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BORG-WARNER CORPORATION, résidant à CHICAGO ( E.U.A. ).
PERFECTIONNEMENTS AUX POMPES PRODUISANT UNE PRESSION DE LIQUIDE.
Cette invention est relative à un dispositif du type à engrenage, pour déplacement de liquide, à haute pression, présentant des manchons ou coussinets réglables axialement, et , en particulier, à un agencement perfec- tionné destiné à maintenir les coussinets cylindriques réglables axialement en engagement étanche avec les faces,latérales de l'engrenage.
La présente invention fournit une pompe de production de pres- sion de liquide du type à engrènement, comprenant un coussinet engageant. la face latérale d'une roue dentée, submergé par le liquide sous pression produit par l'engrenage de ladite pompe, une première surface interne dudit coussinet, sensible à la pression, radiale, pouvant se mettre en engagement avec la face latérale de la roue dentée voisine, en relation étanche, une seconde surface sensible à la pression, dirigée vers l'extérieur, des moyens définissant une trajectoire d'écoulement réduit, pour acheminer la pression de liquide produite par l'engrenage de la pompe vers ladite seconde surface et des moyens destinés à maintenir la pression du liquide agissant sur la- dite seconde surface à une valeur inférieure à la valeur de- la pression de débit.
La présente invention fournit également une pompe du type décrit comprenant un coussinet réglable axialement, une première surface dudit cous- sinet sensible à la pression, une seconde surface dudit coussinet sensible- à la pression, de dimension plus grande que ladite première surface sensible à la pression, une soupape différentielle, une première surface de ladite soupape sensible à la pression, tendant, alors de l'application d'une pres- sion, à fermer ladite soupape, des moyens définissant la trajectoire d'écou- lement reliant la première surface du coussinet sensible à la pression à la première surface de la soupape sensible à la pression, une seconde surface de ladite souspape sensible à la pression, tendant, lors de l'application
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d'une pression,
à ouvrir ladite soupape, des moyens définissant la trajectoi- re d'écoulement reliant la seconde surface du coussinet sensible à la pression à la seconde surface de la soupape sensible à la pression, et des moyens dé- finissant une trajectoire d'écoulement vers une surface de ladite pompe à pres- sion relativement basse, en liaison, par ladite souspape, lorsqu'elle est ouver- te, avec la seconde surface sensible à la pression dudit coussinet.
Il a été proposé antérieurement d'employer la pression de liquide produite par l'engrenage d'un dispositif de déplacement de liquide du type à engrenage, pour pousser les coussinets cylindriques en relation étanche de pompage avec les faces latérales associées des roues dentées, et la présente invention est relative à un perfectionnement des dispositifs appartenant à la technique antérieure.
Dans le développement de l'étude qui a mené aux dispositifs de la technique antérieure, on a constaté que la charge de pression obtenue par ex- position des surfaces postérieures des brides radiales des coussinets cylindri- ques à la pression de débit n'était pas suffisante pour maintenir l'étanchéi- té requise entre les surfaces antérieures, s'étendant radialement, des coussi- nets et les faces latérales adjacentes des.roues dentées. Suivant la technique antérieure, un moyen de réaliser la charge de pression proprement dite con- siste à décharger l'extrémité interne radialement de chaque surface avant du coussinet en y prévoyant une rainure annulaire d'une mesure radiale strie- tement contrôlée, ladite rainure annulaire étant ouverte à une pression fai- ble.
Cet agencement s'est avéré .nettement satisfaisant dans la pratique et la présente invention a pour objet un procédé constituant variante pour as- surer sensiblement le même résultat.
Un objet de la présente invention est de fournir un agencement nouveau et perfectionné du type envisagé, dans lequel l'équilibre de pression surpassé nécessaire au coussinet cylindrique, dans le sens de l'engagement étanche de pompage, soit assuré, tandis que, en même temps, le graissage nécessaire est fourni aux surfaces relativement mobiles.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un agen- cement dans lequel on évite l'état de stagnation du liquide sur toute surfa- ce de pression et, en particulier, sur la surface voisine de la surface ex- terne de la bride radiale de chaque coussinet, en prévoyant une circula- tion suffisante du fluide, tout en maintenant la pression convenable.
Suivant un mode de réalisation de cette invention, appliqué à une pompe du type décrit, la pression de charge tendant à maintenir les coussinets, qui, dans ce mode de réalisation, sont à bride, contre les roues dentées, en engagement étanche, est appliquée à deux surfaces de pression distinctes et séparées à la surface postérieure de charrue coussinet, l'une
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desdites surfaces comprenant la surface postécteu#annu1a:1redeJa 1:rideetla secon- de, la surface postérieure annulaire du manchon du coussinet.
Une soupape sensible à la pression est incorporée à la pompe et est construite et agen- cée de telle façon qu'une partie du liquide sous pression pompé soit dirigé- de la première surface vers la tige de soupape, tendant à maintenir la sou- pape en position fermée, tandis que du fluide est dirigé de la seconde sur- face vers la soupape, '-tendant à ouvrir celle-ci. La soupape est chargée par ressort de façon à être normalement maintenue en position fermée et la surface sensible à la pression de-la tige de soupape est réalisée suffisamment plus petite que la surface de la soupape sur laquelle la pression tendant à ou- vrir celle-ci agit, si bien que la soupape peut s'ouvrir pour laisser passer du fluide de la seconde surface vers la basse pression lorsque la pression de charge excède une valeur prédéterminée.
Suivant la seconde forme de réalisation de cette invention, on emploie un agencement de soupape semblable en liaison avec des coussinets massifs, c'est-à-dire des coussinets du type sans gradin ou bride-. Dans cet agencement, au lieu. de contrôler la pression, appliquée à une surface postérieure réduite du coussinet, l'agencement de soupape contrôle la pres-
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sion appliquée à toute la surface postérieure.
Dautres objets et avantages de la présente invention ressorti- ront de la description détaillée qui suit, faite avec référence au dessin ci-annexé.
La figure 1 montre une vue axiale, en coupe partielle, d'une pompe à engrenage conforme au premier mode de réalisation de cette inven- tion, la vue étant faite sensiblement suivant la ligne 1-1 de la figure 2.
La figure 2 montre une vue transversale, en coupe faite sensible- ment suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 montre une vue de détail, en cape., à échelle plus gran- de, comparable à la vue de la figure 1, montrant l'agencement de passages au coté supérieur du coussinet supérieur et leur mode de liaison avec l'agence- ment à soupape.
La figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 mais à la même échelle que les rues des figures 1 et .2, montrant la présente in- vention appliquée à une pompe utilisant des coussinets massifs ou sans gra- din, suivant le second mode de réalisation de l'invention.
Si l'on se- réfère- au dessin et, en particulier, aux figures 1, 2 et 3, on y voit un dispositif de déplacement de liquide du type)! engrenage 10, qui comprend un corps de pompe 11, pourvu d'un élément de fermeture 12.
Le corps 11 et l'élément de fermeture 12 sont usinés intérieurement de fa- gon à laisser une paire d'alésages ou de chambres parallèles, qui se coupent 13 et 14,dans lesquels sont disposées, en relation complémentaire, les roues dentées 15 et 16 de la pompe, qui engrènent. Du liquide sous faible pression est introduit par l'entrée 17 et du liquide sous pression élevée est débité par la sortie 18.
Les moyens constituant' les plaques d'extrémité identiques com- plémentaires ou les moyens constituant les coussinets cylindriques et dis- positif d'étanchéité de la pompe sont associés avec les roues dentées pour coopérer avec leurs faces latérales, de chaque coté ; ainsi, des coussinets cylindriques à bride ou à gradin 20 et 21 sont prévua pour 'coopérer avec les faces latérales opposées de la roue dentée 15, tandis que des coussinets cylindriques semblables 22 et 23 sont prévus respectivement aux côtés gau- che et droit de la roue dentée 16. Les coussinets 21 et 23 sont fixes dans- le corps 11 tandis que les coussinets 20 et 22 y sont relativement mobiles axialement.
Des ressorts de compression en spirale 24 et 25 sont prévue dans les extrémités gauches des alésages 13 et 14 respectivement pour appuyer sur les c8tés gauches des coussinets 20 et 22, poussant les faces antirieures de ces coussinets en engagement avec les faces latérales des roues dentées 15 et 16 qui engrènent.
En vue de l'application de la pression de charge aux surfaces postérieures des coussinets mobiles axialement 20 et 22, une rainure annu- laire 26 est formée dans la face antérieure du coussinet 20, comme il est montré la figure 2, et est reliée, par une rainure radiale 27, au côté de sortie 18 de la pompe. Par conséquent, du fluide sous pression est appliqué, par la rainure 27, à la rainure annulaire 26 et, en raison du léger espace libre existant entre le coussinet et la roue dentée, en partie du fait des caractéristiques de film du liquide pompé, il y a une fuite de la rainure radialement,, vers l'intérieur, vers une rainure axiale 28, formée dans le côté interne de la partie principale du coussinet 20, se continuant par une partie axiale ou manchon 30 du coussinet.
Dans certains cas, en particulier lorsque le fluide pompé n'est pas d'une viscosité relativement élevée, les tolérances normalement permises entre l'arbre d'engrenage 31 de la roue den- tée 15 et le coussinet 20 peuvent fournir une voie de fuite suffisante, si bien que la rainure axiale 28 peut ne pas être nécessaire. Toutefois, dans les conditions de froid extrême et lorsque la pompe peut être mise en marche à sec, il peut y avoir un intervalle de temps considérable avant qu'une telle
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fuite soit suffisante, en volume, pour remplir les chambres de charge ou d' étanchéité, comme il sera décrit plus loin. Dans de telles conditions, la rainure 28 et la rainure correspondante 22 associée au coussinet 22 sont désirables.
La partie axiale 30 se termine à une courte distance de la pa- roi d'extrémité de l'alésage 13, fournissant ainsi une chambre annulaire de pression ou d'étanchéité 33. La chambre 33 est reliée, à son côté supé- rieur, comme on peut le voir à la figure 1, par un court passage 34, à une chambre de soupape cylindrique 35, dans laquelle est prévu un disque de soupape 36, pourvu d'une tige montante 37. La chambre de soupape 35 a un diamètre sensiblement supérieur à celui du passage 34 et le disque de sou- pape 36 s'appuie normalement sur le bord supérieur du passage 34, étant poussé dans cette position par le ressort hélicoïdal 38, disposé autour de la tige de soupape 37 et ayant son extrémité inférieure en engagement avec la surface supérieure du disque 36.
L'extrémité supérieure du ressort 38 appuie sur le côté inférieur d'un chapeau fileté à sa périphérie 39, con- venablement vissé dans la partie supérieure filetée de la chambre de soupape 35, pour permettre le réglage du ressort 38.
Il ressort de ce qui précède que du liquide sous la pression de débit est appliqué à la surface d'extrémité postérieure de la partie 30 du coussinet 20.A la figure 3, cette surface a été désignée par A-l. Une pression est appliquée à la surface postérieure, désignée par A-2 à la fi- gure 3, de la partie la plus grande ou bride 40 du coussinet 20, pression provenant d'un passage 41, qui relie par l'une de ses extrémités au côté de sortie 18 de la pompe et, par son autre extrémité, à la chambre annulaire de pression ou d'étanchéité 42, définie par la surface postérieure annulait** de la bride 40, la surface voisine de l'élément de fermeture d'extrémité 12, la surface périphérique antérieure de la partie 30 du coussinet 20 et la surface interne de l'alésage 13.
Afin d'empêcher une fuite de la chambre 42 vers l'arrière entre la partie de coussinet 30 et la fermeture 12, un anneau d'étanchéité 43 est prévu et disposé autour de la partie de prolongement 30, anneau qui est placé dans un évidement annulaire 44, formé dans la surface antérieure de l'élément de fermeture 12, au coté interne radialement de la chambre 42. Un second anneau d'étanchéité 45 est prévu entre l'arbre 3 et l'élément de fermeture 12, près de sa partie gauche, l'anneau 45 étant pla- cé dans une rainure annulaire 46 formée dans-l'élément de fermeture 12, à gauche de la chambre 33.
Du liquide sous pression est également appliqué à la surface d' extrémité supérieure de la tige de soupape- 37, par un passage 47,qui va de la chambre 42 à la partie supérieure de la chambre de soupape 35. Le chapeau 39 présente une large rainure annulaire 48, formée dans la péri- phérie de sa partie filetée, et un court passage 49,prévu dans.
le chapeau, relie la rainure 48 à l'extrémité supérieure d'un alésage axial 50, dans le- quel la partie supérieure de la tige de soupape 37 est montée à coulissement L'étendue de la surface d'extrémité de la tige de soupape est sévèrement choi- sie par rapport à la surface de pression existants au côté inférieur du dis- que 36 de la soupape, si bien que la surface de pression à l'extrémité de la tige 37 est suffisamment inférieure à la surface de pression au côté inférieur du disque 36 pour que la soupape tende à s'ouvrir lorsque la pression dans la chambre annulaire de charge 33 excède une valeur prédéterminée.
La chambre de soupape 35 est ouverte à la pression d'admission par un passage 51, éta-r blissant la liaison avec l'extrémité supérieure du passage arqué 52, comme on peut le voir à la figure 2, et la passage 52 se prolonge vers l'admission 17 de la pompe par un passage axial 53. Comme la pression de charge dans la chambre 33 atteint une valeur prédéterminée, valeur qui peut être modifiée par réglage du ressort 38, effectuée par rotation du chapeau 39, la soupape tend à s'ouvrir et à laisser passer du fluide vers l'admission ; par cQnsé- quent la pression de charge maximum sur la surface A-1 peut être sévère- ment contrôlée et, si on le désire, maintenue à une valeur inférieure à celle qui est appliquée-à la surface A-2.
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Si l'on se reporte à nouveau à la figure 1, on vot qu'un pas- sage 54 est prévu dans l'élément de fermeture 12 et relie la chambre de charge 33, à son coté inférieur, à une chambre 55, définie par la partie gauche de l'alésage 14 et les extrémités gauches du coussinet 22 et de la roue dentée 16. Un ressort de compression 25 est disposé dans cette chambre
La roue dentée 16 présente un alésage axial 56, qui la travers* et qui relie la chambre 55 à une chambre correspondante 57, prévue à l'extrémité droite du coussinet 23. La chambre 57, à son tour, est reliée, par un passage 58, formé dans la paroi d'extrémité droite du cqrps IL, à une chambre semblable
60, prévue dans- l'alésage 13, à l'extrémité droite du coussinet 21.
Par conséquent,.il apparaîtra que, comme la soupape 36 s'ouvre à un niveau de pression prédéterminé, un écoulement de fluide sous pression est établi des chambres 60,57, 55 et 33 vers le côté d'admission de la pompe. Du fluide sous pression fuit entre l'extrémité droite de l'arbre 31 et le coussinet 21 en raison de l'espace libre prévu, et, de même, la fuite de fluide entre la partie d'appui de la roue dentée 16 et le coussinet 23 est renvoyée au cô- té d'admission de la pompe. Du fait de cet écoulemet de retour, la surchauffe des coussinets est pratiquement évitée et un graissage amélioré des parties relativement mobiles est obtenu, ce qui permet un. fonctionnement continu de cette pompe sans danger d'endommagement.
Bien que cette invention ait été exposée avec emploi de coussinets du type à bride ou à'gradin, elle peut également s'appliquer à des coussinets du type massif ou en bloc. La figure 4 représente un second mode de réalisa- tion de cette invention, dans lequel on emploie un coussinet du type massif 65.
A l'exception du nombre de référence 65, désignant le coussinet sans gradin, les nombres de référence employés sont les mêmes que ceux qui ont été utilisés aux figures 1,2 et 3, représentant le premier mode de réalisa- tion de cette invention, et on remarquera que la surface antérieure du cous- sinet 65 présente une rainure annulaire 26, semblable à celle qui est uti- lisée pour le coussinet 20, grâce à laquelle du fluide à la pression de sor- tie est appliqué à la surface interne radialement du coussinet et peut s' écouler par la rainure axiale 28 vers la surface postérieure du coussinet.
Dans ce cas, toutefois, comme il n'y a qu'une surface de charge annulaire seulement prévue à la surface postérieure du* coussinet 65, la rainure 28 est prévue principalement pour fournir du fluide pour le- graissage de l'ar- bre 31 par rapport au coussinet 65, et la pression da charge principale est fournie par le passage 41 s'étendant de la sortie 18 à la chambre 42, à l'ar- rière du coussinet 65. Des coussinets semblables au coussinet sans-gradin 65 peuvent évidemment remplacer les autres coussinets 21, 22-et 23, montrés à la figure 1.
Lors du fonctionnement de l'agencement conforme à ce mode de réa- lisation de l'invention, comme la pression de charge atteint une valeur pré- déterminée, la soupape 36 tend à s'ouvrir, établissant ainsi la valeur de charge maximum et permettant en même temps un écoulement de retour réduit de fluide vers le côté d'admission de la pompe. Cet écoulement de retour de fluide assure le graissage des surfaces relativement mobiles et empêche leur surchauffe, outre qu'il établit la valeur de charge maximum.
Bien qu'ici; les divers éléments aient été considérés comme placés à droite ou à gauche, on comprendra que ceci n'a été fait que- pour faciliter la description et pour établir les positions relatives des éléments représentés aux dessins.
Bien que deux formes seulement de réalisation de cette invention aient été représentées et décrites, de nombreuses modifications peuvent être prévues sans pour cela que l'on s'écarte du cadre de- la présente invention.
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