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La présente invention est relative, d'une façon générale, au pom- page de liquides et elle concerne particulièrement un perfectionnement aux pompes à surpression permettant d'envoyer un carburant très volatil depuis une source de ce carburant, tel qu'un réservoir d'avion, jusqu'à une pompe de carburant de moteur ou jusqu'en un point de consommation, tel que le mo- teur d'avion lui-même.
Comme on le sait, la pression de la vapeur dans le carburant à indice d'octane élevé utilisé dans un avion est relativement élevée et le carburant liquide est soumis à ébullition ou vaporisation à mesure que l'avion s'élève depuis le niveau du sol jusqu'à des altitudes plus élevées, auxquelles la pression de l'air environnant est relativement basse, éventuel- lement plus basse que la pression de vapeur du carburant liquide;
la vapeur ainsi formée dans le réservoir de carburant rend le carburant très diffioi- le à refouler à partir du réservoir, soit sous forme liquide, soit sous for- me d'un mélange liquide=vapeur ayant une teneur faible de vapeuro A mesure que la navigation aérienne se développe davantage, et que sont exigées des altitudes et une accélération plus rapide des avions, le problème de l'en- voi du carburant au moteur de l'avion devient encore plus difficile.
Une étude poussée de ce problème de l'envoi de carburant sous les conditions difficiles mentionnées ci-avant a montré que ce problème est par- ticulièrement aigu lorsque l'avion se trouve à ou au voisinage des altitudes de 15.000 à 20.000 pieds qui sont les altitudes auxquelles le carburant com- mence habituellement à bouillir,suivant évidemment les caractéristiques d'un carburant particulier et de sa température.
C'est à ces altitudes que le rendement des pompes à surpression de la technique antérieure tombe con- sidérablemento
En conséquence, la présente invention a comme but principal une amélioration du rendement des pompes à surpression à toutes les altitudes et spécialement aux altitudes auxquelles le carburant dans le réservoir de l'avion se trouve à ou près de sa pression et de sa température d'ébulli- tion initiale,,
Comme illustration d'un type de pompe de carburant à surpression dans laquelle la présente invention peut être appliquée, on décrira le type dont il est question dans le brevet belge n 5390186 de la demanderesse,
dé- posé le 21 juin 1955 pour une pompe nouvelle et améliorée à surpression et à débit mixte. On comprendra cependant que la description de la présente invention, telle qu'appliquée à la pompe à surpression et à débit mixte, n'est donnée qu'à titre d'illustration, car la présente invention peut être appliquée à toute pompe où l'enlèvement de vapeur est nécessaire.
La pompe de carburant à surpression nouvelle et améliorée, telle que décrite dans l'autre brevet belge, est capable de pomper un carburant, habituellement un mélange de liquide et de vapeur provenant d'un réservoir quelconque de carburant, plus spécialement cependant les réservoirs d'ailes d'un avionet ce vers une conduite de refoulement externe ou interne en vue de l'utilisation finale du carburant par les moteurs de l'avion. Comme expliqué encore dans cet autre brevet, en prévoyant dans un carter de pompe de carburant à surpression un impulseur ou rotor amélioré comportant une sé- rie d'ailettes ou palettes disposées et proportionnées de manière à coopérer de façon efficace avec le carburant chargé de vapeur,
et disposées et pro- portionnées pour délimiter entre elles des passages de sections transversa- les allant en diminuant et s'écartant à des distances croissantes de l'axe de rotation, le mélange liquide-vapeur de carburant, au fur et à mesure qu'il est aspiré et refoulé dans la chambre de pompage, est également soumis à une continuelle augmentation de pression et à une condensation continuelle,
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ce qui réduit la teneur en vapeur du mélange liquide-vapeur
Pour améliorer;
, comme signalé ci-avant, le rendement des pompes à surpression et atteindre le but principal de la présente invention en ré- duisant encore la teneur en vapeur du mélange au fur et à mesure que celui- ci est refoulé à partir de l'impulseur des lumières de passage sont pré- vues dans le carter et sont disposées de manière que la vapeur localisée dans la volute de refoulement du carter d'impulseur soit renvoyée au réser- voir ou à toute zone de pression inférieure à la pression de refoulement.
Comme autre perfectionnement encore aux pompes de carburant à surpression du type décrit ici)) on a prévue dans l'aire située derrière l'impulseur, des moyens supplémentaires pour évacuer toute vapeur emprison- née qui pourrait se trouver à 1 arrière de l'impulseur, vers une zone de pression inférieure à la pression de refoulement, telle que le réservoir de carburant,, car on a trouvé que toute vapeur emprisonzée à l'arrière de l'impulseur peut s'infiltrer lorque l'avion prend de l'altitude et s'éle- ver jusqu'à un niveau de pression qui pourrait être supérieur à la pression existant dans la volute de refoulement,en chassant de la vapeur dans la volute elle-même,
ce qui nuirait évidemment à ce qui est précisément la fonction de la pompe.
D'une façon générale,par conséquente la présente invention pré- voit une construction améliorée d'une pompe de carburant à surpression com- portant un mode nouveau et amélioré de coaction entre le carter, l'impul- seur et le fluide mû par celui-ci, y grâce auquel le carburant utilisé aura une teneur réduite en vapeur lorsqu'il est refoulé vers un point de consom- mation.
Un autre but de la présente invention est de prévoir des lumières de passage dans la pompe de carburant à surpression, qui renvoient toute vapeur indésirable qui se trouve dans la volute de refoulement, à la source de carburant ou à une zone de basse pression.
Un autre but encore de l'invention est de prévoir des lumières de passage dans une pompe de carburant à surpression, qui renvoient toute va- peur emprisonnée à l'arrière de l'impulseur, à la source de carburant ou à une zone de basse pression.
Un autre but particulier de la présente invention est de prévoir une construction nouvelle et perfectionnée d'une pompe de carburant à sur- pression, qui réduit la teneur en vapeur du carburant par compression et condensation, et comportant encore d'autres moyens de réduction de la te- neur en vapeur du carburant lorsqu'il est refoulé pour être délivré à un point de consommation.
Un autre but plus particulier encore de l'invention est de prévoir une pompe de carburait à surpression, nouvelle et améliorée, comprenant un moyen pour réduire encore la teneur en vapeur du carburant refoulé et qui est spécialement efficace aux températures et pressions auxquelles le car- burant est dans sa phase d'ébullition, ce qui jusqu'à présent a constitué un sérieux inconvénient pour le fonctionnement proprement dit des pompes de carburant à surpression.
D'autres buts, avantages et utilisations de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante, donnée avec ré- férence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en élévation, avec brisures partielles, mon- trant un ensemble de pompe à surpression, conçue pour se monter immergée dans un réservoir d'aile et montrant une forme préférée des lumières de pas-
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sage prévues suivant la présente invention.
La figure 2 présente des courbes montrant la relation entre l'al- titude et la pression pour un régime de circulation de carburant dont il se- ra question ci-après, ces courbes montrant le rendement amélioré de la pré- sente invention dans son application à une pompe de modèle connu.
La figure 3 présente d'autres courbes montrant la relation entre l'altidude et la pression pour un régime de circulation de carburant et montrant le rendement amélioré de la présente invention dans son application à un autre modèle connu de pompe de carburant.
La figure 4 présente d'autres courbes encore montrant la relation entre l'altitude et la pression pour un régime de circulation de carburant et montrant le rendement amélioré de la présente invention dans son applica- tion é un autre modèle connu encore de pompe de carburanto
La figure 5 est une vue en élévation montrant une partie d'un en- semble de pompe à surpression comportant une volute conçue de façon spéciale et présentant des lumières de passage suivant l'invention.
On constatera que les dessins sont d'allure plus ou moins schéma- tique ; ils servent à montrer et à illustrer une forme particulière ou préfé- rée de la présente invention, les mêmes références désignant les mêmes élé- ments dans les diverses figures.
En se référant plus en détail aux figures, la forme de réalisation montrée à la figure 1 présente un ensemble de pompe de carburant à surpres- sion installée de façon submergée dans un réservoir de carburant d'avion, sur le fond ou sur le côté inférieur de ce réservoir. Cet ensemble de pompe à surpression comprend, d'une façon générale, un carter 10 comportant un im- pulseur ou rotor désigné dans son ensemble par la référence 11 et fixé à l'extrémité inférieure d'un arbre 12 qui, à son tour, est commandé pour sa rotation, de la manière habituelle, par un moteur électrique 13 commandé à distancee Lorsque l'ensemble de pompe à surpression est installé de la ma- nière connue, l'ensemble complet est maintenu en position par un flasque de montage 14 conçu spécialement à cet effet,
pour permettre un libre écoule- ment (sous l'action de la pesanteur) du mélange liqudie-vapeur de carburant, du réservoir à l'impulseur. Le carburant pénétrant dans l'ensemble de pompe à surpression en venant du réservoir traverse un filtre 15, monté au voisina- ge de la partie inférieure du carter, et se déplace radialement vers l'inté- rieur au-delà des ailettes directrices d'admission 16, puis vers le haut pour pénétrer dans le passage réduit ou étranglement 17 d'admission, de façon à. être envoyé par l'impulseur 11 dans une chambre en crosse ou en volute 18 qui l'entoure, cette chambre débouchant dans le conduit de refoulement habituel 20 agencé pour communiquer avec un conduit externe ou interne à carburant, aboutissant en un point de consommation (non représenté).
Le carter 10 ainsi que sa partie réduite 17 d'admission sont spécia- lement conformés pour permettre leur coopération avec les ailettes 21 s'éten- dant en spirale, spécialement conformées, et avec des canaux ou gorges 22 prévus entre ces ailettes et sur l'impulseur 11. On donne à ces canaux ou gorges, s'étendant en spirale, un contour rectangulaire sensiblement lisse, les parties ouvertes de ces canaux étant étroitement espacées de la surface 23 de la paroi intérieure conique du carter 10 Les bords d'attaque 24 des ailettes 21 se trouvent au voisinage de l'étranglement 17 ou dans ce dernier, et ils sont conformés pour coopérer avec le carburant entrant dans l'étran- glement 17., comme on l'a expliqué dans l'autre brevet belge dont il est ques- tion ci-avant.
Lorsque l'impulseur Il est mis en rotation, on peut voir que le mélange liquide vapeur de carburant qui entre dans l'étranglement 17 est
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entraîné en spirale vers le haut et vers l'extérieur dans les canaux 22 pour être envoyé dans la chambre en volute 18 précitée.
On peut voir notamment en considérant la figure 1 que la rotation de l'impulseur 11 par l'intermédiaire de l'arbre 12 soumettra le mélange li- quide-vapeur dans l'étranglement 17 à l'action du bord d'attaque 24 des ai- lettes ou palettes 21 et il est important de noter que, à mesure que le car- burant se trouve entraîné à partir des bords d'attaque 24 des ailettes ou palettes 21 par les gorges ou passages 22, de section sensiblement rectangu- laire, le contour transversal des passages 22 devient de plus en plus pe- tit, en présentant ainsi à l'écoulement du carburant ainsi entraîné une sec- tion de plus en plus petite,
de telle sorte que le carburant se trouve sou- mis à une pression au cours de son déplacement axial en spirale à partir de l'étranglement 17 jusqu'à son arrivée dans la chambre en volute 18 On at- tire aussi particulièrement l'attention, dans le mode de réalisation repré- senté, sur l'angle d'inclinaison du moyeu 25 en forme de cône, par rapport à l'axe de rotation de l'impulseur lorsqu'on le compare à l'angle d'incli- naison de la paroi latérale 23, en forme de cône, du carter, par rapport à ce même axe. Ceci montre très clairement la diminution des sections trans- versales, à des distances croissantes à partir de l'axe de rotation, des passages 22 de section sensiblement rectangulaire, ainsi que l'augmentation résultante de la pression à laquelle est soumis le liquide ou le mélange li- quide-vapeur en cours de pompage.
Cette augmentation de pression se traduit non seulement par une compression mais également par une condensation des va- peurs du mélange liquide-vapeur, comme cela apparaîtra de la discussion plus théorique de la forme d'application de l'invention, décrite et revendiquée dans l'autre brevet belge, ce qui, comme on l'a mentionné dans ce dernier, est une explication du rendement amélioré de la pompe à surpression de l'in- vention par rapport au rendement des pompes à surpression du type centrifu- ge, connues antérieurement.
En résumé, l'explication donnée dans cet autre brevet est la sui- vante. Il est bien connu qu'un carburant très volatil, tel que celui consi- déré dans l'invention, forme des vapeurs à basse pression et à température élevée, ce qui provoque un changement de phase dans le carburant, c'est-à- dire, que le carburant sous sa forme liquide devient un mélange de liquide et de vapeur aux températures plus élevées et aux pressions plus basses.
Pour pomper un carburant à l'état liquide ou à l'état d'un mélange ayant le plus bas rapport vapeur/liquide désiré, en partant d'un mélange liquide-va- peur initial ayant un pourcentage de vapeur trop élevé, il est désirable d'augmenter la pression du mélange liquide-vapeur sans changer de façon ap- préciable sa température. Sous ces circonstances, une condition ou un état nouveau du carburant, provoqué par cette augmentation de pression sans chan- gement appréciable de température, amène une réduction de la teneur en va- peur du mélange liquide-vapeur.
En d'autres mots, dans le processus de changement de l'état du carburant, les vapeurs occluses sont comprimées et les températures du carburant à cette pression plus élevée n'ont pas aug- menté de façon appréciable (le mélange est à une plus basse température que celle à laquelle le rapport initial vapeur/liquide du mélange peut être maintenu), ce qui constitue un état instable grâce auquel la vapeur se con- dense pour donner un nouvel état du carburant.
L'explication susdite décrit l'action ou la coopération de l'im- pulseur avec le carburant utilisé, et cette coopération continuera à modi- fier l'état du carburant pour élever la pression du mélange vapeur-liquide sans changer de façon appréciable sa température, et un nouvel état stable continuera à se former par compression et condensation.
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Evidemment, lorsque la pression de l'atmosphère diminuera avec l'altitude, l'état du carburant dans le réservoir voit augmenter sa teneur en vapeur, qui rend plus sévère le travail exigé de l'impulseur. Cette sévérité du travail continuera à augmenter avec les altitudes plus élevées jusqu'à ce que la teneur en vapeur du mélange liquide-vapeur ait augmenté suffisamment dans les passages d'ailettes pour provoquer un mauvais fonc- tionnement et/ou un arrêt complet de l'impulseur en ne pompant plus de car- burant du tout.
En d'autres mots, l'impulseur ayant l'action compression- condensation précitée près de l'admission à l'impulseur ou dans les passa- ges d'ailettes continuera à fonctionner jusqu'à ce que la pression dêvelop- pée dans l'impulseur sera insuffisante pour mettre le carburant en phase liquide ou pour réduire suffisamment le rapport vapeur/liquide. Il est évident également que l'impulseur devrait être conçu pour opérer dans les gammes de températures et de pressions, auxquelles on peut s'attendre, avant que le point de mauvais fonctionnement ou d'arrêt ne soit atteinto
Comme signalé, on a découvert que, dans le fonctionnement de pom- pes à surpression, il y a certaines températures et pressions auxquelles le rendement des pompes tombe de façon considérable.
On a trouvé que cette condition critique existe à ou au voisinage de 15000 à 20000 pieds d'alti- tude; cette condition a été attribuée au fait que c'est à ces altitudes que les températures du carburant et la pression atmosphérique sont telles que le carburant commence à bouillir suivant les caractéristiques du carburant particulier. En dessous et au-dessus de ces altitudes, le caractère criti- que du fonctionnement n'est pas si aigu, car les caractéristiques du carbu- rant sont plus stables.
Pour améliorer le rendement des pompes à surpression et spéciale- ment pour augmenter leur rendement aux altitudes mentionnées ci-avant, qui sont critiques pour le fonctionnement de ces pompes à surpression, on a prévu, suivant l'invention, dans le carter, d'autres moyens de réduction de la teneur en vapeur du carburant à refouler dans la conduite extérieure allant au point de consommation final de l'avion. On a trouvé que ces per- fectionnements dans la construction des pompes à surpression ont augmenté le rendement aux altitudes élevées et sont particulièrement remarquables aux altitudes critiques mentionnées ci-avant.
Pour expliquer maintenant en détail un des perfectionnements aux pompes à surpression, on se référera à la figure 1, où on peut voir que le carter 10 présentant la volute 18 est pourvct d'une série de trous ou passa- ges horizontaux (seuls deux passages 30 et 31 sont représentés) qui commu- niquent, par une extrémité, avec la volute 18 et, par l'autre extrémité, avec une zone de pression plus basse que la pression de refoulement, cette zone étant, par exemple, le réservoir de carburant.
Ces trous 30 et 31 sont, de préférence, disposés dans la partie inférieure de la volute pour la volute particulière représentée, car il est vraisemblable que toute va- peur se trouvant dans la circulation de refoulement venant de l'impulseur ou formée au passage dans la volute sera emportée vers la portion inférieu- re de cette voluteo Le mélange refoulé de l'impulseur 11 au-delà du bord 33 de la paroi conique 23 provoquera vraisemblablement une zone de pression inférieure dans la partie inférieure 35 de la volute.
Il est évident, par conséquent, que toute vapeur qui peut exister dans la volute de refoulement 18 tendra à se localiser dans la portion inférieure de celle-ci et, en dis- posant des passages 30 et 31 communiquant avec cette partie inférieure, comme montré à la figure 1, toutes vapeurs ainsi localisées seront évacuées facilement pour retourner dans le réservoir de carburant.
On a trouvé que dans l'application pratique de l'invention, quatre trous de ce genre, tels qu'indiqués par 30 et 31, d'un diamètre de 1/16 de pouce, assureront de fa- çon satisfaisante la fonction qui leur est impartieo
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Pour une autre amélioration encore du rendement d'ensemble des pompes à surpression, on peut voir clairement à la figure 1 qu'on a pour- vu également le carter 10, dautres moyens d'évacuation ou lumières de pas- sage encore, sous la forme de trous ou passages, par exemple 36 et 37, (deux de ces trous seulement sont représentés), qui communiquent, par une extrémité, avec une poche 38, formée à l'arrière de l'impulseur, par l'ar- bre 12, les moyens formant étanchéité et palier, désignés d'une façon géné- rale par 39, et l'impulseur 11.
Ces moyens d'étanohéité sont, comme repré- senté, normalement disposés autour de l'arbre 12 pour empêcher une fuite indésirable depuis l'impulseur vers le moteur électrique 13. Les passages 36 et 37 communiquent, par leur autre extrémité, avec une zone de pression plus basse que la pression de refoulement, par exemple le réservoir de car- burant. Toute fuite venant de la volute 18 dans la poche 38, située à l'ar- rière de l'impulseur, tend à se vaporiser et à bouillir dès que l'avion prend de l'altitude, et elle peut souvent développer une pression supérieu- re à celle régnant dans la volute 18, ce qui a pour résultat que de la va- peur peut être chassée dans la volute en provoquant une réduction du rende- ment de la pompe.
Evidemment, les lumières de passage 36 et 37 empêcheront les vapeurs formées dans la poche 38, de s'en aller dans la volute. Dans l'agencement pratique de la présente invention, on a trouvé que quatre de ces lumières de passages d'un diamètre de 1/16 de pouce, assureront un bon fonctionnement dans le but visé.
Aux figures 2, 3 et 4, on a représenté des graphiques montrant la relation entre l'altitude et la pression pour un régime de circulation. de carburant, ces graphiques comportant des courbres montrant le rendement de la pompe à surpression à débit mixte de la demanderesse, et des courbes montrant le rendement supérieur obtenu lorsque les pompes à surpression comportent les perfectionnements suivant la présente invention.
Les lignes pleines montrent le rendement de la pompe à surpression de la demanderesse, avant application des perfectionnements de la présente invention, et les lignes en traits interrompus montrent le rendement de la pompe à surpression
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comportant ces perfeetîonnementea
En abscisse sont données des latitudes en 1000 pieds, tandis qu'en ordonnée on a les pressions en pouces de mercure; les courbes supé- rieures de la figure 3 montrent la relation altitude=température du carbu- rant
On attire spécialement l'attention sur la partie des courbes de ces figures, relative aux altitudes de 15.000 à 20.000 pieds; on peut voir que le refoulement tombe considérablement à ces altitudes.
Comme expliqué ci-avant, cette chute de pression se produit à l'altitude à laquelle le carburant commence à bouillir pour le carburant particulier utilisé et sa température En comparant la pression de refoulement montrée par les lignes en traits interrompus avec la pression de refoulement donnée par les lignes pleines, on peut voir qu'à ces altitudes identifiées, la pression de refou- lement et en conséquence le rendement de la pompe sont considérablement améliorés. Bien qu'on puisse noter qu'aux altitudes inférieures et supé- rieures aux altitudes critiques, il y ait une légère diminution de la pres- sion -de refoulement, on a trouvé en pratique que cette diminution n'est pas préjudiciable, car le rendement de la pompe de l'invention à ces al- titudes est supérieur à ce qui est requis.
Sous ce rapport, on attire spécialement l'attention sur les figu- res 3 et 4, où on peut voir qu'en appliquant la présente invention, la pression de décharge est telle qu'elle tend à se présenter au graphique comme une ligne droite, ce qui indique une pression de refoulement prati- quement uniforme à toutes les altitudes, ce qui constitue le résultat dé-
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siré dans toute pompe à surpression.
En considérant maintenant la figure 5, on peut voir qu'on a prévu des trous ou passages (un seul trou 30 est représenté) formés dans une au- tre volute de décharge, de forme différente de celle de la figure 1 La volute ainsi formée, permet une répartition plus uniforme de pression, en- core que des vapeurs tendront aussi à se former aux zones de basse pression qui sont les zones de plus basse vitesse du carburant déchargé, la présente invention étant également applicable à cette volute. Comme montré à la fi- gure 5, ces trous de passage communiquent avec la partie ou zone la plus élevée de la volute 40, qui est la zone de plus basses vitesse et pression, pour évacuer toute vapeur et la ramener au réservoir ou à toute zone de plus basse pression.
Comme on peut le voir de la description précédente, la présente invention est une conception pratique efficace qui coopère de manière ef- fective avec le carburant utilisé, non seulement pour réduire encore la quantité de vapeur que l'on trouve dans la partie de refoulement de la pom- pen, mais encore pour libérer la vapeur se trouvant à l'arrière de l'im- pulseur et qui pourrait être nuisible au bon fonctionnement pratique des pompes à surpression.
Il doit être entendu que le choix convenable des formes et dimensions des ailettes, la disposition convenable de ces ailet- tes dans un carter choisi, pour coopérer avec les parois latérales adjacen- tes de la chambre de pompage, et le choix convenable du pas de l'ailette et de la rotation de l'impulseur auront pour résultat un rendement excep- tionnelo
Il doit encore être entendu que beaucoup de changements et varian- tes peuvent être prévus sans se départir de l'esprit de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates, in general, to the pumping of liquids and it relates particularly to an improvement in booster pumps making it possible to send a very volatile fuel from a source of this fuel, such as a fuel tank. airplane, to an engine fuel pump or to a point of consumption, such as the airplane engine itself.
As is known, the vapor pressure in the high octane fuel used in an airplane is relatively high, and the liquid fuel is subjected to boiling or vaporization as the airplane rises from ground level. up to higher altitudes, where the pressure of the surrounding air is relatively low, possibly lower than the vapor pressure of the liquid fuel;
the vapor thus formed in the fuel tank makes the fuel very difficult to discharge from the tank, either in liquid form or in the form of a liquid mixture = vapor having a low vapor content. Air navigation is developing further, and as altitudes and faster aircraft acceleration are required, the problem of sending fuel to the aircraft engine becomes even more difficult.
A careful study of this problem of sending fuel under the aforementioned difficult conditions has shown that this problem is particularly acute when the airplane is at or in the vicinity of the altitudes of 15,000 to 20,000 feet which are the altitudes at which fuel usually begins to boil, obviously depending on the characteristics of a particular fuel and its temperature.
It is at these altitudes that the performance of prior art booster pumps drops considerably.
Accordingly, the main object of the present invention is to improve the efficiency of booster pumps at all altitudes and especially at altitudes at which the fuel in the aircraft tank is at or near its pressure and temperature. initial boiling ,,
As an illustration of a type of booster fuel pump in which the present invention can be applied, the type referred to in Belgian patent no.5390186 by the applicant will be described,
filed June 21, 1955 for a new and improved overpressure and mixed flow pump. It will be understood, however, that the description of the present invention, as applied to the booster and mixed flow pump, is given only by way of illustration, since the present invention can be applied to any pump where the steam removal is necessary.
The new and improved booster fuel pump, as disclosed in the other Belgian patent, is capable of pumping fuel, usually a mixture of liquid and vapor from any fuel tank, more especially, however, fuel tanks. the wings of an airplane and this towards an external or internal discharge pipe for the final use of the fuel by the engines of the airplane. As further explained in this other patent, by providing in an overpressure fuel pump housing an improved impeller or rotor comprising a series of vanes or vanes arranged and proportioned so as to cooperate effectively with the fuel laden with vapor. ,
and arranged and proportioned to delimit therebetween passages of transverse cross-section which diminish and diverge at increasing distances from the axis of rotation, the liquid-vapor mixture of fuel, as and when it is sucked in and discharged into the pumping chamber, is also subjected to a continuous increase in pressure and to continuous condensation,
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which reduces the vapor content of the liquid-vapor mixture
To improve;
, as indicated above, the efficiency of booster pumps and achieve the main object of the present invention by further reducing the vapor content of the mixture as it is delivered from the impeller passage ports are provided in the casing and are arranged so that the vapor located in the discharge volute of the impeller casing is returned to the reservoir or to any pressure zone lower than the discharge pressure.
As yet another improvement to fuel booster pumps of the type described here), additional means have been provided in the area behind the impeller to remove any trapped vapor which may be behind the impeller. , to a pressure zone below the discharge pressure, such as the fuel tank, because it has been found that any vapor trapped behind the impeller can seep in when the aircraft gains altitude and rise to a pressure level which could be greater than the pressure existing in the discharge volute, by expelling steam in the volute itself,
which would obviously harm what is precisely the function of the pump.
In general, therefore, the present invention provides for an improved construction of a pressure booster fuel pump incorporating a new and improved mode of coaction between the crankcase, the impeller and the fluid driven by it. here, owing to which the fuel used will have a reduced vapor content when it is delivered to a point of consumption.
Another object of the present invention is to provide passage ports in the fuel booster pump, which return any unwanted vapor which is in the discharge volute, to the fuel source or to an area of low pressure.
Yet another object of the invention is to provide passage openings in a pressure boosting fuel pump, which return any vapor trapped behind the impeller, to the fuel source or to a low zone. pressure.
Another particular object of the present invention is to provide a new and improved construction of a high pressure fuel pump, which reduces the vapor content of the fuel by compression and condensation, and still including other means of reducing the fuel. the vapor content of the fuel when it is delivered for delivery to a point of consumption.
Still another more particular object of the invention is to provide a new and improved fuel booster pump comprising means for further reducing the vapor content of the discharged fuel and which is especially effective at the temperatures and pressures at which the fuel is discharged. burant is in its boiling phase, which has hitherto been a serious drawback for the actual operation of fuel booster pumps.
Other objects, advantages and uses of the present invention will become more apparent on reading the following description, given with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 is an elevational view, partially broken away, showing a booster pump assembly, designed to mount submerged in a wing tank and showing a preferred form of the pass lumens.
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wise provided according to the present invention.
Fig. 2 presents curves showing the relationship between altitude and pressure for a fuel circulation regime which will be discussed below, these curves showing the improved efficiency of the present invention in its application. to a pump of known model.
Fig. 3 presents further curves showing the relationship between altitude and pressure for a fuel circulating regime and showing the improved efficiency of the present invention in its application to another known model of fuel pump.
Fig. 4 presents still further curves showing the relationship between altitude and pressure for a fuel circulation regime and showing the improved efficiency of the present invention in its application to yet another known model of fuel pump.
FIG. 5 is an elevational view showing part of a booster pump assembly having a specially designed volute and having passage ports according to the invention.
It will be noted that the drawings are more or less schematic in appearance; they serve to show and illustrate a particular or preferred form of the present invention, the same references designating the same elements in the various figures.
Referring in more detail to the figures, the embodiment shown in figure 1 shows a booster fuel pump assembly installed submerged in an aircraft fuel tank, on the bottom or on the underside. of this tank. This booster pump assembly generally comprises a housing 10 comprising an impeller or rotor designated as a whole by the reference 11 and fixed to the lower end of a shaft 12 which, in turn, is controlled for its rotation, in the usual manner, by a remotely controlled electric motor 13 When the booster pump assembly is installed in the known manner, the complete assembly is held in position by a mounting flange 14 specially designed for this purpose,
to allow free flow (under the action of gravity) of the liquid-vapor fuel mixture from the tank to the impeller. Fuel entering the booster pump assembly from the tank passes through a filter 15, mounted adjacent to the lower portion of the crankcase, and moves radially inwardly past the guide vanes. admission 16, then upwards to enter the reduced passage or restriction 17 of admission, so as to. be sent by the impeller 11 into a cross-section or volute chamber 18 which surrounds it, this chamber opening into the usual delivery duct 20 arranged to communicate with an external or internal fuel duct, ending in a consumption point ( not shown).
The casing 10 as well as its reduced intake portion 17 are specially shaped to allow their cooperation with the spirally extending fins 21, specially shaped, and with channels or grooves 22 provided between these fins and on the side. impeller 11. These spirally extending channels or grooves are given a substantially smooth rectangular outline, the open portions of these channels being closely spaced from the surface 23 of the tapered inner wall of the housing. 24 of the fins 21 are located in the vicinity of the constriction 17 or in the latter, and they are shaped to cooperate with the fuel entering the constriction 17., as explained in the other Belgian patent of which it is question above.
When the impeller II is rotated, it can be seen that the liquid fuel vapor mixture which enters the throttle 17 is
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spiraled upwards and outwards in the channels 22 to be sent into the aforementioned volute chamber 18.
It can be seen in particular by considering FIG. 1 that the rotation of the impeller 11 by means of the shaft 12 will subject the liquid-vapor mixture in the constriction 17 to the action of the leading edge 24 of the vanes or vanes 21 and it is important to note that, as the fuel is entrained from the leading edges 24 of the vanes or vanes 21 through the grooves or passages 22, of substantially rectangular section , the transverse contour of the passages 22 becomes smaller and smaller, thereby presenting the flow of the fuel thus entrained with an increasingly smaller cross-section,
so that the fuel is subjected to a pressure during its axial spiral displacement from the constriction 17 until it arrives in the volute chamber 18 Particular attention is also drawn, in the illustrated embodiment, on the angle of inclination of the cone-shaped hub 25 with respect to the axis of rotation of the impeller when compared to the angle of inclination of the side wall 23, in the form of a cone, of the housing, with respect to this same axis. This very clearly shows the decrease in cross-sections, at increasing distances from the axis of rotation, of the passages 22 of substantially rectangular section, as well as the resulting increase in the pressure to which the liquid or the liquid is subjected. liquid-vapor mixture being pumped.
This increase in pressure results not only in compression but also in condensation of the vapors of the liquid-vapor mixture, as will be apparent from the more theoretical discussion of the form of application of the invention, described and claimed in Another Belgian patent which, as mentioned therein, is an explanation of the improved efficiency of the booster pump of the invention over the performance of known centrifugal-type booster pumps. previously.
In summary, the explanation given in this other patent is as follows. It is well known that a very volatile fuel, such as that considered in the invention, forms vapors at low pressure and at high temperature, which causes a phase change in the fuel, i.e. say, that fuel in its liquid form becomes a mixture of liquid and vapor at higher temperatures and lower pressures.
To pump a fuel in the liquid state or in the state of a mixture having the lowest vapor / liquid ratio desired, starting from an initial liquid-vapor mixture having too high a percentage of vapor, it is necessary to desirable to increase the pressure of the liquid-vapor mixture without appreciably changing its temperature. Under these circumstances, a new condition or condition of the fuel caused by this increase in pressure without appreciable change in temperature results in a reduction in the vapor content of the liquid-vapor mixture.
In other words, in the process of changing the state of the fuel, the occluded vapors are compressed and the temperatures of the fuel at this higher pressure have not increased appreciably (the mixture is at a higher pressure. temperature than that at which the initial vapor / liquid ratio of the mixture can be maintained), which is an unstable state whereby the vapor consolidates to a new fuel state.
The above explanation describes the action or cooperation of the impeller with the fuel used, and this cooperation will continue to change the state of the fuel to raise the pressure of the vapor-liquid mixture without appreciably changing its condition. temperature, and a new stable state will continue to form through compression and condensation.
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Obviously, when the pressure of the atmosphere decreases with altitude, the state of the fuel in the tank increases its vapor content, which makes the work required of the impeller more severe. This severity of the work will continue to increase with higher altitudes until the vapor content of the liquid-vapor mixture has increased sufficiently in the fin passages to cause malfunction and / or complete shutdown of the liner. impeller by not pumping fuel at all.
In other words, the impeller having the aforementioned compression-condensing action near the inlet to the impeller or in the fin passages will continue to operate until the pressure developed in the impeller. The impeller will be insufficient to bring the fuel to the liquid phase or to sufficiently reduce the vapor / liquid ratio. It is also evident that the impeller should be designed to operate within the ranges of temperatures and pressures which can be expected before the point of malfunction or shutdown is reached.
As noted, it has been found that in the operation of booster pumps there are certain temperatures and pressures at which the performance of the pumps drops dramatically.
This critical condition has been found to exist at or in the vicinity of 15,000 to 20,000 feet altitude; this condition has been attributed to the fact that it is at these altitudes that the fuel temperatures and atmospheric pressure are such that the fuel begins to boil according to the characteristics of the particular fuel. Below and above these altitudes, the criticality of operation is not so acute, as the characteristics of the fuel are more stable.
In order to improve the efficiency of booster pumps and especially to increase their efficiency at the altitudes mentioned above, which are critical for the operation of these booster pumps, provision has been made, according to the invention, in the casing, for other means of reducing the vapor content of the fuel to be delivered into the outer pipe going to the final consumption point of the airplane. These improvements in booster pump construction have been found to increase efficiency at high altitudes and are particularly noticeable at the critical altitudes mentioned above.
To now explain in detail one of the improvements to booster pumps, reference will be made to FIG. 1, where it can be seen that the casing 10 presenting the volute 18 is provided with a series of holes or horizontal passages (only two passages 30 and 31 are shown) which communicate, at one end, with volute 18 and, at the other end, with a pressure zone lower than the discharge pressure, this zone being, for example, the pressure tank. fuel.
These holes 30 and 31 are preferably arranged in the lower part of the volute for the particular volute shown, since it is likely that any vapor in the discharge circulation coming from the impeller or formed on passage through it. the volute will be carried to the lower portion of this voluteo. The mixture discharged from the impeller 11 past the edge 33 of the conical wall 23 will likely cause a zone of lower pressure in the lower portion 35 of the volute.
It is evident, therefore, that any vapor which may exist in the discharge volute 18 will tend to locate in the lower portion thereof and, by providing passages 30 and 31 communicating with this lower portion, as shown. in Figure 1, any vapors thus located will be easily evacuated to return to the fuel tank.
It has been found that in the practical application of the invention four such holes, as indicated by 30 and 31, of a diameter of 1/16 of an inch, will satisfactorily perform the function which they require. is outsourced
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For a still further improvement in the overall efficiency of the booster pumps, it can be clearly seen from FIG. 1 that the casing 10 has also been provided, with still further discharge means or passageways, under the form of holes or passages, for example 36 and 37, (only two of these holes are shown), which communicate, by one end, with a pocket 38, formed at the rear of the impeller, by the shaft 12, the means forming a seal and a bearing, generally designated by 39, and the impeller 11.
These sealing means are, as shown, normally disposed around shaft 12 to prevent unwanted leakage from the impeller to electric motor 13. Passages 36 and 37 communicate, at their other end, with a zone. lower pressure than the discharge pressure, for example the fuel tank. Any leakage from volute 18 into pocket 38, located at the rear of the impeller, tends to vaporize and boil as soon as the aircraft gains altitude, and can often develop greater pressure. - re to that prevailing in the volute 18, which has the result that the vapor can be driven into the volute causing a reduction in the efficiency of the pump.
Obviously, the passage openings 36 and 37 will prevent the vapors formed in the pocket 38 from going into the volute. In the practical arrangement of the present invention, it has been found that four of these 1/16-inch diameter passage lights will function properly for their intended purpose.
In Figures 2, 3 and 4, there are shown graphs showing the relationship between altitude and pressure for a traffic regime. fuel, these graphs comprising curves showing the efficiency of the Applicant's mixed flow booster pump, and curves showing the superior efficiency obtained when the booster pumps include the improvements according to the present invention.
The solid lines show the performance of Applicant's booster pump, prior to application of the improvements of the present invention, and the broken lines show the performance of the booster pump.
EMI6.1
comprising these improvements
On the abscissa are latitudes in 1000 feet, while on the ordinate we have the pressures in inches of mercury; the upper curves of figure 3 show the relation altitude = fuel temperature
Attention is especially drawn to the part of the curves of these figures relating to altitudes of 15,000 to 20,000 feet; one can see that the pushback drops considerably at these altitudes.
As explained above, this pressure drop occurs at the altitude at which the fuel begins to boil for the particular fuel being used and its temperature By comparing the head pressure shown by the dashed lines with the given head pressure by the solid lines, it can be seen that at these identified altitudes, the discharge pressure and consequently the pump efficiency are considerably improved. Although it may be noted that at altitudes below and above the critical altitudes there is a slight decrease in the discharge pressure, it has been found in practice that this decrease is not detrimental, as the The efficiency of the pump of the invention at these altitudes is greater than what is required.
In this connection, special attention is drawn to Figures 3 and 4, where it can be seen that by applying the present invention the discharge pressure is such that it tends to appear in the graph as a straight line. , which indicates a practically uniform discharge pressure at all altitudes, which is the result of
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siré in any booster pump.
Considering now FIG. 5, it can be seen that there are provided holes or passages (a single hole 30 is shown) formed in another discharge volute, of a shape different from that of FIG. 1 The volute thus formed , allows a more uniform pressure distribution, yet vapors will also tend to form at the low pressure areas which are the lowest velocity areas of the fuel being discharged, the present invention also being applicable to this volute. As shown in Figure 5, these through holes communicate with the uppermost part or zone of volute 40, which is the zone of lower velocity and pressure, to evacuate any vapor and return it to the reservoir or any other area. lower pressure area.
As can be seen from the foregoing description, the present invention is an efficient practical design which effectively cooperates with the fuel used, not only to further reduce the amount of vapor found in the discharge portion of the gasoline. the pump, but also to release the vapor located at the rear of the impeller and which could be detrimental to the proper functioning of the booster pumps.
It should be understood that the proper choice of the shapes and dimensions of the fins, the proper arrangement of these fins in a selected housing, to cooperate with the adjacent side walls of the pumping chamber, and the proper choice of the pitch of the pumping chamber. the vane and the rotation of the impeller will result in exceptional efficiency.
It should still be understood that many changes and variations can be expected without departing from the spirit of the invention.
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