FR2934651A1

FR2934651A1 - Pompe a membrane ondulante perfectionnee.

Info

Publication number: FR2934651A1
Application number: FR0804389A
Authority: FR
Inventors: Jean Baptiste Drevet
Original assignee: AMS R&D Sas
Current assignee: AMS R&D Sas
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-05
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: CA2767333A1; ES2720370T3; WO2010012889A1; CN102112744B; JP2011529549A; CN102112744A; US20110176945A1; CA2767333C; US8834136B2; FR2934651B1; EP2321532B1; PT2321532T; PL2321532T3; EP2321532A1; JP5438108B2

Abstract

L'invention concerne une pompe à membrane ondulante, ayant une chambre de propulsion pour recevoir ladite membrane, caractérisée en ce que la membrane comporte des caractéristiques mécaniques évolutives d'une entrée (3 ) de la chambre de propulsion vers une sortie (4 ) de la chambre de propulsion de sorte que lorsque la membrane est actionnée pour se déformer selon une onde progressive qui se propage de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion pour propulser du fluide, la vitesse de propagation de l'onde de la membrane dans toute section transversale au déplacement du fluide à l'intérieur de la chambre de propulsion soit égale ou supérieure à la vitesse moyenne de déplacement du fluide dans cette même section.

Description

L'invention concerne une pompe à membrane ondulante perfectionnée. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît, par exemple du document FR2744769, des pompes ayant une membrane montée dans une chambre de propulsion pour onduler sous l'action d'au moins un actionneur électromagnétique linéaire entre deux flasques délimitant une chambre de propulsion du fluide d'une entrée de la pompe à une sortie de la pompe. La partie mobile de l'actionneur est en général attelée directement à un bord externe de la membrane s'étendant du côté de l'entrée de la chambre de propulsion et provoque une oscillation transversale du bord externe de la membrane qui provoque à son tour des ondulations de la membrane perpendiculairement à son plan. Le couplage des ondulations avec le fluide a pour effet de propulser le fluide de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion. En général, la section de passage du fluide dans la chambre de propulsion diminue de l'entrée de la chambre de propulsion vers la sortie de la pompe, ce qui, en raison de la conservation du débit, conduit à une accélération du fluide et donc à une vitesse moyenne du fluide, mesurée dans chaque section transversale de la chambre de propulsion, qui augmente progressivement de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion OBJET DE L'INVENTION L'invention vise à proposer une pompe à membrane permettant un rendement amélioré. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose une pompe à membrane ondulante, ayant une chambre de propulsion pour recevoir ladite membrane, la membrane ayant des caractéristiques mécaniques évolutives d'une entrée vers la sortie de la chambre de propulsion de sorte que lorsque la membrane est actionnée pour se déformer selon une onde progressive qui se propage de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion, la vitesse de propagation de l'onde de la membrane dans toute section transversale au déplacement du fluide à l'intérieur de la chambre de propulsion soit égale ou supérieure à la vitesse moyenne de déplacement du fluide dans cette même section. Ainsi, on s'assure que l'onde de la membrane progresse en tout point de la chambre de propulsion plus vite que le fluide qu'elle propulse, et que la membrane transmet son énergie mécanique au fluide sur toute la longueur de propagation de l'onde le long de la membrane. Le couplage de la membrane ondulante avec le fluide se trouve optimisé, le mouvement de la membrane est plus efficace, toute la surface de la membrane est propulsive, le rendement de la pompe s'en trouve amélioré. II est donc possible d'accroître la vitesse du fluide en sortie de la chambre de propulsion et d'obtenir des débits relativement importants permettant de diminuer le diamètre de la membrane et l'encombrement de la tête de pompe. En outre, ceci permet d'éviter un transfert d'énergie positif du fluide vers la membrane qui risquerait de provoquer des contacts de la membrane avec les flasques. Ces contacts sont sources de bruit et risquent d'entraîner la détérioration de la membrane. Il est aussi possible de réduire la pulsatilité de la pression et du débit en sortie de la chambre de propulsion.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, on confère à la membrane une rigidité évolutive qui augmente depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la chambre de propulsion. On sait en effet que la rigidité est un des paramètres importants déterminant la vitesse de propagation de l'onde progressive qui déforme la membrane. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 une demi vue schématique en coupe d'une pompe à membrane ondulante selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, avec une coupe partielle, d'une membrane discoïdale selon plusieurs modes particuliers de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe d'une pompe à membrane ondulante équipée d'une membrane à col selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention ; les figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues en perspective d'une membrane selon encore d'autres modes particuliers de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, la pompe à membrane ondulante de l'invention comprend une membrane qui s'étend entre deux flasques 2, constituant une chambre de propulsion du fluide. Un actionneur non représenté est relié à un bord 3 de la membrane et actionne transversalement le bord 3 de la membrane pour faire onduler la membrane selon une onde progressive qui se propage du bord 3 vers le centre 4 de la membrane. Le fluide est alors transféré entre les deux flasques d'une entrée de la chambre de propulsion à la périphérie de celle-ci vers une sortie de la chambre de propulsion située au centre de celle-ci.

Si Z est l'axe de révolution de la pompé, on observera que si l'on découpe en pensée la pompe selon un cylindre circulaire d'axe Z, la partie de ce cylindre située entre les flasques 2 définit, si l'on retire la section de la membrane coupée par ce cylindre, une section utile de passage du fluide. Bien sûr, au fur et à mesure que l'on se rapproche du centre de la membrane, l'aire de la section utile diminue en raison de la diminution du rayon du cylindre, mais également du rapprochement des deux flasques. Pour un fluide incompressible tel qu'un liquide, la loi de conservation du débit entre l'entrée et la sortie de la chambre de propulsion impose que la vitesse moyenne de passage du fluide à travers les différentes sections utiles augmente en proportion de la diminution de l'aire de la section utile. L'invention vise .à proposer une membrane qui tienne compte de cette évolution de vitesse moyenne du fluide entre l'entrée et la sortie de la chambre de propulsion du fluide. Si l'on considère la figure 1, les sections de passage du fluide entre la membrane et les flasques, l'amplitude des ondes forme des restrictions de section progressant à la vitesse de propagation de l'onde. La différence de pression entre la pression P1 en amont de la restriction et la pression P2 en aval de la restriction, dépend de la différence de vitesse entre la vitesse de propagation de l'onde et la vitesse moyenne du fluide. Le produit de cette différence de pression Pl-P2 par le débit moyen dans cette section correspond à la puissance hydraulique transmise localement au fluide.

Le maintien d'une différence de vitesse positive dans toute section transversale de la chambre de propulsion permet de garantir une puissance transmise au fluide positive, ceci sur toute la longueur de propagation de l'onde le long de la membrane, c'est-à-dire ici sur tout le rayon actif de la membrane. Ainsi, le régime d'onde constitue une suite de restrictions et de différences de pressions qui s'échelonnent de la pression d'entrée à la pression de sortie de la chambre de propulsion. La différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie multipliée par le débit moyen correspond à la puissance hydraulique moyenne transmise au fluide. L'on fait ici en sorte que là membrane transmet son énergie mécanique au fluide sur tout son rayon actif, avec dans toute section transversale de la chambre de propulsion, une onde progressive dont la membrane est le siège, qui se propage plus vite que ne se déplace le fluide au travers de cette section de la chambre de propulsion, A cet effet, et selon le mode particulier de réalisation référencé A, sur la figure 2, la membrane 1 est ici composée de portions annulaires concentriques réalisées en des matériaux ayant des modules d'élasticité différents disposés de telle manière que le module d'élasticité E de la matière de la membrane augmente du bord périphérique 3 de la membrane vers le centre 4 de la membrane plus vite que ne diminue l'épaisseur h de la membrane. On a représenté symboliquement l'évolution du module élastique E par une succession de zones annulaires, dont on ne voit bien sûr dans la vue de détail que la section dans le plan de coupe. Ainsi, le produit E x h compté dans une section transversale augmente continûment depuis le bord 3 vers le centre 4, de sorte que la vitesse de propagation de l'onde progressive qui déforme la membrane 1 en service augmente continûment.

On voit sur la figure 2 que le cylindre de rayon RI délimite une section utile de passage de fluide SI '(de forme cylindrique circulaire) et que le cylindre de rayon R2 délimite une section utile de passage de fluide S2 (également de forme cylindrique circulaire), l'aire des deux sections étant dans le rapport (R2IR1)2 x h21hI, où h1 et h2 sont les hauteurs entre les flasques respectivement au niveau des sections S1 et S2.

L'aire de la section S2 est donc notablement plus petite que l'aire de la section Si, et la vitesse du fluide dans la section S2 est donc plus importante que la vitesse du fluide dans la section S2. Il convient de faire en sorte que l'évolution du produit E x h qui est un des paramètres importants déterminant la vitesse de propagation de l'onde progressive qui déforme la membrane évolue suffisamment rapidement pour que la vitesse de propagation soit toujours supérieure à la vitesse moyenne du fluide voire augmente plus vite que la vitesse du fluide au fur et à mesure que l'on s'approche du centre de la chambre de propulsion. Si cette condition est respectée, la membrane transmet son énergie mécanique au 25 fluide sur toute la longueur de propagation de l'onde le long de la membrane c'est-à-dire sur tout le rayon actif de la membrane. Selon maintenant le mode de réalisation référencé B, la membrane 11 est maintenant constituée de deux matériaux : une âme 12 en matériau de haut module élastique E1, dont l'épaisseur h1 est constante ou augmente comme illustré du bord 13 30 vers le centre 14, et un habillage 15 qui ici s'étend de part et d'autre de l'âme 12, et réalisé en matériau de faible module élastique E2 dont l'épaisseur 2 x h2 diminue du bord 13 vers le centre 14. L'ensemble est constitué de sorte que la quantité Elx h1 + E2 x 2 x h2 augmente du bord 13 vers le centre 14 de façon suffisante pour conférer à l'onde progressive qui déforme la membrane 12 une vitesse de propagation qui augmente plus vite que la diminution de section utile de passage du fluide. Selon maintenant un autre mode de réalisation référencé C, la membrane 21 est constituée d'un matériau homogène. Elle est découpée en forme de disque à épaisseur h généralement décroissante du bord vers le centre, dans lequel des gorges annulaires sont pratiquées à intervalles ici réguliers pour laisser une âme ici d'épaisseur constante. La densité du matériau étant p et la densité surfacique de la membrane étant égale au produit p x h, les gorges sont agencées de telle manière que la moyenne de la quantité p x h sur une distance d englobant un creux et un plein diminue en se rapprochant du centre, de sorte que cette disposition technique encoure à une évolution progressive de la vitesse de propagation de l'onde. Selon maintenant un autre mode de réalisation référencé D, la membrane 31 comporte une âme 32 en matériau de haut module élastique El, et d'épaisseur h1 constante, ainsi qu'un habillage 35 de faible module élastique E2 présentant des gorges annulaires comme dans le mode de réalisation précédent. Selon encore un autre mode de réalisation illustré à la figure 3, la membrane 41 comporte en son centre un col 45 qui s'étend selon l'axe Z dans le conduit de refoulement 46 à la sortie de la chambre de propulsion. Le col 45 forme un raidisseur qui contribue à augmenter la rigidité de la membrane vers son centre 44, de sorte que la vitesse de propagation de l'onde progressive augmente. En outre, le col 45 déplace, hors de la chambre de propulsion, la réunion des flux de fluide de part et d'autre de la membrane 41, et utilise la pression dynamique du fluide en sortie du col de sorte que l'on conserve un différentiel de pression entre les faces de la membrane au niveau de sa partie centrale dans la chambre de propulsion. La partie centrale de la membrane travaille ainsi dans de meilleures conditions, et le rendement de la pompe s'en trouve amélioré. A la figure 5, la membrane 71 comporte une âme 72 en un matériau à module d'élasticité élevée présentant au voisinage de son bord 73 une zone périphérique assouplie 75 par un profil en vaguelettes 76 apportant de la souplesse à la membrane 71 au voisinage de son bord 73. A la figure 6, l'âme 72 est noyée dans une couche 76 de matériau souple formant habillage. Dans le mode de réalisation de la figure 7, la membrane 71 comporte une âme 72 en un matériau à module d'élasticité élevé pourvu au voisinage de son bord 73 d'une zone périphérique assouplie 75 présentant un profil en créneaux 77 apportant de la souplesse au voisinage du bord 73. Comme on l'aura compris, les modes de réalisation décrits jusqu'ici sont relatifs à des membranes de révolution dont les caractéristiques mécaniques sont constantes le long d'un cercle centré sur l'axe central Z, bien qu'évoluant radialement depuis le bord vers le centre. On peut néanmoins, tout en restant dans le cadre de l'invention, prévoir des membranes dont les caractéristiques mécaniques évoluent radialement, mais peuvent ne pas être constantes le long d'un cercle. Ainsi, comme dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, la membrane 51 peut être construite de façon composite avec un raidisseur étoilé 52 réalisé dans un matériau de haut module élastique, comportant un anneau central duquel s'étendent des branches. Le raidisseur 52 est intégré dans un voile 55 réalisé dans un matériau à faible module élastique. De la même façon qu'auparavant, ce type de membrane permet à une onde progressive partant du bord 53 vers le centre 54 de se propager avec une vitesse qui augmente. Dans le mode de réalisation de la figure 8, la membrane 61 comporte une âme 62 pourvues de nervures 65 s'étendant radialement depuis le centre 64 de la membrane 61 vers le bord 63 jusqu'à la partie médiane de la membrane 61 entre le centre 64 et le bord 63. Les nervures 65 ont une hauteur décroissante de telle manière que les nervures 65 ont une hauteur maximale à proximité du centre 64 et une hauteur nulle dans la partie médiane. L'âme 62 est réalisée en un matériau relativement souple que les nervures 65 rigidifient progressivement à proximité du centre 64. L'âme 62 peut éventuellement être surmontée d'un habillage de manière que la membrane présente des faces planes. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec des membranes discoïdales, il est évident que l'invention s'applique également à des membranes en forme de lame ou des membranes tubulaires. On remarquera que dans les pompes utilisant ce type de membrane, la section utile de passage du fluide dans la chambre de propulsion, ne diminue qu'en raison du rapprochement des deux flasques et de l'épaississement éventuel de la membrane, dont beaucoup moins vite que dans des pompes à membrane discoïdales telles que celles qui ont été décrites ici. La variation de vitesse entre l'entrée et la sortie de la chambre de propulsion est donc moins importante. De la sorte, l'évolution des caractéristiques mécaniques de la membrane pour faire en sorte que la vitesse de propagation de l'onde de la membrane dans toute section transversale au déplacement du fluide à l'intérieur de la chambre de propulsion soit égale ou supérieure à la vitesse de déplacement du fluide dans cette même section est moins rapide et donc plus facile à réaliser. En variante, le module d'élasticité E de la membrane peut évoluer moins vite que ne diminue l'épaisseur de la membrane, les performances de la pompe étant toutefois en retrait par rapport au mode de réalisation décrit.

En variante, la membrane peut être en un seul matériau traité localement pour obtenir une évolution du module d'élasticité (le traitement peut être une déformation à chaud, un bombardement de particules, un dopage local...).

Claims

REVENDICATIONS1. Pompe à membrane ondulante, ayant une chambre de propulsion pour recevoir ladite membrane, caractérisée en ce que la membrane comporte des caractéristiques mécaniques évolutives d'une entrée (3 ;13 ;23 ;33 ;43 ;53) de la chambre de propulsion vers une sortie (4 ;14 ;24 ;34 ;44 ;54) de la chambre de propulsion de sorte que lorsque la membrane est actionnée pour se déformer selon une onde progressive qui se propage de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion pour propulser du fluide, la vitesse de propagation de l'onde de la membrane dans toute section transversale au déplacement du fluide à l'intérieur de la chambre de propulsion soit égale ou supérieure à la vitesse moyenne de déplacement du fluide dans cette même section.
2. Pompe selon la revendication 1, dont la membrane (1) est fabriquée dans au moins un matériau pour avoir un module élastique (E) de la matière de la membrane augmentant de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion.
3. Pompe selon la revendication 2, dans laquelle le produit du module élastique (E) de la matière de la membrane par l'épaisseur (h) de la membrane augmente de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion.
4. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (11) comporte une âme (12) en matériau de haut module élastique (El), et ayant une épaisseur (h1), et un habillage (15) qui recouvre l'âme et qui sur au moins un côté de l'âme 12 est réalisé en matériau de faible module élastique (E2) et a une épaisseur (h2) , de sorte que la somme du produit du module élastique (El) par l'épaisseur (h1) de l'âme et du produit du module élastique (E2) par l'épaisseur (h2) de l'habillage augmente de l'entrée vers la sortie de la chambre de propulsion.
5. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (21) est constituée d'un disque d'épaisseur diminuant d'une entrée vers la sortie de la chambre de propulsion, dans lequel des gorges annulaires sont pratiquées pour laisser subsister, au niveau de ces gorges, une âme.
6. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (41) s'étend selon 30 une forme de révolution et présentant en son centre un col (45) qui s'étend autour d'un axe central (Z) de la membrane.
7. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (51) comporte un raidisseur étoilé (52) réalisé dans un matériau de haut module élastique comportant un anneau central duquel s'étendent des branches ; le raidisseur (52) étant intégré dans un 35 voile (55) réalisé dans un matériau à faible module élastique.
8. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (71) comporte au voisinage de son bord (3) du coté de l'entrée de la chambre de propulsion, une portion assouplie présentant un profil en vaguelettes ou en créneaux.
9. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle la membrane (61) comporte au voisinage de son bord, du coté de la sortie de la chambre de propulsion, une portion rigidifiée par des nervures (65) radiales de hauteur croissante vers ledit bord.