Brevet FR2684139A1 — publié le 19930528

Pompe à piston à deux étages notamment pour gaz liquéfiés " L'invention concerne une pompe à piston pour le refoulement d'un fluide avec un cylindre disposé dans un carter de pompe, cylindre dans lequel un piston peut coulisser dans le sens longitudinal, une extrémité du cylindre étant disposé d'un côté sous pression et l'autre extrémité du cylindre d'un côté aspiration de la pompe à piston.10 Jusqu'à présent, le cylindre dans toutes les pompes à piston est fixé par une bride sur le carter de la pompe pour recevoir les forces de réaction survenant lors du fonctionnement de la pompe à piston. Le bridage nécessite un grand diamètre de carter, ce15 qui a pour conséquence des coûts élevés de matériels et de salaires Lors du montage dans des zones basses de température, il arrive en plus que le refroidissement des grandes masses prend un temps considérable et que l'usager a à supporter des20 dépenses considérables du fait de la vaporisation du liquide de refoulement. La présente invention a en conséquence pour objet de fournir une pompe à piston compacte pour refouler un fluide, pompe qui ne présente que de25 faibles masses devant être refroidies ou chauffées. Ce problème est résolu selon l'invention grâce au fait que le cylindre est abouté dans le sens longitudinal contre le carter de la pompe et est pressé par un ressort précontraint dans le sens de l'aboutement et grâce au fait que le côté sous pression est isolé de façon étanche par rapport au côté de l'aspiration. Le cylindre est aussi maintenu dans le sens longitudinal à l'aide du ressort précontraint Au cas o le cylindre repose sur le carter de la pompe, cette mesure suffit déjà pour maintenir la liberté de mouvement du cylindre dans sa position prédéfinie. Sans cela il est prévu de disposer un élément d'écartement entre l'enveloppe du cylindre et le carter de la pompe pour centrer le cylindre. Dans le cas des pompes à piston conventionnelles, le bridage du cylindre sur le carter de la pompe a pour rôle de séparer le côté sous pression et le côté aspiration de la pompe à piston. Comme on ne prévoit pas de bridage dans le cas de la pompe à piston selon l'invention, il faut séparer l'un de l'autre le côté sous pression et le côté aspiration d'une autre manière On y parvient grâce à une garniture d'étanchéité qui est de façon appropriée prévue entre l'enveloppe du cylindre et le carter de la pompe De façon avantageuse on dispose dans ce but un joint d'étanchéité à lèvres en polytétrafluoréthylène (PTFE) entre l'enveloppe de cylindre et le carter de la pompe de préférence dans la zone de l'élément d'écartement. De façon appropriée, le cylindre est simplement enfoncé à une extrémité dans le carter de la pompe de telle sorte que cette extrémité repose sur le carter de la pompe A l'autre extrémité, on dispose de préférence un ressort à disques, qui presse le cylindre dans le sens longitudinal de telle sorte que le cylindre est pressé par l'extrémité située en regard, contre le carter de la pompe. Dans ce cas, la force du ressort est calculée de telle façon que quand la pompe à piston fonctionne, on puisse contenir en toute sécurité les forces de réaction agissant sur le cylindre. Selon une forme particulièrement préférée de réalisation de l'invention, on prévoit de subdiviser l'espace intérieur du cylindre à l'aide du piston en une chambre haute pression et une chambre basse pression avec un volume plus grand en comparaison par rapport à la chambre haute pression La tête du piston présente une soupape d'aspiration pressée par un ressort, par laquelle le fluide pré-comprimé dans la chambre basse pression peut passer dans la chambre haute pression Dans la chambre haute pression est disposée une soupape de pression pressée par un ressort au moyen de laquelle le fluide mis en pression de fonctionnement peut être délivré à n'importe quel appareil utilisateur La force du ressort qui maintient le cylindre dans le sens longitudinal est alors calculée de telle façon que soient contenues le frottement du piston et la résistance de l'ouverture de la soupape de pression. En outre, la partie de la chambre haute pression disposée derrière la soupape de pression, vue à partir de la soupape d'aspiration présente de préférence un diamètre de même grandeur ou un diamètre plus grand que le piston Ceci a pour effet de presser le cylindre avec une force plus grande dans le sens longitudinal contre le carter de la pompe, que la force avec laquelle il est pressé par la course du piston De cette façon, on arrive à ce que le cylindre demeure en permanence dans sa position prédéfinie indépendamment de la pression de refoulement. Comme avec la pompe à piston selon l'invention, on peut se passer d'un bridage, on peut faire des économies considérables de matériel et de salaires en particulier dans le cas des plus grandes pompes Le montage et le démontage de la pompe est simplifié, car en montant ou en enlevant le ressort, on peut monter ou démonter facilement le cylindre Du fait des masses faibles qui sont nécessaires pour la fixation du cylindre et des petites surfaces de contact entre le cylindre et le carter de la pompe le refroidissement de la pompe prend beaucoup moins de temps lors de son emploi dans la zone basse de température qu'avec les pompes conventionnelles Il y a aussi moins de liquide de refoulement vaporisé du fait de la moindre chute de chaleur, de telle sorte que l'on peut abaisser nettement les coûts pour l'usager. On est arrivé avec l'invention, à offrir une pompe à piston extrêmement compacte, qui même dans le cas de grands diamètres de piston, présente un faible diamètre de carter En intégrant la soupape de pression dans la zone haute pression du cylindre, on accentue encore la construction compacte de la pompe à piston En outre, on peut encore installer un filtre prenant peu de place entre le carter de la pompe et la paroi du cylindre pour un pré- nettoiement de fluide à refouler. La pompe à piston selon l'invention convient au refoulement de fluides de toutes sortes tel que par exemple de l'huile, du mazout, des gaz très chauds, des gaz froids ou des gaz liquéfiés La pompe à piston peut tout particulièrement offrir ses avantages lors du refoulement de gaz liquéfiés à basse température tels que l'hélium, l'azote, l'oxygène ou l'hydrogène. Dans ce cas, on peut remarquer d'une façon particulièrement positive les faibles pertes de froid et la construction compacte de la pompe à piston selon l'invention. L'invention a être décrite plus en détail ci-après à partir d'un exemple de réalisation représenté schématiquement sur la figure. La figure montre une pompe à deux étages fonctionnant à basse température en coupe longitudinale. Le cylindre 2 est enfoncé dans le carter de la pompe 1, de telle façon que l'une de ses extrémités repose au moyen des surfaces d'appui 3 sur le carter de pompe 1 A l'autre extrémité de cylindre 2 est disposé un ressort à disques 4 précontraint Il s'appuie au- dessus de pièces de maintien 6 de chapeau sur un chapeau de carter 5 monté sur le carter de la pompe 1 et presse le cylindre 2 dans le sens longitudinal De cette façon, le cylindre est pressé par les surfaces d'appui 3 sur le carter de la pompe 1 et est maintenu dans le sens longitudinal Le cylindre est centré dans la zone de chapeau de carter 5 au moyen d'une bague d'écartement 7 disposée entre le cylindre 2 et le carter de la pompe 1. Sur le cylindre 2 est disposé un piston 8 pouvant coulisser dans le sens longitudinal Sur le piston 8 est montée une tige de piston 9 pour entraîner le piston 8 Le piston 8 subdivise l'espace intérieur du cylindre en une chambre basse pression 10 et une chambre haute pression 11. La chambre haute pression 11 qui est associée au côté sous pression Il du piston de la pompe, est séparée de façon étanche par un joint d'étanchéité 26 à lèvres, disposé ente l'enveloppe du cylindre 2 et le carter de la pompe 1, en polytétrafluoréthylène, du côté aspiration I C'est-à- dire est rendu étanche par rapport, par exemple au fluide à pomper, venant d'un réservoir via la canalisation 17 Sur la tête du piston, on dispose une soupape d'aspiration 12 pressée par un ressort, au moyen de laquelle, le fluide pré-comprimé dans un espace de chargement 19 passe dans la chambre haute pression 11 Dans la chambre haute pression 11, est disposée une soupape de pression 13 pressée par un ressort, soupape au moyen de laquelle, le fluide mis à la pression de fonctionnement est délivré à une conduite de sortie 14. Des bagues de piston fermant de façon bien étanche 15 réalisées en un alliage à base de polytétrafluoréthylène résistant à l'abrasion, assurent l'étanchéité du piston 8 dans le cylindre 2. Les bagues de guidage 25 qui assurent le centrage du piston, sont réalisées dans la même matière Le cylindre 2 est en acier inoxydable, la surface de coulissement du piston est dure et usinée avec précision. Les soupapes de maintien de la pression 13 et 12 sont pressées par des ressorts, le piston 8 et la tige de piston 9 sont boulonnés L'étanchéité de cette tige de piston 9, dont la surface est dure et usinée avec précision, est assurée par plusieurs manchettes chapeau de forme particulière 16 réalisées en un mélange à base de polytétrafluoréthylène Pour améliorer l'étanchéité, on met sur la partie conique des manchettes chapeau 16, une bague fendue de serrage, réalisée dans la même matière avec un ressort fileté. Le mode de fonctionnement de la pompe à piston est le suivant. L'agent de refoulement coule à travers un raccord tubulaire horizontal inférieur 17 via le filtre 18 dans une chambre d'aspiration 27 ainsi qu'un espace réservé pour la charge 19 et refroidit la pompe Le gaz qui y tombe se détend à travers un ajutage tubulaire vertical 20 Après un prérefroidissement suffisant de la pompe ce qui est le cas à bref délai quant la masse est faible, on peut mettre la pompe en marche. Du fait du mouvement du piston, le fluide s'écoule avec faible perte à travers un corps de charge 23 pourvu d'une lame de soupape 22, chargée par un ressort 21 dans l'espace réservé pour la charge 19. Lors de l'inversion de la course du piston, le fluide est refoulé à travers les alésages du piston 24 via la soupape d'aspiration 12, pressée par un ressort, dans la chambre à haute pression 11 Comme le volume de l'espace réservé pour la charge 19 est un multiple du volume de la chambre haute pression 11, une élévation de la pression de l'agent de refoulement a lieu Cette élévation de la pression empêche surement une vaporisation du liquide de refoulement se trouvant généralement à l'état d'ébullition et garantit ainsi un remplissage maximum et libre de gaz de la chambre haute pression 11, grâce à quoi le coefficient de rendement est augmenté substantiellement vis à vis des pompes antérieures Les diamètres du corps de charge 23 et de l'espace réservé pour la charge 19 sont calculés de telle façon qu'il s'établit lors de ce processus, la pression de charge nécessaire correspondant à la cylindrée sans frottement, c'est-à- dire dans le cas de cylindrée plus faible la chute de pression est plus petite dans la fente entre l'espace réservé pour la charge 19 et le corps de charge 23 que dans le cas d'une cylindrée plus élevée. Le fluide comprimé dans la chambre à haute pression 11 à la pression de fonctionnement ouvre la soupape de pression 13 et passe par la dérivation 14 vers un appareil utilisateur quelconque. R E V E N D I C A T I O N S 1) Pompe à piston pour refouler un fluide, avec un cylindre disposé dans un carter de pompe, cylindre dans lequel un piston peut coulisser dans le sens longitudinal, une extrémité du cylindre étant associée à un côté sous pression et l'autre extrémité du cylindre étant associée à un côté aspiration, pompe à piston caractérisée en ce que le cylindre ( 2) est abouté dans le sens longitudinal contre le carter de la pompe ( 1) et est pressé par un ressort précontraint ( 4) dans le sens de l'aboutement ( 3) et en ce que le côté sous pression (II) est séparé de façon étanche du côté aspiration (I). 2) Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on dispose entre l'enveloppe du cylindre ( 2) et le carter de la pompe ( 1) au moins un élément d'écartement ( 7) pour centrer le cylindre ( 2). 3) Pompe à piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'entre l'enveloppe du cylindre ( 2) et le carter de la pompe ( 1), on dispose un joint d'étanchéité à lèvres ( 26) pour assurer l'étanchéité du côté sous pression (II) vis-à-vis du côté aspiration (I). 4) Pompe à piston selon la revendication 3, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité à lèvres ( 26) est fabriqué en polytétrafluoréthylène (PTFE). ) Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le cylindre ( 2) est enfoncé par une extrémité dans le carter de la pompe ( 1) et un ressort à disques ( 4) précontraint est disposé à l'autre extrémité, ressort qui presse le cylindre ( 2) dans le sens longitudinal. 6) Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la force du ressort ( 4) est calculée de telle façon qu'en marche, la pompe à piston contient les forces de réaction qui agissent sur le cylindre ( 2). 7) Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le volume intérieur du cylindre est subdivisé par le piston ( 8) en une chambre haute pression ( 11) et une chambre basse pression ( 10), la tête du piston présentant une soupape d'aspiration ( 12) chargée par un ressort et une soupape de pression ( 13) chargée par un ressort étant disposée dans la chambre haute pression ( 11) et en ce que la force du ressort ( 4) est calculée de telle façon que sont contenus le frottement du piston et la résistance à l'ouverture de la soupape de pression ( 13). 8) Pompe à piston selon la revendication 7, caractérisée en ce que la partie de la chambre haute pression ( 11), disposée en arrière de la soupape de pression ( 13) vue à partir de la soupape d'aspiration ( 12) présente un diamètre aussi grand ou un diamètre plus grand que le piston ( 8).