EP0040161A1 - Pompe à pistons alternatifs à barillet fixe et plateau tournant - Google Patents

Pompe à pistons alternatifs à barillet fixe et plateau tournant Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/28—Control of machines or pumps with stationary cylinders
    • F04B1/29—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/295—Control of machines or pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate

Definitions

  • the plate is tiltable about an axis orthogonal to said axis of revolution carried laterally by a support for driving the plate in rotation.
  • the invention relates to this type of pump and relates to an improvement in construction to meet a particular requirement imposed by the use of these pumps in the field of very precise metering at relatively low flow rate less than the deciliter and which can reach a few microliters per minute. This requirement is particularly severe in liquid chromatography. It is for reasons of precision to keep each piston of the pump in an invariable delivery neutral position regardless of the displacement, so the stroke of the pistons.
  • the invention relates to a reciprocating piston pump of the fixed barrel type comprising a plurality of parallel pistons whose axes are regularly distributed over a cylinder and which are held in abutment by their end external to the barrel on a plate. rotating around the axis of said cylinder and capable of being inclined around a shaft perpendicular to the axis of the said cylinder.
  • the surface portion of the plate on which said ends of the pistons rest has in a plane passing through the axis of said cylinder and perpendicular to said articulation shaft of the plate a circular trace centered on the axis of said articulation shaft.
  • Said surface portion may be toroidal and defined by the surface generated by the aforementioned trace during a movement of revolution around the axis of said cylinder, and the contact between the latter and the piston ends is practically punctual.
  • said surface portion is reduced to a line, the trace of which in the above-mentioned plane consists of the trace of the axis of the above-mentioned articulation shaft.
  • the inclination of the plate can be adjusted by means of a movable fulcrum along the axis of said cylinder which cooperates with a face of the plate opposite to that provided with the above-mentioned surface portion, while the contact part this face with said point has a cam profile allowing a variation of the piston stroke proportional to the displacement of the point along said axis.
  • It can also be adjusted by means of a circular track centered on the axis of revolution and cooperating with a part of the plate diametrically opposite to said axis of articulation.
  • a pump body 1 fixed longitudinal axis around which are re, regularly distributed three, four, or more, pistons 2 whose axes 2a are located on a cylinder axis la.
  • pistons 2 are slidably mounted in the body or barrel 1 and their end 2b cooperates with a chamber 3 to vary the volume.
  • springs 2c are kept applied by springs 2c on a plate 4 which is articulated at 5 around a shaft orthogonal to the axis la and carried by a rotating support 10 around the axis la.
  • a member 6 - for example a micrometric threaded rod - serves as an adjustable stop for the plate 4 and its position along 1, the axis determines the inclination of the plate and thereby the stroke from pistons maneuvered by the inclined plate and the displacement of the pump.
  • FIG. 3 One of the solutions to this problem which the invention proposes is illustrated by FIG. 3 in which we find some of the elements already described with the same references.
  • the upper face 4a of the plate has a surface portion 7 on which the pistons 2 bear.
  • This surface portion 7 is such that, in a plane containing the axis la and perpendicular to it axis 5 - that is to say the plane of the figure - it has a circular trace 7a constituted by an arc of a circle centered on the axis 5.
  • a preferred form of the surface 7 will be constituted by the surface generated by the rotation of the trace 7a around the axis la.
  • the surface 7 will then be toroidal (as in the figure).
  • the pistons 2 have an end surface 2d on the side of the convex plate (here spherical) such that the contact of these pistons with the surface 7 is practically punctual.
  • This surface 2d can affect the profile of a cam in the plane of the figure - and more generally in each radial plane passing through the axes 2a - which would allow - taking into account the geometry of the movable elements relative to each other, to make the variation of the piston stroke by inclination of the proportional plate - linear function - of the movement of the member 6. In this case, care will be taken to stop the pistons in rotation around their axis relative to the pump body.
  • Such a profile of the surfaces 2d brings an improvement to the pump affecting in a high order the precision of the adjustment, taking into account that the corrections which it brings are minimal.
  • the contact end of the member 6 with the plate 4 or the contact surface 4b of this plate with the said member can be produced in suitable cam profile for the same purpose. It will be noted in this case that the conformation of the member 6 will be of revolution and that the cutting of the face 4b will be carried out beyond the shaft 5 relative to the axis la if the plate is inclined in the direction A .
  • a part 4c of the plate 4 is shown cooperating with a circular track 9 extending in a plane perpendicular to the axis la and adjustable along this axis.
  • These two means replace the central member 6 to adjust the inclination of the plate 4.
  • the bearing surface of said part 4c can also be cut on the cam surface to make the relationship between the movement linear. of track 9 and the variation of the subsequent piston stroke.
  • the position of the axis 5a of the shaft 5 can be indifferent at least in theory (apart from its orientation) and is shown arbitrarily in the figure. It may however be advantageous to provide it directly above the axes 2a.
  • the arrangement according to the invention tion makes it possible to choose the position of this axis to the best of technological possibilities.
  • the plate 4 comprises, by way of surface portion, a line 11, the trace of which in the above-mentioned perpendicular plane consists of the trace of the axis 5a itself.
  • the axis 5a is contained in the plane of the plate 4 and is tangent to the line 11 which is the line of the points of contact of the pistons on the plate.
  • the desired result is obtained only to an approximation due to the material thickness of the parts used, an approximation which can in many cases be sufficient.
  • the invention finds an interesting application in the field of precision pumps.

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Abstract

Une pompe comporte une pluralité de pistons (2) parallèles dont les axes (2a) sont régulièrement répartis sur un cylindre et qui sont maintenus en appui par leur extrémité (2b) extérieure au barillet sur un plateau (4) tournant autour de l'axe (1a) dudit cylindre et susceptible d'être incliné autour d'un arbre (5) perpendiculaire à l'axe (1a) du cylindre susdit. La portion de surface (7) du plateau (4) sur laquelle s'appuient lesdites extrémités (2b) des pistons possède dans un plan passant par l'axe (1a) dudit cylindre et perpendiculaire audit arbre (5) d'articulation du plateau une trace (7a) circulaire centrée sur l'axe 5a de l'arbre (5). Application aux pompes de dosage.

Description

  • Il est connu, dans le domaine des pompes, d'animer d'un mouvement alternatif des pistons montés à coulissement dans un corps de pompe appelé barillet et régulièrement répartis dans ce corps de pompe autour d'un axe parallèle à l'axe de chacun des pistons, au moyen d'un plateau inclinable sur lequel prennent appui les pistons, en faisant tourner le plateau par rapport au barillet ou, inversement, autour de l'axe longitudinal susdit.
  • Dans le cas notamment d'un plateau tournant et d'un barillet fixe, le plateau est inclinable autour d'un axe orthogonal audit axe de révolution porté latéralement par un support d'entraînement en rotation du plateau.
  • L'invention est relative à ce type de pompe et concerne un perfectionnement de construction pour répondre à une exigence particulière qu'impose l'usage de ces pompes dans le domaine du dosage très précis à relativement faible débit inférieur au décilitre et pouvant atteindre quelques microlitres par minute. Cette exigence est particulièrement sévère en chromatographie en phase liquide. Il s'agit pour des raisons de précision de conserver à chacun des pistons de la pompe une position de point mort de refoulement invariable quelle que soit la cylindrée, donc la course des pistons.
  • A cet effet donc, l'invention concerne.une pompe à pistons alternatifs du type à barillet fixe comportant une pluralité de pistons parallèles dont les axes sont régulièrement répartis sur un cylindre et qui sont maintenus en appui par leur extrémité extérieure au barillet sur un plateau tournant autour de l'axe dudit cylindre et susceptible d'être incliné autour d'un arbre perpendiculaire à l'axe du cylindre susdit.
  • Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention, la portion de surface du plateau sur laquelle s'appuient lesdites extrémités des pistons possède dans un plan passant par l'axe dudit cylindre et perpendiculaire audit arbre d'articulation du plateau une trace circulaire centrée sur l'axe dudit arbre d'articulation. Ladite portion de surface peut être torique et définie par la surface engendrée par la trace susdite lors d'un mouvement de révolution autour de l'axe dudit cylindre, et le contact entre cette dernière et les extrémités de piston est pratiquement ponctuel.
  • Dans une autre réalisation, ladite portion de surface est réduite à une ligne dont la trace dans le plan susdit est constituée par la trace de l'axe de l'arbre d'articulation susdit.
  • L'inclinaison du plateau peut être réglée au moyen d'un point d'appui mobile le long de l'axe dudit cylindre qui coopère avec une face du plateau opposée à celle pourvue de la portion de surface susdite, tandis que la partie de contact de cette face avec ledit point présente un profil de came permettant une variation de la course des pistons proportionnelle au déplacement du point le long dudit axe.
  • Elle peut également être réglée au moyen d'une piste circulaire centrée sur l'axe de révolution et coopérant avec une partie du plateau diamétralement opposée audit axe d'articulation.
  • L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires.
  • Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 illustre la construction générale d'une pompe connue ;
    • - les figures 2A et 2B montrent par un détail de construction les imperfections de fonctionnement d'une pompe du type de la figure 1 ;
    • - la figure 3 illustre un premier mode de réalisation du perfectionnement selon l'invention; et
    • - les figures 4A et 4B illustrent un second mode de réalisation du perfectionnement selon l'invention.
  • En se reportant au schéma de la figure 1, on voit un corps de pompe 1 fixe d'axe longitudinal la autour duquel sont ré, gulièrement répartis trois, quatre,ou plus, pistons 2 dont les axes 2a sont situés sur un cylindre d'axe la. Ces pistons sont montés coulissants dans le corps ou barillet 1 et leur extrémité 2b coopère avec une chambre 3 pour en faire varier le volume. Ces pistons sont maintenus appliqués par des ressorts 2c sur un plateau 4 qui est articulé en 5 autour d'un arbre orthogonal à l'axe la et porté par un support tournant 10 autour de l'axe la. Un organe 6 - par exemple une tige filetée micrométrique - sert de butée réglable au plateau 4 et sa position le long de 1,'axe la détermine l'inclinaison du plateau et par là la course dès pistons manoeuvrés par le plateau incliné et la cylindrée de la pompe.
  • Lorsque le plateau 4 est parfaitement perpendiculaire à l'axe la, sa rotation ne provoque aucun mouvement des pistons qui restent à leur point mort haut tel qu'il est représenté sur la figure 2B. On peut d'ailleurs régler ce point mort de refoulement de manière que les pistons ne pénètrent pas dans la chambre 3.
  • Mais on voit sur la figure 2A que, si l'on incline le plateau 4 autour de l'arbre 5,. on modifie la position du point mort haut (de refoulement) des pistons d'une valeur e fonction de l'angle d'inclinaison. Ces dispositions sont préjudiciables dans certaines applications des pompes pour des dosages extrêmement précis.
  • L'une des solutions à ce problème que propose l'invention est illustrée par la figure 3 sur laquelle on retrouve certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références.
  • On notera en regard de cette figure que la face supérieure 4a du plateau possède une portion de surface 7 sur laquelle prennent appui les pistons 2. Cette portion de surface 7 est telle que, dans un plan contenant l'axe la et perpendiculaire à l'axe 5 - c'est-à-dire le plan de figure - elle possède une trace 7a circulaire constituée par un arc de cercle centré sur l'axe 5. Ainsi, quelle que soit l'inclinaison du plateau 4 autour de l'axe 5, le point de contact 8 des pistons avec le plateau dans le plan susdit est fixe. Il est donc situé à une distance fixe du barillet 1. Si l'inclinaison du plateau est réalisée dans le sens de la flèche A, le lieu du point 8 lors de la rotation du plateau est un cercle contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe la qui définit le point mort de refoulement de tous les pistons. On voit qu'ainsi tous les pistons ont un point mort de refoulement invariable et indépendant de l'inclinaison du plateau. Ce résultat sera obtenu si, par ailleurs, la surface 7 ne présente pas de pente ascendante à partir de la face 4a du plateau le long de la ligne de contact des pistons lorsque ce plateau est perpendiculaire à l'axe la.
  • Une forme préférée de la surface 7 sera constituée par la surface engendrée par la rotation de la trace 7a autour de l'axe la. La surface 7 sera alors torique (comme sur la figure).
  • On aura noté que les pistons 2 présentent une surface d'extrémité 2d du côté du plateau convexe (ici sphérique) telle que le contact de ces pistons avec la surface 7 soit pratiquement ponctuel. Cette surface 2d peut affecter le profil d'une came dans le plan de la figure - et plus généralement dans chaque plan radial passant par les axes 2a - qui permettrait,-compte tenu de la géométrie des éléments mobiles les uns par rapport aux autres, de rendre la variation de la course des pistons par inclinaison du plateau proportionnelle - fonction linéaire - du déplacement de l'organe 6. On prendra soin dans ce cas d'arrêter les pistons en rotation autour de leur axe par rapport au corps de pompe. Un tel profil des surfaces 2d apporte un perfectionnement à la pompe affectant dans un ordre élevé la précision du réglage, compte tenu du fait que les corrections qu'il apporte sont minimes.
  • De la même manière, on pourra réaliser en profil de came adéquat l'extrémité de contact de l'organe 6 avec le plateau 4 ou la surface 4b de contact de ce plateau avec ledit organe dans le même but. On notera dans ce cas que la conformation de l'organe 6 sera de révolution et que le taillage de la face 4b sera réalisé au-delà de l'arbre 5 par rapport à l'axe la si le plateau est incliné dans le sens A.
  • Enfin, sur cette figure 3, on a représenté une partie 4c du plateau 4 coopérant avec une piste circulaire 9 s'étendant.dans un plan perpendiculaire à l'axe la et réglable le long de cet axe. Ces deux moyens viennent en substitution de l'organe central 6 pour assurer le réglage de l'inclinaison du plateau 4. La surface d'appui de ladite partie 4c pourra elle aussi être taillée en surface de came pour rendre linéaire la relation entre le mouvement de la piste 9 et la variation de la course des pistons subséquente.
  • La position de l'axe 5a de l'arbre 5 peut être indifférente au moins en théorie (hormis son orientation) et est représentée quelconque sur la figure. Il peut cependant être avantageux de la prévoir à l'aplomb des axes 2a. La disposition selon l'invention permet de choisir au mieux des possibilités technologiques la position de cet axe.
  • En se reportant enfin aux figures 4A et 4B, on voit que le plateau 4 comporte en guise de portion de surface une ligne 11 dont la trace dans le plan perpendiculaire susdit est constituée par la trace de l'axe 5a lui-même. Ainsi, l'axe 5a est contenu dans le plan du plateau 4 et est tangent à la ligne 11 qui est la ligne des points de contact des pistons sur le plateau. Dans cette réalisation.plus simple, le résultat recherché n'est obtenu qu'à une approximation près due à l'épaisseur matérielle des pièces mises en oeuvre, approximation qui peut dans bien des cas être suffisante.
  • L'invention trouve une application intéressante dans le domaine des pompes de précision.
  • Elle n'est pas limitée à la description qui vient d'en être donnée, mais couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit.

Claims (8)

1. Pompe à pistons alternatifs du.type à barillet fixe (1) comportant une pluralité de pistons (2) parallèles dont les axes (2a) sont régulièrement répartis sur un cylindre et qui sont maintenus en appui par leur extrémité extérieure (2b) au barillet sur un plateau (4) tournant autour de l'axe (la) dudit cylindre et susceptible d'être incliné autour d'un arbre (5) perpendiculaire à l'axe (la) du cylindre susdit, caractérisée en ce que la portion de surface (7) du plateau (4) sur laquelle s'appuient lesdites extrémités (2b) des pistons possède dans un plan passant par l'axe dudit cylindre (la) et perpendiculaire audit arbre (5) d'articulation du plateau (4) une trace (7a) circulaire centrée sur l'axe (5a) de l'arbre d'articulation (5).
2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion de surface (7) est torique et est définie par la surface engendrée par la trace (7a) susdite lors d'un mouvement de révolution autour de l'axe (la) dudit cylindre.
3. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le contact (8) entre les extrémités (2b) des pistons susdites et ladite portion de surface (7) est pratiquement ponctuel.
4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion de surface est réduite à une ligne dont la trace dans le plan susdit est constituée par la trace de l'axe de l'arbre d'articulation susdit.
5. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'inclinaison du plateau est réglée au moyen d'un point d'appui mobile (6) le long de l'axe dudit cylindre (la) qui coopère avec une face du plateau (4b) opposée à celle pourvue de la portion de surface 7 susdite et en ce que la partie de contact de cette face (4b) avec ledit point (6) présente un profil de came permettant une variation de la course des pistons proportionnelle au déplacement du point le long dudit axe (la).
6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'inclinaison du plateau est réglée par une piste circulaire (9) centrée sur l'axe dudit cylindre coopérant avec une partie (4c) du plateau diamétralement opposée à l'axe d'articulation (5) susdit, ladite piste étant réglable en position 1e long dudit axe (la).
7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le contact entre ladite partie du plateau et la piste est assuré le long d'un profil de came ménagé sur ladite partie permettant une variation de la course des pistons proportionnelle au déplacement de ladite piste.
8. Pompe selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le point de contact des pistons avec la portion de surface (7) susdite évolue le long d'un profil de came (2b) ménagé à l'extrémité desdits pistons (2) pour permettre une variation de la course de ces derniers proportionnelle au déplacement de l'élément de commande (6, 9) de l'inclinaison du plateau.
EP81400765A 1980-05-14 1981-05-13 Pompe à pistons alternatifs à barillet fixe et plateau tournant Expired EP0040161B1 (fr)

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FR8010916A FR2484555B1 (fr) 1980-05-14 1980-05-14 Dispositif de pompe pour liquide
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FR8106018A FR2502702B1 (fr) 1981-03-25 1981-03-25 Pompe a pistons alternatifs a barillet fixe et plateau tournant
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