Brevet FR2941749A1 — publié le 20100806

La présente invention concerne les pompes à membrane à commande hydraulique et plus spécialement le dis-positif destiné à maintenir un volume de liquide convenable dans la chambre intermédiaire comprise entre le pis- ton et la membrane. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Le liquide présent dans la chambre intermédiaire voit son volume diminuer pour trois raisons principales : l'existence de fuites, l'existence de gaz dissous qui af- fectent la performance de la pompe et la présence d'une soupape de sécurité qui permet une évacuation de fluide en cas de surpression. Il est donc nécessaire, dans ce type de pompe, de prévoir un système de réalimentation de la chambre en question, généralement à partir d'un réservoir auxiliaire. Ce système, dit système de compensation, doit maintenir dans la chambre intermédiaire un volume de liquide permettant dans toutes les conditions de marche un débattement de la membrane correspondant à la cylindrée balayée par le piston sans risque de détérioration de cette membrane ni perturbation du débit. Les dispositifs de réalimentation connus sont de deux types principaux: les dispositifs automatiques et les dispositifs commandés. Les dispositifs automatiques sont constitués par un simple clapet taré, d'aspiration s'ouvrant du réservoir vers la chambre intermédiaire à partir d'une certaine valeur de dépression. Les dispositifs commandés comportent un ou plusieurs clapets dont l'ouverture est déclenchée mécaniquement par le débatte- ment de la membrane et qui permettent la réalimentation uniquement lorsque celle-ci se trouve en position arrière extrême. Dans les deux cas, la membrane est déformable sans raideur ou élasticité significative, si bien que la hauteur d'aspiration de la pompe est une fonction de la 2 pression dans la chambre intermédiaire. Dans ces conditions les systèmes automatiques ont l'inconvénient de diminuer fortement les capacités d'aspiration de la pompe par rapport à celles d'une pompe à piston car il convient de tarer le clapet pour que son ouverture intervienne au plus tard avant la cavitation dans la chambre intermédiaire et au moment ou cette ouverture intervient, l'aspiration cesse immédiatement. Si la membrane n'a pas parcouru la totalité de sa course d'aspiration, la cylin- drée de la pompe sera affectée. Certains des systèmes commandés connus comportent un clapet coopérant avec un siège fixe au travers duquel le conduit de réalimentation débouche dans la chambre auxiliaire, le clapet étant rappelé sur son siège par un ressort et étant actionné à l'ouverture par la membrane lorsqu'elle tend à dépasser la fin de la course d'aspiration de la pompe. Dans la plupart des cas la membrane est souple et pratiquement sans rigidité. Dans certaines pompes à petit débit, la membrane mise en œuvre est une membrane quant à elle en forme de dôme ou de cône élastiquement déformable de grande raideur qui possède une mémoire de sa forme au repos, correspondant à la fin de la course d'aspiration à laquelle elle retourne élastiquement quand la pression dans la chambre intermédiaire cesse. L'invention concerne ce type de pompes dans le-quel le système de compensation est simplifié par rapport à ceux connus et rappelés ci-dessus. OBJET DE L'INVENTION C'est ainsi que l'invention a pour objet une pompe à membrane à commande hydraulique comportant une chambre de pompage ménagée entre une tête et un corps de pompe, avec une paroi mobile formée par une membrane élastiquement déformable à partir de sa forme au repos qui correspond à son état en fin de course d'aspiration 3 de la pompe, une chambre hydraulique intermédiaire à volume constant ménagée dans le corps de pompe, mitoyenne de la chambre de pompage au niveau de la membrane et comportant un piston animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur de cette chambre intermédiaire, une chambre de compensation des fuites de la chambre intermédiaire communiquant avec cette dernière par un conduit de réalimentation au travers d'un clapet unidirectionnel, caractérisée en ce que le clapet unidirectionnel est libre et sans tarage et en ce que le conduit de réalimentation aboutit en aval du clapet unidirectionnel par rapport à son sens passant, dans un canal en communication permanente avec la chambre hydraulique intermédiaire qui possède une ouverture de décharge obturée par un clapet de sécurité taré. L'invention permet de réduire à quelques centimètres cubes la capacité de la chambre de compensation pour le fluide nécessaire à la réalimentation de la chambre hydraulique intermédiaire. Cette chambre est alors faci- lement aménagée radialement dans le corps de la pompe, par exemple dans la partie de ce corps qui constitue la portée de guidage du piston de travail. Un clapet unidirectionnel libre est, au sens de l'invention un clapet totalement dépourvu de ressort de rappel sur son siège, ce qui peut être le cas lorsque ce rappel est assuré par l'effet de la force de la gravité ou un clapet assisté à la fermeture par un ressort dont le rôle est de compenser l'effet de la gravité si cette dernière a par exemple pour effet d'éloigner le clapet de son siège. De manière avantageuse, un canal de dégazage est prévu en dérivation du clapet unidirectionnel libre, entre la chambre hydraulique intermédiaire et la chambre de compensation. Dans un mode préféré de réalisation, le piston 35 est monté à coulissement dans un manchon de guidage qui 4 définit avec le corps de pompe qui le reçoit, un espace annulaire qui s'ouvre sur la chambre intermédiaire et qui forme un espace de communication de la chambre intermédiaire avec la chambre de compensation en aval du clapet unidirectionnel libre eu égard à son sens passant. Par ailleurs, la chambre de compensation comporte une partie dans laquelle s'ouvre l'ouverture de décharge, cette partie étant fermée par une paroi extérieure transparente autorisant une surveillance visuelle du contenu de cette chambre. Enfin, une partie de la chambre de compensation est réalisée entre le piston et son manchon de guidage de manière à constituer une chambre de collecte des fuites entre le piston et le manchon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi 20 lesquels : - la figure 1 est un schéma fonctionnel de la pompe selon l'invention, - la figure 2 est un plan de coupe d'une première réalisation de la pompe selon la figure 1 et la figure 2A 25 est un agrandissement partiel de cette figure 2, - la figure 3 illustre une variante de cette figure 2 avec en figure 3A un agrandissement partiel. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En se reportant à la figure 1, on constate qu'une 30 tête de pompe à commande hydraulique comporte une tête de pompage 1 qui définit avec une membrane 2 une chambre de pompage 3. La membrane 2 est élastiquement déformable à partir de sa forme au repos (celle représentée) qui cor- respond à son état en fin de course d'aspiration de la 35 pompe. La raideur de cette membrane est telle que le pou- voir d'aspiration de la pompe est défini par la capacité de la membrane à revenir par elle-même dans sa position de repos. La chambre de pompage est reliée à l'extérieur par un canal d'aspiration 4 et un canal de refoulement 5, 5 lesquels sont équipés de clapets unidirectionnels conte-nus dans des boîtes à clapets 6 et 7. La membrane constitue la paroi déformable d'une chambre hydraulique intermédiaire 8 ménagée dans le corps 9 de la pompe. Un piston 10 est animé mécaniquement par un moteur et une transmission connus en eux-mêmes, d'un mouvement de va et vient dans la chambre intermédiaire 8. Le volume de la chambre 8 est théoriquement constant et le volume balayé dans cette chambre par le piston 10 correspond à la variation de volume de la chambre de pompage 3. Le fluide contenu dans cette chambre bien qu'incompressible, voit son volume varier du fait des fuites entre le piston et le guide de son mouvement alternatif dans le corps de la pompe. En outre, le fluide de travail contient des gaz dissous qui se libèrent au cours des cycles de compression-décompression qu'il su-bit. Enfin, la chambre intermédiaire est pourvue d'une soupape de sécurité qui permet un échappement du fluide quand survient un blocage au niveau de la chambre de pompage. Le volume de la chambre 8 n'est donc pas constant et il convient de prévoir la compensation du fluide perdu par aspiration d'une quantité suffisante de ce dernier lors de la course d'aspiration du piston 10. A cet effet, la chambre intermédiaire 8 est en communication avec une capacité de réserve ou chambre de compensation 11 par un canal 12 se divisant en deux bran- ches 12a et 12b. Sur la branche 12a qui est la branche de réalimentation, on a placé un clapet unidirectionnel 13, libre, c'est-à-dire dont le clapet retombe librement sur son siège ou est rappelé par un ressort d'assistance très faible. Le sens passant est celui allant de la chambre de 6 compensation 11 vers la chambre intermédiaire 8. Sur cette branche, en dérivation du clapet 13, il existe une branche 14 qui constitue un passage de purge pour le gaz contenu dans la chambre 8. La branche 12b du canal 12 est une branche de dé-charge et comporte un clapet taré 15 qui constitue une soupape de sécurité pour la chambre 8. Ce clapet est passant dans le sens allant de la chambre 8 vers la chambre de compensation 11 si la pression dans la chambre 8 ex- cède une valeur de seuil réglable par réglage du tarage du clapet au moyen par exemple d'une vis 16. Le passage de purge pour le gaz contenu dans la chambre 8 peut être réalisée en dérivation de la soupape de sécurité comme illustré par exemple par le canal 14a. On comprend qu'une course vers l'arrière du pis-ton 10 permet le retour élastique de la membrane 3 dans sa position de repos. Si cette position est atteinte avant que le piston ait atteint son point mort arrière, il se produit une dépression dans la chambre 8 qui se traduit par l'aspiration d'un volume de liquide soutiré de la chambre 11 au travers du clapet 13. D'autre part, lors du fonctionnement de la pompe, le gaz contenu dans le liquide de travail de la chambre 8 est, au gré des cycles de compression dépression, purgé en continu par le canal 14. On aura pris la précaution, comme illustré par les figures suivantes de placer le canal 12 au-dessus de la chambre 8 de manière à profiter de l'accumulation naturelle du gaz au point haut de cette chambre. Enfin, si un blocage se produit dans la chambre de pompage, le fluide de la chambre 8 peut être évacué au travers de la soupape de sécurité 15 qui débouche dans la chambre 11. Aux figures 2 et 2A, on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. Le pis-ton 10 est monté coulissant dans un manchon de guidage 17 rapporté dans le corps de pompe 9 de sorte que ce guide 7 17 délimite du coté de la chambre intermédiaire 8 avec le corps 9 de pompe qui le reçoit, un espace annulaire 18 qui s'ouvre sur la chambre intermédiaire 8 et qui forme une partie du canal 12 ou une partie de la chambre 8. Dans cette réalisation, le manchon 17 délimite aussi avec le piston 10 une chambre de collecte 19 des fuites du liquide de travail. La chambre 8, l'espace annulaire 18 et la chambre 19 sont reliés par des canaux 20, 21 et 22 à une cavité 23 ménagée dans le corps 9 de la pompe dans laquelle un cloisonnement tubulaire 2 est logé. Ce cloisonnement dé-finit dans la cavité une chambre annulaire 25 dans la-quelle débouche le canal 20 issu de la chambre 19 de collecte des fuites. Il définit également une chambre infé- rieure 26 dans laquelle débouchent les canaux 21 et 22 issus de la chambre 8, cette chambre inférieure étant de hauteur très faible et isolée de la chambre 25 par une étanchéité métal sur métal au fond de la cavité 23. Une rainure longitudinale 27 prolonge la chambre 25 le long du cloisonnement 24. La chambre 26 communique avec la chambre 25 par un canal 28 qui comporte le clapet 13, passant dans le sens allant de la chambre 25 à la chambre 26. L'ouverture de ce clapet est assurée lorsque la force très faible du ressort de rappel 29 est vaincue, à la moindre dépression dans la chambre 26 donc dans la chambre 8. Le clapet de sécurité 15 est monté à l'intérieur du cloisonnement 24 et ferme une communication entre la chambre 26 et la chambre 25 qui, par le canal 27, commu- nique avec l'intérieur du cloisonnement 24 dans lequel est logé le ressort de rappel 30 du clapet 15 sur son siège. On constate que le clapet 13 est ici monté dans le clapet 15 et le siège du clapet 13 est porté par le clapet 15.. Le canal 28 possède donc une portion 28a qui est ménagée dans le clapet 15. 8 L'assemblage de cet ensemble de pièces dans la cavité 23 du corps 9 de pompe est assuré par un écrou de blocage 31 qui forme une cloison transversale 32 ajourée pour supporter la vis 16 de réglage du tarage du clapet 15. Cette cloison transversale est également traversée par un canal 33 issu de la rainure 27 de sorte que la chambre 25 est en communication permanente avec le volume 34 du cloisonnement tubulaire qui reçoit le ressort 30. Ainsi dans ce mode de réalisation, la chambre 11 de com- pensation est formée de tous les évidements, canaux, volumes et chambres 19, 20, 25, 27, 28 et 28a, 33, et 34 qui sont à l'atmosphère. Le canal 12 de la figure 1 est ici formé de l'espace annulaire 18, des canaux 21 et 22 aboutissant à la chambre 26 qui en forme les branches 12a et 12b. L'ensemble est surmonté d'un capot transparent 35 amovible qui permet plusieurs contrôles de la pompe. Le niveau d'huile de travail, c'est-à-dire le fluide de la chambre hydraulique intermédiaire, est réglé au remplis- sage pour être au-dessus de la cloison perforée 32. Le canal 33 débouche au-dessus de la surface libre de ce fluide. Il existe une fuite permanente de fluide le long du piston 10. Ainsi, à chaque coup de pompe le clapet de compensation 13 est décollé de son siège pour admettre un volume très faible d'huile de compensation. Au cours du fonctionnement et principalement au cours du démarrage de la pompe, les cycles compression/décompression successifs ont pour effet de chasser les gaz (air notamment) conte- nus dans l'huile en provoquant la coalescence des micro- bulles en des bulles plus importantes qui viennent se lo- ger dans la chambre 26 au voisinage immédiat du siège du clapet 13. Ainsi, à l'ouverture de ce clapet, de l'huile de compensation est admise en même temps que les bulles d'air remontent vers le haut entre le siège et le clapet 13. C'est pour cette raison que la chambre 26 est ménagée 9 au point le plus haut du canal 12 défini précédemment. On notera que dans cette réalisation le canal 14 de la figure 1 est en réalité d'existence sporadique lorsque le clapet 13 est décollé de son siège. Si pour une raison quelconque l'échappement de la chambre de pompage est fermée, la course de refoulement du piston 10 provoque le soulèvement du clapet de sécurité 15 avec remontée d'huile par la rainure 27 pour éjection contre le capot transparent 35 par le canal 33. Grâce au capot transparent 35, un opérateur peut vérifier en permanence le niveau d'huile, le dégazage du fluide de travail, le fonctionnement de la compensation et le fonctionnement de la pompe par le biais de la visualisation du fluide issu ou non du canal de décharge 33. A la figure 3, on constate que le clapet 13 est ici un clapet à bille monté de manière inverse du clapet 13 des figures 2 et 2A. La came de ce clapet est limitée par une butée 13a logée dans le clapet de sécurité 15. La chambre 25 est située sous le siège du clapet alors que la chambre 26 est au dessus de cette bille sous la butée 13a et est isolée du volume 34 du cloisonnement tubulaire 24. Comme dans la réalisation précédente, le siège du clapet 13 est porté par le clapet de sécurité 15. La figure 3A illustre la disposition du clapet 15. Le fond du cloisonnement tubulaire 24 possède un canal 40 central qui communique avec la chambre 25. Ce canal débouche dans un logement 41 du cloisonnement dans lequel est logé le clapet de sécurité 15. Le siège de ce clapet est constitué par le fond de ce logement. Au des-sus de ce siège, le clapet 15 définit une chambre annulaire 42 avec le logement dans lequel débouche la prolongation 43 du canal 21 ménagée dans le cloisonnement 24. C'est également avec cette chambre annulaire que communi- que en permanence la chambre 26 par un canal 26a au tra- 10 vers du corps du clapet 15. L'extrémité du clapet 15 en regard du fond du logement 41 est conique, ce qui permet à la pression régnant dans la chambre 26, donc dans la chambre 8, de régner dans une chambre 41a et d'être ap- pliquée sur une surface utile importante du clapet 15. Au dessus de la chambre annulaire 42, le clapet 15 coulisse dans le logement 41. On retrouve dans cette figure les éléments déjà décrits avec les mêmes références. On aura noté qu'ici le canal 27 est un perçage du cloisonnement au lieu d'une rainure périphérique et que le canal de dé-gazage 14 est ménagé entre la butée 13a et le clapet 15 de sécurité. Comme pour la réalisation précédente, on notera que le canal 12 de la figure 1 comprend les chambres ou canaux 18, 21 42 et 43. La branche 12a comprend la chambre 26 et son arrivée 26a au travers du corps du clapet 15. La branche 12b comprend la chambre 41a que forme l'espace compris entre le fond du cloisonnement 24 et la surface conique du clapet 15. De la même manière, la chambre de compensation est formée par toutes les parties du circuit hydraulique qui sont à l'atmosphère, à savoir les chambres, canaux, volumes et orifices 19, 20, 25, 27 et 34. En fonctionnement, lorsque le piston 10 se dé- place dans la direction A d'aspiration, le retour élastique de la membrane vers son état de repos est autorisé. Généralement il règne une pression supérieure à pression atmosphérique dans la chambre 8. Toutefois, comme déjà expliqué en regard de la figure 2, le volume de liquide dans la chambre 8 est inférieur à celui de la chambre, augmenté bien entendu du volume de tous les canaux et chambres annexes qui communiquent librement avec la chambre 8 à cause des fuites permanentes de ce fluide et du dégazage, la dernière partie de chaque course d'aspiration du piston provoque une dépression dans cette 11 chambre et le clapet 13 s'ouvre. Du liquide est donc ad-mis en complément dans la chambre hydraulique intermédiaire et la cylindrée de la pompe est préservée. Il se produit donc en permanence un débit de compensation ali- mentant la chambre hydraulique. Lors de la course de refoulement (sens C sur les figures) la pression dans la chambre 8 est très élevée ce qui conduit à la fermeture du clapet 13. C'est pendant cette partie de la course que les fuites se produisent. Si la pression est supérieure à une valeur critique correspondant au tarage de la soupape de sécurité, le clapet 15 s'ouvre et la surpression est évacuée en direction de l'espace 34 du cloisonnement 24 par l'intermédiaire du conduit 27. La turbulence du niveau d'huile qui s'ensuit est perçue par l'opérateur comme le signe de ce dysfonctionnement. L'un des avantages de cette architecture réside dans la compacité de l'assemblage, la chambre de compensation étant répartie dans différents logements ménagés dans le corps de la pompe et dans la soupape de sécurité. L'encombrement suivant la direction du piston de travail est ainsi réduite de la dimension correspondante de la chambre de compensation qu'il était usuel de loger entre le moteur agissant sur le piston et le corps de la pompe dans lequel est implanté la soupape de sécurité. Par ailleurs, on aura remarqué, dans les deux modes de réalisation, que le clapet 13 et le clapet de dé-charge 15 sont montés coaxiaux l'un dans l'autre, le corps du clapet de décharge portant le siège du clapet 13. En outre, l'élément de cloisonnement 24 cylindrique loge les deux clapets et est logé dans l'évidement 23 du corps de pompe qui s'étend perpendiculairement à l'axe du piston 10. Les deux fonctions, compensation et sécurité, augmentées d'une fonction de visualisation, sont assurées par un ensemble qui se monte comme une cartouche dans l'évidement transversal 24 du corps 9 de la pompe, à sa-voir l'élément de cloisonnement cylindrique 24 qui contient les deux clapets et un écrou de fixation de cet élément de cloisonnement dans la cavité 23 du corps de la pompe qui referme la chambre de compensation, qui porte les moyens de tarage de la soupape de sécurité et qui permet par un capot transparent la surveillance du fonctionnement du dispositif. REVENDICATIONS1. Pompe à membrane à commande hydraulique comportant une chambre de pompage (3) ménagée entre une tête (1) et un corps (9) de pompe, avec une paroi mobile formée par une membrane (2) élastiquement déformable à par-tir de sa forme au repos qui correspond à son état en fin de course d'aspiration de la pompe, une chambre hydraulique intermédiaire (8) à volume constant ménagée dans le corps de pompe, mitoyenne de la chambre de pompage (3) au niveau de la membrane (2) et comportant un piston (10) animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur de cette chambre intermédiaire 8), une chambre de compensation (11) des fuites de la chambre intermédiaire (8) communi- quant avec cette dernière par un conduit de réalimentation (12a) au travers d'un clapet unidirectionnel (13), caractérisée en ce que le clapet unidirectionnel (13) est libre et sans tarage et en ce que le conduit de réalimentation (12a) aboutit en aval du clapet unidirectionnel (13) par rapport à son sens passant, dans un canal (12) en communication permanente avec la chambre hydraulique intermédiaire qui possède une ouverture de décharge obturée par un clapet (15) de sécurité taré. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un canal de dégazage (14) est prévu en dérivation du clapet unidirectionnel libre (13), entre la chambre hydraulique intermédiaire (8) et la chambre de compensation (11). 3. Pompe selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que le piston (10) est monté à coulissement dans un manchon de guidage (17) qui définit avec le corps (9) de pompe qui le reçoit, un espace annulaire (18) qui s'ouvre sur la chambre intermédiaire (8) et qui forme espace de communication de la chambre inter- médiaire et la chambre de compensation (11), le clapet 14 unidirectionnel libre (13) et la soupape de décharge (15) étant placé en parallèle entre cet espace de communication (18) et la chambre de compensation (11). 4. Pompe selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que la chambre de compensation (11) comporte une partie (24) fermée par une paroi extérieure transparente (35) autorisant une surveillance visuelle du contenu de cette chambre. 5. Pompe selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce qu'une partie (19) de la chambre de compensation (11) est réalisée entre le piston (10) et son manchon de guidage (17) de manière à constituer une chambre de recueil (19) des fuites entre le piston (10) et le manchon (17). 6. Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le siège du clapet (13) uni-directionnel libre est porté par le corps du clapet de décharge (15). 7. Pompe selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que les clapets (13,15) sont coaxiaux avec leur axe commun dirigé perpendiculairement à l'axe du piston de travail (10).