FR2585413A1

FR2585413A1 - Manual emergency pump with variable flow rate

Info

Publication number: FR2585413A1
Application number: FR8511465A
Authority: FR
Inventors: Georges Martin
Original assignee: VENDEE CONST MECA HYDRAULIQUE
Current assignee: VENDEE CONST MECA HYDRAULIQUE
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1987-01-30

Abstract

The invention relates to a manual hydraulic pump, in particular an emergency pump for operating the doors (gates) of a sluice (lock) with the aid of jacks, comprising a framework 10 in which are mounted at least one pumping element and one rotary shaft 22 common to the pumping elements and able to be rotationally driven by a hand crank. Each pumping element comprises a chamber 12 with one open end and with inlet and outlet orifices 14, 16, a cam 24 mounted fixedly on the shaft, a central piston 26 of smaller cross-section than the chamber and subjected to the action of the cam 24 so as to perform reciprocating pumping movements in the chamber, an annular piston 28, received between the central piston and the wall of the chamber, and a series of elastic washers 30 ("Belleville" or the like) acting between the central piston and the annular piston so as to stress the latter towards the inside of the chamber, so that, according to the pressure of the hydraulic fluid in the chamber, the stroke of the said piston element varies so as thus to adapt the flow rate according to the variable pressure required to operate the said doors (gates), at a constant manual input pressure.

Description

Pompe de secours manuelle à débit variable
La présente invention a trait au domaine des pompes nydrauliques, et concerne plus particulièrement une pompe manuelle de secours à débit variable pwr écluses w analogues.Variable flow manual backup pump
The present invention relates to the field of hydraulic pumps, and more particularly relates to a manual emergency pump with variable flow pwr locks w analogs.

Les installations d'écluses sont généralement équipées d'unités de commande de type hydraulique destinées à l'ouverture et la fermeture des portes de l'écluse. Plus precisément, une pompe électrique ou analogue fournit du fluide hydraulique sous pression pour la commande de vérins qui ouvriront ou fermeront les portes de manière satisfaisante. Lock systems are generally fitted with hydraulic type control units for opening and closing the lock doors. More specifically, an electric pump or the like supplies pressurized hydraulic fluid for the control of jacks which will open or close the doors satisfactorily.

Ainsi on comprend que, lorsqu'intervient une panne d'électricité, l'écluse est immobilisée et aucun bateau ne peut la traverser. So we understand that, when a power failure occurs, the lock is immobilized and no boat can cross it.

La présente invention vise à pallier cet inconvénient et à proposer une solutlon manuelle à une telle défailiance, qui soit tout à fait économique et d'une grande efficacité. The present invention aims to overcome this drawback and to propose a manual solutlon to such a defect, which is entirely economical and very effective.

Plus précisément, un objet de l'invention est de proposer un dispositif apte à être commandé manuellement pour assurer sans difficulté excessive l'ouverture et la fermeture des portes de l'écluse lorsque le système hydraulique devient inopérant
A cet effet, la présente invention concerne une pompenydraulique manuelle, en particulier une pompe de secours pour la manoeuvre des portes d'une écluse à l'aide de vérins, caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti dans lequel est monté au moins un élément de pompage, un arbre rotatif commun aux éléments de pompage et apte à être entraîné en rotation par une manivelle à main, chaque élément de pompage comprenant une chambre de pompage solidarisée au bâti et possédant une extrémité ouverte et des orifices d'entrée et de sortie de fluide hydraulique, un élément de came monté fixe sur l'arbre dans le prolongement de la chambre, un premier élément de piston, de section transversale sensiblement plus petite que la section transversale intérieure de la chambre, et soumis à l'action de la surface de l'élément de came pour pouvoir effectuer des mouvements de va-et-vient dans la chambre > un second élément de piston annulaire reçu intimement entre le premier élément de piston et la paroi de l'extrémité ouverte de la chambre, et un moyen élastique agissant entre le premier élément de piston et le second élément de piston pour solliciter ce dernier vers l'intérieur de la chambre, de telle sorte que, suivant la différence entre les forces exercées sur le second élément de piston respectivement par le moyen élastique et par la pression du fluide hydraulique dans la chambre, ledit élément de piston voit sa course varier entre une valeur nulle et une valeur sensiblement égale à celle de la course du premiersétement de piston, pour ainsi, à pulssance manuelle constante, faire varier le débit de sortie en fonction-de la pression variable exigée pour la manoeuvre desdites portes.More specifically, an object of the invention is to provide a device capable of being controlled manually to ensure without excessive difficulty the opening and closing of the doors of the lock when the hydraulic system becomes inoperative
To this end, the present invention relates to a manual hydraulic pump, in particular a backup pump for operating the doors of a lock using jacks, characterized in that it comprises a frame in which is mounted at least one pumping element, a rotary shaft common to the pumping elements and able to be driven in rotation by a hand crank, each pumping element comprising a pumping chamber secured to the frame and having an open end and inlet and hydraulic fluid outlet, a cam element mounted fixed on the shaft in the extension of the chamber, a first piston element, of cross section substantially smaller than the interior cross section of the chamber, and subjected to the action of the surface of the cam element in order to be able to make reciprocating movements in the chamber> a second annular piston element received intimately between the first piston element and the wall of the open end of the chamber, and elastic means acting between the first piston element and the second piston element to urge the latter towards the interior of the chamber, so that, depending on the difference between the forces exerted on the second piston element respectively by the elastic means and by the pressure of the hydraulic fluid in the chamber, said piston element sees its stroke vary between a zero value and a value substantially equal to that of the stroke of the first piston step, thus at constant manual pulse, vary the output flow according to the variable pressure required for the operation of said doors.

L'invention sera mleux comprise à la lecture de la description détaillée sulvante d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite an référence au dessin annexé, sur laquel:
la figure 1 est une vue de coté en coupe schémdique d'un élément de pompage de secours manuel illustrant le principe de l'invention,
la figure 2 est une vue de côté an coupe partielle d'une pompe manuelle de secours à trois éléments, et
la figure 3 est une vue de facs en coupe partielle de la pompedela figure 2.The invention will be understood on reading the following detailed description of a preferred embodiment thereof, given by way of example and made with reference to the attached drawing, in which:
FIG. 1 is a side view in schematic section of a manual emergency pumping element illustrating the principle of the invention,
FIG. 2 is a side view in partial section of a three-element manual emergency pump, and
FIG. 3 is a partial sectional view of the pump of FIG. 2.

En référence au dessin, et en particulier à la figure 1, un élément de pompage manuel de secours à débit variable selon l'invention comprend tout d'abord un bêti 10 dans lequel est formée une chambre cylindrique de pompage 12, ouverte vers le haut La chambre 12 possède un orifice d'admission ou d'aspiration 14 et un orifice de refoulement 16. Dans les conduits d'arrivée et de départ de fluide hydraulique raccordés aux orifices 14, 16 sont respectivement prévus des clapets 1 8 ! 20 tels que des clapets à bille. With reference to the drawing, and in particular to FIG. 1, a manual emergency pumping element with variable flow according to the invention firstly comprises a frame 10 in which is formed a cylindrical pumping chamber 12, open upwards. The chamber 12 has an inlet or suction port 14 and a discharge port 16. In the inlet and outlet pipes of hydraulic fluid connected to the ports 14, 16 are respectively provided with valves 1 8! 20 such as ball valves.

Dans la région supérieure du bàti 10 est monté pivotant un arbre 22, solidaire en rotation d'une manivelle à main (non représentée sur la figure 1). Sur l'arbre 22 est monté fixe, sensiblement au dessus de la chambre de pompage 12, un élément de came 24. In the upper region of the frame 10 is pivotally mounted a shaft 22, integral in rotation with a hand crank (not shown in Figure 1). On the shaft 22 is fixedly mounted, substantially above the pumping chamber 12, a cam element 24.

La pompe comprend en outre un premier élément de piston ou piston central, sous la forme d'une tlge.cyllndrique 26 en contact par son extrémité supérieure avec la surface d'actionnement de l'élément de came, et dont l'extrémité inférieure est apte à coulisser dans la chambre 12 coaxialement avec elle. Entre le premier élément de piston 26 et la paroi intérieure de l'ouverture de la chambre mentionnée plus haut est intimement reeu un second élément de piston 28, de forme annulaire. The pump also comprises a first piston element or central piston, in the form of a cylindrical valve 26 in contact at its upper end with the actuating surface of the cam element, and the lower end of which is able to slide in chamber 12 coaxially with it. Between the first piston element 26 and the inner wall of the opening of the chamber mentioned above is intimately received a second piston element 28, of annular shape.

Le second élément de piston 28 est à coulissement libre entre le premier élément 26 et ladite paroi de l'ouverture, mais est apte à être sollicité vers le bas élastiquement par une série de rondelles élastiques 30, telles que des rondelles dites "Belleville", disposées autour du premier élément de piston 26 et emprisonnées axialement entre le second élément de piston annulaire 28 et un épaulement forment butée, indiqué en 32, prévu sur la surface extérieure du premier élément de piston. The second piston element 28 is free sliding between the first element 26 and said wall of the opening, but is capable of being elastically biased by a series of elastic washers 30, such as so-called "Belleville" washers, arranged around the first piston element 26 and trapped axially between the second annular piston element 28 and a shoulder form a stop, indicated at 32, provided on the outer surface of the first piston element.

L'élément de pompage manuel dont le principe est décrit ci-dessus opére de la manière suivante. Lorsque > comme on l'adit, dit, la source électrique d'énergie hyaraulique d'une installation telle qu'une écluse est difaillante, on actionne manuellement la manivelle mentionnée plus haut pour fournir du fluide hydraulique sous pression aux vérins cono'entionneîîement prévus pour l'ouverture des portas de l'écluse. The manual pumping element, the principle of which is described above, operates as follows. When> as it was said, the electrical source of hyaraulic energy from an installation such as a lock is faulty, the crank mentioned above is manually actuated to supply pressurized hydraulic fluid to the cylinders conventionally provided. for the opening of the lock ports.

Il faut préciser ici que la phsse initiale de l'ouverture de telles portes d'écluse exige le plus souvent un effort considérobît Ceci s'explique par le fait qu'il est extrêmement rare en pratique que les hauteurs d'eau de part et d'autre de la porte de l'écluse soutent rigoureusement identiques. Il en résulte qu'une pression différentielle très élevée est à
vaincre lors de ladite phase initiala
Ainsi, lorsque l'élément de pompe manuelle commence à être manoeuvré, la pression
dI fluide Mns la chambre est très élevée.Lors des mouvements de va-A-t-vient imprimes -
l'ensemble mobile 26, 28, 30, le piston central 26 va normalement effectuer une action de pompage, avec cependant un débit faible du fait de sa surface de section transversale et desa course limites. Cependant, la pression élevée régnant à ce stade dans la chambre va empêcher le piston extérieur 28 de pénétrer dans celle-ci, les rondelles élastiques 30 étant à cet égard choisies pour fournir en compression une force insuffisante pour vaincre une telle pression.It should be noted here that the initial phase of opening such lock doors most often requires considerable effort. This is explained by the fact that it is extremely rare in practice for the water heights on either side 'other from the lock gate hold strictly identical. As a result, a very high differential pressure is
defeat in said initial phase
Thus, when the manual pump element begins to be operated, the pressure
dI fluid Mns the chamber is very high. During back-and-forth movements printed -
the movable assembly 26, 28, 30, the central piston 26 will normally perform a pumping action, however with a low flow rate due to its cross-sectional area and the limit stroke. However, the high pressure prevailing at this stage in the chamber will prevent the external piston 28 from entering the latter, the elastic washers 30 being in this respect chosen to provide in compression an insufficient force to overcome such pressure.

Ainsi le piston extérieur 28 n'effectue au début de la manoeuvre aucune action de pompaga
Ce premier mode de fonctionnement (pression élevée et débit limité) correspond comme on l'a dit à la phase initiale de l'ouverture des portes de l'écluse, qui peut ainsi s'effectuer de façon certes lente mais tout à fait efficace.Thus the external piston 28 does not perform any pumping action at the start of the maneuver.
This first operating mode (high pressure and limited flow) corresponds, as has been said, to the initial phase of the opening of the doors of the lock, which can thus be carried out in a admittedly slow but entirely effective manner.

Puis, l'ouverture des portes se prolongeant, les hauteurs d'eau de part et d'autre de celles-ci tendent à s'égaiiser, et les seules forces à vaincre pour la poursuite de l'ouverture sont les forces de frottement et l'inertie de la masse d'eau à chasser. Then, the opening of the doors extending, the heights of water on either side of them tend to become even, and the only forces to be overcome for the continuation of the opening are the forces of friction and the inertia of the body of water to be expelled.

La pression exigée tombe alors à une valeur nettement plus faible, ce qui fait que la force exercée en compression par les rondelles élastiques 30 commence à devenir suffisante pour s'opposer à cette pression. Le piston extérieur 28 commence alors à effectuer sur une course limitée une action de pompage conjointement avec le piston central 26, dont la course est invariable.La pression continuant à baisser, la participation du piston extérieur 28 au pompage devient de plus en plus grande, pour ainsi, sous une pression qui reste par principe suffisante, augmenter le débit et donc la vitesse d'ouverture des portes de l'écluse. Lorsque la pression dans la chambre 12 tombe en deçà d'un certain seuil, correspondant à la force nécessalre-pour commencer à comprimer les rondelles élastiques, alors lesdites rondelles cessent d'agir et les deux parties 26 et 28 du piston agissent conjointement pour travailler à débit maximal. The required pressure then falls to a significantly lower value, so that the force exerted in compression by the elastic washers 30 begins to become sufficient to oppose this pressure. The external piston 28 then begins to perform, over a limited stroke, a pumping action jointly with the central piston 26, the stroke of which is invariable. As the pressure continues to decrease, the participation of the external piston 28 in pumping becomes increasingly greater, thus, under a pressure which remains in principle sufficient, increase the flow rate and therefore the speed of opening the doors of the lock. When the pressure in the chamber 12 falls below a certain threshold, corresponding to the force necessary to start compressing the elastic washers, then said washers cease to act and the two parts 26 and 28 of the piston act jointly to work at maximum flow.

On obtient ainsi un effet avantageux d'auto-rEgulation, selon lequel le débit et la pression de pompage s'adaptent d'eux-mêmes aux conditions extérieures, à savoir la pression exigée pour la manoeuvre, pour ainsi assurer de façon efficace, avec une manoeuvre manuelle à puissance sensiblement constante, à la fois la phase initiale de l'ouverture des portes et la poursuite sous moindre résistance et à plus grande vitesse, du mouvement de ces dernières
Sur les figures 2 et 3 est représentée en détail une pompe manuelle de secours apte à être utilisée en pratiqua On comprend en effet que l'emploi d'un seul élément de pompage conduit inévitablement à un fonctionnement par à coups.Ceci est bien entendu désavantageux en ce qu'un effort supérleur est exigé pour remettre les portes en mouvement lors de chaque course de pompage. Le mode de réalisation décrit ci-dessous pallie ce problème en assurant un fonctionnement à débit sensiblement continu. A cet effet, trois éléments de pompage fonctionnant selon le principe décrit ci-dessus sont juxtaposés dans un même bâti, les mouvements des pistons étant choisis déphasés de 120' les uns par rapport aux autres
Sur les figures 2 et 3, des numéros de référence identiques à ceux de la figure 1 désignent des éléments ou parties identiques ou similaires, qui ne seront donc pas décrits à nouveau.An advantageous self-regulation effect is thus obtained, according to which the flow rate and the pumping pressure adapt themselves to external conditions, namely the pressure required for the maneuver, thereby effectively ensuring, with a manual operation at substantially constant power, both the initial phase of the opening of the doors and the pursuit under less resistance and at higher speed, of the movement of the latter
In Figures 2 and 3 is shown in detail a manual emergency pump suitable for use in practice It is understood that the use of a single pumping element inevitably leads to a jerky operation. This is of course disadvantageous in that a greater effort is required to put the doors back in motion during each pumping stroke. The embodiment described below overcomes this problem by ensuring operation at a substantially continuous flow rate. To this end, three pumping elements operating according to the principle described above are juxtaposed in the same frame, the movements of the pistons being chosen to be phase-shifted by 120 'relative to each other.
In FIGS. 2 and 3, reference numbers identical to those in FIG. 1 denote identical or similar elements or parts, which will therefore not be described again.

Comme on le voit sur la figure 2, chaque came 24 présente un profil circulaire excentré par rapport à l'arbre 22. Des boulons 34 assurent la solidarisation de l'arbre 22 et des cames 24. Par ailleurs, par opposition au mode de réalisation simplifié de la figure 1, choque came 24 est reçue dans l'ouverture circulaire associée d'un élément en forme de disque vertical 36. Chaque disque vertical 36 est rendu solidaire de son piston central 26 associé par la combinaison d'une tige filetée 38, prévue au sommet dit piston central, coopérant avec un trou taraudé prévu dans le disque. La plus haute des rondelles élastiques 30 est en appui directement sur la surface inférieure du disque 36, aucun épaulement n'étant ici prévu. Un cordon de soudure 39 assure sa fixation. As seen in Figure 2, each cam 24 has a circular profile eccentric with respect to the shaft 22. Bolts 34 ensure the attachment of the shaft 22 and the cams 24. Furthermore, in contrast to the embodiment simplified of FIG. 1, shock cam 24 is received in the associated circular opening of an element in the form of a vertical disc 36. Each vertical disc 36 is made integral with its central piston 26 associated by the combination of a threaded rod 38 , provided at the top said central piston, cooperating with a threaded hole provided in the disc. The highest of the elastic washers 30 bears directly on the lower surface of the disc 36, no shoulder being provided here. A weld bead 39 secures it.

Comme on le volt sur la figure 2, un joint ou segment d'étanchéité 40 est prévu dans une gorge ménagée dans la surface intérieure du piston annulaire 28, pour ainsi éviter les fuites de fluide hydraulique entre les éléments de piston 26 et 28. De meme, un joint d'étanchéité 42 est reçu dans une gorge formée dans la région supérieure de la paroi intérieure de l'ouverture de la chambre 12. As shown in FIG. 2, a seal or sealing segment 40 is provided in a groove formed in the interior surface of the annular piston 28, so as to avoid leakage of hydraulic fluid between the piston elements 26 and 28. From even, a seal 42 is received in a groove formed in the upper region of the interior wall of the opening of the chamber 12.

On peut observer sur la figure 3 que l'arbre 22 est reçu rotatif dans des paliers 44 prévus aux extrémités supérieures de montants 1 Oa qui s'étendent dans un plan vertical de part et d'autre des éléments de pompage. On peut voir sur cette même figure la manivelle de manoeuvre 46 mentionnée plus haut
Par ailleurs, une tige horizontale 1 Ob est prévue dans la région inférieure du bâti 10 pwr exercer la force de reaction aux efforts de poussée exercée vers le bas par les pistons 26, 28 sur le fluide hydraulique contenu dans la chambre 12 au cours du pompage.It can be seen in Figure 3 that the shaft 22 is received rotatably in bearings 44 provided at the upper ends of uprights 1 Oa which extend in a vertical plane on either side of the pumping elements. We can see on this same figure the operating crank 46 mentioned above
Furthermore, a horizontal rod 1 Ob is provided in the lower region of the frame 10 pwr exert the reaction force to the thrust forces exerted downwards by the pistons 26, 28 on the hydraulic fluid contained in the chamber 12 during pumping .

Bien qu'on ne lait pas illustré, on comprendra que les entrés et les sorties de fluide hydraulique de choque chambre seront respectivement mises en communication les unes avec les autres, la sortie commune étant apte à âtre raccordée aux vérins de commande des portes de l'écluse, comme on l'a envisagé plus haut. Although this is not illustrated, it will be understood that the inputs and outputs of each chamber's hydraulic fluid will be respectively placed in communication with one another, the common output being able to be connected to the actuating cylinders of the doors of the lock, as envisaged above.

On a réalisé à titre d'exemple expérlmental une pompe à trols éléments de pompage qui a donné des résultats extrêmement satisfaisants pour des écluses de taille moyenna Le diamètre du piston central 26 était de 25 mm et sa course de 20 mm. Le diamètre extérieur du piston était de 40 mm et sa course maximale blen entendu également de 20 mm. Les rondelles élastiques 30 ont été choisies pour exercer sur le piston annulaire 28 une force de 400 kgf à compression maximale. Elles commençaient à se comprimer à partir d'une pression de 80 bars dans la chambre, et le piston annulaire restait totalement immobile (compression maximale) à partir d'une pression de 150 bars. Entre ces deux valeurs, le piston annulaire 28 se déplaçait plus ou moins en fonction de pression. Ainsi, à 150 bars ( phase initiale de l'ouverture des portes), le débit était de 9,8 cm3/tour (valeur minimale), pour augmenter jusqu'à la valeur maximale 24,4 cm3 lorsque la pression était égale ou inférieure à 80 bars (phase finale de l'ouverture des portes). As an experimental example, a pump with three pumping elements has been produced which has given extremely satisfactory results for medium-sized locks. The diameter of the central piston 26 was 25 mm and its stroke 20 mm. The outside diameter of the piston was 40 mm and its maximum blen stroke heard also of 20 mm. The elastic washers 30 were chosen to exert on the annular piston 28 a force of 400 kgf at maximum compression. They began to compress from a pressure of 80 bars in the chamber, and the annular piston remained completely immobile (maximum compression) from a pressure of 150 bars. Between these two values, the annular piston 28 moved more or less as a function of pressure. Thus, at 150 bars (initial phase of opening the doors), the flow rate was 9.8 cm3 / rev (minimum value), to increase to the maximum value 24.4 cm3 when the pressure was equal or lower at 80 bars (final phase of opening the doors).

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits, mais inclut toute variante ou modification que pourra y apporter l'homme da l'art de compétence ordinaire. En particulier, on adaptera les diverses caractéristiques (dimensions, sollicitation élastique, nombre de chambres de pompage etc.) en fonctlon des conditions de travail. Par ailleurs, la section des chambres de pompage et des éléments de piston associés pourra être tout à fait quelconque. Of course, the present invention is in no way limited to the embodiments described, but includes any variant or modification that may be made by those skilled in the art of ordinary skill. In particular, the various characteristics (dimensions, elastic stress, number of pumping chambers, etc.) will be adapted according to the working conditions. Furthermore, the section of the pumping chambers and of the associated piston elements can be entirely arbitrary.

Claims

REVENDItkTIONS

1. Manual hydraulic pump, in particular an emergency pump for operating the doors of a lock using jacks, characterized in that it comprises a frame (10) in which is mounted at least one pumping element , a rotary shaft (22) common to the pumping elements and able to be driven in rotation by a hand crank (46), each pumping element comprising a pumping chamber (12) secured to the frame and having an open end and hydraulic fluid inlet and outlet ports (14,16), a cam element (24) fixedly mounted on the shaft in the extension of the chamber (12), a first piston element (26), of section transverse substantially smaller than the interior cross section of the chamber, and subjected to the action of the surface of the cam element (24) in order to be able to effect reciprocating pumping movements in the chamber, a second piston element (28), annular, received intimately between the first element e piston (26) and the wall of the open end of the chamber (12), and an elastic means (30) acting between the first piston element and the second piston element to bias the latter towards the interior of the chamber, so that, depending on the difference between the forces exerted on the second piston element (28) rsspectlvement by the elastic means (30) and by the pressure of the hydraulic fluid in the chamber, said piston element varies its stroke between a zero value and a value substantially equal to that of the cwrse of the first piston element, thus, at constant manual power, varying the output flow depending on the variable pressure required for the operation of said doors.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the elastic means comprises a series of elastic washers (30) superimposed around the first piston element and trapped between a shoulder (32) forming a stop for the first piston element and the second element piston.

3. Pump according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the first piston element (26) has the shape of a solid cylindrical rod, the second piston element (28) consisting of a hollow cylinder.

4. Pump according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the elastic means (30) is chosen to handle so that, during an initial phase of the opening of said doors, offering great resistance, the second piston element remains substantially stationary during pumping, thereby providing a reduced flow output under high pressure, and during a later phase of opening, the second piston element moves with the first piston element to thereby provide at the outlet a higher flow rate under less pressure.