EP3698045A1 - Pompe a barillet rotatif avec double plateaux - Google Patents

Pompe a barillet rotatif avec double plateaux

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EP3698045A1
EP3698045A1 EP18779728.7A EP18779728A EP3698045A1 EP 3698045 A1 EP3698045 A1 EP 3698045A1 EP 18779728 A EP18779728 A EP 18779728A EP 3698045 A1 EP3698045 A1 EP 3698045A1
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EP
European Patent Office
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plate
pump
drive shaft
platen
pump according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18779728.7A
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German (de)
English (en)
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Jean Tricard
Julien TROST
Philippe Pagnier
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04B1/328—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the axis of the cylinder barrel relative to the swash plate

Definitions

  • the present invention relates to the field of pumps, in particular for high-pressure pumping, in particular for drilling operations.
  • crankshaft pumps are the most widespread in all sectors of the industry: capital goods, oil, gas and agri-food industries, the automotive sector, building (heating, well, air conditioning, water pumps, etc.) and more specifically for the treatment of water and waste (water and sanitation network). Nevertheless, they are still built from concepts dating from the 1930s, and are the subject of very few research and development studies to improve their performance, reduce their cost, minimize maintenance costs or reduce their environmental footprint.
  • These pumps have limits in terms of power, torque pressure / flow (that is to say, the limits that result in phenomena related to "water hammer” generated by the sinusoidal response of the pressure produced by the crankshaft ), weight, yield and shelf life. In addition, they do not allow to have a variable displacement and therefore lack flexibility of use.
  • Pumps designed with a barrel operate using a turntable system that actuates the various pistons one after the other.
  • the opposite piston is in discharge mode, which provides a constant flow upstream and downstream of the pump.
  • the distribution of the positions of the pistons with a guide by the barrel ensures a progressive distribution of forces during the rotation of the shaft driven by the engine.
  • Barrel pumps with oscillating plate the barrel is fixed in this architecture and one has two plates, a first inclined plate is in rotation and transfers to the second plate only the oscillation movement.
  • This architecture is suitable for high-pressure pumping due to the absence of rubbing elements (some of them are also found on the geothermal market). It also offers excellent mechanical performance. This configuration makes it possible to achieve a variable displacement, but it remains difficult to integrate and design.
  • the rotary barrel pumps ( Figure 2): within the pump 1 is the plate 2 which is fixed and the barrel 6 carrying the pistons 3 is rotated, thus ensuring the movement of the pistons 3 in their shirts 4 (compression chamber).
  • the piston 3 - plate 2 connection is provided in the same way as for the first configuration.
  • the advantage of this architecture is that it can easily make the adjustable tray tilt and thus have the possibility of variable displacement.
  • the inertia of the rotating parts increases significantly since the barrel and the set of pistons are rotated.
  • the present invention relates to a rotary barrel pump, which comprises two plates: a movable plate also driven by the drive shaft, and a variable inclination plate, the two plates being in pivot connection one compared to each other.
  • the drive of the movable plate by the drive shaft allows contact between two rotating parts: the connecting rods and the movable plate, which allows to limit the losses by friction between these parts.
  • the variable inclination allows a variable displacement of the pump.
  • the present invention relates to a barrel pump comprising a housing, and comprising within said housing:
  • a cylinder block comprising at least two circumferentially distributed compression chambers, said cylinder block being driven by said drive shaft, a movable plate,
  • Said movable platen is driven by said drive shaft, and said barrel pump comprises a variable inclination plate relative to said drive shaft, said movable platen being pivotally connected relative to said variable inclination plate about the axis said variable inclination plateau.
  • said pivot connection between said movable plate and said variable inclination plate is formed of means for supporting the loads and means for holding all of the two plates.
  • said pivot connection between said movable plate and said variable inclination plate is formed of a conical roller stop and a ball bearing.
  • said tapered roller stopper is disposed between an outer shoulder of said movable platen and an inner shoulder of said variable tilt platen.
  • said ball bearing is disposed between an outer shoulder of said movable plate and an internal shoulder of said variable inclination plate.
  • said movable plate is driven by said drive shaft by a finger ball joint.
  • said finger ball comprises a device for forming a finger-ball joint connection in the form of a hollow part of revolution comprising a substantially cylindrical inner surface and an outer surface having substantially the shape of a truncated sphere at its two ends. and said inner surface has at least one groove or female groove, and said outer surface has at least one domed groove.
  • the device for forming a finger ball joint is mounted on said drive shaft by means of a key or a splined shaft, and said movable plate is mounted on said device by means of at least one cooperating groove. with said at least one domed groove.
  • said movable platen has a partially spherical inner surface.
  • said barrel pump comprises means for controlling the inclination of said variable inclination plate.
  • said inclination control means comprises a wheel and worm system.
  • said connecting rods are connected to said movable plate without friction pads.
  • the invention relates to the use of said barrel pump according to one of the preceding features for a drilling operation, in particular for the injection of drilling muds into a wellbore.
  • Figure 1 already described, illustrates a fixed barrel pump according to the prior art.
  • Figure 2 already described, illustrates a rotary barrel pump according to the prior art.
  • Figure 3 illustrates a barrel pump according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 illustrates a device for forming a finger-ball joint connection necessary for the rotation and the inclination of the mobile plate according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 illustrates the pivot connection between the mobile plate and the variable inclination plate according to one embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a rotary barrel pump.
  • the purpose of the barrel pump is to pump a fluid (eg water, oil, gas, drilling muds, etc.) by means of a linear displacement of several pistons.
  • a fluid eg water, oil, gas, drilling muds, etc.
  • This type of pump has the advantage of being compact, having interesting mechanical and volumetric efficiencies, an excellent weight / power ratio.
  • rotary barrel pumps are suitable for high pressure pumping.
  • the cylinder pump according to the invention comprises a housing and comprises within the housing:
  • a drive shaft it is driven in rotation, relative to the housing by an external energy source, including a driving machine (for example thermal or electrical), in particular by means of a transmission (for example a gearbox),
  • a driving machine for example thermal or electrical
  • a transmission for example a gearbox
  • a movable (rotary) plate driven by the drive shaft the movable plate is driven relative to the drive shaft, this plate is therefore rotatable, moreover, the mobile plate is inclined with respect to the drive shaft,
  • a cylinder block (called a barrel), comprising at least two compression chambers (also called jackets) distributed circumferentially (in other words the compression chambers are distributed in a circle), the cylinder block is rotatable, and driven by the drive shaft,
  • the pistons are driven by the movable plate by means of rods (the connecting rods connect, by means of ball joints, the movable plate and the pistons so as to transform the movement of the movable plate in translational movement of the pistons), and the translation of the pistons within the compression chambers perform the pumping of the fluid, and
  • variable inclination plate relative to the drive shaft, apart from the adjustment of its inclination, this plate is fixed relative to the housing, and the movable plate is in pivot connection relative to the variable inclination plateau around the axis of the variable inclination plate (this axis corresponding to a normal direction to the plate, and which may correspond to the axis of revolution of the variable inclination plate in the case where the plate has a disc shape), thus, the Tilting of the movable platen is identical to the inclination of the variable inclination platter.
  • variable inclination of the variable inclination platform allows a variable displacement of the pump, modifying the stroke of the pistons.
  • the ball joints between the connecting rods and the movable plate are implemented without friction pads (there is no frictional connection between the connecting rods and the movable plate), this is made possible by the movable plate.
  • one of the features of the invention is based on the design of the double plate, and more specifically the connection of the movable plate with the variable inclination plate and its drive via the power input shaft.
  • the majority of plate pumps on the market are designed for activities with lower flow rates and pressures, and the mechanical stress on the different components of the pump is therefore more limited. In the context of high-speed and high-pressure use of these pumps on the market, the mechanical forces involved are considerable and, for these pumps, the friction pads are essential.
  • the pivot connection between the movable plate and the variable inclination plate may be formed of means for supporting the loads and means for holding all of the two plates.
  • this pivot connection may be formed of a tapered roller stopper and a ball bearing.
  • the tapered roller stopper is able to withstand the axial and radial loads exerted on the trays, the ball bearing can hold all of the two trays (mobile and variable inclination).
  • the movable platen may comprise two outer shoulders for the arrangement of the conical roller thrust bearing and the ball bearing.
  • the shoulder with the smallest diameter may be intended to receive the tapered roller stop and may be located on the moving plate side away from the connecting rods.
  • the shoulder with the largest diameter may be intended to receive the ball bearing, and may be located near the side of the movable plate near the connecting rods.
  • variable inclination plate may have two internal shoulders for the arrangement of the tapered roller stopper and the ball bearing.
  • the shoulder with the smaller diameter may be intended to receive the tapered roller stop, and may be located towards the center of the variable inclination plate.
  • the shoulder with the largest diameter may be for receiving the ball bearing, and may be located on the side of the variable inclination plate near the movable platen.
  • the movable plate can be driven by the drive shaft by a finger ball joint.
  • a finger-jointed connection is a connection between two mechanical elements, which has four degrees of connection and two degrees of relative movement; only two relative rotations are possible, the three translations and the last rotation being linked. In general, it is a ball with a finger impeding rotation.
  • the operating principle of this type of connection is to ensure the transmission of torque between two rotating assemblies whose axes are not collinear.
  • the finger ball joint connection makes it possible to synchronize the rotation of the mobile plate and the cylinder block (barrel).
  • the finger joint can be formed by means of a specific device to form a finger ball joint.
  • the device for forming the finger joint can be a piece of hollow revolution.
  • a piece of revolution is a piece generated by a closed flat surface rotating around an axis located in the same plane as it and not having in common with it any point or only points on its border .
  • the term "device is used in the following description to designate the specific device to form a finger joint connection.
  • the device for forming the finger ball comprises a substantially cylindrical inner surface.
  • the hollow of the device is substantially cylindrical.
  • the device is adapted to be mounted on a cylindrical shaft.
  • the inner surface includes at least one groove for inserting a key or at least one female spline for insertion of a splined shaft, for the purpose of transmitting the torque between a shaft and the device.
  • the use of a transmission key or splines allows the transmission of significant torque.
  • the device according to the invention comprises an outer surface having substantially the shape of a truncated sphere at its ends.
  • the sphere is truncated by two planes perpendicular to the axis of revolution of the device.
  • This partially spherical shape of the outer surface allows a ball joint connection.
  • the outer surface has at least one curved groove.
  • the convex groove makes it possible on the one hand to form the finger of the finger ball joint, and on the other hand allows the transmission of significant torque between the device and an element positioned on the external surface of the device (for example a plate or a disk).
  • This design of the device to form a finger joint connection allows high compactness, large angular movement, and ease of implementation.
  • the groove or grooves and grooves are parallel to the axis of revolution of the device.
  • the groove or grooves of the outer surface have a curved shape parallel to the generally spherical shape of the outer surface of the device.
  • it can be involute splines in order to have the largest transmissible torque.
  • the outer surface comprises a plurality of curved flutes regularly distributed over the circumference of the spherical surface.
  • the grooves are preferably parallel to each other.
  • the outer surface of the device may comprise between five and nineteen corrugated grooves, preferably between seven and thirteen, in order to optimize the manufacturing and the torque transmissible by the device, as well as to optimize the distribution of forces in the splines.
  • the device for forming a finger ball joint is mounted on the drive shaft by means of at least one key or by means of a splined tree.
  • the movable plate is mounted on the outer surface of the device to form a connection finger ball joint by means of at least one groove (female groove) curved cooperating with the curved groove or grooves.
  • a finger ball joint is formed between the drive shaft and the movable platen: the movable platen is rotatable by means of the spherical outer surface of the device, and the torque can be transmitted from the shaft to the plate by the key or the splines of the drive shaft and the curved groove or grooves.
  • connection allows a finger-to-finger connection having a high compactness, a large angular displacement, and a simplicity of implementation.
  • the movable plate may comprise a substantially spherical inner surface, provided with female flutes.
  • the mobile plate may consist of two half-shells.
  • the movable plate can be made in one piece.
  • the movable plate may comprise means forming an angular stop. It may be a surface coming into contact with the shaft, for example, the plate may comprise a conical inner surface coming into contact with the shaft for the maximum deflection angle.
  • the finger ball can be a ball joint.
  • the trays can be substantially disk-shaped. However, the trays can have any shape. Only the compression chambers (and the pistons) are distributed on a circle.
  • the pump according to the invention may comprise a number of pistons of between three and fifteen, preferably between five and eleven. Thus, a large number of pistons provides a continuous flow upstream and downstream of the pump.
  • the pump further comprises an inlet and an outlet of the fluid to be pumped.
  • the fluid passes through the inlet of the pump, enters a compression chamber, is compressed, and is discharged from the pump through the outlet by means of the piston.
  • the inclination angle of the variable inclination plate relative to the axial direction of the drive shaft may be between 70 ° and 90 °.
  • the variable inclination plate (and a fortiori the turntable) can be inclined at an angle between 0 and 20 ° with respect to a radial direction of the drive shaft.
  • the barrel pump may comprise a means for controlling the inclination of the variable inclination plate.
  • this control means may comprise a wheel and worm system.
  • the barrel can be made in two parts, a first part being intended for guiding, and the second part being intended for sealing.
  • FIG. 3 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, a kinematic diagram of a rotary barrel pump according to one embodiment of the invention.
  • the rotary barrel pump 1 comprises a drive shaft 5.
  • the rotation of the drive shaft 5 is performed by an external source not shown, for example an electric machine and a gearbox.
  • the drive shaft 5 is rotated relative to the housing 15.
  • the drive shaft 5 rotates the barrel 6 which has compression chambers 4.
  • the drive shaft 5 also drives a movable plate 2 by means of a finger-joint connection 9.
  • the pump 1 further comprises a variable inclination plate 7, which, apart from its adjustment of the inclination, is fixed relative to the housing 15.
  • the means for adjusting the inclination of the variable inclination plate 7 is not represented.
  • the movable plate 2 is pivotally connected with respect to the variable inclination plate 7 around the axis of the variable inclination plate 7.
  • the pump 1 comprises a piston 3 driven by a translation movement (reciprocating movement) within a compression chamber 4.
  • the movement back and forth of the piston 3 is achieved by means of a rod 8 which connects the movable plate 2 and the piston 3 by means of ball joints. This movement back and forth of the piston 3 in the compression chamber 4 allows to pump the fluid.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, a device for forming a finger-joint connection according to one embodiment of the invention.
  • the device 10 is a piece of revolution about the axis XX.
  • the device 10 is hollow, and has a cylindrical inner surface 1 1.
  • the inner surface 1 1 has a groove 14.
  • the section of the groove 14 is substantially rectangular.
  • the device 10 comprises an outer surface 12 having the shape of substantially a truncated sphere at its two ends, the truncation being carried out at two planes perpendicular to the axis XX.
  • the outer surface 12 has a plurality of curved splines 13, in the case shown nine curved splines 13.
  • the curved splines 13 have an outer surface substantially parallel to the outer surface 12 of the device. It is about 13 involute flutes of circle.
  • FIG. 5 illustrates, schematically and in a non-limiting manner the pivot connection between the two plates (mobile and variable inclination).
  • FIG. 5 is a sectional view along a plane containing the axis of the drive shaft 5.
  • the variable inclination plate 7 the movable plate 2
  • the rods 8 are in ball joint connection in the mobile plate 2 without rubbing pads.
  • the YY axis represents the axis of the variable inclination plate 7.
  • the movable plate 2 is pivotally connected to the variable inclination plate 7 around the inclination axis YY of the variable inclination plate 7.
  • the inclination of the movable plate 2 is identical to the inclination of the variable inclination plate 7.
  • This pivot connection is formed of a conical roller stopper 16 and a ball bearing 18.
  • the movable plate 2 has two outer shoulders 20 and 22 for the arrangement of the tapered roller stop 16 and the ball bearing 18.
  • the shoulder 20 with the smaller diameter is intended to receive the conical roller stopper 16 and is located on the side of the movable plate 2 remote rods 8.
  • the shoulder 22 with the largest diameter is intended to receive the ball bearing 18, and is located near the side of the movable plate 2 close to the connecting rods 8.
  • variable inclination plate 7 has two internal shoulders 19 and 21 for the arrangement of the tapered roller stop 16 and the ball bearing 18.
  • the shoulder 19 with the smallest diameter is intended to receive the tapered roller stop 16, and is located towards the center of the variable inclination plate 7.
  • the shoulder 21 with the largest diameter is intended to receive the ball bearing 18, and is located on the side of the variable inclination plate 7 near the movable plate 2.
  • FIG. 5 further illustrates the device for forming a finger ball 10.
  • This device 10 conforms to the device for forming a finger ball joint illustrated in FIG. 4.
  • the device 10 is mounted on the drive shaft 5 by means of a key 17.
  • the invention also relates to the use of the pump according to the invention for a drilling operation, in particular for the injection of drilling muds into a wellbore.
  • the pump according to the invention is well suited to this use, for its flexibility, compactness, and resistance to high pressures.
  • the pump according to the invention can be sized to operate up to pressures of the order of 1500 bars, that is to say 150 MPa.
  • the pump according to the invention can be sized to operate at flow rates ranging from 30 to 600 m 3 / h.

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Abstract

La présente invention concerne une pompe à barillet rotatif (6), qui comporte deux plateaux : un plateau mobile (2) également entraîné par l'arbre d'entraînement (5), et un plateau à inclinaison variable (7), les deux plateaux (2, 7) étant en liaison pivot l'un par rapport à l'autre.

Description

POMPE A BARILLET ROTATIF AVEC DOUBLE PLATEAUX
La présente invention concerne le domaine des pompes, en particulier pour le pompage haute pression, notamment pour des opérations de forage.
De nos jours, les pompes à vilebrequins sont les plus répandues dans l'ensemble des secteurs de l'industrie : les biens d'équipement, les industries pétrolière, gazière et agroalimentaire, le secteur automobile, le bâtiment (chauffage, puits, climatisation, pompes à eau, etc.) et plus spécifiquement pour le traitement de l'eau et des déchets (réseau d'eau et d'assainissement). Néanmoins, elles sont encore construites à partir de concepts datant des années 1930, et ne font l'objet que de très peu d'études de recherche et développement pour améliorer leurs performances, réduire leur coût de revient, minimiser les frais de maintenance ou diminuer leur empreinte environnementale. Ces pompes présentent des limites en termes de puissance, de couple pression / débit ( c'est-à-dire des limites qui se traduisent par des phénomènes apparentés aux « coups de bélier » générés par la réponse sinusoïdale de la pression produite par le vilebrequin), de poids, de rendement et de durée de vie. De plus, elles ne permettent pas d'avoir une cylindrée variable et manquent donc de flexibilité d'utilisation. En outre, dans le domaine de la production d'hydrocarbures, on observe actuellement que les forages doivent atteindre des profondeurs de plus en plus importantes, ce qui implique de travailler avec des pressions d'injection toujours plus élevées. Les compagnies pétrolières ont donc besoin de pompes à très haute pression pour atteindre les profondeurs requises pour l'injection, par exemple, de boues de forage. Ces dernières doivent également être fiables, économiques, flexibles et compactes, afin de répondre aux demandes toujours plus exigeantes du secteur de l'énergie.
Une autre technologie de pompe volumétrique est la pompe à barillet. Majoritairement destinées au pompage à plus faible pression et débit (elles sont principalement utilisées dans le pompage des huiles hydrauliques), elles offrent de nombreux avantages :
• Excellent rapport poids / puissance
• Très bon rapport qualité / prix
• Rendements mécaniques et volumétriques intéressants
• Possibilité de cylindrée variable en réglant l'inclinaison du plateau
Les pompes conçues avec un barillet fonctionnent à l'aide d'un système de plateau tournant qui actionne les différents pistons les uns à la suite des autres. Lorsqu'un piston est en phase d'admission, le piston opposé est en mode refoulement, ce qui offre un flux constant en amont et aval de la pompe. La répartition des positions des pistons avec un guidage par le barillet assure une distribution des efforts progressive lors de la rotation de l'arbre entraîné par le moteur.
II existe trois grandes architectures de pompe à barillet :
• Les pompes à barillet fixe (figure 1 ) : dans cette configuration de pompe 1 , où le barillet est fixe, c'est le plateau incliné 2 qui tourne (entraîné par l'arbre 5) afin de générer le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison entre les pistons 3 et le plateau 2 est alors assuré par des patins rotulés qui frottent sur le plateau 2. L'avantage ici est d'avoir une très faible inertie des pièces en rotation. Toutefois, cette configuration rend difficile la mise en place de cylindrée variable. De plus, dans le cas de pressions et débits importants, les efforts de frottement entre le plateau et les patins ne sont pas négligeables, et rendent complexe voire impossible la réalisation de la pompe.
• Les pompes à barillet avec plateau oscillant : le barillet est fixe dans cette architecture et l'on a deux plateaux, un premier plateau incliné est en rotation et transfère au second plateau uniquement le mouvement d'oscillation. Ainsi on peut lier les pistons au second plateau oscillant sans la nécessité d'éléments frottants, par exemple avec une bielle liée au piston et au plateau par des liaisons rotules. Cette architecture est adaptée au pompage haute pression du fait de l'absence d'éléments frottant (on en trouve d'ailleurs quelques-unes sur le marché de la géothermie). Elle offre également un excellent rendement mécanique. Cette configuration rend possible la réalisation d'une cylindrée variable, elle reste néanmoins difficile à intégrer et à concevoir.
• Les pompes à barillet rotatif (figure 2) : au sein de la pompe 1 , c'est le plateau 2 qui est fixe et le barillet 6 portant les pistons 3 est en rotation, assurant ainsi le mouvement des pistons 3 dans leurs chemises 4 (chambre de compression). La liaison piston 3 - plateau 2 est assurée de la même manière que pour la première configuration. L'avantage de cette architecture est que l'on peut aisément rendre le plateau réglable en inclinaison et ainsi avoir la possibilité de cylindrée variable. En revanche, l'inertie des pièces en rotation augmente de façon non négligeable puisque le barillet et l'ensemble des pistons sont mis en rotation. De plus, pour cette configuration, il y a des frottements importants entre le plateau et les bielles liées aux pistons. Ces frottements génèrent des pertes au niveau du rendement.
Pour pallier ces inconvénients, la présente invention concerne une pompe à barillet rotatif, qui comporte deux plateaux : un plateau mobile également entraîné par l'arbre d'entraînement, et un plateau à inclinaison variable, les deux plateaux étant en liaison pivot l'un par rapport à l'autre. Ainsi, l'entraînement du plateau mobile par l'arbre d'entraînement permet un contact entre deux pièces rotatives : les bielles et le plateau mobile, ce qui permet de limiter les pertes par frottement entre ces pièces. L'inclinaison variable permet une cylindrée variable de la pompe.
Le dispositif selon l'invention
La présente invention concerne une pompe à barillet comprenant un carter, et comprenant au sein dudit carter :
- un arbre d'entraînement,
- un bloc cylindre comportant au moins deux chambres de compression réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre étant entraîné par ledit arbre d'entraînement, - un plateau mobile,
- au moins deux pistons en translation respectivement dans lesdites chambres de compression dudit bloc cylindre, lesdits pistons étant entraînés par ledit plateau mobile au moyen de bielles.
Ledit plateau mobile est entraîné par ledit arbre d'entraînement, et ladite pompe à barillet comporte un plateau à inclinaison variable par rapport audit arbre d'entraînement, ledit plateau mobile étant en liaison pivot par rapport audit plateau à inclinaison variable autour de l'axe dudit plateau à inclinaison variable.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile et ledit plateau à inclinaison variable est formée de moyens pour supporter les charges et de moyens pour tenir l'ensemble des deux plateaux.
Avantageusement, ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile et ledit plateau à inclinaison variable est formée d'une butée à rouleaux coniques et d'un roulement à billes.
De préférence, ladite butée à rouleaux coniques est disposée entre un épaulement externe dudit plateau mobile et un épaulement interne dudit plateau à inclinaison variable.
De manière avantageuse, ledit roulement à billes est disposé entre un épaulement externe dudit plateau mobile et un épaulement interne dudit plateau à inclinaison variable.
Conformément à un mode de réalisation, ledit plateau mobile est entraîné par ledit arbre d'entraînement par une rotule à doigt.
Selon un aspect, ladite rotule à doigt comporte un dispositif pour former une liaison rotule à doigt sous forme d'une pièce de révolution creuse comprenant une surface interne sensiblement cylindrique et une surface externe ayant sensiblement la forme d'une sphère tronquée à ses deux extrémités, et ladite surface interne comporte au moins une rainure ou une cannelure femelle, et en ce que ladite surface externe comporte au moins une cannelure bombée. Avantageusement, le dispositif pour former une liaison rotule à doigt est monté sur ledit arbre d'entraînement au moyen d'une clavette ou d'un arbre cannelé, et ledit plateau mobile est monté sur ledit dispositif au moyen d'au moins une rainure coopérant avec ladite au moins une cannelure bombée.
De préférence, ledit plateau mobile comporte une surface interne partiellement sphérique.
Selon une mise en œuvre de l'invention, ladite pompe à barillet comporte un moyen de commande de l'inclinaison dudit plateau à inclinaison variable.
De manière avantageuse, ledit moyen de commande de l'inclinaison comporte un système roue et vis sans fin.
De préférence, lesdites bielles sont liées audit plateau mobile sans patins frottants.
En outre, l'invention concerne l'utilisation de ladite pompe à barillet selon l'une des caractéristiques précédentes pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage.
Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 , déjà décrite, illustre une pompe à barillet fixe selon l'art antérieur.
La figure 2, déjà décrite, illustre une pompe à barillet rotatif selon l'art antérieur.
La figure 3 illustre une pompe à barillet selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 illustre un dispositif pour former une liaison rotule à doigt nécessaire pour la rotation et l'inclinaison du plateau mobile selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 illustre la liaison pivot entre le plateau mobile et le plateau à inclinaison variable selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne une pompe à barillet rotatif. La pompe à barillet a pour but de pomper un fluide (par exemple : eau, huile, gaz, boues de forage, etc.) au moyen d'un déplacement linéaire de plusieurs pistons. Ce type de pompe présente l'avantage d'être compacte, d'avoir des rendements mécaniques et volumétriques intéressants, un excellent rapport poids/puissance. De plus, les pompes à barillet rotatif sont adaptées au pompage haute pression. La pompe à barillet selon l'invention comporte un carter et comporte au sein du carter :
- un arbre d'entraînement : celui-ci est entraîné en rotation, par rapport au carter par une source d'énergie extérieure, notamment une machine motrice (par exemple thermique ou électrique), en particulier au moyen d'une transmission (par exemple une boîte de vitesses),
- un plateau mobile (rotatif) entraîné par l'arbre d'entraînement : le plateau mobile est entraîné par rapport à l'arbre d'entraînement, ce plateau est donc rotatif, de plus, le plateau mobile est incliné par rapport à l'arbre d'entraînement,
- un bloc cylindre (appelé barillet), comportant au moins deux chambres de compression (appelés également chemises) réparties circonférentiellement (en d'autres termes les chambres de compression sont réparties selon un cercle), le bloc cylindre est rotatif, et entraîné par l'arbre d'entraînement,
- au moins deux pistons en translation respectivement dans les chambres de compression, les pistons sont entraînés par le plateau mobile au moyen de bielles (les bielles relient, au moyen de liaisons rotules, le plateau mobile et les pistons de manière à transformer le mouvement du plateau mobile en mouvement de translation des pistons), et la translation des pistons au sein des chambres de compression réalisent le pompage du fluide, et
- un plateau à inclinaison variable par rapport à l'arbre d'entraînement, en dehors du réglage de son inclinaison, ce plateau est fixe par rapport au carter, et le plateau mobile est en liaison pivot par rapport au plateau à inclinaison variable autour de l'axe du plateau à inclinaison variable (cet axe correspondant à une direction normale au plateau, et pouvant correspondre à l'axe de révolution du plateau à inclinaison variable dans le cas où le plateau a une forme de disque), ainsi, l'inclinaison du plateau mobile est identique à l'inclinaison du plateau à inclinaison variable.
L'inclinaison variable du plateau à inclinaison variable permet une cylindrée variable de la pompe, en modifiant la course des pistons.
Avantageusement, les liaisons rotules entre les bielles et le plateau mobile sont mises en œuvre sans patins frottants (il n'y a pas de liaison par friction entre les bielles et le plateau mobile), cela est rendu possible par le plateau mobile. En effet, une des spécificités de l'invention repose sur la conception du double plateau, et plus spécifiquement de la liaison du plateau mobile avec le plateau à inclinaison variable et de son entraînement via l'arbre d'entrée de puissance. La majorité des pompes à plateaux du marché sont destinées à des activités à plus faibles débits et pressions et les contraintes mécaniques sur les différents composants de la pompe sont donc plus limitées. Dans le cadre d'une utilisation haut débit et haute pression de ces pompes du marché, les efforts mécaniques mis en jeu sont considérables et, pour ces pompes, les patins frottants sont indispensables. De plus, la conception de patins frottants entre les bielles et le plateau incliné devient critique, en plus d'amputer de quelques points le rendement final de la pompe. La conception d'un double plateau, l'un fixe et l'autre rotatif permet donc une augmentation du rendement final de la pompe, en se passant de patins frottants, et permet une utilisation de la pompe à haut débit et haute pression.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la liaison pivot entre le plateau mobile et le plateau à inclinaison variable peut être formée de moyens pour supporter les charges et de moyens pour tenir l'ensemble des deux plateaux. Par exemple, cette liaison pivot peut être formée d'une butée à rouleaux coniques et d'un roulement à billes. La butée à rouleaux coniques est capable de supporter les charges axiales et radiales exercées sur les plateaux, le roulement à billes permet de tenir l'ensemble des deux plateaux (mobile et à inclinaison variable).
Selon un aspect de ce mode de réalisation, le plateau mobile peut comporter deux épaulements externes pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques et du roulement à billes. L'épaulement avec le diamètre le moins important peut être destiné à recevoir la butée à rouleaux coniques et peut être situé du côté du plateau mobile éloigné des bielles. De plus, l'épaulement avec le diamètre le plus important peut être destiné à recevoir le roulement à billes, et peut être situé à proximité du côté du plateau mobile proche des bielles.
En outre, le plateau à inclinaison variable peut comporter deux épaulements internes pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques et du roulement à billes. L'épaulement avec le diamètre le moins important peut être destiné à recevoir la butée à rouleaux coniques, et peut être situé vers le centre du plateau à inclinaison variable. De plus, l'épaulement avec le diamètre le plus important peut être destiné à recevoir le roulement à billes, et peut être situé sur côté du plateau à inclinaison variable proche du plateau mobile.
Cette installation de la butée à rouleaux coniques et du roulement à billes au moyen des épaulements internes et externes, permet un assemblage simple des deux plateaux. Conformément à une mise en œuvre de l'invention, le plateau mobile peut être entraîné par l'arbre d'entraînement par une rotule à doigt. Une liaison rotule à doigt est une liaison entre deux éléments mécaniques, qui dispose de quatre degrés de liaisons et deux degrés de mouvements relatifs ; seulement deux rotations relatives sont possibles, les trois translations et la dernière rotation étant liées. D'une manière générale, il s'agit d'une rotule dotée d'un doigt faisant obstacle à une rotation. Le principe de fonctionnement de ce type de liaison est d'assurer la transmission de couple entre deux ensembles en rotation dont les axes ne sont pas colinéaires. La liaison rotule à doigt permet de synchroniser la rotation du plateau mobile et du bloc cylindre (barillet).
Selon un aspect de cette mise en œuvre de l'invention, la rotule à doigt peut être formée au moyen d'un dispositif spécifique pour former une rotule à doigt. Le dispositif pour former la rotule à doigt peut être une pièce de révolution creuse. On rappelle qu'en géométrie, une pièce de révolution est une pièce engendrée par une surface plane fermée tournant autour d'un axe situé dans le même plan qu'elle et ne possédant en commun avec elle aucun point ou seulement des points de sa frontière.
Pour des raisons de clarté de la description, le terme "dispositif est utilisé dans la suite de la description pour désigner le dispositif spécifique pour former une liaison rotule à doigt.
Le dispositif pour former la rotule à doigt comprend une surface interne sensiblement cylindrique. Ainsi, le creux du dispositif est sensiblement cylindrique. De cette manière, le dispositif est adapté pour être montée sur un arbre cylindrique. La surface interne comprend au moins une rainure pour l'insertion d'une clavette ou au moins une cannelure femelle pour l'insertion d'un arbre cannelé, dans le but de transmettre le couple entre un arbre et le dispositif. L'utilisation d'une transmission par clavette ou par cannelures permet la transmission de couple important.
Le dispositif selon l'invention comprend une surface externe ayant sensiblement la forme d'une sphère tronquée à ses extrémités. La sphère est tronquée par deux plans perpendiculaires à l'axe de révolution du dispositif. Cette forme partiellement sphérique de la surface externe permet une liaison rotule. De plus, la surface externe comporte au moins une cannelure bombée. La cannelure bombée permet d'une part de former le doigt de la rotule à doigt, et d'autre part permet la transmission de couple important, entre le dispositif et un élément positionné sur la surface externe du dispositif (par exemple un plateau ou un disque).
Cette conception du dispositif pour former une liaison rotule à doigt permet une compacité élevée, un débattement angulaire important, et une simplicité de mise en œuvre.
De manière avantageuse, la ou les rainures et la ou les cannelures sont parallèles à l'axe de révolution du dispositif.
De préférence, la ou les cannelures de la surface externe ont une forme bombée parallèle à la forme globalement sphérique de la surface externe du dispositif. Ainsi, il peut s'agir de cannelures à développantes de cercle afin d'avoir le plus grand couple transmissible.
Selon un aspect de ce mode de réalisation de l'invention, la surface externe comporte une pluralité de cannelures bombées régulièrement réparties sur la circonférence de la surface sphérique. De cette manière, un couple plus important peut être transmis entre le dispositif selon l'invention, et l'élément positionné sur la surface externe du dispositif. Les cannelures sont de préférence parallèles entre elles. Par exemple, la surface externe du dispositif peut comprendre entre cinq et dix-neuf cannelures bombées, de préférence entre sept et treize, afin d'optimiser la fabrication et le couple transmissible par le dispositif, ainsi que pour optimiser la répartition des efforts dans les cannelures.
Ainsi, pour la connexion de rotule à doigt entre l'arbre d'entraînement et le plateau mobile, le dispositif pour former une rotule à doigt est monté sur l'arbre d'entraînement au moyen d'au moins une clavette ou au moyen d'un arbre cannelé. De plus, le plateau mobile est monté sur la surface externe du dispositif pour former une liaison une rotule à doigt au moyen d'au moins une rainure (cannelure femelle) bombée coopérant avec la ou les cannelures bombées.
Grâce à l'invention, une liaison rotule à doigt est formée entre l'arbre d'entraînement et le plateau mobile : le plateau mobile peut tourner au moyen de la surface externe sphérique du dispositif, et le couple peut être transmis de l'arbre au plateau par la clavette ou les cannelures de l'arbre d'entraînement et par la ou les cannelures bombées.
Il s'agit ici d'une liaison sphérique à doigt à vitesse constante sans glissement. Cela signifie que la vitesse de rotation en entrée de la liaison est identique à la vitesse de rotation en sortie de la liaison, et que, cette liaison se fait sans glissement mais par un entraînement mécanique direct.
Cette conception de la connexion permet une liaison rotule à doigt ayant une compacité élevée, un débattement angulaire important, et une simplicité de mise en œuvre.
Pour réaliser la liaison rotule à doigt, le plateau mobile peut comporter une surface interne sensiblement sphérique, pourvue de cannelures femelles.
Afin de faciliter l'assemblage de la connexion, le plateau mobile peut être constitué de deux demi-coquilles. Alternativement, le plateau mobile peut être réalisé en une seule pièce.
Selon un aspect de l'invention, le plateau mobile peut comprendre un moyen formant une butée angulaire. Il peut s'agir d'une surface venant en contact avec l'arbre, par exemple, le plateau peut comprendre une surface interne conique venant en contact avec l'arbre pour l'angle de débattement maximal.
Alternativement à ce mode de réalisation de rotule à doigt, la rotule à doigt peut être une rotule à billes. Les plateaux peuvent avoir sensiblement la forme de disque. Toutefois, les plateaux peuvent avoir n'importe quelle forme. Seules les chambres de compression (et les pistons) sont réparties sur un cercle. Avantageusement, la pompe selon l'invention peut comporter un nombre de pistons compris entre trois et quinze, de préférence entre cinq et onze. Ainsi, un nombre élevé de pistons offre un flux continu en amont et en aval de la pompe.
De manière classique, la pompe comporte en outre une entrée et une sortie du fluide à pomper. Le fluide passe par l'entrée de la pompe, entre dans une chambre de compression, est comprimé, puis refoulé de la pompe par la sortie au moyen du piston. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'angle d'inclinaison du plateau à inclinaison variable par rapport à la direction axiale de l'arbre d'entraînement peut être compris entre 70° et 90°. En d'autres termes, le plateau à inclinaison variable (et a fortiori le plateau rotatif) peut être incliné d'un angle compris entre 0 et 20° par rapport à une direction radiale de l'arbre d'entraînement.
Conformément à une mise en œuvre de l'invention, la pompe à barillet peut comporter un moyen de commande de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable. Par exemple, ce moyen de commande peut comporter un système roue et vis sans fin.
Selon un aspect de l'invention, le barillet peut être réalisé en deux parties, une première partie étant destinée au guidage, et la deuxième partie étant destinée à l'étanchéité.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un schéma cinématique d'une pompe à barillet rotatif selon un mode de réalisation de l'invention. La pompe à barillet rotatif 1 comporte un arbre d'entraînement 5. La rotation de l'arbre d'entraînement 5 est réalisée par une source extérieure non représentée, par exemple une machine électrique et une boîte de vitesses. L'arbre d'entraînement 5 est en rotation par rapport au carter 15. De plus, l'arbre d'entraînement 5 entraîne en rotation le barillet 6 qui comporte des chambres de compression 4.
L'arbre d'entraînement 5 entraîne également un plateau mobile 2 au moyen d'une liaison rotule à doigt 9.
La pompe 1 comporte en outre un plateau à inclinaison variable 7, qui, mis à part son réglage de l'inclinaison, est fixe par rapport au carter 15. Le moyen de réglage de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7 n'est pas représenté.
Le plateau mobile 2 est en liaison pivot par rapport au plateau à inclinaison variable 7 autour de l'axe du plateau à inclinaison variable 7. La pompe 1 comporte un piston 3 animé d'un mouvement de translation (mouvement de va et vient) au sein d'une chambre de compression 4.
Le mouvement de va et vient du piston 3 est réalisé au moyen d'une bielle 8 qui relie le plateau mobile 2 et le piston 3 au moyen de liaisons rotules. Ce mouvement de va et vient du piston 3 au sein de la chambre de compression 4 permet de pomper le fluide.
La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un dispositif pour former une liaison rotule à doigt selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 10 est une pièce de révolution autour de l'axe XX. Le dispositif 10 est creux, et comporte une surface interne 1 1 cylindrique. La surface interne 1 1 comporte une rainure 14. La section de la rainure 14 est sensiblement rectangulaire. Le dispositif 10 comporte une surface externe 12 ayant la forme sensiblement d'une sphère tronquée à ses deux extrémités, la troncature étant réalisée au niveau de deux plans perpendiculaires à l'axe XX. La surface externe 12 comporte une pluralité de cannelures bombées 13, dans le cas illustré neuf cannelures bombées 13. Les cannelures bombées 13 ont une surface externe sensiblement parallèle à la surface externe 12 du dispositif. Il s'agit de cannelures 13 à développantes de cercle.
La figure 5 illustre, schématiquement et de manière non limitative la liaison pivot entre les deux plateaux (mobile et à inclinaison variable). La figure 5 est une vue en coupe selon un plan contenant l'axe de l'arbre d'entraînement 5. Sur cette figure sont représentés le plateau à inclinaison variable 7, le plateau mobile 2, et des bielles 8. Les bielles 8 sont en liaison rotule dans le plateau mobile 2 sans patins frottants.
L'axe YY représente l'axe du plateau à inclinaison variable 7. Le plateau mobile 2 est en liaison pivot sur le plateau à inclinaison variable 7 autour de l'axe YY d'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7. Ainsi, l'inclinaison du plateau mobile 2 est identique à l'inclinaison du plateau à inclinaison variable 7. Cette liaison pivot est formée d'une butée à rouleaux coniques 16 et d'un roulement à billes 18.
Le plateau mobile 2 comporte deux épaulements externes 20 et 22 pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques 16 et du roulement à billes 18. L'épaulement 20 avec le diamètre le moins important est destiné à recevoir la butée à rouleaux coniques 16 et est situé du côté du plateau mobile 2 éloigné des bielles 8. De plus, l'épaulement 22 avec le diamètre le plus important est destiné à recevoir le roulement à billes 18, et est situé à proximité du côté du plateau mobile 2 proche des bielles 8.
En outre, le plateau à inclinaison variable 7 comporte deux épaulements internes 19 et 21 pour l'agencement de la butée à rouleaux coniques 16 et du roulement à billes 18.
L'épaulement 19 avec le diamètre le moins important est destiné à recevoir la butée à rouleaux coniques 16, et est situé vers le centre du plateau à inclinaison variable 7. De plus, l'épaulement 21 avec le diamètre le plus important est destiné à recevoir le roulement à billes 18, et est situé sur côté du plateau à inclinaison variable 7 proche du plateau mobile 2.
La figure 5 illustre en outre le dispositif pour former une rotule à doigt 10. Ce dispositif 10 est conforme au dispositif pour former une rotule à doigt illustré à la figure 4. Le dispositif 10 est monté sur l'arbre d'entraînement 5 au moyen d'une clavette 17.
L'invention concerne également l'utilisation de la pompe selon l'invention pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage. En effet, la pompe selon l'invention est bien adaptée à cette utilisation, par sa flexibilité, sa compacité, et sa résistance aux hautes pressions.
Par exemple la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 1500 bars, c'est-à-dire 150 MPa. En outre, la pompe selon l'invention peut être dimensionnée pour fonctionner à des débits variant de 30 à 600 m3/h.

Claims

Revendications
1 ) Pompe à barillet comprenant un carter (15), et comprenant au sein dudit carter (15) :
- un arbre d'entraînement (5),
- un bloc cylindre (6) comportant au moins deux chambres de compression (4) réparties circonférentiellement, ledit bloc cylindre (6) étant entraîné par ledit arbre d'entraînement (5),
- un plateau mobile (2),
- au moins deux pistons (3) en translation respectivement dans lesdites chambres de compression (4) dudit bloc cylindre (6), lesdits pistons (3) étant entraînés par ledit plateau mobile (2) au moyen de bielles (8),
caractérisé en ce que ledit plateau mobile (2) est entraîné par ledit arbre d'entraînement (5), et en ce que ladite pompe à barillet (1 ) comporte un plateau à inclinaison variable (7) par rapport audit arbre d'entraînement (5), ledit plateau mobile (2) étant en liaison pivot par rapport audit plateau à inclinaison variable (7) autour de l'axe (YY) dudit plateau à inclinaison variable (7).
2) Pompe selon la revendication 1 , dans laquelle ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile (2) et ledit plateau à inclinaison variable (7) est formé de moyens pour supporter les charges et de moyens pour tenir l'ensemble des deux plateaux.
3) Pompe selon la revendication 2, dans laquelle ladite liaison pivot entre ledit plateau mobile (2) et ledit plateau à inclinaison variable (7) est formée d'une butée à rouleaux coniques (16) et d'un roulement à billes (18). 4) Pompe selon la revendication 3, dans laquelle ladite butée à rouleaux coniques (16) est disposée entre un épaulement externe (20) dudit plateau mobile (2) et un épaulement interne (19) dudit plateau à inclinaison variable (7).
5) Pompe selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle ledit roulement à billes (18) est disposé entre un épaulement externe (22) dudit plateau mobile (2) et un épaulement interne (21 ) dudit plateau à inclinaison variable (7).
6) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit plateau mobile (2) est entraîné par ledit arbre d'entraînement (5) par une rotule à doigt (9).
7) Pompe selon la revendication 6, dans laquelle ladite rotule à doigt (9) comporte un dispositif (10) pour former une liaison rotule à doigt sous forme d'une pièce de révolution creuse comprenant une surface interne (1 1 ) sensiblement cylindrique et une surface externe (12) ayant sensiblement la forme d'une sphère tronquée à ses deux extrémités, et dans laquelle ladite surface interne (1 1 ) comporte au moins une rainure (14) ou une cannelure femelle, et en ce que ladite surface externe (12) comporte au moins une cannelure bombée (13).
8) Pompe selon la revendication 7, dans laquelle le dispositif (10) pour former une liaison rotule à doigt est monté sur ledit arbre d'entraînement (5) au moyen d'une clavette (17) ou d'un arbre cannelé, et ledit plateau mobile (2) est monté sur ledit dispositif (10) au moyen d'au moins une rainure coopérant avec ladite au moins une cannelure bombée (13).
9) Pompe selon l'une des revendications 6 ou 7, dans laquelle ledit plateau mobile (2) comporte une surface interne partiellement sphérique.
10) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite pompe à barillet (1 ) comporte un moyen de commande de l'inclinaison dudit plateau à inclinaison variable.
1 1 ) Pompe selon la revendication 10, dans laquelle ledit moyen de commande de l'inclinaison comporte un système roue et vis sans fin.
12) Pompe selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites bielles (8) sont liées audit plateau mobile (2) sans patins frottants. 13) Utilisation de ladite pompe à barillet (1 ) selon l'une des revendications précédentes pour une opération de forage, en particulier pour l'injection de boues de forage dans un puits de forage.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3072739B1 (fr) * 2017-10-20 2019-12-20 IFP Energies Nouvelles Dispositif de forme spherique et muni de cannelures bombees pour former une liaison rotule a doigt, et pompe a barillet muni d'un tel dispositif
US12421944B1 (en) * 2024-06-20 2025-09-23 Hamilton Sundstrand Corporation Straight axis variable displacement piston pump with feature to minimize piston side loading

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB190924325A (en) * 1909-10-22 1910-06-16 Hoffmann Mfg Co Ltd Improvements in Ball or like Bearings Required to Take Angular Thrusts.
GB588451A (en) * 1945-01-02 1947-05-22 Lapointe Machine Tool Co Improvements in or relating to revolving cylinder reciprocating pumps
DE1041362B (de) * 1953-01-24 1958-10-16 Georg Wiggermann Lagerung der Treibscheibe bei Axialkolbenmaschinen
US2972955A (en) * 1957-03-21 1961-02-28 Richter Harald Submersible pump
US3426686A (en) * 1966-04-04 1969-02-11 Ulrich Mfg Co Pump
US3635126A (en) * 1969-01-17 1972-01-18 Caterpillar Tractor Co Hydrostatic button bearings for pumps and motors
US3911791A (en) * 1973-06-15 1975-10-14 Robert Cecil Clerk Swash-plate drive for axial piston pumps/motors
DE2412619A1 (de) * 1974-03-15 1975-09-25 Linde Ag Lagerung fuer den triebflansch einer axialkolbenmaschine
DE19906540A1 (de) * 1999-02-17 2000-08-31 Parker Hannifin Gmbh Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe
WO2005078238A1 (fr) * 2004-02-17 2005-08-25 Poclain Hydraulics Machine a pistons axiaux et a plateau oscillant
KR20090020549A (ko) * 2006-03-14 2009-02-26 롱후이 츄 축방향 플런저 펌프 또는 모터
CN102926959B (zh) * 2012-11-07 2016-08-03 三一重工股份有限公司 一种斜盘式柱塞泵或马达
RU2567157C2 (ru) * 2014-02-04 2015-11-10 Виталий Федорович Щербаков Аксиально-поршневая гидромашина с приводным наклонным диском
JP6688724B2 (ja) * 2016-03-28 2020-04-28 株式会社神戸製鋼所 液圧回転機

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