TITRE : Pompe à cavités progressives et dispositif de pompage

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne le domaine des dispositifs de pompage et en particulier des pompes à cavités progressives utilisées dans l’industrie agroalimentaire.

Etat de la technique antérieure

Dans l’industrie agroalimentaire, les normes relatives au respect de l’hygiène nécessitent de n’utiliser que des matériaux aptes au contact alimentaire. Or ces matériaux sont plus coûteux et ont des caractéristiques mécaniques plus faibles. Cela a donc pour conséquence de générer des pompes plus longues et plus coûteuses.

Présentation de l’invention

Un but de la présente invention est de proposer une pompe à cavités progressives moins coûteuse, qui respecte les normes d’hygiène de l’industrie agroalimentaire. En particulier, cette pompe doit garantir une parfaite étanchéité entre la zone au contact du produit alimentaire et les zones hors contact alimentaire, qui peuvent contenir par exemple des lubrifiants pour lubrifier les pièces d’entrainement. Des moyens permettant d’identifier un défaut d’étanchéité doivent aussi être mis en oeuvre dans la conception de la pompe. En effet, le liquide pompé ne doit pas comporter de substances toxiques car il sera ingéré par des personnes. De plus, cette pompe doit pouvoir s’insérer dans un procédé industriel de transfert ou de dosage de fluide, ce qui nécessite qu’elle puisse résister à une pression dans toutes les parties de la pompe.

Résumé de l’invention

A cet effet l’invention propose une pompe à cavités progressives pour le pompage d’un liquide agro-alimentaire, la pompe à cavités progressives comportant un stator, un rotor hélicoïdal agencé dans le stator et un dispositif d’entrainement, le dispositif d’entrainement comportant :

- un carter délimitant une chambre d’aspiration,

- un arbre d’entrainement propre à être entrainer en rotation autour d’un axe de rotation,

- une armature propre à être entrainée en rotation par l’arbre d’entrainement, l’armature étant montée rotative dans le carter,

- au moins un mécanisme de transmission fixé au rotor et à l’arbre d’entrainement,

- au moins une gaine primaire enveloppant le mécanisme de transmission,

- une gaine secondaire fixée d’une part, au rotor et au mécanisme de transmission, et d’autre part, à l’armature; la au moins une gaine primaire, la gaine secondaire et l’armature délimitant une chambre de récupération située dans la chambre d’aspiration ; la chambre de récupération étant propre à récupérer du liquide pompé lorsque l’étanchéité entre la gaine secondaire et le rotor est imparfaite.

Avantageusement, la gaine primaire empêche le liquide pompé d’être en contact avec les graisses graissant le mécanisme de transmission afin qu’il ne soit pas souillé.

Avantageusement, la chambre intermédiaire est propre à récupérer du liquide pompé lorsque l’étanchéité entre le rotor et la gaine secondaire est défectueuse.

Avantageusement, la chambre de récupération permet d’isoler le liquide qui pourrait être souillé du liquide pompé qui , lui, est transporté par la pompe à cavités progressives.

Suivant des modes particuliers de réalisation, la pompe à cavités progressives comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes .

Selon un mode de réalisation, le carter comporte en outre une cavité de stockage, l’armature étant pourvue d’une ouverture permettant l’écoulement de liquide de la chambre de récupération vers la cavité de stockage.

Selon un mode de réalisation, la pompe comporte en outre un capteur apte à détecter la présence de liquide et à transmettre un signal d’alerte en cas de présence de liquide, ledit capteur étant agencé dans la cavité de stockage.

Selon un mode de réalisation, le dispositif d’entrainement comporte un capuchon comprenant un fond ayant une ouverture centrale et un rebord périphérique, le capuchon comprenant au moins une rainure s’étendant radialement sur une face externe du fond et se prolongeant sur une face externe du rebord, le rebord fixant par coincement une partie de la gaine primaire contre le mécanisme de transmission.

Avantageusement, la rainure récupère du liquide pompé et le ramène à l’intérieur de la chambre de récupération lorsque la gaine secondaire est défectueuse.

Avantageusement, le capuchon permet de fixer la gaine primaire au mécanisme de transmission.

Selon un mode de réalisation, l’armature comporte un cylindre creux et un tube creux logé dans le cylindre, et dans laquelle la gaine secondaire est fixée par coincement entre le cylindre et le tube.

Avantageusement, cet assemblage permet une fixation solide et hygiénique de la gaine secondaire à l’armature.

Avantageusement, cet assemblage est facile à démonter. A cet effet, le cylindre peut être coulissé sur le tube de manière à libérer une extrémité de la gaine secondaire.

Selon un mode de réalisation, le cylindre comprend une face intérieure, un bord annulaire et un évidement, l’évidement étant ouvert sur une partie de la face intérieure du cylindre et sur une partie du bord annulaire du cylindre, l’évidement présentant une épaisseur inférieure à l’épaisseur de la gaine secondaire, une portion d’extrémité de la gaine secondaire étant logée et coincée dans ledit évidement.

Selon un mode de réalisation, une face intérieure de la gaine secondaire comporte un bourrelet annulaire, et dans laquelle la face extérieure du tube est pourvue d’une gorge annulaire, le bourrelet de la gaine secondaire étant logé dans la gorge du tube. Avantageusement, l’ensemble bourrelet et gorge assurent l’étanchéité entre l’armature et la gaine secondaire.

Selon un mode de réalisation, une face extérieure de la gaine secondaire comporte un renflement annulaire, l’évidement du cylindre étant pourvu d’une gorge annulaire, le renflement de la gaine secondaire étant logé dans la gorge du cylindre.

Selon un mode de réalisation, le rotor comporte une face d’extrémité s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation, ladite face d’extrémité comportant une gorge annulaire, et dans laquelle la gaine secondaire comporte un manchon ayant un axe de symétrie et une paroi annulaire s’étendant perpendiculairement à l’axe de symétrie, une face extérieure de la paroi annulaire comporte une saillie annulaire, la saillie est logée dans la gorge du rotor pour améliorer l’étanchéité entre le rotor et le mécanisme de transmission. Selon un mode de réalisation, le mécanisme de transmission comporte une face latérale s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation, et dans laquelle ladite face latérale comporte un premier décrochement, la paroi annulaire de la gaine secondaire étant montée dans ledit premier décrochement.

Selon un mode de réalisation, le mécanisme de transmission comporte une face latérale s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation, et dans laquelle ladite face latérale du mécanisme de transmission comporte un deuxième décrochement, le capuchon étant agencé dans ledit deuxième décrochement.

L’invention concerne également un dispositif d’entrainement destiné à une pompe à cavités progressives pour le pompage d’un liquide agro-alimentaire comportant un stator, un rotor hélicoïdal agencé dans le stator, le dispositif d’entrainement comportant :

- un carter délimitant une chambre d’aspiration,

- un arbre d’entrainement propre à être entrainé autour d’un axe de rotation,

- une armature creuse entrainée en rotation par l’arbre d’entrainement, l’armature étant montée rotative dans la carter,

- au moins un mécanisme de transmission fixé à l’arbre d’entrainement, le mécanisme de transmission étant destiné à être fixé au rotor,

- au moins une gaine primaire enveloppant le mécanisme de transmission,

- une gaine secondaire fixée d’une part, à l’armature et destinée à être fixée d’autre part, au rotor et au mécanisme de transmission ; la gaine primaire, la gaine secondaire et l’armature délimitant une chambre de récupération située dans la chambre d’aspiration ; la chambre de récupération étant propre à récupérer du liquide pompé lorsque l’étanchéité entre et le mécanisme de transmission et le rotor, est imparfaite. Brève description des figures

[Fig. 1] est une vue de côté d’une pompe à cavités progressives selon l’invention ;

[Fig. 2] est une vue en coupe de la pompe à cavités progressives illustrée sur la figure 1 selon un plan de coupe vertical ;

[Fig. 3] est une vue de face d’un capuchon de la pompe à cavités progressives illustrée sur la figure 1 ;

[Fig. 4] est une vue de côté du capuchon illustré sur la figure 3 ;

[Fig. 5] est une vue en perspective d’une gaine primaire montée dans la pompe à cavités progressives illustrée sur la figure 1 ;

[Fig. 6] est une vue en coupe de la gaine primaire illustrée sur la figure 5 selon un plan de coupe illustré sur la figure 5 ;

[Fig. 7] est une vue en perspective de l’extrémité du rotor ;

[Fig. 8] est un agrandissement de la figure 2.

Description détaillée de l’invention

Dans la présente demande, les termes « droite », « gauche », « inférieur » doivent être interprété à la lumière des figures 1 et 2. Ils ne sont nullement limitatifs. Par ailleurs, le terme « radial » doit être interprétée comme toute perpendiculaire à l’axe de rotation A-A.

En référence aux figures 1 et 2, la pompe à cavité progressives 2 comporte un stator 4, un rotor 6 hélicoïdal logé dans le stator, un dispositif d’entrainement 8, et une conduite de refoulement 10. Pour des raisons de simplification, une partie du rotor et du stator ont été tronquées sur les figures 1 et 2.

Le rotor 6 comporte une face d’extrémité 12 pourvue d’un alésage 14 taraudé et d’une gorge 16 annulaire encerclant l’alésage. La face d’extrémité 12 s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor.

Le dispositif d’entrainement 8 comporte un carter 18 et une conduite d’aspiration 20. Le carter 18 délimite une chambre intérieure. Le carter 18 comprend une ouverture sur laquelle la conduite d’aspiration est fixée, deux canaux 22, une face latérale droite 24 ouverte et une face latérale 26 gauche ouverte. Les canaux 22 sont contenus dans un même plan radial. Ils sont alignés. Ils s’étendent verticalement.

La face latérale gauche 26 est fixée au stator par un collier de serrage. La face latérale droite 24 est traversée par un arbre d’entrainement 27 propre à être entrainé en rotation autour de d’un axe de rotation A-A par un moteur non représenté. La face latérale droite 24 est fermée. Le dispositif d’entrainement 8 comporte en outre un premier mécanisme de transmission 28 relié mécaniquement au rotor, un arbre d’entrainement intermédiaire 30 relié mécaniquement au premier mécanisme de transmission, un deuxième mécanisme de transmission 32 relié mécaniquement à l’arbre d’entrainement intermédiaire et à l’arbre d’entrainement 27. L’arbre d’entrainement intermédiaire, le premier et le deuxième mécanismes de transmission sont situés dans la chambre intérieure.

Le premier mécanisme de transmission et le deuxième mécanisme de transmission sont, par exemple, constitués par des cardans. Ils permettent de faire pivoter le rotor selon un mouvement excentrique à partir d’un mouvement concentrique transmis par l’arbre d’entrainement 27.

Dans le mode de réalisation représenté, le premier mécanisme de transmission 28 comprend une face latérale 34 qui s’étend sensiblement perpendiculairement à l’axe de rotation A-A. La face latérale 34 comprend un arbre central 36 fileté, une face annulaire 38 formant un épaulement, un premier décrochement 40 et un deuxième décrochement 42 plus distant de l’arbre que le premier décrochement. L’arbre central 36 est agencé dans l’alésage 14 du rotor. En variante, d’autres modes de fixation peuvent être mis en oeuvre.

Dans le mode de réalisation représenté, le deuxième mécanisme de transmission 32 comprend un alésage. L’arbre d’entrainement 27 comprend une tige emboitée dans l’alésage du deuxième mécanisme de transmission. Une ou plusieurs vis de fixation 44 assure la fixation de la tige de l’arbre 27 au deuxième mécanisme de transmission. La (ou les) vis 44 s’étend(ent) radialement. En variante, d’autres modes de fixation peuvent être mis en oeuvre. Le dispositif d’entrainement 8 comporte également une armature 46 creuse, un palier annulaire 48 monté entre le carter 18 et l’armature, un capteur 49 et un dispositif d’étanchéité 50 agencé entre le carter et l’armature.

L’armature 46 est propre à être entrainée en rotation par l’arbre d’entrainement 27. Elle est constituée par un cylindre 52 creux et un tube 54 creux logé dans le cylindre. Le cylindre, le tube et le deuxième mécanisme de transmission 32 sont fixés l’un à l’autre. Cette fixation est par exemple réalisée, par la (ou les) vis de fixation 44 et par une ou plusieurs vis de fixation supplémentaire(s) 45. L’armature 46 comporte une ouverture 55 permettant le passage de liquide, comme explicité ultérieurement.

Le cylindre 52 comprend une face intérieure 56, un bord annulaire 58 et un évidement 60. L’évidement 60 est ouvert sur une partie de la face intérieure du cylindre et sur une partie du bord annulaire du cylindre. L’évidement 60 est pourvu d’une gorge 62 annulaire. La face extérieure du bord du tube est également pourvue d’une gorge 64 annulaire.

Le palier annulaire 48 partage la chambre intérieure en deux chambres isolées l’une de l’autre. Une chambre est située du côté du rotor. Elle est appelée « chambre d’aspiration 66 » dans la présente demande de brevet. La conduite d’aspiration 20, les canaux 22 et la face latérale 24,26 débouchent dans la chambre d’aspiration. Une cavité est située du côté de l’arbre d’entrainement. Elle est appelée « cavité de stockage 68 » dans la présente demande de brevet.

Le capteur 49 est logé dans la cavité de stockage 68. Il est propre à détecter la présence de liquide et à transmettre un signal d’alerte en cas de présence de liquide, comme explicité ultérieurement.

Le dispositif d’étanchéité 50 permet d’assurer l’herméticité entre la chambre d’aspiration contenant le liquide pompé et la cavité de stockage.

Le dispositif d’étanchéité est fixé à côté du palier annulaire 48 du côté de la chambre d’aspiration. Le dispositif d’étanchéité comporte une bague d’étanchéité dynamique 70, une bague entretoise 72 agencée à côté et à droite de la bague d’étanchéité dynamique, et une bague d’étanchéité dynamique 74 située à côté et à droite de la bague entretoise. La bague entretoise 72 comporte plusieurs passages 76 s’étendant selon un axe radial de la bague. La bague entretoise 72 est disposée dans le carter de manière que chaque passage 76 soit positionné au droit d’un canal 22 du carter.

Ainsi, en cas de perte d’étanchéité entre l’armature 46 et la bague d’étanchéité dynamique 70, le liquide contenu dans la chambre d’aspiration s’écoule à l’extérieur de la pompe par le passage 76 et le canal 22. Ainsi, les utilisateurs de la pompe à cavités progressives sont informés du fait que la bague d’étanchéité dynamique est à changer. Une flaque se forme à côté de la pompe à cavités progressives. Le passage 76 et le canal 22 peuvent également être utilisé pour le graissage de l’étanchéité dynamique ou pour la mise en place d’une barrière hydraulique.

Avantageusement, un capteur 80 peut être agencé dans le canal 22 du carter ou en dessous de celui-ci. Ce capteur sera propre à détecter la présence du liquide et à transmettre un signal d’alerte aux utilisateurs en cas de présence de liquide. Ce capteur est représenté de façon schématique sur la figure 2. Le capteur 80 est aussi utile lorsqu’il est dangereux ne peut pas se permettre d’avoir une flaque du produit par terre (ex : produit radioactif, chimique, etc...). Il faut alors arrêter la pompe dès la première détection d’un fluide de fuite par mesure de sécurité.

En variante, le carter 18 et la bague entretoise 72 comportent un unique canal et respectivement un unique passage situé en partie inférieure de la pompe à cavités progressives.

Le dispositif d’entrainement 8 comporte en outre deux gaines primaires 82, un capuchon 84 et une gaine secondaire 86 fixée d’une part, à l’armature 46, et d’autre part, au rotor et au premier mécanisme de transmission 28.

Les gaines primaires 82 sont réalisées en élastomère. Les gaines primaires créent des enveloppes de protection autour des mécanismes de transmission 28, 32. Elles empêchent les graisses entourant les mécanismes de transmission de se mélanger au liquide pompé en cas de fuite et de rupture de la gaine secondaire 86.

Les gaines primaires 82 présentent une forme générale de manchon. En particulier, les gaines primaires comprennent une première portion cylindrique et une deuxième portion cylindrique de plus petit diamètre que la première portion cylindrique. La première portion cylindrique est reliée à la deuxième portion cylindrique. La première portion cylindrique présente une longueur sensiblement égale à la longueur d’un mécanisme de transmission. La face intérieure de la gaine primaire présente à chacune de ses extrémités un bourrelet annulaire. L’arbre d’entrainement intermédiaire 30 comporte une gorge annulaire dans laquelle loge un bourrelet annulaire. Un bord du mécanisme de transmission comporte une gorge annulaire logeant l’autre bourrelet annulaire.

Un collier de serrage fixe une extrémité de la gaine primaire contre l’arbre d’entrainement intermédiaire 30. Le collier de serrage est agencé autour du bord de la gaine primaire sensiblement dans le même plan radial que le bourrelet et la gorge.

Le capuchon 84 est monté sur le premier mécanisme de transmission 28 et coiffe le bord de la gaine primaire. Le capuchon 84 plaque et fixe par coincement cette extrémité de la gaine primaire contre le premier mécanisme de transmission.

En référence aux figures 3 et 4, le capuchon 84 comporte un fond 88 ayant une ouverture centrale et un rebord 90 périphérique. Le capuchon est emmanché sur la face latérale du premier mécanisme de transmission. L’arbre 36 du premier mécanisme de transmission traverse l’ouverture centrale. Le fond 88 est logé dans le deuxième décrochement 42.

Le capuchon 84 comprend deux rainures 92 s’étendant radialement sur une face externe du fond et se prolongeant longitudinalement sur une face externe du rebord 90. De préférence, les deux rainures 92 sont alignées le long d’un diamètre du fond. En cas de dysfonctionnement de l’étanchéité entre le rotor 8 et la gaine secondaire 86, les rainures permettent l’écoulement de liquide pompé de la chambre d’aspiration 66 vers une chambre de récupération 94, comme explicité dans le fonctionnement décrit ci-après.

En variante, le capuchon comprend une seule rainure.

En référence aux figures 5 et 6, la gaine secondaire 86 est réalisée en matériau souple comme par exemple en élastomère. Elle comprend un manchon 96 et une paroi annulaire 98 formée à un bout du manchon. Le manchon 96 possède un axe de symétrie X-X. La paroi annulaire 98 s’étend perpendiculairement à l’axe de symétrie X-X. Une face extérieure 100 de la paroi annulaire comporte une saillie annulaire 102.

La gaine secondaire 86 est emmanchée sur le capuchon. L’arbre 36 du mécanisme de transmission traverse le trou au centre de la paroi annulaire. La paroi annulaire 98 est logée dans le premier décrochement 40. La face d’extrémité 12 du rotor est en appui sur la face latérale 34 du mécanisme de transmission. La saillie 102 est logée dans la gorge 16 du rotor pour améliorer l’étanchéité entre le rotor et le premier mécanisme de transmission.

Une portion d’extrémité du manchon est agencée et coincée dans l’évidement 60. Cet évidement 60 présente une épaisseur légèrement inférieure à l’épaisseur de la gaine secondaire 86 de sorte que la gaine secondaire soit fixée à l’armature 46 par coincement entre la paroi intérieure de l’évidement du cylindre et la face externe du tube.

Dans le mode de réalisation représenté, la face intérieure 103 du manchon de la gaine secondaire comprend à son extrémité un bourrelet 104 annulaire. Le bourrelet 104 est logé dans la gorge 64 du tube. L’ensemble bourrelet 104 et gorge 64 permet d’améliorer l’étanchéité entre le gaine secondaire 86 et le tube 54.

Dans le mode de réalisation représenté, la face extérieure du manchon de la gaine secondaire comporte un renflement 106 annulaire. Le renflement 106 est logé dans la gorge 62 du cylindre. L’ensemble renflement 106 et gorge 62 permet d’améliorer l’étanchéité entre le gaine secondaire 86 et le cylindre 52.

Les gaines primaires 82, la gaine secondaire 86 et l’armature 46 délimite une chambre de récupération 94.

En variante, l’arbre d’entrainement intermédiaire 30 et les mécanismes de transmission 28, 32 sont remplacer par un cardan.

En variante, les deux gaines primaires 82 sont remplacées par une gaine unique recouvrant les deux cardans.

En fonctionnement, le fluide pompé est aspiré par la conduite d’aspiration, transporté par rotation du rotor 8 dans le stator 4, puis est rejeté par la conduite de refoulement 10. Lorsque l’étanchéité entre la gaine secondaire 86 et le rotor 6 est imparfaite, la chambre de récupération 94 récupère le liquide qui s’est introduit entre la gaine secondaire et le premier mécanisme de transmission. Le capuchon 84 guide ce liquide vers la chambre de récupération 94. Ce liquide s’écoule ensuite par l’ouverture 51 de l’armature vers la cavité de stockage 68. La capteur 49 détecte la présence de liquide et transmet un signal d’alerte aux utilisateurs. Ainsi, les utilisateurs sont informés du fait que l’étanchéité entre la gaine secondaire et le rotor est imparfaite. Ils peuvent lancer une opération de maintenance afin de changer la gaine secondaire. Ainsi, cette pompe à cavités progressives permet d’éviter de contaminer le liquide pompé par des graisses ou des huiles pour un cout modeste puisqu’il n’est ainsi pas nécessaire de réaliser les pièces d’entrainement en matériaux aptes au contact alimentaire.