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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 **.