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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX POMPES HyDRAULIQUES
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Cette invention vise à des perfectionnements relatifs aux pompes hydrauliques double effet fonctionaeant sur un rayon étendu sous pressions élevées et particulièrement, mmis non ex- clusivement, aux types actionnés à la main.
Jusqu'ici, dans le cas de pompes du type mentionne, la capacité a été relativement minime afin d'exercer un effort effectif suffisant sur la poignée opérative ou similaire, en raison du fait que quand la pression augmente, il se produit une augmentation correspondante dans l'effort opératif et conséquement il est impossible de pomper un volume plus élevé sous une pression plus basse. Si l'on prevoit à une grande capacité, quoique con- ven.ble pour un rendement à basse pression, l'effort sur la poignde opérative ou similaire devient excessif si le fonctionne- ment doit être à haute pression.
L'objet primaire de la présente invention est de presenter une pompe hydraulique dont l'effort effectif reste approximat- ivement uniforme indépendemment de la pression du rendement.
Suivant l'invention, il estprévu une soupape de dérivation chargée par un ressert qui communique avec les extrémités res- pectives du cylindre de pompe à double effet et,ladite soupape ast actionnée par la pression de refoulement qui existe dans la ligne de refoulement ou côté à haute pression, et la pression à laquelle les soupapes de dérivation s'ouvrent, est déterminée par la force exercée par le ressort, ce qui fait que le volume déplacé par la pompe dimimue quand la pression atteint une valeur prédéterminée, 'ce qui empêche qu'un effort effectif maximum soit dépasse. Cet effort maximum correspond à la pression à laquelle la soupape de dérivation s'ouvre et il est réglé au moyen du ressort.
Un trait particulier de l'invention consiste en ce qu'elle peut s'appliquer à une pompe a double effet pourvue de deux ou de plus de deux cylindres de pompe, dans laquelle une soupape de dérivation séparée chargée par un ressort dàspos4e dans un conduit
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auxiliare, est reliée fonctionnellement à chaque pompe à double effet individuellement et la tension des ressorts prévus dans les soupapes de dérivation peut être prédéterminée de telle manière que quand la pression de la pompe augmente, les soupapes de dérivation s'ouvrent successivement.
Par rapport au dessin qui montre schématiquement une simple pompe double effet et à deux cylindres actionnée à la main;
Le corps de pompe 1. est pourvu de deux cylindres de pompe parallèles 2 et 3 munis chacun d'un piston 4 et 5, effectuant un mouvement alternatif en sens opposas en raison de ce que leurs tiges 6 et 7 pourvues d'une crémaillère 8 et 9, s'engrènent en permanence avec un pignon 10 à des points diamétralement opposés.
Ce pignon 10 est fixé à l'axe 11 qui, à son tour, est monté rotativement dans le corps de pompe 1, et une poignée 12 est sertie dans l'axe 11 pour actionner la pompe manuellement.
Le corps de pompe a une entrée commune 13 qui communique par des conduits 14 et 15 avec les cylindres de pompe 2 et 3.
Des soupapes d'admission 17 et 17a sous le poids d'un ressort 'sont prévues dans le conduit 18 à chaque extrémité du cylindre de pompe. Des soupapes d'admission chargées à ressort 19 et 19a sont prévues dans le conduit 15 aux extrémités opposdes de l'autre cylindre de pompe 3, et des soupapes d'admission 20 et 20a chargées à ressort sont prévues dans le conduit 21 à chaque extrémité dudit cylindre de pompe 3. Les soupapes d'admission 16 et 16a et 19 et 19a et les soupapes de refoulement 17 et 17a et 20 et 20a sont prévues de la manière habituelle pour décharger le liquide par les conduits 18 et 21 dans un tuyau d'échappement commun 22.
Un cond.uit de dérivation séparé'!' ' 2 3 communique avec les sorties d'écoulement du cylindre de pompe 2 et un autre , conduit: de dérivation.34 communique avec les sorties d'écoule- ment du cylindre de pompe 3.
Une soupape de dérivation 25 et 25a est aménagée dans chaque
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conduit 23 et 24 et disposée de façon à ceque les tiges de soupape 25 et 25a qui s'étendent d'une face de le. soupape aboutissent aux conduits de refoulement respectifs 18 et 21 du cote de la pompe sous haute pression. Les tiges 25c qui s'étendent de la face opposée des soupapes 25 et 25a aboutissent chacune dane une cham- bre 26 et 26a à tête en forme de disque 25d, qui communique avec le cote' ou l'entrée 13 à basse pression de la pompe par les con- duits 27 et 27a reliés aux conduits 14 et 14a.
Chaque soupape de un dérivation 25 et 25a est chargée p-r/ressort hélicolde 25e aménagé dans les chambres à basse pression 26 et 26a qui actionnent les têtes 25d des tiges de soupape respectives 25c, de telle façon que les soupapes 25 et 25a ont une tension différente, de sorte que quand la pression augmente, la soupape munie du ressort le plus faible s'ouvre la.. première.
Dans l'opération l'effort appliqué à la poignée 12 force le liquide du côte' à basse pression 13 vers le cote' à haute pression 22 de la manière ordinaire. Lorsque la pression augrriente, un point est atteint auquel l'effort de levier atteint un maximum dans la ligne de refoulement.
La surface des tiges de soupape 25b est disposée en con- jonction avec la tension des ressorts, de sorte que quand la pression atteint un maximum prédterminé qui correspond à l'effort de levier maximum, la soupape de dérivation munie du ressort le plus faible, par exemple, la soupape 25 s'ouvre et conséquemment réduit la capacité de la pompe à laquelle elle est associe'e par suite du fait que le fluide peut couler à travers ladite soupape à l'opposé du cylind.re 2 et l'effort de levier se trouve ainsi réduit.
Quand la pression augmente sur le côté à haute pression, la seconde soupape de refoulement 25a est chassée de son siège lorsque le maximum prédéterminé est atteint, et alors une opération semblable a lieu avec la seconde pompe, comme il est décrit ci-dessus par rapportaà la soupape de refoulement 25
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et alors le fluide peut s'écouler et passer la soupape 25a par le conduit 24 pour aller vers les extrémités respectives du cylindre de pompe 3.
Grace à cette disposition, l'effort de levier ne dépasse jamais une puissance prédéterminée et par conséquent la variation de l'effort appliqué au levier est relativement faible pendant toute la durée du pompage en raison,de ceque le volume déplacé par la pompe est réduit prdportionellement à l'augmentation de pression.
Les dimensions et le fonctionnement des soupapes de dérivation
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25 et 25a peuvent être repre'sentées par Inéquation suivante :- Soit L = la distance parcourue par chaque coup de piston.
A1 = la surface en coupe d'un piston
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"2 = ' Il .. Il de la tige de piston de la surface n .a3 - , 10 " " " l'autre piston -'1.4 '= 1/ 1 Il '1 " la tige de piston de la surface
K = la 'bras de levier entre le levier de manoeuvre ee les tiges de piston Soit P1 = la pression de refoulement à partir de zéro jusqu'à l'ouverture de la première soupape de dérivation
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'P2 = la pression de refoulement a partir de l'ouverture de la premire soupape de dérivation jusqu'à l'ouverture de la seconde soupape de dérivation
P3 = la pression de refoulement à partir de l'ouverture de la seconde soupape jusqu'à la pression effective maxima Or,,avec les deux soupapes de dérivation fermées: .
Quand le levier opdratif se déplace vers la gauche
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- L(AI +- .A3 - A4) ...................,..1 il fi Il Il se déplace vers 1 f effprt de la gauche sur le levier = KPI (,'il + A5 - ,A4 ) 2 fi 14 se déplace vers la droite L(.A3 + "'1 - A2) ...., .................3 " fi il Il se de'place vers l'effort de la droite sur . le levier = KPl(A3 + a, -a2 ) ..........4 Alors comme l'effort sur le levier odratif.dolt être le même dans les deux dite étions 1 A3 - n4 doit être égal à a3 4- R2 a 2 = x4 ......5 Or,avec la première soupape ouverte:
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Quand le levier ope rat if se *ddplace gauche L -1 -(Al - a2) + ri3 - x4 L ( ..2 + .A3 - A4) ............... .....6 " se déplace vers l'effort de la gauche sur
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le levier = KP2(A2 + A3 - A) .........7 " ", se déplace vers la droite - L A3 ................................8 " " " " se déplace vers l'effort de la droite sur le levier = KP2 A3 ....................9 mais comme l'effort sur le levier opdratif doit être le même dans les doux directions,
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A3 doit être egal â x2 + a3 - a4 . 2 ,eui avec les deux soupapes de dérivatiob ouvertes.
Quand le levier se déplace vers lu. gauche
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L(.1 - (A1 - A2) ) = L ri2 ........................................10 Il ÎÎ ' se déplace vers l'effort de la gauche = KP3 x2 ..................................................11 If " se déplace vers la droite - L( A5 - (A3 - A4) ) = L A4 ........................................12 " " se déplace vers l'effort de la droite
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.. ICIJ 3 A4 ......................................13 mais COH1!# l'offort sur le levier doit être le méxns dans les deux directions, doit être égal à A4 Or,soit P1 max - P3 max x ,alors d'après les équations 2 et 11
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F = I'1 (xl f xg - A4 ) = K x Pl 2 mi + 113 K4 = .K x2 et comme x2 = 4 .
(/,1 + A3 - ( x - 1 ) 2 ............ , ....14 D'après les équations 7 et 1 F Kf2 ..3 Iff'3n P2 = P3 ..........................................15
A3 Or, d'après les équations 11, 14 et 15, il est possible d'établir la pompe comme' suit :
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Supposons la pression maxima = 1000 livres/pouce carré 'l'effort supposons press max = 40 livres
K = 1/10 et soit x = 2 En substituant dans l'équation 11
40 = 1000 A2 A2 = 2 pouces carres
10 En substituant dans l'équation 14
A1-A3=3x .4 = 1.2 pouces carres Alors pour la fabrication, soit A1 = A3
A1 = .6 pouces carrés
A3 = .6 pouces carrds
En substituant dans l'équation 15
P2=1000 x. 4=.667 livers/pouce carré, app.
ou si l'on décide de fixer P2 à 750 livres/pouce carré d'après l'équation 15 750 = 1000 x 4 A3 = 1000 x .4 A3 750
A3 = *5333 pouces carrés et comme A1 + A3 = 1.2
A1 = .6667 pouces carrés.
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IMPROVEMENTS RELATING TO HYDRAULIC PUMPS
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This invention is directed to improvements in double acting hydraulic pumps operating over an extended radius under high pressures and particularly, but not exclusively, hand operated types.
Heretofore, in the case of pumps of the type mentioned, the capacity has been relatively small in order to exert a sufficient effective force on the operative handle or the like, due to the fact that when the pressure increases, a corresponding increase occurs. in the operative effort and consequently it is impossible to pump a higher volume under a lower pressure. If a large capacity is expected, although suitable for low pressure performance, the strain on the operating handle or the like becomes excessive if the operation is to be at high pressure.
The primary object of the present invention is to provide a hydraulic pump whose effective force remains approximately uniform regardless of output pressure.
According to the invention, there is provided a bypass valve loaded by a spring which communicates with the respective ends of the double-acting pump cylinder and, said valve is actuated by the discharge pressure which exists in the discharge line or side. at high pressure, and the pressure at which the bypass valves open, is determined by the force exerted by the spring, so that the volume displaced by the pump decreases when the pressure reaches a predetermined value, which prevents that a maximum effective effort is exceeded. This maximum force corresponds to the pressure at which the bypass valve opens and is regulated by means of the spring.
A particular feature of the invention is that it can be applied to a double-acting pump provided with two or more pump cylinders, in which a separate bypass valve loaded by a spring is placed in a duct.
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auxiliary, is operatively connected to each double-acting pump individually and the tension of the springs provided in the bypass valves can be predetermined such that when the pressure of the pump increases, the bypass valves successively open.
Compared to the drawing which schematically shows a simple double-acting, two-cylinder hand-operated pump;
The pump body 1. is provided with two parallel pump cylinders 2 and 3 each provided with a piston 4 and 5, performing a reciprocating movement in opposite directions due to their rods 6 and 7 provided with a rack 8 and 9, mesh permanently with a pinion 10 at diametrically opposed points.
This pinion 10 is fixed to the axle 11 which, in turn, is rotatably mounted in the pump body 1, and a handle 12 is crimped in the axle 11 to actuate the pump manually.
The pump body has a common inlet 13 which communicates via conduits 14 and 15 with the pump cylinders 2 and 3.
Spring loaded intake valves 17 and 17a are provided in conduit 18 at each end of the pump cylinder. Spring loaded intake valves 19 and 19a are provided in conduit 15 at opposite ends of the other pump cylinder 3, and spring loaded intake valves 20 and 20a are provided in conduit 21 at each end. of said pump cylinder 3. The inlet valves 16 and 16a and 19 and 19a and the discharge valves 17 and 17a and 20 and 20a are provided in the usual manner for discharging the liquid through the conduits 18 and 21 in a pipe d common exhaust 22.
A separate branch pipe '!' '2 3 communicates with the flow outlets of pump cylinder 2 and another, bypass conduit. 34 communicates with the flow outlets of pump cylinder 3.
A bypass valve 25 and 25a is provided in each
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duct 23 and 24 and arranged so that the valve stems 25 and 25a which extend from one side of the. valve lead to the respective discharge conduits 18 and 21 on the side of the high pressure pump. The rods 25c which extend from the opposite face of the valves 25 and 25a each terminate in a disc head chamber 26 and 26a 25d which communicates with the side or the low pressure inlet 13 of the valve. pump via the conduits 27 and 27a connected to the conduits 14 and 14a.
Each valve of a bypass 25 and 25a is loaded by the coil spring 25e arranged in the low pressure chambers 26 and 26a which actuate the heads 25d of the respective valve stems 25c, so that the valves 25 and 25a have a different tension. , so that when the pressure increases, the valve with the weaker spring opens first.
In operation the force applied to the handle 12 forces the liquid from the low pressure side 13 to the high pressure side 22 in the ordinary manner. When the pressure increases, a point is reached at which the lever force reaches a maximum in the discharge line.
The surface of the valve stems 25b is arranged in conjunction with the tension of the springs, so that when the pressure reaches a predetermined maximum which corresponds to the maximum lever force, the bypass valve provided with the weaker spring, for example, valve 25 opens and consequently reduces the capacity of the pump with which it is associated owing to the fact that fluid can flow through said valve away from cylinder 2 and the force leverage is thus reduced.
As the pressure increases on the high pressure side, the second discharge valve 25a is forced out of its seat when the predetermined maximum is reached, and then a similar operation takes place with the second pump, as described above with respect to the discharge valve 25
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and then the fluid can flow and pass the valve 25a through the conduit 24 to go to the respective ends of the pump cylinder 3.
Thanks to this arrangement, the lever force never exceeds a predetermined power and consequently the variation in the force applied to the lever is relatively small during the entire pumping period due to the volume displaced by the pump being reduced. in proportion to the increase in pressure.
The dimensions and function of bypass valves
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25 and 25a can be represented by the following inequation: - Let L = the distance traveled by each stroke of the piston.
A1 = the cross-sectional area of a piston
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"2 = 'He .. He of the piston rod of the surface n .a3 -, 10" "" the other piston -'1.4' = 1/1 He '1 "of the piston rod of the surface
K = the lever arm between the operating lever and the piston rods Let P1 = the discharge pressure from zero until the opening of the first bypass valve
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'P2 = the discharge pressure from the opening of the first bypass valve to the opening of the second bypass valve
P3 = the delivery pressure from the opening of the second valve up to the maximum effective pressure Or ,, with the two bypass valves closed:.
When the operating lever moves to the left
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- L (AI + - .A3 - A4) ..................., .. 1 il fi Il It moves towards 1 f effprt from the left on the lever = KPI (, 'il + A5 -, A4) 2 fi 14 moves to the right L (.A3 + "' 1 - A2) ...., .............. ... 3 "fi he He moves to the effort of the right on. the lever = KPl (A3 + a, -a2) .......... 4 Then as the force on the odrative lever dolt be the same in the two said were 1 A3 - n4 must be equal to a3 4- R2 a 2 = x4 ...... 5 Now, with the first valve open:
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When the lever operates * moves left L -1 - (Al - a2) + ri3 - x4 L (..2 + .A3 - A4) ................ .... 6 "moves towards the effort of the left on
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the lever = KP2 (A2 + A3 - A) ......... 7 "", moves to the right - L A3 .................. .............. 8 "" "" moves towards the effort of the right on the lever = KP2 A3 ................ .... 9 but since the force on the operating lever must be the same in gentle directions,
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A3 must be equal to x2 + a3 - a4. 2, even with both bypass valves open.
When the lever moves to read. left
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L (.1 - (A1 - A2)) = L ri2 .................................... .... 10 He ÎÎ 'moves towards the effort of the left = KP3 x2 .............................. .................... 11 If "moves to the right - L (A5 - (A3 - A4)) = L A4 ........ ................................ 12 "" moves towards the effort of the right
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.. HERE 3 A4 ...................................... 13 but COH1! # L ' offort on the lever must be the same in both directions, must be equal to A4 Or, or P1 max - P3 max x, then according to equations 2 and 11
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F = I'1 (xl f xg - A4) = K x Pl 2 mi + 113 K4 = .K x2 and like x2 = 4.
(/, 1 + A3 - (x - 1) 2 ............, .... 14 According to equations 7 and 1 F Kf2 ..3 Iff'3n P2 = P3 .......................................... 15
A3 Now, according to equations 11, 14 and 15, it is possible to establish the pump as follows:
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Suppose the maximum pressure = 1000 pounds / square inch 'the force suppose press max = 40 pounds
K = 1/10 and let x = 2 By substituting in equation 11
40 = 1000 A2 A2 = 2 square inches
10 By substituting in equation 14
A1-A3 = 3x .4 = 1.2 square inches So for manufacturing, that is A1 = A3
A1 = .6 square inches
A3 = .6 square inches
By substituting in equation 15
P2 = 1000 x. 4 = .667 universes / square inch, app.
or if one decides to set P2 at 750 psi from the equation 15 750 = 1000 x 4 A3 = 1000 x .4 A3 750
A3 = * 5333 square inches and like A1 + A3 = 1.2
A1 = .6667 square inches.