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Pompe du type à roue à palettes et à anneau de liquide servant au déplacement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide.
L'objet de la présente invention est une pompe du type à roue à palettes et à anneau de liquide servant au déplacement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide, tel que par exemple de l'air et de l'eau. La roue à palette de la pompe, qui, d'une manière connue, est disposée excentriquement par rapport à l'alésage de la boite-enveloppe de pompe, communique à un liquide de travail un mouvement de rotation, grâce à quoi le liquide de travail constitue, en vertu de sa force centrifuge, un anneau butant contre la paroi délimitant l'alésage de la boîte-enveloppe de pompe. La disposition excentrique entre
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la roue à palettes et l'alésage de boîte-enveloppe provoque, comme cela est connu, un effet de pompe dans les cellules formées par les palettes de la roue à palettes.
Dans les dispositifs connus de ce genre, l'admission des deux fluides à la roue à cellules a lieu par des con- duits communs aux deux fluides ,tandis que l'échappement a lieu par des conduits communs ou distincts. Dans ce dernier cas, il est prévu, surtout pour l'échappement du fluide liquide, un conduit disposé tangentiellement par rapport à la boite-enveloppe de pompe respectivement par rapport à l'anneau liquide, ce conduit s'élargissant gra- duellement dans la direction de déplacement du liquide.
Les pompes de ce genre ont toutefois l'inconvénient que le degré de vide qui peut être atteint dans la tubulure d'aspiration diminue rapidement à mesure que la quantité de fluide déplacé augmente, et ceci pour la raison que la résistance de refoulement des deux fluides à déplacer augmente rapidement à partir de la tubulure d'aspiration à la cellule de roue avec la quantité de fluide déplacé.
Ce phénomène est de nouveau motivé par le fait que les fluides, en se déplaçant de la tubulure d'aspiration à la cellule de roue, ont a peu près la même vitesse qui, en raison que la grande différence de densité existant entre le fluide gazeux et le fluide liquide correspond à peu près à celle du fluide liquide. Lorsque, par exemple, le fluide à déplacer ne consiste qu'en un fluide liquide tel que par exemple de l'eau, la section de passage complète est à la disposition de ce liquide ; vitesse serait dans ce cas v et la résistance de la tubulure
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d'aspiration à la cellule de roue 0 p.
Si, une autre fois, une quantité additionnelle de fluide gazeux,par exemple de l'air,est admise, qui, mesurée d'après son volume, est de la même grandeur que celle du liquide, ce fluide gazeux nécessite le même espace que le fluide liquide, malgré sa densité plus petite. Ainsi, seulement la moitié de la section de passage est à la disposition du fluide liquide, ce qui a pour effet que la vitesse de celui- ci augmente approximativement à la double valeur, c'est-à- dire à 2 v et les pertes de courant à 4 #P. Dans les pompes de ce genre, le rapport de quantité respectivement de vo- lume entre le fluide gazeux et le fluide liquide est, toutefois, si l'on considère l'état dans la tubulure d'aspiration, environ 3, ce qui correspond à une chute de pression entre la tubulure d'aspiration et la cellule de roue d'au moins 42= 16 à p,
cette chute de pression dét er- minant le vide dans la tubulure d'aspiration.
Or, on exige des pompes de ce genre servant au dé- placement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide un vide élevé qui est mesuré à l'endroit de la tu- bulure d'aspiration où la pression la plus basse règne, c'est- à-dire immédiatement devant la pompe. Toutefois, la pression à cet endroit ne peut, en raison de la résistance sus-énoncée, jamais tomber au-dessous d'une valeur qui correspond à cette résistance, ce qui fait que le vide à cet endroit ne pourrait jamais suffire aux exigences de la pratique.
Pour rendre une pompe pareille utilisable en pra- tique, il faudrait donc éliminer la résistance de courant dans le conduit d'aspiration à partir de l'endroit de mesurage
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jusqu'à la cellule de roue, ce qui ne pourrait être atteint que par un dimensionnement approprié des sections de con- duit d'aspiration. Ceci amènerait, toutefois, à des dimen- sions de section pour lesquelles les conditions d'espace de la pompe ne suffiraient pas.
L'idée fondamentale sur laquelle se base la présente invention réside dans le fait que, malgré le maintien de sections de conduit d'aspiration normales et des résistances corrélatives, il est produit, au moyen d'un tuyau de diffu- sion disposé dans la tubulure d'aspiration immédiatement devant la pompe, un vide à l'endroit le plus étroit de ce tuyau qui correspond aux exigences de la pratique. Dans ce tuyau de diffusion qui s'élargit graduellement dans la direction vers la pompe, il est possible de produire,immé- diatement en amont de la pompe, tout en utilisant l'énergie d'arrivée du fluide de déplacement liquide, une pression qui correspond-au moins à la résistance à laquelle est sou- mis le fluide de déplacement lors de son passage dans les tubulures d'aspiration de la pompe.
En outre, l'énergie d'arrivée du fluide de déplacement liquide aurait à exécuter le travail qui serait nécessaire dans ce tuyau pour comprimer le fluide de déplacement gazeux à la pression sus-énoncée en amont de la pompe. De cette façon, il serait possible d'atteindré à l'endroit le plus étroit du tuyau de diffusion, malgré les résistances de courant dans la pompe, le vide maximum théoriquement réalisable qui correspondrait à la pression de vapeur du fluide de déplacement liquide à cet endroit.
Un tuyau de diffusion similaire peut aussi être
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utilisé pour l'écoulement du fluide de déplacement li- quide et serait, le cas échéant, avantageusement disposé dans la tubulure de pression immédiatement en aval de la pompe.
Le vide qui produit un effet de courant derrière lui dans le tuyau de diffusion disposé dans la tubulure de pression, en combinaison avec la pression de barrage qui est produite par le courant dans le tuyau de diffusion de la tubulure d'aspiration réduit naturellement, d'une de manière correspondante, la demande force de la pompe, étant donné qu'une partie du travail qui est sans cela exécuté par la pompe est repris par ces organes.
Il est aussi possible qu'à partir d'une certaine quantité de fluide de déplacement liquide, la pression de barrage produit dans la tubulure d'aspiration par l'effet de diffusion dépasse le vide qui est provoqué par l'effet du tuyau de diffusion dans la tubulure de pression. Il est, par conséquent, avantageux de prévoir des moyens qui permettent un passage direct du fluide liquide de la tubu- lure d'aspiration à la tubulure de pression en détournant la pompe.
Au point de vue constructif, le système de pompe peut être établi de telle façon que par un changement de direction dans la tubulure d'aspiration et par appli- cation de la force centrifuge de l'anneau de liquide dans la pompe, principalement le fluide liquide s'écoule, d'une par manière connue, un conduit de pression disposé tangentielle- ment par rapport au diamètre extérieur de l'anneau d'eau ainsi que, à partir de certaines quantités, une partie
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aussi directement du conduit d'aspiration au conduit de pression, tandis que le fluide de déplacement principalement gazeux passe par la pompe, en raison de son inertie plus petite, en suivant le chemin normal et s'écoule, également d'une manière connue,
par une fente de pression disposée à la périphérie intérieure de l'anneau de liquide et débou- chant latéralement.
Pour empêcher,en se prenant ainsi, que la quantité de fluide liquide s'écoulant par le conduit de pression disposé tangentiellement par rapport au diamètre intérieur de l'anneau de liquide soit plus grande que celle qui arrive % la pompe par la tubulure d'aspiration, ce qui aurait pour effet que l'anneau de liquide disparaisse, des moyens convenables peuvent être prévus;pour maintenir le fluide liquide s'écoulant de la pompe à une pression approximativement constante. Ces moyens pourraient par exemple être constitués par un organe d'étranglement actionné automatiquement par le fluide de déplacement liquide et ayant par exemple la forme d'une soupape à pointeau, d'un clapet etc.
Cet organe agirait de façon à régler sa section de passage conformément à la quantité de liquide qui la traverse, en ce sens que pour des quantités plus grandes la soupape respectivement le clapet est ouvert davantage, tandis que pour des quantités plus petites il est fermé davantage.
Une forme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple, sur le dessin annexé.
La fig. 1 de ce dessin montre, schématiquement, une coupe verticale de l'ensemble du système de pompe, et
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La fig. 2 montre un diagramme de fonctionnement de ce système de pompe.
La roue à palettes a, montée dans l'alésage de la boîte-enveloppe de pompe b, tourne dans le sens indiqué par la flèche. La roue à palettes a et la boîte-enveloppe b sont disposés excentriquement l'un par rapport à l'autre.
L'anneau de liquide c est maintenu continuellement en ro- tation par les palettes d de la roue a, ce qui, par suite du changement continuel du volume des cellules de roue dont chacune d'elles est délimitée par deux palettes voisines, donne lieu à un effet de pompe. e est le conduit d'as- piration commun, par lequel les deux fluides sont aspirés pour être amenés aux cellules de la roue à palettes. f est le conduit de pression disposé à l'intérieur de la pé- riphérie intérieure de l'anneau de liquide et servant principalement au fluide gazeux, tandis que ± est le con- duit de pression principalement pour le fluide liquide qui provient d'un endroit convenable de l'anneau de liquide. h est un espace à vide, i la tubulure d'aspiration, k le conduit d'aspiration s'élargissant graduellement à partir de l'espace à vide à la tubulure d'aspiration.
1 est le conduit d'arrivée pour le fluide liquide et m le conduit d'arrivée pour le fluide gazeux. n est un organe de ré- glage pour la quantité de fluide liquide et o est un organe de réglage pour la quantité de fluide liquide. p est un espace à ajutage et ¯% le conduit s'élargissant graduellement à partir de cet espace jusqu'au coude de sortie du fluide liquide. s est le conduit de sortie pour le fluide gazeux. t est l'organe d'étranglement, au moyen duquel peut être
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modifiée la pression dans lé conduit g. u est le conduit intermédiaire entre l'espace à ajutage ± et la tubulure d'aspiration i. v est une soupape de retenue qui empêche un retour de fluide de l'espace à ajutage 1 à la tubulure d'aspiration i.
Le fonctionnement d'un système de pompe tel que décrit ci-dessus est illustré par le diagramme suivant la fig. 2. Dans cette figure les valeurs d'abaissé Qw repré- sentent la quantité totale de fluide liquide déplacé par heure par la pompe. Sur cette quantité sont reportées comme ordonnées les pressions régnant aux endroits désignés par des chiffres arabiques à la fig. l, respectivement les sections de passage libres à ces endroits, ainsi que la quantité de fluide liquide Qwl qui passe par la pompe et la quantité Qw2 qui s'écoule par la soupape v directement de l'es- pace d'aspirètion i à l'espace à pression u.
Pour permettre un écoulement de l'espace i a l'es- pace u, il doit y avoir une chute de pression entre ces deux espaces, c'est-à-dire que p6 doit être plus grand que P11. Ceci est le cas à partir de l'endroit où les deux courbes s'intersectent, ou, dans l'exemple représenté par la fig. 2, à 17,5 m3/h.
Si la quantité Qw est plus petite que 17,5 m3/h, il ne se produit pas de débordement, étant donné que la quantité Qw2 s'écoule directement de i à u, tandis que la quantité résiduelle Qw1 passe par la pompe.
Dans l'exemple précité on a admis que les pressions p1, p4 pg et p13 régnant dans les espaces 1, h,g et r, ainsi que la quantité de fluide gazeux déplacée Ql au-dessus
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de la quantité de fluide liquide Qw restent constantes.
Les vitesses aux endroits individuels du système sont à calculer au moyen des quantités de passage et des sections correspondantes tout en considérant l'état du fluide gazeux.
Dans l'exemple précité et en admettant des quantités Qw = 20 m3/h et Ql = 2,8 m3/Hh par rapport à l'état atmos- phérique, la quantité de fluide gazeux passant par la section 5. comprend pa 1000 Q1= 2,8. pa/p = 2,8 . 1000/790= 35,5 m3/h. p4 790 La quantité totale passant par la section 5 comprend par conséquent 20 + 35,5 = 55,5 m3/h. Si cette section a par exemple la grandeur de 19,6.10-4 m2, la vitesse à cet en- droit est 55,5 = 7,85 m/sec.
3600. 19,6.10-4
De manière analogue on pourrait calculer les vi- tesses pour toutes les autres sections, toujours en consi- dérant l'état du fluide gazeux à ces endroits. Les sections d'ajutage 2 et 10 sont traversées seulement par le fluide liquide. Comme la densité de celui-ci reste constant; les courbes de vitesse sur Qw sont des droites qui passent par le point de zéro du système de coordonnées. Ces vitesses ne sont pas reportées à la fig. 2.
La mise en marche du système de pompe décrit a lieu, avantageusement, de façon qu'en maintenant leslorganes de réglage n et o d'abord à l'état de fermeture, la pompe est démarrée et est amenée d'une manière normale à son état de fonctionnement. Ainsi, il se produit, d'une façon connue, un vide dans les espaces d'aspirations h, k et i par suite
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de l'action de l'anneau de liquide. Ensuite, on libère l'entrée n pour le fluide liquide et après cela l'entrée m pour le fluide gazeux.