Brevet FR2749616A1 — publié le 19971212

POE~LPE= A HUTE: PRESSION POUR TOUS LIQUIDES La présente invention est relative à une pompe susceptible de pomper et de refouler sous haute pression pratiquement n'importe quels liquides tels que : eau, essence, gazole, huiles, liquides chimiques corrosifs et boues. Les pompes à basse pression pour ce genre de liquides sont connues, ce sont d'une manière générale des pompes centrifuges, parfois des pompes à pistons, mais avec ces pompes connues il est impossible d'obtenir une haute pression de refoulement (supérieure à 200 bars) parce que, dès que l'on aborde des pressions importantes il se produit des grippages des parties mobiles. Pour éviter de tels grippages, il est connu d'employer des pompes à membrane, mais il est alors impossible d'obtenir une pression de refoulement élevée. En effet, la membrane est d'un côté entraSnée par des moyens mecaniques (came, levier ou analogue) et est de l'autre soumise à la pression de refoulement : il en résulte que, dès que la pression devient élevée la membrane se détériore aux points d'applications des efforts mécaniques. La présente invention a pour objet d'éliminer tous ces inconvénients et a pour objet une pompe dont les éléments qui réalisent l'aspiration et le refoulement ne sont pas entraxes pas des moyens mécaniques, mais par des moyens hydrauliques de sorte que l'on obtient une pression de refoulement du produit pompé très élevée et que, de surcroFt, il n'y a aucun contact matériel entre lesdits éléments moteurs et le produit pompé et qu'ainsi le produit pompé ne peut pas les détériorer. De façon plus particulière, la pompe selon l'invention est une double pompe constituée d'une part par une pompe hydraulique à pistons, de type usuel, et d'autre part par une deuxième pompe, dont les éléments mobiles sont mis en mouvement par le liquide sous pression débité par la première pompe. La présente invention peut en outre comporter les dispositions suivantes a. La premiere pompe est une pompe hydraulique de type connu à plateau biais et pistons axiaux ; les pistons axiaux étant creux et traversés par le liquide hydraulique. La face du plateau biais comporte sur un demi cté par rapport à la ligne de plus grande pente, un sillon ou lunule sur lequel glissent des plots d'appui des pistons. b. Le liquide hydraulique circule à l'intérieur de la premiere pompe. c. La chambre dans laquelle se débat le plateau biais communique avec un réservoir qui, de préférence est un réservoir cylindrique entourant le corps de la pompe. d. Ledit réservoir peut etre pressurisé. e. La deuxième pompe comporte autant d'alésages que la première pompe comporte de pistons, chaque alésage étant divisé en deux parties par un élément mobile, une partie étant raccordée au cylindre correspondant de la première pompe, 1 Vautre partie étant munie de clapets d'aspiration et de refoulement. f. Selon un premier mode de réalisation, l'éliment mobile est une membrane déformable. g. Selon un deuxième mode de réalisation, l'élément mobile est un piston libre. A titre d'exemples non limitatifs et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés - Figure 1, une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation de l'invention. - Figure 2, une vue en coupe transversale selon A-A de la figure 1. - Figure 3, une vue en coupe longitudinale d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention. - Figure 4, une vue en coupe transversale selon A-A de la figure 3. En se reportant aux figures 1 et 2 on voit que le premier mode de réalisation de l'invention comporte une première pompe, désignée par la référence générale I et une deuxième pompe, désignée par la référence générale II. La première pompe I est une pompe à pistons axiaux animés d'un mouvement alternatif de va-et-vient par un plateau biais 1. Le plateau biais 1 est solidaire d'un arbre moteur 2 (entraXné par tout moyen non représenté) porté par des roulements 3. Une pluralité de pistons creux 4 prennent appui contre la face oblique du plateau 1 chacun au moyen d'un plot de glissement 5, qui est percé en son centre d'un alésage 6. Chaque piston 4 est contretenu par un ressort 7 contre son plot. Sur la face avant 1 est gravée une lunule 8. Lorsque l'arbre 2 est entraîné en rotation, le plateau biais 1, les plots 5 et les têtes sphériques 4a des pistons 4 se débattent dans une chambre 9. Cette chambre 9 débouche, par une pluralité de perçages 22, traversant le corps 21 de la pompe I, dans un réservoir 11. Ce réservoir 11 est constitué par une enveloppe cylindrique 23 qui entoure le corps 21. De préférence, comme cela est représenté le réservoir 11 est mis légèrement en pression au moyen d'un piston annulaire 26 soumis à l'effort d'un ressort 25. Lorsque l'arbre moteur 2 tourne, la face du plateau biais 1 oscille dans la chambre 9 de sorte que les pistons 4 sont animés d'un mouvement alternatif de va-et-vient dans un sens qui correspond à 1 'aspiration, les pistons 4 sont mus par leur ressort 7 ; dans l'autre sens qui correspond au refoulement sous pression, ils sont repoussés à l'encontre du ressort 7 par le plateau biais 1. Lors de la phase d'aspiration, le liquide hydraulique qui se trouve dans la chambre 9 pénètre à V l'intérieur des pistons 4 en passant par la lunule 8 et l'alésage 6 des plots 5. Ce type de pompe est connu et décrit dans de nombreux brevets antérieurs appartenant à la demanderesse. Lorsque la pompe hydraulique I est employée de façon connue, chaque alésage 12 dans lequel coulisse un piston creux 4 comporte à son extrémité un clapet antiretour ; de sorte que l'ensemble desdits pistons 4 provoque un débit sous pression (et même sous haute pression puisque 1 'on peut dépasser 1000 bars avec ce type de pompe). Cependant dans le cadre de la présente invention aucun des alésages 12 dans lesquels coulissent les pistons 4 ne comporte de clapet anti-retour. La pompe II est associée à la pompe I immédiatement en aval de celle-ci. A chaque alésage 12 de la pompe I, dans lequel coulisse un piston 4 correspond, dans la pompe II un volume ou alésage 13 divisé en deux parties 13a et 13b par une membrane souple 24 contretenue par un ressort 15. La partie 13a communique directement avec l'extrémité de l'alésage 12, tandis que la partie 13b est munie à son extrémité opposée à la membrane 24 d'un clapet d'aspiration 16 et d'un clapet de refoulement 17. Tous les clapets 17 débitent dans une canalisation commune 18. Le fonctionnement est décrit ci-après : Lorsque l'arbre moteur 2 est entraSné, les pistons 4 refoulent le liquide hydraulique dans les alésages 13. Le liquide hydraulique refoulé dans la partie 13a de l'alésage 13, provoque un déplacement de la membrane 24 correspondante, dans le sens de la flèche fl (fig.1). En se déplaçant cette membrane refoule le liquide contenu dans la partie 13b de l'alésage 13. Ce refoulement se fait à travers le clapet anti-retour 17. Puis lorsque le plateau biais 1 continue à tourner, chaque piston 4 revient, sous l'effet de son ressort 7 vers sa position de départ (qui est celle occupée par le piston du bas sur la figure 1). Le liquide hydraulique se trouvant dans la partie 13a de l'alésage 13 correspondant est d'une part aspiré par le mouvement du piston 4 et d'autre part refoulé par la membrane 24 qui se déplace dans le sens de la flèche f2 sous l'effet de son ressort 15. Le déplacement de la membrane 24 a pour effet d'aspirer le produit à pomper dans la partie 13b de l'alésage 13, à travers le clapet d'admission anti-retour 16. Ainsi le produit à pomper est alternativement aspiré puis refoulé par le mouvement alternatif des membranes 24, ce mouvement étant provoqué par les variations du volume occupé par le liquide hydraulique dans les parties 13a des alésages 13, ces variations de volume étant provoquées par les alternances de refoulement et d'aspiration du liquide hydraulique par les pistons 4 de la première pompe I. Il est connu depuis tres longtemps d'employer des pompes à membrane pour pomper des liquides tels que l'eau, l'essence, les liquides corrosifs ou les boues. Mais dans toutes les pompes à membrane de type connu la (ou les) membrane est mue par une commande mécanique de sorte qu'il est impossible de refouler le produit à pomper avec une pression importante : en effet, la pression de refoulement étant appliquée d'un seul côté de la membrane qui de l'autre côté est entranée par des moyens mécaniques, ladite membrane se déchire dès que la pression de refoulement devient importante. Au contraire dans le cas de la présente invention, la membrane est soumise, des deux catés et de façon uniformément répartie sur toute la surface de la membrane, à la même pression : d'un côté la pression du liquide hydraulique moteur, de l'autre la pression du liquide refoulé. La membrane ne subit donc aucun effort mécanique et ne peut donc pas se déchirer. La pompe selon la présente invention est donc une pompe à membranes dans laquelle chaque membrane est, en phase de refoulement, en équi-pression de chaque côté ce qui permet d'avoir une pression de refoulement pratiquement aussi élevée que la pression hydraulique que peut fournir la première pompe I. La pompe selon la présente invention peut être employée, entre autres, pour mettre en pression des liquides n'ayant aucun pouvoir graissant. En particulier elle peut être employée pour alimenter des injecteurs de moteur à combustion interne (moteurs de voitures automobiles) alimentés en super-carburant. Le supercarburant est aspiré par les clapets 16, refoulé sous haute pression (250 à 300 bars) par les clapets 17 sans que le carburant ne soit jamais mis en contact avec des organes métalliques devant glisser les uns contre les autres. Il est à noter qu'à des pressions élevées (300 bars et plus) on ne peut plus considérer les liquides comme incompressibles. Lorsque un piston 4 est en bout de course de refoulement, la pression du liquide hydraulique est à son maximum. Lorsque commence le mouvement inverse ce liquide se détend. A ce moment le plot 5 se trouve sur le début de la lunule 8 de sorte que le liquide, en se détendant va refouler a travers le piston 4, le passage 6 du plot 5 et la lunule 8 dans la chambre 9 ; puis presque immédiatement après ce liquide hydraulique va être aspiré en sens inverse. Le liquide comprimé est chaud alors que le liquide aspiré ne l'est pas : il va donc y avoir à chaque cycle un petit échange de liquide chauffé par la compression et de liquide non chauffé ce qui va permettre d'assurer un équilibre thermique de la première pompe I. De préférence, bien que cela ne soit pas representé l'enveloppe cylindrique 23 peut être munie d'ailettes de refroidissement. Dans le cas où la pompe double selon l'invention est employée, comme indiqué plus haut, pour l'alimentation à haute pression d'injecteurs d'essence pour moteurs, on peut avantageusement employer comme liquide hydraulique l'huile du moteur lui-même en faisant communiquer directement la chambre 9 avec le circuit de distribution d'huile du moteur, la température de cette huile étant régulée par les organes appropriés du moteur. La pompe selon l'invention peut également être employée pour faire circuler sous pressions les boues de forage. Elle peut en fait être employée pour mettre en pression n'importe quels liquides, y compris les liquides corrosifs ou agressifs. Dans le cas de liquide ayant une haute viscosité, il est préférable, comme cela est connu, de disposer des moyens mécaniques maintenant les têtes 4a de pistons 4 sur leurs plots 5 pendant la phase d'aspiration. Les figures 3 et 4 illustrent une variante de réalisation dans laquelle les mêmes éléments portent les mêmes références. En fait, la seule différence entre le mode de réalisation des figures 1 et 2 et celui des figures 3 et 4 est que la membrane déformable 24 est remplacée par un piston libre 14 qui se déplace dans l'alésage 13 qui doit alors impérativement être cylindrique alors qu'il peut avoir une forme quelconque dans le cas des figures 1 et 2. A chaque tour de l'arbre moteur 2, l'alésage 12 de la première pompe I, qui est en phase d'aspiration est remis en communication avec le réservoir 11 grâce à la lunule 8. L'effort d'aspiration de la deuxième pompe II, qui est lié à la puissance des ressorts 15, permet, de ce fait un retour en position initiale des membranes 24 ou des pistons 14, du fait de cette communication avec le réservoir 11. Si il n'y avait pas cette remise en position initiale, permise par cette communication au réservoir, il risquerait de se produire une légère dérive à chaque tour de la pompe. Cette dérive provoquerait rapidement un différentiel de volumes entre l'alésage 12 et la partie 13a de l'alésage 13 correspondant, ce qui à son tour, provoquerait rapidement une mise en butée mécanique des pistons 14 ou des membranes 24 et, immédiatement, une rupture de la pompe (soit au niveau de la pompe I soit au niveau de la pompe II). Il apparaît donc bien que cette remise à zéro, ou remise en position initiale des éléments mobiles (14, 24) de la deuxième pompe II, par l'intermédiaire de la lunule 8 est capital. Comme cette remise en position initiale est indispensable, il ne faut pas que la pressurisation ne puisse contrarier l'effet de rappel des ressorts 15, car il est impératif que ceux-ci permettent la vidange complète de la chambre la pour que les éléments mobiles (membranes 24, pistons 4) reviennent à leur position initiale. REVENDICATIONS 1. Pompe permettant de pomper n'importe quelle sorte de liquide tout en lui imprimant une pression de refoulement très élevée caractérisée par le fait que les éléments (14, 24) qui provoquent l'aspiration puis le refoulement du liquide à pomper sont entraXnés par des moyens exclusivement hydrauliques à l'exclusion de moyens mécaniques ; de sorte qu'il n'y a aucun contact matériel entre lesdits éléments moteurs et le produit pompé et qu'ainsi ledit produit ne peut pas détériorer lesdits éléments mécaniques moteurs. 2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle est constituée par l'association de deux pompes : d'une part une pompe hydraulique (I) à pistons (4) ; d'autre part une deuxième pompe (II) dont les moyens mobiles (14, 24), réalisant l'aspiration et le refoulement, sont animés d'un mouvement alternatif dans un sens puis dans l'autre par le déplacement du liquide hydraulique, pompé puis réaspiré par la première pompe (I), dans un volume (13), divisé en deux parties (13a, 13b) par lesdits éléments mobiles (14, 24) ; ce déplacement alternatif desdits éléments mobiles provoquant l'aspiration et le refoulement par des clapets anti-retour d'aspiration (16) et de refoulement (17) situés dans la deuxième partie (13b) du volume (13), le refoulement étant réalisé à la même pression que la pression de refoulement de la première pompe (I). 3. Pompe selon les revendications 1 et 2 dans laquelle la première pompe (I) est une pompe hydraulique à plateau biais (1) et pistons axiaux (4) lesdits pistons (4) étant creux et traversés par le liquide hydraulique qui, lors de la phase d'aspiration, traverse une lunule (8) creusée dans la face du plateau biais (1). 4. Pompe selon la revendication 3 dans laquelle les pistons (4) de la première pompe (I) refoulent et réaspirent le même volume de liquide hydraulique. 5. Pompe selon la revendication 4 dans laquelle la deuxième pompe (II) comporte autant de volumes ou alésages (13) que la première pompe (I) comporte d'alésages (12) > chaque alésage (13) de la deuxième pompe (II) communiquant directement avec l'alésage (12) correspondant de la première pompe (I) de sorte que chaque piston (4) de la premiere pompe (I) refoule et aspire cycliquement le liquide hydraulique dans l'alésage correspondant (13) de la deuxième pompe (II). 6. Pompe selon la revendication 5 dans laquelle chaque alésage de la deuxième pompe (II) est divisé en deux parties (13a, 13b) par des moyens appropriés (14, 24) : une partie (13a) recevant le liquide hydraulique refoulé et respiré par la premiere pompe (I) l'autre partie (13b), munie de clapets d'aspiration (16) et de refoulement (17) aspirant et refoulant le produit à pomper. 7. Pompe selon la revendication 6 dans laquelle chaque alésage (13) de la deuxième pompe (Il) est divise en deux parties (13a, 13b) au moyen d'un piston (14) contretenu par un ressort (15). 8. Pompe selon la revendication 6 dans laquelle chaque alésage (13) de la deuxième pompe (II) est divisé en deux parties (13a, 13b) par une membrane déformable (24) contretenue par un ressort (15). 9. Pompe selon la revendication 8 dans laquelle chaque membrane déformable (24) est contretenue par un ressort 15. 10. Pompe selon 1 'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la chambre (9) dans laquelle se débattent les têtes (4a) des pistons (4) est reliée à un réservoir de liquide hydraulique (11). 11.Pompe selon la revendication 10 dans laquelle le réservoir (11) de liquide hydraulique est extérieur à la première pompe (I) et communique avec cette dernière par une canalisation (10) débouchant dans la chambre (9). 12.Pompe selon la revendication 10 dans laquelle le réservoir (11) est constitué par une enveloppe cylindrique (23) entourant le corps (21) de la première pompe et communiquant avec la chambre (9) par une pluralité d'orifices (22). 13.Pompe selon la revendication 11 dans laquelle le réservoir extérieur (11) est en charge par rapport à la première pompe (I). 14.Pompe selon la revendication 12 dans laquelle le réservoir annulaire (23), entourant le corps (21) de la premiere pompe (I) est pressurisé au moyen d'un piston annulaire (26) contretenu par un ressort (25). 15.Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée par le fait quelle est destinée à l'alimentation sous haute pression d'injecteurs de carburant pour moteurs à combustion interne, le liquide hydraulique de la première pompe (I) étant l'huile dudit moteur.