FR3044348A1 - Pompe volumetrique, notamment a piston ou a vis a mouvement excentre comportant un dispositif d'etancheite rigoureuse - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une pompe volumétrique (1) pour le pompage d'un fluide gazeux ou liquide, notamment à piston/vis à mouvement excentré, comprenant un corps principal (2), une entrée de fluide à pomper, une sortie de fluide pompé, des moyens de pompage comportant au moins un arbre d'entrée (5) associé à un dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire actionnant un piston ou une vis à mouvement excentré (6), et un dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) entre un milieu interne (11) de fluide de lubrification et un milieu externe (12) de fluide à pomper, le dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) comprenant une première rotule amont (100) comportant une bague intérieure (110) et une bague extérieure (120) liée au corps de pompe (2), une seconde rotule aval (200) comportant une bague intérieure (210) et une bague extérieure (220) liée au piston/vis (6), et une manchette longitudinale déformable (300) recouvrant les bagues extérieures (120, 220) des rotules (100, 200) tout en permettant un coulissement longitudinal desdites bagues intérieures (110, 210) desdites rotules (100, 200), la manchette (300) assurant une étanchéité rigoureuse entre le milieu interne (11) et le milieu externe (12).
Description
La présente invention concerne une pompe de fluide liquide (par exemple de l'huile ou un liquide alimentaire) ou gazeux, notamment du type à mouvement excentré, à piston ou à vis équipée d'un dispositif d'étanchéité rigoureuse.
Il existe actuellement de nombreuses pompes de ce type.
En particulier, les pompes à piston excentré sont constituées par une pièce mobile appelée piston, animée d'un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de rotation d'un arbre moteur ne coïncidant pas avec l'axe géométrique dudit piston, divisant l'intérieur d'une enveloppe appelée corps de pompe en deux cavités dont l'une communique avec l'aspiration et l'autre le refoulement, créant ainsi le mouvement du milieu externe par déplacement d'un volume de ce même milieu depuis l'aspiration jusqu'au refoulement.
Le piston est en général constitué par un disque plan, comportant une ou plusieurs nervures, restant parallèle et constamment tangent à un deuxième disque appelé cylindre appartenant au corps de pompe et présentant une ou plusieurs gorges de forme complémentaire aux nervures dudit piston et engagé par les nervures de ce dernier dans les gorges dudit cylindre.
La ou les chambres d'aspiration est/sont délimitée(s) par le flanc extérieur d'une des nervures et par le flanc intérieur d'une autre gorge (complémentaire). Le milieu externe, constituant le fluide à transférer, est liquide du type suspension colloïdale ou non, compressible ou non, ou gazeux.
Pour que l'axe géométrique du piston puisse avoir un tel mouvement de translation circulaire, un dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire est disposé entre un arbre moteur et le piston.
De tels dispositifs sont connus de l'homme du métier, par exemple comme décrit dans les brevets US5098265, US7654805, US4484869, ou US4795323, dans lesquels un ou plusieurs mécanisme(s) permette(nt) au piston d'avoir un mouvement orbital tout en l'empêchant de tourner en rotation autour de son propre axe géométrique. Par exemple, de tels dispositifs font intervenir un joint d'Oldham ou une pluralité de manetons ou encore un mécanisme de couplage à billes.
Le dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire peut aussi inclure un dispositif complémentaire d'élongation afin de permettre au piston de se translater axialement, par exemple avec un ressort de compression disposé de façon à autoriser une possibilité de coulissement, lorsqu'une pression à l'aspiration est supérieure à celle au refoulement. Ce dispositif complémentaire d'élongation est d'usage lorsque le nettoyage en place ou la stérilisation en place de la ligne de transfert est exigé.
Le dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire peut aussi inclure un dispositif complémentaire de rattrapage de jeu d'usure afin de permettre au piston de se translater radialement, de sorte que les flancs des nervures du piston et du cylindre soient en permanence en contact au moins en deux points de contact latéral mutuel diamétralement opposés, pour permettre une étanchéité radiale et la création d'au moins une chambre d'aspiration et de refoulement. De tels dispositifs complémentaires de rattrapage de jeu d'usure sont connus de l'homme du métier.
Par ailleurs, toute fuite d'un milieu vers l'autre n'est, dans certaines utilisations, pas tolérée, notamment dans l'industrie agro-alimentaire, cosmétique ou pharmaceutique, car elle peut compromettre la sécurité des personnes ou des produits, par exemple la possible contamination des denrées alimentaires par divers microorganismes pathogènes (par exemple : bactéries, virus...) ou encore lorsque les fluides à transférer ou les conditions d'utilisation sont difficiles ou dangereux. Pour maîtriser ces dangers dans ces industries, une étanchéité dynamique rigoureuse, entre d'une part un milieu interne composé de fluides éventuels de lubrification et du dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire et incluant éventuellement des dispositifs complémentaires évoqués précédemment, et d'autre part un milieu externe est alors un impératif, c'est-à-dire que l'absence totale de communication et d'échange de matière entre les deux milieux interne et externe est indispensable.
Dans l'état de la technique, on connaît déjà, pour les pompes à piston rotatif sans garniture mécanique, tresse ou entraînement magnétique, des moyens d'étanchéité rigoureuse, par exemple un manchon élastomère comme décrit dans le brevet US3782865 ou encore un soufflet métallique utilisé dans les applications sous vide, ou plusieurs soufflets ou manchons comme décrit dans le brevet WO97/036107, Le dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire et les fluides éventuels de lubrification sont alors isolés physiquement du milieu externe.
Cependant, ces solutions ne donnent pas entièrement satisfaction.
En effet, un inconvénient des moyens d'étanchéité rigoureuse en élastomère ou en métal cités précédemment, même s'ils sont renforcés par anneau ou par ressort, peut apparaître par exemple lorsqu'une différence de pression entre les milieux interne et externe est supérieure à 1 bar.
Cette condition engendre des contraintes mécaniques excessives sur les faces intérieures et extérieures du moyen d'étanchéité rigoureuse. Ledit moyen d'étanchéité rigoureuse peut alors subir des déformations élastiques voire même des déformations plastiques ou des déformations par flambage d'onde ou de colonne. La durée de vie dudit moyen d'étanchéité rigoureuse est alors fortement réduite car le matériau le constituant subit une fatigue précoce. Dans les cas les plus extrêmes, le moyen d'étanchéité rigoureuse peut éclater, avec les conséquences que l'on peut imaginer.
Un inconvénient des moyens d'étanchéité rigoureuse, comme celui décrit dans le brevet EP0834016 décrivant un mécanisme d'antirotation du piston autour de son axe géométrique, est la fatigue prématurée du matériau constituant ledit moyen d'étanchéité rigoureuse car ce dernier subit des contraintes pour contrer la rotation dudit moyen d'étanchéité rigoureuse autour de son propre axe de rotation.
Un autre inconvénient de ces moyens d'étanchéité rigoureuse est leur tendance à l'instabilité dynamique à une vitesse angulaire importante, de l'ordre de 100 à 1500 tr/min, induisant des forces centrifuges et amenant le fluide du milieu interne à exercer une action mécanique radiale supplémentaire de déformation sur ledit moyen d'étanchéité rigoureuse, dont l'intensité est d'autant plus grande que la masse de fluide présente dans le milieu interne est importante, que ladite masse de fluide est éloignée de l'axe de rotation et que sa vitesse angulaire est élevée.
Ces inconvénients peuvent être combinés, ce qui augmente les sollicitations mécaniques et diminue considérablement la durée de vie dudit moyen d'étanchéité rigoureuse.
Un but de la présente invention est donc de résoudre les problèmes cités précédemment à l'aide d'une solution optimisée en termes d'efficacité faisant appel à une combinaison de rotules et de moyens d'étanchéité rigoureuse, dont les modes d'actions différents se renforcent, cette combinaison étant appelée dispositif d'étanchéité rigoureuse. La combinaison des rotules sera appelée dispositif articulé étanche.
Ainsi, la présente invention a pour objet une pompe volumétrique pour le pompage d'un fluide gazeux ou liquide, notamment à piston ou à vis à mouvement excentré, comprenant au moins un corps principal de pompe, une entrée de fluide à pomper, une sortie de fluide pompé, des moyens de pompage comportant au moins un axe d'entrée actionnant un piston ou une vis excentrique d'une chambre de pompage, et un dispositif d'étanchéité rigoureuse au fluide entre l'entrée de fluide à pomper et la sortie de fluide pompé, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité rigoureuse comprend : - une première rotule amont comportant une bague intérieure et une bague extérieure épousant la bague intérieure, ladite bague extérieure étant liée au corps de pompe, - une seconde rotule aval comportant une bague intérieure et une bague extérieure épousant la bague intérieure, ladite bague extérieure étant liée au piston/vis à mouvement excentré, et - une manchette longitudinale déformable de type manchon ou soufflet recouvrant les bagues extérieures desdites rotules tout en permettant que les bagues intérieures desdites rotules coulissent longitudinalement l'une par rapport à l'autre, l'espace entre ladite manchette et lesdites rotules formant au moins une chambre intermédiaire contenant un milieu intermédiaire, et la manchette assurant une étanchéité rigoureuse entre ledit milieu intermédiaire et le milieu externe de ladite pompe. L'invention permet ainsi d'accompagner sans efforts notables un dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire, sans s'y substituer, tout en assurant une frontière physique parfaitement hermétique empêchant un quelconque transfert de matière d'un milieu externe à un milieu interne et inversement, et ce de façon durable.
Le dispositif d'étanchéité rigoureuse décrit dans la présente invention est capable de supporter les conditions dynamiques du mouvement de rotation par glissement, et plus particulièrement les mouvements d'oscillation concernant d'une part les mouvements alternatifs d'une partie intérieure constituant la portée sphérique mâle par rapport à une partie extérieure constituant la portée sphérique femelle autour de l'axe de la rotule, et d'autre part les mouvements de déversement caractérisés par les mouvements de la partie intérieure par rapport à la partie extérieure, perpendiculairement à l'axe de la rotule, lesdits mouvements d'oscillation étant en combinaison linéaire et/ou elliptique. L'invention permet aux moyens d'étanchéité rigoureuse employés de bénéficier d'un support rigide et articulé sur lequel ils peuvent reposer, et ainsi de les soulager des contraintes mécaniques excessives lorsque la pression appliquée dans le milieu externe est supérieure à celle du milieu interne.
La création d'au moins une chambre intermédiaire étanche a pour intérêt de limiter la déformation mécanique excessive des moyens d'étanchéité rigoureuse, lors d'une différence notable positive de pression entre le milieu interne et externe, car le fluide présent du milieu interne, généralement un lubrifiant, reste alors confiné à l'intérieur du dispositif articulé étanche et ne peut pas exercer d'actions mécaniques néfastes sur le moyen d'étanchéité rigoureuse. Cela participe à l'augmentation de la durabilité desdits moyens d'étanchéité rigoureuse. L'invention, de par l'étanchéité relative de la chambre intermédiaire, permet aussi de maintenir dans ladite chambre un volume de lubrifiant convenable et constant, dont la contamination par les particules créées lors de l'usure normale du dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire est évitée. Cela a pour effet de diminuer la résistance au frottement et l'effet abrasif lors des mouvements des moyens d'étanchéité rigoureuse sur les surfaces externes du dispositif articulé étanche et d'améliorer la stabilité dynamique à vitesse angulaire importante des moyens d'étanchéité rigoureuse.
Selon des modes de réalisation préférés, la pompe conforme à la présente invention comprend l'une au moins des caractéristiques suivantes : - la bague intérieure d'une seule des deux rotules amont/aval présente un cylindre longitudinal de prolongement axial sur lequel repose la bague intérieure de l'autre rotule aval/amont de façon à permettre un coulissement longitudinal desdites bagues intérieures des rotules et de sorte que les axes desdites bagues intérieures des rotules restent colinéaires de façon permanente ; - la bague intérieure de chaque rotule comporte un cylindre longitudinal de prolongement axial, de sorte que la bague intérieure d'une rotule et son cylindre longitudinal repose sur le cylindre longitudinal de la bague intérieure de l'autre rotule, de préférence la bague intérieure de la rotule amont repose sur le cylindre longitudinal de la bague intérieure de la rotule aval, de façon à permettre un coulissement longitudinal desdites bagues intérieures des rotules et de sorte que les axes desdites bagues intérieures des rotules restent colinéaires de façon permanente ; - au moins un organe d'étanchéité, par exemple du type joint torique, est disposé entre le cylindre longitudinal de la bague intérieure de la rotule aval et la bague intérieure de la rotule amont et reste en permanence en contact avec ladite bague intérieure de la rotule amont, en particulier lors de mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures des deux rotules amont et aval, de sorte que ledit organe d'étanchéité assure son rôle d'étanchéité dynamique relative entre le milieu interne et le milieu intermédiaire quelle que soit l'élongation prévue du dispositif d'étanchéité rigoureuse lors desdits mouvements de translation relatifs ; - chaque bague intérieure de rotule repose sur une pièce intermédiaire de révolution définissant le milieu intermédiaire avec la manchette, tandis que la manchette recouvre les rotules et une partie centrale bombée de ladite pièce intermédiaire ; - au moins un organe d'étanchéité, par exemple du type joint torique, est disposé entre chaque bague intérieure de rotule et la pièce intermédiaire et reste en permanence en contact avec lesdites bagues intérieures des rotules, en particulier lors de mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures des deux rotules amont et aval, de sorte que ledit organe d'étanchéité assure son rôle d'étanchéité dynamique relative entre le milieu interne et le milieu intermédiaire quelle que soit l'élongation prévue du dispositif d'étanchéité rigoureuse lors desdits mouvements de translation relatifs ; - les bagues extérieures des rotules comportent au moins un élément reposant respectivement sur les bagues intérieure des rotules amont et aval en épousant leurs surfaces externes respectives ; les bagues extérieures des rotules sont constituées ou revêtues par au moins un matériau autolubrifiant ; le matériau autolubrifiant des bagues extérieures des rotules possède des propriétés tribologiques adaptées et est sélectionné parmi les polymères consistant en un polymère de la famille des polysulfures de phénylène (PPS), de la famille des polyéther-éther-cétones (PEEK), de la famille des polyimides (PI), de la famille des polytéréphtalates de butylène (PBT) et de la famille des polyamides imides (PAI), lesdits polymères étant chargés ou non, utilisés en combinaison ou non et incorporant ou non des particules de lubrifiant solide ; - chaque bague extérieure de rotule comporte une partie amont et une partie aval ; - le dispositif d'étanchéité rigoureuse comporte en outre une cage amont côté corps de pompe et une cage aval côté piston, chaque cage fixant une bague extérieure de rotule correspondante et comportant une partie intérieure et une partie extérieure ; - la partie intérieure de la cage amont repose sur la partie amont de la bague extérieure de la rotule amont, la partie extérieure de la cage amont repose à la fois sur la partie aval de la bague extérieure de la rotule amont et sur une extrémité amont de la manchette, la partie intérieure de la cage aval repose sur la partie aval de la bague extérieure de la rotule aval, et la partie extérieure de la cage aval repose à la fois sur la partie amont de la bague extérieure de la rotule aval et sur une extrémité aval de la manchette ; et - la manchette est annelée ou présente au moins une ondulation et est constituée par un matériau du type métal ou alliage de métal ou un polymère présentant une résistance à la fatigue par flexion élevée, du type PTFE ou EPDM, chargé ou non, renforcé par un tissu ou non, ou plus préférentiellement un polymère par exemple du PTFE renforcé en fibre de verre, du Viton, de l'EPDM renforcé par du Kevlar ou du coton, ou un mélange desdits polymères répartis en couches. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence à des modes de réalisation particuliers donnés à titre d'illustration uniquement et représentés sur les figures annexées dans lesquelles :
Les figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la présente invention, et
La figure 2 est une vue en coupe d'une variante de réalisation de la figure 1.
La figure 1 représentent une partie d'une pompe à piston 1 à mouvement excentré comportant un corps de pompe 2 renfermant un arbre moteur 5 s'étendant le long d'un axe géométrique 4 et en rotation autour d'un axe longitudinal 3. L'arbre moteur comporte des manetons excentrés qui s'insèrent dans des encoches circulaires du piston 6, et entraine par rotation ledit piston 6 en mouvement excentré de translation circulaire de façon à créer un pompage de l'amont AM vers l'aval AV. A l'intérieur de la pompe 1 sont définis des milieux respectivement interne 11 pour un éventuel fluide de lubrification et externe 12 pour un fluide à transporter (liquide ou gazeux).
Le but de l'invention est de former une étanchéité parfaite entre les milieux interne et externe de sorte que le milieu interne n'entre jamais en contact avec le milieu externe, tout en permettant la transformation du mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire. Dans le cas du transfert de liquide alimentaire, ce besoin est impératif pour éviter une pollution du milieu interne vers le milieu externe. A cet effet, la pompe 1 renferme un dispositif d'étanchéité rigoureuse 10 comportant notamment une rotule amont 100 située côté arbre moteur 5, une rotule aval 200 située coté piston 6, ainsi qu'une manchette externe 300.
La rotule amont 100 est constituée par une bague intérieure amont 110 sur laquelle est montée une bague extérieure amont 120. Comme il s'agit d'une rotule, la surface interne de la bague extérieure amont 120 épouse la surface externe de la bague intérieure amont 110 avec un contact étroit, de façon à assurer une étanchéité relative.
La bague extérieure amont 120 est fixée au corps de pompe 2 ou à un ensemble y étant fixé, et est maintenue par exemple par une vis de blocage (non représentée).
La bague extérieure amont 120 est divisée en deux parties amont et aval référencées respectivement 121 et 122. Afin d'éviter tout déplacement libre de la bague extérieure amont 120, les deux parties 121 et 122 sont ancrées dans une cage amont 130. La cage amont 130 est également divisée en une partie intérieure 131 et une partie extérieure 132 de forme complémentaire s'emboîtant ou se vissant l'une dans l'autre. Les surfaces en contact des deux parties de cage 130 comportent au moins un organe d'étanchéité, par exemple du type joint torique 135. Les deux parties de la bague extérieure amont 120 peuvent être fixées dans la cage par d'autres possibilités connues de l'homme du métier.
La rotule aval 200 comporte une bague intérieure aval 210 sur laquelle est montée une bague extérieure aval 220 maintenue en place à l'aide d'une cage aval 230. La surface interne de la bague extérieure aval 220 épouse la surface externe de la bague intérieure aval 210 avec un contact étroit, de façon à assurer une étanchéité relative.
La bague extérieure aval 220 est fixée au piston 6 ou à un ensemble y étant fixé, et cet ensemble est étanché du milieu extérieur par au moins un organe d'étanchéité, par exemple du type joint torique.
La bague extérieure aval 220 est divisée en deux parties amont et aval référencées respectivement 221 et 222. Afin d'éviter tout déplacement libre de la bague extérieure aval 220, les deux parties 221 et 222 sont ancrées dans une cage aval 230. La cage aval 230 est également divisée en une partie intérieure 231 et une partie extérieure 232 de forme complémentaire s'emboîtant ou se vissant l'une dans l'autre. Les surfaces en contact des deux parties de cage 230 comportent au moins un organe d'étanchéité, par exemple du type joint torique. Les deux parties de la bague extérieure aval 220 peuvent être fixées dans la cage par d'autres possibilités connues de l'homme du métier.
La bague intérieure amont 110 est munie d'un cylindre longitudinal 112 de prolongement axial vers l'aval et la bague intérieure aval 210 est munie d'un cylindre longitudinal 212 de prolongement axial vers l'amont. La bague intérieure 110 munie de son cylindre longitudinal 112 de prolongement axial repose sur le cylindre longitudinal 212 de prolongement axial de la bague intérieure aval 210. Un organe d'étanchéité 115 tel qu'un joint torique, est d'ailleurs placé à l'interface entre la bague intérieure amont 110 et le cylindre longitudinal 212 de prolongement axial.
Ainsi, les bagues intérieures 110 et 210 desdites rotules 100 et 200 se recouvrent partiellement l'une sur l'autre, maintenant colinéaires les deux axes desdites bagues intérieures des rotules, et permettant le coulissement desdites bagues intérieures par translation longitudinale selon les axes desdites rotules lors d'une éventuelle élongation axiale du système tout en maintenant de façon parallèle les deux plans perpendiculaires aux deux axes desdites rotules.
Les bagues extérieures des rotules sont constituées ou revêtues par au moins un matériau autolubrifiant. A cet effet, la composition du matériau autolubrifiant utilisé est du type métal autolubrifiant ou polymère autolubrifiant chargé ou non en multicouches ou non, par exemple silicone ou VQM, ACM, FPM, EPDM, FFKM, FFPM, Néoprène, NBR, Caoutchouc dérivé ou non, Viton, PTFE, bronze incorporant éventuellement fibres synthétiques type polyimide, fibre de verre, fibre de carbone, sulfure de molybdène, PBT, graphite, poudre de carbone, bronze... ou renforcé par du tissu, du Kevlar, et pouvant inclure des particules de lubrifiant solide.
Préférentiellement, le matériau autolubrifiant composant chaque bague extérieure 120 ou 220 est sélectionné parmi les polymères consistant en un polymère de la famille des polysulfures de phénylène (PPS), de la famille des polyétheréthercétone (PEEK) et de la famille des polyimides (PI), de la famille des polypropylènes (PP), de la famille des polytéréphtalates des butylène (PBT) et de la famille des polyamides imides (PAI), car ces polymères possèdent des caractéristiques mécaniques de résistance à l'abrasion supérieures et permettent un glissement avec un coefficient de frottement faible (propriétés tribologiques adaptées), augmentant la durabilité de l'articulation à rotule. Les polymères peuvent être utilisés en combinaison, peuvent être avantageusement chargés et incorporer des particules de lubrifiant solide. On désigne sous l'appellation polymère chargé, un polymère de base auquel on a ajouté une substance inerte, minérale ou végétale. Cela permet de modifier de manière sensible les propriétés mécaniques, électriques ou thermiques du polymère de base. Le matériau sélectionné pour la constitution des bagues extérieures 120 et 220 est évidemment choisi en fonction du lubrifiant utilisé.
Les bagues intérieures des rotules 100 et 200, en particulier leur cylindre longitudinal respectif 112 et 212, sont alésées de façon à offrir un espace accueillant le dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire.
La largeur des parties sphériques des bagues intérieures 110 et 210 est supérieure à celle des bagues extérieures correspondantes 120 et 220, et sa valeur minimale est déterminée par l'angle maximal de déversement admissible tel que l'intégralité de la surface interne de bague extérieure soit en contact intégral avec la surface externe de la bague intérieure. Bien évidemment, l'angle de déversement est limité par le diamètre extérieur du cylindre de prolongement.
Les bagues intérieures 110 et 210 sont constituées par un matériau de dureté au minimum supérieure à 58HRC, du type fonte, acier inoxydable, aluminium ou bronze ou encore un polymère convenable, ou un mélange de ces matériaux tels les alliages métalliques, par exemple un acier revêtu de bronze poreux ou un alubronze, pouvant être traité en surface ou non, par exemple avec du carbone amorphe, des fibres de verre, des phosphates, du titane, du vernis technique, de la céramique, etc., par des procédés du type électrolyse, traitement PVD, dépôts sous vide, cémentation, refusion sous vide, trempe, nitro-carburation, projection thermique, etc. Il est préférable de choisir un matériau possédant en outre un faible coefficient de dilatation pour assurer un contact optimal entre la bague extérieure et la surface extérieure de la bague intérieure de la rotule.
Les surfaces intérieures et extérieures des bagues intérieures 110 et 210 peuvent aussi être revêtues d'un matériau autolubrifiant dans le cas où le dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire ou le moyen d'étanchéité rigoureuse est amené à entrer en contact avec lesdites bagues intérieures.
Chaque bague extérieure 120 ou 220 présente avantageusement une épaisseur relativement faible par rapport au diamètre de chacune des rotules correspondantes car cela se révèle avantageux pour l'évacuation de chaleur engendrée lors des frottements entre la surface extérieure de la rotule et la surface intérieure de la bague extérieure.
La manchette 300 constituant le moyen d'étanchéité rigoureuse recouvre les rotules 100 et 200. Elle se présente sous la forme d'un manchon ou d'un soufflet du type annelé ou à au moins une ondulation et est constituée par un matériau du type métal ou alliage de métal ou plus préférentiellement un polymère chargé ou non, renforcé par un tissu ou non ou un mélange desdits polymères répartis en couches, ayant une résistance à la fatigue par flexion élevée, par exemple du PTFE renforcé en fibre de verre, du Viton, de 1'EPDM renforcé par du Kevlar, du coton...
Les extrémités amont 310 et aval 320 de ladite manchette 300 sont fixées aux bagues extérieures 130 et 230.
Plus précisément, la partie intérieure 131 de la cage amont 130 repose sur la partie amont 121 de la bague extérieure 120 de la rotule amont 100, la partie extérieure 132 de la cage amont 130 repose à la fois sur la partie aval 122 de la bague extérieure 120 de la rotule amont 100 et sur l'extrémité amont 310 de la manchette 300, la partie intérieure 231 de la cage aval 230 repose sur la partie aval 222 de la bague extérieure 220 de la rotule aval 200, et la partie extérieure 232 de la cage aval 230 repose à la fois sur la partie amont 221 de la bague extérieure 220 de la rotule aval 200 et sur l'extrémité aval 320 de la manchette 300.
La manchette 300, recouvrant les rotules 100 et 200, crée ainsi une chambre intermédiaire 8 entre le milieu interne 11 et le milieu externe 12, localisée plus précisément entre ladite manchette 300 et les surfaces externes des bagues intérieures 110 et 210 des rotules 100 et 200.
La chambre intermédiaire 8 est remplie par un fluide pouvant constituer aussi le milieu interne 11, par exemple un fluide du type lubrifiant liquide non aéré ou dégazé pour application sous vide ou encore un lubrifiant à base de lithium contenant du disulfure de molybdène, de volume aussi faible que possible par rapport à ceux des deux autres milieux interne 11 et externe 12, ledit volume étant au minimum égal à l'augmentation de volume engendré lors de la translation axiale du dispositif (piston 6) transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire, lorsqu'une pression à l'aspiration est supérieure à celle au refoulement.
Selon une variante de réalisation non illustrée, il est possible de créer deux ou plusieurs chambres intermédiaire 8 entre le milieu externe 11 et le milieu interne 12, au niveau des surfaces extérieures des bagues intérieures et de la ou des liaisons pivot-glissière, avec deux ou plusieurs moyens d'étanchéité rigoureuse de type manchon ou soufflet. Ces chambres sont remplies dans leur totalité par un fluide du type lubrifiant liquide, de volume aussi faible que possible par rapport à ceux des milieux interne 11 et externe 12, ledit volume étant au minimum égal à l'augmentation de volume engendré lors de la translation axiale du dispositif transformant ou transmettant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire.
Un autre mode de réalisation est illustré par la figure 2. Dans ce mode, les bagues intérieures 110 et 210 sont dépourvues de cylindre longitudinal de prolongement axial. A la place, une pièce intermédiaire de révolution 400, de type bague tierce cylindrique, est prévue entre la manchette 300 et les bagues intérieures 110 et 210. La pièce intermédiaire 400 présente par exemple une portion centrale bombée 402.
Ainsi, les deux bagues intérieures 110 et 210 sont en contact, sur une portion de leur surface intérieure, avec des portions de surfaces extérieures de la pièce intermédiaire 400, insérée entre les deux bagues intérieures, ladite tierce bague pouvant coulisser parfaitement le long desdites bagues intérieures. Les axes des deux bagues intérieures 110 et 210 et celui de la pièce intermédiaire 400 restent colinéaires en permanence.
Au moins un organe d'étanchéité 415, du type joint torique par exemple, est disposé entre la portion de surface de la bague intérieure 110 de la rotule amont 100 et une partie amont 410 de ladite pièce intermédiaire 400.
De même, au moins un organe d'étanchéité 425, du type joint torique par exemple, est disposé entre la portion de surface de la bague intérieure 210 de la rotule aval 200 et une partie aval 420 de ladite pièce intermédiaire 400.
La portion centrale bombée 402, disposée sur la pièce intermédiaire 400, permet d'éviter tout déboitement du dudit dispositif articulé étanche à trois éléments.
Une façon alternative de concevoir l'articulation à rotule est d'incorporer des sillons de forme hélicoïdale, d'une profondeur de l'ordre de 0,1 à 0,01mm, soit dans la face externe de la bague intérieure 110/210, soit dans la face intérieure de bague extérieure 120/220, afin de permettre le renouvellement du lubrifiant tout en limitant l'introduction de particules créées lors de l'usure du dispositif transformant ou transmettant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire. Lesdits sillons sur chacune des deux surfaces possèdent préférentiellement le même pas, la même profondeur et la même direction.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les rotules sont du type rotules à roulements de type à billes ou à rouleaux avec un organe d'étanchéité de chaque côté des roulements, par exemple du type joint à lèvre, torique ou autre.
Selon une autre utilisation possible de l'invention, le dispositif d'étanchéité rigoureuse 10 est monté dans une pompe volumétrique à vis excentrée, qui n'est pas représentée. Une telle pompe comprend généralement une vis hélicoïdale excentrée, appelée aussi rotor, à une dent, tournant dans un stator hélicoïdal à deux dents, la rotation engendrant des volumes fermés qui se déplacent axialement de l'aspiration vers le refoulement. Dans ces conditions, le stator de la pompe est associé directement ou non au palier supportant l'arbre moteur au mécanisme de transmission ou de transformation de mouvement, tandis que la vis hélicoïdale rotorique excentrée est associée au rotor et à la sortie du mécanisme de transformation de mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire ou le transmettant.
Selon une autre utilisation possible de l'invention, le dispositif d'étanchéité rigoureuse 10 est monté dans un compresseur à piston excentré, l'invention permet de limiter la contamination du milieu externe constitué d'un fluide compressible (gaz) par les particules créées lors de l'usure du dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire ou le transmettant ou par un aérosol d'huiles provenant du lubrifiant utilisé pour ledit dispositif.
Il va de soi que la description détaillée de l'objet de l'Invention, donnée uniquement à titre d'illustration, ne constitue en aucune manière une limitation, les équivalents techniques étant également compris dans le champ de la présente invention.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Pompe volumétrique (1) pour le pompage d'un fluide gazeux ou liquide, notamment à piston ou à vis à mouvement excentré, comprenant au moins un corps principal de pompe (2), une entrée de fluide à pomper, une sortie de fluide pompé, des moyens de pompage comportant au moins un arbre d'entrée (5) associé à un dispositif transformant un mouvement de rotation en mouvement de translation circulaire actionnant un piston ou une vis à mouvement excentré (6), et un dispositif d'étanchéité rigoureuse au fluide (10) entre un milieu interne (11) de fluide de lubrification et un milieu externe (12) de fluide à pomper, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) comprend : une première rotule amont (100) comportant une bague intérieure (110) et une bague extérieure (120) épousant la bague intérieure (110), ladite bague extérieure (120) étant liée au corps de pompe (2), - une seconde rotule aval (200) comportant une bague intérieure (210) et une bague extérieure (220) épousant la bague intérieure (210), ladite bague extérieure (220) étant liée au piston/vis à mouvement excentré (6), et - une manchette longitudinale déformable (300) de type manchon ou soufflet recouvrant les bagues extérieures (120, 220) desdites rotules (100, 200) correspondantes tout en permettant que les bagues intérieures (110, 210) desdites rotules (100,200) coulissent longitudinalement l'une par rapport à l'autre, la manchette (300) formant une chambre intermédiaire (8) entre le milieu externe (12) de fluide à pomper et le milieu interne (11) de fluide de lubrification et assurant une étanchéité rigoureuse entre ledit milieu interne (11) et ledit milieu externe (12) de ladite pompe.
- 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague intérieure (110 , 210) d'une seule des deux rotules amont/aval (100 , 200) présente un cylindre longitudinal de prolongement axial (112 , 212) sur lequel repose la bague intérieure (210 , 110) de l'autre rotule aval/amont (200 , 100) de façon à permettre un coulissement longitudinal desdites bagues intérieures (110, 210) des rotules (100, 200) et de sorte que les axes desdites bagues intérieures (110, 210) des rotules (100, 200) restent colinéaires de façon permanente.
- 3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague intérieure (110, 210) de chaque rotule (100, 200) comporte un cylindre longitudinal de prolongement axial (112, 212), de sorte que la bague intérieure (110 , 210) d'une rotule (100 , 200) et son cylindre longitudinal (112 , 212) repose sur le cylindre longitudinal (212 , 112) de la bague intérieure (210 , 110) de l'autre rotule (200 , 100), de préférence la bague intérieure (110) de la rotule amont (100) repose sur le cylindre longitudinal (212) de la bague intérieure (210) de la rotule aval (200), de façon à permettre un coulissement longitudinal desdites bagues intérieures (110, 210) des rotules (100, 200) et de sorte que les axes desdites bagues intérieures (110, 210) des rotules (100, 200) restent colinéaires de façon permanente.
- 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins un organe d'étanchéité (115), par exemple du type joint torique, est disposé entre le cylindre longitudinal (212) de la bague intérieure (210) de la rotule aval (200) et la bague intérieure (110) de la rotule amont (100) et reste en permanence en contact avec ladite bague intérieure (110) de la rotule amont (100), en particulier lors de mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures (110, 210) desdites rotules (100, 200), de sorte que ledit organe d'étanchéité (115) assure son rôle d'étanchéité dynamique relative entre le milieu interne (11) et le milieu externe (12) quelle que soit l'élongation prévue du dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) lors des mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures (110, 210) desdites rotules amont (100) et aval (200).
- 5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque bague intérieure (110, 210) de rotule (100, 200) repose sur une pièce intermédiaire de révolution (400) définissant le milieu intermédiaire (8) avec la manchette (300), tandis que la manchette (300) recouvre les rotules (100, 200) et une portion centrale bombée (402) de ladite pièce intermédiaire (400).
- 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins un organe d'étanchéité (415 , 425), par exemple du type joint torique, est disposé entre chaque bague intérieure (110, 210) de rotule (100, 200) et la pièce intermédiaire (400) et reste en permanence en contact avec lesdites bagues intérieures (110, 210) des rotules (100, 200), en particulier lors mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures (110, 210) des deux rotules (100, 200), de sorte que ledit organe d'étanchéité (415 , 425) assure son rôle d'étanchéité dynamique relative entre le milieu interne (11) et le milieu externe (12) quelle que soit l'élongation prévue du dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) lors des mouvements de translation relatifs entre les bagues intérieures (110, 210) desdites rotules amont (100) et aval (200) .
- 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bagues extérieures (120 ; 220) des rotules (100 ; 200) comportent respectivement deux éléments (121, 122 ; 221, 222) reposant respectivement sur les bagues intérieures (110 ; 210) des rotules amont (100) et aval (200) en épousant leurs surfaces externes respectives.
- 8. Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que les bagues extérieures (120, 220) des rotules (100, 200) sont constituées ou revêtues par au moins un matériau autolubrifiant.
- 9. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau autolubrifiant des bagues extérieures (120, 220) des rotules (100, 200) possède des propriétés tribologiques adaptées sélectionné parmi les polymères consistant en un polymère de la famille des polysulfures de phénylène (PPS), de la famille des polyéther-éther-cétones (PEEK), de la famille des polyimides (PI), de la famille des polytéréphtalates de butylène (PBT) et de la famille des polyamides imides (PAI), lesdits polymères étant chargés ou non, utilisés en combinaison ou non et incorporant ou non des particules de lubrifiant solide.
- 10. Pompe selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que chaque bague extérieure (120, 220) de rotule (100, 200) comporte une partie amont (121, 221) et une partie aval (122, 222) .
- 11. Pompe selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité rigoureuse (10) comporte en outre une cage amont (130) côté corps arbre moteur (5) et une cage aval (230) côté piston (6), chaque cage (130 , 230) reposant sur une bague extérieure (120, 220) de rotule correspondante (100, 200) et comportant respectivement une partie intérieure (131 , 231) et une partie extérieure (132 , 232).
- 12. Pompe selon les revendications 10 et 11, caractérisée en ce que : - la partie intérieure (131) de la cage amont (130) repose sur la partie amont (121) de la bague extérieure (120) de la rotule amont (100), - la partie extérieure (132) de la cage amont (130) repose à la fois sur la partie aval (122) de la bague extérieure (120) de la rotule amont (100) et sur une extrémité amont (310) de la manchette (300), - la partie intérieure (231) de la cage aval (230) repose sur la partie aval (222) de la bague extérieure (220) de la rotule aval (200), et - la partie extérieure (232) de la cage aval (230) repose à la fois sur la partie amont (221) de la bague extérieure (220) de la rotule aval (200) et sur une extrémité aval (320) de la manchette (300).
- 13. Pompe selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisée en ce que la manchette (300) est annelée ou présente au moins une ondulation et est constituée par un matériau du type métal ou alliage de métal ou un polymère présentant une résistance à la fatigue par flexion élevée, du type PTFE ou EPDM, chargé ou non, renforcé par un tissu ou non, ou plus préférentiellement un polymère par exemple du PTFE renforcé en fibre de verre, du Viton, de l'EPDM renforcé par du Kevlar ou du coton, ou un mélange desdits polymères répartis en couches.
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| WO2022058593A1 (fr) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Pcm Technologies | Pompe a cavites progressives et dispositif de pompage |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| FR1480316A (fr) * | 1966-03-29 | 1967-05-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'entraînement de deux organes en translation sur des courbes fermées symétriques |
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-
2016
- 2016-06-17 FR FR1670322A patent/FR3044348B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| FR1480316A (fr) * | 1966-03-29 | 1967-05-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif d'entraînement de deux organes en translation sur des courbes fermées symétriques |
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| WO2022058593A1 (fr) * | 2020-09-21 | 2022-03-24 | Pcm Technologies | Pompe a cavites progressives et dispositif de pompage |
| FR3114358A1 (fr) * | 2020-09-21 | 2022-03-25 | Pcm Technologies | Pompe à cavités progressives et dispositif de pompage |
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