Brevet FR3053743A1 — publié le 20180112

POMPE A LOBES Domaine de l'invention La présente invention concerne une pompe à rotor et clapet séparateur perfectionnée. Les pompes à lobes comportent un stator dans lequel tourne un rotor muni de lobes adaptés à pousser un matériau liquide ou pâteux le long de la paroi du stator vers une sortie de la pompe. L'invention permet notamment de pomper un matériau liquide ou pâteux et notamment un liquide comprenant des éléments solides comme par exemple le produit de la vendange pour la fabrication du vin. Arrière plan technologique Les pompes volumétriques comportent notamment les pompes à rotor et clapet et les pompes comportant deux rotors imbriqués. La présente invention traite des pompes à rotor et clapet. Le document FR 2 622 935 Al décrit une pompe pour matériau liquide ou pâteux notamment produit de vendange et comportant un stator formant une cavité et un rotor dans la cavité, le rotor étant d'un rotor ovoïde ou équilatéral de poussée du matériau le long d'une paroi de la cavité autour du rotor vers une sortie radiale de la cavité, la pompe comportant en outre un clapet pourvu d'une terminaison libre de suivi de la périphérie des lobes. Il existe en outre des pompes à double rotor et clapets comme connu du 20 document FR 2645 915 Al. Les pompes à rotor unique de l'art antérieur comportent un clapet rappelé par un ressort métallique hélicoïdal fortement sollicité lors de la rotation du rotor et susceptible de casser. 3053743 2 De plus si l'on cherche à rendre le débit de la pompe plus régulier et donc à accroître le nombre de poussées et donc le nombre de lobes par tour du rotor, la fréquence des battements du clapet est accrue, pour une vitesse de rotation du rotor donnée, et la fatigue du ressort augmente ce qui peut conduire à des 5 ruptures encore plus fréquentes de tels ressorts. Brève description de l'invention La présente invention a pour but principal d'améliorer le fonctionnement de pompes à rotor et clapet et propose pour ce faire une pompe pour matériau liquide ou pâteux, comportant un stator formant une cavité et un rotor dans la cavité, le 10 rotor comportant des sommets de poussée du matériau le long d'une paroi de la cavité autour du rotor vers une sortie de la cavité, la pompe comportant en outre un clapet séparateur pourvu d'une terminaison libre de suivi de la périphérie du rotor et d'une terminaison articulée sur un axe, pour laquelle le clapet comporte un dispositif de rappel adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie du 15 rotor, le dispositif de rappel étant un dispositif ressort/amortisseur élastomère, monté sur l'axe de la terminaison articulée, et comportant des éléments élastomères précontraints placés entre un boîtier extérieur et un élément pivotant solidaire et en prolongement de l'axe de la terminaison articulée du clapet. Préférablement, le rotor comporte deux à quatre lobes et avantageusement, 20 le rotor comporte au moins trois lobes. Selon un mode de réalisation avantageux, les sommets des lobes du rotor sont reliés par des faces concaves du rotor réduisant l'encombrement du rotor dans la cavité pour accroitre le volume disponible pour le produit pompé. Préférablement, la terminaison libre du clapet comporte un renflement de 25 déport du corps du clapet par rapport à la périphérie du rotor ledit renflement étant asymétrique par rapport au plan tangent au clapet au niveau de l'extrémité libre du clapet et qui préférablement ne dépasse de la surface du clapet que du côté du clapet en contact avec le rotor. Ce renflement réalisé à l'extrémité de la face du clapet en contact avec la périphérie du rotor permet d'accroître le volume des 30 cavités entre les sommets des lobes du rotor en évitant un décollement de l'extrémité du clapet en contact avec la périphérie du rotor lors du passage des sommets des lobes sous le clapet. 3053743 3 Avantageusement, le renflement est arrondi. Selon un mode de réalisation particulier, l'axe du clapet comporte un prolongement à chacune de ses extrémités et un dispositif ressort/amortisseur élastomère sur chaque prolongement. 5 Avantageusement et dans le cadre d'un rotor comportant au moins trois lobes, l'entrée du matériau dans la pompe se fait parallèlement à l'axe du rotor par une l'ouverture d'entrée, la surface de l'ouverture d'entrée de la pompe étant plus large que la surface ouverte entre deux sommets de lobes successifs. Plus particulièrement, l'ouverture d'entrée peut notamment être conformée 10 en secteur annulaire dans un plan perpendiculaire à l'axe du rotor et s'étend sur un secteur angulaire de plus de 180°. De manière avantageuse, la pompe peut comporter des moyens de réglage de la position angulaire du ou des boîtiers extérieurs du ou des ressorts/amortisseurs et ainsi de plus ou moins pré-contraindre les éléments 15 élastomères pour régler la force d'appui du clapet sur le rotor. L'invention s'applique notamment à un dispositif de pompage notamment pour la vendange comportant une pompe selon l'invention et un dispositif d'alimentation de la pompe à vis sans fin. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent: en figure 1: une vue en perspective d'une pompe selon un premier mode de réalisation de l'invention; en figure 2: un détail de la pompe de la figure 1 en perspective; en figure 3: une vue de face de la pompe de la figure 1; en figure 4A: une vue éclatée d'un dispositif clapet de l'invention; en figure 4B: un détail en vue de face d'un dispositif ressort/amortisseur de l'invention; en figure 5: une vue en perspective extérieure de la pompe de la figure 1 dispositif ressort en éclaté; 3053743 4 en figure 6: une vue de face d'une pompe selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; en figure 7: une vue de face d'une pompe selon un troisième mode de réalisation de l'invention; 5 Aux figures 8A, 8B, 8C, 8D: des vues schématiques du passage de matière dans une pompe de l'invention à trois lobes. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La présente invention concerne une pompe pour matériau liquide ou pâteux tel que par exemple un produit de vendange. 10 La pompe dont un premier exemple de réalisation est représenté en perspective en figure 1 comporte un stator 1 formé par le corps de la pompe et définissant une cavité. Dans la cavité est monté un unique rotor 2a pourvu de lobes de poussée du matériau depuis une ouverture d'entrée 8 vers une ouverture de sortie 3 de la pompe. Selon l'exemple la sortie 3 est verticale et perpendiculaire 15 à l'axe du rotor. Selon cet exemple et en référence à la figure 2, le rotor comporte trois lobes 21a, 22A, 23a. Selon la vue de la figure 3 en vue de face, le rotor 2a est positionné en sorte de pousser le matériau le long de la paroi de la cavité autour du rotor vers la 20 sortie 3 de la cavité. Le rotor à lobes ou ogives tourne autour de son axe, le produit est transporté par les cavités ménagées entre les lobes sur le rotor. La pompe comporte en outre un clapet séparateur 4 qui interdit le retour du matériau vers l'entrée de la pompe et participe à la poussée du matériau vers la sortie. De retour à la figure 2, le clapet 4 est pourvu d'une terminaison libre 5 de 25 suivi de la périphérie des lobes et d'une terminaison articulée sur un axe 6, le clapet oscillant autour de l'axe 6 lors du suivi des lobes. La terminaison libre, opposée à la terminaison reliée à l'axe de rotation du clapet, doit être constamment en contact avec le rotor pour que le clapet conserve son efficacité. 30 Pour appliquer le clapet contre la périphérie du rotor, le clapet comporte un dispositif de rappel 7a, 7b adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie des lobes. 3053743 5 Selon l'invention, le dispositif de rappel est un dispositif ressort/amortisseur élastomère, monté sur l'axe de la terminaison articulée. Comme représenté à la figure 4A le dispositif de rappel comporte quatre éléments élastomère précontraints 71 placés entre un boîtier extérieur 72 fixe par rapport à la pompe et 5 un élément pivotant 73 solidaire et en prolongement de l'axe de la terminaison articulée du clapet. Les éléments élastomère précontraints sont des cylindres (par exemple des cylindres de révolution ou de section de forme générale triangulaire) qui se positionnent aux angles intérieurs du boîtier extérieur 72 et entre lesquels se 10 positionnent les coins de l'élément pivotant 73 qui est de section carrée. Selon l'exemple représenté aux figures 2, 4A et 5, l'axe 6 du clapet comporte un prolongement 6a, 6b à chacune de ses extrémités et un dispositif ressort/amortisseur élastomère 7a, 7b sur chaque prolongement. Cette configuration a l'avantage de répartir les efforts sur deux dispositifs 15 ressort/amortisseur mais il est concevable de n'en utiliser qu'un, l'une des extrémités de l'axe restant libre. Selon la figure 5 les dispositifs ressort/amortisseur sont disposés à l'extérieur de la pompe ce qui facilite leur maintenance. Les terminaisons 6a, 6b de l'axe, qui reçoivent l'élément pivotant 73, 20 dépassent des flancs 101, 102 du stator 1 de section carré. Dans l'exemple représenté, le boîtier extérieur est reçu et maintenu angulairement dans un bâti 74 solidarisé à une platine 76 pourvue d'une entretoise 75 de fixation du bâti 74. Les platines 76a, 76b sont fixées sur les flancs de la pompe avec les entretoises 75a, 75b qui reçoivent des goujons 77 sur lesquels 25 sont montés les bâtis 74a, 74b de réception et de retenue en rotation des boîtiers extérieurs 72a, 72b du dispositif. La platine 76 est fixée sur le corps de la pompe par des moyens de fixation comportant ici des vis 80 traversant des trous 78, 79 de la platine et se vissant dans des alésages sur le flanc de la pompe. De retour à la figure 4A, la platine 76 30 comporte une pluralité de trous 79 constituant des moyens de réglage de la position angulaire des boîtiers extérieurs 72 des ressorts/amortisseurs en permettant un réglage de la position angulaire de la platine par rapport à l'axe 6 3053743 6 lors de sa fixation sur le corps de pompe et ainsi de plus ou moins pré-contraindre les éléments élastomères pour régler la force d'appui du clapet sur le rotor. La figure 4B représente le dispositif ressort/amortisseur en vue de face avec les éléments élastomères précontraints 71 entre le boîtier extérieur 72 et 5 l'élément pivotant 73 monté sur et solidaire de la terminaison d'axe 6a. Le dispositif ressort/amortisseur de l'invention a plusieurs avantages. D'une part la technologie employée permet un débattement du clapet sur près de 30° tout en garantissant son appui sur le rotor. D'autre part l'utilisation d'éléments élastomères comme ressort/amortisseur offre un fonctionnement auto-amorti du 10 ressort et une solidité du dispositif très importante même en cas de rotation rapide de la pompe. Il permet de réaliser des pompes fiables non seulement à deux lobes 21b, 22b comme représenté en figure 6 mais aussi à trois lobes et même à quatre lobes 21c, 22c, 23c, 24c comme représenté en figure 7, l'augmentation du nombre de lobes permise par le perfectionnement du dispositif ressort/amortisseur 15 permettant de lisser le pompage tout en gardant un rendement important. Il est toutefois à noter que dans le cas d'un rotor à deux lobes ou ogives, l'ouverture d'entrée 81 est de surface plus réduite que pour des rotors à trois ou quatre lobes. Comme vu précédemment, le rotor comporte de deux à quatre lobes. 20 De manière préférentielle et comme par exemple représenté sur la vue de face en figure 3 le rotor comporte trois lobes 21, 22, 23 dont les sommets sont reliés par des faces concaves 25, 26, 27. Ces faces concaves permises par la plage de débattement du dispositif ressort/amortisseur réduisent l'encombrement du rotor dans la cavité ce qui accroît le volume disponible pour le produit pompé. 25 Un perfectionnement du dispositif consiste à disposer un renflement 5a sur la terminaison libre 5 du clapet afin d'écarter ou déporter la terminaison libre du clapet par rapport au lobe ce qui écarte l'ensemble du clapet. Ce renflement réalisé à l'extrémité de la face du clapet en contact avec la périphérie du rotor peut notamment être asymétrique par rapport au plan tangent 30 au clapet au niveau de l'extrémité libre du clapet. Le renflement ne dépasse de la surface du clapet que du côté du clapet en contact avec le rotor pour ne pas réduire la section de passage du matériau au dessus du clapet. 3053743 7 Ce renflement est donc dit asymétrique du fait qu'il est réalisé sur la face du clapet côté rotor. Le renflement écarte l'extrémité du clapet de la surface du lobe et évite un bâillement entre l'extrémité du clapet et le lobe lorsque les sommets des lobes passent sous le clapet. 5 Il est à noter que le renflement doit être dimensionné pour éviter d'une part un arc-boutement du clapet lorsque ce dernier se trouve dans le creux entre deux lobes et d'autre part le décollement entre le clapet et le rotor lorsque la pointe d'un lobe passe sous le clapet. Le renflement asymétrique est arrondi pour permettre un contact régulier 10 avec le rotor quelque-soit l'angle entre l'extrémité du clapet et la tangente au rotor lors de la rotation du rotor. Il est avantageusement de forme cylindrique de révolution. De manière traditionnelle, l'entrée du matériau dans la pompe se fait parallèlement à l'axe du rotor par une l'ouverture d'entrée 8. Dans le cadre de 15 l'invention pour un rotor à plus de deux lobes, la surface de l'ouverture d'entrée 8 de la pompe est plus large que la surface ouverte entre deux sommets de lobes successifs pour un rotor à plus de deux lobes. Ceci est particulièrement intéressant pour la pompe à trois ou quatre lobes. Notamment l'ouverture d'entrée 8 est conformée en secteur annulaire dans un 20 plan perpendiculaire à l'axe du rotor et s'étend sur un secteur angulaire de plus de 180° comme représenté aux figures 3 et 7 où l'on ccnstate que l'ouverture d'entrée est agrandie sous le clapet 4 et en partie inférieure de la pompe au delà de l'axe du rotor. Par contre et comme vu précédemment, pour un rotor à ogive ou à deux 25 lobes comme représenté en figure 6, l'entrée 81 est plus réduite notamment pour ne pas avoir de position du rotor pour laquelle l'entrée et la sortie sont mises en communication directe. Les figures 8A, 8B, 8C, 8D représentent une pompe à rotor trilobe en fonctionnement et permettent de visualiser le passage de la matière pompée dans 30 la pompe et le fonctionnement du clapet à renflement de déport du clapet. La figure 8A représente l'entrée d'une masse de vendange V dans la pompe par l'ouverture d'entrée 8. Dans cette position le clapet 4 est en contact 3053743 8 avec une face concave 25 de la périphérie du rotor par le bout arrondi du renflement 5a. De la vendange V entre dans la pompe entre les lobes 23 et 24 et entre les lobes 23 et 22 sous le clapet 4. Selon la figure 8B, le renflement 5a du clapet 4 se trouve au sommet du 5 lobe 22 et la vendange V passe au dessus du clapet 4. Selon la figure 8C, le sommet du lobe 22 se trouve sous le clapet 4 et le renflement 5a déporte suffisamment le clapet pour que le sommet du lobe 22 ne pousse pas le clapet 4 et ne le fasse pas décoller de la surface périphérique du rotor dans la partie concave entre les sommets 22 et 24. La vendange V remonte au dessus du clapet 10 est s'évacue de la pompe en figure 8D alors que l'extrémité du clape 4 glisse sur la face concave entre les sommets 22 et 24. L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés et le dispositif d'alimentation de la pompe est notamment dans le cas d'une pompe pour la vendange un dispositif d'alimentation à vis sans fin tel que connu dans la 15 technique considérée. REVENDICATIONS1 - Pompe pour matériau liquide ou pâteux, comportant un stator (1) formant une cavité et un rotor (2a, 2b) dans la cavité, le rotor comportant des sommets de poussée du matériau le long d'une paroi de la cavité autour du rotor vers une sortie (3) de la cavité, la pompe comportant en outre un clapet séparateur (4) pourvu d'une terminaison libre (5) de suivi de la périphérie du rotor et d'une terminaison articulée sur un axe (6), pour laquelle le clapet comporte un dispositif de rappel (7a, 7b) adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie du rotor, caractérisé en ce que le dispositif de rappel est un dispositif ressort/amortisseur élastomère, monté sur l'axe de la terminaison articulée, et comportant des éléments élastomères précontraints (71) placés entre un boîtier extérieur (72) et un élément pivotant (73) solidaire et en prolongement de l'axe de la terminaison articulée du clapet. 2 - Pompe selon la revendication 1 pour laquelle le rotor comporte deux à quatre lobes (21a, 21b, 21c, 22a, 22b, 22c, 23a, 23c, 24c). 3 - Pompe selon la revendication 1 ou 2 pour laquelle le rotor comporte au moins trois lobes (21, 22, 23). 4 - Pompe selon la revendication 3 pour laquelle les sommets des lobes du rotor sont reliés par des faces concaves (25, 26, 27) du rotor réduisant l'encombrement du rotor dans la cavité pour accroitre le volume disponible pour le produit pompé. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes pour laquelle la terminaison libre (5) du clapet comporte un renflement (5a) de déport du corps du clapet par rapport à la périphérie du rotor ledit renflement étant asymétrique par rapport au plan tangent au clapet au niveau de l'extrémité libre du clapet. 6 - Pompe selon la revendication 3 pour laquelle le renflement est arrondi. 3053743 7 - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes pour laquelle l'axe (6) du clapet comporte un prolongement (6a, 6b) à chacune de ses extrémités et un dispositif ressort/amortisseur élastomère (7a, 7b) sur chaque prolongement. 8 - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant au moins trois lobes pour laquelle l'entrée du matériau dans la pompe se fait parallèlement à l'axe du rotor par une l'ouverture d'entrée (8), la surface de l'ouverture d'entrée (8) de la pompe étant plus large que la surface ouverte entre deux sommets de lobes successifs. 9 - Pompe selon la revendication 8 pour laquelle l'ouverture d'entrée (8) est conformée en secteur annulaire dans un plan perpendiculaire à l'axe du rotor et s'étend sur un secteur angulaire de plus de 180°. 10 - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant des moyens de réglage (76, 79, 80) de la position angulaire du ou des boîtiers extérieurs (72) du ou des ressorts/amortisseurs et ainsi de plus ou moins pré-contraindre les éléments élastomères pour régler la force d'appui du clapet sur le rotor. 11 - Dispositif de pompage comportant une pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'alimentation de la pompe à vis sans fin.