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PERFECTIONNEMENTS AUX TONTES A VIDE POUSSE.
La présente invention est relative à des perfection- nements aux pompes à vide poussé et, plus particulièrement, à un montage de pompe à vide comprenant une pompe à vapeurs fonctionnant en tandem avec une pompe à vide mécanique.
L'invention, sous sa forme la plus large, comporte essentiellement un élément de pompe à vapeurs qui peut comprendre un, deux ou plus de deux étages, montés en cascade. La sortie de l'étage à vide peu élevé de la pompe à vapeurs peut être reliée par un tube ou par un tuyau à l'entrée d'une pompe méca- nique rotative qui peut consister en deux étages de pompes à rotor actionnés par un moteur électrique. La pompe à vapeurs comprend un élément de vaporisation, et des chambres de conden- sation de vapeurs, dans lesquels aboutit un organe de liaison provenant d'un récipient dans lequel on désire faire le vide.
Les gaz aspirés du récipient' pour être évacués traversent la
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pompe à vapeurs et, de là, passent à l'entrée de la pompe mécanique. Ladite pompe mécanique consiste de préférence en une pompe rotative à deux étages, l'ensemble étant immergé dans un réservoir contenant suffisamment d'huile pour recouvrir complè- tement les organes mécaniques de ladite pompe. Une soupape est intercalée dans le tube reliant entre elles la pompe à vapeurs et la pompe mécanique, soupape commandée par le fonctionnement de cette dernière pompe pour assurer la séparation du dispositif à vapeurs à vide poussé de la pompe mécanique, chaque fois que le moteur de ladite pompe n'est pas en marche.
L'objet principal de l'invention est d'établir une pompe à vide poussé d'un encombrement réduit et d'un bon rende- ment.
L'invention envisage également l'établissement d'.une pompe à vide, dans laquelle on peut obtenir un vide extrêmement élevé, en utilisant des éléments de pompe mécanique et à vapeurs montés en tandem.
Un autre objet de linvention est l'obtention d'une pompe mécanique rotative à deux étages d'un encombrement réduit et susceptible de fonctionner à une très grande vitesse.
L'invention envisage, en outre, l'établissement d'une pompe rotative à deux étages baignant dans l'huile, dans laquelle l'échappement d'air ou de gaz de ladite pompe est disposé de manière à réduire au minimum l'absorption d'air dans le bain d'huile.
L'invention vise, d'autre part, à l'obtention d'une pompe à vide mécanique rotative baignant dans l'huile et montée en tandem avec une pompe à vapeurs à vide poussé, munie d'organes permettant de séparer complètement la pompe à va.peurs de la pompe mécanique lorsque la vitesse de cette dernière est infé- rieure à une certaine valeur déterminée.
Un autre objet de l'invention est d'établir une
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pompe à vapeurs fonctionnant en coopération avec une pompe méca- nique, dans laquelle la soupape obturant le tube reliant les deux pompes est actionnée par un dispositif de soufflets métal- liques, de sorte que l'ensemble du système peut être maintenu étanche.
L'invention prévoit encore une pompe à vapeurs d'huile dans laquelle le condenseur de vapeurs d'huile comporte un système de fractionnement. L'invention prévoit encore une pompe à vapeurs d'huile dans laquelle le métal de la chaudière et de la tuyère est d'une nature susceptible d'améliorer le fonctionnement du système.
Enfin, l'invention envisage l'établissement d'une pompe à vide à vapeurs comportant un filtre à charbon de,bois avec élément chauffant qui peut être utilisé pour dégager le filtre, le cas échéant.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 1 et lA représentent en coupe transver sale une réalisation particulière de l'invention comportant une pompe à vapeurs à deux étages montés en tandem avec une pompe mécanique rotative à deux étages.
Les figures 2 et 2A sont des vues en coupe partielle prises perpendiculairement à la figure 1.
La figure 2B est une coupe suivant la ligne 2B-28 de la figure 1.
La figure 3 est une vue explosée de la pompe méca- nique représentée à la iigure 1.
Les figures 4 à 7 représentent schématiquement d'autres formes d'une pompe à vapeurs conforme à certains principes de l'invention.
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Les figures 8 à 13 représentent d'autres formes encore de pompes à vapeurs et de dispositifs de fractionnement également conformes à certains principes de l'invention.
Il est tout d'abord décrit ci-dessous, d'après les dessins, une réalisation préférée de l'invention, comprenant le système de pompe représenté aux figures 1, 2 et 3. Un bloc de support 1 contient le moteur électrique 2 et la pompe mécanique indiquée par la référence générale 3, et porte la pompe à va- peurs indiquée en 4 ainsi que l'élément de commande pour la jonction de la pompe à vapeurs et de la pompe mécanique. Le bloc de support 1 sert également de réservoir d'huile pour la pompe mécanique, l'huile étant généralement maintenue à un niveau tel que celui de la figure la, supérieur au niveau de l'élément de pompe mécanique, mais inférieur au niveau du moteur électrique.
La pompe à vapeurs peut fonctionner avec n'importe quel fluide mais elle est également conçue pour les vapeurs d'huile, ou autres composés hydrocarbures volatils.
L'ensemble de la pompe à vapeurs est enfermé tout entier dans une enveloppe cylindrique 13 munie à sa partie su- périeure d'une série d'auvents 14 qui servent à tenir les poussières à l'écart des pièces de l'appareillage, et à comman- der le courant d'air à son intérieur. Ledit ensemble est monté sur quatre supports, deux d'entre eux 21 et 22 étant représentés aux figures 1 et 1A cependant que sur la figure 2B on peut voir les supports 21, 2, 23 et 24. Au centre du couvercle 15, monté à charnière sur le cylindre extérieur 13, est disposé un tube 17.
Ledit tube est ouvert à ses deux extrémités, et l'extrémité exté- rieure peut servir de liaison entre la pompe et un appareil quel- conque dans lequel on désire faire le vide. L'extrémité inférieure dudit tube 17 s'ouvre dans une chambre 640 qui communique direc- tement avec l'élément tubulaire 400 à extrémité ouverte. Ledit élément tubulaire 400, de même que les chambres de condensation
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de vapeurs des éléments de pompes 420 et 440 et l'élément tubu- laire 460, relié à l'orifice d'échappement de la pompe à vapeur, .sont entourés par une chemise d'eau 547 laquelle, cependant, ne communique pas avec la chambre ouverte 640. L'eau peut être introduite dans ladite chambre à travers deux des tubes de support, par exemple 22 et 23.
Après avoir circulé à travers la chambre de condensation supérieure, l'eau peut être évacuée à l'aide du tube 724 et peut circuler à travers le tube 25,26 pour refroidir l'huile dans laquelle baigne la pompe mécanique.
L'air ou autre gaz pénétrant à travers 17, après avoir traversé de haut en bas l'élément tubulaire 400 est admis, à travers l'ouverture 401, dans le premier étage de la pompe à vapeur 420. Il est possible qu'une certaine quantité de vapeur d'huile, provenant de la chambre de la pompe 420, puisse s'é- chapper à travers l'ouverture 401 et remonter jusqu'au tube 17. de refoulement de la vapeur d'huile tend à provoquer un dép8t d'huile sur les éléments d'un tube à vide ou autre appareil soumis à l'évacuation, lorsque la pompe n'est pas en marche.
Une des caractéristiques de la pompe à vapeurs, conforme à des principes de l'invention, tend à réduire dans une très large mesure cet inconvénient.
Etant donné que l'élément tubulaire 400 est entouré par l'eau de refroidissement, la plus grande partie de la vapeur qui s'échappe dans le tube 400 est immédiatement condensée et, par conséquent, éliminée de tout courant d'air. Toutefois, pour réduire encore davantage l'éventualité d'un'refoulement de l'huile, un élément absorbant 641 est prévu devant l'ouverture du tube 17. Ledit élément doit être d'un diamètre suffisant pour couvrir approximativement la moitié de la surface de la chambre d'entrée 640.
Ledit élément d'absorption ou de filtrage comprend un boîtier de préférence en treillis rempli de charbon de bois, qui recouvre entièrement l'extrémité ouverte du tube 400, de sorte
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que toute l'huile s'échappant dudit tube 400 doit traverser tout d'abord le charbon de bois, où 'elle est absorbée et éliminée des gaz. En établissant ledit élément de manière à ce qu'il ne re- couvre qu'environ la moitié de la surface de l'ouverture, on augmente la vitesse de fonctionnement de la pompe, étant donné que les molécules des gaz n'ont pas à traverser l'élément d'ab- sorption suivant des trajets complexes, comme ce serait le cas si l'élément d'absorption recouvrait complètement l'ouverture.
Toutefois, dans le dispositif, pratiquement chaque molécule d'huile ou autre matière de pompage qui est refoulée à travers le tube 400 se heurte au charbon de Dois et est absorbée. Ainsi, le dispositif est aussi efficace au point de vue de la condensa- tion de la vapeur, que s'il recouvrait toute la surface de l'ouverture, cependant que la résistance offerte aux molécules de gaz arrivantes est réduite d'une manière importante.
Intérieurement à l'élément de filtrage à charbon de bois, estprévu un élément chauffant 642. Ledit élément chauffant est de préférence calculé de manière à atteindre une température de 500 C lorsqu'on applique à ses bornes une tension de 20 volts.
Cette température est suffisamment élevée pour dégazer complète- ment le filtre. Des organes sont en outre prévus pour que le potentiel initial appliqué à. l'élément uhauffant soit inférieur à 25 volts, étant donné que si une tension plus élevée était utilisée, il pourrait se produire une ionisation importante susceptible de détruire l'élément chauffant, un a constaté que le filtre à charbon de bois est susceptible d'absorber toutes les vapeurs d'une matière de pompage pour une période d'au moins 34 jours et, selon toute probabilité, il est efficace pendant une période plus longue encore.
A la fin d'une telle période, on peut appliquer un chauffage pour chasser tous les gaz, après quoi le filtre est prêt à fonctionner pour une autre période identique. au cours
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. de cette opération, il n'est pas nécessaire de déconnecter le tube du circuit, mais seulement de le désexciter pendant la pé- riode de dégazage.
Bien qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser ce filtre à charbon de bois avec la pompe dans l'esprit de l'inven- tion, on a constaté qu'une telle utilisation avec la pompe à vide très poussé permet d'obtenir un vide atteignant 10-8 mm de mercure, tandis que sans ledit filtre le vide n'atteint que 10-7 mm de mercure.
L'élément chauffant du charbon de bois nécessite l'emploi d'un manchon de connexion d'entrée. Le retour du cou- rant peut se faire par la paroi du boîtier. Ladite connexion d'entrée peut être faite sans utilisation de scellements métal/ .verre. Elle comprend un bloc d'acier 645 à travers lequel'passe la tige d'entrée comprenant un flasque 647. A la partie infé- rieure du flasque de 645 est placé un disque de mica 648 et au- dessus dudit flasque est placé un autre disque de mica 6490
L'ensemble' est ensuite comprimé de'telle manière que les-bords
644 rabattus vers l'intérieur maintiennent solidement l'assem- blage à disques de mica en position. La partie supérieure dudit dispositif peut être remplie par un vernis convenable et l'en- semble peut être soumis à une cuisson.
On obtient ainsi un scellement hermétique beaucoup plus solide qu'un scellement au verre et pouvant supporter une température considérable.
Pour revenir à la description de la pompe proprement dite, la pompe à vapeur 420 comprend le tube 429 monté à l'in- térieur de la chemise d'eau 547. L'ensemble est de préférence d'acier, toutes les pièces essentielles étant brasées de manière à former un élément d'une seule pièce. Les extrémités ouvertes sont ensuite munies de couvercles ou capsules 421, qui sont de préférence fixés à l'aide d'un joint de soudure 422 du type à gouttière. De tels joints de soudure sont utilisés de préférence
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pour relier ensemble toutes les pièces essentielles de l'appareil étant donné qu'ils forment un scellement efficace et hermétique, et qu'ils peuvent être disjoints par simple chauffage de l'élé- ment à une température suffisante pour faire fondre la soudure.
La gouttière de reienue conserve la soudure fondue, de sorte que le joint peut être aisément reformé.
Pour assurer un scellement plus complet des éléments, ceux-ci sont de préférence revêtus d'un métal tel que le cuivre sur toutes leurs surfaces et l'ensemble est ensuite entièrement étamé. Cette dernière opération sert, non seulement à assurer un scellement étanche au vide, mais encore à prévenir toute oxyda- tion. Toutefois, le cas échéant, l'ensemble du dispositif peut être constitué par une matière résistant à la, corrosion, telle que l'acier chromé.
Un bouilleur 423 est prévu à l'extrémité inférieure du tube 429. Ledit bouilleur est chauffé au moyen d'un élément chauffant 424 qui peut être relié à l'aide des connexions 425 à une source d'alimentation, non représentée. Une tuyère 426 est fixée au bouilleur 423. Autour de ladite tuyère sont prévues plusieurs ailettes 427 formant écrous, soudées par points, ou fixées d'une autre manière à ladite tuyère, et munies de petites perforations 427' qui permettent le retour de l'huile à l'ex- térieur du bouilleur 423 et, de là; à travers des ouvertures convenables 423', à l'inférieur dudit bouilleur.
Les perforations ou ouvertures 427' ménagées dans les ailettes 427, doivent être suffisamment fines pour que l'huile ou autre matière refoulée forme un scellement pratiquement étanche aux gaz, empêchant toute traversée des gaz vers la chaudière.
La tuyère est de préférence en acier inoxydable d'une très forte teneur en chrome, cette matière ayant été trou- vée excellente à cet effet. Un grand nombre de métaux, par exemple le cuivre, offrent une propriété analogue à l'effet
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catalytique qui provoque la décomposition d'une matière de pompage hydrocarburée. En conséquence, il est nécessaire d'éviter l'usage du cuivre ou d'alliages contenant du cuivre dans la construction du bouilleur et de la tuyère. On a constaté que les métaux contenant un fort pourcentage de chrome, exercent un effet utile à cet égard, en ce qu'ils ne présentent aucun effet catalytique et ont, en outre, pour certaines raisons, la propriété de grouper et d'éliminer du liquide du bouilleur, les résidus d'incrustation qui se forment généralement après un usage pro- longé.
C'est pourquoi, lorsqu'on.utilise un tel métal, la matière de pompage reste claire et incolore. L'acier utilisé dans les expériences relatives à l'invention était de l'acier inoxydable comportant 20 % de ferro-chrome. Toutefois, il est évident qu'un écart considérable à partir de ce pourcentage précis peut être toléré, sans diminuer les avantages du métal.
Aucun autre métal ne présente la même propriété. Le verre même, matière assez inerte, n'agit pas de cette manière. L'extraction desdites substances d'incrustation est avantageuse, car elle permet de maintenir le point d'ébullition du liquide dans le bouilleur constant, et non en augmentation constante, comme c'est le cas lorsqu'on laisse s'accumuler lesdits résidus d'in- crustation.
L'orifice d'admission 401 de la pompe à vide poussé 420 est disposé en un point situé au-dessous de l'ouverture de la tuyère 426. Lorsque les huiles du bouilleur 423 sont vapori- sées par le chauffage, les vapeurs sont expulsées dans la chambre 429 et tendent à se condenser dans ladite chambre en raison de l'effet de refroidissement de la chemise d'eau. Le vide qui règne dans la chambre 429 forme un isolement thermique autour de l'élément tubulaire 430 qui constitue une colonne ou tour de fractionnement espacée des parois de la chambre 429.
Ledit-isolement produit un gradient uniforme de température
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dans l'élément 430, la, température étant élevée à l'extrémité inférieure dudit élément et faible à son extrémité supérieure ou de vidage. Les huiles, ayant une pression de vaporisation faible, tendent à se condenser à une température plus élevée que les huiles plus légères à pression de vaporisation plus élevée et sont refoulées vers le bouilleur.
Les autres huiles à plus haute pression tendent à se condenser en des points de la colonne 430 correspondant à leur temperature de condensation, de sorte que seules les plus légères atteignent la partie supé- rieure de la colonne, La condensation desdites huiles plus légères tend à provoquer leur refoulement vers le bouilleur, et lors de leur descente vers une région plus chaude, à absorber la chaleur libérée par les nuiles moins volatiles qui tendent a se vaporiser de nouveau.
Ainsi, la colonne 430 sert de colonne de fractionnement et maintient séparées les huiles de pressions de vaporisation différentes de sorte qu'un gradient de pression en sens inverse du gradient de température est établi. n isolant tnermiquement toute la longueur de la chambre 429, ou en prolongeant la colonne 430 vers le bas jusqu'au voisinage du bouilleur et en refroidissant seulement sa partie supérieure, on peut utiliser aes nuiles hydrocarburées qui sont solides à leur éta,t naturel et dont les pressions de vaporisation sont très faibles, et l'on peut ootenir un vide plus élevé.
Dans la colonne 430, on peut prévoir une série de plateaux étagés 431. Lesdits plateaux servent à recueillir une partie de la condensation qui se forme aux points où ils sont situés, ce qui tend à éviter la diffusion de vapeurs d'huile vers la chambre à vide. Lesdits plateaux ne sont toutefois pas indispensables au fonctionnement de -La pompe.
Comme on peut le constater aisément, le dispositif de la colonne ae fractionnement sert à maintenir les nulles moins volatiles à la partie inférieure de la chambre de pompage et
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les huiles les plus volatiles au sommet de ladite chambre. .étant donné que les huiles plus volatiles ont généralement des pressions de vaporisation plus élevées, la pompe maintient une pression de vaporisation plus faible à la partie inférieure de la chambre adjacente à l'orifice d'entrée à'vide poussé.
En outre, les vapeurs d'huiles plus volatiles conden- sées sur les plateaux supérieurs forment un liquide moins vis- queux que les vapeurs d'huiles plus lourdes et, par conséquent, tendent à entraîner les huiles lourdes ou graisseuses et à les renvoyer vers le bouilleur. Cet effet sert à maintenir en service les huiles à faible pression de vaporisation, de sorte que la pompe maintient une faible pression après une certaine période d'usage ininterrompue.
Les gaz entraînés avec le courant de vapeurs sont, de cette manière, amenés vers l'extrémité supérieure du tube 429 de la pompe 420, puis traversent l'ouverture 430' et descendent dans l'élément tubulaire de jonction 433 d'où ils sont évacués en 434 dans la partie inférieure de la pompe 440 qui constitue une seconde pompe à vapeurs d'huile Cette dernière pompe est munie d'un élément chauffant 444 et d'un bouilleur 443 dont sort une tuyère 446 d'une construction correspondant à celle du dispo- sitif de bouilleur et de tuyère appartenant à l'élément 420. Dans la pompe 440, les gaz sont entraînés vers le haut à travers une colonne de fractionnement comprenant les plateaux 441 par les vapeurs projetées par la tuyère 446, d'une manière analogue à celle décrite relativement à la pompe 420.
A L'extrémité supé- rieure de la pompe 440, les gaz qui ont été entraînés par les vapeurs sont expulsés à travers une ouverture 448 dans la chambre tubulaire 460. Les gaz traversant vers le bas ladite chambre 460 sont encore refroidis, de sorte que toutes les vapeurs d'huile ou d'autre matière contenues dans lesdits gaz tendent à se condenser dans ladite chambre. A l'extrémité inférieure de l'élément tubu- laire 460 est prévu un organe de fermeture 461, comportant une
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ouverture 4b2 adaptée de manière à être obturée par une soupage 463. Ladite soupape ouvre ou zerme le passage du tube 460 dans l'élément en forme de uuvette 464 d'où les gaz s'échappent dans le tube 465 et sont entravés vers l'admission 342 de la pompe mécanique 3.
La soupape 463 est commandée par un mécanisme de liaison de sorte que ladite soupape est fermée chaque fois que la pompe mécanique ne fonctionne pas à la vitesse convenable.
Le mécanisme de liaison comprend un levier 415 relié à l'organe de commande 466 de la, soupape 463 par l'intermédiaire d'un soufflet métallique 4b7. A l'aide de ce dispositif, on obtient un système de commande grâce auquel le scellement peut être convenablement maintenu étanche aux gaz, tout en permettant le mouvement désiré de l'appareil. Le dispositif de commande de la soupape sera décrit d'une manière plus détaillée avec la construction mécanique proprement dite de la pompe et de l'appa- reillage associé.
Dans le dispositif préféré, on a. représenté un organe de protection qui agit lorsque la température de l'eau de refroidissement circulant autour de la pompe à vapeurs atteint une valeur critique. Ledit organe consiste de préférence en un bottier tubulaire 450 en acier ou autre métal fixé à la paroi extérieure de la pompe à vapeurs d'huile. A l'intérieur dudit boîtier tubulaire est disposée une tige 451 d'un métal ayant un coefficient de dilatation différent du métal du boîtier, par exemple d'aluminium, qui est fixé de manière réglable à l'aide d'un dispositif fileté ou autre organe de couplage 452.
La différence de dilatauion entre la tige d'aluminium et le boitier d'acier 450 provoque le fonctionnement de l'interrupteur 453 lorsque la tempéra,ture s'élève trop et ledit interrupteur' coupe l'énergie d'alimentation de l'élément chauffant des Douil- leurs de la pompe à vapeurs d'huile et peut, le cas échéant,
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provoquer en même temps la fermeture d'un autre circuit action- nant une sonnerie d'alarme.
Afin de rendre possible le remplacement ou le retrait de la matière de pompage des chaudières et l'examen de celles-ci sans perturbation du dispositif, des tubes 454 fermés à l'une de leurs extrémités à l'aide d'un bouchon 455, par exemple d'acier, dont prévus. Le dispositif constitué par le tube et le bouchon est incorporé dans la culasse de chacune des pompes à vapeurs, de manière à être accessible d'un point extérieur à la chambre 640. Un joint étanche au vide peut être formé en filetant le bouchon 455 et en le vissant dans le tube 454, un joint métallo- plastique étant prévu, pour la tête de la vis, et la surface intéressée de cette dernière étant cannelée.
La. pompe mécanique 3 est actionnée par un-organe convenable tel qu'un moteur électrique 2, de préférence triphasé, monté directement sur l'arbre 200. Ledit arbre entraîne également le rotor de la pompe mécanique et la soufflerie 201. A l'inté- rieur de cette soufflerie, il est prévu un mécanisme 202 fonc- tionnant par la force centrifuge. Cet appareil à force centri- fuge sert à actionner le levier 203 et les bielles de liaison 204 et 205 pour faire fonctionner la soupape 463. Lorsque le moteur atteint la vitesse d'entraînement convenable, les extré- mités inférieures des éléments 202 s'écartent en raison de la force centrifuge, ce qui abaisse le levier 203, la soupape 463 s'ouvrant et mettant en communication la pompe à vapeurs avec l'entrée de la pompe mécanique.
Pour éviter la pénétration d'huile dans le moteur, le niveau de l'huile est maintenu à un point inférieur au niveau du moteur. @ne protection supplémentaire est assurée à l'aide d'un capot convenable, tel que 205, qui entoure entièrement ledit moteur à l'exception des ouvertures 206 prévues pour assurer la ventilation. A titre de précaution additionnelle contre la pénétration dans le moteur de l'huile dans laquelle
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baigne la pompe mécanique, il est prévu un presse étoupe 207 autour de l'arbre 200 au point où il sort du boîtier 205 et pénètre dans la chambre dans laquelle fonctionne la pompe méca- nique.
.Les gaz sortant de la pompe à vapeurs traversent le tube 465 et sont conduits jusqu'à l'orifice d'admission 341 ménagé dans la plaque de culasse supérieure 340 de la pompe à travers le canai d'admission 342. Un élément tubulaire 343 est relié à la culasse 340 et s'étend vers le bas de l'appareil.
Ledit élément sert à conduire l'huile de lubréfaction au scelle- ment étanche au vide de la pompe 3.
Le second étage ae la pompe mécanique, ou étage à basse pression, comprend le rotor 331 disposé dans le cylindre 330 de la pompe. Ledit rotor 331 est monté excentriquement sur l'arbre 200 de sorte que, lors d'une rotation dudit arbre, l'un des bords dudit rotor entre en contact avec la paroi inté- rieure du cylindre 330, une palette de commande 332 s'étendant intérieurement au cylindre 330 en contact avec le rotor 331. n levier 333 actionné par un ressort est prévu pour maintenir ladite palette en contact permanent avec ledit rotor 331. Ledit rotor 331 est entraîné dans le sens indiqué par la flèche par l'arbre 200, l'orifice d'admission 341 étant disposé en un point immédiatement adjacent à la partie en saillie de la palette 332.
Pour que le rotor ne présente pas un frottement excessif contre la paroi de l'anneau 330 et pour éviter l'usure excessive qui en résulterait, il est préférable de construire ledit rotor sous la forme d'une pièce annulaire 334 comportant une cage à billes intérieure et un élément intérieur 335 effectivement entraîné entre les roulements à billes convenables 336. L'usage de 'cette construction sur roulements.à billes permet un contact par roulement du rotor avec la paroi intérieure et réduit la friction qui résulterait d'un contact par glissement.
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La plaque médiane 320 comporte un,orifice d'échappement 321 pour le second étage de la pompe 3 . Ledit orifice d'échappement sert également d'orifice d'admission pour le premier étage de la pom- pe. Les faces du rotor 331 servent de soupapes d'obturation pour les orifices d'admission et d'échappement lorsque le rotor atteint la po- sition convenant à l'ouverture et à la fermeture desdits orifices et la palette 332 maintient séparées les sections d'admission et d'échap- pement de la pompe.
Les gaz, sortant de l'orifice 341, sont comprimés par le ro- tor 331'lorsque celui-ci tourne après la fermeture dudit orifice.
Lorsque la compression atteint une valeur maximum, la face intérieure du rotor 331 se déplace et prend une position telle qu'elle provoque l'ouverture de l'orifice d'échappement 321 et que les gaz sont expul- sés sous pression dans l'étage suivant de la pompe.
Le premier étage de la pompe contenu dans l'anneau 310 com- prend un rotor 311 d'une construction identique à celle du rotor 331, mais décalé sur l'arbre 200 de 180 par rapport audit rotor 331. Une palette 312 est prévue contre laquelle le levier 313 est pressé par un ressort 323 . Etant donné que les rotors 311 et 331 sont décalés de 180 l'un par rapport à l'autre, un ressort unique 323 sert à commander les deux leviers 333 et 313 . De même, étant donné que les palettes 332 et 312 se déplacent en sens inverse l'une de l'autre, de sorte que la palette 332 est déprimée au maximum, au moment où l'autre palette 312 est à sa position la plus extérieure, le ressort 323 ne subit qu'une très faible déformation au cours du fonctionne- ment de la pompe.
En conséquence, ladite pompe peut fonctionner à des vitesses relativement grandes sans provoquer la fatigue dudit ressort. C'est.pourquoi, le dispositif dans lequel les rotors sont décalés de 180 augmente la durée d'usage du mécanisme à ressort. De même, en montant les rotors avec un décalage de 180 , on obtient un équilibre plus précis'des forces de rotation sur l'arbre et, par con- séquent, on peut atteindre des vitesses plus grandes sans provoquer une vibration excessive.
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L'orifice d'échappement du premier étage de la pompe rotative 3 est représenté en 301. Ledit orifice conduit, à travers une ouver- ture convenable, de l'élément 300 à l'extrémité inférieure du tube d'échappement des gaz 302. Ledit tube d'échappement est disposé de telle manière qu'il s'étende verticalement vers le haut à travers l'huile contenue dans le réservoir de la pompe mais qu'il se termine à son extrémité ouverte au-dessous du niveau de l'huile. De cette ma- nière, les gaz expulsés de la pompe traversent verticalement de bas en haut le tube 302 jusqu'à, un point voisin de la surface de l'huile avant de s'échapper.
En établissant le tube 302 de telle manière que les gaz s'échappent en un point proche de la surface de l'huile, la formation de bulles et la dissolution de gaz dans l'huile sont ré- duites au minimum. Toutefois, l'évacuation se produit en vertu de la pression de l'huile, de sorte que l'air ne peut pénétrer à nouveau dans la pompe à travers le tube d'échappement.
Etant donné que lorsque la pompe fonctionne, la pression de l'air dans les chambres de ladite pompe est considérablement inférieure à la pression atmosphérique, il pourrait se faire que lorsque la, pompe est arrêtée, l'huile à la pression atmosphérique pénètre dans le cy- lindre de la pompe à grande vitesse. Pour éviter la pénétration d'huile sous pression élevée dans la pompe, il est prévu un mécanis- me de soupape comprenant une petite pièce de fibre maintenue en posi- tion par la, vis 303 indiquée dans le cylindre en pointillé de la fi- gure 3, de sorte que le passage de l'orifice d'échappement 301 vers l'huile tend à se fermer complètement aussitôt qu'une pression s'exer- ce tendant à faire pénétrer l'huile dans la, pompe.
La,dite soupape peut laisser entrer de l'huile lentement dans la pompe au cours de longues périodes d'inutilisation mais ne permet pas l'injection d'huile sous pression susceptible de remplir rapidement la pompe.
Un mécanisme de soupape relié avec l'orifice 321 est prévu. Ladite soupape
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comporte un élément, tel qu'une bille 322, maintenu en position au moyen d'un ressort 323 de manière à obturer une ouverture latérale de l'orifice 321. Ledit ressort 323 est suffisamment rigide pour qu'un scellement normalement hermétique soit main- tenu en 322. Toutefois, sous les pressions excessives produites lors du démarrage de la pompe lorsqu'elle est pleine d'huile, ledit ressort est comprimé et permet l'échappement de l'huile à travers l'ouverture 324 dans le réservoir d'huile. De cette manière, lors du démarrage de la pompe, l'huile est tout d'abord' expulsée du cylindre à travers,la soupape 322, après quoi la pompe fonctionne pour faire traverser aux gaz les différents étages et les expulser à travers le tube 302.
La description ci-dessus a été faite jusqu'ici en considérant la réalisation préférée de l'invention représentée aux figures 1, 2 et 3. Toutefois, il est évident que ladite description ne constitue qu'un exemple d'un dispositif préféré de l'appareil, et que des modifications peuvent être faites dans l'esprit de l'invention. Par exemple, un seul étage de pompe à vapeurs peut être prévu, si l'on considère qu'on peut obtenir avec ce seul étage, un vide suffisant. En outre, la pompe à vapeurs peut prendre un grand nombre de formes diffé- rentes sans s'écarter de l'esprit de l'invention. On.peut construire la colonne de fractionnement de plusieurs manières différentes en gardant présente à l'esprit l'importance du maintien d'un gradient de température convenable.
Selon certains principes de l'invention, les pompes à vapeurs sont construites de telle manière que les gaz absorbés et les particules légères sont éliminés de la matière de pompage.
Dans l'utilisation de pompes à vapeurs avec des huiles.hydro- carburées, lorsque lesdites huiles sont polluées par les gaz absorbés, la pression, bien que correcte à l'origine, peut s'é- lever à une valeur atteignant de 10 à 100 fois la pression
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établie primitivement. En outre, il se produit une absorption de vapeurs et de gaz qui entrent en contact avec le liquide original dans la chambre de condensation et lesdits gaz, après avoir été refoulés dans le bouilleur, sont éjectés avec le courant de vapeurs, ce qui se traduit par une augmentation de la pression et une diminution du rendement de la pompe. ce dernier effet dépend de la nature et du volume des gaz pompés et du degré du vide ultérieur que la, pompe doit réaliser.
On a constaté qu'en établissant un dispositif de iractionnement en remplacement de, ou en addition à la. chambre de condensation normale, ce qui soume continuellement les vapeurs condensées à un reflux, à un lavage et à une nouvelle évaporation et en prévoyant, d'autre part, une large surface sur laquelle ce fractionnement peut avoir lieu, l'élimination des gaz, des va- peurs, et des résidus légers absorbés en raison de la décompo- . sition des huiles, est extrêmement importante.
En outre, cette efficacité est maintenue à un degré élevé pendent de longues périodes de fonctionnement ininterrompu, par exemple plusieurs mois, ce qui permet aux éléments ayant les plus faibles pressions de vaporisation d'intervenir dans le pompage, pour l'établisse- ment du vide le plus poussé.
un a constaté également que lorsqu'il est construit dans ce but, l'appareil permet d'utiliser des hydrocarbures qui se présentent habituellement à l'état solide à la température ambiante, à une pression de vaporisation plus faible qu'anté- rieurement. Les essais antérieurs pour utiliser ces hydrocarbures solides avaient pour résultat une condensation de matière sur différentes pièces de l'appareil, le dépôt restant et s'accumulant jusqu'à ce qu'il obture entièrement le tube qui doit être traversé ' par'les gaz d'échappement, ou encore jusqu'à ce que le bouilleur soit entièrement vidé de la matière de pompage.
En utilisant une colonne de fractionnement pour la condensation, comme décrit
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ci-dessus, on peut utiliser dans le bouilleur un mélange d'hydrocarbures solides et liquides ayant des pressions de vapo- risation plus élevées. Au cours'du fonctionnement, les molécules composantes liquides ou visqueuses sont séparées des molécules solides, les premières se concentrant dans la moitié supérieure ou froide de la colonne.
Toutes molécules composantes solides susceptibles de se condenser à l'extrémité froide de la colonne et par conséquent de s'y accumuler, sont entraînées et dissoutes à nouveau par le reflux de l'huile condensée. En outre, toute partie de l'huile condensée tendant à retourner vers la chaudière est à nouveau évaporée par la chaleur de condensation de la composante visqueuse dans la partie inférieure ou chaude de la colonne. De cette ma- nière, l'effet de pompage est sensiblement le même que si l'on utilisait exclusivement¯les composantes solides ou les composantes visqueuses, et l'engorgement et la perte de matière sont sensible- ment les mêmes que si l'on utilisait exclusivement des composantes liquides.
Quelques réalisations supplémentaires de pompes à vapeurs utilisant certains principes de l'invention sont repré- sentées aux figures 4 à 7. Les dites réalisations comprennent en général une colonne de condensation ou de fractionnement, qui peut être isolée thermiquement suivant toute sa longueur sauf à l'extrémité éloignée de la tuyère à vapeurs, de sorte qu'elle peut être chauffée sur toute sa longueur par la chaleur latente de condensation de la matière de pompage. La colonne elle-même dissipe de la chaleur sur toute sa longueur par radiation et par conduction longitudinale vers l'extrémité éloignée ou froide.
Ainsi, un gradient de température est maintenu le long de la colonne allant de la température d'ébullition à l'extrémité la plus élevée, jusqu'à la température ambiante ou température de l'eau de refroidissement à son autre extrémité.
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D'après la figure 4, le bouilleur 41 est prévu à l'extrémité inférieure de la colonne de condensation 43. La tuyère 42 dudit bouilleur s'étend dans la colonne 43 dans la- quelle sont prévus plusieurs plateaux étagés de fractionnement 44. Autour de l'extrémité supérieure de ladite colonne 43 est disposée une chemise d'eau de refroidissement 45. Immédiatement au-dessous de ladite chemise se trouve l'orifice d'aspiration 46. Dans ce dispositif, les gaz provenant de l'appareil vidé rorment une chemise isolante autour de la colonne 43. Lesdits gaz pénètrent dans ladite colonne en un point situé immédiatement au-dessous de la tuyère 42 et sont entraînés par les vapeurs vers l'extrémité supérieure de la colonne, d'où ils sont évacués par l'ouverture 47 vers l'air extérieur ou vers un autre étage de la, pompe.
La figure 5 représente une variante du montage du dispositif de fractionnement. Au lieu d'utiliser les gaz aspirés comme isolement pour la colonne 43, comme à la figure 4, on emploie une matière isolante de grande qualité 57, disposée autour de ladite colonne. Les gaz pénètrent dans l'appareil à travers le tube d'admission 46 et sont expulsés en 47, comme dans la figure 4.
A la figure 6, il est représenté une autre variante très analogue au type de colonne de fractionnement décrit aux figures 1 et 2. Toutefois, au lieu d'être entièrement entourée par de l'eau de refroidissement, comme à la figure 2, la colonne 43 comporte des parois creuses à travers lesquelles circule l'eau de refroidissement. Lesdites parois creuses servent à projeter les gaz arrivant à travers l'orifice d'admission 46 vers le bas de manière à les faire pénétrer dans la chambre de condensation en un point situé au-dessous de l'ouverture de la tuyère 42. a figure 7 représente une modification supplémentaire
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qui permet une plus grande vitesse de pompage mais dans la- quelle, cependant, on ne peut utiliser facilement des cires ou des matières de pompage solides.
La tuyère 42 se projette vers le haut. -au-dessus de ladite tuyère un écran 51 refoule les vapeurs vers le bas. Ce mouvement des vapeurs entraîne vers le bas les gaz arrivant à travers le tube d'admission 46.
Lesdits gaz et lesdites vapeurs passent autour des parois extérieures 52de la colonne 43. Les parois de ladite colonne sont creuses et sont utilisées pour conduire l'eau de refroi- dissement. Ledit refroidissement assure la condensation des vapeurs en un point proche de l'extrémité inférieure de la colonne et une très petite quantité desdites vapeurs s'élève au-dessus des plaques 53 disposées à l'extrémité supérieure du bouilleur. Toutefois, les gaz s'échappent à travers le tube 47 prévu sur le côté de la colonne, A l'extrémité inférieure, les produits très volatils pénètrent dans la chambre extérieure 54 autour de la chaudière et servent comme second étage de la pomp.e, les écrans 53 constituant la tuyère dudit second étage.
C'est seulement dans ce dernier étage de la pompe que la tour de fractionnement proprement dite est utilisée. Les proauits très volatils provenant de la chaudière 41 atteignent seuls la partie 54 et, par conséquent, servent seuls au fonctionnement du second étage de la pompe. Toutefois, il est évident qu'étant donné que, dans cette modification, il n'y a ni reflux ni lavage des huiles lourdes par les huiles légères, le dispositif n'est pas satis- faisant quant à l'emploi de cires ou autres matières solides.
Bien que dans les différentes réalisations de l'in- vention décrites ci-dessus on ait représenté des cuvettes ou réservoirs déterminés pour les différentes huiles dans la colonne de fractionnement, on comprendra que si la chambre de condensation est assez large, l'humidification des parois de la chambre par l'huile peut constituer une élimination et un emmagasinement
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suffisant de l'huile, de sorte que lesdites parois tiennent lieu de réservoirs.
Sur les figures 8 à 13, on. a représenté quelques autres formes de colonnes de fractionnement, qui peuvent être utilisées dans l'appareil à vide poussé conforme à certaines caractéristiques de l'invention. Chacune de ces représentations sert d'exemple de systèmes convenant à un fonctionnement à grande vitesse. Elles sont toutes de conception relativement simple. rour éviter la confusion, les mêmes chiffres de référence sont utilisés lorsque c'est possible, pour désigner les parties identiques de l'appareil déjà représentées aux figures 4 à 7.
A la figure 8, la chaudière 41 comporte une longue tuyère 42 et un écran de rabattement convenable 51. Une matière isolante appropriée entoure la partie inférieure du bouilleur, comme indiqué en 60. l'orifice de sortie de la pompe vers les étages suivants est indiqué en 47 et l'orifice d'aspiration en 46.
Plusieurs plateaux étagés pour la colonne de fractionnement sont représentés en 44. Ce dispositif établit effectivement une pompe à deux étages dans laquelle l'étage principal à haute pression, constitue la colonne de fractionnement reliée avec un réservoir d'huile qui peut être maintenu séparé du bouilleur principal 41.
La figure 9 représente un dispositif analogue, dans lequel l'étage à vide peu poussé 47 est relié directement avec le dispositif secondaire de fractionnement et d'evaporation. Les gaz arrivant en 46 sont déviés vers le bas à travers l'espace annulaire et sont amenés jusque dans ladite chambre de fraction- nement. Les gaz qui s'élèvent entraînent l'air sur toute la largeur du dispositif, lequel air peut s'échapper par le tube 47.
La dispositif relatif à la figure 10 est un peu analogue à celui de la figure 9. Tou-cefois, dans le dispositif de la figure 10, l'air est dévié vers le haut en même temps que les gaz jusqu'aux organes 42' de la colonne aiinulaire. Le gradient
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de température désiré est obtenu à l'aide de dispositifs d'iso- lement convenables entourant la colonne annulaire 42'.
La figure 11 représente un dispositif de principe très simple dans lequel le bouilleur et la colonne de fractionne- ment sont situés pratiquement au même niveau. La sortie de l'étage à vide peu poussé s'effectue par le bord de,la colonne de fractionnement en 47, ce qui représente une très grande simplification dudit dispositif.
A la figure 12, il est représenté un dispositif analogue à celui de la figure 11, dans lequel le gradient de température est obtenu en rendant la plaque de base plus épaisse à son centre et plus mince sur ses bords, de sorte que le gradient de température recherché est produit par la forme de l'élément lui-même.
La figure 13 représente un système de fractionnement à deux étages. Dans ce dispositif, les vapeurs sont tout d'abord déviées de manière à s'élever à travers la colonne de fractionne- ment 60. Les gaz et les vapeurs plus légères sont ensuite déviés dans la partie en forme de cuvette 61 de sorte que l'huile en excès peut être ramenée vers la partie extérieure du bouilleur 41.
Les gaz traversent cette seconde chambre et sont expulsés par l'orifice d'échappement 47.
L'invention est, bien entendu, susceptible de nom- breuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans s'écarter de l'esprit de l'in- vention.