WO2002046612A1 - Dispositif de pompage pour produits liquides pateux ou sensibles a la turbulence - Google Patents

Dispositif de pompage pour produits liquides pateux ou sensibles a la turbulence Download PDF

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Patrick Ballu
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the present invention relates to a pumping device for pasty or turbulence-sensitive liquid products such as, for example, paints or varnishes.
  • a first goal to be achieved for pumping pasty or turbulence-sensitive liquid products is to obtain, with a double-acting piston pump, a flow as constant as possible.
  • a solution of known type consists in using 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.
  • the device of this document DE 44 10 910 uses a fully mechanical system using cams intended to produce a characteristic equation X -Y 2 IC, in which X is the stroke of the piston, Y is the angle of rotation of the cam, and C is a constant.
  • Another object of the invention is to provide a pumping device for pasty or turbulence-sensitive liquid products, allowing the use of several pistons, in particular at least two pistons, out of phase so that when piston passes through its neutral point, the other (or the others) are always in movement, therefore in the pumping phase, which attenuates pressure variations, this pumping device being simple and economical to manufacture and quick to implement .
  • the subject of the invention is a pumping device for pasty or sensitive liquid products, comprising means for driving a number n of pumps (n being equal to or greater than 2), the displacements of the pistons of which are offset by compared to the others substantially of 1 / n phase, characterized in that the device comprises a programmer, or a means for regulating the drive means, arranged to control the variation of the drive speed of the drive means with a view to smooth the variations in pressure of the total flow of the n pumps and / or compensate for variations in consumption downstream of pasty or sensitive liquid products.
  • the pumping device comprises two pistons they are offset with respect to each other by a half-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 phase etc ...
  • the motor which drives the pistons is controlled by a programmer which prints variations in speed to said motor to compensate for the variations in flow which occur.
  • FIG. 1 a schematic view, in side elevation, of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 1 a front view of the device of Figure 1.
  • FIG. 3 a diagram illustrating the operation of the device of Figures 1 and 2.
  • the pumping device comprises two pumps la and lb, which are each double piston pumps
  • these pumps can advantageously be of the so-called "four ball” type, that is to say that they are constituted by a piston moving with a movement alternating in a cylinder which is provided at each of its ends with an inlet valve and a discharge valve.
  • 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.
  • 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, 5b.
  • the two discs 2a, 2b are driven by a single motor 7 to which they are connected by a reduction gear 8.
  • the motor 7 is controlled by an electronic programmer 9 to which it is connected by one or more conductors 10, or other wire or wireless transmission means.
  • This programmer 9 is connected to pressure detectors 11, which are arranged for the discharge of the upper and lower chambers of the pumps 1a and 1b.
  • the two connecting rods-cranks are offset from each other 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.
  • the increase in the flow rate of the pump lb compensates, at least partially, for the decrease in the flow rate of the pump lb, as can be seen on the curve in FIG. 3.
  • n gears are advantageously used, integral with the n cranks.
  • n pumps n being equal to or greater than 2
  • 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.
  • the electronic box or control programmer 9 is provided with a program which controls the variation of the speed of rotation of the motor 7 as a function of variations in the sum of the output pressures, detected by the sensors 11, and therefore the variation of the speeds of the two pistons 6a and 6b to smooth the variations of the sum of pressures curve as well as possible (thick line curve, Figure 3).
  • FIG. 3 the flow rates are shown in a system with two pumps 1a, 1b offset by 90 °.
  • Curve A in solid lines illustrates the flow rate of the pump la; the dashed curve B illustrates the flow rate of the pump lb; curve C in thick lines illustrates the sum of the flow rates of the two pumps.
  • the disc 2b has a radial window 12 which makes it possible to vary the distance from the center of the point of attachment of the connecting rod 3b to the disc 2b.
  • This arrangement is particularly useful when the pumping device has to pump different liquids to be mixed in variable proportions.
  • 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 several different products or liquids.
  • 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.
  • this transmission means allows the pumps to be offset from one another by 1 / n phase, n being the number of pumps.
  • 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 solenoid valves. , making it possible to vary the flow rate of the pumps, without varying their discharge pressure.
  • the electronic regulation carried out by the electronic system 9 not only makes it possible to smooth the pressure variations of the total flow of the n pumps, but can also make it possible to compensate for the variations in consumption of the pump liquid which may occur downstream. It is also possible, as is known, to have one or more accumulators downstream of the pumping device.

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Abstract

Un dispositif de pompage pour produits liquides pâteux ou sensibles du type comportant une pompe à piston à double effet. Il comporte n pompes (n étant égal ou supérieur à 2) dont le déplacement des pistons soient décalés les uns par rapport aux autres de 1/n phase. Le dispositif comporte un programmateur (9), ou un moyen de régulation du moyen (7) d'entraînement, agencé pour commander la variation de la vitesse d'entraînement du moyen d'entraînement (7) en vue de lisser les variations de pression du débit total des n pompes (1a, 1b, ..., 1n) et/ou de compenser les variations de consommation en aval de produits liquides pâteux ou sensibles.

Description

DISPOSITIF DE POMPAGE POUR PRODUITS LIQUIDES PATEUX OU SENSIBLES A LA TURBULENCE.
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.
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.
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 indésirable 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.
Un premier but à atteindre pour le pompage de produits liquides pâteux ou sensibles à la turbulence est d'obtenir, avec une pompe à piston à double effet, un écoulement aussi constant que possible.
On a déjà proposé à cet effet, 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.
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.
Une solution de type connu, décrite par exemple dans le document DE 44 10 910 Al, consiste à employer 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.
Le dispositif de ce document DE 44 10 910 utilise un système entièrement mécanique faisant appel à des cames destinées à réaliser une équation caractéristique X -Y2 I C, dans laquelle X est la course du piston , Y est l'angle de rotation de came, et C est une constante.
Un autre but de l'invention est de procurer un dispositif de pompage pour produits liquides pâteux ou sensibles à la turbulence, permettant l'utilisation de plusieurs pistons, en particulier 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, ce dispositif de pompage étant de fabrication simple et économique et de mise en oeuvre rapide.
L'invention a pour objet un dispositif de pompage pour produits liquides pâteux ou sensibles, comportant un moyen d'entraînement d'un nombre n de pompes (n étant égal ou supérieur à 2), dont les déplacements des pistons sont décalés les uns par rapport aux autres sensiblement de 1/n phase, caractérisé en ce que le dispositif comporte un programmateur, ou un moyen de régulation du moyen d'entraînement, agencé pour commander la variation de la vitesse d'entraînement du moyen d'entraînement en vue de lisser les variations de pression du débit total des n pompes et/ou de compenser les variations de consommation en aval de produits liquides pâteux ou sensibles.
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. 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.
Le moteur qui entraîne les pistons est piloté par un programmateur qui imprime audit moteur des variations de vitesses pour compenser les variations de débit qui se produisent.
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.
- Figure 2, une vue de face du dispositif de la figure 1.
- Figure 3, un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2.
- Figure 4, une vue schématique d'une variante de la 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.
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. 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.
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, lb est reliée au coulisseau 5a, 5b.
Les deux disques 2a, 2b sont entraînés par un moteur unique 7 auquel ils sont reliés par un réducteur 8.
Le moteur 7 est piloté par un programmateur électronique 9 auquel il est relié par un ou plusieurs conducteurs 10, ou d'autre moyens de transmission fîlaires ou sans fil.
Ce programmateur 9 est relié à des détecteurs de pression 11, qui sont disposés au refoulement des chambres hautes et basses des pompes la et lb.
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.
Il en résulte que l'augmentation du débit de la pompe lb compense, au moins partiellement, la diminution du débit de la pompe lb, comme cela apparaît sur la courbe de la figure 3.
On voit ainsi qu'en utilisant deux pompes et en les décalant d'une demi-phase, on lisse les variations de pression. 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.
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.
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).
Il est bien évident que l'on obtiendra un meilleur lissage des variations de pression en utilisant trois, quatre pompes, ou même plus. 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.
En d'autres termes si l'on utilise "n" pompes il faudra les décaler de 180°/n degrés ou encore de 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.
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.
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. Mais cela impliquerait alors de disposer de moyens pour rétablir à la fin de chaque cycle le synchronisme entre les pompes.
Avec les moyens de calcul actuels, obtenus par un ordinateur, cela est possible, mais risque d'être assez coûteux.
Selon la présente invention, la boîte électronique ou programmateur 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 11, 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).
Sur la figure 3, on a représenté les débits dans un système à deux pompes la, lb décalées de 90°. La courbe A en traits continus illustre le débit de la pompe la ; la courbe B en pointillés illustre le débit de la pompe lb ; la courbe C en trait épais illustre la somme des débits des deux pompes.
Comme on le voit, sans le dispositif électronique 9 de correction, on obtient une sinusoïde de fréquence double et d'amplitude très faible. 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 D en tiretés.
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.
Selon cette figure 4, 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.
Cette disposition est particulièrement utile lorsque le dispositif de pompage doit pomper des liquides différents devant être mélangés dans des proportions variables.
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 plusieurs produits ou liquides différents.
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.
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 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. 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.
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 peut aussi permettre de compenser les variations de consommation du liquide pompe qui peuvent se produire en aval. On peut également, comme cela est connu, disposer un ou plusieurs accumulateurs en aval du dispositif de pompage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de pompage pour produits liquides pâteux ou sensibles, comportant un moyen (7) d'entraînement d'un nombre n de pompes (n étant égal ou supérieur à 2), dont les déplacements des pistons sont décalés les uns par rapport aux autres sensiblement de 1/n phase, caractérisé en ce que le dispositif comporte un programmateur (9), ou un moyen de régulation du moyen (7) d'entraînement, agencé pour commander la variation de la vitesse d'entraînement du moyen d'entraînement (7) en vue de lisser les variations de pression du débit total des n pompes (la, lb, ..., In) et/ou de compenser les variations de consommation en aval de produits liquides pâteux ou sensibles.
2. Dispositif de pompage selon la revendication 1, du type comportant un nombre n de pompes (n étant égal ou supérieur à 2), dont les déplacements des pistons sont décalés les uns par rapport aux autres sensiblement de 1/n phase, dans lequel l'entraînement des pompes (la, lb,... In) est réalisé par un moteur électrique (7), la transmission du mouvement rotatif dudit moteur (7) en un mouvement alternatif des pistons (6a, 6b,...6n) étant réalisée par des moyens mécaniques de transmission permettant également de décaler les mouvements desdits pistons (6a, 6b,...6n) les uns par rapport aux autres, de 1/n phase, n étant le nombre de pompes (la, lb,...ln), n étant égal ou supérieur à 2.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le moyen mécanique de transmission comporte un jeu de n engrenages (2a, 2b...2n) assurant le décalage de 1/n phase et la synchronisation des n pompes.
4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le moyen mécanique comporte des transmissions de type bielle-manivelle pour entraîner les pompes.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il comporte deux pompes (la, lb) entraînés chacune par une bielle (3a, 3b) attelée à un disque (2a, 2b) entraîné par le moteur (7) les points d'attelage desdites bielles (3 a, 3b) aux disques (2a, 2b) étant décalés de 90°.
6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les n pompes (la, lb... In) pompent le même liquide.
7. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel une ou plusieurs des n pompes (la, lb... In) pompent un liquide différent des autres.
8. Dispositif selon les revendications 5 à 7, dans lequel un ou plusieurs des points de liaison entre la bielle (3b) la pompe (lb) et le disque correspondant (2b) peuvent être déplacés radialement de façon à pouvoir faire varier le débit de cette pompe (lb) par rapport aux autres (la).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de rotation du moteur d'entraînement (7) des pompes la, lb...ln) est piloté par un programmateur (9) relié par des conducteurs (10) à des capteurs (11) de pression de refoulement des pompes (la, lb... In) de façon à faire varier la vitesse des pistons (6a, 6b...6n) aux points appropriés de façon à d'une part lisser les variations de pression et d'autre part à compenser les variations de consommation du liquide pompé qui peuvent se produire en aval.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les conducteurs (10) servent à piloter des moyens faisant varier le débit des pompes sans faire varier leur pression de refoulement à partir de capteurs de pression (11) disposés à la sortie ou en aval des pompes (1).
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