Brevet FR2831926A1 — publié le 20030509

DISPOSITIF DE POMPAGE A POMPE MOINEAU La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de pompage comprenant une pompe à cavités progressives ou pompes Moineau avec un rotor hélicoïdal intérieur à une cavité hélicoïdale d'un stator, des moyens moteurs avec un arbre menant sensiblement coaxial à la cavité du stator, et une bielle d'entraînement qui est interposée entre l'arbre menant des moyens moteurs et une extrémité du rotor auxquels elle est accouplée par des moyens d'accouplement respectifs agencés pour que ladite bielle puisse accompagner le double mouvement de rotation du rotor (rotation du rotor autour de son propre axe et rotation de l'axe du rotor autour de l'axe de la cavité du stator). Compte tenu du double mouvement de rotation du rotor, d'une part, et de l'absence de coaxialité du rotor et de l'arbre menant des moyens moteurs, d'autre part, la bielle occupe une position inclinée et, au cours de son mouvement de rotation, elle se déplace selon une enveloppe conique. Il en résulte l'obligation d'accoupler la bielle à l'arbre menant des moyens moteurs et à l'extrémité du rotor de façon qu'elle puisse occuper une position inclinée par rapport aux axes respectifs, parallèles mais non coaxiaux, de ceux-ci en même temps qu'elle assume sa fonction de transmission du couple. Pour satisfaire cette obligation, il est courant de réaliser la bielle sous forme d'un barreau métallique et de prévoir des accouplements appropriés entre ses deux extrémités et respectivement l'arbre menant des moyens moteurs et l'extrémité du rotor. De nombreux types d'accouplement sont connus dans ce contexte. Un accouplement cardan classique ne permettant pas une inclinaison suffisante de la bielle (ou exigeant alors une bielle de longueur importante), on connaît notamment diverses réalisations d'accouplement dérivées de l'accouplement cardan, mais autorisant des inclinaisons plus importantes, et donc permettant de réaliser des bielles plus courtes. Toutefois ces accouplements connus présentent l'inconvénient d'être constitués d'un nombre élevé de pièces, ce qui en accroît le coût de fabrication et le coût d'entretien. En outre, certaines de ces pièces, mutuellement rotatives, sont assemblées par l'intermédiaire d'axes de rotation ou de pivotement. Or, la bielle doit être en mesure de supporter des efforts de compression axiaux générés par les réactions du rotor de pompe en cours de fonctionnement : les axes précités doivent notamment être en mesure d'encaisser ces efforts sans rupture, ce qui conduit à les surdimensionner. L'invention a essentiellement pour but de proposer un agencement perfectionné d'accouplement propre à autoriser une inclinaison importante de la bielle-et donc de conduire à un raccourcissement de cette bielletout en ne comportant qu'un nombre très restreint de pièces constitutives qui ne font appel à aucun axe d'articulation, et qui par conséquent est propre à supporter sans endommagement des efforts élevés de réaction axiaux, les pièces constitutives étant simples et peu coûteuses. A ces fins, un dispositif de pompage tel que mentionné au préambule se caractérise, étant agencé conformément à l'invention, en ce que chacun desdits moyens d'accouplement comprend une tête sphérique solidaire de la bielle, respectivement de l'extrémité du rotor ou de l'arbre menant, - une cavité cylindrique de révolution de même diamètre que la susdite tête sphérique pour recevoir celle-ci et solidaire coaxialement de l'extrémité du rotor ou de l'arbre menant, respectivement de la bielle, et - une bille abritée, pour partie, dans une cuvette en calotte sphérique de forme complémentaire pratiquée dans la tête sphérique qui est disposée de manière que son axe soit sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bielle, respectivement de l'extrémité du rotor ou de l'arbre menant, et, pour partie, dans un évidement latéral de dimensions complémentaires pratiqué dans la cavité cylindrique de révolution, ce grâce à quoi la bille forme une articulation rotative propre à autoriser une inclinaison mutuelle sensible de la bielle par rapport à l'extrémité du rotor ou de l'arbre menant, respectivement, lors de la rotation de l'arbre menant entraînant le rotor. Dans un mode de réalisation préféré, la tête sphérique est solidaire de la bielle et la cavité cylindrique de révolution est prévue sur l'extrémité du rotor, respectivement sur l'arbre menant. Dans un exemple de mise en oeuvre simple, on profite du fait que de telles têtes sphériques sont couramment disponibles dans le commerce : on peut alors faire en sorte que la bielle comprenne un barreau rigide formant une tige de bielle aux extrémités respectives de laquelle sont solidarisées (notamment par soudure) deux têtes sphériques. Dans un mode de réalisation de conception simple, la cavité cylindrique de révolution est définie dans une douille creuse solidaire de l'extrémité du rotor ou de l'arbre menant et le susdit évidement latéral prévu dans ladite cavité est défini par un trou traversant radialement la paroi latérale de ladite douille et par une bague rapportée sur la paroi externe de ladite douille pour obturer extérieurement le susdit trou. Notamment, la bague externe est fixée à la douille par au moins une vis radiale. Grâce aux dispositions qui viennent d'être énoncées, on constitue un accouplement dans lequel la bille assume la double fonction d'articulation rotative et d'organe de transmission des efforts axiaux : ainsi il n'existe plus d'axe de pivotement. Au surplus, le nombre des pièces composantes est réduit et leur assemblage est simple sans qu'il soit nécessaire d'exécuter des usinages complexes. Enfin, conformément au but poursuivi, la bielle est susceptible d'inclinaisons notables, de sorte qu'il est possible d'envisager un raccourcissement sensible de la bielle entraînant une plus grande compacité du dispositif de pompage. On peut encore obtenir des inclinaisons plus prononcées de la bielle en prévoyant que la partie annulaire de la paroi interne de la douille située entre ledit évidement latéral et l'extrémité de la douille soit de conformation tronconique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté de la partie d'un dispositif de pompage à pompe à cavités progressives plus spécifiquement visée par la présente invention ; - la figure 2 est une vue en coupe de côté, à échelle agrandie, d'un accouplement visible à la figure 1 i - la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 2 ; et - la figure 4 est une variante de réalisation de l'accouplement de la figure 2. En se reportant tout d'abord à la figure 1, un dispositif de pompage concerné par l'invention comporte une pompe à cavités progressives ou pompe Moineau 1 avec un rotor hélicoïdal 2 qui est intérieur à une cavité hélicoïdale d'un stator (non montré) ; - des moyens moteurs (non montrés) ayant un arbre de sortie ou arbre menant 3 qui est coaxial (axe 4) à la cavité hélicoïdale du stator ; et - une bielle d'entraînement 5 qui est interposée entre une extrémité du rotor 2 et l'arbre menant 3 auxquels elle est accouplée par des moyens d'accouplement respectifs 6,7. Il est connu que, dans une pompe Moineau, le rotor 2 est animé d'un double mouvement de rotation, à savoir une rotation du rotor 2 autour de son propre axe 8 (flèche 9) et une rotation de sens inverse de son axe 8 autour de l'axe 4 de la cavité statorique (flèche 10). Les moyens d'accouplement 6,7 sont donc agencés pour que la bielle 5 puisse accompagner la double rotation de l'extrémité du rotor alors que l'arbre menant 3 tourne autour de l'axe 4 (flèche 11). Les moyens d'accouplement 6 entre la bielle 5 et l'extrémité du rotor 2 et les moyens d'accouplement 7 entre la bielle 5 et l'arbre menant 3 sont identiques, comme visible à la figure 1. Aux figures 2 et 3 ont été représentés à plus grande échelle, à titre d'exemple, les moyens d'accouplement 7 entre la bielle 5 et l'arbre menant 3. Les moyens d'accouplement 7 comprennent : - une tête sphérique 12 solidaire de l'extrémité correspondante de la tige de bielle 13 et disposée coaxialement à celle-ci ; - une cavité cylindrique de révolution 14 de même diamètre que la tête sphérique 12 pour recevoir celle-ci, cette cavité 14 étant solidaire coaxialement de l'extrémité de l'arbre menant 3 ; et - une bille 15 abritée, pour partie, dans une cuvette 16 en calotte sphérique de forme complémentaire creusée dans la tête sphérique 12 de manière que son axe 17 soit sensiblement perpendiculaire à l'axe 18 de la bielle 13 et, pour partie, dans un évidement latéral 19 de dimensions complémentaires creusé dans la paroi définissant la cavité cylindrique 14. De façon avantageuse en raison du coût réduit qui résulte d'une telle structure, la bielle 5 peut être constituée par l'assemblage de trois pièces, à savoir un barreau rigide notamment métallique (par exemple en acier) formant la tige de bielle précitée 13-il peut s'agir en particulier d'un tronçon de rond en acier de diamètre approprié et sectionné à la longueur souhaitée-et deux sphères métalliques (notamment en acier) qui sont rapportées et solidarisées sur les extrémités frontales du barreau rigide. De telles sphères sont disponibles dans le commerce ; il suffit de former un plat de manière à pouvoir les solidariser sur l'extrémité frontale du barreau par tout moyen approprié, par exemple de préférence par soudure. De la même manière, la cavité cylindrique 14 peut être usinée directement dans l'extrémité élargie du rotor et de l'arbre menant, cette extrémité élargie formant alors une douille creuse 20 intégrale avec le rotor ou l'arbre menant (cas illustré à la figure 2). Mais, là encore, la douille creuse 20 pourrait être usinée sous forme d'une pièce indépendante rapportée ensuite et solidarisée (notamment soudée) sur l'extrémité frontale du rotor ou de l'arbre menant. Quelle que soit la solution retenue, l'évidement 19 prévu latéralement dans la cavité 14 est, de façon structurellement simple, défini par un trou traversant 21 percé à travers la paroi latérale de la douille 20. Une fois la tête sphérique 12 introduite dans la cavité 14 de la douille 20 avec la cuvette 16 disposée en regard du trou traversant 21 et une fois la bille 15 introduite dans le trou 21 depuis l'extérieur, une bague 22 est rapportée sur la douille 20, extérieurement à celle-ci, afin d'obturer le trou 21 et de retenir la bille. Cette bague pourrait être vissée sur la surface externe filetée de la douille. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 3, cependant, la fixation est obtenue à l'aide d'une ou plusieurs vis radiales de blocage 23 engagées dans des alésages respectifs alignés de la bague 22 et de la paroi de la douille 20 (voir figure 3). Les dimensions de l'évidement 19 doivent être telles que la bille 15 y soit reçue à libre rotation, mais sans jeu substantiel autre que le jeu fonctionnel. Grâce à cet agencement, dans chacun des moyens d'accouplement 6,7, la bille 15 assume la double fonction, d'une part, de pivot ou d'articulation rotative de la bielle 5 par rapport à l'arbre menant 3 ou de l'extrémité du rotor 2, et ce dans toutes les directions, et, d'autre part, d'organe de transmission des efforts rotatifs entre l'arbre menant 3 et la bielle 5 et entre la bielle 5 et le rotor 2 et d'organe de transmission des efforts axiaux de réaction entre le rotor 2 et la bielle 5 et entre la bielle 5 et l'arbre menant 3. Il s'agit d'une structure simple, avec peu de pièces composantes, et notamment dépourvue d'axes, d'une très grande robustesse mécanique, et d'un coût modique. Au surplus, et il s'agit là d'un avantage important recherché conformément à l'invention, la bielle 5 est susceptible d'une inclinaison très prononcée par rapport à l'arbre menant 3 et à l'extrémité du rotor 2, sans qu'il existe de point dur lors de la rotation. A titre d'exemple il est possible d'atteindre des inclinaisons de la bielle de l'ordre de 50 avec un fonctionnement parfaitement satisfaisant. Au surplus, en raison même de ces inclinaisons élevées rendues possibles par la structure conforme à l'invention, il devient envisageable de corrélativement raccourcir la bielle 5, c'est-à-dire de mettre en oeuvre une tige de bielle 13 plus courte, ce qui conduit à un dispositif de pompage globalement plus compact donnant en cela satisfaction aux souhaits des utilisateurs. Dans un exemple typique, pour une inclinaison de la bielle de l'ordre de 50, on peut donner à la bielle une longueur de l'ordre de 135 mm (alors que classiquement une inclinaison maximale de la bielle de l'ordre de 1 à 2 conduit à donner à la bielle une longueur de l'ordre de 675 mm pour les mêmes conditions de fonctionnement). On peut encore accroître sensiblement l'inclinaison de la bielle 5 par rapport à l'arbre menant 3 et à l'extrémité du rotor 2 en dégageant mieux l'entrée de la douille creuse 20. Comme illustré à la figure 4, on peut agencer la portion annulaire de la cavité 14 qui est comprise entre la face frontale de la douille 20 et le trou traversant 21 sous la forme d'une zone tronconique 24, qui peut présenter une conicité pouvant aller jusqu'à environ 100. Ainsi, l'inclinaison de la bielle 5 peut être accrue de façon notable jusqu'à atteindre maintenant une valeur de l'ordre de 100. D'après les explications qui précèdent, on comprendra que, pour l'un et l'autre des moyens d'accouplement 6 et 7, les positions de la tête sphérique 12 avec sa bille 15 et de la douille 20 sont des positions relatives et que les organes en question peuvent être inversés, c'est-à-dire la douille 20 avec sa bague 22 être montée en bout de la tige de bielle 13 et la tête sphérique 12 avec sa bille 15 être montée en bout de l'arbre menant 3, respectivement de l'extrémité du rotor 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage comprenant une pompe à cavités progressives ou pompe Moineau (1) avec un rotor hélicoïdal (2) intérieur à une cavité hélicoïdale d'un stator, des moyens moteurs avec un arbre menant (3) sensiblement coaxial à la cavité du stator, et une bielle d'entraînement (5) qui est interposée entre l'arbre menant (3) des moyens moteurs et une extrémité du rotor (2) auxquels elle est accouplée par des moyens d'accouplement respectifs (7,6) agencés pour que ladite bielle (5) puisse accompagner le double mouvement de rotation du rotor (2) (rotation (9) du rotor autour de son propre axe et rotation (10) de l'axe du rotor autour de l'axe de la cavité du stator), caractérisé en ce que chacun desdits moyens d'accouplement (6,7) comprend - une tête sphérique (12) solidaire de la bielle (5), respectivement de l'extrémité du rotor (2) ou de l'arbre menant (3), - une cavité cylindrique de révolution (14) de même diamètre que la susdite tête sphérique (12) pour recevoir celle-ci et solidaire coaxialement de l'extrémité du rotor (2) ou de l'arbre menant (3), respectivement de la bielle (5), et - une bille (15) abritée, pour partie, dans une cuvette (16) en calotte sphérique de forme complémentaire pratiquée dans la tête sphérique (15) qui est disposée de manière que son axe (17) soit sensiblement perpendiculaire à l'axe (18) de la bielle (5), respectivement de l'extrémité du rotor (2) ou de l'arbre menant (3), et, pour partie, dans un évidement latéral (19) de dimensions complémentaires pratiqué dans la cavité cylindrique de révolution (14), ce grâce à quoi la bille (15) forme une articulation rotative propre à autoriser une inclinaison mutuelle sensible de la bielle (5) par rapport à l'extrémité du rotor (2) ou de l'arbre menant (3), respectivement, lors de la rotation de l'arbre menant entraînant le rotor. 2. Dispositif de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête sphérique (12) est solidaire de la bielle (5) et en ce que la cavité cylindrique de révolution (14) est prévue sur l'extrémité du rotor (2), respectivement sur l'arbre menant (3). 3. Dispositif de pompage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bielle (5) comprend un barreau rigide formant une tige de bielle (13) aux extrémités respectives de laquelle sont solidarisées deux têtes sphériques (12). 4. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cavité cylindrique de révolution (14) est définie dans une douille creuse (20) solidaire de l'extrémité du rotor (2) ou de l'arbre menant (3) et en ce que le susdit évidement latéral (19) prévu dans ladite cavité (14) est défini par un trou (21) traversant radialement la paroi latérale de ladite douille (20) et par une bague (22) rapportée sur la paroi externe de ladite douille (20) pour obturer extérieurement le susdit trou (21). 5. Dispositif de pompage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite bague externe (22) est fixée à la douille (20) par au moins une vis radiale (23). 6. Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie annulaire (24) de la paroi interne de la douille (20) située entre ledit évidement latéral (19) et l'extrémité de la douille est de conformation tronconique.