Brevet FR2773853A1 — publié le 19990723

DISPOSITIF DE POMPAGE La présente invention a trait au domaine des pompes pour liquides chargés et notamment aux adaptations permettant d'assurer un pompage dans les meilleures conditions. Les liquides chargés tels que la confiture, la vendange ou le ciment, nécessitent des moyens de transvasement spéciaux. En effet, les traditionnelles pompes dites "à clapets sont incapables d'assurer une aspiration et un déplacement de matière suffisants du fait que le clapet est incapable de revenir assurer l'étanchéité après aspiration étant donnée la nature même de la matière à transvaser. Ainsi, les pompes pour liquides chargés ont été conçues pour répondre à des besoins spéciaux de transvasement auxquels ne pouvaient pas répondre les pompes traditionnelles. Plusieurs dispositifs de pompage pour liquides chargés existent et sont déjà utilisés, parmi ceux-ci,la pompe à liquides chargés décrite dans le brevet nO 2 317 524, qui utilise un rotor distributeur qui, assurant la liaison entre la zone d'aspiration et la zone de refoulement, est aménagé de deux zones de stockage diamétralement opposées qui permettent le transvasement de la matière à pomper par rotation du rotor et, la synchronisation de sa rotation avec le déplacement d'un ou de deux pistons disposés perpendiculairement à l'axe de rotation, l'aspiration du piston étant déclenchée lorsque le rotor ouvre le passage par l'intermédiaire d'une des deux zones de stockage entre la zone d'entrée et le corps du piston, le refoulement étant déclenché lorsque le rotor ouvre le passage par l'intermédiaire d'une des deux zones de stockage entre le corps du piston et la zone de sortie. Un autre concept de pompage consiste à faire passer la matière à transvaser à l'intérieur d'une conduite souple qui est écrasée par un galet ou tout autre moyen de pression, lequel galet se déplace sur sa longueur de façon à mettre en mouvement la matière à l'intérieur de la conduite. Les problèmes rencontrés dans l'application des concepts précités sont les suivants - l'étanchéité est difficile à obtenir et l'aspiration est presque nulle, ce qui nécessite un gavage continu de la pompe ou du moins un amorçage, - les matières à transvaser peuvent être très abrasives et ne pas être adaptées au matériau de la conduite souple ou provoquer l'endommagement des éléments principaux de la pompe notamment le rotor et le corps de pompe. Ces éléments étant les plus chers, le coût de l'entretien de telles machines se révéle particulièrement élevé. De plus, notamment sur les pompes à distributeur rotatif, la synchronisation du mouvement du rotor avec la mise en mouvement du ou des pistons, nécessite une chaîne cinématique complexe dont les éléments de guidage demandent beaucoup d'entretien, de réparation et de protection. L'endommagement des parois internes du corps de pompe ou des surfaces extérieures du rotor a pour conséquence directe de diminuer la capacité d'aspiration et de refoulement de ladite pompe. Plusieurs dispositifs optionnels tels que des sabots d'usure sur les surfaces en contact réalisés dans des matériaux très durs comme de l'acier nitruré ont été fixés au corps de pompe et à la partie cylindrique afin de protéger les éléments principaux de la pompe en les ajustant le plus finement possible l'un dans l'autre. Bien que cette solution permette de rallonger la durée de vie du corps de pompe et du rotor, l'introduction d'un élément abrasif entre les deux surfaces, l'une fixe et l'autre mobile, endommage toujours au bout d'un certain temps, les parties d'usure, diminuant ainsi la capacité de la pompe. A ce manque d'efficacité, il faut ajouter que le coût de réalisation de pièces d'usure dans des matériaux très durs est très élevé et que leur changement demande comme pour le rotor un démontage du corps de pompe étant donné que ceux-ci sont placés sur la surface cylindrique du rotor ou reprennent le cylindre intérieur du corps de pompe. Partant de cet état de fait et fort de son expérience dans le domaine des pompes, le demandeur a mené des recherches sur un nouveau concept de dispositif de pompage assurant un transvasement de matière dans des conditions optimales tout en obviant aux inconvénients précités. Ces recherches ont abouti à un dispositif de pompage adoptant une cinématique originale et simplifiée assurant une étanchéité optimisée et protégeant les éléments principaux du dispositif. Ce dispositif de pompage est du type de celui comportant un corps de pompe dans lequel tourne un rotor assurant la liaison entre une zone d'entrée et une zone de sortie, ledit rotor étant ménagé d'au moins un compartiment de stockage dans lequel vient se loger la matière à pomper, la rotation du rotor permettant de transvaser ladite matière de la zone d'entrée vers la zone de sortie, la phase d'aspiration de la matière en zone d'entrée correspondant à la phase de refoulement de la matière en zone de sortie. Selon la caractéristique principale de l'invention, le susdit compartiment de stockage ménagé dans le susdit rotor comporte au moins une cloison déformable pour assurer simultanément l'aspiration en zone d'entrée et le refoulement en zone de sortie. Le principal avantage de cette caractéristique est de loger, à l'intérieur du rotor classique, le dispositif assurant la dépression pour les phases de pompage et de refoulement. Cette cloison déformable recule lorsque la zone de stockage se trouve, par rotation, devant la zone d'entrée de la matière à transvaser créant ainsi une phase d'aspiration en augmentant le volume de ladite zone de stockage, ledit recul provoque l'avancée de cette cloison vers la zone de sortie et réalise ainsi la phase de refoulement. De plus, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la déformation de la cloison du compartiment de stockage est entraînée par la transmission mécanique assurant la rotation du susdit rotor. Ainsi, la chaîne cinématique est particulièrement simplifiée et permet d'éviter tous les composants de guidage et dispositifs de bielles et leviers existants sur les dispositifs de l'art antérieur. Cette simplification entraîne donc une répercution sur les coûts du dispositif de pompage de l'invention en comparaison au coût des dispositifs de l'art antérieur en raison du nombre réduit de pièces, mais aussi une réduction des coûts d'entretien et de maintenance d'un tel dispositif. De plus, un autre avantage de cette cinématique simplifiée est que l'encombrement du dispositif de pompage de l'invention est minimal ce qui permet de l'intégrer plus facilement dans des circuits de transvasement ou pour des applications pour lesquelles les dispositifs de pompage pour liquides chargés existants ne pouvaient intervenir. Enfin, le nombre réduit de pièces extérieures en mouvement permet de répondre aux critères de sécurité de travail et de diminuer les dimensions d'un éventuel boîtier de protection. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le susdit rotor est cylindrique et est aménagé d'un passage le traversant de part en part perpendiculairement à son axe de rotation et divisé de manière étanche en deux compartiments de stockage par la susdite cloison déformable qui, formée par un coulisseau s'ajustant aux parois du passage en reprenant son profil, évolue à l'intérieur de celui-ci de façon à faire varier les volumes des deux compartiments de stockage. En synchronisation avec la rotation du rotor, lorsqu'une des extrémités du passage ménagé dans le rotor se trouve face à la zone d'entrée, le coulisseau recule et crée une dépression qui aspire la matière à transvaser. Lorsque le coulisseau se trouve en fin de course arrière, il reprend une course vers l'avant de l'extrémité du passage qui, du fait de la rotation du rotor se trouve face à la zone de sortie de la matière à transvaser. La course vers l'extrémité du passage du coulisseau, assure le refoulement de la matière stockée à l'intérieur du compartiment créé par le recul du coulisseau à l'intérieur du passage ménagé dans le rotor. Une caractéristique particulièrement judicieuse du dispositif de pompage de l'invention imaginé par le demandeur est que le rotor n'est pas en contact direct avec le corps de pompe à l'intérieur duquel il tourne. Les avantages de ce choix technologique sont nombreux en ce qu'il se démarque nettement des solutions utilisées dans l'art antérieur pour les pompes pour liquides chargés. En effet, l'étanchéité de la pompe pour liquide chargé utilisant un rotor décrite dans le brevet n02 317 524 est atteinte par la réalisation d'un jeu minimum entre le corps de pompe et le rotor mû en rotation à l'intérieur afin de séparer le plus efficacement possible la zone d'aspiration de la zone de refoulement. L'étanchéité est opérationnelle, lorsque cela est possible, par l'anneau liquide créé par la rotation du rotor. L'introduction d'une limaille ou d'une matière abrasive à l'intérieur de ce jeu provoque l'endommagement de l'étanchéité. Aussi, le fait d'éviter que le rotor et le corps de pompe se touchent est donc particulièrement avantageux dans ce type de dispositif car il permet de conserver intacts ces deux éléments principaux du dispositif de pompage de l'invention contrairement aux dispositifs de l'art antérieur. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un dispositif de pompage conforme à l'invention. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe schématique de détail d'un dispositif de pompage conforme à l'invention, Les figures 2a à 2f sont des vues schématiques illustrant le cycle de fonctionnement du dispositif de pompage de la figure 1, La figure 3 est une vue de côté en coupe schématique de détail suivant un plan de coupe vertical et passant par l'axe de rotation du rotor du dispositif de pompage et dans lequel a été intégré le coulis seau du dispositif de pompage de la figure 1. Tel qu'illustré dans le dessin de la figure 1, le dispositif de pompage de l'invention est du type de celui comportant un corps de pompe 100 dans lequel tourne un rotor 200 autour d'un axe A suivant la flèche B assurant la liaison entre une zone d'entrée référencée E et une zone de sortie référencée S. Selon l'invention, le susdit rotor 200 est cylindrique et est aménagé d'un passage 210 le traversant de part en part perpendiculairement à son axe de rotation A et divisé de manière étanche en deux compartiments de stockage 210a et 210b par une cloison déformable qui, formée par un coulisseau 300 s'ajustant aux parois du passage 210 en reprenant son profil, évolue suivant la double-flèche C à l'intérieur de celui-ci de façon à faire varier les volumes des deux compartiments de stockage 210a et 210b. Comme illustré sur les dessins des figures 2a à 2f, par synchronisation des mouvements de rotation du rotor 200 suivant la flèche B et de translation du coulisseau 300 à l'intérieur dudit rotor 200 suivant la double-flèche C, les compartiments 210a et 210b augmentent ou diminuent leur volume lorsque la rotation du rotor 200 les amène respectivement devant la zone d'entrée E pour l'augmentation de volume et vers la zone de sortie S pour la diminution. L'augmentation du volume du compartiment 210a ou 210b s'accompagne de la diminution de volume du compartiment 210b ou 210a. Cette augmentation de volume du compartiment 210b telle qu'illustrée sur les dessins des figures 2a à 2f crée une dépression qui définit la phase d'aspiration de la matière à transvaser. La diminution de volume correspondante du compartiment 210a correspond à la phase de refoulement de la matière à transvaser. Bien entendu, une fois la matière contenue dans le compartiment 210a refoulée dans la zone de sortie S, lorsque le coulisseau 300 est en fin de course, comme illustré sur le dessin de la figure 2f, le coulisseau reprend une course en sens inverse de façon à créer une dépression lorsque le compartiment 210a se trouve face à la zone d'entrée E du fait de la rotation du rotor 200. Selon un mode préféré mais non limitatif de réalisation, le cylindre constitué par le rotor 200 est à une extrémité, ménagé d'une rainure réalisée symétriquement par rapport à un plan vertical passant par l'axe de rotation du rotor 200 prenant sur ses trois côtés, un profil rectangulaire. Ainsi, dans ce mode de réalisation le coulisseau 300 reprend un profil sensiblement parallélépipèdique et le rotor est ouvert latéralement. Comme illustré sur les dessins des figures 1 et 3, le susdit coulisseau 300 pivote sur une manivelle 410 d'un bras, ici constitué par un plateau tournant 400, dont l'axe de rotation D est excentré par rapport à l'axe de rotation A du rotor 200 de façon à assurer, par rotation dudit rotor 200, un mouvement de va-et-vient du coulis seau 300 à l'intérieur du passage 210 ménagé dans le rotor 200, mouvement de va-et-vient illustré par la double-flèche C. L'utilisation d'un dispositif excentrique pour permettre le mouvement en translation du coulisseau à l'intérieur du passage 210 est particulièrement judicieuse et cela pour plusieurs raisons - c'est une cinématique tournante donc facile à synchroniser avec la rotation du rotor, - une motorisation indépendante n'est pas nécessaire, ou bien si la rotation du plateau tournant 400 est motorisée, le rotor 200 peut être monté sans moyen de mise en mouvement. En effet, la cinématique du dispositif de pompage telle que conçue permet le choix entre deux types de motorisation, soit le rotor 200 est entraîné en rotation par exemple par un moto-réducteur et le plateau tournant assure seulement un mouvement excentrique à la manivelle 410, mouvement permettant la translation en vaet-vient du coulisseau 300 dans le passage 210, soit le moto-réducteur est lié à l'arbre de rotation 420 du plateau tournant 400, ce dernier entraînant en rotation le rotor 200 par l'intermédiaire de la liaison glissière du coulisseau 300 à l'intérieur du passage 210. De plus, l'axe de rotation D du susdit plateau tournant 400 est excentré par rapport à l'axe de rotation A du rotor 200 de façon à ce que l'axe de la manivelle 410 ne s'aligne pas lors de la rotation du bras 400 avec l'axe de rotation (A) du rotor 200. Ce décalage entre les deux axes est judicieux en ce qu'il a pour avantage d'éviter les phases cinématiques d'éventuels coincements. La longueur du coulisseau 300 est judicieusement calculée de façon à ce que lors de sa course, la matière aspirée soit complètement refoulée. La grande longueur du coulis seau 300 tel que défini dans le mode de réalisation préférée mais non limitatif illustré a pour avantage de garantir un bon guidage, assurer une bonne étanchéité entre les deux compartiments 210a et 210b. Selon le mode préféré de réalisation illustré, le corps de pompe 100 adopte une forme sensiblement parallélépipèdique. Cette forme a pour avantage de faciliter la réalisation des ouvertures d'entrée et de sortie de la matière à pomper et plus généralement faciliter tout type d'usinages sur les surfaces du corps de pompe. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le rotor 200 n'est pas en contact direct avec le corps de pompe 100 à l'intérieur duquel il tourne. En effet, comme illustré dans les différentes figures des dessins annexés, le diamètre extérieur du rotor 200 ne correspond pas au diamètre du cylindre intérieur du corps de pompe 100. Cette caractéristique a pour avantage de protéger de l'usure ces deux pièces principales. L'étanchéité est en fait réalisée par des sousensembles d'étanchéité qui sont placés en contact constant avec la surface du rotor 200 de façon à obtenir une séparation étanche entre la zone d'entrée E de la matière à pomper et la zone de sortie S. Comme illustrés sur les figures 1 et 3, ces sousensembles d'étanchéité sont constitués par deux sabots 510 et 520 traversant le corps de pompe 100 à sa partie supérieure et à sa partie inférieure de façon à ce que les surfaces internes épousant le contour cylindrique du rotor 200 viennent en contact constant avec ledit contour pour assurer une séparation étanche entre les zones d'entrée E et de sortie S au niveau des points haut et bas du corps de pompe 100. De plus, comme illustrés sur le dessin de la figure 3, les susdits sous-ensembles d'étanchéité sont également constitués par deux flasques 610 et 620 traversant le corps de pompe 100 et disposés perpendiculairement à l'axe de rotation A du rotor 200 de façon à ce que les surfaces internes épousant les côtés du rotor 200 viennent en contact constant avec lesdits côtés pour assurer une séparation étanche latérale. Ainsi, le flasque 510 assure un contact constant sur le côté ouvert du rotor 200 fermant ainsi le passage 210. De plus, ce flasque 510 reçoit dans son épaisseur le plateau tournant 400 de façon à servir d'épaulement étanche. En outre, selon un choix particulièrement judicieux, le matériau des sous-ensembles d'étanchéité 510, 520, 610 et 620 est en matériau plus tendre que le matériau du rotor 200 et du corps de pompe 100. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet de "canaliser" l'usure sur ces pièces d'étanchéité, protégeant ainsi le rotor 200 et le corps de pompe 100. Un autre avantage est que ces pièces sont facilement démontables du fait qu'elles traversent le corps de pompe 100. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'assurer le démontage complet de la pompe pour des problèmes d'étanchéité contrairement au dispositif décrit dans l'art antérieur qui utilisait également un rotor. Un autre avantage à cette caractéristique est que le matériau constituant ces sous-ensembles d'étanchéité étant plus tendre que le matériau constituant le rotor 200 et le corps de pompe 100, leur usinage en sera grandement facilité. Ainsi, lorsqu'un ou plusieurs de ces sousensembles d'étanchéité sera abîmé et ne maintiendra plus le contact constant avec la surface du rotor 200, un usinage sur une épaisseur adéquate de la surface de contact et un usinage d'épaisseur équivalente sur la surface d'appui du sous ensemble d'étanchéité sur le corps de pompe 100 suffiront, autorisant ainsi la réutilisation des mêmes pièces d'étanchéité. Selon un mode préféré mais non limitatif de réalisation, le coulisseau 300 est réalisé dans le même matériau que les sous-ensembles d'étanchéité. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'axe de la manivelle 410 sur laquelle pivote le coulisseau 300 est décalé par rapport à l'axe de symétrie du coulisseau 300. L'"inter-changeabilité" desdits sous-ensembles d'étanchéité permet de choisir suivant l'application le matériau desdits sous-ensembles. Comme illustré sur le dessin de la figure 1, le corps de pompe 100 comporte en partie basse des zones d'entrée E et de sortie S, des regards 110 et 120 qui, bouchés hermétiquement lors du fonctionnement normal du dispositif de pompage, permettent l'entretien du corps de pompe une fois ouverts en donnant accès à une zone du corps de pompe 100 susceptible de recevoir des dépôts de matière non pompée ou ayant échappé au flux d'aspiration. L'ouverture d'un des regards pourra être couplée au fonctionnement partiel de la pompe, ce qui permettrait d'utiliser la force d'aspiration ou de refoulement du dispositif de pompage pour évacuer au niveau des regards, la matière déposée à cet endroit. On comprend que le dispositif de pompage qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple cidessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Bien entendu, ce dispositif de pompage ne se limite pas aux seuls liquides chargés et pourra être utilisé pour d'autres applications plus classiques. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. 100 ................. Corps de pompe 110, 120 Regards d'entretien 200 ............ Rotor 210 Passage ménagé dans le ................. rotor 210a, 210b Compartiments de stockage 300 ................. Coulisseau 400 ................. Plateau tournant 410 Manivelle 420 Arbre de rotation du plateau 510, 520 Sabots d'étanchéité 610, 620 Flasques d'étanchéité A ................. Axe de rotation du rotor Fléche B............. Mouvement de rotation du ................. rotor Double flèche C Mouvement de translation du ................. coulis seau D ................. Axe de rotation du plateau E ................. Zone d'entrée S ................. Zone de sortie REVENDICATIONS 1.Dispositif de pompage du type de celui comportant un corps de pompe (100) dans lequel tourne un rotor (200) assurant la liaison entre une zone d'entrée (E) et une zone de sortie (S), ledit rotor (200) étant ménagé d'au moins un compartiment de stockage (210a) dans lequel vient se loger la matière à pomper, la rotation (flèche B) du rotor (200) permettant de transvaser ladite matière de la zone d'entrée (E) vers la zone de sortie (S), la phase d'aspiration de la matière en zone d'entrée (E) correspondant à la phase de refoulement de la matière en zone de sortie (S), CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit compartiment de stockage (210a) ménagé dans le susdit rotor (200) comporte au moins une cloison déformable (300) pour assurer simultanément l'aspiration en zone d'entrée (E) et le refoulement en zone de sortie (S). 2. Dispositif de pompage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la déformation de la cloison (300) du compartiment de stockage (210a) est entraînée par la transmission mécanique assurant la rotation du susdit rotor (200). 3. Dispositif de pompage selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit rotor (200) est cylindrique et est aménagé d'un passage (210) le traversant de part en part perpendiculairement à son axe de rotation (A) et divisé de manière étanche en deux compartiments de stockage (210a, 210b) par la susdite cloison déformable qui, formée par un coulisseau (300) s'ajustant aux parois du passage (210) en reprenant son profil, évolue à l'intérieur de celui-ci de façon à faire varier les volumes des deux compartiments de stockage (210a, 210b). 4. Dispositif de pompage selon la revendication 1 CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le rotor (200) n'est pas en contact direct avec le corps de pompe (100) à l'intérieur duquel il tourne. 5. Dispositif de pompage selon les revendications 1 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit coulisseau (300) pivote sur une manivelle (410) d'un bras (400) dont l'axe de rotation (D) est excentré par rapport à l'axe de rotation (A) du rotor (200) de façon à assurer, par rotation dudit rotor (200), un mouvement de va-et-vient (double flèche C) du coulisseau (300) à l'intérieur du passage (210) ménagé dans le rotor (200). 6. Dispositif de pompage selon les revendications 1 et 4, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE des sous-ensembles d'étanchéité sont placés en contact constant avec la surface cylindrique du rotor (200) de façon à obtenir une séparation étanche entre la zone d'entrée (E) de la matière à pomper et la zone de sortie (S). 7. Dispositif de pompage selon les revendications 1 3, et 5 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'axe de rotation (D) du susdit bras (400) est excentré par rapport à l'axe de rotation (A) du rotor (200) de façon à ce que l'axe de la manivelle (410) ne s'aligne pas lors de la rotation du bras (400) avec l'axe de rotation (A) du rotor (200). 8. Dispositif de pompage selon les revendications 1, 4 et 6 , CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdits sousensembles d'étanchéité sont constitués par deux sabots (510, 520) traversant le corps de pompe (100) à sa partie supérieure et à sa partie inférieure de façon à ce que les surfaces internes épousant le contour cylindrique du rotor (200) viennent en contact constant avec ledit contour pour assurer une séparation étanche entre les zones d'entrée (E) et de sortie (S) au niveau des points haut et bas du corps de pompe (100). 9. Dispositif de pompage selon les revendications 1, 4, 6 et 8 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les susdits sous-ensembles d'étanchéité sont constitués par deux flasques (610, 620) traversant le corps de pompe (100) et disposés perpendiculairement à l'axe de rotation (A) du rotor (200) de façon à ce que les surfaces internes épousant les côtés du rotor (200) viennent en contact constant avec lesdits côtés pour assurer une séparation étanche latérale. 10. Dispositif de pompage selon les revendications 1, 4, 6, 8 et 9 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le matériau des sous-ensembles d'étanchéité est un matériau plus tendre que le matériau du rotor (200) et du corps de pompe (100).