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La présente invention a pour objet des pompes rotatives à fluides et des moteurs, et machines analogues (appelés ci-après "pompes du type indiqué" ) possédant un carter dans lequel un rotor de pompage- muni d'ailettes de pompage, et un rotor d'étanchéité, sont disposés sur des axes parallèles dans des paliers et engrènent ensemble pour tourner en sens inverse dans des compartiments cylindriques du dit carter qui ont une ouverture longitudinale commune, de sorte que les ailettes de pompage peuvent pénétrer dans des fentes correspondantes du rotor d'étanchéité, sans con- tact étanche avec celui-ci, les ailettes faisant saillie
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axialement sur le rotor de pompage et s'appliquant de façon étanche sur le carter,
la disposition étant telle que le couple principal est supporté à Tout moment par le rotor de pompage, contrairement à une soufflerie du type Hoots ou à une pompe à engrenages dans laquelle le couple prin- cipal alterne entre les rotors coopérants.
11 est ordinaire en outre, dans les pompes d'étanchéité à rotor du type indiqué, de rendre les fentes du rotor d'étanchéité si grandes en comparaison des ailettes, qu'il y ait un large jeu entre l'ailette et le bord de la fente (et entre l'ailette et le carter au bord de la fente), lorsque l'ailette entre dans une fente ou en sort, si bien que la totalité ou une partie appréciable du fluide déplacé par l'ailette doit passer dans le jeu existant autour des extrémités et/ou cotés des ailettes, entre les ailettes et le bord des fentes, pour sortir de la fente ou pour y entrer.
Toutefois, ce jeu supplémentaire est indésirable, car il tend en particulier à limiter la puissance dont la pompe est capable, tandis qu'une réduction du jeu amènerait Une vibration qui à son tour limite la vitesse et la puis- sance de' la pompe.
Un des buts de la présente invention est de prévoir une pompe du type indiqué ayant une construction qui permet d'obtenir des puissances relativement élevées , avec des pompes d'une grandeur déterminée, sans augmenta- tion excessive de la vibration ou de l'usure, et qui per- met de construire des pompes plus grandes.
On a proposé, dans des pompée du type indiqué, de prévoir plusieurs tentes dans le rotor d' étanohéité pour loger les ailettes du rotor de pompage, et d' assurer une inter-commnication limité, entre les différentes fente.
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afin que les forces hydrostatiques qui agissent sur le rotor d'étanchéité puissent être équilibrées (ce qui est avanta- geux);
la proposition tendait aussi à prévoir des évidements dans le carter du rotor d'étanchéité, de sorte qu'étant chargés par un fluide à la pression voulue, ils maintiennent un équilibre des forces hydrostatiques sur le rotor d'étan- chéité, la charge de ces évidements étant assurée par des petites fentes communiquant entre elles tandis que les ailet- tes du rotor de pompage entraient dans les fentes ou autres dispositifs et en sortaient( dans l'une des formes de réali- sation de la proposition) par de petits conduits communi- quant avec l'entrée et la sortie de la pompe. Une telle disposition pour améliorer l'équilibre hydrostatique est utilisée dans certaines formes de réalisation de la présente invention.
Suivant la présente invention, une pompe de type notamment décrit est remarquable,/en ce qu'une partie appréciable du fluide déplacé lorsque les ailettes du rotor de pompage entrent dans les fentes du rotor d'étanchéité et en sortent, passe à côté des interstices entre les ailettes et le bord des fentes, de sorte que la totalité ou une partie appréci- able du fluide déplacé ne doive pas passer par ces intersti- ces autour des extrémités ou des côtés de l'ailette, on comprendra bien entendu que, plus la vitesse est faible, plus la pompe est grande, et plus il est désirable de pré- voir seulement un petit jeu entre l'ailette et le carter, au voisinage immédiat du point ou l'ailette entre dans la fente ou en sort, ainsi qu'entre l'ailette et le rotor d'étanchéité lui-même.
En conséquence, l'expression "le bord de la fente du rotor d'étanchéité", utilisée ici, com- prend non seulement la partie du rotor d'étanchéité située au bord de la fente, mais aussi les parties du carter qui en sont voisines lorsque l'ailette entre dans la rente ou en sort.
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Suivant un autre aspect de la présente invention, une pompe du type indiqué est caractérisée par un faible jeu entre les ailettes de pompage et le bord des fentes du rotor d'étanchéité, et par le fait que l'on a prévu 'des canaux de dérivation pour le fluide déplacé lorsque les ailettes entrent dans les fentes et en sortent.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, au moins deux fentes sont disposées symétriquement autour de la circonférence du rotor d'étanchéité, et la dérivation est assurée par le rotor d'étanchéité vers une ou plusieurs autres de ces fentes, et de là vers la sortie ou l'entrée de la pompe, suivant ce qui convient; il est entendu évidemment que le fluide provenant du coté sortie de la pompe doit être envoyé à l'entrée, et que le fluide provenant de l'entrée doit être envoyé vers le côté entrée de la pompe.
On com- prendra aussi que pour tirer tout le parti de la présente invention, la grandeur et la disposition des canaux de déri- vation, et la direction de la sortie ou de l'entrée lorsque les canaux de dérivation sont reliés à la sortie ou à l'entrée de la pompe, doivent être choisies pour permettre l'écoule- ment liore du fluide passant le long de la dérivation.
Si l'on considère les dessins ci-joints :
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- la figure 1 est une coupe radialE(schématique suivant la ligne AB de la figure 2, montrant le principe d'un rotor de pompage équilibré radiale ment pour la pression de fluide, et celui des rotors d'étanchéité, les rotors d'é- tanchéité étant en position d'étanchéité avec'deux ..ailettes de rotor en position de pompage et deux ailettes de rotor en position de repos; - la figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne horizontale CD de la figure 1, montrant le principe
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du rotor de pompage équilibré pour la pression axiale, et
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des rotors a'étanchéité;
- la figure j est une coupe verticale Schématique suivant la ligne EF de la figure. 1, montrant les ailettes de rotor de pompage en position dans les rainures de pom- page annulaires du carter de pompe; - la figure 4 est une coupe partielle schématique de la figure 1 montrant l' un des rotors d'étanchéité dans
Une phase dans laquelle l'ailette arrive dans la position représentée, pour un sens de rotation du rotor de pompage inverse des aiguilles d'une montre ou dans laquelle l'ailette quitte cette mSme position pour un sens de rotation du rotor de pompage dans le sens des aiguilles d'une montre; - la figure 5 est une coupe montrant une construc- tion dans laquelle des ailettes de rotor métallique sont re- vêtues de résine plastique;
- la figure 6 est une coupe suivant la ligne GH de la figure 7, montrant une variante de construction des canaux de dérivation, et un rotor d'étanchéité sur un côté radial seulement du rotor de couple; - la figure 7 est une coupe suivant la ligne JK de la figure 6; - la figure 8 est une coupe suivant une partie de la ligne G-H de la figure 7, montrant les rotors dans une position différente; - la figure 9 est une coupe suivant la ligne L-M de la figure 10, montrant une variante de construction du rotor d'étanchéité ; - la figure 10 est une coupe suivant la ligne N-O de la figure 9.
Sur tous les dessins, les mêmes chiffres de réfé- rence sont utilisés pour désigner les mêmes pièces. bi l'on
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passe maintenant à la forme représentée sur les figures 1 à 4, le chiffre 1 indique le carter de la pompe. Pour plus de simplicité et de rigidité, le carter de pompe est fait en deux moitiés vissées ensemble sur la face 2. L'ajuste- ment axial pour adapter le rotor est obtenu par l'usage d'une garniture (non représentée) introduite entre les deux parties.
L'arbre du rotor de pompage 3 est monté dans des paliers 4 dans le carter 1. Les'paliers de rotor 4 peuvent supporter à la fois une charge radiale et axiale.
Les paliers peuvent âtre réglés axialement par des bagues de réglage 5 pour disposer le rotor 3 afin qu'il puisse tourner en étant étroitement ajusté, mais sans contact mé- tallique effectif avec la surface de stator de pompe 6.
Les ailettes de rotor 7 sont de forme rectangulaire et font saillie axialement de chaque coté de la périphérie du rotor'
3. Les ailettes sont de longueur égale et aussi de largeur radiale égale.
Les ailettes de rotor 7 sont disposées pour pas- ser dans des rainures annulaires d'ailettes 8, dans les deux moitiés du carter 1, ces rainures d'ailettes ayant une forme rectangulaire semblable axialement aux ailettes 7, les ailet- tes et les rainures d'ailettes s'adaptant étroitement en cours de fonctionnement.
Les périphéries intérieure et extérieure dés rainures annulaires d'ailettes 8.et de l'arbre principal de rotor 20 ont le même axe,,
Quatre ailettes de rotor sont prévues dans l'exem- ple représenté, mais on peut utiliser .n'importe quel nombre approprié..
Le aombre minimum,d'ailettes de rotor doit être
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suffisant pour assurer l'étanchéité pendant toute la rotation du rotor entre les orifices d'entrée 10 et les orifices de sortie 11. Les rotors d'étanchéité 12 et 13 sont placés par paires sur des arbres 18 et 19, dans des compartiments cylindriques du carter 1, de part et d'autre de la paroi 9, cette paroi étant située sur le même plan et de niveau avec les cotés du rotor principal 3.
Par cette disposition, les rotors d'étanchéité 12, 13 sont équilibrés axialement,
Les paires de rotors d'étanchéité 12 et 13 sont placées pour faire saillie, partiellement aux. les côtés du rotor principal 3 - indiqués par 25 et 26; - pour laisser une place aux ailettes de rotor 7 pour qu'elles puissent passer jusqu'aux fentes réceptrices d'ailettes du rotor d'étanchéité,
22,23 et 21,24, entre les secteurs d'étanchéité 25, 26 et les coussinets d'arbre des rotors d'étanchéité 12 et 13 res- pectivement.
Les arbres 18 et 19 sont montés dans des paliers 14 et 15 dans des supports de paliers 16 et 17. Ces supports de paliers' sont ajustés de façon serrée dans le carter 1 et sont réglables axialement pour fournir une bonne étanchéité axiale pour les rotors d'étanchéité; les arbres de rotors d'étanchéité 18 et 19 sont parallèles à l'arbre de rotor à ailettes 20 et les trois arbres sont reliés ensemble par des engrenages 33-34 et 33-35 de façon appropriée, de sorte que' les ailettes 7 coopèrent dans les fentes 21, 22, 25 et 24 des rotors d'étanchéité 12 et 13 lorsque le rotor à ailettes et les rotors d'étanchéité tournent et lorsque les ailettes 7 passent du côté compression en suivant la flèche en trait Plein (fig. 1 et 4) à travers le secteur à vide et à orifice.
11, en passant par les secteurs d'étanchéité 25 et 26 et les fentes des rotors d'étanchéité. La largeur des fentes récep-
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wic il 'ailettes, 21, 22 ot 2.), 2.-1 out rúltdJ1.U ir.i'C¯:tlr' , - la lurcour des -ecteur, d'etunchinL c;L ,u j-':.:r,,uH-j&- -.ont, pour olupÙcheJ.' la cOl1J:JJuniout ion entru lus G'i'1C;..,. *.o et 41. Pour éviter un effet de siphon ut do vida oxcc;.,-.t.i du fluide hydraulique lorsque los ailettes 7 entrent dans les fentes des rotors d'étanchéité ou en sortent, les rotors d'étanchéité sont creux, avec des passages 27, 28, et les
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orifices d'entrée et de sortie 29, 30 coniriuniquent respec- tivement avec les canaux d'entrée et de sortie 10 et 11 de la pompe.
Les paliers de rotor d'étanchéité sont réglables pour le jeu axial et radial grâce aux couvercles d'extré- mité 31 et aux bagues de réglage 32. Les roues dentées 33,
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34 et 3, tournent dans un compartir#nt entièrement fermé 36.
Un joint 37 est prévu pour empêcher la fuite de fluide du carter de poupe là ou l'arbre de pompe 20 sort du carter, Une disposition similaire est représentée en pointillé 38 sur le côté opposé de la pompe.
La vue en coupe fragmentaire de la figure 5 montre une disposition d'ailettes métalliques de rotor 7, revêtues d'une matière résineuse plastique appropriée 7A sur les cotés des ailettes qui pourraient arriver au contact de la surface métallique des rainures annulaires d'ailettes 8, du carter 1, pour empêcher ces rainures annulaires d'ailet- tes de s'user au cas ou les rotors de pompage seraient adaptés d'une manière imprécise dans le carter 1, ou par suite d'u- sure dans les paliers 4, et aussi pour faciliter l'aménage- ment d'un jeu minimum entre les ailettes et les rainures annulaires d'ailettes, sans risquer d'endommager la surface de.rainures annulaires d'ailettes;ainsi, on ootient l'effi- cacité de pompage maximum.
On comprendra que les passages 27 et 28 dans
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les rotors d'étanchéité creux 12 et 13 et les canaux 29 et
30, constituent des dérivations ou by-pass qui évitent les interstices autour des extrémités et des cotés des ailettes
7 de sorte que, lorsque les ailettes 7 entrent dans les fentes 21, 22 ou 23, 24 ou en sortent, une partie apprécia- ble du fluide déplacé s'écoule suivant la dérivation et non autour des ailettes.
Si le rotor de pompage 3 tourne en sens inverse des. aiguilles. d'une montre, le liquide, pompé- suivra alors la direction indiquée par les flèches en trait plein, le liquide sera aspiré dans la pompe par les canaux 10 et pompé vers l'extérieur par les rainures de pompage annulaires 8, et empêché de revenir aux canaux 10 par les rotors d'étanchéité 12 et 13 et expulsé de la pom- pe en passant par les canaux de sortie 11.
Pour réduire le risque de déséquilibre radial des rotors d'étanchéité
12 et 13, les orifices 40 et 41 ont été rendus aussi petits que possible, mais de grandeur suffisante pour que les ailet- tes 7 passent à travers, uand les ailettes 7 vont des orifices 40 vers les orifices 41, la fente périphérique correspondante du rotor d'étanchéité est mise en place par les roues dentées 33, 34 et 35 de sorte que les ailettes 7 peuvent passer de l'orifice 40 à l'orifice 41, ou de l'ori- fice 41 à l'orifice, 40 sans toucher les fentes 22, 23 ou 21,24, et lorsque les ailettes 7 passent par les orifices 40 pour arriver dans la fente 22, fig.
4, le liquide sous pression peut passer par les canaux 27.et 28 dans les rotors d'étanchéité 12 et 13 respectivement,' et sortir des canaux 30 dans le carter 1 et rejoindre l'écoulement de liquide provenant des canaux 11 par des tuyaux extérieurs (ces tuyaux extérieurs ne sont pas représentés). On évite ainsi l'emprisonnement du liquide, sous pression dans les orifices 40.
Quand les ailettes 7 sortent des fentes 22 et 23 ou
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21 et 24 dans les rotors d'étanchéité 13 et 12 respectivement, et passent par les orifices 41, fig. 1 et 4, on évite un vide excessif par le fait que le liquide neutre peut être aspiré des canaux 29, par les canaux 2/ et 'du, dans les c rotors d'étanchéité, et que les canaux 29 sont en relation, par des tuyaux extérieurs, avec les canaux d'aspiration principaux 10 (ces tuyaux extérieurs ne sont pas représentés).
Les orifices 29 et 30 sont opposés diamétralement et symé- triquement aux orifices d'ailettes 41 et 40 respectivement.
Les surfaces des rotors d'étanchéité 12 et 13 qui sont sou- mises à la pression radiale par les orifices 40 et 30 ou 29 et 41 seront. donc de grandeur égale. Les fentes 21,22 et 23, 24 à la périphérie de chacun des rotors d'étanchéité 12 et 13 respectivement, sont aussi opposées diamétralement eu symétriquement l'une par rapport à l'autre, de sorte que la poussée radiale exercée contre les rotors d'étanchéité 12 et'
13 par le liquide sous pression venant des orifices 40 et
30 ou 29 et 41, est égalisée.
Les arores de rotor d'étanchéité
18 et 19 tournent, avec un jeu ae palier, dans les trous 42 et 43,
Etant donné la difficulté de maintenir le joint 37 d'arbre principal, contre une pression relativement élevée, un passage de communication 0-51 entre les compartiments Principaux de'paliers et le compartiment d'engrenages 36, est disposé pour être relié à un réservoir d'expansion par le canal 54, fig. 2 (ce réservoir d'expansion n'est pas repré- senté) ou pour être relié à l'aspiration de la pompe par le même canal 54.
Comme on le sait, dans les systemes hydrauliques le volume total du système varie souvent selon les changements
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de température, et ces variations sont susceptibles de créer des difficultés, En conséquence, il est d'usage de prévoir un coefficient d'expansion avec un réservoir d'expansion comprenant un réceptacle à intercommunica- tions dans le circuit hydraulique, de façon à permettre que le fluide hydraulique y entre ou en sorte librement, selon ce que les circonstances exigent.
La construction et la manière dont est disposé ce réceptacle dans le cir- cuit hydraulique sont suffisamment connus .pour qu'il soit inutile d'en donner ici une description détaillée.'
Normalement, une seule extrémité de l'arbre principal 20 du rotor de pompage, doit faire saillie hors du carter, mais l'arbre principal 20 peut être disposé pour faire saillie hors du carter des deux côtés de la pompe, comme représenté sur la figure 2, tant en trait plein qu'en trait pointillé. un joint d'arbre approprié 37 est aussi prévu pour le deuxième prolongement d'arbre. L'équilibre axial du rotor de pompage peut être mieux assuré par des trous 52 percés dans le rotor 3 entre les ailettes 7 pour communiquer avec les rainures annulaires d'ailettes 8 sur, les deux côtés axiaux du rotor 3, pour assurer une pression égale des deux côtés du rotor.
Ainsi, on évite le risque de poussée axiale inégale par suite de fuite inégale sur les bords des ailettes 7 ou par suite de fuite inégale entre le rotor 3 et le carter dans les compartiments de pression 8.
Si l'on revient maintenant à la construction modi- fiée représentée sur les figures 6 à 9. Une dérivation est disposée, à partir de la surface en repos 60 (fig. 6) par l'ouverture 41 (fig. 8) et un orifice 61 (fig. 6) dans la surface d'extrémité 62 du compartiment du rotor d'étanchéité, et vers le.dehors par le canal 63 pour arriver au canal Principal 10. De façon similaire, une dérivation est disposée
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à partir du canal principal 11, par le canal 64, l'orifice
65 et l'ouverture 40 (fig. 8) et vers le dehors dans l'es- pace en'repos 66 (fig. 6).
La partie 67 (fig. 8) du carter de rotor de pompage, entre les orifices 61 et 65, est rendue plus large que la largeur des fentes 21 et 22 du rotor d'é- tanchéité 12, dans une mesure '.suffisante pour faciliter l'étanchéité sur toute la rotation du rotor d'étanchéité 12,
Le canal 10 et le canal de dérivation 63 peuvent être faits en un seul canal si la solidité de la matière dans le carter le permet, et,.. de la même manière, les canaux 11 et 64 peuvent être comoinés.
Les orifices de dérivation 61 et 65 vont jusqu'à la profondeur radiale des évidements d'ailettes représentés par 22 et bl (fig. 6) et les orifices de dérivation sont dis- posés de telle façon que la partie intérieure 68 (fig. 8) est fermée. ou ouverte par les fentes 21 ou 2 avant la partie extérieure 09,
Quand l'ailette 7 (rig. 6) dépasse l'ouverture 41 et pénètre dans la fente 22, le fluide situé en avant de l'ailette, et le déplacement volumétrique de fluide causé
Par l'ailette 7 lorsqu'elle entre dans la fente 22, peuvent être dérivés, assez librement, par l'orifice 61 et le canal
63 et arriver dans le canal principal 10 au lieu de devoir faire le tour de l'ailette 7, de sorte qu'on évite l'empli- . sonnement du fluide dans l'orifice 41 et dans la fente 22.
De façon similaire, dans la direction opposée, lorsque l'ailet- te 7 sort de la fente 22, le liquide est aspiré de façon rela- tivement libre, depuis'le canal principal 10, par le canal 63, et vers le dehors par l'orifice 61, et remplit la rainure d'ailette derrière toilette 7, et empêche ainsi la cavitation ou la formation d'une zone de pression excessivement basse derrière l'ailette.
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Les figures 9.¯et 10 montrent une variante de construction dans laquelle les.sections creuses du rotor d'étanchéité ont des étanchéité 70 avec un
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j,etL-deùxtrémité 71 pour les. aJ;2.e:tMs 7 dans les fentes 21 et 22, De cette manière, le rotor d'étanchéité peut avoir un large interstice de passage 72 par rapport au carter 1.
Les canaux de dérivation indiqués par 29 et 30 sur les figu- res 9 et 10 sont représentés, disposés comme sur les figures
1 et 4.
Un trou de communication 73 (fig. 9) est disposé dans le rotor d'étanchéité 12, et assure la communication seulement entre les fentes 21 et 22 pour assurer une pression uniforme des deux côtés de la paroi d'étanchéité 9 si des fuites inégales se produisent entre les surfaces axiales de la paroi d'étanchéité 9 et les surfaces axiales du rotor d'étanchéité 12 qui sont voisines et ajustées de près.