Brevet FR2744175A1 — publié le 19970801

L'invention se rapporte à une pompe à piston pour l'injection à très haute pression d'un fluide liquide dans un appareil récepteur. L'invention intéresse spécialement une pompe piston pour l'injection à débit contrôlé et à très haute pression a d'un fluide liquide dans une cellule d'essai de matériaux du type de celle utilisée en géologie. Un résultat que l'invention vise à obtenir est une pompe du type précité qui, tout en étant précise dans la pression et le débit de fluide qu'elle délivre, est fiable et robuste. Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est une pompe du type précité dont les éléments en contact avec le liquide d'injection sont d'un entretien facile. Par l'expression "d'un entretien facile", on comprendra que les éléments en contact avec le liquide à délivrer sous pression, sont non seulement facilement démontables, mais surtout, aisément remontables par un opérateur utilisateur de la pompe, sans qu'il faille recourir à des spécialistes du domaine de la construction de cette pompe ainsi qu'à un outillage spécifique et onéreux. Est encore un résultat remarquable que l'invention permet d'obtenir, le fait que le démontage puis le remontage des éléments en contact avec le liquide à injecter est sans inconvénient pour le fonctionnement ultérieur de la pompe. Est encore un autre résultat que l'invention vise à obtenir, une pompe haute pression à piston qui présente un risque d'éclatement quasi nul. A cet effet, l'invention a pour objet une pompe du type précité notamment caractérisée en ce que - elle comprend un corps à paroi rigide dans lequel est réservé un alésage cylindrique d'axe longitudinal, lequel alésage abrite la pièce massive de manière telle que l'axe longitudinal de l'alésage qu'elle comprend soit au moins sensiblement parallèle à celui longitudinal de l'alésage du corps, - le piston, engagé dans la pièce massive, est immobilisé en translation relativement au corps, au moins selon 1 l'axe longitudinal de l'alésage que ce corps comprend, - la pièce massive et l'alésage du corps ont des sections transversales complémentaires de manière telle que la face cylindrique de l'alésage du corps et la face externe de la pièce massive soient en vis à vis, - l'alésage du corps a une longueur telle qu'il loge la pièce massive sur toute la longueur de cette dernière, et ce, quelle que soit la situation d'engagement du piston dans l'alésage qu'elle comprend. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figures 1 et 2 : deux vues en coupe selon un axe longitudinal d'une pompe selon l'invention dans deux variantes de réalisation. En se reportant au dessin, on voit une pompe à piston 1 pour l'injection à très haute pression d'un fluide liquide (non représenté) dans un appareil récepteur 2. L'appareil 2 est relié à la pompe 1 par une conduite 2A. Bien que l'invention intéresse spécialement une pompe à piston 1 pour l'injection à débit contrôlé et à très haute pression d'un fluide liquide dans une cellule d'essai 2 de matériaux (non représenté), du type de celle utilisée en géologie, l'appareil 2 peut être de tout type et, de ce fait, il a été symbolisé par un carré repéré 2. La pompe 1 comprend essentiellement - une pièce massive 3, sensiblement cylindrique, comprenant plusieurs faces externes 4A à 4C et dans l'une (4A) desquelles débouche un alésage 5 cylindrique de révolution qui, réservé dans ladite pièce 3, présente une face cylindrique 5A en vis à vis de celle cylindrique d'un piston 6 engagé dans ledit alésage 5 et mobile selon son axe longitudinal 5B, - un moyen commandé 7 de déplacement en translation du piston 6 et de la pièce massive 3, l'un par rapport à l'autre, de manière à induire le déplacement en translation du piston 6 dans l'alésage 5 sur une course de longueur L1 déterminée, - au moins une conduite 8 de circulation de fluide liquide reliée à l'alésage 5, notamment en vue de son acheminement sous pression vers l'appareil récepteur 2. De manière remarquable - la pompe 1 comprend un corps 9 à paroi 9A rigide dans lequel est réservé un alésage 10 cylindrique d'axe longitudinal 10A, lequel alésage 10 abrite la pièce massive 3 de manière telle que l'axe longitudinal 5A de l'alésage 5 qu'elle comprend soit au moins sensiblement parallèle à celui longitudinal lOA de l'alésage du corps 9, - le piston 6, engagé dans la pièce massive 3, est immobilisé en translation relativement au corps 9, au moins selon l'axe longitudinal lOA de l'alésage 10 que ce corps 9 comprend, - la pièce massive 3 et l'alésage 10 du corps 9 ont des sections transversales complémentaires de manière telle que la face cylindrique lOB de l'alésage du corps 9 et la face externe 4B de la pièce massive 4 soient en vis à vis, - l'alésage 10 du corps 9 a une longueur L2 telle qu'il loge la pièce massive 3 sur toute la longueur L3 de cette derniere, et ce, quelle que soit la situation d'engagement du piston 6 dans l'alésage 5 qu'elle comprend. C'est par cela que se trouve garantit le résultat de l'invention selon lequel la pompe 1 à haute pression présente un risque d'éclatement quasi nul. L'alésage 10 abrite la pièce massive 3 de manière telle que l'axe longitudinal 5A de l'alésage 5 qu'elle comprend est sensiblement confondu avec celui longitudinal 10A de l'alésage du corps 9. Le moyen 7 commandé de déplacement en translation met en oeuvre essentiellement, d'une part, un organe moteur rotatif 7A commandé qui entraine en rotation un arbre fileté 7B et, d'autre part, un écrou 7C coopérant avec le dit arbre fileté. De manière remarquable - l'organe moteur rotatif 7A est associé à un bâti 11, - le corps 9 à paroi 9A rigide dans lequel est réservé l'alésage 10 cylindrique d'axe longitudinal 10A qui abrite la pièce massive 3, d'une part, comprend deux faces extrêmes opposées 9C, 9D, dont une (9C) au niveau de laquelle est immobilisé le piston 6 et, l'autre (9D) au niveau de laquelle l'écrou 7C du moyen 7 commandé de déplacement en translation est immobilisé et, d'autre part, est, par un moyen 12 à cet effet, guidé en translation par rapport au bâti 11, au moins selon une direction approximativement parallèle à l'axe longitudinal 5A de la pièce massive 3, - l'arbre fileté 7B traverse l'écrou 7C porté par le corps 9 et, par son extrémité située dans l'alésage 10 dudit corps 9, coopère avec la pièce massive 3 par le biais d'un organe 13 de guidage en rotation mais d'immobilisation en translation selon l'axe longitudinal lOA dudit alésage 10. La pompe comprend un moyen 17 de guidage en translation de la pièce massive 3 sensiblement parallèlement à l'axe du piston. Dans une forme de réalisation (figure 1) - d d'une part, la face cylindrique lOB de l'alésage du corps 9 et la face externe 4B de la pièce massive sont séparées d'un large jeu et, - d'autre part, le moyen 17 de guidage en translation de la pièce massive 3 est localisé au niveau du piston 6 et de l'alésage 5 de la dite pièce massive 3 dans lequel il translate. Dans une forme de réalisation de la figure 1, la pièce massive 3 est réalisée en deux parties 3A, 3B assemblées par des organes de liaison 3C qui, notamment, traversent des perçages-taraudages 3D réalisés dans une partie 3A substantielle de la pièce. Dans cette version, le piston 6 et la pièce massive 3 coopèrent par un moyen 16/17 d'étanchéité et de guidage en translation essentiellement logé dans l'une des parties 3A, 3B de la pièce massive 3. Egalement, dans cette version, l'alésage 5 comprend un circuit de purge 5E. Le résultat de l'invention selon lequel tout en étant précise dans la pression et le débit de fluide qu'elle délivre, la pompe est fiable et robuste, est obtenu notamment par le respect de ces dernières caractéristiques techniques. Selon une caractéristique de l'invention, le piston 6 consiste en une pièce cylindrique qui, d'une part, est, à l'une de ses extrémités, au moins indirectement équipée d'une base 14 constituée par une platine présentant une face d'appui 14A sur l'une 9C des faces extrêmes 9C, 9D du corps 9 et au moins un organe 15 d'immobilisation contre cette face extrême 9C, d'autre part, est axialement traversée par un canal 8 de circulation d'un fluide. Dans une autre forme de réalisation (figure 2), le moyen 17 de guidage en translation comprend, d'une part, un élément 17A d'appui localisé entre la pièce massive 3 et le corps 9 et, d'autre part, un élément 17B d'appui localisé entre la dite pièce massive 3 et le piston 6. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston 6 comprend un moyen 16 d'étanchéité et un élément 17B d'appui localisé du moyen 17 de guidage en translation dans l'alésage de la pièce massive 3 et ce moyen 16 et cet élément d'appui localisé sont situés à l'extrémité libre dudit piston 6, c'est à dire à son extrémité la plus éloignée de la platine 14 de liaison au corps 9. Dans cette dernière version, à encombrement équivalent de la pompe, le piston peut, par rapport à la version de la figure 1, avoir un diamètre accru et donc la pompe un volume utile également accru. En outre, le calcul de la structure du dispositif est simplifié car les perçages 3D pour le passage des organes de liaison 3C des éléments 3A, 3B de la pièce massive 3 ne sont plus nécessaires pour le montage de différents éléments d'étanchéité et de guidage. La non-homogénéité structurelle de la pièce massive 3 disparaît et avec elle les contraintes qui induisent le surdimensionnement. Dans cette version, c'est l'alésage 5 cylindrique qui constitue par sa face cylindrique 5A une face de guidage étanche en translation pour le piston 6. C'est ainsi que peut être obtenu le résultat de l'invention selon lequel les éléments de la pompe qui sont en contact avec le liquide d'injection, sont d'un entretien facile. Egalement, c'est le respect de ces caractéristiques techniques qui permet d'obtenir un démontage puis un remontage des éléments en contact avec le liquide à injecter, sans inconvénient pour le fonctionnement ultérieur de la pompe. REVENDICATIONS 1. Pompe à piston (1) pour l'injection à très haute pression d'un fluide liquide dans un appareil récepteur (2), telle une cellule d'essai (2) de matériaux, laquelle pompe (1) comprend essentiellement - une pièce massive (3), sensiblement cylindrique, comprenant plusieurs faces externes (4A à 4C) et dans l'une (4A) desquelles débouche un alésage (5) cylindrique de révolution qui, réservé dans ladite pièce (3), présente une face cylindrique (5A) en vis à vis de celle cylindrique d'un piston (6) engagé dans ledit alésage (5) et mobile selon son axe longitudinal (5B), - un moyen commandé (7) de déplacement en translation du piston (6) et de la pièce massive (3), l'un par rapport à l'autre, de manière à induire le déplacement en translation du piston (6) dans l'alésage (5) sur une course de longueur (L1) déterminée, - au moins une conduite (8) de circulation de fluide liquide reliée à l'alésage (5), notamment en vue de son acheminement sous pression vers l'appareil récepteur (2), cette pompe étant CARACTERISEE en ce que - elle comprend un corps (9) à paroi (9A) rigide dans lequel est réservé un alésage (10) cylindrique d'axe longitudinal (lOA), lequel alésage (10) abrite la pièce massive (3) de manière telle que l'axe longitudinal (5A) de l'alésage (5) qu'elle comprend soit au moins sensiblement parallèle à celui longitudinal (lOA) de l'alésage du corps (9), - le piston (6), engagé dans la pièce massive (3), est immobilisé en translation relativement au corps (9), au moins selon l'axe longitudinal (lOA) de l'alésage (10) que ce corps (9) comprend, - la pièce massive (3) et l'alésage (10) du corps (9) ont des sections transversales complémentaires de manière telle que la face cylindrique (lOB) de l'alésage du corps (9) et la face externe (4B) de la pièce massive (4) soient en vis à vis, - l'alésage (10) du corps (9) a une longueur (L2) telle qu'il loge la pièce massive (3) sur toute la longueur (L3) de cette derniere, et ce, quelle que soit la situation d'engagement du piston (6) dans l'alésage (5) qu'elle comprend. 2. Pompe selon la revendication 1 et dans laquelle le moyen (7) commandé de déplacement en translation met en oeuvre essentiellement, d'une part, un organe moteur rotatif (7A) commandé qui entraine en rotation un arbre fileté (7B) et, d'autre part, un écrou (7C) coopérant avec le dit arbre fileté, caractérisée en ce que - l'organe moteur rotatif (7A) est associé à un bâti (11), - le corps (9) à paroi (9A) rigide dans lequel est réservé l'alésage (10) cylindrique d'axe longitudinal (lOA) qui abrite la pièce massive (3), d'une part, comprend deux faces extrêmes opposées (9C, 9D), dont une (9C) au niveau de laquelle est immobilisé le piston (6) et, l'autre (9D) au niveau de laquelle l'écrou (7C) du moyen (7) commandé de déplacement en translation est immobilisé et, à'autre part, est, par un moyen (12) à cet effet, guidé en translation par rapport au bâti (11), au moins selon une direction approximativement parallèle à l'axe longitudinal (5A) de la pièce massive (3), - l'arbre fileté (7B) traverse l'écrou (7C) porté par le corps (9) et, par son extrémité située dans l'alésage (10) dudit corps (9), coopère avec la pièce massive (3) par le biais d'un organe (13) de guidage en rotation mais d'immobilisation en translation selon l'axe longitudinal (lOA) dudit alésage (in). 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le piston (6) consiste en une pièce cylindrique qui, d'une part, est, à l'une de ses extrémités, au moins indirectement équipée d'une base (14) constituée par une platine présentant une face d'appui (14A) sur l'une (9C) des faces extrêmes (9C, 9D) du corps (9) et au moins un organe (15) d'immobilisation contre cette face extrême (9C), d'autre part, est axialement traversée par un canal (8) de circulation d'un fluide. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que : - d'une part, la face cylindrique (lOB) de l'alésage du corps (9) et la face externe (4B) de la pièce massive sont séparées d'un large jeu et, - d'autre part, le moyen (17) de guidage en translation de la pièce massive (3) est localisé au niveau du piston (6) et de l'alésage (5) de la dite pièce massive (3) dans lequel il translate. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 de type comprenant un moyen (17) de guidage en translation de la pièce massive (3) sensiblement parallèlement à l'axe du piston, caractérisée en ce que le moyen (17) de guidage en translation comprend, d'une part, un élément (17A) d'appui localisé entre la pièce massive (3) et le corps (9) et, d'autre part, un élément (17B) d'appui localisé entre la dite pièce massive (3) et le piston (6). 6. Pompe selon la revendication 5 caractérisée en ce que le piston (6) comprend un moyen (16) d'étanchéité et un élément (17B) d'appui localisé du moyen (17) de guidage en translation dans l'alésage de la pièce massive (3) et ce moyen (16) et cet élément d'appui localisé sont situés à l'extrémité libre dudit piston (6), c'est à dire à son extrémité la plus éloignée de la platine (14) de liaison au corps (9).