et par une entretoise 3 interposées entre elles Ces éléments 1, 2 et 3 sont serrés axialement les uns sur les autres en pinçant, au niveau de l'entretoise annulaire 3, une membrane composite 4 qui sera décrite plus en détail ci-après Cette membrane composite constitue la paroi mitoyenne mobile pour une chambre de travail (ou de pompage) 5 et une chambre hydraulique de commande 6 La chambre 5 est, de manière connue, reliée à un conduit d'aspiration 7 et à un conduit de refoulement 8, par l'intermédiaire de soupapes unidirectionnelles 9 et 10 Ainsi le fluide contenu dans la chambre 5 est-il refoulé vers le conduit 8 lorsque la membrane 4 est déplacée vers la gauche de la figure Le déplacement vers la droite crée une aspiration du fluide à partir du conduit d'aspiration 7 à travers la soupape 9. Le mouvement de la membrane 4 est créé par le déplacement alternatif d'un piston 11 dans la chambre hydraulique de commande 6 Le fluide de commande, repoussé vers la gauche de la figure, déplace la membrane 4 également vers la gauche (refoulement) Le piston 11, dans sa course de retrait, crée une aspiration qui ramène la membrane vers la droite. La membrane composite 4, conformément à l'invention comprend deux membranes extérieures 12 et 13, métalliques, par exemple en acier inoxydable Elles sont de faible épaisseur pour disposer d'une certaine déformabilité non élastique Elles sont fabriquées de manière que leur surface soit supérieure à celle du disque de même diamètre Ces membranes sont pincées par leur zone périphérique respective- ment entre la partie 1 de corps de pompe et l'entretoise annulaire 3 et entre la partie 2 du corps et cette entretoise. Une membrane intermédiaire 14 est disposée entre ces deux membranes 12 et 13 Cette membrane 14 est épaisse et en forme, c'est-à-dire qu'au repos elle prend la forme de cuvette ou de cône représentée à la figure, dont la face concave la est tournée vers la chambre de pompage 5 Cette membrane est déformable élastiquement c'est-à-dire que sous l'effet d'une pression sur sa face convexe, celle-ci a tendance à s'aplatir voire à de creuser Lorsque cette application de pression cesse, la membrane 14 retrouve élastiquement sa forme initiale Le matériau de cette membrane est un matériau synthétique présentant une haute résistance à la compression (de l'ordre de 500 kg/cm 2 sans déformation). On citera pour illustrer ce genre de matériau, des produits connus commercialement sous les noms de DELRIN (polyacétate) ou de ARNITE. Cette membrane épaisse 14 est logée à l'intérieur de l'entretoise annulaire 3 et possède des canaux 15, représentés à la figure, qui établissent une communication entre les faces concave 14 a et convexe 14 b de la membrane 14 et un conduit 16 de détection de rupture de membrane, connu en lui-même en tant que ménagé radialement dans l'entretoise 3 et équipé d'un clapet unidirectionnel 17. La membrane épaisse possède une surface extérieure 18 étagée qui correspond à l'étagement de la surface intérieure 19 de l'entretoise 3 Cet étagement constitue un moyen de détrompage qui empêche de mettre en place la membrane 14 avec sa concavité tournée du mauvais côté Il existe un léger jeu circonférentiel entre l'entretoise 3 et la membrane 4. On notera par ailleurs que l'épaisseur E de la membrane 14 est légèrement supérieure (de quelques centièmes de millimètres) à l'épaisseur e de l'entretoise 3. Enfin, la zone de pincement de la mambrane composite, entre les deux parties 1 et 2 du corps de pompe, est d'une dimension L suffisamment importante pour que l'effort de serrage des deux parties 1 et 2, appliqué par des tirants d'assemblage non représentés connus en eux- mêmes, sur l'entretoise 3, par l'intermédiaire des membranes métalliques 12 et 13 s'exerce également, au travers de ces membranes, sur la périphérie de la membrane épaisse 14. Au montage on peut soit grever l'espace compris entre les membranes d'un liquide (une goutte d'huile suffit) soit, si l'application le demande, laisser cet espace dans l'état et on fait fonctionner la pompe avec une mise en charge progressive ce qui a pour conséquence d'éliminer le surplus de liquide de gavage ou l'air compris entre les membranes au travers du clapet 17, ce liquide ou cet air étant expulsé par les jeux et les canaux 15 entre les membranes et l'entretoise 3 sous l'effet de la pression de refoulement de la pompe agissant de part et d'autre de la membrane composite. Par la forme et l'élasticité de la membrane épaisse 14, on crée comme dit plus haut, une assistance à l'aspiration qui permet d'augmenter sensiblement la hauteur d'aspiration d'une telle pompe. En outre la rupture d'une membrane métallique se traduit par une fuite de liquide au travers du clapet 17 à chaque cause de refoulement qui, détectée parmet de déclencher une alarme et/ou l'arrêt de la pompe. REVENDICATIONS 1 Pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées caractérisée en ce que la membrane ( 4) située entre la chambre hydraulique ( 6) de commande et la chambre de travail ( 5) est composite et comprend, entre deux membranes métalliques ( 12,13) minces, une membrane intermédiaire ( 14) épaisse en matière synthétique, de résistance élevée à l'écrasement et en forme de voûte déformable élastiquement dont le côté concave ( 14 a) est tourné vers la chambre de travail ( 5). 2 Pompe selon la revendication 1 caractérisée en ce que la membrane épaisse ( 14) comporte des canaux ( 15) de drainage établissant une communication entre chacune de ses faces ( 14 a, 14 b) et un canal radial ( 16) de détection de rupture de membrane, ménagé dans le corps ( 1, 2, 3) de pompe. 3 Pompe selon la revendication 1 ou la revendication 2 dont le corps ( 1, 2,3) comporte une entretoise ( 3) annulaire s'étendant autour de la membrane épaisse ( 14) entre les membranes métalliques ( 5, 6) caractérisé en ce que la zone de pincement (L) de la membrane ( 4) dans le corps s'étend à cheval sur l'entretoise et la périphérie de la membrane épaisse ( 14). 4 Pompe selon la revendication 3 caractérisée en ce que la surface intérieure ( 19) de l'entroise ( 3) est étagée, la surface périphérique de la membrane épaisse ( 14) étant étagée en correspondance ( 18).