FR2611817A1

FR2611817A1 - Hydraulic system of a machine with a diaphragm

Info

Publication number: FR2611817A1
Application number: FR8702407A
Authority: FR
Original assignee: ZHUKOV ALEXANDR
Current assignee: ZHUKOV ALEXANDR
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1988-09-09
Also published as: FR2611817B1

Abstract

The hydraulic system of a machine with a diaphragm includes a casing 1 connected to a compensation pump 3 and diaphragm elements 4, 5 each having a hydraulic thrust cylinder 6, 7 made to communicate respectively with liquid pressure limiters 10, 11. The diaphragm elements 4, 5 are connected in series so that the pressure limiter 10 of the preceding diaphragm element 4 is made to communicate with the hydraulic thrust cylinder 7 of the following diaphragm element 5. The compensation pump 3 is connected to the hydraulic thrust cylinder 6 of the first diaphragm element 4 following the flow of the liquid. The pressure limiter 11 of the last diaphragm element 5 is connected to the casing 1.

Description

La présente invention concerne le domaine de la construction des pompes, des compresseurs et des moteurs et a notamment pour objet un système hydraulique d'une machine à membrane. The present invention relates to the field of construction of pumps, compressors and motors and in particular relates to a hydraulic system of a membrane machine.

L'invention peut être utilisée dans des machines à membrane pourvues d'un organe d'entrainement hydraulique et ayant au moins deux éléments à membrane. The invention can be used in membrane machines provided with a hydraulic drive member and having at least two membrane elements.

L'efficacité de l'utilisation de la présente invention croit proportionnellement à l'augmentation du nombre d'éléments à membrane dans la machine. The efficiency of the use of the present invention increases in proportion to the increase in the number of membrane elements in the machine.

Pendant le fonctionnement des machines à membrane telles que compresseurs, pompes ou moteurs des fuites ont lieu dans leurs systèmes hydrauliques à la suite des jeux entre le cylindre et le piston ainsi qui avec des jeux dans les garnitures d'étanchéité des pistons dus à la chaleur ou à un mauvais montage. Si l'on ne compense pas ces fuites, la quantité de liquide moteur dans le vérin hydraulique commence à diminuer. During operation of diaphragm machines such as compressors, pumps or motors, leaks take place in their hydraulic systems as a result of the play between the cylinder and the piston as well as with play in the seals of the pistons due to heat. or improper assembly. If these leaks are not compensated for, the amount of engine fluid in the hydraulic cylinder begins to decrease.

Du fait que la membrane de la machine oscille à la suite de l'action cyclique du liquide moteur exercées sur elle, l'amplitude de ses oscillations décroît à la suite de la diminution de la quantité de liquide moteur dans le vérin hydraulique. A l'expira- tion d'un bref délai, quand la quantité de liquide a diminué dans le vérin hydraulique jusqu'à une valeur déterminée, le liquide n'actionne plus la membrane et celle-ci cesse d'osciller et, de ce fait, la machine ne refoule plus le fluide vers un organe consommateur. Due to the fact that the membrane of the machine oscillates following the cyclic action of the working liquid exerted on it, the amplitude of its oscillations decreases as a result of the reduction in the quantity of working liquid in the hydraulic cylinder. At the end of a short delay, when the quantity of liquid has decreased in the hydraulic cylinder to a determined value, the liquid no longer activates the membrane and the latter stops oscillating and, as a result done, the machine no longer delivers the fluid to a consumer body.

La conception du système hydraulique de la machine à membrane dans laquelle on prévoit la compensation des fuites du liquide moteur est la meilleure solution de ce problème. The design of the hydraulic system of the membrane machine in which compensation for leaks of the engine liquid is provided is the best solution to this problem.

Ce mode de réalisation du système hydrau lique n'influe pas sur la valeur du débit de fluide que la machine à membrane fourni à un appareil consommateur. This embodiment of the hydraulic system does not influence the value of the fluid flow rate that the membrane machine provides to a consumer device.

On connaît un système hydraulique de machine à membrane ("Compresseurs à membranes par S.M. A hydraulic machine membrane system is known ("Membrane compressors by S.M.

Altukhov et V.A. Rumyantseva, "Mashinostroenie",
Moscou, 1967, page 93, fig. 59) compostant un carter relié hydrauliquement à une pompe de compensation et des éléments à membrane comportant, chacun, un vérin hydraulique, relié hydrauliquement à un limiteur de pression de liquide. Dans ce système hydraulique, la fuite du liquide moteur est compensée à l'aide d'une pompe de compensation qui aspire le liquide moteur depuis le carter et le refoule vers le vérin hydraulique. Le plongeur de la pompe est cinématiquement lié à un arbre coudé de la machine à membrane de façon que le processus soit réalisé dans la pompe de compensation à une vitesse identique à la vitesse à laquelle se déroule le processus dans la machine à membrane elle même.Altukhov and VA Rumyantseva, "Mashinostroenie",
Moscow, 1967, page 93, fig. 59) composting a casing hydraulically connected to a compensation pump and membrane elements each comprising a hydraulic cylinder, hydraulically connected to a liquid pressure limiter. In this hydraulic system, the leakage of the engine fluid is compensated using a compensation pump which sucks the engine fluid from the crankcase and delivers it to the hydraulic cylinder. The pump plunger is kinematically linked to a bent shaft of the membrane machine so that the process is carried out in the compensation pump at a speed identical to the speed at which the process takes place in the membrane machine itself.

Dans ce cas, la quantité de liquide refoulée par la pompe de compensation dans le vérin hydraulique pendant chaque course active dépasse la valeur des fuites ayant lieu pendant chaque course de la machine à membrane. In this case, the quantity of liquid discharged by the compensation pump into the hydraulic cylinder during each active stroke exceeds the value of the leaks occurring during each stroke of the diaphragm machine.

Cette quantité excédentaire de liquide moteur qu'on crée spécialement contribue à appliquer intimement la membrane sur la surface qui limite son déplacement dans la chambre de travail de la machine à membrane et à évacuer en totalité le fluide depuis ladite chambre de travail. A la fin de chaque course active de la machine à membrane, la quantité excédentaire de liquide moteur est évacuée dans le carter de la machine à travers le limiteur de pression de li quide qui s'ouvre pour une pression déterminée de liquide moteur dans le vérin hydraulique, laquelle pression est supérieure à la pression maximale de fluide. This excess quantity of motor liquid which is specially created contributes to intimately applying the membrane to the surface which limits its movement in the working chamber of the membrane machine and to completely evacuating the fluid from said working chamber. At the end of each active stroke of the membrane machine, the excess quantity of working liquid is discharged into the casing of the machine through the liquid pressure limiter which opens for a determined pressure of working liquid in the cylinder hydraulic, which pressure is greater than the maximum fluid pressure.

Toutefois, ce mode de réalisation du système hydraulique nécessite d'équiper chaque élément de systèmes individuels pour la circulation du liquide moteur, qui fonctionneraient indépendamment et possèderaient des pompes de compensation individuelles. Dans ce cas, l'énergie du liquide moteur comprimé dans le vérin hydraulique et évacué à travers le limiteur de pression dans le carter est dépensée d'une manière inutile et se transforme en chaleur. However, this embodiment of the hydraulic system requires equipping each element with individual systems for the circulation of the engine liquid, which would operate independently and have individual compensation pumps. In this case, the energy of the working liquid compressed in the hydraulic cylinder and discharged through the pressure relief valve in the crankcase is spent in an unnecessary manner and is transformed into heat.

Cette particularité aboutit à une conception compliquée du sytème hydraulique, à l'augmentation de sa masse, à la baisse des performances économiques et de la fiabilité et nuit à une utilisation aisée. This peculiarity leads to a complicated design of the hydraulic system, to an increase in its mass, to a drop in economic performance and reliability, and impairs easy use.

On s'est donc proposé de mettre au point un système hydraulique pour machine à membrane dont la conception serait plus simple, la masse serait réduite et les performances économiques, la fiabilité et la commodité d'utilisation seraient améliorées. It has therefore been proposed to develop a hydraulic system for a membrane machine, the design of which would be simpler, the mass would be reduced and the economic performance, reliability and convenience of use would be improved.

Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un système hydraulique pour machine à membrane comportant un carter, lié à une pompe de compensation et des éléments à membrane comprenant, chacun, un vérin hydraulique, relié à un limiteur de pression de liquide caractérisé, en ce que les éléments à membrane sont reliés en série de manière que le limiteur de pression de l'élément à membrane précédent soit relié au vérin hydraulique de l'élément à membrane suivant, la pompe de compensation est reliée au vérin hydraulique du premier élément à membrane en suivant l'écoulement du liquide et le limiteur de pression du dernier élément à membrane est mis en communication avec le carter. The problem thus posed is solved by means of a hydraulic system for a membrane machine comprising a casing, linked to a compensation pump and membrane elements each comprising a hydraulic cylinder, connected to a liquid pressure limiter. characterized in that the diaphragm elements are connected in series so that the pressure relief valve of the preceding diaphragm element is connected to the hydraulic cylinder of the following membrane element, the compensation pump is connected to the hydraulic cylinder of the first membrane element following the flow of the liquid and the pressure limiter of the last membrane element is placed in communication with the casing.

Dans le système ,iydraulique proposé, la compensation des fuites du liquide moteur est réalisée à l'aide d'une seule pompe de compensation qui refoule le liquide moteur uniquement vers le premier vérin hydraulique en suivant le cheminement du liquide d'un élément à membrane. Dans les autres éléments à membrane reliés en série, la compensation des fuites du liquide moteur se fait par l'évacuation d'une quantité excédentaire depuis le vérin hydraulique à travers un limiteur de pression de chaque élément à membrane précédent vers l'élément à membrane suivant selon le cheminement du liquide et n'est plus évacué dans le carter. In the proposed hydraulic system, compensation for engine fluid leaks is carried out using a single compensation pump which delivers engine fluid only to the first hydraulic cylinder, following the path of the fluid from a membrane element . In the other diaphragm elements connected in series, compensation for the leakage of the driving liquid is done by the evacuation of an excess quantity from the hydraulic cylinder through a pressure limiter of each preceding diaphragm element towards the membrane element according to the path of the liquid and is no longer discharged into the housing.

Dans ce cas, c'est seulement à travers le limiteur de pression du dernier élément à membrane en suivant l'écoulement du liquide que le liquide est évacué dans le carter. Dans ce mode de réalisation du système hydraulique, l'énergie de la quantité excédentaire de liquide moteur comprimé dans le vérin hydraulique est dépensée pour le transport de cette quantité excédentaire vers le vérin hydraulique de chaque élément à membrane suivant. In this case, it is only through the pressure limiter of the last membrane element following the flow of the liquid that the liquid is discharged into the casing. In this embodiment of the hydraulic system, the energy of the excess quantity of compressed engine liquid in the hydraulic cylinder is spent on transporting this excess quantity to the hydraulic cylinder of each subsequent membrane element.

Ce mode de réalisation du système hydraulique assure une conception simplifiée, la réduction de la masse et l'élévation des performances économiques, l'amélioration de la fiabilité et une utilisation aisée. This embodiment of the hydraulic system ensures a simplified design, reduction of mass and increase in economic performance, improvement of reliability and easy use.

I1 est avantageux que dans le système hydraulique de la machine à membrane multiétages, les éléments à membrane soient reliés en série avec une baisse de la pression d'un élément à l'autre, que la pompe de compensation soit reliée au vérin hydraulique de l'élément à membrane ayant la pression maximale et que le carter soit mis en communication avec le limiteur de pression de l'élément à membrane ayant la pression minimale. It is advantageous that in the hydraulic system of the multi-stage membrane machine, the membrane elements are connected in series with a drop in pressure from one element to the other, that the compensation pump is connected to the hydraulic cylinder of the membrane element having the maximum pressure and the casing being placed in communication with the pressure limiter of the membrane element having the minimum pressure.

Ce mode de réalisation du système hydraulique permet de prévenir la surcharge des éléments à membrane par une pression extrémement élevée qui dépasse la valeur nécessaire à la réalisation de la compression du fluide et réduit également la puissance consommée par la machine à membrane. This embodiment of the hydraulic system makes it possible to prevent overloading of the membrane elements by an extremely high pressure which exceeds the value necessary for carrying out the compression of the fluid and also reduces the power consumed by the membrane machine.

Il convient de noter que l'utilisation du système hydraulique revendiqué est simple car il ne nécessite aucune préparation technologique pour son introduction dans les machines à membrane pendant leur fabrication. Il en est de même pour les machines qui sont déjà mises en service. It should be noted that the use of the claimed hydraulic system is simple because it does not require any technological preparation for its introduction into membrane machines during their manufacture. The same applies to machines which are already put into service.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence au dessin annexé non limitatif sur lequel est représenté un sys tème hydraulique a d'une machine à membrane monoétage ayant deux éléments à membrane, selon l'invention. The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the following description of an embodiment given solely by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawing non-limiting on which is shown a hydraulic system a of a single-stage membrane machine having two membrane elements, according to the invention.

Le système hydraulique d'une machine à membrane comporte un carter 1 mis en communication par une conduite 2 avec une pompe de compensation 3, et des éléments à membrane 4 et 5 comprenant, chacun, un vérin hydraulique 6 et 7, relié respectivement à l'aide des conduites 8 et 9 aux limiteurs de pression de liquide moteur 10 et 11. Les éléments à membrane 4 et 5 sont reliés en série de manière que le limiteur de pression 10 de l'élément à membrane précédent .4 soit relié à l'aide d'une conduite 12 au vérin hydraulique 7 de l'élément à membrane suivant 5. il convient de noter que la pompe de compensation 3 est reliée à l'aide de la conduite 13 au vérin hydraulique 6 qui se trouve le premier en suivant l'écoulement du liquide de l'élément à membrane 4 et que le limiteur de pression 11 susmentionné est raccordé à l'aide de la conduite 14 au carter 1. The hydraulic system of a membrane machine comprises a casing 1 placed in communication via a line 2 with a compensation pump 3, and membrane elements 4 and 5 each comprising a hydraulic cylinder 6 and 7, connected respectively to the using lines 8 and 9 to the engine liquid pressure limiters 10 and 11. The membrane elements 4 and 5 are connected in series so that the pressure limiter 10 of the preceding membrane element .4 is connected to the using a line 12 to the hydraulic cylinder 7 of the next diaphragm element 5. it should be noted that the compensation pump 3 is connected using the line 13 to the hydraulic cylinder 6 which is located first in depending on the flow of liquid from the membrane element 4 and that the aforementioned pressure relief valve 11 is connected by means of the pipe 14 to the casing 1.

Dans le système hydraulique de la machine à membrane monoétage selon le dessin, les éléments à membrane 4 et 5 sont reliés en série avec une réduction de la pression à partir de l'élément à membrane 4 vers l'élément à membrane 5. Dans ce cas, la pompe de compensation 3 est mise en communication avec le vérin hydraulique 6 de l'élément à membrane 4 ayant la pression maximale tandis que le carter 1 est relié au limiteur de pression 11 de l'élément à membrane 5 ayant la pression minimale. In the hydraulic system of the single-stage membrane machine according to the drawing, the membrane elements 4 and 5 are connected in series with a reduction in pressure from the membrane element 4 to the membrane element 5. In this case, the compensation pump 3 is placed in communication with the hydraulic cylinder 6 of the membrane element 4 having the maximum pressure while the casing 1 is connected to the pressure limiter 11 of the membrane element 5 having the minimum pressure .

Si un système hydraulique d'une machine à membrane multiétages comporte, dans chaque étage, plusieurs éléments à membrane, il faut relier, en premier lieu en opérant de la manière décrite ci-dessus, les éléments à membrane de l'étage de la pression maximale, ensuite, relier le limiteur de pression du dernier élément à membrane selon le déplacement du liquide dans cet étage au premier élément à membrane suivant l'écoulement du liquide dans l'étage suivant ayant la plus basse pression. Les éléments à membrane de l'étage de plus basse pression doivent être reliés entre eux de la manière décrite ci-dessus et ainsi de suite.La pompe de compensation doit être alors reliée au vérin hydraulique du premier élément à membrane de l'étage ayant la pression maximale en suivant l'écoulement du liquide et le carter doit être mis en communication avec le limiteur de pression du dernier élément à membrane, suivant le refoulement du liquide, dans l'étage de pression minimale. If a hydraulic system of a multi-stage membrane machine comprises, in each stage, several membrane elements, it is necessary to connect, firstly by operating in the manner described above, the membrane elements of the pressure stage then connect the pressure limiter of the last membrane element according to the movement of the liquid in this stage to the first membrane element according to the flow of the liquid in the next stage having the lowest pressure. The diaphragm elements of the lower pressure stage must be connected to each other as described above and so on. The compensation pump must then be connected to the hydraulic cylinder of the first membrane element of the stage having the maximum pressure following the flow of the liquid and the casing must be put in communication with the pressure limiter of the last membrane element, following the discharge of the liquid, in the minimum pressure stage.

Les verins hydrauliques 6 et 7 comportant des pistons 15 et 16, pourvus d'un mécanisme d'entraînement bielle-manivelle 17 tandis que le plongeur 18 de la pompe de compensation 3 est muni d'un excentrique d'entraînement 19. L'excentrique 19 est relié au mécanisme 17 bielle-manivelle. il est également possible d'utiliser un autre type d'entraînement des pistons 15 et 16 et du plongeur 18, ce qui n'est pas important pour la réalisation de l'invention. The hydraulic cylinders 6 and 7 comprising pistons 15 and 16, provided with a rod-crank drive mechanism 17 while the plunger 18 of the compensation pump 3 is provided with a drive eccentric 19. The eccentric 19 is connected to the connecting rod-crank mechanism 17. it is also possible to use another type of drive of the pistons 15 and 16 and of the plunger 18, which is not important for carrying out the invention.

Les éléments à membrane 4 et 5 de la machine à membrane comportent aussi des membranes 20 et 21 serrées contre des plateaux supérieurs 22 et 23 qui limitent la course des membranes 20 et 21. Les soupapes d'admission 24 et 25 et les soupapes d'échappement 26 et 27 du fluide sont montées dans les plateaux 22 et 23. Chaque membrane 20, 21 forme avec le plateau correspondant 22, 23 des cavités de travail 28 et 29. The membrane elements 4 and 5 of the membrane machine also include membranes 20 and 21 tightened against upper plates 22 and 23 which limit the stroke of the membranes 20 and 21. The intake valves 24 and 25 and the exhaust 26 and 27 of the fluid are mounted in the plates 22 and 23. Each membrane 20, 21 forms with the corresponding plate 22, 23 working cavities 28 and 29.

Lorsqu'on a besoin de comprimer un fluide jusqu'aux hautes pressions, le système hydraulique peut être équipé d'un refroidisseur intermédiaire 30 de liquide moteur monté dans la conduite 12. When it is necessary to compress a fluid to high pressures, the hydraulic system can be equipped with an intermediate cooler 30 of driving liquid mounted in the pipe 12.

Le système hydraulique de la machine à membrane fonctionne de la manière suivante. The hydraulic system of the membrane machine works as follows.

Les pistons 15 et 16 mis en mouvement par le mécanisme bielle-manivelle 17 effectuent un mouvement rectiligne alternatif dans les vérins hydrauliques 6 et 7 et actionnent le liquide moteur. Les membranes 20 et 21 se déforment dans les éléments à membrane 4 et 5 sous l'action du liquide moteur et se courbent alternativement dans l'un et dans l'autre sens par rapport à leur plan de serrage. A la suite de la déformation des membranes 20 et 21, le volume des cavités de tra vail 28 et 29 change. Le fluide est admis dans ces cavités à travers les soupapes 24 et 25, comprimé et s'échappe à travers les soupapes 26 et 27. The pistons 15 and 16 set in motion by the connecting rod-crank mechanism 17 perform a reciprocating rectilinear movement in the hydraulic cylinders 6 and 7 and actuate the working liquid. The membranes 20 and 21 are deformed in the membrane elements 4 and 5 under the action of the driving liquid and are curved alternately in one and in the other direction relative to their clamping plane. Following the deformation of the membranes 20 and 21, the volume of the working cavities 28 and 29 changes. The fluid is admitted into these cavities through the valves 24 and 25, compressed and escapes through the valves 26 and 27.

Actionné par l'excentrique 19, le plongeur 18 se déplace dans la pompe de compensation 3 de manière analogue aux pistons 15 et 16 dans les vérins hydrauliques 6 et 7. En conséquence, il se produit une aspiration du liquide moteur depuis le carter 1 à travers la conduite 2 vers la pompe 3 et son refoulement suivant la conduite 13 dans le vérin hydraulique 6. Activated by the eccentric 19, the plunger 18 moves in the compensation pump 3 in a similar manner to the pistons 15 and 16 in the hydraulic cylinders 6 and 7. As a result, a suction of the driving liquid occurs from the casing 1 to through line 2 to pump 3 and its discharge along line 13 into the hydraulic cylinder 6.

Dans le cas d'une machine à membrane multiétages, le vérin hydraulique 6 doit être associé à l'élément de pression maximale.In the case of a multi-stage membrane machine, the hydraulic cylinder 6 must be associated with the maximum pressure element.

Comme l'on vient de le noter, la quantité de liquide refoulée par la pompe dans le vérin hydraulique 6 est. supérieure à la valeur des fuites depuis le vérin hydraulique 6. De ce fait, la membrane 20 cesse de se déplacer et s'appuie contre le plateau supérieur 22 avant que le piston 15 n'atteigne le point mort supérieur. Pour cette raison, pendant le déplacement du piston 15 vers le point mort haut, la pression dans le vérin hydraulique 6 croit vite et atteint la valeur pour laquelle le limiteur de pression 10 s'ouvre. La quantité excédentaire de liquide est transportée à travers la conduite 8, le limiteur de pression 10 et la conduite 12 avec le réfrigerant intermédiaire 30 vers le vérin hydraulique 7 de l'élément à membrane 5. As we have just noted, the quantity of liquid discharged by the pump into the hydraulic cylinder 6 is. greater than the value of the leaks from the hydraulic cylinder 6. As a result, the membrane 20 stops moving and presses against the upper plate 22 before the piston 15 reaches the top dead center. For this reason, during the displacement of the piston 15 towards the top dead center, the pressure in the hydraulic cylinder 6 increases rapidly and reaches the value for which the pressure relief valve 10 opens. The excess quantity of liquid is transported through line 8, the pressure relief valve 10 and line 12 with the intermediate refrigerant 30 to the hydraulic cylinder 7 of the membrane element 5.

Dans l'élément à membrane 5 le processus se déroule de manière analogue au processus dans l'élément à membrane 4. Ensuite, la quantité excédentaire de liquide est évacuée par la conduite 9 à travers le limiteur de pression Il et la conduite 14 dans le carter 1. Ensuite tous les processus se repètent.In the membrane element 5 the process takes place in a similar manner to the process in the membrane element 4. Then, the excess quantity of liquid is evacuated via line 9 through the pressure relief valve II and line 14 in the housing 1. Then all the processes are repeated.

Il est à noter que le débit de la pompe de compensation 3 ne doit pas dépasser la somme des fuites dans tous les éléments du système hydraulique et de la valeur de la quantité excédentaire de liquide nécessaire au vérin hydraulique de l'élément ayant le volume maximal de la cavité de travail. It should be noted that the flow rate of the compensation pump 3 must not exceed the sum of the leaks in all the elements of the hydraulic system and the value of the excess quantity of liquid necessary for the hydraulic cylinder of the element having the maximum volume. of the working cavity.

Claims

1. Hydraulic system for a membrane machine comprising a casing (1), connected to a compensation pump (3) and membrane elements (4, 5) each comprising a hydraulic cylinder (6, 7) connected to a limiter pressure sensor (10, 11), characterized in that the diaphragm elements (4, 5) are connected in series so that the pressure relief valve (10) of the preceding diaphragm element (4) is connected to the hydraulic cylinder (7) of the diaphragm element following the compensation pump (3) is connected to the hydraulic cylinder (6) of the first diaphragm element (4) following the movement of the liquid and the pressure limiter (11) of the last membrane element (5) is placed in communication with the casing (1).

2. Hydraulic system for a membrane machine according to claim 1, characterized in that the membrane elements (4, 5) are connected in series with a reduction in pressure from one element (4) to the other element ( 5), the compensation pump (3) is connected to the hydraulic cylinder (6) of the diaphragm element (4) of maximum pressure and the casing (1) is connected to the pressure limiter (11) of the element to minimum pressure membrane (5).