Brevet FR2766524A1 — publié le 19990129

L'invention concerne une membrane d'une pompe à membrane utilisée pour le pompage de fluides présentant des caractéristiques rendant leur pompage difficile ou dangereux, tels que des fluides toxiques ou des fluides abrasifs. Les pompes à membrane comportent une chambre de pompage de fluide qui reçoit du fluide dont on assure le pompage par l'intermédiaire d'une soupape d'aspiration et qui communique avec un conduit de refoulement de fluide par l'intermédiaire d'une soupape de refoulement et une chambre de commande hydraulique dans laquelle se déplace le piston de la pompe et qui renferme un fluide hydraulique d'actionnement de la pompe qui est déplacé par le piston. La chambre de pompage est séparée de la chambre de commande hydraulique par une paroi souple ou membrane qui est déformée lors du déplacement du piston de la pompe, de manière à faire varier le volume de la chambre de pompage et à réaliser ainsi l'aspiration ou le refoulement de fluide dont on réalise le pompage. De manière à limiter ou à supprimer les risques de fuite de fluides toxiques ou abrasifs dont on assure le pompage, à travers la paroi souple de la pompe, dus à la rupture ou à la fissuration de la paroi, on a proposé, par exemple dans le FR-A-2.164.024, d'utiliser, comme paroi de séparation entre la chambre de pompage et la chambre de commande hydraulique d'une pompe à membrane, une paroi souple constituée de deux membranes accolées jointes de manière étanche l'une à l'autre dans leur partie périphérique. De cette manière, lorsqu'une fuite apparaît à travers une membrane ou lorsqu'une membrane subit une rupture, la seconde membrane continue à assurer la séparation entre le fluide dont on assure le pompage et le fluide hydraulique de la pompe. La probabilité d'une rupture simultanée des deux membranes ou de l'apparition d'une fuite sur les deux membranes à la fois est pratiquement nulle. Dans le cas des pompes doseuses ou de transfert à membranes hydrauliques, on utilise de manière très fréquente des membranes en un matériau élastomère tel qu'un caoutchouc. II est également connu de protéger la partie de la paroi souple venant en contact avec le fluide toxique ou abrasif dont on réalise le pompage, contre des agressions chimiques, par une pellicule ou une couche en un matériau tel que le polytétrafluoréthylène (PTFE), déposée sur la face externe de la membrane de la paroi souple venant en contact avec le fluide dont on assure le pompage. Cependant, une telle couche protectrice, du fait de la nature des macromolécules la constituant, peut présenter une certaine perméabilité à des produits tels que les gaz liquéfiés qui peuvent constituer tout ou partie du fluide dont on assure le pompage. Dans ce cas, la couche protectrice ne joue plus son rôle vis-à-vis de la membrane. Pour éviter de tels risques, il est obligatoire d'utiliser des membranes de type métallique pour équiper les pompes à membrane utilisées pour le pompage de certains fluides. Les membranes métalliques présentent une certaine raideur ; il en résulte la nécessité de réduire de façon significative l'amplitude des débattements des membranes, ce qui a une influence directe sur la cylindrée de la pompe. De ce fait, les membranes métalliques doivent être surdimensionnées en diamètre par rapport aux membranes en élastomère, à débit de pompage équivalent. La pompe doit elle-même être surdimensionnée du fait de la taille accrue des membranes, ce qui augmente le prix de revient des pompes, du fait de la nécessité d'utiliser de plus grandes quantités de matériau pour les réaliser et de l'augmentation des coûts d'usinage. Le but de l'invention est donc de proposer une membrane élastique pour une pompe à membrane comportant une chambre de pompage d'un fluide et une chambre de commande hydraulique séparées l'une de l'autre par une paroi souple comprenant la membrane élastique qui présente une face dirigée vers la chambre de pompage en contact avec le fluide, pendant le pompage, cette membrane élastique résistant aux attaques agressives du fluide de pompage, quelle que soit sa nature chimique, pouvant être réalisée en un matériau de grande souplesse tel qu'un élastomère et ne présentant aucune perméabilité à des gaz présents dans la chambre de pompage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, une pompe à membrane et une membrane élastique suivant l'invention, de manière comparative avec une membrane suivant l'art antérieur. La figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à membranes, dont une membrane comporte une couche de protection. La figure 2 est une vue en coupe d'une partie d'une membrane d'une pompe à membrane, comportant une couche de protection suivant l'art antérieur. La figure 3 est une vue en coupe d'une partie d'une membrane d'une pompe à membrane, comportant une couche de protection suivant l'invention. Sur la figure 1, on a représenté le corps d'une pompe à membrane, désigné de manière générale par le repère 1. Le corps de la pompe 1 comporte deux éléments de carter 2 et 3 qui sont assemblés de manière à délimiter entre eux un espace inteme de la pompe comportant une chambre de pompage 4 et une chambre de commande hydraulique 5 séparées l'une de l'autre par une paroi souple 6 déformable sous l'effet de la pression d'un fluide hydraulique remplissant la chambre de commande hydraulique 5, de manière à faire varier le volume de la chambre de pompage 4. La partie de carter 3 du corps de la pompe délimitant la chambre de pompage 4 est traversée par des ouvertures 7a et 7b à l'intérieur desquelles sont disposés respectivement un clapet d'aspiration 8a et un clapet de refoulement 8b. Les ouvertures 7a et 7b de la partie de carter 3 sont reliées, par l'intermédiaire d'ajutages 9a et 9b à un conduit d'aspiration et à un conduit de refoulement de liquide dont on assure le pompage, respectivement. La chambre de commande hydraulique comporte une partie 5a constituant un cylindre dans lequel se déplace un piston 10 de la pompe qui est entraîné et commandé de manière à se déplacer de manière alternative dans la direction axiale du cylindre 5a, comme indiqué de manière schématique par la double flèche 11. L'approvisionnement de la chambre de com mande 5 en fluide hydraulique est assuré par un réservoir de fluide hydraulique (non représenté) communiquant avec la chambre 5 par l'intermédiaire d'une ouverture de la partie de carter 2 dans laquelle est disposé un clapet d'admission. Lorsque le piston se déplace en direction de la paroi souple 6 séparant la chambre de commande hydraulique 5 de la chambre de pompage 4 de la pompe 1, la pression du fluide hydraulique de commande augmente dans la chambre 5 et la paroi 6 se déforme de manière à venir en saillie dans la chambre de pompage 4, comme représenté schématiquement par la ligne en pointillés 6'. Du liquide dont on réalise le pompage remplissant la chambre de pompage 4 est alors refoulé par l'ouverture 7b et assure l'ouverture du clapet 8b, comme représenté par la flèche 13'. Le liquide dont on assure le pompage parvient alors dans le conduit de refoulement par l'intermédiaire de l'ouverture 7b traversant la paroi de la partie de carter 3 et de l'ajutage 9b. Le clapet 8a est alors fermé. Lorsque le piston 10 se déplace dans une direction telle qu'il s'éloigne de la membrane 6, le fluide hydraulique remplissant la chambre 5 se met en dépression, de sorte que la membrane 6 se déforme de manière à venir en saillie à l'intérieur de la chambre de commande hydraulique, comme représenté par la ligne en pointillés 6". Le clapet 8a s'ouvre et du liquide dont on assure le pompage est introduit dans la chambre de pompage 4, par l'intermédiaire de la conduite d'aspiration, de l'ajutage 9a et de l'ouverture 7a traversant la paroi de la partie de carter 3, comme représenté par la flèche 13". Une pompe volumétrique telle que représentée sur la figure 1, est utilisée communément pour réaliser le pompage de fluides abrasifs ou corrosifs pouvant avoir une influence nocive sur l'environnement. II est donc nécessaire que la paroi souple assurant la séparation entre la chambre de pompage 4 recevant le fluide nocif ou abrasif et la chambre 5 remplie de fluide hydraulique assure de manière permanente une séparation absolue entre le fluide dont on assure le pompage et le fluide hydraulique. Du fait que la paroi souple 6 se déforme à chacun des cycles de fonctionnement de la pompe, dans un sens et dans l'autre, il peut apparaître, pendant un fonctionnement de longue durée de la pompe, des fissures à travers la paroi, ces fissures ou déchirures pouvant se développer suivant toute l'épaisseur de la paroi souple 6. La paroi souple 6 est constituée de deux membranes 6a et 6b accolées l'une contre l'autre par l'intermédiaire de l'une de leurs faces appelée face interne de la membrane. La membrane 6a comporte une face externe en contact avec le liquide dont on assure le pompage dans la chambre de pompage 4 et une face opposée ou face interne dirigée vers la seconde membrane 6b. De manière à protéger la membrane 6a contre une attaque corrosive de sa face externe dirigée vers la chambre de pompage 4, cette face externe est recouverte d'une couche de protection 15 sur toute la surface de la membrane, ou au moins sur toute la surface de la membrane susceptible de venir en contact avec le fluide de pompage introduit dans la chambre de pompage 4. Les faces internes en vis-à-vis des membranes 6a et 6b délimitent entre elles une partie interne 14 de la paroi qui est totalement isolée de la chambre de pompage 4 et de la chambre de commande hydraulique par les membranes imperméables 6a et 6b qui sont fixées l'une contre l'autre. Dans le cas de l'apparition d'une fuite à travers l'une des membranes 6a et 6b, vers la partie interne 14 de la paroi 6, cette fuite peut être détectée par un ensemble 17 de récupération et de détection de fuite. De manière préférentielle, les membranes 6a et 6b sont réalisées en un matériau élastomère tel qu'un caoutchouc. La couche de revêtement 15 fixée sur la face externe de la membrane 6a dirigée vers la chambre de pompage 4 doit présenter une forte résistance à la corrosion chimique par tout produit agressif, tel qu'un acide, une base ou un sel corrosif qui peut être présent dans le liquide de pompage. De plus, la couche de protection 15 doit présenter une grande souplesse, de manière à ne pas accroître significativement la raideur de la membrane. Selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur et représenté sur la figure 2, la couche 15 de revêtement de la face externe de la membrane 6a est constituée par une feuille mince de polytétrafluoréthylène 16 fixée par une couche de colle 18 sur la face externe de la membrane 6a. Le collage de la feuille 16 peut être réalisé en utilisant toute colle permettant d'assurer une bonne adhérence entre une couche d'une matière plastique en feuille et une surface d'une pièce en élastomère. La feuille de PTFE utilisée présente entre autres des qualités de résistance au déchirement, de souplesse et de flexibilité permettant de très longues utilisations sous flexions alternées de la membrane, sans mise en contact de la face externe de la membrane avec le liquide de pompage. Toutefois, il s'est avéré que le PTFE présente une certaine perméabilité à des gaz qui peuvent se trouver sous forme liquéfiée ou dissoute dans le liquide de pompage. En outre, il est difficile d'assurer une adhérence parfaite entre la feuille de PTFE et la surface de la membrane en élastomère, en tout point de la face exteme de la membrane, en particulier du fait de la souplesse de la feuille en élastomère 16. Dans le cas où du gaz traverse la feuille de PTFE 16, ce gaz peut se rassembler et constituer des poches telles que 19, entre la feuille en PTFE 16 et la surface externe de la membrane 6a. La membrane en élastomère 6a présente alors sur sa surface externe des zones découvertes et non protégées par une couche de PTFE. Au niveau de ces zones découvertes, la feuille de PTFE qui n'est pas solidaire de la membrane peut se fissurer, de sorte que le liquide de pompage peut venir en contact avec la surface externe de la membrane 6a et provoquer une détérioration de la membrane par attaque chimique ou par abrasion. De manière générale, les zones découvertes de la surface externe de la membrane 6a qui ne sont plus en contact avec la feuille de PTFE par l'intermédiaire de la couche de liaison sont susceptibles d'être détériorées par mise en contact avec des fluides agressifs. II peut en résulter une fissuration ou une déchirure de la membrane conduisant à une fuite vers la partie interne 14 de la paroi souple 6. Il est alors nécessaire d'arrêter la pompe et l'unité de production à laquelle est associée la pompe pour effectuer le remplacement de la membrane. Une telle opération de remplacement qui se traduit par un arrêt de l'unité de production peut être extrêmement coûteuse. Sur la figure 3, on a représenté une membrane 6a suivant l'invention revêtue d'une couche de protection totalement imperméable aux gaz, dans les conditions de fonctionnement de la pompe à membrane. La membrane 6a suivant l'invention comporte une couche de protection 15 constituée par une feuille d'or 20 fixée par adhérisation sur la surface externe de la membrane 6a, c'est-à-dire sur la surface de la membrane 6a dirigée vers la chambre de pompage 4 à l'intérieur de la pompe à membrane. La feuille d'or 20 peut présenter une épaisseur comprise entre 0,1 et 2 mm. La feuille d'or 20 peut être fixée sur la face externe de la membrane 6a, par collage en utilisant une colle adaptée à la fixation d'une feuille métallique sur une paroi en caoutchouc. La feuille d'or 20 peut également être fixée sur la face externe de la membrane 6a directement par vulcanisation. Dans ce cas, la feuille d'or 20 est disposée dans un moule de fabrication de la membrane 6a. La matière vulcanisable pour réaliser la membrane 6a est introduite dans le moule et vulcanisée au contact de la feuille d'or 20. On assure ainsi une fixation par adhérisation de la feuille d'or sur la membrane sans couche intermédiaire de liaison. Dans la pompe en fonctionnement, la feuille d'or 20 qui constitue la couche externe de la paroi souple 6 vient en contact avec le liquide de pompage. La feuille d'or 20 résiste aux attaques chimiques des substances corrosives contenues dans le liquide de pompage et, dans une certaine mesure, à l'attaque abrasive de particules contenues dans ce liquide. La feuille d'or 20 assure ainsi une protection efficace de la membrane 6a de la paroi souple de la pompe, pendant un fonctionnement de longue durée. II en résulte une augmentation significative de la durée de vie de la membrane et de la paroi souple de la pompe ; de ce fait, les opérations de maintenance de la pompe sont simplifiées et rendues beaucoup moins coûteuses. En particulier, la diminution de la fréquence des opérations de remplacement des membranes permet de limiter les temps d'arrêt de la pompe et de l'unité de protection à laquelle est associée la pompe. D'autre part, la feuille d'or 20, qui présente une très grande souplesse et qui peut être fixée de manière parfaitement adhérente sur la membrane 6a, n'entraîne aucune raideur parasite susceptible de perturber le déplacement de la paroi souple pendant le fonctionnement de la pompe. II est donc possible d'utiliser une membrane en élastomère protégée par une feuille d'or ayant la même dimension qu'une membrane en élastomère non revêtue, pour obtenir les mêmes performances hydrauliques de la pompe à membrane. Le coût de la feuille d'or utilisée pour revetir la membrane est secondaire par rapport aux avantages obtenus quant à l'exploitation de la pompe et de l'unité de production. Pour limiter encore plus les coûts liés à l'exploitation de la pompe, on peut récupérer, lors d'un remplacement de la membrane, le métal précieux resté au contact de la face externe de la membrane. Ce matériau peut être réutilisé après retraitement par des procédés connus de l'industrie des métaux précieux. La protection de la face externe de la membrane de la pompe dirigée vers la chambre de pompage peut être réalisée à partir d'une feuille métallique en un métal précieux différent de l'or. Cette protection peut être assurée par une feuille en un alliage renfermant une proportion importante d'or ou encore par une feuille en métal précieux ou en un alliage de métaux précieux différent de l'or. La protection pourrait être également assurée par une couche métallique renfermant principalement un métal précieux différente d'une feuille métallique. On peut envisager par exemple de réaliser la protection par une couche réalisée à partir de poudre d'or. On pourrait également envisager d'assurer la protection de la surface externe de la membrane en matière élastomère par une couche réalisée par tout procédé de dépôt d'un métal précieux connu de la technique. La membrane suivant l'invention est de préférence associée à une seconde membrane de manière à constituer une paroi souple de la pompe par superposition de la membrane suivant l'invention et de la seconde membrane et à ménager dans la partie centrale de la paroi souple un espace de récupération de fuite. Dans ce cas, la seconde membrane ne comporte généralement pas sur sa face externe de couche de protection, dans la mesure où cette face externe est dirigée vers la chambre de commande hydraulique de la pompe qui ne reçoit pas de fluide corrosif ou abrasif. L'invention s'applique également dans le cas d'une pompe à membrane comportant une paroi souple constituée par une seule membrane. Enfin, la membrane suivant l'invention comportant une couche protectrice en métal précieux peut présenter toute forme ou profil ; en particulier, la membrane peut être plane, galbée ou présenter un profil variable. REVENDICATIONS 1.- Membrane élastique pour une pompe à membrane comportant une chambre de pompage (4) d'un fluide et une chambre de commande hydraulique (5) séparées l'une de l'autre par une paroi souple (6) comprenant la membrane élastique (6a) qui présente une face dirigée vers la chambre de pompage (4) en contact avec le fluide pendant le pompage, caractérisée par le fait qu'elle est revêtue, sur sa face dirigée vers la chambre de pompage (4), par une couche métallique de protection (15) principalement constituée par un métal précieux tel que de l'or. 2.- Membrane suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par une matière élastomère. 3.- Membrane suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la couche métallique de protection (15) est constituée par une feuille en métal précieux. 4.- Membrane suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que la couche métallique de protection (15) est constituée par une feuille d'or. 5.- Membrane suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la feuille d'or a une épaisseur comprise entre 0,1 et 2 mm. 6.- Membrane suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que la feuille de métal précieux est fixée sur la membrane par collage. 7.- Membrane suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que la feuille en métal précieux (20) est fixée sur la membrane (6a) par vulcanisation d'une matière élastomère constituant la membrane (6a). 8.- Membrane suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la couche métallique de protection (15) est réalisée à partir de poudre d'or. 9.- Membrane suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 d'une pompe à membrane (1) comportant une paroi souple (6) constituée d'une première membrane (6a) et d'une seconde membrane (6b) accolées l'une contre l'autre suivant leur partie périphérique et ménageant à leur par tie centrale un espace (14) de récupération et de détection de fluide de fuite, la première membrane (6a) étant fixée à sa partie périphérique de manière étanche contre un élément (3) de carter de pompe délimitant la chambre de pompage (4) et comportant une face externe dirigée vers la chambre de pompage (4), caractérisée par le fait que la face externe de la première membrane (6a) est revêtue par une couche métallique de protection (15) principalement constituée par un métal précieux tel que l'or.