FR2817594A1

FR2817594A1 - PUMPING DEVICE FOR THICK OR TURBULENCE SENSITIVE PRODUCTS

Info

Publication number: FR2817594A1
Application number: FR0015650A
Authority: FR
Inventors: Patrick Ballu
Original assignee: Exel Industries SA
Current assignee: Exel Industries SA
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: FR2817594B1; EP1339986A1; AU2002216159A1; WO2002046612A1

Abstract

The invention concerns a device for pumping pasty liquid or sensitive products, comprising a double-action reciprocating pump. It comprises n pumps ( n being not less than 2) whereof the displacements of the pistons are offset relative to one another by 1/n phase. The device comprises a programming unit (9), or means regulating the driving means (7), designed to control speed variation of the driving means (7) so as to smooth out the pressure variations of the total delivery of the n pumps (1a, 1b, , 1n) and/or to compensate the consumption variations downstream of the pasty liquid or sensitive products.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de pompage pour produits liquides pâteux ou sensibles à la turbulence tels par exemple que des peintures ou vernis. The present invention relates to a pumping device for pasty or turbulence-sensitive liquid products such as, for example, paints or varnishes.

Lorsque l'on emploie une pompe à piston à double effet pour pomper ce genre de produits, le mouvement alternatif du piston présente deux inconvénients. When a double-acting piston pump is used to pump this type of product, the reciprocating movement of the piston has two drawbacks.

A chaque inversion du sens de déplacement du piston, lorsqu'il arrive à l'un ou à l'autre des deux points morts, la vitesse du piston s'annule, ce qui a pour effet que le débit s'annule : cela entraîne une variation cyclique du débit et de la pression ce qui est très désavantageux. De plus lorsque le piston repart en sens inverse il peut se produire, avec certains produits liquides pâteux ou sensibles un phénomène de cavitation, qui peut entraîner une détérioration du produit. Whenever the direction of movement of the piston is reversed, when it reaches one or the other of the two dead centers, the speed of the piston is canceled, which results in the flow being canceled: this leads to a cyclic variation in flow and pressure which is very disadvantageous. In addition, when the piston starts in the opposite direction, it may occur, with certain pasty or sensitive liquid products, a phenomenon of cavitation, which can lead to deterioration of the product.

Le but à atteindre est d'obtenir, avec une pompe à piston à double effet, un écoulement aussi constant que possible. The goal is to achieve as constant a flow as possible with a double-acting piston pump.

On a déjà proposé, par exemple dans le brevet US 5.550. 259, au nom de GRACO Inc., de piloter le moteur électrique, entraînant le piston, de façon à accélérer la vitesse du piston au voisinage d'un point mort, afin que l'inversion du mouvement se fasse dans un temps le plus court possible. We have already proposed, for example in US patent 5,550. 259, on behalf of GRACO Inc., to control the electric motor, driving the piston, so as to accelerate the speed of the piston near neutral, so that the reversal of movement takes place in the shortest possible time possible.

Mais cela n'empêche pas qu'il y a une période de temps, aussi courte soit-elle, pendant laquelle la vitesse du piston est nulle et donc aussi le débit et la pression. But that does not prevent that there is a period of time, as short as it is, during which the speed of the piston is zero and therefore also the flow and the pressure.

La solution selon la présente invention consiste à employer au moins deux pistons, déphasés de sorte que lorsqu'un piston passe par son point mort, l'autre (ou les autres) soient toujours en mouvement, donc en phase de pompage, ce qui atténue les variations de pression. The solution according to the present invention consists in using at least two pistons, phase shifted so that when one piston passes through its neutral point, the other (or the others) are always in motion, therefore in the pumping phase, which attenuates pressure variations.

Lorsque le dispositif de pompage selon la présente invention comporte deux pistons ils sont décalés l'un par rapport à l'autre d'une demi-phase. When the pumping device according to the present invention comprises two pistons they are offset with respect to each other by a half-phase.

Lorsqu'il y a trois positions, ils sont décalés les uns par rapport aux autres de un tiers de phase ; lorsqu'il y a quatre pistons ils sont décalés d'un quart de phase etc... Donc lorsqu'il y a"n"pistons ils sont décalés les uns par rapport aux autres de 1/n phase. When there are three positions, they are offset from each other by a third of phase; when there are four pistons they are offset by a quarter of phase etc ... So when there are "n" pistons they are offset with respect to each other by 1 / n phase.

De préférence le moteur qui entraîne les pistons est piloté par un programme qui imprime audit moteur des variations de vitesses pour compenser les variations de débit qui se produisent. Preferably, the motor which drives the pistons is controlled by a program which prints variations in speed to said motor to compensate for the variations in flow which occur.

A titre d'exemple non limitatif, et pour faciliter la compréhension de l'invention on a représenté aux dessins annexés : - Figure 1, une vue schématique, en élévation latérale, d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. By way of non-limiting example, and to facilitate understanding of the invention, the accompanying drawings show: - Figure 1, a schematic view, in side elevation, of an embodiment of a device according to the invention .

- Figure 2, une vue de face du dispositif de la figure 1. - Figure 2, a front view of the device of Figure 1.

- Figure 3, un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2. - Figure 3, a diagram illustrating the operation of the device of Figures 1 and 2.

- Figure 4, une vue schématique d'une variante de la figure 2. - Figure 4, a schematic view of a variant of Figure 2.

En se reportant à ces figures, on voit que le dispositif de pompage selon l'invention comporte deux pompes la et lb, qui sont chacune des pompes à piston à double effet, ces pompes pouvant avantageusement être du type dit"à quatre billes" c'est-à-dire qu'elles sont constituées par un piston se déplaçant d'un mouvement alternatif dans un cylindre lequel est muni à chacune de ses extrémités d'un clapet d'admission et d'un clapet de refoulement. Lorsqu'un piston descend il refoule le liquide se trouvant dans la chambre basse du cylindre à travers un clapet de refoulement se trouvant à la base du cylindre, tout en aspirant du liquide dans la chambre haute à travers un clapet d'admission ; lorsque ledit piston remonte il refoule le liquide se trouvant dans la chambre haute et aspire du liquide dans la chambre basse. Referring to these figures, it can be seen that the pumping device according to the invention comprises two pumps 1a and 1b, which are each double-acting piston pumps, these pumps possibly being of the so-called "four ball" type c 'that is to say that they are constituted by a piston moving in a reciprocating motion in a cylinder which is provided at each of its ends with an intake valve and a discharge valve. When a piston descends it discharges the liquid located in the lower chamber of the cylinder through a discharge valve located at the base of the cylinder, while sucking liquid in the upper chamber through an intake valve; when said piston goes back it expels the liquid in the upper chamber and sucks liquid in the lower chamber.

Ce genre de pompe à piston à double effet et à quatre clapets est connu et n'est donc pas décrit de façon plus détaillée. This type of double-acting piston pump with four valves is known and is therefore not described in more detail.

Chaque piston est animé d'un mouvement alternatif au moyen d'une transmission qui, comme représenté à titre d'exemple, peut être du type bielle-manivelle. Each piston is driven in an alternating movement by means of a transmission which, as shown by way of example, may be of the connecting rod-crank type.

Cette transmission comporte un disque rotatif ou volant 2a, 2b, auquel est attelée une bielle 3a, 3b elle-même reliée à son autre extrémité à un coulisseau 4a, 4b se déplaçant le long d'un moyen de guidage 5a, 5b. La tige 6a, 6b de chaque piston de la pompe la, 1 b est reliée au coulisseau 5a, Sb. This transmission comprises a rotary or flywheel disc 2a, 2b, to which is attached a connecting rod 3a, 3b itself connected at its other end to a slide 4a, 4b moving along a guide means 5a, 5b. The rod 6a, 6b of each piston of the pump 1a, 1b is connected to the slide 5a, Sb.

Les deux disques 2a, 2b sont entraînés par un moteur unique 7 auquel ils sont reliés par un réducteur 8. The two discs 2a, 2b are driven by a single motor 7 to which they are connected by a reduction gear 8.

Le moteur 7 est piloté par un programme électronique 9 auquel il est relié par un conducteur 10. The motor 7 is controlled by an electronic program 9 to which it is connected by a conductor 10.

Ce programmateur est relié à des détecteurs de pression Il qui sont disposés au refoulement des chambres hautes et basses des pompes la et 1 b. This programmer is connected to pressure detectors II which are arranged for the discharge of the upper and lower chambers of the pumps 1a and 1b.

Comme cela apparaît sur la figure 2 les deux transmissions bielles-manivelles sont décalées l'une par rapport à l'autre de 90 ; de sorte que lorsque le piston 6a de la pompe la est à son point mort haut, où sa vitesse est nulle, le piston 6b de la pompe lb est dans une position pour laquelle sa vitesse (et donc son débit) est maximum. As shown in FIG. 2, the two crankshaft-crankshaft transmissions are offset from one another by 90; so that when the piston 6a of the pump la is at its top dead center, where its speed is zero, the piston 6b of the pump lb is in a position for which its speed (and therefore its flow) is maximum.

Il en résulte que l'augmentation du débit de la pompe lb compense, au moins partiellement, la diminution du débit de la pompe 1 b, comme cela apparaît sur la courbe de la figure 3. As a result, the increase in the flow rate of the pump lb compensates, at least partially, for the decrease in the flow rate of the pump 1 b, as can be seen in the curve in FIG. 3.

On voit ainsi qu'en utilisant deux pompes et en les décalant d'une demi-phase on lisse les variations de pression. It can thus be seen that by using two pumps and by shifting them by half a phase, pressure variations are smoothed.

Pour synchroniser les pompes, qui doivent rester complètement décalées de 1/n phase (90'avec 2 pompes), on utilise avantageusement n engrenages, solidaires des n manivelles. To synchronize the pumps, which must remain completely offset by 1 / n phase (90 ′ with 2 pumps), n gears are advantageously used, integral with the n cranks.

Ces n engrenages sont entraînés les uns par les autres, l'un d'entre eux recevant la puissance du moteur électrique au travers de son réducteur de vitesse 8. These n gears are driven by each other, one of them receiving the power of the electric motor through its speed reducer 8.

Dans les figures 2 et 4, les deux engrenages 2a, 2b sont en même temps les deux manivelles, ce qui assure la permanence du décalage de 90 (1/2 phase). In Figures 2 and 4, the two gears 2a, 2b are at the same time the two cranks, which ensures the permanence of the offset of 90 (1/2 phase).

Il est bien évident que l'on obtiendra un meilleur lissage des variations de pression en utilisant trois, quatre pompes ou même plus. It is obvious that a better smoothing of the pressure variations will be obtained by using three, four or even more pumps.

Si l'on utilise trois pompes, il faudra les décaler de 60 , c'est-à-dire d'un tiers de phase. Et si l'on utilise quatre pompes, il faudra les décaler de 45 , c'est-à-dire d'un quart de phase. If three pumps are used, they must be offset by 60, that is to say by a third of the phase. And if you use four pumps, you will have to shift them by 45, that is to say by a quarter of a phase.

En d'autres termes si l'on utilise"n"pompes il faudra les décaler de 180 /n degrés ou encore de 1/n phase. In other words if you use "n" pumps you will have to shift them by 180 / n degrees or even by 1 / n phase.

Mais il est bien évident que la multiplication des pompes va entraîner une augmentation très importante du prix de revient du dispositif de pompage. But it is obvious that the multiplication of pumps will lead to a very significant increase in the cost price of the pumping device.

En conséquence, selon la présente invention, on combine le fait de disposer n pompes, n étant égal ou supérieur à 2, et le fait de piloter la vitesse du moteur de façon à faire varier, en l'augmentant, la vitesse des pistons aux moments appropriés afin de lisser les variations de la pression de sortie du dispositif. Consequently, according to the present invention, the fact of having n pumps, n being equal to or greater than 2, is combined with the fact of controlling the speed of the motor so as to vary, by increasing it, the speed of the pistons to appropriate times to smooth out variations in device outlet pressure.

La meilleure solution serait, de disposer d'un moteur pour chaque pompe ; de sorte que la vitesse de déplacement d'un piston d'une pompe puisse varier indépendamment de celle de l'autre (ou des autres) pompes. The best solution would be to have a motor for each pump; so that the displacement speed of one piston of one pump can vary independently of that of the other (or other) pumps.

Mais cela impliquerait alors de disposer de moyens pour rétablir à la fin de chaque cycle le synchronisme entre les pompes. But that would then imply having means to restore synchronism between the pumps at the end of each cycle.

Avec les moyens de calcul actuels, obtenus par un ordinateur, cela est possible, mais risque d'être assez coûteux. With the current means of calculation, obtained by a computer, this is possible, but risks being quite costly.

Selon la présente invention la boîte électronique de commande 9 est dotée d'un programme qui commande la variation de la vitesse de rotation du moteur 7 en fonction des variations de la somme des pressions de sortie, détectées par les capteurs Il, et donc la variation des vitesses des deux pistons 6a et 6b pour lisser au mieux les variations de la courbe de la somme des pressions (courbe en trait épais, figure 3). According to the present invention, the electronic control box 9 is provided with a program which controls the variation of the speed of rotation of the motor 7 as a function of the variations in the sum of the outlet pressures, detected by the sensors II, and therefore the variation. speeds of the two pistons 6a and 6b to smooth the variations in the curve of the sum of the pressures as well as possible (curve in thick line, FIG. 3).

Sur la figure 3, on a représenté les débis dans un système à deux pompes la, lb décalées de 90 . In FIG. 3, the flow rates are shown in a system with two pumps 1a, 1b offset by 90.

La courbe en traits continus A illustre le débit de la pompe la ; la courbe B en pointillés illustre le débit de la pompe Ib : la courbe en trait épais C illustre la somme des débits des deux pompes. The curve in solid lines A illustrates the flow rate of the pump la; the dotted curve B illustrates the flow rate of the pump Ib: the thick line curve C illustrates the sum of the flow rates of the two pumps.

Comme on le voit, sans le dispositif électronique de correction 9, on obtient une sinusoïde de fréquence double et d'amplitude très faible. As can be seen, without the electronic correction device 9, a sinusoid of double frequency and very low amplitude is obtained.

Grâce au dispositif électronique 9 qui, à partir des signaux en provenance des capteurs 10, commande des variations de vitesse du moteur 7 aux moments appropriés on obtient une courbe pratiquement droite, comme illustré par la courbe en tiretés D. Thanks to the electronic device 9 which, starting from the signals coming from the sensors 10, controls variations in speed of the motor 7 at the appropriate times, a practically straight curve is obtained, as illustrated by the dashed curve D.

Selon une variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 4 il est possible de faire varier le volume total du débit émis par une pompe par rapport à celui émis par la ou les autres pompes. According to an alternative embodiment of the invention illustrated in FIG. 4, it is possible to vary the total volume of the flow emitted by a pump relative to that emitted by the other pump (s).

Selon cette figure on voit que le disque 2b comporte une fenêtre radiale 12 qui permet de faire varier la distance par rapport au centre du point de fixation de la bielle 3b au disque 2b. According to this figure we see that the disc 2b has a radial window 12 which allows to vary the distance from the center of the point of attachment of the rod 3b to the disc 2b.

Cette disposition peut être particulièrement utile lorsque le dispositif de pompage doit pomper des liquides différents devant être mélangés dans des proportions variables. This arrangement can be particularly useful when the pumping device has to pump different liquids to be mixed in variable proportions.

Bien évidemment cette disposition n'est pas limitée au cas où il y a deux pompes, pour pomper deux liquides différents : elle peut être utilisée avec"n" pompes et"n"liquides différents. Obviously this arrangement is not limited to the case where there are two pumps, for pumping two different liquids: it can be used with "n" pumps and "n" different liquids.

Le fait de disposer au moins deux pompes permet d'une part de lisser les variations de pression et d'autre part d'avoir des déplacements des pistons des pompes moins rapides, ce qui évite les phénomènes de cavitation ou turbulences qui peuvent affecter certains liquides fragiles. The fact of having at least two pumps makes it possible on the one hand to smooth the variations in pressure and on the other hand to have displacements of the pistons of the pumps slower, which avoids the phenomena of cavitation or turbulence which can affect certain liquids fragile.

Il est à noter que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation de la transmission du mouvement rotatif du moteur 7 en un mouvement alternatif du piston 6 au moyen d'une transmission par bielle-manivelle. En effet tout autre moyen mécanique connu, cames par exemple, peut être employé. Ce qui importe c'est que ce moyen de transmission permette un décalage des pompes les unes par rapport aux autres de 1/n phase, n étant le nombre de pompes. It should be noted that the invention is not limited to the embodiment of the transmission of the rotary movement of the motor 7 in an alternating movement of the piston 6 by means of a transmission by connecting rod-crank. Indeed any other known mechanical means, cams for example, can be used. What is important is that this means of transmission allows a shift of the pumps relative to each other by 1 / n phase, n being the number of pumps.

Selon une variante de réalisation de l'invention les conducteurs 12 ne sont pas uniquement destinés à recevoir les indications de pression de refoulement en provenance des capteurs 10, mais sont également utilisés pour transmettre des signaux à des moyens, tels que des électro-valves, permettant de faire varier le débit des pompes, sans faire varier leur pression de refoulement. According to an alternative embodiment of the invention, the conductors 12 are not only intended to receive the discharge pressure indications coming from the sensors 10, but are also used to transmit signals to means, such as electro-valves, allowing to vary the flow rate of the pumps, without varying their discharge pressure.

La régulation électronique réalisée par le système électronique 9 permet non seulement de lisser les variations de pression du débit total des n pompes, mais aussi de compenser les variations de consommation du liquide pompe qui peuvent se produire en aval. The electronic regulation carried out by the electronic system 9 makes it possible not only to smooth the pressure variations of the total flow rate of the n pumps, but also to compensate for the variations in consumption of the pump liquid which can occur downstream.

On peut également, comme cela est connu, disposer un ou plusieurs accumulateurs en aval du dispositif de pompage.It is also possible, as is known, to have one or more accumulators downstream of the pumping device.

Claims

CLAIMS 1. Pumping device for pasty or sensitive liquid products of the type comprising a double-acting piston pump, characterized in that it comprises n pumps (n being equal to or greater than 2) whose displacement of the pistons are offset relative to each other of 1 / n phase.

2. Device according to claim 1, in which the drive of the pumps (la, lb, ... In) is carried out by an electric motor (7), the transmission of the rotary movement of said motor (7) in an alternating movement of the pistons (6a, 6b, ... 6n) being produced by mechanical transmission means also making it possible to offset the movements of said pistons (6a, 6b, ... 6n) with respect to each other, by 1 / n phase, n being the number of pumps (1 a, 1 b, ... 1 n), n being equal to or greater than 2.

3. Device according to claim 2, wherein the mechanical transmission means comprises a set of n gears (2a, 2b ... 2n) ensuring the shift of 1 / n phase and the synchronization of the n pumps.

4. Device according to claim 2, in which the mechanical means comprises rod-crank type transmissions for driving the pumps.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that it comprises two pumps (la, lb) each driven by a connecting rod (3a, 3b) coupled to a disc (2a, 2b) driven by the motor (7 ) the coupling points of said connecting rods (3a, 3b) to the discs (2a, 2b) being offset by 90.

6. Device according to claim 3 or 4, wherein the n pumps (la, lb ... In) pump the same liquid.

7. Device according to claim 3 or 4, wherein one or more of the n pumps (la, 1 b ... 1 n) pump a liquid different from the others.

8. Device according to claims 5 to 7, in which one or more of the connection points between the connecting rod (3b) the pump (lob) and the corresponding disc (2b) can be moved radially so as to be able to vary the flow rate of this pump (lob) compared to the others (la).

9. Device according to any one of the preceding claims, in which the speed of rotation of the drive motor (7) of the pumps 1a, 1b ... 1n) is controlled by a programmer (9) connected by conductors (10) to sensors (11) for discharge pressure of the pumps (la, lb ... ln) so as to vary the speed of the pistons (6a, 6b ... 6n) at the appropriate points so as to one hand smooth them

pressure variations and on the other hand to compensate for the variations in consumption of the pumped liquid which may occur downstream.

10. Device according to claim 9, in which the conductors (10) are used to control means varying the flow rate of the pumps without varying their discharge pressure from pressure sensors (11) arranged at the outlet or downstream of the pumps (1).