EP0136220A1 - Système de pompage pour chromatographie en phase liquide - Google Patents

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EP0136220A1
EP0136220A1 EP84401725A EP84401725A EP0136220A1 EP 0136220 A1 EP0136220 A1 EP 0136220A1 EP 84401725 A EP84401725 A EP 84401725A EP 84401725 A EP84401725 A EP 84401725A EP 0136220 A1 EP0136220 A1 EP 0136220A1
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cylinder
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cylinders
displacement
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B5/00—Machines or pumps with differential-surface pistons
    • F04B5/02—Machines or pumps with differential-surface pistons with double-acting pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/005—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons
    • F04B11/0075—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons connected in series
    • F04B11/0083—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons connected in series the pistons having different cross-sections

Definitions

  • the object of the present invention is in improvements to pumping systems for liquids with a constant and precise flow over time, that is to say in which the instantaneous flow of liquid is precisely maintained at predetermined values.
  • This type of pumping system finds many industrial applications, in particular in the field of precision instrumentation and, in particular, in liquid chromatography.
  • the total flow must be 300 cm 3 in 40 seconds, or 75 cm 3 in 10 seconds.
  • the upstream cylinder sucks 300 cm 3
  • the downstream cylinder must discharge 75 cm 3 , which defines its capacity.
  • the upstream cylinder delivers 300 cm 3
  • the downstream cylinder draws 75 cm 3 , the rest.
  • 225 cm 3 is driven back down at the rate of 75 cm 3 per 10 seconds. We then return to the beginning of the cycle.
  • V is the volume of the upstream cylinder
  • t A1 the suction time of the upstream cylinder t Ri
  • t A1 + t R1 represent the period of the operating cycle
  • the suction times of the upstream cylinder are followed by non-suction times since the second cylinder feeds on the discharge of the first. If so, the total flow is low, either because. small volumes, that is to say because of a long period for the cycle one does not run into too serious difficulties, but as soon as one increases the flow rates, i.e. either the volumes, or the frequencies , or both, we can witness various phenomena such as cavitation or water hammer.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by ensuring constant flow both at suction and at delivery.
  • devices of the type of the above assembly are preceded by at least one reserve cylinder mounted like the others in T on the supply pipe, the T being preceded on the pipe by a valve or equivalent .
  • FIGS. 1 and 2 each schematically represent in section two variants of devices according to the invention.
  • FIG. 1 three cylinders 0, 1 and 2, are mounted in T on a pipe 3 taking at 4 the liquid from an upstream source not shown to discharge it at 5; the T fittings, 6, 7 and 8 are preceded, separated and followed by non-return valves or equivalent symbolized by the arrows 9, 10, 11 and 12, so that the liquid can only pass from 4 to 6, from 6 to 7, from 7 to 8 and from 8 to 5, except for the deviations towards the cylinders.
  • the cylinders 0, 1 and 2 are provided with pistons 13, 14 and 15 controlled by cams 16, 17 and 18 carried by a common shaft.
  • cams are identical here but mounted for 16 and 18 in the same position and for 17 in position shifted by ⁇ (180 °), their profile generates a linear movement of the pistons in one direction and in the other from where a profile of cam in arithmetic spirals, one for the going of the pistons and the other for the return.
  • V 0 , V 1 and V 2 are the respective displacements of cylinders 0, 1 and 2
  • t A is the suction time
  • t R the delivery time with the indices 0, 1, 2 corresponding to the cylinders
  • the sections of the cylinders 0, 1 and 2 are respectively proportional to t R1 , t A1 + t R1 and t A1 and their diameters to
  • FIG. 2 there is shown schematically a double bore cylinder system with a single piston 20 with two diameters corresponding to the two bores and delimiting three chambers 0, 1 and 2 between piston and bottom of the double cylinder and between change planes double cylinder and piston section. These chambers 0, 1 and 2 correspond to those of FIG. 1. It can be seen that the stroke of the piston is the same for the three chambers, but opposite for 0, 2 on the one hand and 1 on the other hand. If the movement of the piston actuated by any device not shown is linear in one direction during t A 1 and in the other during t R 1 and if the sections of 0, 1 and 2 correspond to the above defined equation, we find a system equivalent to that of FIG. 1. These same indices designate equivalent elements there. Note that the section of 0 and the section of 2 necessarily have a sum equal to that of 1.

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Abstract

La présente invention a pour objet un système de pompage de liquide à débit constant et précis dans le temps constitué par une canalisation (3) principale. Elle est caractérisée par le fait qu'en aval des deux cylindres (0, 1) on trouve un second dispositif (11) antiretour puis un troisième cylindre (2) branché sur un raccord en T (8) dont le piston (15) est également commandé par un système d'entraînement (18), le premier (0) et le troisième (2) piston fonctionnant en phase et le second (1) en opposition de phase de sorte que le premier (0) et le troisième (2) refoulent linéairement quand le second (1) aspire linéairement et réciproquement les trois cylindrées étant respectivement proportionnelles pour la première au temps de refoulement du second cylindre. Elle se rapporte à un système de pompage pour chromatographie en phase liquide.

Description

  • La présente invention a pour objet dans perfectionnements aux systèmes de pompage de liquides à débit constant et précis dans le temps, c'est-à-dire dans lesquels le débit instantané de liquide est maintenu avec précision à des valeurs prédéterminées. Ce type de systèmes de pompage trouve de nombreuses applications industrielles, notamment dans le domaine de l'instrumentation de précision et, en particulier, en chromatographie en phase liquide.
  • On a proposé dans l'art antérieur de monter deux cylindres munis de pistons montés en T sur la canalisation d'alimentation la canalisation étant équipée de part et d'autre des T et entre eux de clapets ou équivalents évitant un reflux du liquide vers la source. Le rôle du premier cylindre est d'alimenter en liquide pendant l'aller du piston, tandis que le second cylindre assure l'intérim de l'action du premier pendant la phase d'aspiration de ce premier cylindre. Si le cylindre amont (le premier cylindre) a une capacité de 300 cm3, une phase d'aspiration de 10 secondes et une phase de refoulement linéaire (à débit constant) de 30 secondes, le cylindre aval (le second) va prélever sur les 300 cm3 passant à hauteur de son T une quantité qui va ensuite compenser l'absence de débit du cylindre amont pendant sa période d'aspiration.
  • On conçoit donc que le débit total doit être de 300 cm3 en 40 secondes, soit 75 cm3 par 10 secondes. Lorsque pendant 10 secondes, le cylindre amont aspire 300 cm3, le cylindre aval doit refouler 75 cm3, ce qui définit sa capacité. Lorsque pendant 30 secondes, le cylindre amont refoule 300cm3, le cylindre aval prélève 75 cm3, le reste.225 cm3 étant refoulé vers l'aval à raison de 75 cm3 par 10 secondes. On revient ensuite au début du cycle.
  • Du côté aval, on a donc 75 cm3 provenant du cylindre aval pendant 10 secondes, puis 225 cm3 provenant du cylindre amont pendant 30 secondes. Si les pistons se déplacent linéairement, le débit est maintenu constant. Si leurs courses sont égales, les sections droites des cylindres sont proportionnelles aux capacités, 300 cm3 pour le cylindre amont et 75 cm3 pour le cylindre aval. Les pistons se déplacent alors à l'inverse, l'un refoulant pendant le temps d'aspiration de l'autre et réciproquement. Ceci peut être obtenu par montage en opposition, par arbre à cames ou tout autre moyen adéquat.
  • Plus généralement, si V, est le volume du cylindre amont, Vz celui du cylindre aval, tA1 le temps d'aspiration du cylindre amont tRi, sont temps de refoulement, on déduit de ce principe que:
    Figure imgb0001
    tA1 + tR1 représentent la période du cycle de fonctionnement.
  • En fait, du côté amont, les temps d'aspiration du cylindre amont sont suivis de temps de non-aspiration puisque le second cylindre s'alimente sur le refoulement du premier. Si donc, le débit total est faible, soit du fait. de petits volumes, soit du fait d'une période longue pour le cycle on ne se heurte pas à de trop graves difficultés, mais dès que l'on augmente les débits, c'est-à-dire soit les volumes, soit les fréquences,soit les deux, on peut assister à divers phénomènes tels que la cavitation ou les coups de bélier.
  • La présente invention a pour but de porter remède à ces inconvénients en assurant une constance du débit tant à l'aspiration qu'au refoulement.
  • Pour cela, on fait précéder des dispositifs du type de l'ensemble ci-dessus par au moins un cylindre de réserve monté comme les autres en T sur la canalisation d'alimentation, le T étant précédé sur la canalisation d'un clapet ou équivalent.
  • Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire deux exemples de réalisation étant bien entendu que ceux-ci ne sont pas limitatifs quant à leur mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire.
  • On se reportera aux figures 1 et 2 qui représentent chacune schématiquement en coupe deux variantes de dispositifs conformes à l'invention.
  • A la figure 1, trois cylindres 0, 1 et 2, sont montés en T sur une canalisation 3 prélevant en 4 du liquide dans une source amont non représentée pour le refouler en 5; les raccords en T, 6, 7 et 8 sont précédés, séparés et suivis par des clapets de non retour ou équivalents symbolisés par les flèches 9, 10, 11 et 12, de sorte que le liquide ne peut passer que de 4 en 6, de 6 en 7, de 7 en 8 et de 8 en 5, aux déviations vers les cylindres près.
  • Les cylindres 0, 1 et 2 sont munis de pistons 13, 14 et 15 commandés par des cames 16, 17 et 18 portées par un arbre commun. Un système de rappel ou autre adéquat non représenté fait suivre, aux pistons, les mouvements des cames correspondantes aussi bien dans un sens de déplacement que dans l'autre.
  • Ces cames sont ici identiques mais montées pour 16 et 18 dans la même position et pour 17 en position décalée de Π (180°), leur profil engendre un mouvement linéaire des pistons dans un sens et dans l'autre d'où un profil de came en spirales arithmétiques, l'une pour l'aller des pistons et l'autre pour le retour.
  • Si V0, V1 et V2 sont les cylindrées respectives des cylindres 0, 1 et 2, si tA est le temps d'aspiration, tR le temps de refoulement avec les indices 0, 1, 2 correspondant aux cylindres, on a:
    Figure imgb0002
    et l'on impose:
    Figure imgb0003
  • Dans ces conditions, le débit en 4 et le débit en 5 sont constants. On déduit de l'égalité précédente que V0 + V2 = V1
  • Si les courses des pistons 13, 14, 15 sont égales, les sections des cylindres 0, 1 et 2 sont respectivement proportionnelles à tR1, tA1 + tR1 et tA1 et leurs diamètres à
    Figure imgb0004
  • On peut imaginer de remplacer chaque cylindre par un ou plusieurs, par exemple identiques, le nombre sera alors proportionnel aux temps tR1, tA1 + t R1 et tA1 .
  • A la figure 2, on a représenté schématiquement un système à cylindre à double alésage et à piston unique 20 à deux diamètres correspondant aux deux alésages et délimitant trois chambres 0, 1 et 2 entre piston et fonds du double cylindre et entre plans de changement de section du double cylindre et du piston. Ces chambres 0, 1 et 2 correspondent à celles de la figure 1. On constate que la course du piston est la même pour les trois chambres, mais opposée pour 0, 2 d'une part et 1 d'autre part. Si le mouvement du piston actionné par tout dispositif non représenté est linéaire dans un sens pendant tA1 et dans l'autre pendant tR1 et si les sections de 0, 1 et 2 répondent à l'équation ci-dessus définie, on retrouve un système équivalent à celui de la figure 1. Ces mêmes indices y désignent des éléments équivalents. On remarquera que nécessairement la section de 0 et la section de 2 ont une somme égale à celle de 1.
  • On remarquera qu'aux figures 1 et 2, les dispositifs anti-retour portent les mêmes repères et que, en pratique, les dispositifs 9 et 12 ne sont pas indispensables.
  • On remarquera également que le double cylindre de la figure 2 peut être monté différemment, la cylindrée de gauche pouvant devenir la première (0), la cylindrée médiane la troisième (2) et la cylindrée de droite (1) restant la seconde. Il suffit, pour cela, d'inverser les dispositifs anti- retour 9, 10, 11 et 12.
  • On peut également imaginer sans sortir du cadre de la présente invention des dispositifs dans lesquels on peut faire varier cylindrées et temps d'aspiration et de refoulement.
  • Ceci peut se faire, par exemple, en modifiant la course des pistons, notamment en changeant ou en modifiant les cames.
  • Ceci peut également se faire par exemple par des séries de cylindres montés en T sur une ou plusieurs canalisations parallèles, les T étant séparés par des clapets anti retour. On peut alors considérer des séries de cylindres successifs, par exemple identiques dont la cylindrée totale de chaque série correspond aux cylindrées 0,1 et 2 des exemples des figures 1 et 2 : par exemple un ensemble de douze cylindres peut être divisé en 3 + 6+3 ou en 4+6+2 ou en 5+6+1 les proportions des temps étant
    Figure imgb0005
    ou
    Figure imgb0006
    , respectivement , il suffit dans ce cas de changer les cames ou l'arbre pour passer d'un régime à l'autre.

Claims (10)

1.- Système de pompage de liquide à débit constant et précis dans le temps constitué par une canalisation (3) principale sur laquelle sont montés d'amont en aval, un premier cylindre (0) branché sur un raccord en T (6), un premier dispositif anti-retour (10) et un second cylindre (1) branché sur un raccord en T (7), un second dispositif (11) anti-retour puis un troisième cylindre (2) branché sur un raccord en T (8), le pîston (13,14,15) de chaque cylindre (0,1, 2) étant commandé par un système d'entraînement (16, 17, 18, 19) définissant son mouvement dans le temps, caractérisé par le fait que le premier (0) et le troisième (2) pistons fonctionnent en phase et le second (1) en opposition de phase de sorte que le premier (0) et le troisième (2) refoulent quand le second (1) aspire et réciproquement, les trois cylindrées étant respectivement proportionnelles pour la première au temps de refoulement du second cylindre, pour la seconde à la somme du temps d'aspiration et du temps de refoulement dudit second cylindre (1) et pour la troisième au temps d'aspiration du second cylindre (1).
2.- Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'aspirations et refoulements sont linéaires.
3.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les trois pistons (0, 1, 2) ont des courses identiques, les sections des trois cylindres étant respectivement proportionnelles pour le premier (0) au temps de refoulement du second cylindre (1), pour le second (1) à la durée de son cycle (temps d'aspiration + temps de refoulement) et pour le troisième (2) au temps d'aspiration du second cylindre (1).
4.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les dispositifs d'entraînement (16, 18) du premier et du troisième cylindre (respectivement 0 et 2) sont identiques.
5.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier et le troisième cylindres (respectivement 0 et 2) sont identiques, que les temps d'aspiration et de refoulement sont identiques, que les trois dispositifs (16, 17, 18) d'entraînement des pistons (13, 14, 15) sont identiques, le second (14, 17) étant en opposition de phase avec le premier (13, 16) et le troisième (15, 18).
6.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que dans un dispositif de double cylindre (21) à deux sections d'alésage se déplace un piston (20) unique à deux sections correspondant auxdits alésages et délimitant deux cylindrées opposées, celle du côté du grand alésage constituant la seconde cylindrée (1), celle du côté du petit alésage constituant la première (0) ou la troisième (2) et, l'espace compris entre le plan de changement de section du piston et le plan de changement de section du double cylindre constituant respectivement la troisième (2) ou la première (0) cylindrée, le piston à triple effet (20) étant entraîné linéairement dans un sens et dans l'autre en temps d'aspiration et de refoulement répondant aux proportions définies à la revendication 2
7.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on modifie les courses des pistons et conséquemment les durées relatives d'aspiration et de refoulement.
8.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que sur au moins une canalisation sont montées des séries de cylindres en T, des dispositifs anti-retour séparant les raccords en T, les cames pouvant être changées et/ou modifiées pour décomposer ladite première cylindrée en une première série de cylindrées élémentaires, ladite seconde cylindrée en une seconde série de cylindrées élémentaires et ladite troisième cylindrée en une troisième série de cylindrées élémentaires.
9.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 5 et 8, caractérisé par le fait que l'entraînement des pistons est assuré par des cames identiques montées sur un arbre commun.
10.- Système de pompage selon l'une des revendications 1 à 8, appliqué à la chromatographie en phase liquide.
EP84401725A 1983-08-31 1984-08-28 Système de pompage pour chromatographie en phase liquide Expired EP0136220B1 (fr)

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EP0136220A1 true EP0136220A1 (fr) 1985-04-03
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BE (1) BE900437A (fr)
DE (1) DE3468917D1 (fr)
FR (1) FR2551505B1 (fr)
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