"Dispositif anti-érosion d'une pompe aspirante et foulante"
La présente invention a essentiellement pour objet
un perfectionnement apporté aux pompes aspirantes et foulantes
du type comportant un conduit commun d'alimentation et de décharge.
Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif antiérosion, inséré dans ledit conduit et évitant que l'écoulement
très violent de décharge, intervenant dans ledit conduit à la fin de chaque cycle de refoulement, ne provoque une érosion des parois dudit conduit et du piston lui-même.
On sait qu'un grand nombre de pompes, et notamment les pompes d'injection de carburant dans les moteurs Diesel, comprend un piston oscillant longitudinalement, avec une course de longueur constante, à l'intérieur d'un alésage formant corps de pompe.
Le piston se déplace devant l'orifice du conduit d'arrivée de fluide débouchant dans l'alésage, en dégageant ledit orifice pendant la phase d'aspiration d'une certaine quantité de fluide dans la chemise et en l'obturant pendant la phase de refoulement.
Il est également connu que dans le but de faire varier la quantité de fluide refoulé à chaque cycle, on peut pratiquer
un évidement sur la surface latérale externe du piston, ledit évidement comportant une bordure hélicoïdale dans la partie du piston qui se déplace devant l'orifice du conduit d'alimentation. Cet évidement débouche à la partie supérieure du piston de façon
à établir une communication de décharge, à un instant donné de chaque cycle, entre ladite partie supérieure et le conduit d'alimentation. Du fait que la pression de refoulement est beaucoup
plus importante que la pression d'alimentation, le fluide retourne dans le conduit d'alimentation dès que la communication de décharge est établie, c'est-à-dire dès qu'un point de la bordure hélicoïdale arrive en regard de l'orifice du conduit d'alimentation ; le refoulement est alors arrêté presque instantanément ce qui implique qu'une quantité bien déterminée de fluide, indépendante de la course réelle du piston, est refoulée par la pompe à chaque cycle.
Bien entendu, on peut ajuster ladite quantité de fluide refoulée par la pompe en faisant tourner le piston autour de son axe longitudinal de façon à retarder ou avancer le moment du passage de la bordure hélicoïdale devant l'orifice du conduit d'alimentation , provoquant de la sorte une variation de la course.utile de refoulement du piston et donc une variation de la quantité de fluide refoulée à chaque cycle. A cet effet, la partie inférieure du piston peut comporter un clavetage coulissant permettant de régler et de maintenir la position angulaire du piston dans une position prédéterminée par rapport à l'orifice d'alimentation.
La position angulaire peut aussi faire l'objet d'un asservissement notamment si la pompe est utilisée pour l'injection du carburant dans le cylindre d'un moteur Diesel où la vitesse d'oscillation du piston dans son alésage dépend également de la vitesse du moteur.
Un problème se pose cependant lorsque la pression au moment du refoulement, laquelle est déterminée par la nature du circuit dans lequel débite la pompe (force résistante de la valve d'injection, pression de l'air dans la chambre de combustion etc... est d'une intensité telle que la décharge se fait avec une très grande violence créant des tourbillons à l'intérieur du conduit d'alimentation, dans la partie de celui-ci proche de l'orifice interne. Ces tourbillons sont susceptibles de provoquer un phénomène de cavitation ou d'écaillage aussi bien sur les extrémités du conduit et dans les régions voisines de l'alésage que sur la surface du piston lui-même.
Plus précisément, comme la bordure hélicoïdale arrive en contact avec l'orifice du conduit d'alimentation, en premier lieu, à la partie inférieure de celui-ci, la direction du jet de décharge à l'intérieur du conduit est oblique et dirigée vers le haut, ce qui implique que la zone de plus faible pression où se produiront les tourbillons est sensiblement située à la partie supérieure de l'extrémité interne du conduit
<EMI ID=1.1>
On a cherché à résoudre le problème qui vient d'être mentionné en partageant le conduit d'alimentation dans le sens longitudinal de façon à délimiter une voie d'alimentation et une voie de décharge ; une communication étant établie entre les
deux voies, sensiblement au niveau de l'orifice, pour que le fluide puisse passer de la voie d'alimentation vers la voie de décharge au moment de ladite décharge, de façon à empêcher la formation de zones de faible pression et par conséquent de tourbillons. En particulier, un dispositif qui a été expérimenté comprend une paroi cylindrique coaxiale audit conduit commun, délimitant une voie (centrale) de décharge et une voie (annulaire périphérique à ladite voie centrale) d'alimentation ; le conduit commun précité débouchant dans l'alésage du piston par une ouverture de diamètre plus faible que le sien, de façon à ménager un épaulement annulaire à l'extrémité interne dudit conduit commun, sensiblement en regard de ladite voie d'alimentation et protégeant cette dernière de tout risque de décharge.
Bien entendu, une communication existe entre l'extrémité de la paroi cylindrique et l'épaulement annulaire pour permettre le passage du fluide au moment de la décharge précitée. Cependant, ce dispositif se détériore très rapidement, à cause de la faible épaisseur de l'épaulement, lequel subit une très forte érosion et déformation sous l'effet des jets violents successifs de décharge.
L'objet de la présente invention est donc plus particulièrement de proposer un nouveau type de dispositif anti-érosion susceptible d'être, inséré dans le conduit commun et dont la forme et la disposition éliminent la nécessité de l'épaulement annulaire.
Dans l'optique qui vient d'être définie, l'invention concerne donc une-pompe à débit réglable, du type comportant un piston cylindrique oscillant longitudinalement à l'intérieur d'un alésage formant chemise et comportant un conduit commun pour l'alimentation et la décharge débouchant à l'intérieur dudit alésage,
un évidement, comportant une bordure sensiblement hélicoïdale définissant la course utile de refoulement de la pompe, étant pratiqué sur la surface externe dudit piston, ladite pompe étant munie en outre d'un dispositif anti-érosion constitué par une paroi insérée longitudinalement à l'intérieur dudit conduit et définisGant une voie de retour ou de décharge du fluide et une voie d'arrivée ou d'alimentation, caractérisée en ce que ladite paroi est constituée par une cloison en forme de plaque ou de lame plate, insérée à l'intérieur dudit conduit commun.
On a de plus constaté que dans certains cas, l'assemblage serré de l'embout comportant ladite paroi, inséré dans le
<EMI ID=2.1>
tériorations de la chemise de pompe, au voisinage de l'orifice interne du conduit d'alimentation. Pour éviter cet inconvénient supplémentaire, une autre particularité avantageuse de l'invention réside dans le fait que, dans certains modes de réalisation de celle-ci, le serrage et le centrage de l'embout portant ladite paroi contre la surface interne du conduit ne se font que dans les régions de ce dernier les plus externes radialement par rapport à ladite chemise, ou même à l'extérieur de celle-ci grâce par exemple, à un prolongement dudit embout rigidement fixé à une structure externe fixe par rapport à la chemise et adjacente à celle-ci.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement
à la lecture de la description explicative qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation selon l'invention donnés uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une pompe dont le conduit commun d'alimentation et de décharge est muni d'un dispositif anti-érosion selon l'invention, représenté dans une position telle que le bord latéral de la plaque apparaisse sensiblement dans le plan longitudinal médian dudit conduit ;
- la figure 2 est une section II-II de la figure 1 où le dispositif anti-érosion apparaît dans sa vraie position par rapport à la bordure hélicoïdale dont,la projection est symbolisée par une ligne droite en traits mixtes ;
- la figure 3'est une variante du dispositif représenté sur la figure 2 ;
- la figure 4, montre un détail de la pompe représentée sur la figure 1, équipée avec la variante d'exécution de la paroi selon la figure 3, elle-même munie de la particularité avantageuse précitée selon laquelle le risque d'éclatement de la paroi de la chemise au voisinage de l'orifice interne du conduit, est éliminé ;
- la figure 5 représente une autre variante d'exécution de la particularité avantageuse précitée, appliquée' au même mode d'exécution de l'embout précité ;
- la figure 6 représente une variante d'exécution de la particularité avantageuse précitée, appliquée à un autre mode de réalisation de l'embout selon l'invention ;
et
- la figure 7 représente une vue de dessus d'une chemise de pompe entourée d'une pièce support fixe maintenant l'embout selon le mode de réalisation représenté sur la figure 6 et une variante de ce dernier représentée diamétralement opposée sur la même figure.
En se référant aux figures 1 et 2 on a représenté une pompe constituée d'une chemise 11 munie d'un alésage central 12
à l'intérieur duquel peut se déplacer le piston 13. Le clavetage coulissant, permettant la rotation du piston autour de son axe longitudinal 14 et son maintien dans une position angulaire donnée, n'est pas représenté. Le piston 13 comporte à sa partie supérieure un évidement latéral 15 dont une bordure 16 est hélicoïdale. Cette bordure est située dans la zone de débattement du piston 13 qui est normalement en regard de l'orifice interne 17 du conduit commun d'alimentation et de décharge 18 de la pompe. Ce conduit 18 compori une partie conique 19 permettant l'insertion et le positionnement correct d'un embout 20 formant l'essentiel du dispositif antiérosion ou anti-cavitation selon la présente invention.
L'embout
20 est essentiellement constitué d'un tube 31 prolongé par une cloison 21 en forme de plaque ou de lame plate partageant le conduit 18 dans le sens longitudinal et définissant de cette façon une voie de retour ou de décharge 22 du fluide et une voie d'arrivée ou d'alimentation 23. La cloison 21 est en retrait par rapport à l'orifice 17 ^du conduit commun 18, de façon à définir un passage 24 dont le rôle sera analysé plus loin. La largeur optimale de ce passage en retrait 24 est comprise, pour le type de pompe décrit, entre 0,2 et 2 mm. La figure 2 montre la véritable orientation transversale de la cloison 21 par rapport à la bordure hélicoïdale dont la projection sur un plan parallèle à une section transversale droite du conduit 18 est symbolisée par une ligne droite 25 en traits mixtes.
La figure 3 représente une variante du dispositif anti-cavitation qui présente des caractéristiques de résistance à l'usure améliorées par rapport au mode de réalisation représenté sur la figure 2. On voit que la cloison 21a est légèrement concave
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
gitudinalement à travers la voie d'alimentation 23a et prenant appui sur la surface interne du conduit 18. Comme le montrent clairement les dessins, les dispositifs anti-cavitation représentés et plus particulièrement celui de la figure 3 présentent l'avantage de se maintenir d'eux-même dans le conduit 18, par simple insertion. Ils sont de plus parfaitement interchangeables.
Le rôle de l'embout 20 formant dispositif anti-cavitatior= pendant le fonctionnement de la pompe, va maintenant être analysé.
Le piston 13 est animé d'un mouvement de va-et-vient à l'intérieur de l'alésage 12 et, selon une caractéristique habituelle pour ce type de pompe, la course du piston est constante. Le volume de fluide refoulé à chaque cycle est ajustable et dépend
de la position angulaire du piston 13 par rapport à l'orifice 17. En effet, à chaque montée du piston on peut définir une "course utile de refoulement" qui correspond au temps pendant lequel l'orifice 17 est complètement obturé par la surface latérale du piston
13. Ce temps (et par conséquent cette course utile) est variable puisqu'il dépend du moment où la bordure 16 va passer devant la partie inférieure de l'orifice 17. Il est à noter que, d'après
ce qui précède, le piston 13 est représenté dans la position angulaire correspondant à la course utile de refoulement maximum, juste à l'instant de l'amorçage du phénomène de décharge où l'excédent de fluide qui avait été aspiré se trouve repoussé
vers le conduit 18, à travers l'évidement 15. En effet, la pression de refoulement est largement supérieure à la pression d'alimentation sous laquelle est appliqué le fluide au niveau de l'orifice 17. En conséquence, dès que la communication est rétablie entre le fluide qui est en train d'être refoulé par la remontée
du piston 13 et le conduit 18 (grâce à l'évidement 15) la fraction de fluide restant,c'est-à-dire celle qui n'a pas encore été refoulée hors de la pompe , rebrousse chemin vers le conduit 18. Cependant, la différence de pression est telle que la vitesse du jet de fluide, qui suit sensiblement le trajet représenté par la flèche 30, avait tendance (en l'absence du dispositif anticavitation) à créer une zone de tourbillons dans la partie supérieure du conduit 18. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, ces tourbillons ont alors tendance à se former dans la voie de décharge 22 en dessous de la paroi 21, mais ils sont éliminés ou réduits par un apport de fluide provenant de la voie 23
et s'acheminant par le passage 24. Ainsi, les phénomènes de turbulence, brefs mais violents, qui pouvaient se produire à la fin
de chaque course utile de refoulement et provoquer une érosion ou cavitation de la partie terminale de la paroi 21, sont éliminés
ou tout au moins considérablement réduits, par l'apport de fluide provenant de la voie 23.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 4 est très voisin du précédent mais l'embout se termine par un léger retrait 40 pratiqué sur la partie terminale des ailettes. Le serrage de l'embout se fait néanmoins comme précédemment dans le conduit 18 d'alimentation et décharge, sauf pour la zone proche de
son orifice interne.
En revanche, les modes de réalisation des figures 5 à 7 permettent la fixation du dispositif dans une pièce extérieure, autour de la chemise 11, alors qu'un jeu subsiste entre ledit dispositif et la paroi du conduit d'alimentation et de décharge. Ainsi, une pièce extérieure fixe 42 a la forme d'une couronne annulaire entourant complètement la chemise 11 et le fluide envahit complètement l'espace annulaire 46. Sur la figure 5, le retrait
40a s'étend sur toute la longueur des ailettes et le fluide peut passer dans l'espace 46 grâce à plusieurs trous 49. Les figures
6 et 7 montrent une autre variante utilisant un embout dérivé de celui représenté sur la figure 2. Le fluide pénètre par le conduit courbe 45 pour remplir l'espace 46. Bien entendu, la lame 21 n'est pas en contact serré avec la paroi interne du conduit 18 puisque le serrage et le centrage de l'embout se font au niveau de la pièce extérieure fixe 42 d'une façon analogue à celle représentée sur la figure 5. Le serrage et le centrage peuvent également être améliorés grâce à un épaulement externe 47 de l'embout, coopérant avec un méplat 48 de la pièce 42.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée
aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en oeuvre si ceus-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent.
REVENDICATIONS
1. Pompe à débit réglable du type comportant un piston cylindrique oscillant longitudinalement à l'intérieur d'un alésage formant chemise et comportant un conduit commun pour l'alimentation et la décharge débouchant à l'intérieur dudit alésage, un évidement, comportant une bordure sensiblement hélicoïdale définissant la course utile de refoulement de la pompe, étant pratiqué sur la surface externe dudit piston, ladite pompe étant munie
en outre d'un dispositif anti-érosion constitué par une paroi insérée longitudinalement à l'intérieur dudit conduit commun et définissant une voie de retour ou de décharge du fluide et une
voie d'arrivée ou d'alimentation , caractérisée en ce que ladite paroi est constituée par une cloison en forme de plaque ou de lame plate, insérée à l'intérieur dudit conduit commun.,