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MEMOIRE DESCRIPTIF ,déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION la société : THE PYRENE COMPANY LIMITED "Perfectionnements aux pompes à main " Priorité d'une demande de brevet déposée en Grande-Bretagne le 1er juillet 1943 au nom de Richard ZIESCHANG.
La présente invention a trait à une pompe à main à double effet, de l'espèce dans laquelle on utilise le mouvement de vaet-vient d'un piston dans un cylindre placé dans un récipient contenant un liquide à refouler, un clapet de retenue étant prévu à chaque extrémité afin que la pompe puisse 'être utilisée dans les deux sens. L'invention est particulièrement applicable, mais n'est pas limitée, aux pompes de ce genre dont le piston est porté par une tige de piston creuse à lumières d'admission contrôlées par le piston, communément en usage comme extincteurs d'incendie.
Dans ces pompes, le liquide doit être extrait du fond du récipient et il faut placer en ce point un clapet de retenue ou soupape d'arrêt, parce qu'autrement cette soupape ne demeurerait pas immergée dans le liquide quand le niveau du liquide baisse pendant le fonctionnement de la pompe. Il est nécessaire
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de s'assurer que, lors de la descente du piston (dans quelque direction que soit tenue la pompe), le liquide entre dans la partie du cylindre située au-dessus du piston afin que cette partie contienne du liquide pouvant en être refoulé dans la tige de piston creuse durant la course ascendante du piston.
Dans les pompes du type actuel, il y a deux soupapes d'arrêt, une à chaque extrémité du cylindre, et celles-ci ne sont pas directement exposées à l'intérieur du récipient; au contraire, elles se trouvent dans la paroi d'un tube d'aspiration traverhant à peu près toute la longueur du récipient, de sorte qu'à la descente du piston, leliquide est aspiré dans le cylindre par ce tube d'aspiration et par la soupape d'arrêt supérieure.
Comme les pompes de ce genre du type actuel employées comme extincteurs d'incendie sont destinées à être utilisées dirigées vers le haut ou vers le bas, le tube d'aspiration lui-même est pourvu à chaque extrémité d'un orifice d'admission contrôlé par une soupape à bille, la bille supérieure étant appliquée sur son siège pendant l'usage, tandis que la bille inférieure est écartée de son siège . Pour assurer un mouvement positif de la bille inférieure l'éloignant de son siège, une tige est placée dans le tube d'aspiration pour glisser et venir en contact avec la bille inférieure . La tige et les soupapes à billes étant montées folles, elles sont soumises à des vibrations ou à des mouvements indésirables.particulièrement si elles sont transportées horizontalement dans une automobile.
A part l'avantage qu'il y a à éliminer cet inconvénient relativement minime et à simplifier la construction de la pompe , il y a un facteur important qui doit être pris en considération.
Quand la pompe est utilisée comme extincteur d'incendie, elle devrait, idéalement parlant, fournir un volume égal à chaque course et devrait continuer à fournir ce même volume à chaque course du commencement à la fin de l'opération de pompage. Ur, il est plus facile pour une personne moyenne de diriger le jet exactement, de contrôler et de faire fonctionner la pompe aisé-
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ment et uniformément si l'on fait en aorte que la pompe éjecte un peu moins de liquide dans sa course de sortie que dans sa course d'entrée, de façon que l'effort nécessaire corresponde à l'effort de direction normalement disponible.
Etant donné que les pompes sont généralement dirigées vers le bas, vers le foyer d'incendie, c'est la course ascendante de sortie qui exige moins d'effort que la course descendante de rentrée, et il est moins important de tenir compe de ce qui se passe quand la pompe est dirigée vers le haut.
Dans les pompes de l'espèce en question du type actuel, la différence de la quantité d'énergie musculaire requise est le résultat inévitable de la construction, qui est telle qu'à chaque course,environ un quart seulement du liquide contenu dans le cylindre du côté travaillant, ou à haute pres- sion du piston,est déchargé sous forme de jet, tandis que le restant est refoulé dans le récipient par des coussinets dans lesquels l'ensemble comportant le cylindre est monté de manière à pouvoir tourner dans la pompe. A la course descendante de rentrée, ces coussinets sont immergés dans le liquide, et la résistance qu'ils offrent au passage du liquide est plus grande qu'à la course ascendante de sortie, quand les coussinets à travers lesquels le liquide est forcé ne sont pas immergés.
Cette différence de résistance à deux résultats: elle permet de faire fonctionner la pompe uniformément sans qu'il soit besoin d'un effort extraordinaire pendant la course de sortie ; d'autre part, elle a pour résultat le refoulement d'un volume d'eau plus petit à cette course qu'à la course de rentrée.
Toutefois, ceci a pour conséquence un important inconvénient , à savoir que si la quantité de liquide contenu dans le récipient diminue, le jet de liquide est réduit de volume, et, vers la fin de l'opération complète, il devient complètement irrégulier. La présente invention a pour objet une pompe pouvant débiter les volumes de liquide déterminés à l'avance à chaque course du commencement à la fin du pompage, ladite pompeétant exempte des inconvénients auxquels il a été fait @
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allusion.
Dans les pompes du type actuel, il se produit une cessation ou un arrêt marquée du refoulement du liquide lors du passage de la course descendante de rentrée à la course ascendante de sortie, et ceci, indépendamment de toute différence dans les volumes éjectés pendant les deux courses, a pour résultat une irrégularité dans le refoulement du liquide. L'invention a égalament pour but de réduire ou d'éliminer cette cessation ou arrêt,
Un autre résultat du mode de construction du type actuel est la nécessité d'y prévoit un dispositif d'enlèvement du liquide de la tige de piston creuse, immédiatement en aval du roulement à l'extrémité de la pompe à laquelle la tige du piston passe à travers la partie supérieure du récipient pour se joindre à une poignée de commande.
La demanderesse a cherché de plus, à éviter la nécessité d'un dispositif d'enlèvement de ce genre.
Conformément à la présente invention, on fait usage d'un ensemble de piston composé comprenant un piston pourvu d'un ou de plusieurs orifices axiaux et d'une soupape à clapet du côtédu piston près de la poignée de commande, tout l'ensemble faisant à chaque course un mouvement de va-et-vient à travers une colonne ininterrompue de liquide et refoulant devant lui une fraction déterminée du liquide du cylindre se trouvant du côtéavant de l'ensemble, le reste passant à travers ledit ensemble vers son côté arrière. On comprendra plus facilement le système en considérant un cylindre de pompe plein de liquide et renfermant un piston qui y travaille d'une manière étanche aux fluides.
Si le cylindre était fermé aux deux extrémités et si la tige du piston était complètement étanche, le piston, s'il était plein,serait,, immobile; par contre, si l'on pratiquait dans le piston de grands orifices axiaux, il passerait à travers le liquide avec une facilité telle qu'il n'y aurait qu'un refoulement négligeable du liquide. Mais si l'on prati-
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que dans le piston des orifices axiaux restreints, on peut encore lui imprimer facilement un mouvement de va-et-vient, mais il rencontrera à son passage une résistance suffisante pour donner la pression*nécessaire pour refouler une fraction du liquide hors du cylindre vers l'ajutage de refoulement.
En l'absence d'une soupape de commande, on constate-en pratique, grâce à la construction de nombreuses formes de piston dans un but expérimental, qu'avec une pompe des marnes dimensions que celles qu'une longue expérience a montré être les meilleures pour un extincteur à main destiné à être utilisé dans n'impor- te quelle direction, on obtient le meilleur résultat quand le volume de liquide éjecté dans la course descendante de rentrée est moindre que celui obtenu dans les pompes du type actuel, et quand le volume éjecté dans la course ascendante de sortie est d'environ la moitié de celui de la course descendante de ren- trée. Toute tentative d'augmenter les volumes en réduisant les dimensions des orifices axiaux du piston donne lieu à la turbulence et à des résultats extrêmement irréguliers.
De plus, un effort anormal est exigé de celui qui manie la pompe.
En faisant usage d'une soupape à clapet, il est possible de résoudre tous les problèmes qui se présentent.
De préférence, la demanderesse fait usage de deux soupa- pes à clapet, une de chaque côté du piston et il est préféra- ble qu'elles soient en liaison mécanique, de façon à agir comme une seule unité.
On comprendra l'invention plus aisément en se référant au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 montre, pnincipalement en coupe par l'axe, le mode préféré de réalisation de la pompe;
La figure 2 est une vue des éléments séparés formant l'ensemble de piston ;
La figure 3 est une coupe axiale, à plus grande échelle, de l'ensemble de piston et des éléments qui lui sont associés durant la course descendante, quand la pompe est tenue dans la position montrée sur la figure 1 ;
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La figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure
3 mais montrant la course ascendante ;
Les figures 5, 6 et 7 sont des coupes par V-V, VI-VI et VII-VII respectivement de la figure 3;
Les figures 8 et 9 sont des coupes par VIII-VIII et IX-IX respectivement de la figure 1;
Les figures 10 et 11, enfin, sont des coupes analogues à celles des figures 3 et 4 à travers une pompe modifiée.
La pompe représentée par la figure 1 comprend un récipient 1 dans lequel un cylindre ou corps de pompe 2 est monté de façon à pouvoir tourner autour de son axe : à cet effet il pivote à son extrémité inférieure sur un tube central fixe de refoulement 3 se terminant par l'ajutage 4. Ce tube 3 passe à travers l'extrémité fermée 5 d'une tige de piston creuse 6, qui passe à travers la tête 7 de la pompe, dans laquelle elle pivote, et qui à son tour forme coussinet pour la partie supérieure fermée 8 du cylindre 2. La tige de piston 6 porte une poignée de commande 9, qui est maintenue dans la tête 7 au moyen d'un joint à bayonnette quand la pompe n'est pas en' service, et qui, dans cette position, sert à obturer l'extrémité supérieure 10 du ttbe de refoulement 3.
Le cylindre 2 a deux orifices d'admission 11 et 12 contrôléé par les soupapes d'arrêt à billes 13 et 14 portées par les garnitures 15 et 16 fixées au cylindre et qui s'appuient sur les sièges'de soupapes 17 et 18 respectivement dans les deux garnitures . Les éléments de la pompe décrits jusqu'à présent sont identiques en principe aux éléments équivalents des pompes existantes du type en question.
La tige de piston creuse 6 porte un piston composite comprenant un piston 20 et deux. soupapes à clapet 21 et 22.
Ces deux dernières sont reliées rigidement entre elles par des tiges 23 vissées à leurs extrémités pour s'engager dans les alésages axiaux 24 ménagés dans les soupapes à clapet,les tiges glissant à frottement dur dans les passages axiaux 25 du piston 20 et étant fixées par les écrous 26. Ces deux sou-
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papes à clapet peuvent ainsi se mouvoir d'une seule pièce par rapport au piston 20. Le piston est rainuré à sa périphérie pour recevoir un segment expansible 27, du type décrit dans la demande de brevet britannique n 494.397, de façon à s'appliquer étroitement contre le cylindre de la pompe, et il est pourvu de trois orifices axiaux 28,29 et 30.
A chaque extrémité, le piston est pourvu d'un évidement autour de son bord intérieur, ainsi qu'on le voit en 31 et 32, et il contrôle les lumières 33 et 34 de la paroi de la tige de piston 6. La face supérieure du piston est pourvue d'une rainure annulaire 35, dans laquelle débouchent les orifices 28,29 et 30. Le mouvement du piston 20 sur la tige de piston est limité vers le haut par l'extrémité du manchon 36 qui est soudé à la tige 6. et, vers le bas, par la partie supérieure du chapeau 5.
La soupape à clapet supérieure 22 est établie avec un jeu faible, mais nettement défini, 37 autour du manchon 36 et avec deux conduits axiaux 38, qui sont hors d'alignement avec les orifices 28,29 et 30, mais qui coïncident axialement avec la rainure 35. La soupape à clapet inférieure 21 est également réalisable avec un jeu restreint, mais nettement défini, 39 autour du chapeau 5 et avec deux orifices axiaux 40 et 41, qui sont également hors d;alignemement avec les orifices 28, 29 et 30. La soupape à clapet inférieure comporte une saillie annulaire 43 en regard de la face inférieure du piston.
En vue d'augmenter la quantité de liquide refoulée pendant la course de rentrée par rapport à celle refoulée pendant la course de sortie, et de tenir compte de cette manière de la différence d'effort musculaire disponible naturellement, ainsi qu'il a été expliqué plus haut, on peut prévoir une soupape destinée à réduire le débit à travers l'ensemble pendant la course de rentrée par rapport à la course de sortie . Cette soupape affecte la forme d'une saillie 42 ménagée sur la face supérieure de la soupape à clapet 21 et disposée de telle sorte qu'elle ferme l'orifice 30 en prenant contact avec la face inférieure
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du piston 20.
En cours de fonctionnement, la position des éléments pendant la course de rentrée est montrée par la figure 3.
Le manchon 36 pousse devant lui le piston 20, la face infé- rieure du piston étant en contact avec la saillie 42, et (en supposant que la pompeest dirigée vers le bas), la soupa- pe 13 reste sur son siège 17, tandis que la soupape 14 est soulevée de son siège 18. La soupape 21, qui dès lors s'avance, se meut à travers le liquide dans le cylindre . Une partie du liquide est refoulée à travers les lumères 34 vers l'inté- rieur de la tige de piston 6, y monte, et s'écoule ensuite par le tuyau de refoulement 3. Le reste du liquide déplacé passe par les orifices 28 et 29 du piston et de là à travers la soupape 22, et au delà de celle-ci, vers l'autre coté de l'ensemble du piston .
Durant cette course, aucun liquide n'est aspiré dans le cylindre de la pompe, mais l'ensemble de piston se meut à travers une colonne ininterrompue de liqui- de, une quantité suffisante de liquide passe à la face supérieure de l'ensemble de piston pour assurer le fonctionnement effica- ce à la course suivante.
Durant la transition entre la course de rentrée et la course de sortie, le liquide compris entre la soupape 22 et le piston 20 peut être considéré comme renfermé, et, quand le piston se soulève par rapport à la soupape, ce liquidea un effet amortisseur et réduit très nettement la cessation ou l'arrêt qui se produit dans le refoulement des pompes de ce genre du type actuel. Cet effet amortisseur est augmenté par la présence de la saillie annulaire 43.
Dans la course de sortie, la position des éléments est montrée par la figure 4. Le piston est maintenant poussé en avant par le chapeau 5 et s'est élevé par rapport aux soupapes à clapet. Une partie du liquide déplacé est refoulée hors du cylindre par les lumières 33, et le reste passe par les orifi-
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ces axiaux pendant que tout l'ensemble est en mouvement. Pen- dant cette course le cylindre de la pompe se remplit de nou- veau de liquide sous l'effet de l'aspiration aidée par la hau- teur correspondant à la pesanteur.
Pendant cette course de sortie, le liquide coule autour de la rainure 35, dans son passage des orifices 38 aux orifices
28, 29 et 30; en d'autres termes, il coule le long d'un trajet de résistance . Dans la pratique, on trouve que des résultats bien meilleurs sont obtenus en formant le trajet de résistance de cette manière plutôt qu'en diminuant le diamètre des orifi- ces axiaux. A la course de rentrée, el existe une résistance équivalente étant donné que l.es orifices 40 et 41 sont hors d'alignement axial avec les orifices 28 et 29.
Dans la variante que montrent les figures 10 et 11, il n'y a qu'une seule soupape à clapet, figurée en 44 et montée au-dessus du piston 20. Elle est portée par des axes 45 qui passent par des alésages pratiqués dans le piston 20, et son mouvement extérieur par rapport à la tige de piston 6 est limité par une bague 46 pourvued'un épaulement et fixée à la tige, bague qui sert lors de la course de rentrée (que montre la figure 10) à obturer l'espace 37 entre la soupape et la tige du piston. Dans cette course, el existe un trajet de résistance formé par l'espace existant entre le bord de la bague 46 et les orifices 38.
Au commencement de la course de sortie, le piston vient en contact avec la soupape 44 et, pendant le mouvement qui amène ce résultat, le liquide se trouvant entre le piston et la soupape est refoulé hors de l'espace existant entre les deux lors de la course de rentrée, réduisant ainsi matériellement la cessation du l'arrêt du refoulement. La position des éléments hors de la course de sortie est montrée sur la figure 11.
Pour illustrer l'effet produit, on dennera maintenant
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quelques chiffres. Ils ont tous été obtenus avec une pompe contenant 1 litre, 136 de liquide et avec une tige de piston creuse de dimensions normales pour une telle pompe. Avec l'organisation représentée sur les figures 1 à 9, le volume de liquide refoulé à la course descendante de rentrée est de 181 cm3 et, à la course ascendante de sortie, de 11 cm3, 2 soit donc 29,5 cm3 pour la double course, le second volume étant d'environ 60% du premier . Si l'on supprime la saillie 42, le premier volume tombe à 17 cm3, et le second reste inchangé, le pourcentage s'élevant à 65 %.
Avec l'organisation représentée sur les figures 10 et 11, le premier volume tombe à 13 cm3 et le second est encore de 11 cm3. soit donc un pour- centage de 85% et une réduction du volume total de la double course de 24 cm3. Ces chiffres, bien qu'ils ne soient pas aussi favorables que ceux obtenùs avec deux soupapes, le sont assez pour faire de la pompe un extincteur efficace. Quand, toutefois, la soupape 44 est placée de l'autre côté du piston, c'est-à-dire du côté opposé au levier de commande, le volume refoulé à la course de rentrée descendante est de 17 cm3. mais celui de la course ascendante de sortie de 65 cm3 seulement, ce qui est insuffisant pour faire de la pompe un extincteur d'incendie utile . Finalement, quand on omet les deux soupa- pes, les chiffres respectifs sont de 13 et de 6,5 cm3 respec- tivement .