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CA 02767332 2012-01-05
WO 2010/012887 PCT/FR2009/000915
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POMPE A MEMBRANE ONDULANTE DE RENDEMENT AMELIORE
La présente invention concerne une pompe à membrane ondulante de
rendement amélioré.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
On connaît, par exemple du document FR2744769, des pompes à
membrane ondulante montée pour onduler entre deux flasques sous l'action d'au
moins
un actionneur électromagnétique linéaire en vue de transférer du fluide d'une
entrée de la
pompe à une sortie de la pompe entre la membrane et les flasques.
La membrane est fixée sur un support de membrane rigide. La partie mobile
de l'actionneur est en général attelée directement au support de membrane et
provoque
une oscillation transversale du bord externe de la membrane qui provoque à son
tour des
ondulations de la membrane perpendiculairement à son plan qui ont pour effet
de
propulser le fluide de l'entrée vers la sortie de la pompe.
Le ou les actionneurs sont avantageusement choisis du type à aimants
mobiles ou encore du type réluctants. Cependant, les masses mises en mouvement
par
ce type d'actionneur sont relativement importantes car elles comprennent par
exemple,
les aimants, les supports d'aimant, les pièces de liaison au support de
membrane, les
ressorts de suspension. Dans une telle pompe, la valeur de la masse des
parties mobiles
de l'actionneur affecte le couplage de la membrane ondulante avec le fluide,
l'efficacité du
mouvement de la membrane et le rendement de la tête de pompe, limite la
fréquence de
fonctionnement possible de l'actionneur, et conduit à des bruits et des
vibrations qui
peuvent être gênantes.
L'association d'un ressort de suspension de la masse mobile ne résout pas ces
problèmes de fonctionnement.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet une pompe à membrane ondulante de rendement
amélioré, ne présentant pas les inconvénients précités.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose une pompe à membrane
ondulante montée sur un support pour onduler entre deux flasques sous l'action
d'au
moins un actionneur électromagnétique en vue de transférer du fluide d'une
entrée de la
pompe à une sortie de la pompe. Selon l'invention, la pompe comporte des
moyens
d'adaptation reliant le support de membrane et une partie mobile de
l'actionneur pour
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réduire la course de la partie mobile de l'actionneur de sorte que celle-ci
soit plus petite
que la course du support de membrane.
Une telle diminution de la course de la partie mobile de l'actionneur permet
d'améliorer le couplage de la membrane ondulante avec le fluide, l'efficacité
du
mouvement de la membrane en optimisant la force de réaction de celle-ci, et
donc
d'améliorer le rendement de propulsion. Au niveau de l'actionneur, elle permet
d'accroître
la fréquence de fonctionnement, de diminuer les pertes mécaniques liées aux
frictions et
frottements visqueux. Et bien sûr, la diminution de la course contribue à
diminuer les
vibrations générées par l'actionneur et subies par la pompe. Cette diminution
permet en
outre d'augmenter le ratio force/masse, ce qui permet de diminuer les pertes
cinétiques
liées au mouvement des masses, et donc d'augmenter le rendement global de la
pompe.
Ces améliorations conduisent à un meilleur rendement de tête de pompe et à un
actionneur moins encombrant.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les moyens
d'adaptation comportent au moins un levier dont une extrémité est articulée
sur le support
de membrane et l'autre extrémité est articulée sur un point fixe, la partie
mobile de
l'actionneur étant attelée au levier de sorte que sa course soit plus petite
que la course du
support de membrane.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lumière des figures des dessins
annexés, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un exemple de réalisation
d'une pompe selon un premier principe de mise en oeuvre de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation d'une
pompe selon un deuxième principe de mise en oeuvre de l'invention ;
- la figure 2 bis est une vue en coupe d'un deuxième exemple de réalisation
d'une pompe selon le deuxième principe de mise en oeuvre de l'invention;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'une pompe selon un
troisième principe de mise en oeuvre de l'invention ;
la figure 4 est une vue schématique en coupe d'une pompe selon un
quatrième principe de mise en oeuvre de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, et selon un premier principe de mise en oeuvre de
i l'invention, la pompe illustrée comporte deux flasques 1 généralement
discoïdales entre
lesquels s'étend une membrane ondulante 2 également discoïdale. Celle-ci est
fixée par
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son bord externe à un support de membrane 3 rigide auquel on impose des
oscillations
qui provoquent une ondulation de la membrane 2 qui force le fluide à s'écouler
depuis
une entrée 4 de la pompe vers une sortie 5. Les oscillations du support 3 de
la
membrane 2 sont générées par un actionneur électromécanique 10 selon les
dispositions
suivantes.
La pompe comporte des moyens d'adaptation, en l'occurrence ici deux
leviers 6 qui sont chacun articulés d'une part à un point fixe 7, et d'autre
part au support
de membrane 3 de la membrane. L'actionneur 10 comporte deux parties mobiles 11
qui
sont ici chacune modélisées par une masse mobile 12 associée à un ressort 13
attelé à
un point fixe et par exemple à une partie solidaire des flasques. Le ressort
13 a une
raideur telle que l'ensemble formé par la masse mobile et le ressort ait une
fréquence de
résonance proche d'une fréquence de fonctionnement de la pompe. Ici, la masse
mobile
12 est attelée au levier 6 en un point 14 situé ici entre les deux extrémités
du levier 6.
L'excitation électromagnétique de la masse mobile 12 par une bobine fixe
associée 15 qui
provoque une oscillation de la masse mobile 12 selon une direction Z
perpendiculaire au
plan moyen de la membrane 2, ce qui provoque une oscillation du support de
membrane
3 de la membrane, et, partant, des ondulations de la membrane 2 entre les
flasques 1 qui
résultent de la propagation d'une onde progressive dont la membrane est le
support. Ici,
la masse mobile 12 porte des aimants permanents.
Sur la figure 1, L est la longueur du levier (comptée parallèlement au plan
moyen de la membrane) et d la distance, comptée parallèlement à L, entre
l'extrémité fixe
du levier 6 et le point d'attelage de la masse mobile 12 de l'actionneur 10
sur le levier. On
constate ici que la distance d est inférieure à la distance L, et donc que la
course de
l'actionneur 10, qui est dans le rapport d/L avec le déplacement du support de
membrane
3 de la membrane, est donc plus petite que ce déplacement. En outre, tout se
passe
comme si la masse inertielle de valeur M du support de membrane était
augmentée d'une
quantité d.m/L où m est la valeur de la masse mobile 12. La masse inertielle
rapportée est
donc plus faible que la masse inertielle rapportée dans une pompe connue dans
laquelle
l'actionneur est attelé directement au support de membrane, qui aurait été
égale à m. Ces
dispositions contribuent à améliorer l'efficacité de la membrane, rendre
possible un
accroissement de fréquence de fonctionnement et à diminuer les vibrations de
la pompe.
Le principe de l'invention étant expliqué, la figure 2 illustre un exemple de
mise en oeuvre pratique de ce principe. Ici, le support de membrane 3 est
actionné en
deux points diamétralement opposés. Les deux leviers 6' sont ici formés dans
une seule
tôle 20 découpée et pliée à forme.
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Plus précisément, la tôle 20 comporte une partie centrale 21 formée en U
flexible formant ressort de rappel qui est fixée au corps de la pompe. Puis la
tôle 20 se
prolonge par deux bras formant leviers 6' dont les bords 22 sont repliés pour
donner une
grande rigidité en flexion aux bras. Les bras se terminent par des portions de
liaison 23 au
support de membrane. Chacun des bras est attaqué en des points 14,
sensiblement en
son milieu, par un actionneur. Ainsi, la même pièce forme à la fois levier et
ressort de
rappel. La raideur de cette partie ressort peut être fixée à une valeur telle
qu'associée à la
valeur de la masse mobile, la fréquence de résonance de cet oscillateur soit
proche de la
fréquence de fonctionnement recherchée pour la pompe.
De nombreuses variantes peuvent être réalisées dans le cadre de
l'invention, avec un ou plusieurs leviers, couplés ou non, associés ou non à
des ressorts
de rappels, les actionneurs pouvant attaquer le levier de l'autre côté du
point d'articulation
du levier sur le corps de pompe.
Selon le mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2 bis, les
bras
formant leviers 6' portent des aimants permanents 45 soumis à l'action de la
bobine 15,
de sorte que les bras lestés des aimants forment eux-mêmes la masse mobile de
l'actionneur excitée par la bobine. Les aimants 45 sont portés par les bras à
distance du
support de membrane, de préférence entre le point d'articulation du levier et
le point
d'attelage du levier au support de membrane, de sorte que la course de cette
partie
mobile est effectivement plus petite que le déplacement du support de
membrane. Cette
disposition rend l'ensemble particulièrement simple et compact.
Selon maintenant un autre principe de mise en oeuvre de l'invention illustré à
la figure 3, les moyens d'adaptation comprennent un ressort de connexion ou
suspension
25 interposé entre le support de membrane 3 et la masse mobile 12 de
l'actionneur 10. La
suspension 25 permet de diminuer la course de la masse mobile 12 de
l'actionneur, pour
une course donnée du support de membrane 3. Cette disposition conduit à un
actionneur
dont les masses mobiles 12 oscillent avec une amplitude plus faible, au moins
pour une
plage de fréquence d'excitation donnée, de sorte que les vibrations sont
diminuées. Le
ressort 13 est ici constitué d'une lame coudée élastiquement déformable.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 4, la
pompe comporte des moyens d'adaptation consistant en un adaptateur de course
pneumatique ou hydraulique 30. Ici, la masse mobile 12 affecte ici une forme
annulaire et
coulisse alternativement sous l'impulsion électromagnétique de la bobine fixe
15.
L'adaptateur de course 30 comprend une membrane A et une membrane B qui
délimitent
une chambre étanche 32 remplie de gaz ou de liquide, selon le cas. La membrane
A est
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attelée à la masse mobile 12, tandis que la membrane B est attelée au support
de
membrane 3 via un bras 34.
La membrane A comporte un bord Al qui est pincé, et possède un fond
rigide A2 formant piston attelé à la masse mobile 12 et reliée au bord Al par
un soufflet
A3. Quant à la membrane B, elle comporte un bord B1 fixe relié à un manchon
central B3
attelé au bras 34, et relié au bord B1 par un soufflet B2.
La surface de la membrane A est plus importante que la surface de la
membrane B. Ainsi, lorsque la masse mobile 12 se déplace d'une course donnée,
elle
impose au manchon B3 de la membrane B un déplacement plus important que la
course
de la masse mobile 12. Il s'ensuit que la masse mobile 12 a un déplacement
plus petit
que celui du support de membrane 3.
L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au
contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
En particulier,
bien que l'invention a été ici illustrée en application à des pompes à
membrane ondulante
discoïdale, il est bien évident que l'invention s'applique à des pompes à
membranes
ondulantes en forme de lame ou annulaires.
L'invention s'applique à tout type d'actionneur et notamment les actionneurs
linéaire ou rotatif, à déplacement angulaire...
