Pompe à double effet avec deux diaphragmes. La présente invention a pour objet une pompe à double effet avec deux diaphragmes, dans laquelle les organes moteurs fonction nent exclusivement sous l'effet moteur d'un fluide sous pression.
On connaît des pompes alternatives à dou ble effet avec diaphragmes, dans lesquelles les diaphragmes sont reliés par une tige rigide animée l'un mouvement de va-et-vient à l'aide d'un organe mécanique approprié tel qu'une manivelle calée sur un axe porté par le corps de la pompe entre les deux pistons et rece vant un mouvement d'oscillation par une manivelle de commande extérieure. Dans de telles pompes, le mouvement alternatif imprimé aux diaphragmes met chacun de ces derniers alternativement en position d'aspira tion et de refoulement alors que l'autre est mis en position de refoulement et d'aspiration.
Bien qu'étant l'une construction simple permettant son emploi pour élever des li quides de consistance épaisse, ou chargés (le dépôts tels que, par exemple, des eaux boueuses, sans risque d'endommager l'organe de commande placé entre les diaphragmes, on ne peut songer à employer une telle pompe en l'immergeant dans le liquide à pomper à moins de prévoir un dispositif spécial pour l'entraînement de la manivelle capable de ré sister à l'attaque éventuelle dudit liquide.
On a également proposé une pompe à diaphragme dont le diaphragme est commandé par la pulsation d'un fluide sous pression, pulsation qui est commandée directement par un organe solidaire du diaphragme et qui commande l'admission de fluide sous pression lorsque le diaphragme est en position d'aspi ration et l'évacuation du fluide sous pression par aspiration lorsque le diaphragme est en position de refoulement.
Dans ces pompes automatiques, le distri buteur de fluide sous pression est constitué par un tiroir mobile dans un piston et pourvu de lumières d'admission et d'aspiration de fluide sous pression commandant le mouve ment pulsatoire du diaphragme.
Bien que présentant sur la pompe, comme rappelé ci-dessus, l'avantage de ne nécessiter aucune commande extérieure, ces pompes automatiques présentent le désavantage qui réside dans l'adjonction au distributeur d'une source d'aspiration appropriée et de tous ses organes annexes.
La pompe à double effet avec deux dia- phragnes commandés par un fluide sous pres sion, conforme à. la. présente invention, a pour objet d'obvier aux inconvénients des pompes rappelées ci-dessus et elle est, particulièrement adaptée à être employée pour élever un li quide, en particulier consommable soit par re- foulenient simple, soit par refoulement après aspiration, oit comprimer un gaz à basse et moyenne pression, en particulier:
- quand il s'agit de pomper clans les puits profonds l'eau nécessaire à. la consomma tion: - quand il s'agit de pomper des liquides spéciaux (hydrocarbures, vin, ete.) qui exigent .des manipulations à l'abri du con tact de l'air: - quand il s'agit de comprimer des gaz qu'il est nécessaire de préserver de toute souil lure pendant les opérations de compression.
Elle est caractérisée par le fait que ses deux diaphragmes sont reliés par un organe rigide et qu'elle comporte un distributeur de fluide sous pression disposé entre les deux diaphragmes et commandé par le mouvement alternatif de la liaison rigide, la disposition étant telle que le déplacement d'un des dia phragmes à sa position extrême de refoule ment met le distributeur en position d'alimen tation en fluide sous pression du second dia phragme et inversement.
Suivant une forme d'exécution de cette pompe, la commande du distributeur par le mouvement alternatif de la liaison rigide se fait par l'intermédiaire de moyens élastiques disposés entre le distributeur et cette liaison et déformés par le mouvement, de cette der nière, de manière telle que le mouvement d'in version du distributeur, après une partie du mouvement de refoulement de chaque dia phragme, est provoqué d'abord par la détente du fluide moteur agissant sur le diaphragme en mouvement de refoulement puis par la dé tente des moyens élastiques. Ces moyens élas tiques sont des ressorts.
Suivant une forme d'exécution particu lière, la pompe comportera une chambre mé diane contenant le distributeur et, de part et d'autre de cette dernière, une chambre de pompage dans chacune desquelles se déplace le diaphragme, à chacune de ces chambres étant associées une chambre d'aspiration, une chambre de refoulement, une soupape d'aspi ration contrôlant l'admission du liquide (le la chambre d'aspiration à la chambre de pom page correspondante et une soupape de refou lement contrôlant le refoulement de cette der nière chambre dans la chambre de refoule ment.
Les chambres de pompage suivant cette même forme d'exécution présentent chacune, en coupe, une forme lenticulaire constituée par deux calottes sphériques assemblées par leurs rebords annulaires et enserrant le bord périphérique du diaphragme mobile dans cette chambre, les sièges des soupapes d'aspiration et de refoulement du liquide à pomper étant prévus dans le corps de la calotte sphérique la plus éloignée de la chambre médiane, alors que dans le corps de la calotte sphérique la plus proche de cette dernière est ménagée une chambre de pression dont la paroi intérieure est pourvue de perçages pour le passage du fluide sous pression.
Enfin, suivant cette même forme d'exécu tion, le distributeur est constitué par un ro binet à quatre voies branché, d'une part, aux deux chambres de pression, et, d'autre part, à un réservoir de fluide sous pression ainsi qu'à l'atmosphère, le rotor dudit distributeur étant contrôlé par le mouvement alternatif de la tige rigide reliant les deux diaphragmes.
t1 titre d'exemple, on a décrit ci-après et représenté au dessin annexé une forme d'exé- eution de la pompe conforme à l'invention, ainsi que des variantes du distributeur.
La fig. 1 représente ladite forme d'exécu tion en coupe axiale.
Les fig. ? et 3 représentent deux autres formes d'exécution du distributeur contrôlé par le mouvement alternatif de la tige de liai son des diaphragmes.
Ainsi que cela est- visible dans ta fig. 1, la pompe généralement cylindrique comprend une chambre médiane étanche 1 contenant le distributeur et ses organes associés, des cham bres de pompage 2 et 3 symétriques par rap port au plan médian dont la trace est indiquée par la ligne @tz-m', des chambres d'admission de liquide 4 et 4', des chambres de refoule ment de liquide :5 et 5' reliées par un raccord tubulaire 6, la. chambre :
) étant pourvue d'un raccord 7 auquel vient se visser le tuyau de refoulement non représenté. Chaque chambre d'admission 4 et -l' est pourvue d'un certain nombre de trous 8 par lesquels le liquide à pomper pénètre dans la pompe quand elle est immergée, lesdites chambres 4 et 4' pouvant d'ailleurs être réalisées comme les chambres 5 et :-)', clans duel cas (non représenté) elles se raient reliées par un raccord analogue à celui 7 et auquel serait branchée une crépine.
La chambre de pompage 2 est constituée par deux calottes sphériques 9 et 10 compor tant des bords périphériques 11 et 12 assem blés par des boulons 13 et enserrant le bord périphérique du diaphragme 15 mobile dans la chambre, dont la calotte 10 comporte le siège 16 d'une soupape d'admission de liquide 17 soumise clans le sens de l'ouverture à l'action d'un ressort 18 ainsi que le siège 19 d'une soupape de refoulement 20 s'ouvrant vers la chambre de refoulement 5' contre l'ac tion d'un ressort 21, les chambres l' et 5' étant séparées par une cloison étanche 22.
Dans le corps (le la calotte sphérique 9 de rayon de courbure supérieur à celui (le la ca lotte 10 est ménagée une chambre de pression 23 communiquant, d'une part, par les trous 24 de sa paroi 2 5 avec l'intérieur de la cham bre 2 et, d'autre part, comme cela sera décrit ci-dessous, avec le distributeur.
L'organisation des chambres 3, 4 et 5 est identique à celle des chambres 2, 4' et 5', les éléments identiques étant désignés par les mêmes chiffres de référence auxquels on a adjoint des indices.
Dans les diaphragmes 15 et 15' sont noyés respectivement des disques métalliques 26 et 26' comportant un appendice fileté 27 et 27', dans lesquels est vissé une tige rigide 28 re liant lesdits diaphragmes, la tige 28 passant par des trous prévus dans les calottes 9 et 9' et garnis de cuirs emboutis 29, 29' assurant une étanchéité suffisante au passage de la tige 28 à travers les calottes 9 et 9'.
Sur la tige 28, perpendiculairement à son axe est montée une roulette à gorge 30 co opérant avec une came 31 prévue dans une plaque métallique 32 montée librement sur l'axe 33 d'un distributeur 34 dont le rotor 35 (indiqué en pointillé) est solidaire en rota tion avec une came quadrangulaire 38 montée sur l'axe 33 et portant un ergot 36 qui est logé lans une rainure circulaire 37 de ladite plaque 32. La came quadrangulaire 38, cons tituée par une plaque carrée à sommets arrondis et à côtés concaves, joue entre les branches d'un ressort 39 maintenu en place à l'aide c'un collier 40 monté sur le tuyau 41, et elle est entraînée avec le rotor dont elle est solidaire par la plaque 32 grâce à l'ergot 36.
Le distributeur 34 est constitué par un robinet à quatre voies reliées par les raccords 42 et 42' respectivement aux chambres de pressions 23 et 23' et par les raccords 43 et 44 respectivement au tuyau 45 menant à une source de fluide de commande sous pression et au tuyau 41 menant à l'atmosphère.
Il existe donc dans cette pompe deux cir cuits distincts: 1 Le circuit du liquide à pomper aspiré par les soupapes 17, 17' et refoulé par les sou papes 20, 20'.
2 Le circuit du fluide moteur, tel que l'air comprimé, provenant d'une source conve nable non représentée, amené par le raccord 45, distribué par les raccords 42, 42' aux chambres 23, 23' et évacué par le raccord 41.
Le fonctionnement de la pompe est le sui vant: Si l'on suppose la pompe immergée dans le liquide à pomper et les organes dans leurs positions représentées, les diaphragmes étant dans leur position haute, le diaphragme 15 est en fin .de refoulement et le -diaphragme 15' en fin d'admission de liquide.
Dans cette position des diaphragmes 15 et 15', le rotor se trouve dans la position repré sentée, amenant. le fluide sous pression dans la chambre 23' et. par les trous 2-I' sur le dia phragme 15', les chambres 23 et 2 du dia phragme 15 étant reliées à l'atmosphère par le tuyau 41.
Le fluide sous pression agit sur le dia- phraflane 15' qu'il déplace vers le bas et le liquide contenu dans la chambre 3 s'échappe par la soupape de refoulement 20' écartée de son siège 19' et pénètre dans la chambre de refoulement 5 d'où il est évacué par le rac cord tubulaire 6 et le tuyau de refoulement (non représenté) fixé ait raccord 7.
Au fur et à mesure que le diaphragme 15' se déplace vers sa position basse, il entraîne, par l'intermédiaire de la tige de liaison 28, le diaphragme 15 qui, quittant la calotte sphéri que 10, permet l'ouverture de la soupape d'admission 1.7 sous l'effet du ressort 18 et aspire du liquide de la chambre 4'. En cours de refoulement du liquide contenu dans la chambre 3, du liquide est admis dans la cham bre 2.
Pendant le déplacement vers le bas de la tige de liaison 28, par le plateau 26', et du diaphragme 15, par le plateau 26, la roulette 30 se déplace vers le bas, mais laisse la came 31 dans sa position haute pour venir buter contre le creux 16 de cette dernière. Pendant son déplacement ultérieur vers le bas, la rou lette 30 entraîne la came 31, de sorte que la plaque 32 tourne autour de l'axe 33 du dis tributeur tout d'abord sans déplacer la came quadrangulaire 38. Ce mouvement de la pla que 32 se poursuit sans agir sur la came qua drangulaire et sur le rotor 35 du distributeur jusqu'à mi-parcours des diaphragmes 15 et 15' dans leurs chambres respectives.
A partir de ce moment, la came quadran gulaire 38 est entraînée par la plaque 32 dont le fond de la rainure circulaire 3 7 pousse l'ergot 36. La came quadrangulaire 38 est donc entraînée en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, et comme elle est so lidaire du rotor 35, celui-ci tourne en même temps que cette came. La rotation de cette dernière et du rotor se fait contre l'action des ressorts 39, de sorte que l'admission du fluide sous pression dans la chambre de pression 23' est réduite progressivement.
Cette admission cesse complètement quand ledit rotor a atteint sa position verticale, et à cette position du rotor correspond la posi tion de la came quadrangulaire 38, dans la quelle l'une de ses diagonales est perpendicu laire aux deux lames de ressort 39. Cette po sition est une position morte, et du fait des forces de frottements élevées qui existent entre les ressorts et la came quadrangulaire, celle-ci a tendance à conserver sa position morte. L'inversion du rotor risque de ne pas se produire. Aucune alimentation en fluide moteur ne peut avoir lieu.
Le point mort est surmonté par la détente du fluide moteur précédemment amené au- dessus du diaphragme 15'. En effet, ce fluide moteur se détend au-dessus de ce diaphragme qu'il repousse vers le bas, bien qu'à ce mo ment l'alimentation en fluide moteur soit complètement arrêtée. Comme le diaphragme 15' est repoussé vers le bas, il entraîne la tige 28 et cette dernière provoque, par l'intermé diaire de la came 32, une faible rotation de la came quadrangulaire au-delà du point mort, cette came entraînant le rotor 35.
Dès que la came 38 a franchi son point mort, elle tourne brusquement de 45 dans le sens des aiguilles d'une montre, sous l'effet des branches du ressort 39, en entraînant le rotor qui aura donc, au total, tourné de 90 par rapport à sa position de la fig. 1. Dans cette nouvelle position, la chambre 23' est à l'atmosphère et la chambre 23 reliée à la source de fluide sous pression, de sorte que l'ensemble des deux diaphragmes 15, 15' se déplace vers le haut, produisant le refoulement par la soupape 20 du liquide précédemment admis clans la cham bre de pompage et l'admission par la soupape 17', soit par aspiration on par pression hydro statique, quand la pompe est immergée, du liquide dans la elambre de pompage 3,
le ro tor étant amené comme précédemment à sa position représentée en pointillé, de sorte que l'opération peut continuer.
Dans le cas ou la pompe qui vient d'être décrite est destinée à travailler en dehors du liquide à pomper, les deux chambres d'admis sion 4 et 4' sont reliées pour n'en former qu'une seule à laquelle est relié un conduit. d'admission (non représenté) plongé dans le liquide à ,pomper.
Vne forme d'exécution plus simple < lu mé canisme de commande distributeur à quatre voies 4'_', -12', -l:; et 44 est représentée à, la fig. '_', clans laquelle on a également repré senté la tige de liaison 28 et sa roulette à g@orge 30.
Suivant cette figure, le mécanisme de com- mande est constitué par une came 76 à rai nure -17, montée librement sur l'axe 33 du ro tor 35, coopérant avec la roulette.
30 et en traînée par celle-ci pendant le mouvement ascendant et descendant de la tige de liaison '?8. Deux ressorts à boudins 5-1 et 55, régla bles et de même force sont fixés, d'une part, à égale distance de l'axe de la came 76 et, d'autre part, à un ergot 48 porté par un le vier 49 solicaire du rotor 35, le réglage de la tension des ressorts se faisant en ajustant les ergots 50 et 51 dans les coulisses 52 et 53.
Dans les positions des organes représentées à la fig. 2, la tige 28 étant supposée dans sa position haute, le diaphragme supérieur est en fin de course de refoulement et le dia phragme inférieur en fin de course d'admis sion du liquide, de sorte que le raccord 43 est relié à la source cle fluide sous pression et le raceord 44 à l'atmosphère.
Le fluide sous pression agissant alors sur le diaphragme inférieur, celui-ci est déplacé vers le bas, entraînant, comme cela a été dé crit clans la fig. 1, la tige de liaison 28 et, par son intermédiaire, le diaphragme supérieur.
La roulette 30, également déplacée vers le bas, fait pivoter la came 76 autour de l'axe 33 du distributeur dans le sens des aiguilles d'une montre. Les deux ressorts 54 et 55 se tendent d'abord inégalement, puis leur ten sion devient égale quand l'axe de symétrie 00' de la came 76 se place sur l'alignement ergot 48-axe 33.
Dans cette position, l'ergot 48 qui est solli cité vers le bas par le ressort 55 depuis le passage de l'axe longitudinal dudit ressort au-delà de l'alignement de l'ergot 48 avec l'axe 33, se trouve retenu dans sa position par le ressort 54 resté en deçà dudit aligne ment; l'angle de traction (ergot 51-ergot 48 -axe 33) du ressort 55 est égal à l'angle de retenue (ergot 50-ergot 48-axe 33) du ressort 54. Le dispositif de commande du distributeur a atteint ainsi une position d'équi libre instable.
La tige 28 poursuivant son mouvement vers le bas, la tension du ressort 55 diminue légèrement, tandis que son angle de traction (ergot 51- ergot 48 - axe 33) augmente, mais la tension du ressort 54 augmente légè rement, tandis que son angle de retenue (ergot 50 - ergot 48 - axe 33) diminue.
Le maintien en place de l'ergot 48 se pour suit jusqu'à ce qu'il y ait rupture d'équilibre au bénéfice du ressort 55. Cette rupture se produit au plus tard lorsque l'axe longitudinal du ressort retarda teur 54 passe lui aussi au-delà de l'alignement de l'ergot 48 avec l'axe 33. A ce moment, l'ergot 48, n'étant plus retenu par le ressort 54 dont l'angle de retenue est réduit à zéro, se déplace sous l'effet du ressort 55 d'abord, puis sous l'effet conjugué des deux ressorts 54 et 55, lorsque l'ergot 48, par son déplace ment, donne à. l'angle (ergot 50 - ergot 48 axe 33) une valeur de traction suffisante.
L'ergot 48 déjà en mouvement se trouve ainsi brusquement amené en position 48', entraî- rrant le rotor dans la position qui correspond à l'admission du fluide sous pression sous le diaphragme supérieur et à la mise à l'échap pement. de l'espace situé au-dessLVs du dia phragme inférieur.
Le diaphragme supérieur est déplacé vers le haut, entraînant la. ti-e de liaison 28 dont. la roulette déplacera. la. came 46 vers le haut pour ramener, comme décrit ei=dessus, le ro tor à sa. position initiale, le fonctionnement du dispositif de commande du rotor étant le même que celui qui vient d'être décrit, à cette exception près que le ressort 55 devient res sort retardateur.
La fig. 3 représente schématiquement une autre forme d'exécution du dispositif de com mande du rotor 35 du distributeur à quatre voies.
Ce dispositif de commande du rotor est constitué par un ressort à boudin 56 fixé par une de ses extrémités à. un ergot. 57 solidaire du rotor 35 et mobile dans une rainure circu laire 58 ménagée dans le couvercle 59 du dis tributeur, l'autre -extrémité dudit ressort étant.
fixée à une des extrémités d'un levier 60 mobile autour d'un axe 61 solidaire de la tige 28, et dont l'autre extrémité est munie d'un galet 62 adapté à rouler, en fin .de cha.- que eourse de la tige 28, sur une partie plate 63-63' prévue sur les étriers 64 et 64' vissés sur les calottes sphériques 9 et 9' (voir aussi fig. 1) des chambres de pompage 2 et 3.
Lorsque le rotor du distributeur est dans la position qui correspond à celle 57 de l'er got dans la rainure 58, l'air comprimé est admis par les raccords 43 et 42 sur le dia phragme supérieur, le diaphragme inférieur étant à l'air libre par les raccords 42' et 44. Dans ces conditions, la tige 28 est dans sa po sition basse, comme d'ailleurs le ressort 56', le levier 60' et le galet 62', et elle commence sa course ascendante puisqu'elle est entraînée par le diaphragme supérieur.
Pendant cette course ascendante, le galet 62' roule sur la partie plate 63' jusqu'à ce cue le levier 60', entraîné vers le haut par la tige 28 et sollicité par le ressort 56', pivote autour le son axe 61' jusqu'à ce qu'il vienne dans l'alignement de l'axe du ressort à boudin 56. Cet alignement subsiste jusqu'à ce que l'axe du ressort 56' passe par l'horizontale.
A partir de ce moment, la tige 28 conti nuant son mouvement ascendant, le ressort se tend et tait pivoter le levier autour (le son axe 61', clans le sens contraire des aiguilles d'une montre, jusqu'à l'axe du ressort à bou din 56', dans l'aligrement duquel est amené le levier 60' dont le galet est en position d'attaque (le la partie plate 63 de l'étrier su périeur 64.
D)ès que l'axe du ressort 56' passe au-delà (le la droite joignant le centre de l'ergot a7 au centre du distributeur, le galet 62' com mence à rouler sur le méplat 63 et la tire 28. dans son mouvement ascendant, amène le le vier dans sa position 60, perpendiculaire à l'axe de la tige. L'angle constitué par l'ale du boudin venu en 56 avec la droite joignant le centre de l'ergot 57 au centre du distributeur se trouve brusquement augmenté, de sorte que le galet 57 passe en position 57', dans la quelle le rotor 35 permet l'admission du fluide sous pression sur le diapbragme infé rieur et la mise à l'atmosphère de l'espace en dessous du diaphragme supérieur; la tige 28 commence à se déplacer vers le bas et lorsque le galet 62 vient en 62', le rotor est ramené à sa position initiale.