EP0493175B1 - Pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées - Google Patents

Pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées Download PDF

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EP0493175B1
EP0493175B1 EP91403386A EP91403386A EP0493175B1 EP 0493175 B1 EP0493175 B1 EP 0493175B1 EP 91403386 A EP91403386 A EP 91403386A EP 91403386 A EP91403386 A EP 91403386A EP 0493175 B1 EP0493175 B1 EP 0493175B1
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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
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0081—Special features systems, control, safety measures
    • F04B43/009—Special features systems, control, safety measures leakage control; pump systems with two flexible members; between the actuating element and the pumped fluid
    • 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
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members

Definitions

  • Hydraulically operated diaphragm pumps for high pressures generally have a thin metallic diaphragm (made of stainless steel), deformable in its center in an inelastic manner, arranged between a hydraulic control chamber and a working chamber.
  • the movement of the center of the membrane is of limited amplitude so that obtaining a large flow, all other things being equal, imposes a great rate on the pump.
  • the aim of the present invention is to provide a solution capable of detecting diaphragm rupture in a metal diaphragm pump for high pressures by virtue of the installation of an interlayer material which resists compression well. high without significant deformation while not altering the functioning of the pump, in particular its suction height.
  • the diaphragm located between the hydraulic control chamber and the working chamber, is composite and comprises, between two thin metallic membranes, a thick intermediate membrane of synthetic material, of high resistance to crushing and in the form of an elastically deformable arch whose concave side faces the working chamber.
  • the thick intermediate membrane has made it possible to have an intermediate volume which does not collapse during the high discharge pressure which can therefore be monitored to detect rupture of the membranes.
  • the thick diaphragm comprises drainage channels establishing communication between each of its faces and a radial channel disposed opposite a diaphragm rupture detection channel, formed in the pump body.
  • the body comprises an annular spacer extending between the metal membranes outside the thick membrane, the nip extending extending astride the spacer and on the periphery thick membrane.
  • the pump head is defined by two parts 1 and 2 of a pump body and by a spacer 3 interposed between them. These elements 1, 2 and 3 are clamped axially on each other by pinching, at the level of the annular spacer 3, a composite membrane 4 which will be described in more detail below.
  • This composite membrane constitutes the movable dividing wall for a working (or pumping) chamber 5 and a hydraulic control chamber 6.
  • the chamber 5 is, in known manner, connected to a suction duct 7 and to a discharge duct 8, by means of one-way valves 9 and 10.
  • the fluid contained in the chamber 5 is discharged towards the duct 8 when the membrane 4 is moved to the left of the figure.
  • the movement to the right creates a suction of the fluid from the suction pipe 7 through the valve 9.
  • the movement of the membrane 4 is created by the alternating movement of a piston 11 in the hydraulic control chamber 6.
  • the control fluid pushed to the left of the figure, moves the membrane 4 also to the left (delivery).
  • the composite membrane 4, according to the invention comprises two outer membranes 12 and 13, metallic, for example made of stainless steel. They are thin to have a certain non-elastic deformability. They are manufactured so that their surface is greater than that of the disc of the same diameter. These membranes are pinched by their peripheral zone respectively between the part 1 of the pump body and the annular spacer 3 and between the part 2 of the body and this spacer.
  • This membrane 14 is thick and shaped, that is to say that at rest it takes the form of a bowl or cone shown in the figure, the a concave face 14 facing the pumping chamber 5.
  • This is elastically deformable membrane that is to say, under the effect of pressure on its convex face, it has a tendency to flatten or to to dig. When this pressure application ceases, the membrane 14 resumes its initial shape elastically.
  • the material of this membrane is a synthetic material having a high resistance to compression (of the order of 500 kg / cm2 without deformation): Mention will be made, to illustrate this kind of material, of products known commercially under the names of DELRIN (polyacetate ) or ARNITE.
  • This thick membrane 14 is accommodated within the annular spacer 3 and has channels 15, represented in the figure, which establish communication between the concave faces 14 a and 14 b of the convex membrane 14 and a conduit 16 membrane rupture detection, known in itself as formed radially in the spacer 3 and equipped with a one-way valve 17.
  • the thick membrane has a stepped outer surface 18 which corresponds to the stepping of the inner surface 19 of the spacer 3.
  • This stepping constitutes a polarizing means which prevents the membrane 14 from being put in place with its concavity turned on the wrong side.
  • the thickness E of the membrane 14 is slightly greater (by a few hundredths of a millimeter) than the thickness e of the spacer 3.
  • the nip of the composite membrane, between the two parts 1 and 2 of the pump body is of a dimension L sufficiently large that the clamping force of the two parts 1 and 2, applied by tie rods assembly not shown known in themselves, on the spacer 3, by means of the metal membranes 12 and 13 is also exerted, through these membranes, on the periphery of the thick membrane 14.

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Description

  • Les pompes à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées comportent en général une membrane métallique mince (en acier inoxydable), déformable en son centre de manière non élastique, disposée entre une chambre de commande hydraulique et une chambre de travail. Le débattement du centre de la membrane est d'amplitude limitée si bien que l'obtention d'un débit important, toutes choses égales par ailleurs, impose une grande cadence à la pompe. Il s'ensuit un vieillissement assez rapide des membranes qui peuvent se rompre, entraînant un mélange du fluide pompé, généralement agressif, avec le fluide de la chambre hydraulique qui peut rapidement détruire la pompe elle-même en plus de sa mise hors service.Il est donc utile de prévoir dans ce type de pompe une double membrane pour assurer de manière plus sûre l'isolement des deux fluides et pour mettre en place un dispositif de détection de rupture de membrane.
  • Il existe des pompes à double membrane entre lesquelles on a placé un matériau d'entretoisement pourvu de canaux pour l'écoulement d'un fluide, provenant de l'une des chambres de la pompe à travers l'une des membranes rompues, vers un conduit de détection de rupture, ménagé dans le corps de pompe en regard du matériau d'entretoisement. Une telle technique n'est pas transposable aux membranes métalliques compte tenu des pressions élevées mises en jeu. En effet, le matériau intercalaire qui est fortement comprimé entre les deux membranes minces lors de la course de refoulement de la pompe puis décomprimé lors de la course d'aspiration, subit des contraintes alternées qui nuisent à sa tenue dans le temps et provoquent une détérioration rapide.
  • Il existe enfin des pompes dont la membrane comporte deux plaques de métal déformable étroitement associées à une lame en matériau élastique (voir FR-A-1.373.780). Ces pompes ne sont adaptées ni aux pressions élevées ni à la détection de rupture de membrane du fait du caractère élastiquement compressible de l'âme.
  • Le but de la présente invention est de fournir une solution apte à la détection de rupture de membrane dans une pompe à membrane métallique pour des pressions élevées grâce à la mise en place d'un matériau intercalaire qui résiste bien à la compression élevée sans déformation significative tout en n'altérant pas le fonctionnement de la pompe, notamment sa hauteur d'aspiration.
  • A cet effet, elle a donc pour objet une pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées, dans laquelle la membrane, située entre la chambre hydraulique de commande et la chambre de travail, est composite et comprend, entre deux membranes métalliques minces, une membrane intermédiaire épaisse en matière synthétique, de résistance élevée à l'écrasement et en forme de voûte déformable élastiquement dont le côté concave est tourné vers la chambre de travail. La membrane intermédiaire épaisse a permis de disposer d'un volume intermédiaire qui ne s'effondre pas lors de la forte pression de refoulement que l'on peut donc surveiller pour détecter les ruptures de membranes. Cette grande épaisseur ajoutée à une certaine raideur du matériau du fait de sa capacité à résister sans déformation à une forte compression, constitue un inconvénient pour la course d'aspiration de la pompe pendant laquelle la puissance développée est limitée par les phénomènes de de cavitation dans le liquide hydraulique de travail. Cet inconvénient est surmonté par la forme concave de la membrane intermédiaire au repos qui constitue un ressort de rappel de la membrane formant assistance à l'aspiration. Pour mieux assurer cette fonction de surveillance la membrane épaisse comporte des canaux de draînage établissant une communication entre chacune de ses faces et un canal radial disposé en regard d'un canal de détection de rupture de membrane, ménagé dans le corps de pompe.
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le corps comporte une entretoise annulaire s'étendant entre les membranes métalliques à l'extérieur de la membrane épaisse, la zone de pincement s'étendant à cheval sur l'entretoise et sur la périphérie de la membrane épaisse.
  • D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation de la pompe selon l'invention.
  • Il sera fait référence au dessin annexé qui est une vue schématique en coupe axiale d'une tête de pompage confome à l'invention.
  • La tête de pompage est définie par deux parties 1 et 2 d'un corps de pompe et par une entretoise 3 interposée entre elles. Ces éléments 1, 2 et 3 sont serrés axialement les uns sur les autres en pinçant, au niveau de l'entretoise annulaire 3, une membrane composite 4 qui sera décrite plus en détail ci-après. Cette membrane composite constitue la paroi mitoyenne mobile pour une chambre de travail (ou de pompage) 5 et une chambre hydraulique de commande 6. La chambre 5 est, de manière connue, reliée à un conduit d'aspiration 7 et à un conduit de refoulement 8, par l'intermédiaire de soupapes unidirectionnelles 9 et 10. Ainsi le fluide contenu dans la chambre 5 est-il refoulé vers le conduit 8 lorsque la membrane 4 est déplacée vers la gauche de la figure. Le déplacement vers la droite crée une aspiration du fluide à partir du conduit d'aspiration 7 à travers la soupape 9.
  • Le mouvement de la membrane 4 est créé par le déplacement alternatif d'un piston 11 dans la chambre hydraulique de commande 6. Le fluide de commande, repoussé vers la gauche de la figure, déplace la membrane 4 également vers la gauche (refoulement). Le piston 11, dans sa course de retrait, crée une aspiration qui ramène la membrane vers la droite.
  • La membrane composite 4, conformément à l'invention comprend deux membranes extérieures 12 et 13, métalliques, par exemple en acier inoxydable. Elles sont de faible épaisseur pour disposer d'une certaine déformabilité non élastique. Elles sont fabriquées de manière que leur surface soit supérieure à celle du disque de même diamètre. Ces membranes sont pincées par leur zone périphérique respectivement entre la partie 1 de corps de pompe et l'entretoise annulaire 3 et entre la partie 2 du corps et cette entretoise.
  • Une membrane intermédiaire 14 est disposée entre ces deux membranes 12 et 13. Cette membrane 14 est épaisse et en forme, c'est-à-dire qu'au repos elle prend une forme de cuvette ou de cône représentée à la figure, dont la face concave 14a est tournée vers la chambre de pompage 5. Cette membrane est déformable élastiquement c'est-à-dire que sous l'effet d'une pression sur sa face convexe, celle-ci a tendance à s'aplatir voire à de creuser. Lorsque cette application de pression cesse, la membrane 14 retrouve élastiquement sa forme initiale. Le matériau de cette membrane est un matériau synthétique présentant une haute résistance à la compression (de l'ordre de 500 kg/cm² sans déformation): On citera pour illustrer ce genre de matériau, des produits connus commercialement sous les noms de DELRIN (polyacétate) ou de ARNITE.
  • Cette membrane épaisse 14 est logée à l'intérieur de l'entretoise annulaire 3 et possède des canaux 15, représentés à la figure, qui établissent une communication entre les faces concave 14a et convexe 14b de la membrane 14 et un conduit 16 de détection de rupture de membrane, connu en lui-même en tant que ménagé radialement dans l'entretoise 3 et équipé d'un clapet unidirectionnel 17.
  • La membrane épaisse possède une surface extérieure 18 étagée qui correspond à l'étagement de la surface intérieure 19 de l'entretoise 3. Cet étagement constitue un moyen de détrompage qui empêche de mettre en place la membrane 14 avec sa concavité tournée du mauvais côté. Il existe un léger jeu circonférentiel entre l'entretoise 3 et la membrane 4.
  • On notera par ailleurs que l'épaisseur E de la membrane 14 est légèrement supérieure (de quelques centièmes de millimètres) à l'épaisseur e de l'entretoise 3.
  • Enfin, la zone de pincement de la membrane composite, entre les deux parties 1 et 2 du corps de pompe, est d'une dimension L suffisamment importante pour que l'effort de serrage des deux parties 1 et 2, appliqué par des tirants d'assemblage non représentés connus en eux-mêmes, sur l'entretoise 3, par l'intermédiaire des membranes métalliques 12 et 13 s'exerce également, au travers de ces membranes, sur la périphérie de la membrane épaisse 14.
  • Au montage on peut soit gaver l'espace compris entre les membranes d'un liquide (une goutte d'huile suffit) soit, si l'application le demande, laisser cet espace dans l'état et on fait fonctionner la pompe avec une mise en charge progressive ce qui a pour conséquence d'éliminer le surplus de liquide de gavage ou l'air compris entre les membranes au travers du clapet 17, ce liquide ou cet air étant expulsé par les jeux et les canaux 15 entre les membranes et l'entretoise 3 sous l'effet de la pression de refoulement de la pompe agissant de part et d'autre de la membrane composite.
  • Par la forme et l'élasticité de la membrane 14 épaisse, on crée comme dit plus haut, une assistance à l'aspiration qui permet d'augmenter sensiblement la hauteur d'aspiration d'une telle pompe, voire atteindre 10 mètres de colonne d'eau.
  • En outre la rupture d'une membrane métallique se traduit par une fuite de liquide au travers du clapet 17 à chaque phase de refoulement qui, détectée permet de déclencher une alarme et/ou l'arrêt de la pompe.

Claims (4)

  1. Pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées dans laquelle la membrane (4) située entre la chambre hydraulique (6) de commande et la chambre de travail (5) est composite et comprend, entre deux membranes métalliques (12,13) minces, une membrane intermédiaire (14) épaisse, caractérisée en ce que cette membrane intermédiaire (14) est en un matériau synthétique de résistance élevée à l'écrasement, de l'ordre de 500 kg/cm², et en forme de voûte déformable élastiquement dont le côté concave (14a) est tourné vers la chambre de travail (5).
  2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée en ce que la membrane épaisse (14) comporte des canaux (15) de draînage établissant une communication entre chacune de ses faces (14a, 14b) et un canal radial (16) de détection de rupture de membrane, ménagé dans le corps (1, 2, 3) de pompe.
  3. Pompe selon la revendication 1 ou la revendication 2 dont le corps (1, 2,3) comporte une entretoise (3) annulaire s'étendant autour de la membrane épaisse (14) entre les membranes métalliques (12, 13) caractérisé en ce que la zone de pincement (L) de la membrane (4) dans le corps s'étend à cheval sur l'entretoise et la périphérie de la membrane épaisse (14).
  4. Pompe selon la revendication 3 caractérisée en ce que la surface intérieure (19) de l'entroise (3) est étagée, la surface périphérique de la membrane épaisse (14) étant étagée en correspondance (18).
EP91403386A 1990-12-18 1991-12-13 Pompe à membrane à commande hydraulique pour pressions élevées Expired - Lifetime EP0493175B1 (fr)

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EP0493175A1 EP0493175A1 (fr) 1992-07-01
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