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POMPE ROTATIVE PERFECTIONNEE.
La présente invention a trait aux transmissions d'énergie et est particulièrement applicable aux transmissions du type comprenant deux ou plusieurs dispositifs transmetteurs d'énergie à fluide sous pression dont l'un peut fonctionner comme pompe et un autre comme moteur à fluide.
Elle concerne de façon générale les pompes à fluide rotatives et, en particulier, celles du type à palettes.
Une des difficultés principales éprouvées dans la construction des pompes rotatives est celle de l'établissement et du maintien d'un jeu convenable entre les faces du rotor et les surfaces près desquelles elles tournent. Il faut un certain jeu pour assurer la liberté de mouvement du rotor, mais il ne faut pas que ce jeu soit trop grand parce qu'il en résul- terait une diminution du rendement volumétrique de la pompeo Lorsque les surfaces de butée sont stationnaires, les tolérances d'usinage des pièces doivent être très faibles et, en dépit de faibles tolérances, les fuites aug- mentent avec la pression du fluide et avec les variations de sa viscosité.
Un procédé permettant d'établir et maintenir les jeux convena- bles des rotors de pompe consiste à prévoir une plaque flottante et à tirer parti de la poussée qu'exerce sur cette plaque le fluide sous pression en provenance de l'échappement de la pompe pour régler le jeu entre le rotor et ses portées. Ceci élève dans une certaine mesure le prix de revient de la pompe du fait de la dépense qu'entraîne l'aménagement de lumières et pas- sages coopérants compliqués dans le carter de la pompe. Dans de nombreux cas, le fait que la plaque flottante est montée sur l'arbre oblige à avoir recours à des moyens distincts pour vaincre le frottement qui tend à empêcher le fonc- tionnement convenable du coussinet.
L'invention se propose de réaliser une pompe à fluide rotative simplifiée et perfectionnée, dans laquelle les jeux convenables du rotor sont établis et maintenus par une plaque flottante commandée par la pres- sion du fluide.
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L'invention se propose en outre de réaliser une pompe rotative à palettes perfectionnée, simplifiée et de faible prix de revient. Ces buts sont atteints sans sacrifier au rendement, en conservant les éléments fonda- mentaux des pompes bien connus et en combinant avec ces éléments un chapeau ou plateau d'extrémité qui coopère avec un carter simplifié pour réduire le nombre total des pièces jusqu'ici nécessaires. Ce plateau présente un évide- ment ouvert qui, après montage du dit plateau contre l'unité de pompage, est fermé par celle-ci et forme ainsi une chambre de refoulement du fluide qui est directement attenante aux éléments de pompage et dans laquelle la plaque flottante peut être montée.
Une caractéristique avantageuse de la pompe réside dans le fait que les conduits d'admission se trouvent complètement d'un des côtés du ro- tor de l'unité et que le conduit d'échappement se'trouve complètement de l'au- tre côté dudit rotor. Les conduits d'admission aboutissent directement au cö- té aspiration des éléments de pompage, alors que le conduit d'échappement communique avec la chambre à refoulement du fluide. La plaque flottante est percée de lumières qui jouent un double rôle, en ce sens qu'elles constituent des lumières de distribution du fluide reliant le côté de refoulement de l'u- nité de pompage à l'échappement et qu'elles conduisent aussi à l'intérieur de la chambre de refoulement du fluide sous pression qui est utilisé pour maintenir la plaque flottante appliquée sur le rotor en constituant un joint étanche au fluide.
Une autre caractéristique importante de la pompe réside dans le fait que l'arbre de commande est monté dans le carter complètement d'un seul côté du rotor, ce qui évite la nécessité d'aménager pour le montage de l'ar- bre plusieurs alésages qui doivent être concentriques et strictement alignés axialement. Des roulements combinés radiaux et de butée, convenablement es- pacés, sont disposés dans le carter à l'intérieur duquel l'arbre est monté, de façon à mettre ce dernier à même de résister aux poussées axiales et aux efforts radiaux exercés par les engrenages, transmissions à chaîne et autres mécanismes divers d'entraînement.
Une des caractéristiques les plus importantes de la présente pom- pe réside dans l'utilisation d'une plaque flottante d'un genre nouveau pour établir et maintenir le jeu convenable du rotor. Cette plaque est pleine en son centre et sa périphérie est maintenue contre une portion d'une came an- nulaire à l'intérieur de laquelle est monté le rotor, dont l'épaisseur est légèrement inférieure à celle de la came afin de ménager un jeu entre le ro- tor et la plaque flottante. La totalité de la surface opposée de la plaque est soumise à la pression du fluide sous pression de la chambre de refoule- ment. Cette plaque est faite d'une matière telle et est établie de telle sor- te qu'elle puisse fléchir légèrement vers le rotor sous l'influence d'un accroissement de la pression dans la chambre de refoulement.
La courbe de flexion de la dite plaque et son amplitude ou flèche peuvent être réglées par le module d'élasticité de la matière choisie, en choisissant pour la pla- que l'épaisseur et la forme propres à donner le résultat désiré. De cette manière, outre qu'il est possible de prévoir initialement une tolérance tenant compte de l'usure, le rendement volumétrique de la pompe peut être maintenu entre les limites d'une très large échelle de pression.
Il s'ensuit qu'un autre but de l'invention est d'établir une structure du type sus-mentionné qui soit simplifiée et de faible prix de re- vient et qui possède certains avantages contribuant à l'efficacité, à la sé- curité et à la durée de la pompe, ainsi qu'à sa facilité d'entretien.
D'autres buts et avantages de la présente invention seront mis en évidence au cours de la description donnée ci-après, en se référant aux dessins annexés qui représentent une forme de'réalisation préférée de cette invention. Sur ces dessins
Figure 1 est une coupe verticale de cette forme de réalisation préférée de l'invention, la coupe étant prise par la ligne 1-1 de figure 3,
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Figure 2 en est une vue en plan,
Figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de figure 1,
Figure 4 est une coupe partielle de figure 1, représentant le jeu du rotor d'une façon exagérée,
Figure 5 est une vue semblable à la figure 4, mais représentant le même jeu du rotor après flexion de la plaque flottante.
Figure 6 est une coupe par la ligne 6-6 de figure 1,
Figure 7 est une coupe par la ligne 7-7 de figure 1.
On a représenté à la figure 1 une pompe à ailettes rotative 10 comprenant une unité de pompage, désignée de façon générale par 12, montée entre un carter d'admission 14 et un chapeau ou plateau d'extrémité 16.
L'unité de pompage 12 comprend une came annulaire 18 à l'inté- rieur de laquelle est monté., comme représenté à la figure 6, un rotor 20 dépourvu de moyeu et portant des palettes 22 qui coulissent dans des fentes 24 et dont les extrémités sont maintenues appliquées par la.pression du flui- de contre la surface intérieure ovale 26 de la came annulaire 18, laquelle surface constitue un chemin de glissement pour les palettes. Entre le rotor 20 monté dans la came annulaire 18 et la surface intérieure 26 de cette came sont constituées deux chambres de travail opposées 28 et 30,à travers les- quelles passent les palettes pendant la rotation du rotor.
Ces chambres peu- vent être convenablement divisées en des zones d'aspiration du fluide et en des zones de refoulement du fluide, les premières comprenant celle des por- tions des chambres 28 et 30 qui coïncide avec des lumières d'admission 32 du carter, et les secondes comprenant celle des portions de ces chambres qui coïncide avec des lumières ou ouvertures d'échappement 34 pratiquées dans une plaque 36. (figure 7) montée de façon à pouvoir flotter dans le chapeau ou plateau d'extrémité 16, Comme on le voit à la figure 1, le rotor 20 est entraîné par un arbre 38 qui est supporté de façon rotative uniquement à l'in- térieur du carter d'admission 14 à l'aide de deux roulements 40 et 42 espa- cés l'un de l'autre et qui s'opposent à la fois aux poussées radiales et axiales.
La pompe est équilibrée hydrauliquement en raison du fait que les charges de portée imposées sont contrebalancées et annulées par des charges hydrauliques radiales de poussée égales et opposées. L'arbre 38 est accouplé mécaniquement avec le rotor 30 par un assemblage à cannelures, indiqué en 44.
Les nervures de l'arbre s'ajustent à l'intérieur des rainures du rotor, et inversement, avec un jeu extrêmement réduit, de sorte que l'arbre se compor- te comme un dispositif de centrale radial du rotor, tout en laissant à ce dernier une légère liberté de mouvement lui permettant de reposer à plat con- tre la face du carter 14, alors même qu'il ne serait pas dans un plan exac- tement perpendiculaire à l'arbre.
Le carter 14 est pourvu d'une tubulure d'admission extérieure 46 dont le conduit 48 communique directement avec les lumières d'admission 32, lesquelles coïncident elles-mêmes avec les portions des chambres de travail 28 et.30, qu'on a appelées "zones d'aspiration du fluide". Un jointà huile, désigné de façon générale par 50,est prévu pour empêcher les fuites autour de l'arbre.
Le chapeau ou plateau d'extrémité 16 est pourvu d'une tubulure d'échappement extérieure 2 qui communique directement avec un évidement ou- vert du. dit plateau, désigné de façon générale par 54 et qui. est fermé par la came annulaire 18 et par le rotor 20 de façon à constituer une chambre de refoulement du fluide. Ce plateau 16 et le carter 14 présentent des surfaces extrêmes plates destinées à coopérer avec les surfaces complémentaires oppo- sées de l'unité de pompage 12. Comme on le voit à la figure 2, le carter 14 et le plateau 16 sont fixés à la came annulaire 18 et l'un à l'autre par des vis convenables 56.
La plaque flottante 36 est empêchée de tourner par deux chevil- les 8 qui sont insérées à travers la dite plaque, traversent la came annu- laire 18 et pénètrent dans le carter 14. Ces chevilles ont aussi pour rôle
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de constituer un dispositif d'alignement précis pour modifier les positions relatives des éléments de pompage quand on renverse le sens de rotation de l'arbre. Les lumières ou ouvertures de sortie 34 de la plaque flottante 36 traversent complètement cette plaque, et comme ils coïncident d'un côté de plaque avec les zones de refoulement du fluide des chambres de travail 28 et 30, le fluide pompé est directement refoulé à travers lesdites ouvertures dans la chambre 54 du refoulement du fluide.
La plaque flottante 36 est destinée à être maintenue appliquée selon un joint étanche au fluide contre une portion de la came annulaire 18 et contre le rotor 20 sous l'action du fluide sous pression contenu dans la chambre de refoulement 54. Il s'ensuit que les lumières 34 de cette plaque 36 jouent un double rôle. Elles font communiquer directement le côté de re- foulement de la pompe avec la chambre 54, qui est elle-même reliée à la tu- bulure d'échappement ou de refoulement extérieure 52. De cette manière, el- les se comportent d'une part à la façon de lumières de distribution de flui- de refoulé et, d'autre part, elles alimentent la chambre 54 en fluide sous pression pour maintenir la plaque flottante appliquée contre l'unité de pom- page.
Un ressort 60 sollicite la plaque flottante 36.vers et contre la pla- que annulaire 18 et le rotor 20 pendant les périodes d'arrêt ou de mise en marche.
Du fluide sous pression provenant du côté du refoulement de la pompe est conduit à une rainure 62 du rotor 20 par une série de trous 64 tra- versant la plaque flottante 36/. Les fentes 24 du rotor 20 dans lesquelles cou- lissent les palettes, et dont le fond est arrondi comme indiqué en 66, commu- niquent avec la rainure 62. De cette manière, du fluide sous pression en pro- venance de la chambre de refoulement 54 traverse les trous 64 de la plaque flottante et est admis dans la rainure 62 du rotor et à l'extrémité intérieu- re ou fond des fentes 24, ce qui a pour effet de maintenir les extrémités extérieures des palettes 22,.on contact avec la surface intérieure ou chemin de glissement 26 de la came annulaire 18.
Une bride d'admission 68 et une bride d'échappement 70 peuvent convenablement être fixées au carter 2,4 et au plateau d'extrémité 16, respec- tivement.
Des joints à huile convenables 72 et 74 sont prévus dans le car- ter 14 et le plateau 16, de part et d'autre de la came annulaire 18, pour con- tribuer à séparer l'un de l'autre de façon étanche le côté du refoulement et le côté d'admission de la pompe et à empêcher les suintements.
Le carter d'admission 14 présente une surface d'extrémité plate, désignée par 76, se comportant comme une paroi d'extrémité destinée à coopé- rer avec les surfaces complémentaires plates de la came annulaire 18 et du rotor 20. Le plateau 16 est aussi pourvu d'une surface plate, indiquée en 78, qui entoure les bords de l'évidement ouvert du dit plateau et coopère avec les surfaces complémentaires plates opposées de la came annulaire 18 et du rotor 20. La plaque flottante 36 est établie de façon à s'ajuster exactement à l'intérieur de la chambre de refoulement 54, de manière à empêcher les fui- tes en coopérant avec le joint 74.
La totalité de la surface de la plaque flottante qui est opposée à celle tournée vers la came annulaire 18 et le rotor 20 et qui est désignée par 80 est exposée à la pression du fluide refoulé contenu dans la chambre 54, afin que cette plaque soit maintenue en contact étanche au fluide avec la came annulaire et le rotor. Le jeu de travail qu'il est nécessaire de pré- voir entre le rotor 20 et la surface 82 de la plaque flottante 36 tournée vers le rotor 20. est assuré par une différence d'épaisseur entre la came annulaire et le rotor. Le degré de jeu dépend de la construction de la pla- que flottante et de la matière dont elle est faite, mais il est de l'ordre de quelques centièmes de millimètre.
Il y a lieu de noter que le seul sup- port qui empêche la plaque flottante de se déplacer vers la droite est celui constitué par la portion de la came annulaire 18 contre laquelle le bord pé- riphérique de la dite plaque est poussé par le fluide sous pression contenu
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dans la chambre 54. La portion restante de la plaque flottante est entière- ment libre de tout support tendant à l'empêcher de se déplacer axialement vers la droite, en raison du jeu prévu entre cette plaque et le rotor, un tel jeu ayant été représenté d'une façon très exagérée à la figure 4.
La plaque flottante 36 est faite d'une matière telle que la fonte de fer, un alliage d'aluminium ou le bronze, et sa portion non supportée est destinée à fléchir dans une mesure prédéterminée, qui est fonction de la pression régnant sur le côté du refoulement de l'unité de pompage;, On peut régler exactement la ligne de flexion et l'amplitude de la flexion par le choix de la forme et de l'épaisseur de la plaque, en tenant compte du type de matière dont est faite la plaque, ainsi que des dimensions de la pompe et des pressions auxquelles elle est soumise.
Le module d'élasticité de différentes matières, telles que la fonte de fer qu'on utilise de préférence pour la plaque flottante de la présente invention en raison de son prix peu élevé, est connu et on peut dé- terminer la courbe et l'amplitude de la flexion en construisant la plaque de manière à satisfaire aux besoins de tout cas particulier. Ainsi, l'épaisseur de la plaque est déterminée jusqu'à un certain point par le jeu initial pré- vu entre le rotor et la plaque. Plus le jeu est grand et plus l'épaisseur de la plaque devra être réduite pour se prêter à une flexion plus grande.
On peut régler le rendement volumétrique de la pompe en détermi- nant l'épaisseur de la plaque par rapport au jeu. Ainsi, le rendement volu- métrique de pompes travaillant entre les limites d'une large échelle de pres- sion peut être maintenu sensiblement constant si l'on augmente légèrement le jeu du rotor et utilise une plaque un peu plus mince. La figure 5 repré- sente la flexion à 'laquelle la plaque flottante 36 a été soumise sous l'effet d'un accroissement de la pression de travail, le jeu du rotor ayant été for- tement exagéré pour la clarté du dessin.
Lorsqu'on envisage d'inverser le sens de rotationde l'arbre de commande 38, on retourne bout pour bout la came annulaire 12 et le rotor 18 portant les ailettes 22, afin que les trous à vis 82', 84, 86 et 88 de la came annulaire 18 qui coïncidaient initialement avec les trous à vis 90, 92.
94 et 96. respectivement, du carter 14, coïncident respectivement avec'les trous 92. 90, 96 et 94 de ce carter. Les chevilles 58, qui sont situées sur le diamètre faisant un angle de 45 degrés avec les axes de l'ellipse de la came, assurent l'alignement précis des éléments de pompage, afin que les ouvertures -d'admission 32 du carter et les lumières de refoulement 34 de la plaque flottante coïncident, respectivement, avec les zones d'aspiration du fluide et les zones de refoulement du fluide des chambres de pompage 28 et 30, Ces chevilles empêchent aussi qu'il se produise des erreurs lors du nouveau montage rendu nécessaire par le renversement du sens de rotation de l'arbre.
Toutefois, ces chevilles ne sont pas essentielles pour empêcher les erreurs susceptibles de se produire lors d'un changement de montage, si l'on adopte une autre forme de construction qui a été représentée par des lignes de traits discontinus à la figure 6. Lorsque les lignes reliant les centres des trous 82', 84, 86 et 88 forment un carré, il est préférable de faire usage des chevilles pour éviter les risques d'erreur occasionnées par le nouveau montage effectué en vue d'inverser la rotation et qui provoque- raient un déplacement incorrect du grand axe de l'ouverture ovale 26 de la came annulaire.
Toutefois, lorsque'les emplacements des trous de la came an- nulaire, du carter et du plateau d'extrémité sont situés au sommet d'un rec- tangle, comme le montrent les lignes de traits discontinus indiquées à la fi- gure 6, les vis 56 jouent un double rôle, en ce sens qu'elles servent non seu- lement à assembler le carter, la came et le plateau, mais aussi à empêcher les erreurs susceptibles de se produire lors d'un changement de montage. De même, les vis peuvent être situées aux sommets d'un carré si l'on donne au profil de la came, du carter et du plateau la forme d'un rectangle, comme le montrent les lignes de traits discontinus à. la figure 6, afin d'éviter de telles erreurs.
L'essentiel est que les moyens d'alignement (chevilles, vis ou profils des organes) soient disposés symétriquement de part et d'autre d'un diamètre faisant un angle de 45 degrés avec les axes de l'ellipse de la came.
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Lorsque la pompe fonctionne, elle aspire du fluide provenant d'u- ne source d'alimentation convenable de façon que ce fluide pénètre dans la tubulure d'admission 46 et le conduit 48, qui le délivre, par les lumières d'admission 32 aux zones d'aspiration du fluide des chambres de travail 28 et 30. Lorsque le rotor tourne, ses palettes transportent le fluide à l'in- térieur des chambres de travail et l'amènent aux zones de refoulement du flui- de des dites chambres, d'où il est transféré par les lumières de refoulement 34 de la plaque flottante à la chambre de refoulement refoulé 54 et, de là, à la tubulure d'échappement 52.
La totalité de la surface 80 de la plaque flottante 36 est expo- sée au fluide sous pression contenu dans la chambre 54 afin d'assurer le jeu convenable du rotor.
Comme cela est représenté d'une façon exagérée à la figure 4, le pourtour de la plaque flottante 36 est maintenu appliqué avec un contact étan- che au fluide contre une portion de la came annulaire 18. Aux basses pressions, le jeu initial du rotor ne varie pas. Toutefois, à mesure que la pression ré- gnant dans la tubulure d'échappement 52 augmente, les pressions accrues cor- respondantes, qui règnent dans la chambre 54 et agissent sur la surface non supportée 80 de la plaque flottante 36 provoquent une flexion de cette plaque vers le rotor, comme on le voit à la figure 5, et diminuent ainsi le jeu du rotor.
Comme la surface 80 est exposée sur toute son étendue à la pres- sion régnant dans la chambre 54, alors que la surface tournée vers le rotor est exposée non seulement à cette pression, mais aussi à la pression d'ad- mission, il s'établit entre les forces une différence qui est en faveur de celle agissant sur la surface 80 A mesure que la pression du fluide que con- tient la chambre 54 augmente, la flexion de la plaque flottante augmente de manière à diminuer encore le jeu du rotor et à maintenir constant le rende- ment volumétrique de la pompe.
L'invention offre ainsi une pompe à ailettes qui est non seule- ment plus efficace que les pompes antérieures du même type, mais dont le prix de revient est considérablement réduit. La construction adoptée évite la né- cessité de prévoir des plaques d'appui de part et d'autre du rotor. Elle é- vite aussi la nécessité de monter la plaque flottante sur l'arbre ou de pré- voir, pour le montage de cette plaque, des paliers propres à empêcher la per- te d'efficacité résultant du frottement. L'organe d'extrémité, d'un prix peu élevé, permet de monter la plaque flottante dans une chambre convenablement attenante au rotor.
Il est facile d'enlever le plateau d'extrémité pour rem- placer une plaque flottante par une autre et, en outre, le carter et le pla- teau d'extrémité peuvent être réutilisés continuellement avec de nouveaux éléments de pompage de remplacement, à savoir la came annulaire, le rotor et les palettes.
La présente construction permet aussi de disposer les conduits d'admission d'un seul côté du rotor et de faire communiquer ces conduits di- rectement avec les zones d'admission du fluide de l'unité de pompage, tan- dis que les lumières ou conduits d'échappement à double rôle de la plaque flottante font communiquer directement les zones de refoulement du fluide de l'unité de pompage et la chambre de refoulement avec le conduit d'échappe- ment situé sur le côté opposé du rotor.
On a décrit et représenté une forme de réalisation préférée de l'invention, mais il doit être bien entendu que l'invention est susceptible de recevoir d'autres formes et de nombreuses modifications rentrant dans le cadre et l'esprit de la dite invention.