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" Pompe électromagnétique ".
La présente intention est relative à une pompe électro- magnétique et, plus particulièrement, à une pompe électromagnétique à drotor hélicoïdal possédant une région de pompe perfectionnée.
La présente invention est basée sur le principe de fonctionnement de la pompe électromagnétique à rotor hélicoïdal décrite dans le brevet aux Etats-Unis d'Amérique n 2.940.393 accordé le 14 juin 1960 et assigaé à la Demanderesse.
Des pompes électromagnétiques sont généralement bien connues dans la technique antérieure comme des pompes transformant
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de l'énergie magnétique en énergie de pression. Des pompes électro- magnétiques, qu'elles soient à induction linéaire, à conduction ou à champ rotatif, utilisent la poussée électromagnétique qui est engendrée par le passage d'un courant électrique dans un con- ducteur, transversalement par rapport à un champ magnétique- Lors- que le conducteur est un liquide électriquement conducteur, le sens de la force agissant sur le liquide peut être déterminé en appli- quant la règle des trois doigts de la main gauche, connue en élec- trophysique.
Ainsi, le liquide électriquement conducteur tout en laissant passer le courant transversalement par rapport au champ magnétique, doit aussi se déplacer transversalement au plan défini par le champ et le sens de circulation du courant électrique. '
Certains paramètres de conception exigent que les pompes électromagnétiques puissent engendrer une augmentation appréciable de la pression induite par la pompe.
Cette augmentation peut être , réalisée dans la pompe à rotor hélicoïdal et à champ rotatif préci- tée en augmentant le nombre de pôles magnétiques agissant sur le liquide conducteur, Toutefois, lorsque le nombre de pôleseest aug- menté, le diamètre du rotor hélicoïdal doit également être augmen- té pour offrir un espacement périphérique convenable entre les surfaces polaires adjacentes. Cet espacement est nécessaire pour réduire au minimum le flux de fuite entre les surfaces polaires adjacentes et pour maintenir par conséquent l'efficacité de la pompe.
Bien que la pression induite par la pompe puisse également être augmentée en prolongeant la longueur axiale du rotor hélicoï- dal, le nombre de tours ou de torsions de chacun des pôles du rotor hélicoïdal devrait aussi être augmenté,de telle sorte que chaque pôle ,puisse agir sur une distance accrue. Ces deux variations de dimension , c'est-à-dire 1-'augmentation du diamètre et de la lon- gueur du rotor, bien qu'augmentant la pression induite par la pompe, sont fréquemment indésirables lorsque les paramètres de conception limitent les dimensions maximales de la pompe à rotor hélicoïdal
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comportant la région de pompe sans cloison décrite.
Par conséquent., un but de la présente invention est d'offrir une nouvelle région de pompe perfectionnée pour une pompe électromagnétique à rotor hélicoïdal , afin d'augmenter la pression induite par la pompe.
Un autre but de l'invention est d'offrir une nouvelle région de pompe perfectionnée possédant une géométrie hélicoïdale qui complète la géométrie du rotor hélicoïdal de la pompe.
Un autre but de l'invention est d'offrir une région de pompe perfectionnée destinée à augmenter la pression induite par la pompe tout en réduisant le nombre total de surfaces polaires du rotor hélicoïdal.
De même, un but de l'invention est d'offrir une région ' de pompe perfectionnée destinée à augmenter la pression induite par la pompe sans augmenter pour autant les dimensions du rotor hélicoïdal.
Toujours un autre but de l'invention est d'offrir une région de pompe perfectionnée possédant une géométrie hélicoïdale qui permet le pompage simultané de liquides conducteurs distincts,
D'autres détails et particularités de l'invention res- sortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels t
La figure 1 est une vue en perspective " explosée" de la pompe électromagnétique à rotor hélicoïdal suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue en perspective, partiellement en coupe, de la région de pompe perfectionnée pour la pompe de la figure 1.
La figure 3 est une vue en perspective, avec certaines parties .éliminées par brisure, d'une variante de la région de pompe perfectionnée de la figure 2,,
La figure 4 est à la fois une vue en perspective et une
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vue développée du rotor de pompe hélicoïdale représenté à la figure 1 et de la région de pompe perfectionnée représentée a la figure .2.
La figure 5 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'une autre forme de région de pompe pour la pompe re- présentée à la figure 1.
En résumé, suivant une forme de réalisation de la présente invention, une pompe électromagnétique à rotor hélicoïdal est prévue avec une région de pompe hélicoïdale perfectionnée juxtaposée entre un rotor hélicoïdal rotatif et un parcours de retour pour le flux, de telle sorte qu'un champ de flux magnétique établi par des moyens magnétiques associés au rotor rotatif con- duit des courants parasites qui circulent dans des parcours situés dans au moins un liquide conducteur de la région de pompe qui se conforme à la géométrie hélicoïdale du rotor et coopère avec le champ magnétique pour communiquer des forces de pompage au liquide , forces qui se conforment à la géométrie hélicoïdale de la région de pompe perfectionnée*
En se référant à la figure 1,
une forme de réalisa- tion de la pompe électromagnétique à rotor hélicoïdal suivant l'invention est représentée avec un rotor hélicoïdal 10 fixé à ; un arbre de rotor 12, ou fait d'une pièce avec celui-ci, et en- traîné apar un moyen moteur approprié,non représenté. Un enroule- ment de bobine de champ 14 est bobiné dans la racine d'un pas de vis hélicoïdal 16 sur le rotor 10. L'enroulement de champ 14 est connecté électriquement à une source de puissance de courant con- tinu extérieure en 18, grâce à des balais et des fils appropriés, par l'intermédiaire de bagues de collecteurs 20.
L'enroulement de champ 14 est connecté de telle sorte que les pôles de champ élec- tromagnétiques adjacents du rotor hélicoïdal 10 produisent des pôles de polarités opposées qui établissemnt un champ de flux magnétique autour du rotor hélicoïdal 10 , qui se conforme à la
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géométrie hélicoïdale du rotor.
En se référant aux figures 1 et 2, une forme de ooncep- / tion d'une nouvelle région de pompe perfectionnée ou tore,22 suivant la présente invention est juxtaposée entre une région d'admission
24 et une région d'échappement 26, et se trouve en communication pour un fluide avec ces régions. Une structure magnétique de con- ception appropriée 28 est placée autour de la paroi extérieure de la région de pompe 22 et offre un parcours de retour de flux pour le champ de flux magnétique, afin de réduire le flux de fuite.
Dans une forme de réalisation àe la nouvelle région de pompe perfectionnée 22, telle que représentée à la figure .2, une ou plusieurs palea , de guidage hélicoïdale, telles que la pale de guidage hélicoïdal 30, sort assemblées dans la région de pompe.
Il est envisagé, comme représenté à la figure 3, que la région de pompe 22 puisse aussi avoir une ou plusieurs pales de guidage hélicoïdales, telles que la pale de guidage hélicoïdal 31. Cette dernière s'étend radialement vers l'intérieur depuis la paroi extérieure de la région de pompe 22 et se termine, comme représen- té, en un point espacé de la paroi interne de la région de pompe, afin de définir un passage d'écoulement hélicoïdal partiel 33.
A la figure 2, des spires adjacentes de la pale de gui- dage 30 sont espacées entre elles afin de définir un passage d'écou- lement hélicoïdal 32 s'étendant à travers la région de pompe 22.
Le passage d'écoulement hélicoïdal 32 de la figure 2 et le passage d'écoulement hélicoïdal partiel 33 de la figure 3, suivant la présente invention, s'étendent en pas de vis ou sont placés en oblique périphériquement pour s'étendre dans un sens opposé au filetage hélicoïdal 16 du rotor 10, comme représenté à la figure 1.
Ainsi, lorsque le rotor hélicoïdal présente un pas à droite, tel que le filetage hélicoïdal 16' les passages d'écoulement hélicoï- . daux présentent une caractéristique de pas de vis à gauche. Lorsque
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le rotor hélicoïdal possède un pas à gauche, les passages d'écou- lement hélicoïdaux sont agencés avec une caractéristique de pas de vis à droite. Les différentes caractéristiques de pas de vis du rotor hélicoïdal et de la région de pompe hélicoïdale perfection- née engendrent des pressions accrues induites par la pompe sans exiger une augmentation des dimensions du rotor hélicoïdal.
Cette augmentation des pressions induites par la pompe peut être comprise plus aisément en se référant à la figure 4. i
Le rotor hélicoïdal à pôles multiples 10, tel que répré- senté à la figure 1, est représenté en perspective à la figure 4 avec une représentation partielle d'une forme de réalisation de la nouvelle région de pompe perfectionnée .22 suivant la présente invention, telle que représenté:: à la figure 2, entourant la périphérie du rotor. Le rotor hélicoïdal 10 est représenté en tant que rotor hélicoïdal à quatre pales possédant des pôles magnéti- ques 34 à 37 qui peuvent être électromagnétiques, à aimant perma- nent ou une combinaison de ces formes.
Lorsque le rotor hélicoïdal ; à quatre pôles 10 et la région de pompe 22 sont développés, c'est- à-dire déroulés sur une surface plane , chacune des surfaces polai.. res 34 à 37 recoupe le passage d'écoulement hélicoïdal développé 32 sous un angle de pratiquement 90 o. Des courants électriques parasites sont induits dans un liquide conducteur dans la région de pompe 22 le long des parcours de courant indiqués A-B et C-D, telque vuar les surfaces polaires 34 et 35 du rotor.
Les surfa- ces polaires restantes 36 et 37 se trouvent en face d'un rapport analogue pour les courants parasites induits qui circulent suivant nt des parcours dans le liquide conducteur qui se conforme à la géo- métrie des surfaces polaires du rotor hélicoïdal. En appliquant la règle des trois doigts de la main gauche de l'éleetrophysique, le sens de la poussée électromagnétique ou force FR exercée sur le liquide conducteur dans le passage d'écoulement hélicoïdal 32 dans la région de pompe 22 est perpendiculaire au bord incliné d'inter-
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section de chaque surface polaire et.se conforme , c'est-à-dire est parallèle au passage d'écoulement hélicoïdal 32 de la région de pompe hélicoïdale perfectionnée .22,
La force vectorielle FR est la résultante d'un vecteur axial fa et d'un vecteur périphérique fc.
Le vecteur axial fa communique 'Une vitesse désirée au liquide conducteur et déplace le liquide conducteur axial..ement à travers la région de pompe 22.
Les pompes électromagnétiques à champ tournant de la technique antérieure communiquent une force périphérique Fc, non représentée, plutôt que la force résultante FR, telle qu'indiquée à la figure 4. étant donné que les pôles du rotor des pompes de la technique antérieure ne sont pas disposés suivant une configu- ration hélicoïdale. Les pales de guidage appropriées doivent être placées dans les régions de pompe,,de la technique antérieure sous ' un certain angle # vis à vis de la force Fc pour qu'une action de pompage se produise. Cette force périphérique Fc est alors transformée par les pales : de guidage en une composante vectorielle qui est perpendiculaire aux pales de guidage et @ en une compo- sante vectorielle parallèle à celles-ci.
L'action de pompage en ré- sultant dans les pompes de la technique antérieure est due unique- ment à la composante vectorielle parallèle Fc. Toutefois, cette composante parallèle est nettement inférieure à la force Fc, étant donné qu'elle est le produit de Fc et de la fonction cosinusoïdale de l'angle #, qui est inférieur à l'unité. Etant donné que le vecteur axial fa est engendré à l'origine dans la pompe suivant l'invention, une transformation, de FR n'eat pas nécessaire.
. L'angle 0 dans la pompe à rotor hélicoïdal suivant l'invention est par conséquent nul et la fonction consinsoïdale est égale à l'unité. Cette valeur d'unité de la fonction consinusoïdale dans la pompe suivant l'invention permet d'engendrer une pression induite accrue dans la pompe , étant donné que le travail d'entrée fourni la pompe n'est pas dissipé. Le travail d'entrée appliqué aux
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pompes de la technique antérieure est dissipé par la transforma- tion de la force périphérique Fc sur l'angle 9. '
La pale de guidage 30 dans la forme de réalisation représentée à la figure .2 produit le passage d'écoulement hélicoï- dal 32 qui s'étend périphériquement sur plusieurs spires autour du rotor hélicoïdal 10, tout en parcourant la longueur axiale de ce rotor.
Dans la vue développée de la figure 4. les diverses spires du passage d'écoulement hélicoïdal 32 sont superposées sur les surfaces polaires développées 34 - 37 du rotor hélicoïdal 10.
La pale de guidage 30 divise chaque surface polaire en plusieurs segments polaires adjacente, dont chacun agit sur le volume de liquide conducteur dans la partie du passage d'écoulement qui est immédiatement adjacente au segment polaire, Ainsi, chaque segment polaire engendre une force résultante FR qui communique une pression au liquide qui est pompé. Lorsqu'un volume particulier de liquide franchit les diverses spires du passage d'écoulement 32, chaque segment polaire communique une pression au liquide, pression qui est additive par une analyse vectorielle classique. Cet effet additif de chacune des forces résultantes communiquées au liquide par les segments polaires adjacents a pour résultat une appréciable ' augmentation de la pression induite par la pompe.
Il est à envisager que la pression induite par la pompe puisse être encore augmentée en prévoyant un rotor hélicoïdal possé- dant un plus grand nombre de surfaces polaires de rotor que les surfaces polaires 34 à 37 du rotor hélicoïdal 10. Toutefois, le diamètre d'un tel rotor hélicoïdal possédant un nombre accru de pôles doit également être augmenté pour réduire au minimum le flux de fuite entre les surfaces polaires adjacentes. Si on le désire, le nombre de surfaces polaires peut également être diminué, .étant donné que la géométrie hélicoïdale de la région de pompe perfection- née 22 de l'invention complète la géométrie du rotor hélicoïdal 10.
La géométrie du passage d'écoulement 32 expose le liquide conducteur
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pompé aux forces résultantes FR engendrées par chaque segment de surface polaire et les forces additives donnent une augmentation appréciable dans la pression induite par la pompe, qui n'est pas obtenue avec les pompes électromagnétiques à champ rotatif de la technique antérieure, tellequ'une pompe à rotor hélicoïdal possé- dantdune région de pompe sans cloison de dimensions analogues.
Une autre forme de réalisation d'une région de pompe nouvelle et perfectionnée est représentée à la figure 5. Lorsqu'une intensité supplémentaire est requise pour le pompage à haute pres.. sion, un tube enroulé hélicoldalement, tel que le tube hélicoïdal 40, remplace la région de pompe 22 représentée aux figures .2 et 3 et établit un passage d'écoulement hélicoïdal qui est placé en pas de vis autour du rotor de pompe hélicoïdal , d'une façon analogue à celle déjà décrite précédemment.
Bien qu'un seul tube 40 ait été représenté , il est envisagé que la région de pompe perfectionnée suivant la présente invention puisse être constituée par un ou plusieurs tubes dintinets enroulés hélicoïdalement, de telle sorte nt que des liquides conducteurs distincts puisse être pompés$ partir de systèmes distincts.
A nouveau, comme décrit précédemment à propos de la figure 4., les forces engendrées FR dans chaque spire du tube hélicoïdal 40 sont additives suivant une analyse vectorielle clas- sique pour donner une pression induite de la pompe nettement supé- rieure à celle obtenue précédemment avec une région de pompe sans cloison possédant de,3 dimensions analogues*
Comme il sera évident d'après la description ci-avant, certains aspects de l'invention ne sont pas limités précisément aux détails particuliers de la construction représentée.
Bien que la source de flux magnétique telle qu'indiquée à la figure 1 et schématiquement à la figure 4, soit un rotor hélicoïdal avec un enroulement de champ convenablement mis sous tension, le flux mag- nétique peut être engendré par des aimants permanents convenable- ment agencés et inclinéde façon à former un rotor hélicoïdal, ou
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par une combinaison d'électro-aimants et d'aimants permanents* Un rotor à aimant permanent hélicoïdal en tant que source de flux magnétique trouve une utilisation particulière dans de petites configurations de pompe destinées à produire des forces magnétiques sur le liquide pompé.
Il doit être entendu que la présente Invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Pompe électromagnétique destinée à pomper des liqui- des électriquement conducteurs,, caractérisée en ce qu'elle com- prend: des moyens de rotor hélicoïdaux avec un axe de rotation, des moyens de parcours de retour de flux adjacent auxdits moyens de rotor, une région de pompe hélicoïdale pratiquement concentri- que avec ledit axe de rotation du rotor et juxtaposée entre les- dits moyens de rotor et lesdits moyens de retour de flux, au moins une lumière d'admission et une lumière de sortie dans ladite ré- gion de pompe et des moyens magnétiques associés auxdits moyens de rotor établissant une source de champ de flux magnétique à travers ladite région de pompe ,
de telle sorte que la rotation desdits moyens de rotor induise des courants parasites qui circulent sui- vant des parcours dans un liquide conducteur dans ladite région de pompe, parcours qui se conforment à la géométrie hélicoïdale desdits moyens de rotor et coopèrent avec le champ de flux magné- tique pour communiquer des forces de pompage au liquide qui se nt conformera la géométrie hélicoïdale de ladite région de pompe.