Brevet FR3038350A1 — publié le 20170106

Pompe à piston avec un accouplement amélioré entre mécanisme et piston L'invention concerne le domaine des pompes, en 5 particulier les pompes à piston telles que les pompes à piston simple ou double effet, et les pompes à un ou plusieurs pistons plongeurs. Plus particulièrement, l'invention porte sur une pompe à piston comprenant un système d'accouplement amélioré entre le mécanisme bielle-10 manivelle et le piston. Une pompe à piston, par exemple à piston plongeur, comporte un piston coulissant le long d'un cylindre de piston. Lors de ce mouvement, le piston passe alternativement d'une phase d'aspiration à une phase de 15 refoulement pendant lesquelles le volume de la pompe change, ce qui induit une aspiration d'un fluide ou son refoulement. Le piston est entrainé en translation par un mécanisme bielle-manivelle auquel il est lié par un 20 système d'accouplement. Lors de ce mouvement, le mécanisme bielle-manivelle a une vitesse de rotation fixe, mais il génère une vitesse de translation variable qui atteint son maximum vers le milieu de la course du piston. Ainsi, en phase de refoulement, la pompe génère un pic de débit à 25 chaque fois que le piston atteint sa vitesse maximum. En conséquence, des pics de pression sont obtenus dans le système hydraulique situé en aval de la pompe. Ces pics de pression, appelés pulsations, peuvent endommager la tuyauterie et les autres composants du système 30 hydraulique. En outre, en phase d'aspiration la pompe génère des 3038350 2 pics négatifs de pression qui peuvent engendrer de la cavitation ou des pertes de charges. L'une des solutions connues pour résoudre ces problèmes consiste en l'utilisation d'un accumulateur à 5 vessie qui s'installe sur la tuyauterie en aval de la pompe. L'accumulateur permet d'absorber les pulsations, en déformant une membrane gonflée au gaz. Cependant, ce genre d'accumulateur demande une maintenance et un changement de membrane de manière régulière. En outre, le risque d'une 10 panne existe toujours, car la membrane peut être endommagée de manière imprévue. Une autre solution connue consiste en l'utilisation de filtres acoustiques, appelés aussi résonateurs, qui absorbent les pulsations par des jeux de changements de 15 section de passage du fluide. Une telle solution ne permet en général de filtrer que les pulsations de hautes fréquences. Pour avoir une efficacité améliorée, il est nécessaire d'utiliser de très gros filtres, qui sont aussi très onéreux. 20 L'objectif de la présente invention est de proposer une solution simple et peu onéreuse qui permette d'amortir les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle d'une pompe à piston. Un autre objectif de l'invention est que cette solution permette également de limiter la 25 cavitation et les pertes de charges. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une pompe à piston comprenant au moins un piston et au moins un mécanisme bielle-manivelle qui entraine ledit piston en mouvement par coulissement de ce piston le long 30 d'un cylindre de piston, le piston passant alternativement d'une phase d'aspiration d'un fluide vers l'intérieur de 3038350 3 la pompe à une phase de refoulement du fluide de la pompe, ledit piston étant lié au mécanisme bielle-manivelle par un système d'accouplement, il est caractérisée en ce que ledit système d'accouplement comporte au moins un premier ressort. La pompe à piston selon l'invention comporte donc un système de couplage entre le piston et le mécanisme bielle-manivelle qui comprend un ressort. Ainsi, à chaque fois que l'on atteint un pic de pression au niveau du système d'accouplement, le ressort se contracte. De cette façon, le ressort diminue la vitesse de translation du piston. La vitesse de translation ayant diminué, la pression diminue également. Ainsi, grâce à cette solution simple et peu onéreuse 15 on peut amortir les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle d'une pompe à piston en phase d'aspiration et en phase de refoulement. Selon une réalisation de l'invention, le premier ressort est agencé au niveau d'une première jonction du 20 système d'accouplement avec un élément du mécanisme bielle-manivelle. Dans ce cas, le premier ressort permet d'amortir les pulsations négatives générées par le mécanisme bielle-manivelle en phase d'aspiration. Ainsi, on limite la cavitation, c'est-à-dire la formation de 25 bulles dans le liquide, et les pertes de charges. On entend par pertes de charge, la baisse de la pression générée par la pompe entre l'aspiration et le refoulement. Selon une autre réalisation de l'invention, le système d'accouplement comporte un deuxième ressort agencé 30 au niveau d'une deuxième jonction avec le piston. Ce 3038350 4 deuxième ressort amortit les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle en phase de refoulement. Selon une réalisation de l'invention, au moins le premier ressort est hélicoïdal et préchargé. Dans ce cas, 5 le ressort s'enfonce seulement lorsque la pression du piston atteint une valeur supérieure à la valeur de la contrainte définie pour le ressort. Selon une réalisation de l'invention, au moins le premier ressort est constitué par au moins une rondelle de 10 Belleville. Selon une autre réalisation de l'invention, le deuxième ressort est constitué par au moins une rondelle de Belleville. L'avantage d'avoir des rondelles de Belleville comme 15 ressort réside dans le fait que celles-ci résistent plus à l'effort. Leur utilisation est en particulier intéressant pour les phases de refoulement où les efforts de poussée du piston sont relativement importants et pouvant atteindre 10000kg. A titre d'exemple, un assemblage de 20 rondelles Belleville ayant un diamètre extérieur de 70 mm, peut résister à des poussées de 15000N. Selon une réalisation de l'invention, au moins l'un des ressorts à une contrainte réglable. Dans ce cas, on peut facilement adapter la précontrainte du ressort après 25 de montage de celui-ci. Selon une application particulière de l'invention, le système d'accouplement comporte au moins un barillet, disposé de manière à recevoir le premier ressort et/ou le deuxième ressort. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et/ou avantages apparaitront à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation 3038350 5 préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'une pompe à piston selon l'invention ; 5 - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon l'axe AA' de la figure 1 ; la figure 3 est un zoom sur la partie entourée en figure 2. Un exemple de pompe à piston conforme à l'invention 10 est montré, vu de dessus, par la figure 1. Il s'agit d'une pompe à piston plongeur du type triplex, c'est-à-dire, comportant trois pistons plongeurs. Cette pompe comporte, de façon connue, une chambre de pompage 1 comprenant trois cylindres 11 de piston parallèles. Dans chacun de ces cylindres 11, un piston plongeur 12 est inséré. Ce piston plongeur 12 pouvant coulisser le long du cylindre 11. Du coté opposé, la pompe comporte trois compartiments 2 parallèles comportant chacun un mécanisme bielle-manivelle, d'un type connu. Ce mécanisme comporte un vilebrequin 21, une bielle 22 et un coulisseau 23. Chaque piston 12 est lié au mécanisme bielle-manivelle correspondant par l'intermédiaire d'un système d'accouplement 3. À titre illustratif, seul le système d'accouplement 3 liant le piston du milieu au mécanisme 25 bielle-manivelle est représenté dans la figure 1. Le système d'accouplement 3 permet de transmettre au piston 12 le mouvement de translation généré par le système bielle-manivelle, pour le faire coulisser le long du cylindre de piston 11. Ainsi, le piston 12 passe 30 alternativement d'une phase d'aspiration pendant laquelle un fluide est aspiré par la pompe à une phase de 3038350 6 refoulement pendant laquelle le fluide est refoulé par la pompe. Selon l'exemple de réalisation visible sur la figure 3, le système d'accouplement 3 comporte un premier 5 barillet 31 qui comporte une jonction avec un coulisseau 23 du mécanisme bielle-manivelle, une extrémité 231 du coulisseau 23 pouvant coulisser le long du premier barillet 31. Ce premier barillet 31 comporte en son intérieur un premier ressort 32. Le ressort 32 est de 10 préférence, mais pas nécessairement, de type hélicoïdal et également de préférence préchargé. En outre, le ressort 32 peut être remplacé par tout autre type de ressort, notamment une ou plusieurs rondelles de Belleville. Le premier barillet 31 comporte également, un élément, tel 15 qu'un écrou 33, permettant de régler la contrainte du premier ressort 32. Le ressort 32 est bloqué autour de l'extrémité 231 du coulisseau 23, entre l'écrou 33 et une rondelle 232. Cette rondelle 232 est bloquée par un circlip 233 inséré dans 20 une rainure de l'extrémité 231 du coulisseau 23, de telle sorte que la rondelle 232 soit entre le ressort 32 et le circlip 33. Le système d'accouplement 3 comporte un deuxième barillet 34, solidaire du premier barillet 31, qui comporte une jonction avec le piston 12. Une extrémité 121 du piston 12 est insérée dans le deuxième barillet 34 et fixée par des moyens de fixation 342. Ce deuxième barillet 34 comporte en son intérieur un deuxième ressort 35. Le deuxième ressort 35 est de préférence, formé par un ensemble de rondelles de Belleville 351. Le nombre de ces rondelles de Belleville 351 peut varier selon la raideur du ressort voulue. Le deuxième ressort 35 peut également 3038350 7 être remplacé par tout autre type de ressorts, notamment un ressort hélicoïdal préchargé. Le système d'accouplement 3 comporte également un deuxième écrou 36 qui se visse sur une paroi intérieure 5 341 du deuxième barillet 34 pour assurer une liaison entre le premier barillet 31 et le deuxième barillet 34. Ce deuxième écrou 36 a une forme complémentaire à celle d'une extrémité 311 du premier barillet 31, l'extrémité 311 du premier barillet 31 pouvant coulisser 10 le long de l'écrou 36 sur une distance limitée par un contact entre un épaulement 312 du premier barillet 31 et un épaulement complémentaire 361 du deuxième écrou 36. Ce deuxième écrou 36 permet également de régler la contrainte du deuxième ressort 35. 15 Lors d'un fonctionnement de la pompe, en phase d'aspiration le coulisseau 23 exerce à travers la rondelle 232 une pression dans la direction du mécanisme bielle-manivelle sur le premier ressort 32. Cette pression permet au premier ressort 32 d'entrainer l'écrou 33 qui entraine 20 avec lui le premier barillet 31 auquel l'écrou 33 est vissé. À travers l'épaulement 312 le premier barillet 31 entraine le deuxième barillet 34 par l'épaulement complémentaire 361, et le deuxième barillet 34 entraine avec lui le piston 12. Lors d'un pic de pression, 25 dépassant dans le cas d'un ressort préchargé la valeur de la contrainte du ressort, le ressort se contracte pour absorber le pic de pression et réduire la vitesse du piston 12, la rondelle 232 se rapproche alors de l'écrou 33. Par la suite, lorsque la vitesse du piston 12 baisse, 30 le premier ressort 32 se détend et la rondelle 232 revient à sa position d'origine. En phase de refoulement, le coulisseau 23 exerce une 3038350 8 pression sur le premier barillet 31 et le premier barillet 31 exerce avec son extrémité 311 une pression sur le deuxième ressort 35 qui entraine le deuxième barillet 34 et le piston 12. En cas le pic de pression dépassant la 5 contrainte supportée par le deuxième ressort 35, ce deuxième ressort se contracte pour absorber le pic de pression. Selon une variante de réalisation, le système d'accouplement 3, comporte seulement le premier ressort 32 10 ou le deuxième ressort 35. Différentes variante de réalisation son également possible sans pour autant sortir de l'invention. Par exemple, on peut avoir seulement le premier ou le deuxième barillet ou ne pas avoir de barillet. 15 REVENDICATIONS1. Pompe à piston comprenant au moins un piston (12) et au moins un mécanisme bielle-manivelle qui entraine ledit piston (12) en mouvement par coulissement de ce piston le long d'un cylindre de piston (11), le piston passant alternativement d'une phase d'aspiration d'un fluide vers l'intérieur de la pompe à une phase de refoulement du fluide de la pompe, ledit piston (12) étant lié au mécanisme bielle-manivelle par un système d'accouplement (3), caractérisée en ce que ledit système d'accouplement comporte au moins un premier ressort (32, 35). 2. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier ressort (32) est agencé au niveau d'une première jonction du système d'accouplement (3) avec un élément (23) du mécanisme bielle-manivelle. 3. Pompe à piston selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le système d'accouplement (3) comporte un deuxième ressort (35) agencé au niveau d'une deuxième jonction avec le piston (12). 4. Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins le premier ressort (32) est hélicoïdal et préchargé. 5. Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins le premier ressort (32) est constitué par au moins une rondelle de Belleville. 3038350 10 6. Pompe à piston selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisée en ce que le deuxième ressort (35) est constitué par au moins une rondelle de Belleville (351). 5 7. Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'au moins l'un des ressorts (32, 35) à une contrainte réglable. 10 8. Pompe à piston selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le système d'accouplement (3) comporte au moins un barillet (31, 34) disposé(s) de manière à recevoir le premier ressort (32) et/ou le deuxième ressort (35). 15