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"Perfectionnements aux dispositifs rotatifs à pression et à leurs joints étanches".
La présente invention concerne des dispositifs rotatifs à pression comportant un bâti ou carter contenant un rotor coopérant avec une partie de ce bâti pour former une chambre de retenue de la pression,ainsi qu'un joint étanche destiné à ces dispositifs et ayant pour but d'assurer l'étanchéité des joints entre le rotor et là partie du bâti qui coopère avec lui.
Le but principal de l'invention consiste à créer un dis- positif servant à maintenir un joint étanche à la pression entre le rotor et le,bâti,sans effort excessif exercé sur le rotor.
Au cours des dernières années on a mis au point un type
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de pompe rotative comportant une couronne à denture inté- rieure coopérant avec un pignon denté extérieurement,l'en- semble étant monté dans un bâti creux convenablement supporté et un mouvement de rotation pouvant être imprimé aux pièces dentées par la mise en mouvement de la couronne dentée ou du pignon.Les dentures sont établies de façon que les dents et leurs intervalles constituent,sur les deux pièces dentées en prise,plusieurs chambres fermées dont le volume augmente graduellement pendant une partie d'un tour,et plusieurs cham- bres fermées dont le volume diminue graduellement pendant une autre partie du tour,les orifices étant disposés de fa- çon que les chambres dont le volume augmente servent à aspi- rer un fluide arrivant par un orifice d'admission,
tandis que les chambres dont le volume diminue servent à refouler ce fluide à travers un orifice de sortie.
Ce type de pompe a de nombreux avantages sur les pompes à mouvement alternatif,les pompes à palettes,les pompes à double pignon et d'autres types de pompes généralement connus.
Le type à couronne dentée et pignon a un grand rendement ve- lumétrique et mécanique,sa construction est simple et il peut être modifié facilement pour servir de pompe ou de com- presseur à gaz.Il peut servir de moteur sans modification.
Dans ces pompes la couronne dentée et la partie du car- ter qui se trouve k du côté de la sortie coopèrent entre el- les pour former une chambre de retenue de la pression,la couronne dentée et la chambre à pression étant séparées du reste du bâti et des paliers par des joints étanches.Des joints capillaires ou dispositifs à chicane dans lesquels le liquide servant de joint est obligé de suivre un parcours sinueux pour pouvoir s'échapper sont satisfaisants lorsqu'il s'agit de pomper des liquides qui ne sont pas extrêmement
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fluides, des vitesses et sous des pressions modérées. Ces pompes peuvent développer de hautes pressions (jusqu'à un multiple de 7 kg/cm2 dans une seule pompe) et fonctionner à de grandes vitesses angulaires pour la couronne dentée.
La présente invention vise particulièrement l'application à des pompes de ce type et elle consiste à monter un organe flottant en prise avec le rotor et logé dans un évidement du bâti, cetorgane étant sollicité vers le rotor sous la pression du fluide contenu dans la chambre de retenue de la pression, ainsi qu'un dispositif servant à limiter, sur l'or- gane flottant, la surface exposée à cette pression .
Lorsqu'ils sont utilisés dans une pompe du type en ques- tion, ces organes d'étanchéité peuvent constituer un joint étan- che entre la couronne dentée et le bâti dans des conditions de pompape très propres à donner naissance à des fuites,par exemple lorsqu'il s'agit de pomper des liquides fluides (c'est- à-dire peu visqueux) sous de hautes pressions et à de grandes vitesses. Lorsque le joint étanche monté entre la couronne den- téeet le bâti est constitué pade simples anneaux élastiques ou des rubans flottants, il est pratiquement inévitable que le joint supporte toute la pression de refoulement de la pompe,ce qui fait qu'il presse fortement sur la couronne dentée la rsque les pressions de la pompe sont élevées.
En conséquence, lors- qu'on utilise des organes de joint de ce genre, on rencontre des difficultés: premièrement à cause de la grande vitesse angulaire,c'est-à-dire de la vitesse frottante du rotor,vitesse qui tend à produire une usure et une friction excessives sur le joint, et deuxièmement à cause de la haute pression dans la chambre à pression du côté du refoulement de la pompe,pression qui tend à appliquer l'organe de joint sur le rotor sous une pression qui peut aller jusqu'à 50 à 57 kg/cm lorsqu'il s'agit de pompes à haute pression. Cette pression est supérieure à
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celle qui est nécessaire pour assurer un joint étanche et elle est trop grande pour permettre de construire les paliers dans de bonnes conditions.
Lorsqu'on utilise des anneaux à échappe- ment du type ordinaire en fonte ou garnis de métal anti-friction et des bandes d'étanchéité pour assurer l'étanchéité entre la couronne dentée et le bâti , an constate qu'une usure excessi- ve et une résistance excessive de frottement peuvent se pré- senter dans les conditions de pompage extrêmes décrites. Quant aux joints tendres, s'ils donnent de pans résultats aux vites- ses et aux pressions modérées de la pompe, ils font générale- ment défaut aux grandes vitesses.
L'invention permet d'obtenir un excellent joint étanche entre le rotor et le bâti dans des pompes à grande vitesse et ) haute pression, sans résistance de frottement ni usure notables, l'organe flottant en métal étant appliqué sur le rotor sous une pression modérée réglable,la pression utilisée dépendant de la pression de refoulement de la pompe et étant inférieure ) cette pression de refoulement .
La pression de refoulement de la pompe est utilisée pour appliquer l'organe de joint sur le rotor et la pression extérieure de l'organe de joitt sur le rotor est réduite pr le remplissage partiel de la cavité à pression de l'évidement ménagé entre l'organe de joint et le bâti au moyen d'une cloison ou membrane souple, ou par un rem- plissage arrière en matière tendre et facilement déformable, de la nature du caoutchouc.
La pression de l'organe de joint peut être réglée entre une petite fraction de la pression de sortie et une valeur aussi rapprochée que l'on veut de la pression de sortie, ce réglage étant ootenu par une variation de la surfa- ce, exposée à la pression du fluide, du bord du caoutchouc; ou bien, lorsqu'il s'agit d'une cloison,par le montage de la cloi-
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partie plus ou moins grande de l'organe de joint.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple et plus ou moins schématiquement divers modes de réalisation de joints de pompe conformes à l'invention et capables de donner les éésultats indiqués.
La fig. 1 est une coupe verticale d'une pompe à couronne dentée et à pignon comportant un organe de joint établi sui- vant un mode de réalisation de l'invention à l'aide d'une bande de métal de joint et d'une garniture de remplissage en caout- chouc.
La fig. 2 est une vue en perspective de l'organe de joint de la fig. l.
La fig. 3 est une coupe par la ligne A-A de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe de la pompe fig. 1 par la ligne A-A et représente une variante de l'organe de joint de la fig. 1
La fig. 5 est une vue semblable à la fig. 3 et représente une variante de l'organe de joint constitué par une membrane ou cloison en métal.
La fig. 6 est une vue semblable à la fig. 3 et représente une variante de l'organe de joint constitué par une cloison en métal non fixée à la bande de joint et
La fig. 7 est une coupe par la ligne B-B de la fig. 1, le rotor étant représenté en élévation.
Dans ces dessins, dans lesquels les mêmes numéros de réfé- rence désignent les mêmes pièces partit, les fig . 1 et 7 sont des coupes d'une pompe à engrenages constituée par un carter
1 comportant un orifice d'entrée 2 et un orifice de sortie 5.
Ce bâti contient la couronne dentée 4 et le pignon 5, les en- grenages étant parallèles et excentriques de la façon représen- tée. Le pignon 5 est monté sur un arbre d'entraînement 5A. La couronne dentée a une dent de plus que le pignon et les formes des dents des engrenages sont telles que les dents soient en
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contact coulissant continu et constituent plusieurs chambres 6 dont le volume augmente pendant un demi-tour et diminue pendant le reste du tour.La couronne dentée comporte des orifices 6A communiquant avec les chambres 6.Les chambres à dilatation sont en communication avec l'orifice d'entrée par l'intermédiaire de la chambre annulaire 7 et les chambres à contraction sont en communication avec l'orifice de sortie par l'intermédiaire de la chambre à retenue de pression 8.Les engrenages
tournant dans le sens indiqué par les flèches,le liquide arrivant par l'orifice d'entrée est siré ap et refoulé sous pression à tra- vers l'orifice de sortie. rendant le refoulement la chambre 3 de retenue de la pres- sion est remplie de fluide sous une pression de refoulement qui peut atteindre un multiple de 7 kg/cm2. Le fluide contenu dans cette chambre tend à s'échapper entre le rotor et le bâti vers l'entrée de la pompe et vers l'arbre.
Conformément à la présente invention un joint étanche pour la couronne dentée est constitué par une bande métallique cour- be 9 s'appliquant sur le pourtour de la couronne dentée et mon- tée dans un logement 10 ménagé aux extrémités du bâti,de la façon représentée,l'épaisseur de la bande étant inférieure à celle du logement.Cette bande comporte une ouverture 11 en for- me de fente,comme l'indiquent les dessins,cette ouverture étant égale en forme et en dimensions à l'ouverture de la chambre 8 de retenue de la pression.Cette bande est faite en métal choi- si pour sa faible résistance au frottement et ses bonnes quali- tés quant à l'usure,ce métal pouvant être avantageusement de l'acier nitruré,de l'acier revêtu de métal anti-friction,
ou une combinaison de graphite et de laiton.Comme l'indiquent les des- sins,cette bande est en prise avec le, côté de sortie de la couron- ne dentée et se prolonge aussi jusqu'aux butées du bâti .
Si cette bande était utilisée seule,sa partie postérieure
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bre 8 de retenue de la pression,et toute la pression de refou- lement de la pompe s'exercerait sur la bande pour l'appliquer sur le rotor. Aux hautes pressions la bande pourrait être appli- quée sur la couronne dentée avec une force suffisante pour provoquer un grippage, et en tout cas avec une force plus Bran-' de que celle qui est nécessaire pour assurer l'étanchéité.
Pour modérer la pression exercée sur la bande aux extré- mités du rotor, dans le mode de réalisation représenté dans la fig.l,une garniture en caoutchouc 12 est montée dans le loge- ment entre la bande et le bâti.Lesdimensions de la bande et de la cavité sont telles que la surface du bord 13 de la gar- niture de remplissage est inférieure à celle de la bande.La pression régnant dans la chambre 8 n'agit que sur le bord 14 de la bande de métal et sur le bord 13 de la garniture de rem- plissage.
Cette pression oblige le caoutchouc à s'adapter exac- tement à la cavité et en assurant une étanchéité parfaite tout autour des bords.La pression exercée sur le dos de la bande d'étanchéité est réduite dans un rapport égal au rapport entre la surface de la garnutire de remplissage et la surface du dos de la bande.En changeant le rapport entre la surface de la ban- de et la surface marginale de la garniture de remplissage,par exemple en utilisant une bande plus épaisse et une garniture de remplissage plus mince,on peut faire varier à volonté la pression exercée sur la couronne dentée par la bande d'étanchéi- té en forme d'arc.Comme le montre le mieux la fig.7,la bande de métal 9 entoure complètement le canal de refoulement 3 sur celle de ses limites qui est voisine de la couronne dentée 4,
la lumière ou l'ouverture 11 coïncidant avec l'ouverture du canal de refoulement pour assurer la communication entre la chambre 6 et la sortie de la pompe.
La garniture de remplissage peut être constituée par des matières autres que le caoutchouc,par exemple par du caout- chouc synthétique imperméable à l'huilera condition à emplir,
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c'est que la matière doit être plastique,élastique et imperméable et qu'elle résiste à l'attaque par le fluide qui traverse la pompe.
La fig.4 est une vue d'une variante d'une garniture de rem- ,plissage 12' comportant une entaille en forme de fente ou de rainure 15,comme le montre la figure.Ceci permet au fluide sous pression d'arriver sur une partie de la garniture de remplissa- ge, de sorte que la pression exercée sur la bande d'étanchéité sera plus grande.Cette variante est utile lorsque la pression de refoulement de la pompe est relativement basse. En pratiquant une fente ou une rainure dans la garniture de remplissage,on peut augmenter la pression exercée sur la bande d'étanchéité sans qu'il soit nécessaire d'augmenter l'épaisseur de la garni- ture.
Dansla variante fig.5 la garniture de remplissage en caout- =houa est remplacée par une cloison ou membrane 16,qui est avan- tageusement en métal élastique mince.Cette cloison peut être
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UM4 PA1 faite en forme de circonvolutiond'un sou-rflet à bords reati- lignes.Elle est fixée à la bande et au bâti par soudure ou brasure,par exemple en 17.Cette cloison sert à confiner une par- tie de la surface du dos de la bande d'étanchéité,de façon à réduire la pression nette exercée par la bande sur la couronne dentée à une valeur inférieure à la pression de refoulement de la pompe.
La fig.5 est une vue d'une variante de la cloison, cette variante étant constituée par une cloison métallique souple et mince 18 légèrement concave comme l'indique la figure et fixée au bâti par rivure ou soudure,par exemple en 19.L'un des bords de la bande repose simplement sur la bande d'étanchéité de la façon représentée et il est appliqué de façon étanche sur cette bande par la pression du fluide pendant le fonctionnement
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L'invention est représentée dans son application à une pompe à engrenages,mais elle est utile pour assurer l'étan- chéité dans des cas analogues dans d'autres dispositifs tels que des pompes centrifuges à plusieurs étages, des turbines et moteurs hydrauliques, et en général dans des dispositifs rotatifs à pression.