Brevet FR3049314A1 — publié le 20170929

Pompe à piston mobile avec dispositif chasse-bille La présente invention concerne le domaine des pompes à piston, et plus particulièrement celles qui sont utilisées dans des applications d'aspiration/refoulement d'eau. A titre d'exemple non limitatif, les pompes d'épreuve utilisées pour tester la pression et l'étanchéité de systèmes de tuyauteries et réservoirs, basées sur une pompe à piston servant à injecter de l'eau sous pression dans de telles installations, illustrent bien l'utilité de l'invention notamment du fait du type d'usage qui en est fait. De tels outils de test ne sont en effet utilisés que périodiquement, et l'eau résiduelle se trouvant dans la pompe après qu'elle ait été déconnectée du circuit hydraulique à tester s'évapore pendant les périodes de non-utilisation, dont les durées sont variables mais peuvent être conséquentes. L'évaporation de l'eau calcaire laisse un dépôt de tartre, plus ou moins important selon la dureté de l'eau, susceptible de poser problème pour les pompes à piston dotées d'un clapet à bille, ce qui constitue une conception très classique et répandue. L'eau contenue entre le piston et la bille entraîne en particulier la formation d'un dépôt de tartre à cet endroit, lequel peut provoquer le collage de la bille sur son siège, empêchant ensuite toute aspiration de l'eau et rendant par conséquent la pompe inutilisable puisque le conduit d'admission d'eau est bloqué. Dans ce cas, la seule solution utilisée jusqu'ici pour rendre la pompe à nouveau fonctionnelle est de la démonter, et de déloger la bille par une action mécanique directe 3049314 2 manuelle ou à l'aide d'un outil. Une telle opération peut s'avérer plus ou moins fastidieuse selon la conception de la pompe et sa démontabilité. Elle représente en tout état de cause une perte de temps lorsqu'elle s'ajoute au reste 5 des manipulations à effectuer au cours d'une opération de vérification d'un circuit hydraulique. La présente invention remédie à cet inconvénient, en proposant une pompe auto-débloquante, c'est-à-dire dont la structure même intègre une solution au problème du collage 10 des billes de clapets sur leurs sièges. L'application de cette solution au cours de l'utilisation normale de la pompe en garantit un fonctionnement correct dans la durée, ce qui signifie en pratique que les déplacements attendus de la bille correspondant aux différentes phases 15 d'aspiration/refoulement ont bien lieu. L'invention s'applique à des pompes à piston par ailleurs bien connues, dont le piston est mobile dans une chemise définissant avec une première surface d'extrémité du piston une chambre d'admission d'un fluide de volume 20 variable selon la position du piston. La chambre d'admission présente un conduit d'admission du fluide, débouchant dans une paroi de la chambre et comportant un clapet à bille muni d'un siège disposé au débouché du conduit. La bille du clapet est apte à obturer ledit 25 conduit en une première position de fermeture au contact du siège. La bille obture le clapet sous l'effet de la gravité dans un premier temps, puis sous l'effet de la pression due au déplacement du piston vers le conduit, qui la maintient au contact du siège. Ladite bille est déplaçable à distance 30 dudit siège en une seconde position d'ouverture du conduit, sous l'effet d'une dépression créée dans la chambre 3049314 3 d'admission par éloignement du piston. La structure et le fonctionnement des pompes éligibles à l'invention sont par conséquent très classiques, comme cela ressort du bref exposé ci-dessus. 5 L'invention est telle qu'elle comporte des moyens de déloger la bille de sa position de fermeture sur son siège en l'absence de dépression. En d'autres termes, ce ne sont pas les contraintes mécaniques employées par le système en fonctionnement 10 normal, à savoir principalement la dépression créée dans la chambre d'admission lorsqu'on déplace le piston dans la direction d'un agrandissement de ladite chambre, qui sont utilisées pour déloger la bille lorsqu'elle est collée sur son siège, mais d'autres moyens propres à l'invention et 15 qui sont au contraire mis en oeuvre en l'absence de dépression dans ladite chambre. Plus précisément, lesdits moyens de déloger la bille consistent en une excroissance dépassant de la première surface d'extrémité du piston, dont l'extrémité libre 20 présente une forme exerçant une action sur la bille générant une composante orientée dans une direction qui n'est pas confondue avec l'axe central du siège lorsqu'elle entre en contact avec ladite bille placée sur ledit siège en position d'obturation du conduit 25 d'admission. L'idée est de doter la surface du piston qui participe à la chambre d'admission d'un outil dont la structure et le placement puisse permettre une interaction mécanique avec la bille lorsqu'elle est sur son siège et, dans l'hypothèse 30 d'un collage dû à un résidu de calcaire séché entre la bille et ledit siège, que cette interaction génère un 3049314 4 effort apte à chasser la bille de son positionnement bloqué sur le siège. Selon une configuration possible, ladite excroissance peut être une tige dont l'extrémité libre est d'allure 5 tronconique. Un tel volume permet une meilleure gestion de l'interaction bille/excroissance au cours du déplacement de l'excroissance accompagnant le mouvement du piston. Les dimensions transversales de l'excroissance augmentent en effet à mesure que l'on s'écarte de son extrémité libre, et 10 une telle surface inclinée garantit l'établissement d'une force avec une composante perpendiculaire à l'axe du déplacement, susceptible de repousser la bille vers les parois latérales de la chambre lorsqu'il y a contact. En variante, ladite excroissance peut se présenter sous 15 la forme d'un téton présentant au voisinage de son extrémité libre une surface biseautée orientée vers la bille. L'inclinaison résultant du biseau a également pour effet de créer, au moment du contact, une composante de l'effort qui est orientée vers l'axe central du siège pour 20 en déloger la bille. Selon une configuration préférentielle, le conduit d'admission est en fait pratiqué dans une paroi de la chambre d'admission faisant face à la première surface d'extrémité du piston, et l'axe central dudit siège est 25 parallèle à l'axe du piston. Dans cette hypothèse, la distance entre l'axe du siège et l'axe de l'extrémité tronconique est supérieure au rayon de la bille, et les deux bordures périphériques de la surface tronconique sont situées, dans le plan desdits 30 axes, à une distance de l'axe central du siège inférieure au rayon de la bille. Le tronc de cône, en s'élargissant, 3049314 5 augmente la force de contact avec la bille à mesure que le piston est rapproché de la paroi du siège dans lequel débouche le conduit d'admission. Le contact est en théorie ponctuel, et la direction de l'effort est d'allure 5 perpendiculaire à l'inclinaison du cône, orientée vers le centre de la bille, ledit effort présentant alors une composante radiale orientée vers la bille qui est apte à la repousser hors de son siège. Toujours dans la configuration préférentielle précitée, 10 la version de l'excroissance à téton présentant au voisinage de son extrémité libre une surface biseautée est telle que les deux bordures transversales de la surface biseautée, c'est-à-dire en fait celles qui limitent ladite surface dans la direction de l'axe du piston, sont situées 15 à une distance de l'axe du siège inférieure au rayon de la bille. Cela signifie que la totalité de cette surface est susceptible de rencontrer la bille, avec un contact théorique également ponctuel et orienté vers le centre de la bille, et la force résultante présentant par conséquent 20 également une composante d'allure perpendiculaire à l'axe de la bille, en ce qu'il est considéré comme confondu avec celui du siège. Une telle composante travaille évidemment pour déloger la bille dudit siège. Selon une possibilité, ladite excroissance est rapportée 25 sur le piston par insertion dans un orifice d'allure axiale débouchant dans la première surface d'extrémité dudit piston. La tige peut être vissée, enfichée à force ou fixée par tout autre moyen dans le piston. Alternativement, l'excroissance peut être d'une seule 30 pièce avec le piston, par exemple directement obtenue par 3049314 6 usinage du piston. Cette solution est privilégiée sur le plan de l'industrialisation. L'invention concerne également une pompe d'épreuve qui obéit aux caractéristiques développées auparavant, et qui 5 comporte par ailleurs les composants propres à ce type d'outil, comme un manomètre, un réservoir d'eau, un tuyau flexible de raccordement à un circuit hydraulique à tester, au moins une valve permettant de passer du fonctionnement en testeur permettant la mise en pression au fonctionnement 10 en purge permettant le délestage en pression du circuit testé etc. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe de la variante à 15 téton biseauté, en position inactive par rapport à la bille ; - la figure 2 représente la même vue mais en position active de l'excroissance biseautée ; - la figure 3 montre en vue perspective le piston de 20 cette variante ; - la figure 4 illustre l'autre variante à excroissance dont l'extrémité libre est tronconique, en coupe identique à celles des figures 1 et 2, en position inactive de l'excroissance ; et 25 - la figure 5 montre la même coupe que la figure 4, avec l'excroissance du piston en position active par rapport à la bille. En référence aux figures 1 et 2, le piston (1) de la pompe est mobile en translation dans une chemise (2). La 30 surface d'extrémité (3) intérieure du piston (1) forme avec la paroi périphérique (4) de la chemise (2) d'une part et 3049314 7 la paroi tronconique (5) faisant face à la surface (3) d'autre part une chambre d'admission (6) pour l'eau aspirée par la pompe. Un conduit d'admission (7) débouche dans ladite chambre (6) via un siège (8) apte à recevoir une 5 bille (9), le siège (8) et la bille (9) formant un clapet d'admission à bille. La bille (9) du clapet peut prendre une première position de fermeture du conduit (7) au contact du siège (8), sous l'effet de son propre poids et ensuite de l'établissement d'une pression dans la chambre 10 d'admission (6) par exemple par déplacement du piston (1) en direction de la paroi (5). Elle peut prendre une seconde position d'ouverture dudit conduit (7) lorsqu'elle est déplacée à distance du siège (8), par exemple sous l'effet d'une dépression créée dans la chambre d'admission (6) 15 lorsque le piston (1) s'écarte de la paroi (5). Une excroissance (10) dépasse de la surface (3) du piston (1) en direction de la bille (9). Cette excroissance (10) est positionnée excentrée par rapport à l'axe central du piston (1), qui est en l'espèce confondu avec l'axe 20 central du siège (8), et son extrémité libre est placée et configurée de manière à pouvoir interagir avec ladite bille (9). Cette interaction a pour objet de repousser latéralement la bille pour la contraindre à prendre une position d'ouverture du conduit (7). Dans cette 25 perspective, l'excroissance (10) doit être telle que non seulement elle doit - au cours du déplacement du piston (1) vers la paroi (5) - nécessairement rencontrer la bille (9), mais également y exercer une action dirigée dans une direction telle qu'elle chasse la bille (9) de son siège 30 après qu'elle l'ait heurtée. 3049314 8 En figure 3, l'excroissance (10) des figures 1 et 2 apparaît plus en détail, et son caractère excentré est manifeste. Elle comporte par ailleurs, au voisinage de son extrémité libre, une surface biseautée (11) qui est 5 orientée de manière à tangenter en quelque sorte la surface extérieure de la bille (9) en vue d'y exercer une action d'allure perpendiculaire à cette surface (11) en direction du centre de la bille (9). Une telle action comporte une composante axiale, sans effet pour la fonction recherchée, 10 mais également une composante d'allure parallèle à la surface (3), c'est-à-dire transversale, apte à repousser la bille vers la paroi périphérique (4) de la chemise (2) et par conséquent à la déloger de son siège (8). La surface biseautée (11) est en l'occurrence placée de manière à être 15 en partie ou en totalité dans le périmètre occupé par la bille (9) lorsque cette dernière est en position de fermeture sur le siège (8), et ses deux bordures ou arêtes transversales (12, 13) sont par conséquent à une distance de l'axe du siège (8) (et ici du piston (1)) inférieure au 20 rayon de la bille (9). La configuration montrée dans les figures présente une symétrie de révolution et l'axe du conduit (7), du siège (8) et du piston (1) sont par conséquent confondus, mais il s'agit d'un cas particulier. La configuration des figures 4 et 5 obéit au même 25 principe, seule l'excroissance (10') étant en l'espèce différente : il s'agit d'une tige (14) dont l'extrémité libre (15) est tronconique. Comme dans la configuration précédente, l'excroissance (10') est excentrée par rapport à l'axe principal de l'ensemble piston (1) / conduit (7) / 30 siège (8). L'extrémité libre tronconique (15) est également prévue pour que l'ensemble de la surface inclinée du tronc 3049314 9 de cône puisse entrer en contact avec la surface extérieure de la bille (9), et y exercer une action vers le centre de la bille (9) comportant une composante transversale orientée de telle sorte que ladite bille (9) soit délogée 5 de son siège (8) vers la paroi (4). Cela signifie que, selon l'exemple illustré en figures 4 et 5, les deux bordures périphériques (16, 17) de la surface tronconique sont situées, dans le plan des axes de l'excroissance (10') et du siège (8), à une distance de l'axe central du siège 10 (8) inférieure au rayon de la bille (9). Dans les deux solutions à surface biseautée (11) et à extrémité libre tronconique (15), l'excroissance (10, 10') augmente de volume transversalement à mesure que l'on se rapproche de la surface (3) du piston (1) : mécaniquement, 15 cela se traduit lors du déplacement dudit piston (1) vers la paroi (5) par une augmentation de l'intensité de la composante transversale de l'action exercée sur la bille (9) à mesure que le piston s'approche de ladite paroi (5). Ainsi, même si la bille (9) est bien collée sur son siège 20 (8), les formes particulière données aux extrémités libres des excroissances (10, 10') conduisent à son expulsion sans difficultés particulières. L'interaction entre la bille (9) et les extrémités libres des excroissances (10, 10'), quelle que soit leur forme, qui se renforce à mesure que le 25 piston (1) se rapproche de la paroi (5) est bien montrée dans les figures 2 et 5. Pour s'assurer de la liberté de mouvement de la bille (9) et donc du fonctionnement correct de la pompe, il suffit de déplacer le piston (1) vers le siège (8) de la 30 bille (9). Cela peut se faire à vide, c'est-à-dire sans raccordement à un circuit de liquide, et il est recommandé 3049314 10 de procéder à cette manipulation à chaque fois que l'on va se resservir de la pompe après une période au cours de laquelle elle n'a pas été utilisée. La description ci-dessus en référence aux figures 5 annexées n'est pas exhaustive de l'invention, qui englobe les variantes de dimension et de forme par exemple des surfaces destinées à entrer en contact avec la bille ou de conception des excroissances dépassant axialement du piston. 10 REVENDICATIONS1. Pompe à piston (1) mobile dans une chemise (2) définissant avec une première surface d'extrémité (3) du piston (1) une chambre d'admission (6) d'un fluide de volume variable selon la position du piston (1), ladite chambre (6) présentant un conduit d'admission (7) du fluide débouchant dans une paroi de la chambre et comportant un clapet à bille (9) muni d'un siège (8) disposé au débouché du conduit (7), que la bille (9) du clapet est apte à obturer en une première position de fermeture au contact du siège (8, ladite bille (9) étant déplaçable à distance dudit siège (8) en une seconde position d'ouverture dudit conduit (7) sous l'effet d'une dépression créée dans la chambre d'admission (6) par éloignement du piston (1), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (10, 10') de déloger la bille (9) de sa position de fermeture sur son siège (8) en l'absence de dépression. 2. Pompe à piston (1) mobile selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits moyens de déloger la bille consistent en une excroissance (10, 10') dépassant de la première surface d'extrémité (3) du piston (1), dont l'extrémité libre présente une forme exerçant une action sur la bille (9) générant une composante orientée dans une direction qui n'est pas confondue avec l'axe central du siège (8) lorsqu'elle entre en contact avec ladite bille (9) placée sur ledit siège (8) en position d'obturation du conduit d'admission (7). 3049314 12 3. Pompe à piston (1) mobile selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite excroissance (10') est une tige (14) dont l'extrémité libre (15) est d'allure tronconique. 5 4. Pompe à piston (1) mobile selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite excroissance (10) est sous la forme d'un téton présentant au voisinage de son extrémité libre une surface biseautée (11) orientée vers la bille (9). 10 5. Pompe à piston mobile selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le conduit d'admission (7) est pratiqué dans une paroi (5) de la chambre d'admission (6) faisant face à la première surface d'extrémité (3) du piston (1), l'axe central du siège (8) étant parallèle 15 à l'axe du piston (1). 6. Pompe à piston (1) mobile selon les revendications 3 et 5, caractérisée en ce que la distance entre l'axe central du siège (8) et l'axe de l'extrémité tronconique est supérieure au rayon de la bille (9), et les deux bordures 20 périphériques (16, 17) de la surface tronconique sont situées, dans le plan desdits axes, à une distance de l'axe central du siège (8) inférieure au rayon de la bille (9). 7. Pompe à piston (1) mobile selon les revendications 4 et 25 5, caractérisée en ce que les deux bordures transversales (12, 13) de la surface biseautée (11) sont situées à une distance de l'axe central du siège (8) inférieure au rayon de la bille (9). 8. Pompe à piston (1) mobile selon l'une des revendications 30 2 à 7, caractérisée en ce que ladite excroissance (10') est rapportée sur le piston (1) par insertion dans un 3049314 13 orifice d'allure axiale débouchant dans la première surface d'extrémité (3) dudit piston (1). 9. Pompe à piston (1) mobile selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que ladite excroissance (10) 5 est d'une seule pièce avec le piston. 10. Pompe d'épreuve munie d'une pompe à piston (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.