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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE ,
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: INTEGRAL LIMITED et Monsieur Ronald Frederick
WORLIDGE Perfectionnements aux pompes à fluide actionnées par force motrice Demande de Brevet Anglais en leur faveur du 3 juin 1943.
La présente invention est relative aux pompes à fluide actionnées par force motrice et notamment, mais non exclusivement, aux pompes à fluide hydraulique propres à actionner des installa- tions hydrauliques destinées à des avions, ou des installations analogues.
La pompe suivant l'invention est du type actionné en deux étages par deux éléments de pompage entraînés par un arbre commun, ces éléments agissant successivement sur le fluide; l'é- lément de pompage du deuxième étage est une pompe du type à pis- ton, à un ou plusieurs cylindres disposés radialement, et dont ' les pistons sont actionnés, pendant leur course de travail, par une came ou un excentrique avec lesquels ils sont maintenus en contact par la pression du fluide qui leur est envoyé par l'élé- ment du premier étage, élément qui peut être du type à engrenages.
Suivant l'invention, le débit de la pompe est réglé par la variation de la pression de sortie du premier étagence qui fait varier la course effective des pistons du'deuxième étage), le dé- bit nul étant obtenu en réduisant la pression de sortie du premier étage à une valeur inférieure au minimum nécessaire pour rappeler les pistons -du deuxième étage. Cette pression minima sera déter- minée normalement par la pression nécessaire pour ouvrir les sou- papes d'admission, chargées par des ressorts, des cylindres du deuxième étage.
Le débit de la pompe peut être réglé automatiquement et progressivement suivant les variations de la pression de sortie, en appliquant cette pression à une soupape qui s'ouvre lorsqu'une pression de distribution déterminée d'avance est atteinte, la- quelle soupape équilibre la pression entre les étages.
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Suivant une variante de/réalisation, la pression (lu pre- miel' étage o ut 3tre quïlixé.; t xane¯W e à celle du côté 1istri- bution. par une soupape oom..ian.dé3 mécaniquement. Le dispositif (le COl1hlld.n(le mécanique peut "tre actionné à la main ou en liaison avec le mouvement d'un organe actionné par le débit de la pompe. Par exemple, si la pompe sert à fournir un fluide de commande à piston hydraulique, on peut utiliser un dispositif d'accouplement I11écani- que ouvrant la soupape d'équilibrage lorsque le piston atteint la limite ClI3 oa course, use façon à annuler la charge au aeuxieme étage, et à réduire à zéro le débit de la poulpe.
Suivant un" d,ut::"8 caractéristique importante de l'inven- tion, le premier étage de la pompe ,st d'une capacité dépassant considérablement eel10 du deuxième étage, de sorte que, pendant un vol à une 1-1aute altitude, par exemple, et malgré la di!1linu- tion de rendement du pramier étage par suite du vide élevé qui règne uu côté de son admission,- cet étage sera encore capable d'alimenter le deuxième étage à pleine capacité, et que le !?on
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fonctionnement de la ,JOJl1i?d ne sera pas affecté.
Dans le mode préféré de i't,allsation, le premier étage débite dans le deuxième étage a travers lies soupapas de retenue, tandis que 1 deuxième étage àéoite également, à%r:vers des soupapes de retenue, dans l'orifice de refoulement de la pompe, ce qui permet d'obtenir tout débit désiré et toute pression dé- sirée, suivant la vitesse de rotation de l'arbre de la pompe. De
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préférence aussi, l'élément de pompage du piemler étage est une pompe du type à engrenage.
Dans l'exemple (le construction de la pompe conforme à l'invention qui va être décrit, et qui est représenté dans les dessins ci-joints, le fluide à pomper est envoyé au premier étage
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de la ;>o;-1¯>e , ou aspiré à cet étage, lequel est constitué par deux enor19nag<;1 , l'un moteur ,=t l'autre entraîné, en prise entre eux, et enfermés dans'un boîtier de forme telle que, lorsque les en- grenage tournent, le fluide contourne les dents pour passer d'un cté à l'autre;
le fluide est ensuite envoyé par le premier étage jusque dans le deuxième étage, lequel est constitué par un ou plusieurs pistons disposés de façon que chacun d'eux ne puisse
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être repoussé dans un sens que pcir la rotation àtùne came ou !l'une manivelle à excentrique.
La force motrice nécessaire pour faire mouvoir les pis- tons dans le sens opposé celui dans le.quel ils sont repoussés
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par la came ou l11.:1xcentrique est fournie entièrement par le fluide refoulé sous pression par le premier étage de la pompe, :et agis- sant sur ces pistons.
En prévoyant des soupapes de retenue entre les pistons et le refoulement du premier étage, ainsi qu'entre les pistons et le refoulement de la pompe, on peut faire en sorte que,
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par un(,, jotation simultanée de l'engrenage moteur du premier éta- g,i. , et de la came ou de 1 texcentrique du rieuxihaae étage, celui-ci refoule le fluide sous toute pression désirée..
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La pomp2 comprend aussi une soupape disposée de façon que, lorsque la ,Jres;:,ion de refoulement du deuxième étase atteint un maximum déterminé d'avance, cette pression agit sur la dite soupape, pour la déplacer en surmontant l'action (l'un ressort ou
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de toute autre force antagoniste afin qu'elle laisse passer le fluide refoulé par le premier étage, ce fluide étant alors évacué
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ou ienvoyé à l'admission du premier étage, ce qui a pour effet d'annuler totalement ou de réduire la pression sous laquelle le
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fluide est refoulé par le premier étage et, par conséquent,
d t an- nuler complètement ou de réduire partiellement la force motrice nécessaire pour faire mouvoir les pistons du deuxième étage dans le sens opposé à celui dans lequel ils sont actionnés par la ro- tation de la came ou de l'excentrique. Les pistons seront donc conduits à la fin de la course par la rotation de l'excentrique, mais ils n'effectueront que partiellement, ou pas du tout, la coure se de retour qui est nécessaire pour maintenir l'action de pompa- ge ;
le débit du deuxième étage sera donc réduit, par suite dé cette réduction de la course des pistons, à une valeur qui peut
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être nulle ou comprise entre zéro et la valeur maxima détermi- née d'avance par le diamètre et la pleine course normale du ou des pistons,
Afin que l'invention soit mieux comprise, et qu'il
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soit facile de la mettre en pratique, elle est représentée a tlt>e d'exemple seulement dans les dessins ci-joints, où :
La Fige 1 est une coupe longitudinale axiale du type
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préféré de construction de ' la pompe qui fait l'objet de 1 t in- vention.
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Ld l'ige 2 est une vue en bout, la plaque formant le couvercle du fond de droite étant enlevée, et en coupe suivant
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le plan X-X de la 2ilge l, le bloc.des cylindres étant également enlevé et la pompe étant représentée en regardant dans le sens des flèches II.
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La Fig. 3 est une vue en bout, la .J?laquforJ1la.nt le couvercle du fond de gauche étant enlevée et en coupe suivant le plan qu, ae la Fig. 1, la poupe étant représentée en regardant dans le sens àes flèches Q,-Q,.
La fig. 4 est en partie une coupe transversale dans le plan A-A de la Fig. 1 et en partie une. coupe, la plaque for- niant le couvercle du fond de droite étant enlevée, dans le plan X-X de la Fig. 1, en regardant dans la direction des flèches Y-Y.
La Fig. 5 est une coupe longitudinale passant par la ligne B C de la Fige 2, le bloc des cylindres n'étant pas re- présenté en coupe et
La Fig. 6 est une vue en plan de la pompe.
La pompe représentée dans les dessins comprend un corps de pompe extérieur, constitué par un bâti cylindrique 1 fermé à ses extrémités par des plaques 2 et 3 formant les couvercles du fond de droite et de gauche respectivement, et portant les paliers à rouleaux 4 pour l'extrémité intérieure de l'arbre 5 de la pompe, et 6 pour la partie extérieure de l'arbre 5. A l'extérieur du pa- lier 6, l'arbre 5 est entouré par un dispositif étanche 7, destiné à empêcher toute fuite du liquide qui se trouve à l'intérieur de la pompe.
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Une cloison 8, prévue ,lintérieurs du corps de pompe cylindrique 1, porte un palier intermédiaire à rouleaux 9 pour l'arbre 5, et divise 1''intérieur du corps de pompe en deux cham- bres. La chambre de gauche contient la pompe à engrenages, et la chambre de droite contient la pompe à pistons et cylindres. Le n --
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corps de pompe 1 et les fonds 2 et 3 sont asseiâolés entie eux par un certain nombre îe boulons 10 répartis sur le pourtour.
La ,,IQj,lJ!e à engrenages comprend deux engrenages il et 12 dont l'un, 1 xa:yJ enae 11, est monte sur l'arbre 5, tandis que l'engrenage 12 e st monte excentrique sur un Me 13 supporté à
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ses deux extrémités par le fond 3 d'une part, et par la cloison
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, d'autre part. Les deux engrenages 11 et 12 tournent d lb des logements circulaires ménagés dans le corps cle ,Joiù,.!:'e 1 ut le fluide de travail, huile ou autre, pénétrant par l'orifice d'ad-
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mission 14, parvient dans la poulpe à engrenages, où il arrive dans un espace 15 qui se trouve d'un côté des engrenages 11 et 12.
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A,IrÍ;' avoir traversa les engrenages et acquis une pression qui dépend de la rotation de ceux-ci, l'huile parvient dans unn cllaill- bre qui communique, par un orifice 16, avec un espace annulaire 13 se trouvant de l'autre coté de la cloison 8, et qui conduit a'une part t à la soupape 17, et d'autre part aux soupapes d'admis- 4 ion 24 de la pompe à pistons, La soupape 17 est montée entre le fond 3 et la cloison 8, et l'espace annulaire l8 communique par l'orifice 35 aVbe la. chambre qui se trouve au-de&SOU6 de la soupape 17 (voir la. Fig.
3). Dans sa partie qui se trouve au-dessus de la soupape 17, la chambre de soupape communique pat:' un canal 3', percé dans le fonu 3, avec le canal 36, partiellement annulaire, qui aboutit à 11GS- pace 15, du côté aspiration ou admission de la pompe à engrenages ou, suivant une variante, à un raccord de vidange 40 g Le fonction- nement et le out de la soupape 17 seront expliqués en détail plus
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loin.
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Du côté droit de la cloison 8, aans la ,r'1;. 1, 1 0loc de cylindres 19 s'engage dans le ccipe de pompe 1. Ce 010c est alésé radialement pour recevoir plusieurs cylindres 20, ü.arl::J les-
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quels se meuvent des pistons 21. Ces pistons sont en contact avec
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la périphérie d'un anneau a came excentlique 22, monté sur l'ar- bre 5 par 1 t intexm4ài.ix d'un papier à rouleaux et a. di;uil1: 2.3.
L'arrivée de l'duile jusqu'aux cylindres 20, et sa ::or- tie 1101& u4 c\ux-ci sont réglées ,Id.I des soupapes douoles montées dans aes alésages pratiqués dans le bloc uses cylinares 15, entre les cylindres, ces soupapes comprenant une partie 24 servant de soupape d'a(1.11ission, et une partie: 25 servant de soupape ue re- foulement, ces deux parties étant oonimmidéee par des resoorta 26 montée entre 1,::,a deux =.0ü1)éiy:fi, et par un ressort 27 agissant sur la soupape da "eòule.."ent 25 seule. La soupape a t alaissio:11 24 commande un oïlfice qui cOJLrLlnique avec le canal annuldiru ld,, et la soupape d0 refoulement 25 commande un orifice aboutissant à un espace ;n;ulaize de vidange 2d, déooucnant dans l'orifice de foul2uent 23 (Fig. 5).
Un b:rific8 pratiqué dans l'alésage ddns
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lequel se meut la soupape double 24, 25 communique par un canal
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30 avec l'intérieui du cylindre voisio 20. Lorsque les pistons 21 se meuvent clan,., les cylindres 20, l tiiuile entre 0.8.11;; ces cy- lindres par les soupapes 24 et les canaux 30, et elle en Bort
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par les mêmes canaux 30 et par' les soupapes de refoulement 25.
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.Des joints annulaires 3d et j9, en caoutchouc ou autre matière, sont montés enti e le bloc des cylindres 19 et le fond 2, pour
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réduire les fuites internes.
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Pendant leur course vers l'extérieui, ou course de tra- vail, les pistons 2l sont actionnés positivement par 1 "excentri- 'que 22, 1;t au lieu d'être ramenés à leur position intérieure
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radiale pendant leur course à vide, par des ressorts ou autrement,
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les pistons 21 sont simplement repoussés vers l'intérieur par la pression de l'huile qui pénètre dans les cylindres 20,en arri- vant de la pompé à engrenages, ou du premier étage de la pompe.
De cette façon, la pression obtenue dans le premier étage de la pompe sert à charger les pistons en surmontant l'ac- tion de l'excentrique 22. Cette disposition permet de ramener à zéro le débit de la pompe, en annulant totalement ou en réduisant en partie la pression qui charge les pistons 21 et surmonte l'ac- tion motrice de l'excentrique 22. La course opérante des pistons est ainsi diminuée, du fait de la réduction de la course de re- tour que les pistons sont capables d'effectuer avant que l'excen- trique 22 les oblige de nouveau à se mouvoir vers l'extérieur pour effectuer leur course de travail.
Le débit est réduit à zéro, mais la pression maxima est atteinte lorsque la pression du premier é- tage, pression qui agit sur les postons, se rapproche@de zéro, de sorte que les pistons n'effectuent aucune course vers l'intérieur ni par conséquent non plus aucune course vers l'extérieur, ou course de refoulement.
Cette action résulte .de la présence de la soupape in- termédiaire 17 déjà mentionnée. Cette soupape est du type à champignon, sur la face inférieure de laquelle agit la pression qui charge les pistons, pression produite par le premier étage de la pompe, le fluide sous pression arrive à la soupape 17 en passant par le canal 16, l'expace annulaire 18 et l'orifice 35.
Il agit sur la surface annulaire qui entoure la tige de la soupa- !De, tandis que la pression de refoulement de la pompe; pressions. qui est produite par le deuxième étage, agit sur l'extrémité de la tige de cette soupape. Le fluide refoulépar la pompe atteint l'extrémité de la tige de la soupape par un canal 31 (Fig. 2 et 4 et tracé en pointillé dans la Fig. 5), en passant par le bloc des cylindres 19, l'espace annulaire de refoulement 28, et par le canal radial 32 (Fig.
2). Le mouvement de la soupape,sous l'ac- tion de ces pressions, est commandé par le dispositif à double ressort comprenant le ressort faible 33 et le ressort puissant 34, agissant sur la tête de la soupape 17 dans le sens opposé à celui de la pression de l'huile. Ces ressorts sont suffisamment forts pour maintenir à un certain maximum la pression du premier étage, mais l'action supplémentaire de la pression de refoule- ment sur la tige de la soupape réduit la pression nécessaire à fournir par le premier étage, ce qui rait que la pression du pre- mier étage diminue lorsque la pression de refoulement augmente.
Cette disposition permet, les dimensions de la soupape 17 étant convenablement choisies, de régler la pression du pre- mier étage par rapport à la pression de refoulement et, par con- squent de régler la pression de charge des pistons du deuxième étage au moyen de la pression de refoulement qui, lorsqu'elle atteint une valeur déterminée d'avance, est capable de maintenir la soupape 1? grande ouverte, sans l'aide de la pression du pre- mier étage. De cette façon, le fluide sous pression du premier étage peut retenir à l'aspiration de ce premier étage, sous une pression insuffisante pour ouvrir les soupapes d'admission du deu- xième étage.
Toute l'huile en excès refoulée par les pistons du deuxième étage, pendant la dernière, partie de leur course, sté- chappe vers l'aspiration en passant par les orifice 46, lorsque la soupape 17 est entièrement ouverte par la pression de refoule- nient qui agit sur'l'extrémité de la-tige de cette soupape. On voit que la position de ces orifices 46 commande l'ouverture maxi- ma possible de la soupape 1?.
En conséquence, les cylindres ne se @
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reçussent pas, et il ne se produit aucun mouvement radial des pistons 21 vers l'intérieur, tel que la bague excentrique 22 puisse provoquer ensuite leur mouvement vers l'extérieur. Aux pressions de refoulement intermédiaires, la force des ressorts
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55 ..)t 34 sera nécessaire pour aorter à une plue grande valeur la 17ress:
ion du premier étage, et la pression qui en résulte, dans l'espace angulaire 13, peut alors être suffisante pour ouvrir partiellement les soupapes d'admission 24 et repousser les pis- tons 21 vers l'intérieur, dans une certaine mesure, de sorte que
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la course de travail des ,J Lstons est réduite, et que la débit est diminué d'autant.
On donne de préférence au premier étage de la pompe une capacité au moins double de celle du deuxième étage, de facon que, pendant un vol à une haute altitude, le rendement du pre-
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mier étage puisse être réduit de 50 jb, par réduction de la ares- sion d'admission de cet étage, sans que cela nuise à l'alimen- tation du deuxième étage, le fonctionnement de la pompe étant ainsi amélioré daus son ensemble.
La capacité restante de 50 % est suffisante pour faire.fonctionner le deuxième étage, et l'alimenter jusqu'à concurrence de toute sa capacité. Ceci permet de voler à des altitudes allant jusqutà, 12.000 m. sans qu'il soit
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nécessaire de suroompresser l'admission de la pompe par un d180- sitif distinct, et sans augmenter d'une façon exagérée la C07"lSOàl1- . nation antérieure de la ,itl,8p car la pression maxima du premier étage est seulement égale à 10-12 5 de la pression finale de re- foul'31nent. ï<é#1 conséquence, une augmentation de capacité ne rérlui- ra le rendement total que d'un pourcentage relativement bas.
Il est bien'entendu, naturellement, que la pression de
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refoulement dépendra de la charge de la pompe, c'est-à-dire, quiel- le sera grande si la charge est grande, et petite aux petites charges. Lorsque la charge est nulle, la pression de refoulement est nulle, et le débit du premier étage est maximum tandis que, si la charge est maxima., la pression de refoulement est maxima, et la pression du premier étage est minima, ce qui réduit le refoulement à zéro. Dans ce dernier cas, la puissance ab orbée par la pompe sera presque nulle, car le débit' est nul, bien que la pression soit maintenue.
'Lorsque la succession d'opérations qui vient d'être exposée est terminée, la quantité de fluide refoulé par le deuxiè-
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me étage Xl 1 augment;; pas, tant que la pression de refoulement du r'aeuxinu2 étage 0st assez réduite pour que les ressorts 33 -it 34 soient capables de faû12r la soupape 17, ce qui fait monter la pression de refoulement du premier étage, et utilise de nouveau la. force motrice,en totalité ou en partie, pour assurer la course
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de r'-'tour des pistons 21.
Ainsi qu'on lia déjà mentionné, il n'est pas essentiel pour l'invention que le déolt de la ,JOlU...'8 soit réglé suivant les variations de la pression de sortie; au lieu de ce réglage, la pression de sortie du premier étage peut êere équilibrée par une soupape actionnée mécaniquement. -En pareil cas, la construction de la pompa peut être exactement celle qui est décrite plus haut
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et i '""1?r.:;e.Jtét., dans les dessins ci-joints, sauf ûn ce qui'concerne le dispositif servant à actionner la eoupape d'équilibrage 17.
Lu canal 31 1>cir. lequel la pression de sortie 35t appliquée à cette soupape est supprimé, et cette soupape est ouverte mécaniqu"ement au moyen d'un dispositif actionné à la'main, ou par un organe sur lequel agit le débit de la pompe.