Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02571024 2006-12-11
1
La présente invention concerne une pompe à mem-
brane à actionnement hydraulique avec protection de la
membrane en cas de fuites hydrauliques dans la chambre
d'actionnement.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Une surcourse à l'aspiration est due à un déficit
de liquide dans la chambre hydraulique d'actionnement de
la membrane. En réalité, dans certains types de pompes,
cette surcourse ne se produit pas car la membrane en fin
d'aspiration prend appui sur une surface de limitation de
la course. Il peut alors se produire des cavitations dans
la chambre hydraulique, et, en tout état de cause, la cy-
lindrée de la pompe est affectée à la baisse. Dans cer-
taines pompes où il n'y a pas de limitations mécaniques à
la course d'aspiration de la membrane, une surcourse, en
plus de l'affaiblissement des performances, peut engen-
drer une déformation et une fatigue excessive de la mem-
brane nuisibles à sa longévité.
Une surcourse au refoulement a pour cause un ex-
cès de liquide dans la chambre hydraulique d'actionnement
de la membrane. Cette situation se rencontre par exemple
lorsque la pompe est en arrêt prolongé alors que s'ins-
talle une dépression dans la chambre de travail. La cham-
bre de commande hydraulique voit son volume s'accroître
petit à petit, remplit par le fluide provenant du réser-
voir par des canaux capillaires résultant des jeux méca-
niques de fonctionnement. Au démarrage suivant, la mem-
brane peut se déchirer.
Ces phénomènes sont bien connus et il existe de
nombreux dispositifs pour y remédier. On citera des pom-
pes qui présentent une plaque ou une grille d'appui ar-
rière de la membrane et un clapet unidirectionnel de la
réalimentation taré, qui s'ouvre quand un seuil de dé-
pression est atteint dans la chambre hydraulique. Si ce
seuil est important, la détente de l'huile de la chambre
CA 02571024 2006-12-11
2
hydraulique est trop importante et la stabilité du débit
est affectée. On constate également un pic de dépression
au début de la phase d'aspiration du fait des inerties
des éléments en mouvement et une ouverture prématurée du
clapet taré qui conduit à une surcompensation nuisible au
refoulement.
Le document FR 2 557 928 comporte des moyens de
compensation des fuites qui sont automatiques compte tenu
du principe même de fonctionnement de la pompe. Ce sys-
tème est sujet également à une surcompensation.
On mentionnera également le document EP 547 404.
Le dispositif décrit met en oeuvre des clapets dont l'ou-
verture ou la fermeture est associée à une position at-
teinte par la membrane.
Ainsi, pour supprimer la surcourse de refoule-
ment, un clapet interrompt la communication entre deux
parties de la chambre hydraulique isolant ainsi le fluide
au contact de la membrane du fluide au contact du piston
lorsque la membrane a atteint une position de consigne en
fin de refoulement. L'excédent de fluide d'actionnement
est alors dérouté vers une bâche au travers d'une soupape
de décharge.
De même, pour supprimer une surcourse d'aspira-
tion, un clapet s'ouvre au moment où la membrane atteint
une position de consigne de fin d'aspiration. Cette ou-
verture met en communication la chambre hydraulique avec
une bâche d'huile par un conduit de réalimentation et un
mouvement complémentaire du piston provoque l'aspiration
d'un volume d'huile de compensation dans la chambre hy-
draulique.
Pour ce qui concerne le clapet de compensation
contrôlé ou piloté par la membrane, il est nécessaire
pour le faire changer d'état, que la membrane développe
un effort destiné à vaincre l'effort opposé d'un ressort
qui maintient le clapet dans son état d'obturation du
CA 02571024 2006-12-11
3
conduit de réalimentation. Cet effort à vaincre limite la
hauteur d'aspiration de la pompe. En d'autres termes,
dans le cas de fonctionnement de la pompe avec une dé-
pression à l'aspiration, il peut se produire un non-
fonctionnement du dispositif de compensation, une cavita-
tion prenant alors naissance dans la chambre hydraulique
d'actionnement sans que l'ouverture du clapet puisse in-
tervenir. On comprend qu'il y a grand intérêt à diminuer
la force du ressort de rappel du clapet sur son siège
pour ne pas trop pénaliser le fonctionnement de la pompe
à l'aspiration. Mais il n'est guère possible de diminuer
cette force au-dessous d'une valeur correspondant à une
pression de 0,3 bars (3 mètres de colonne d'eau ou 300
hectopascals).
Les pompes à membrane équipées d'un système de
compensation des fuites piloté par la membrane ont donc
un pouvoir d'aspiration médiocre.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention concerne une pompe dans la-
quelle la compensation des fuites de la chambre hydrauli-
que est pilotée et le pouvoir d'aspiration nettement amé-
lioré.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention a donc pour objet une pompe à mem-
brane comportant, dans un corps, une chambre de commande
hydraulique disposée entre un piston à mouvement alterna-
tif et la membrane, la pompe comprenant des moyens de
compensation des fuites de la chambre hydraulique avec un
conduit de réalimentation débouchant dans la chambre hy-
draulique au travers d'un obturateur de compensation pi-
loté à l'ouverture par la membrane.
Conformément à une caractéristique principale de
l'invention, l'obturateur de compensation susdit est ma-
noeuvré par appui de la membrane sur une extrémité libre
d'une tige de sa commande tandis que la membrane est sou-
CA 02571024 2006-12-11
4
mise à l'effort d'un ressort d'assistance à l'aspiration
qui coopère avec l'obturateur susdit pour le rappeler
dans son état de fermeture en repoussant l'extrémité li-
bre de la tige en direction de la membrane, ce ressort
formant avec l'obturateur un équipage mobile déplacé sans
être déformé par la membrane lors d'une surcourse d'aspi-
ration.
Le ressort d'assistance à l'aspiration s'appuie,
à l'opposé de l'obturateur, sur un épaulement situé à
l'extrémité d'une tige solidaire de la membrane et
s'étendant à partir de celle-ci dans la chambre hydrauli-
que de la pompe.
Cette disposition particulière a pour avantage
d'affranchir l'ouverture de l'obturateur de compensation
de tout effort qui est nécessaire à son maintien dans son
état de fermeture. On augmente ainsi la hauteur d'aspira-
tion qui devient proche de dix mètres de colonne d'eau
contre sept mètres habituellement. L'obturateur et
l'épaulement se déplacent le long d'une direction qui est
celle du débattement de la membrane.
En fonctionnement, la force de maintien de l'ob-
turateur de compensation dans son état de fermeture varie
en fonction de la plus ou moins grande compression du
ressort puisqu'il y a un mouvement relatif entre l'épau-
lement d'appui du ressort et l'obturateur de compensa-
tion.
Par ailleurs, l'effet de ce ressort tendant à
rappeler la membrane en position arrière, ajoute donc un
effort à vaincre lors de la course de refoulement. Cette
addition conduit au fait qu'il règne dans la chambre de
commande hydraulique une pression toujours plus élevée
que celle dans la chambre de travail, ce qui présente des
avantages notamment au niveau du dégazage d'huile de tra-
vail qui est plus faible.
CA 02571024 2006-12-11
Deux modes de réalisation sont possibles pour
l'obturateur de compensation, à savoir, une réalisation
sous forme de tiroir et une réalisation sous forme de
clapet. Par ailleurs, l'épaulement d'appui du ressort so-
5 lidaire de la membrane pourra servir de limiteur de
course de refoulement de la membrane, soit sous la forme
d'une butée, soit sous la forme d'un clapet d'isolement
d'une partie de la chambre de commande voisine de la mem-
brane de l'autre partie de cette chambre voisine du pis-
ton et pourvue d'une soupape de décharge.
D'autres caractéristiques et avantages ressorti-
ront de la description donnée ci-après d'exemples de ré-
alisation de la pompe à membrane selon l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi
lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une pompe
conforme à l'invention,
- la figure 2 illustre par une vue partielle une
variante de réalisation dans laquelle la membrane est
protégée contre les surcourses de refoulement,
- la figure 3 est l'illustration d'une variante
de réalisation de l'obturateur de compensation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
De manière connue, une pompe à membrane à com-
mande hydraulique est composée d'un corps de pompe en
deux parties 1 et 2, entre lesque=les est pincée en péri-
phérie une membrane 3.
Avec la partie 1 du corps, la membrane délimite
une chambre de pompage 4 à laquelle aboutissent un
conduit d'aspiration 5, un condui~ de refoulement 6 équi-
pés de clapets unidirectionnels non représentés.
Avec la partie 2 du corps, cette membrane déli-
mite une chambre 7 remplie d'un fluide hydraulique qui
peut être déplacé cycliquement vers l'avant (à la gauche
CA 02571024 2006-12-11
6
de la figure) ou vers l'arrière au moyen d'un piston 8
animé d'un mouvement alternatif. On réalise ainsi une
commande hydraulique de la variation du volume de la
chambre 4 de pompage.
Cette chambre 7 est équipée également de manière
connue, d'une soupape de décharge 9 qui permet de limiter
la pression de refoulement à une valeur déterminée de
sécurité et qui est souvent combinée avec un dispositif
de dégazage du fluide de commande.
On remarque sur la figure 1 que la chambre 7 pré-
sente deux parties. Une partie 7a généralement cylindri-
que du côté du piston 8, et une partie 7b s'évasant du
côté de la membrane 3. Les parties 7a et 7b sont reliées,
au travers d'une cloison 2a, par un conduit de liaison
10.
Un conduit de réalimentation 14 est ménagé dans
le corps 2 (la cloison 2a) et provient d'une bâche
d'huile 14a en comportant un clapet anti-retour 14b. Ce
conduit 14 débouche dans la chambre 7 lorsque ce débouché
est découvert par un organe d'obturation 15 qui, normale-
ment, isole le conduit 14 de cette chambre 7.
L'organe d'obturation 15 est ici un clapet équipé
d'une tige de man uvre 16 tubulaire, montée à coulisse-
ment étanche dans la cloison 2a de la partie 2 du corps
et dont l'extrémité 16a, opposée au clapet 15, est voi-
sine de la membrane 3, lorsque celle-ci parvient à proxi-
mité d'une position de consigne qu'elle atteint en fin de
course d'aspiration.
Le clapet 15 obture, en reposant sur la paroi 2a,
le débouché d'un canal annulaire 17 ménagé au moins par-
tiellement autour de la tige 16 du clapet et dans lequel
débouche l'extrémité du conduit 14. La tige 16 du clapet
15 forme un manchon dans lequel coulisse une tige 12 so-
lidaire de la membrane 3. Cette tige 12 est équipée à son
extrémité libre d'un épaulement 11 (ici en forme de clo-
CA 02571024 2006-12-11
7
che) pour former un appui pour un ressort 13 d'assistance
à l'aspiration de la membrane 3 et dont l'autre extrémité
s'appuie sur le clapet 15 tendant à le plaquer contre la
paroi 2a.
Quand la membrane 3 atteint sa position de consi-
gne, position qui correspond à la conformation au repos
de la membrane dont la raideur est telle qu'en l'absence
de toute aspiration elle tend à ouvrir le clapet 15, elle
peut donc déjà avoir déplacé ce clapet 15 et ouvert la
communication entre le conduit 14 et la chambre 7. Cette
ouverture est réalisée sans effort à vaincre car au mo-
ment du contact de la membrane avec la tige de commande
16 du clapet 15, l'effort du ressort sur le clapet 15 est
neutralisé. En effet, cet effort s'exerce alors entre
l'épaulement 11 et la membrane 3 qui forment un équipage
mobile indéformable embarquant le clapet 15. L'ouverture
du clapet de compensation ne requiert donc aucun effort
et la pression dans la chambre 7 est sensiblement égale,
pendant la phase d'aspiration, à la pression de la cham-
bre 4 de pompage, ce qui permet de réaliser des aspira-
tions sous un vide important en tout cas inférieur à 0,3
bars.
Dans le début de la course de refoulement, le
clapet 15 se ferme et il faut alors vaincre l'effort du
ressort 13 avant de pouvoir déplacer la membrane 3 vers
l'avant. Il règne alors dans la chambre 7 une pression
toujours supérieure à celle régnant dans la chambre de
pompage 4, ce qui est plutôt favorable au bon fonctionne-
ment de la pompe (moins de dégazage des gaz dissous par
exemple) . En fin de course de refoulement, l'épaulement
11 peut limiter la course de la membrane 3 en prenant ap-
pui sur le clapet 15 ou sur la paroi 2a.
Dans la variante représentée à la figure 2,
l'épaulement 11 est en forme de cloche lla qui forme un
clapet susceptible de fermer le débouché du canal 10 dans
CA 02571024 2006-12-11
8
la partie 7a de la chambre hydraulique et qui isole la
partie 7b de cette partie 7a lorsque la membrane 3 dé-
passe une position de consigne en fin de refoulement.
Cette partie 7a est en communication permanente avec le
clapet de décharge 9, si bien qu'une poursuite de la
course du piston 8, alors que la position de fin de re-
foulement est atteinte par la membrane 3, conduit à déri-
ver l'excès de fluide au travers du clapet de décharge 9
vers une bâche d'huile.
A la figure 3, l'organe d'obturation 15 est cons-
titué par un tiroir 18 monté à coulissement dans un alé-
sage de la cloison 2a du corps 2 de la pompe. Le tiroir
18 est tubulaire avec une collerette 19 à son extrémité
opposée à la membrane, sur laquelle s'applique le ressort
13 s'appuyant par ailleurs sous l'épaulement 1l (clapet
lia), tendant ainsi à plaquer la collerette 19 contre la
cloison 2a du corps 2 qui est traversée par le conduit de
liaison 10. Le tiroir 18 est à diamètre extérieur étagé
de sorte qu'une portion 18a de grand diamètre recouvre le
débouché du conduit 14 dans l'alésage lorsque la colle-
rette 19 est en appui sur la cloison 2a. Lorsque la col-
lerette 19 est éloignée de la cloison 2a, la portion 18b
de petit diamètre du tiroir 18 découvre le débouché du
conduit 14 et la chambre 7 peut être réalimentée par as-
piration.
Le tiroir 18 forme un manchon dans lequel cou-
lisse la tige 12 du clapet lia ou de l'épaulement 11. Son
extrémité 18c opposée à la collerette 19 est située à
proximité de la position de consigne atteinte par la mem-
brane 3 en fin de course d'aspiration.
Le débouché du conduit 14 dans l'alésage de la
cloison 2a est découvert dès que la membrane 3 a atteint
sa position de consigne en fin d'aspiration, c'est-à-dire
dès qu'elle vient au contact de l'extrémité 18c du tiroir
18 avec les mêmes effets que ceux décrits en regard des
CA 02571024 2006-12-11
9
figures 1 et 2.
Revenant à la figure 1, on constate que la partie
2 du corps de pompe constitue l'enceinte de la chambre
hydraulique 7. Cette enceinte appartient à un bâti géné-
ral 20 qui forme également support pour un moteur d'en-
traînement 21 et carter pour un mécanisme de transmission
du moteur 21 au piston 8, mécanisme qui n'est pas repré-
senté et qui généralement consiste en un système roue et
vis sans fin, la roue étant équipée d'un excentrique
d'entraînement alternatif du piston.
Ce carter contient également un bain d'huile 22
de lubrification du mécanisme de transmission. Le carter
communique avec la bâche 14a de la partie 2 du corps
de pompe par l'intermédiaire d'un filtre 23. Ainsi, lors-
15 qu'il y a une demande de compensation dans la chambre 7,
le fluide est soutiré de la bâche 14a qui en conséquence
se complète par de l'huile de lubrification tirée du fil-
tre 23 elle-même provenant du bain 22 dans le carter 20.
On notera sur cette figure que le fluide de la chambre 7
20 dérivé par la soupape de décharge 9 retourne au carter 20
dans le bain 22.
Cette disposition permet une construction simpli-
fiée de la pompe. En effet, les pompes de l'état de la
technique mettant en uvre un clapet de compensation pi-
loté par la membrane possèdent toutes un fluide séparé
pour la chambre de commande hydraulique, ce pour en ga-
rantir la pureté alors qu'un fluide de lubrification se
charge progressivement de particules provenant des pièces
lubrifiées en mouvement. Pour pouvoir préserver une hau-
teur d'aspiration acceptable, le clapet taré doit être
taré au minimum, d'où la mise en jeu d'efforts très fai-
bles pour obtenir des déplacements. Ces efforts peuvent
être inférieurs à ceux nécessaires pour vaincre des ef-
forts de frottements intempestifs engendrés par d'éven-
tuelles particules qui viendraient bloquer le clapet. Les
CA 02571024 2006-12-11
moyens de l'invention ont permis de s'affranchir du res-
sort de rappel du clapet et de sa force pour la compensa-
tion : cela a permis de pouvoir admettre un fluide moins
purifié.
