EP2324201B1 - Machine rotative a pistons et barillet - Google Patents

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EP2324201B1 EP09786992.9A EP09786992A EP2324201B1 EP 2324201 B1 EP2324201 B1 EP 2324201B1 EP 09786992 A EP09786992 A EP 09786992A EP 2324201 B1 EP2324201 B1 EP 2324201B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/02—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis with wobble-plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0017—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F01B3/0023—Actuating or actuated elements
    • 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
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/14—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B1/141—Details or component parts
    • F04B1/146—Swash plates; Actuating elements

Definitions

  • a machine of this type is described in the patent FR 2,588,617 , on behalf of the same applicant, to realize an axial piston pump.
  • An external motor rotates the input shaft of the device which converts this rotational movement into an alternating translational movement to pistons arranged parallel to the axis of rotation of the input shaft.
  • This machine uses an oscillating plate guided by a spherical bearing whose reliability needs to be improved. It is found that the lubrication of the spherical bearing is difficult to ensure completely satisfactory which has a negative impact on the life of the machine.
  • the sleeve is rotated by the thrust plate and the male spherical bearing can be rotated by the sleeve, via keys.
  • the axial forces are transmitted to the male spherical bearing 10, to the female spherical bearing 14, to the swash plate 15 and then to the thrust plate 9 via the roller stop 16.
  • the thrust plate 9 is even in abutment on a shoulder 6e provided at the end of the sleeve 6.
  • the shoulder 6e also makes it possible to secure the sleeve 6 and the thrust plate 9 by means of fastening screws (not shown).
  • mounting the thrust plate 9 on the sleeve 6 is by a tight assembly in addition to the key 6a.
  • a reaction rod 18 ( Fig. 2 ) is set to prevent the rotation of the swash plate 15 about the axis xx 'while allowing its oscillation.
  • a first end of the reaction rod 18 is articulated to the frame 2 and a second end is articulated to the swash plate 15.
  • the operation is as follows.
  • the input shaft 12 drives the pinion 13 in rotation.
  • the pinion 13 meshes with the wheel 11 which rotates the thrust plate 9 by means of the pins 11a.
  • the thrust plate 9 rotates the sleeve 6 by means of the key 6a.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • La présente invention est relative à une machine rotative à pistons et barillet du genre de celles qui comprennent :
    • un bâti traversé par un arbre monté fixe par rapport au bâti,
    • un plateau de poussée monté rotatif sur l'arbre d'axe géométrique x-x',
    • un plateau oscillant en appui sur et guidé en rotation autour d'un axe géométrique y-y' par rapport au plateau de poussée,
    • une bielle de réaction dont une première extrémité est liée au bâti et une seconde extrémité est liée au plateau oscillant,
    • un coussinet sphérique femelle solidaire du plateau oscillant, articulé autour d'une rotule sphérique mâle guidée par rapport à l'arbre.
  • Une machine de ce type est décrite dans le brevet FR 2 588 617 , au nom du même demandeur, pour réaliser une pompe à pistons axiaux. Un moteur externe entraîne en rotation l'arbre d'entrée du dispositif qui transforme ce mouvement de rotation en un mouvement de translation alternatif communiqué à des pistons disposés parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre d'entrée.
  • Cette machine met en oeuvre un plateau oscillant guidé par un coussinet sphérique dont la fiabilité demande à être améliorée. On constate en effet que la lubrification du coussinet sphérique est difficile à assurer de manière totalement satisfaisante ce qui a un impact négatif sur la durée de vie de la machine.
  • L'invention a pour but, surtout, de proposer une machine rotative ayant une durée de vie améliorée et pouvant être utilisée dans une pompe à pistons axiaux pour de nombreux types de fluide et avec une fiabilité importante.
  • Selon l'invention, une machine rotative à pistons et barillet du genre en question, est caractérisée en ce que la rotule comprend un coussinet sphérique mâle monté rotatif par rapport à l'arbre et en ce que la machine rotative comprend un moyen d'entraînement en rotation du coussinet sphérique mâle autour de l'axe géométrique x-x'.
  • La présente invention concerne donc une machine rotative à pistons et barillet, à plateau oscillant monté sur un coussinet sphérique femelle central, machine remarquable en ce que le coussinet femelle oscille autour d'un coussinet sphérique mâle qui est lui-même entraîné en rotation, dans le but essentiel d'obtenir que la lubrification d'un palier avec coussinet sphérique devienne aussi facile et aussi fiable que la lubrification d'un palier avec un coussinet cylindrique.
  • Le moyen d'entraînement en rotation du coussinet sphérique mâle peut comprendre un moyen de liaison en rotation du coussinet sphérique mâle avec le plateau de poussée.
  • Avantageusement, le plateau de poussée et le coussinet sphérique mâle sont montés sur un même manchon monté rotatif sur l'arbre et constituant le moyen de liaison en rotation.
  • Le manchon est entraîné en rotation par le plateau de poussée et le coussinet sphérique mâle peut être entraîné en rotation par le manchon, par l'intermédiaire de clavettes.
  • Le manchon peut être guidé en rotation par rapport à l'arbre par l'intermédiaire de roulements à aiguilles.
  • Une butée à rouleaux, d'axes parallèles à la surface d'appui du plateau oscillant sur le plateau de poussée, peut être disposé entre le plateau de poussée et le plateau oscillant.
  • Le plateau de poussée peut être solidaire d'une roue dentée entraînée par un pignon solidaire d'un arbre d'entrée.
  • De manière avantageuse, l'axe x-x', un second axe y-y' de rotation du plateau oscillant par rapport au plateau de poussée et un troisième axe z-z', orthogonal définissant les possibilités de rotation du coussinet sphérique femelle par rapport au coussinet sphérique male, sont convergents au centre (O) du coussinet sphérique mâle (10), permettant ainsi le parfait équilibrage à zéro du mécanisme oscillo-tournant de la machine.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence aux dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins :
    • Fig. 1 est une coupe verticale axiale d'une machine rotative selon l'invention, et
    • Fig. 2 est une coupe de la machine rotative de Fig. 1 selon la ligne A-A de Fig. 1.
  • La présente invention, illustrée par Fig. 1 et Fig. 2, montre une pompe à plateau oscillant 15 comprenant un bâti 2 traversé par un arbre 1, d'axe géométrique x-x', monté fixe par rapport au bâti 2. Le bâti 2 comporte un couvercle 2b situé entre un flasque 2a et un barillet 25. L'arbre 1 creux est maintenu en position fixe dans le carter 2 par une tige filetée 3 et ses deux écrous 4 et 5.
  • Un plateau de poussée 9 est monté rotatif sur l'arbre 1. La face du plateau 9 tournée vers le barillet 25 est inclinée, selon un angle inférieur à 90°, sur l'axe x-x'. Des roulements à aiguilles 7 et 8 assurent le guidage radial d'un manchon 6. Le manchon 6 est entraîné en rotation par le plateau 9 par l'intermédiaire d'une clavette fixe 6a. Une butée à rouleaux cylindriques 17, interposée entre le plateau 9 et le flasque 2a du bâti 2, permet d'encaisser les efforts axiaux.
  • Une roue dentée 11 est fixée à la périphérie du plateau 9 par l'intermédiaire de pions 11a. Un arbre d'entrée 12, monté tournant par rapport au bâti 2 parallèlement à l'axe 1, comprend un pignon 13 qui engrène la roue 11.
  • Un plateau oscillant 15 est solidaire d'un coussinet sphérique femelle 14 articulé autour d'un coussinet sphérique mâle 10 de centre O situé sur l'axe x-x'.
  • Selon l'invention, le coussinet sphérique mâle 10 est entraîné en rotation autour de l'axe x-x' par le manchon 6 par l'intermédiaire d'une clavette coulissante 6b. L'utilisation de la clavette 6b permet d'interdire la transmission d'efforts axiaux. Le coussinet 10 est traversé par le manchon 6.
  • Une butée à rouleaux cylindriques 16, dont l'axe géométrique de rotation y-y' forme un angle α non nul par rapport au premier axe x-x', est interposée entre le plateau oscillant 15 et le plateau de poussée 9. Une butée axiale 6c est solidaire de l'extrémité du manchon 6 et des rondelles élastiques 6d sont interposées entre la butée 6c et le coussinet sphérique mâle 10.
  • De la butée 6c, les efforts axiaux sont transmis au coussinet sphérique mâle 10, au coussinet sphérique femelle 14, au plateau oscillant 15 puis au plateau de poussée 9 par l'intermédiaire de la butée à rouleaux 16. Le plateau de poussée 9 est lui-même en butée sur un épaulement 6e prévu à l'extrémité du manchon 6.
  • L'épaulement 6e permet également de solidariser le manchon 6 et le plateau de poussée 9 par l'intermédiaire de vis de fixation non représentée. De plus le montage du plateau de poussée 9 sur le manchon 6 se fait par un assemblage serré en complément de la clavette 6a.
  • De cette façon, il est possible de régler, à l'aide de la butée 6c, la précontrainte dans les éléments entre la butée 6c et l'épaulement 6e.
  • Une bielle de réaction 18 (Fig. 2) est mise en place pour empêcher l'entraînement en rotation du plateau oscillant 15 autour de l'axe x-x' tout en permettant son oscillation. Une première extrémité de la bielle de réaction 18 est articulée au bâti 2 et une seconde extrémité est articulée au plateau oscillant 15.
  • La bielle de réaction 18 est articulée dans un coussinet sphérique bas 23 fixé dans le bâti de la pompe et dans un coussinet sphérique haut 24 fixé sur le plateau oscillant 15.
  • Lorsque l'arbre d'entrée 12 tourne, la bielle de réaction 18 s'oppose à la rotation du plateau oscillant 15 qui est ainsi guidé dans un mouvement d'oscillation par le plateau de poussée 9.
  • Pour chaque piston (non représenté), une bielle 19 est liée au plateau oscillant 15 par un coussinet sphérique 21. La bielle 19 est liée par un coussinet 20, à une crosse 22, à laquelle est fixé le piston (non-représenté) de la pompe. Le piston est ainsi animé d'un mouvement alternatif rectiligne par rapport au barillet 25, ce qui permet le pompage.
  • Le fonctionnement est le suivant. L'arbre d'entrée12 entraîne en rotation le pignon 13. Le pignon 13 engrène la roue 11 qui entraîne en rotation le plateau de poussée 9 par l'intermédiaire des pions 11a. Le plateau de poussée 9 entraîne en rotation le manchon 6 au moyen de la clavette 6a.
  • Le manchon 6 entraîne en rotation le coussinet sphérique mâle 10.
  • Le plateau oscillant 15 est en appui sur la surface inclinée du plateau de poussée 9 par l'intermédiaire de la butée à rouleaux cylindriques 16. Le coussinet sphérique femelle 14, solidaire du plateau 15, glisse sur le coussinet sphérique mâle 10, entraîné en rotation.
  • Le coussinet sphérique 14 femelle est animé d'un mouvement oscillant tandis que le coussinet sphérique mâle 10 est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe xx'. De la sorte, la lubrification des coussinets sphériques mâle/femelle 10 et 14 est ici aussi facile et aussi fiable que d'assurer la lubrification d'un coussinet cylindrique car un point de la sphère femelle par rapport à un point de la sphère mâle décrit un lieu géométrique selon une "trajectoire rampante sinusoïdale" à vitesse linéaire grande et continue, ce qui est bon pour conserver le film d'huile. La lubrification s'en trouve améliorée ce qui a un impact positif sur la durée de vie de la machine.
  • L'axe z-z' est orthogonal à l'axe y'-y' et définit avec celui-ci les possibilités de rotation du coussinet sphérique femelle 14 par rapport au coussinet sphérique male 10.
  • On note que les axes xx', yy' et zz' sont ici exactement convergents, au centre O, assurant donc ainsi une oscillation parfaite autour du point O et permettant ainsi le parfait équilibrage à zéro du mécanisme oscilio-tournant de la machine.
  • Du fait que le liquide pompé est complètement isolé de l'espace où se trouvent les coussinets 10 et 14, le liquide pompé peut être chargé en particules solides sans inconvénient pour les coussinets. Cette disposition est particulièrement intéressante pour des pompes utilisées lors de forages, notamment pétroliers.

Claims (8)

  1. Machine rotative à pistons (22) et barillet (25) comprenant :
    - un bâti (2) traversé par un arbre (1), d'axe géométrique x-x', monté fixe par rapport au bâti (2),
    - un plateau de poussée (9) monté rotatif sur l'arbre (1),
    - un plateau oscillant (15) en appui sur le plateau de poussée (9),
    - une bielle de réaction (18) dont une première extrémité est articulée au bâti (2) et une seconde extrémité est articulée au plateau oscillant (15),
    - un coussinet sphérique femelle (14) solidaire du plateau oscillant (15), articulé autour d'une rotule sphérique mâle centrée sur l'arbre (1),
    caractérisée en ce que la rotule comprend un coussinet sphérique mâle (10) monté rotatif par rapport à l'arbre (1) et en ce que la machine rotative comprend un moyen d'entraînement en rotation du coussinet sphérique mâle (10) autour de l'axe géométrique x-x'.
  2. Machine rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'entrainement en rotation du coussinet sphérique mâle (10) comprend un moyen de liaison en rotation du coussinet sphérique mâle (10) avec le plateau de poussée (9).
  3. Machine rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce que le plateau de poussée (9) et le coussinet sphérique mâle (10) sont montés sur un même manchon (6) monté rotatif sur l'arbre (1) et constituant le moyen de liaison en rotation.
  4. Machine rotative selon la revendication 3, caractérisée en ce que le manchon (6) est entraîné en rotation par le plateau de poussée (9) et que le coussinet sphérique mâle (10) est entraîné en rotation par le manchon (6), par l'intermédiaire de clavettes respectivement (6a) et (6b).
  5. Machine rotative selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que le manchon (6) est guidé en rotation par rapport à l'arbre (1) par l'intermédiaire de roulements à aiguilles.
  6. Machine rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une butée à rouleaux (16), d'axes parallèles à la surface d'appui du le plateau oscillant (15) sur le plateau de poussée (9), est disposé entre le plateau de poussée (9) et le plateau oscillant (15).
  7. Machine rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le plateau de poussée (9) est solidaire d'une roue dentée (11) entraînée par un pignon (13) solidaire d'un arbre d'entrée (12).
  8. Machine rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe x-x', un second axe y-y' de rotation du plateau oscillant par rapport au plateau de poussée et un troisième axe z-z', orthogonal définissant les possibilités de rotation du coussinet sphérique femelle (14) par rapport au coussinet sphérique mâle (10), sont convergents au centre (O) du coussinet sphérique mâle (10), permettant ainsi le parfait équilibrage à zéro du mécanisme oscillo-tournant de la machine.
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