EP3938657A1 - Pompe sèche pour gaz et jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz - Google Patents

Pompe sèche pour gaz et jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz

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EP3938657A1
EP3938657A1 EP19712929.9A EP19712929A EP3938657A1 EP 3938657 A1 EP3938657 A1 EP 3938657A1 EP 19712929 A EP19712929 A EP 19712929A EP 3938657 A1 EP3938657 A1 EP 3938657A1
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EP
European Patent Office
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screw
rotor
dry gas
gas pump
screws
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EP19712929.9A
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EP3938657C0 (fr
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Théodore ILTCHEV
Stéphane VARRIN
Didier MÜLLER
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Ateliers Busch SA
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Ateliers Busch SA
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Publication date
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    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/20—Geometry of the rotor

Definitions

  • the present invention relates to the field of pumping and compressing gases. More specifically, it relates to a dry gas pump, as well as a set of several dry gas pumps.
  • a screw pump consists of two screws that interpenetrate and are driven in opposite directions each on one of two parallel axes of rotation.
  • each screw belongs to a rotor which further comprises a lobe portion so that the screw pump and a lobe pump are combined one after the other as is. for example the case in the American patent US Pat. No. 7,611,340 B2.
  • the screw threads can vary along the screw, to define an internal compression ratio of the gas between the upstream end of the screws and their downstream end.
  • screw threads can vary with a gradual or stepped change in the pitch of each thread.
  • a modification of the compression ratio requires producing, for each screw, a new form of screw whereas, in screw pumps, the shape of the screws with variable thread is very complex and therefore very difficult to design and to be machined.
  • the aim of the invention is at least to simplify the design and / or production of a range of dry gas pumps having different compression ratios. More particularly, the object of the invention is to provide a range of dry gas pumps offering, for the same or similar constraints in terms of size, energy consumption, etc., the flexibilities and advantages of a screw pump. with variable pitch, but with rotors with a profile that is easier to design and / or machine.
  • a dry gas pump comprising a first rotor comprising a first lobe portion and a first screw, a second rotor comprising a second lobe portion and a second screw, as well as a envelope in which the first and second rotors are rotatably mounted so that the first and second screws interpenetrate and the first and second lobe portions mesh with each other.
  • the envelope defines an internal volume in which there are both the first and the second screw and the first and the second lobed portion. At least one inlet opens into the internal volume at the level of the first and second lobe portions. At least one outlet of the internal volume is opposite the inlet with respect to the first and second screw.
  • Each of the first and second screws has an invariable thread along its length.
  • the first and second rotors rotate in opposite directions so as to be able to be successively in: ⁇ a first configuration wherein the first and second lobe portions, a portion of the first screw, a portion of the second screw and the shell together define a chamber which is closed,
  • the first and second screws serve to seal and open the chamber.
  • the role of the first and second lobe portions is to effect the compression.
  • the first and second screws may thus not have the role of compressing and the thread of each of them is invariable along its length. As a result, these first and second screws are not difficult to design, nor to produce, compared to screws with variable threads.
  • the compression ratio is a function of the first and second lobe portions.
  • This compression ratio can be modified by varying the size of the first and second lobe portions in the axial direction. From a first given screw and from a second given screw, it is therefore possible to build pumps that do not have the same compression ratios, depending on the axial dimension of the lobe portions that are associated with these first and second screw. However, the lobed portions are much less difficult to produce than screws. Thus, a range of dry gas pumps having different compression ratios can be designed and produced more easily by virtue of the invention.
  • the dry gas pump defined above may incorporate one or more other advantageous features, singly or in combination, in particular among those defined below.
  • the first and second lobe portions comprise lobes each of which is extended by one of the helical threads of the threads of the first and second screws.
  • the number of lobes of the first lobe portion is equal to the number of helical threads of the thread of the first screw, the number of lobes of the second lobe portion being equal to the number of helical threads of the thread of the second screw.
  • the outlet is located at a distance from the first and second screw.
  • the chamber is one of several successive chambers that the first and second rotors and the casing define together.
  • one of the successive chambers is a collecting chamber which has the outlet of the internal volume.
  • the thread of the first screw and the thread of the second screw define helical grooves, the downstream ends of the helical grooves being open and opening into the collecting chamber whatever the angular positions of the first and second rotors.
  • the first and second screws do not compress.
  • one of the successive chambers is an intake chamber which communicates with the entrance.
  • the first rotor is a male rotor, the second rotor being a female rotor.
  • the second rotor comprises one more lobe than the first rotor.
  • the first rotor comprises several lobes which are two in number, the second rotor comprising several lobes which are three in number.
  • the first rotor has a cross section which is the same at the level of the first lobed portion and at the level of the first screw, except for its angular orientation, while the second rotor has a cross section which is the same at the level of the second portion with lobes and at the level of the second screw, within its angular orientation.
  • the first rotor comprises at least two one-piece elements, held together, which are a first one-piece element comprising at least the first screw and a second one-piece element comprising at least part of the first portion with lobes.
  • the subject of the invention is also a set of several dry gas pumps as defined above.
  • the first screws of a first dry gas pump in the set and a second dry pump for gas in the set are identical, the second screws of the first dry pump for gas gas and the second dry gas pump being identical, the first and second lobe portions of the first dry gas pump having an axial dimension which is a first axial dimension, the first and second lobe portions of the second dry gas pump being gas having an axial dimension which is a second axial dimension different from the first axial dimension.
  • FIG. 1 is a schematic view in axial section of a dry gas pump according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view which shows two rotors constituting the pump of Figure 1 and which is simplified in that the shafts of these rotors are omitted;
  • FIG. 3 is an exploded side view, which shows only one of the two rotors of the pump of Figure 1 and which is simplified in that the shaft of the rotor shown is omitted;
  • FIG. 4 is a view which is simplified like Figures 2 and 3, which shows the same rotors as in Figure 2, as well as chambers partially delimited by these rotors in the pump of Figure 1, and where the rotors are seen by one end;
  • FIG. 5 is a perspective view which is simplified like Figures 2 and 3 and which shows the same rotors as in Figure 2, as well as the chambers partially delimited by these rotors in the pump of Figure 1;
  • - Figure 6 is a perspective view showing a chamber among the chambers visible in Figures 4 and 5;
  • FIG. 7 is a perspective view which shows the same chamber as Figure 6 but later, that is to say at a time after the time at which this chamber is as shown in Figure 6;
  • FIG. 8 is a perspective view which shows the same chamber as Figures 6 and 7 but later, that is to say at a time after the time at which this chamber is as shown in Figure 7 ;
  • FIG. 9 is a graph showing the evolution of the capacity of the chamber of Figures 6 to 8 over time.
  • a dry gas pump according to one embodiment of the invention comprises a first rotor 1 and a second rotor 2, which are mounted in a casing 3 made of several parts held together.
  • bearings 5 support a shaft 6 of the first rotor 1 so that this first rotor 1 is rotatable on an axis of rotation Xi-X'i.
  • bearings 7 support a shaft 8 of the second rotor 2 so that this second rotor 2 rotates on an axis of rotation X2-X'2 parallel to the axis of rotation Xi-X'i.
  • the axial direction is the direction parallel to the axes of rotation Xi-X'i and X2-X 2
  • an axial dimension is a dimension along the direction parallel to the axes. axes of rotation Xi-X'1 and X2-X'2.
  • One end of shaft 8 is coupled to a motor 10
  • the shaft 8 of the second rotor 2 carries a toothed wheel 11 which meshes with a toothed wheel 12 carried by the shaft 6 of the first rotor 1.
  • the toothed wheels 11 and 12 form a gear whose gear ratio equal to 3/2 is such that the first rotor 1 turns faster than the second rotor 2.
  • the first rotor 1 comprises a first portion with lobes 1A and a first screw 1B which follow one another axially without distance between them.
  • the second rotor 2 comprises a first portion with lobes 2A and a first screw 2B which follow one another axially without distance between them.
  • the first lobe portion 1 A, the first screw 1 B, the second lobe portion 2A and the second screw 2B are all located in the same internal volume 14, which delimits the casing 3 without partitioning it.
  • An inlet 15 for the admission of gas passes through the casing 3 and opens into the internal volume 14, at the level of the first and second lobe portions 2A and 2B, on one side of the plane passing through the axes of rotation Xi -X'i and X2-X'2.
  • An outlet 16 for the delivery of gas passes through the casing 3 and communicates with the internal volume 14, at the level of a collecting chamber 18 which consists of a downstream portion of this internal volume 14 and which is located at the bottom. exit from the first and second screws 1B and 2B, that is to say opposite the first and second lobe portions 1A and 2A with respect to these first and second screws 1B and 2B.
  • the internal volume 14 is cylindrical at least at the level of the first and second screws 2A and 2B, being constituted by the union of two interpenetrating cylinders of revolution, the respective axes of which are the axes of rotation Xi-X'i and X2 -X'2.
  • the internal volume 14 is cylindrical in an identical manner, at least on the side opposite the entry 15 with respect to the plane containing the axes of rotation Xi-X'i and X2 -X2.
  • a downstream and lateral portion of the internal volume 14 can constitute an inlet chamber where the internal volume 14 is enlarged laterally and where the inlet 15 opens.
  • the references 17 designate devices each of which provides a seal between the casing 3 and one of the shafts 6 and 8.
  • the first rotor 1 is a male rotor.
  • the first lobe portion 1 A comprises several lobes 20 which are identical and which are two in number in the embodiment shown.
  • the screw 1 B comprises a thread consisting of as many helical threads 21 as there are lobes 20. This thread is invariable over the entire length of the screw 1 B. Its pitch, its average diameter and its profile, c ' that is to say the shape and dimensions of its section along an axial plane passing through the axis of rotation Xi-X'i, are invariable over the entire length of the screw 1 B.
  • Each lobe 20 is extended by the one of the two helical threads 21, which are identical.
  • the number of lobes 20 may be different from two. The same applies to the number of helical threads 21.
  • the second rotor 2 is a female rotor.
  • the second lobe portion 2A comprises several lobes 22 which are identical and which are three in number in the embodiment shown.
  • the screw 2B comprises a thread consisting of as many helical threads 23 as there are lobes 22. This thread is invariable over the entire length of the screw 2B. Its pitch, mean diameter and profile, that is to say the shape and dimensions of its section along an axial plane passing through the axis of rotation X2-X 2, are invariable over the entire length of the screw 2B.
  • Each lobe 22 is extended by one of three helical threads 23, which are identical. The number of lobes 22 may be different from two. The same applies to the number of helical threads 23.
  • the first lobe portion 1 A meshes with the second lobe portion 1 B.
  • the first and second screws 1 B and 2B interpenetrate.
  • the first rotor 1 has a cross section which is the same at the level of the first lobe portion 1 A and at the level of the first screw 1 B, except for its angular orientation.
  • the second rotor 2 has a cross section which is the same at the level of the second lobe portion 2A and at the level of the second screw 2B, except for its angular orientation.
  • the first rotor 1 results from the assembly of several monobloc elements, a first of which comprises the first portion with lobes 1 A and a second of which comprises the first screw 1 B.
  • the shaft 6 can form part of the first one-piece element of the first rotor 1 or of the second one-piece element of the first rotor 1.
  • a third one-piece element of the first rotor 1 can form the shaft 6.
  • the second rotor 2 results of the assembly of several single-piece elements, a first of which comprises the second lobe portion 2A and a second of which comprises the second screw 2B.
  • the shaft 8 can form part of any of the first and second single-piece elements of the second rotor 2.
  • first rotor 1, second rotor 2 and casing 3 jointly define several successive chambers which are visible in FIG. 4, for some, and in FIG. 5, for all.
  • the chamber 30 is as shown in Figure 6.
  • the chamber 30 has the shape and position that chamber 31 has in Figures 3 and 4.
  • the chamber 30 is as shown in Figure 8.
  • the chamber 30 has the shape and position that the chamber 32 has in Figures 3 and 4.
  • the chamber 30 is closed by being closed, at its downstream end, that is to say at P1, by the crossing of a helical thread 21 and a helical thread 23.
  • the first and second lobe portions 1 A and 2A, a portion of the first screw 1 B, a portion of the second screw 2B and the casing 3 together delimit the chamber 30, which has almost reached its maximum capacity .
  • first and second lobe portions 1 A and 2A reach a configuration from which together they reduce the capacity of the chamber 30, the downstream end of which is still closed at P1 by the crossing of a helical thread 21 and a helical thread 23.
  • the chamber 30 is shown at a chosen time. while the first and second lobe portions 1A and 2A together reduce the capacity of chamber 30. At the same time as the first and second lobe portions 1A and 2A together reduce the capacity of chamber 30, there occurs a compression of the gas present in this chamber 30.
  • Curve C in FIG. 9 is the graphic representation of the capacity V of chamber 30 as a function of time t.
  • the role of the first and second screws 1 B and 2B is not to effect a reduction in capacity and therefore compression.
  • the role of the first and second screws is to perform a succession of obturations identical to the obturation at P1, which retains gas when, in chamber 30, this gas is compressed by the first and second lobe portions 1 A and 2A.
  • the first and second screw also have the role of effecting a succession of plugs identical to the plugging in P2, which isolates the gas present in the chamber 30 from the first and second lobe portions 1 A and 2A after the compression of this gas.

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Abstract

Une pompe sèche pour gaz comprend un premier rotor (1) comprenant une première portion à lobes (1A) et une première vis (1B), ainsi qu'un deuxième rotor (2) comprenant une deuxième portion à lobes (2A) et une deuxième vis (2B). Une enveloppe délimite un volume interne dans lequel se trouve à la fois les première et deuxième vis (1B, 2B) et les première et deuxième portions à lobes (1A, 2A). Chacune des première et deuxième vis (1B, 2B) comprend un filetage invariable sur sa longueur. Les premier et deuxième rotors (1, 2) tournent en sens inverses et se trouvent dans des configurations successives. Dans une première configuration des rotors, les première et deuxième portions à lobes (1A, 2A), une portion de la première vis (1B), une portion de la deuxième vis (2B) et l'enveloppe délimitent ensemble une chambre (30) qui est fermée. Dans une deuxième configuration des rotors, la chambre (30) a une contenance plus petite que dans la première configuration. Dans une troisième configuration des rotors, la chambre (30) est déplacée entièrement au niveau des première et deuxième vis (1B, 2B) et isolée des portions à lobes.

Description

Pompe sèche pour gaz et
jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine du pompage et de la compression des gaz. Plus précisément, elle concerne une pompe sèche pour gaz, ainsi qu’un jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz.
Etat de la technique
Un type de pompe sèche pour gaz est la pompe à vis. Une pompe à vis comprend deux vis qui s’interpénétrent et qui sont entraînées en sens inverses chacune sur l’un de deux axes de rotation parallèles. Dans le cas de certaines pompes mixtes, chaque vis appartient à un rotor qui comporte en outre une portion à lobes de manière que la pompe à vis et une pompe à lobes soient combinées à la suite l’une de l’autre comme c’est par exemple le cas dans le brevet américain US 7 611 340 B2.
Dans une pompe à vis, les filetages des vis peuvent varier le long des vis, pour définir un taux de compression interne du gaz entre l’extrémité amont des vis et leur extrémité aval. Par exemple, les filetages des vis peuvent varier moyennant un changement progressif ou étagé du pas de chaque filetage. Toujours dans une pompe à vis, on peut changer le nombre de tours des filetages le long des vis, c’est-à-dire changer la longueur des vis, afin de modifier « l’étanchéité » dynamique et ainsi la pression finale ou le vide final obtenu par la pompe à vis. Dans tous les cas, une modification du taux de compression nécessite de réaliser, pour chaque vis, une nouvelle forme de vis alors que, dans les pompes à vis, la forme des vis à filetage variable est très complexe et donc très difficile à concevoir et à usiner.
Pour modifier le débit nominal d’une pompe à vis, en gardant la même vitesse de rotation et le même entraxe, on peut modifier le pas des filetages à l’extrémité amont des vis et/ou les diamètres de fond des filetages et par conséquent les diamètres de crête des filetages (la hauteur du profil du filetage). Ces modifications doivent rester dans les limites de stabilité mécanique en rotation ainsi que dans les possibilités d’usinage industriel. Dans tous les cas, une modification du débit nominal nécessite de réaliser, pour chaque vis, une nouvelle forme de vis alors que, dans les pompes à vis, la forme des vis à filetage variable est très complexe et donc très difficile à concevoir et à usiner.
Exposé sommaire de l'invention
L’invention a au moins pour but de simplifier la conception et/ou la réalisation d’une gamme de pompes sèches pour gaz ayant des taux de compression différents. Plus particulièrement, l’invention a pour but de réaliser une gamme de pompes sèches pour gaz proposant, pour les mêmes ou similaires contraintes au niveau d’encombrement, consommation d’énergie, etc., des flexibilités et avantages d’une pompe à vis à pas variable, mais présentant des rotors avec un profil plus facile à concevoir et/ou à usiner.
Selon l’invention, ce but est atteint grâce à une pompe sèche pour gaz, comprenant un premier rotor comprenant une première portion à lobes et une première vis, un deuxième rotor comprenant une deuxième portion à lobes et une deuxième vis, ainsi qu’une enveloppe dans laquelle les premier et deuxième rotors sont montés à rotation de manière que les première et deuxième vis s’interpénétrent et que les première et deuxième portions à lobes engrènent l’une avec l’autre. L’enveloppe délimite un volume interne dans lequel se trouvent à la fois la première et la deuxième vis et la première et la deuxième portion à lobes. Au moins une entrée débouche dans le volume interne au niveau des première et deuxième portions à lobes. Au moins une sortie du volume interne se trouve à l’opposé de l’entrée par rapport aux première et deuxième vis. Chacune des première et deuxième vis comprend un filetage invariable sur sa longueur. Les premier et deuxième rotors sont rotatifs en sens inverses de manière à être à même de se trouver successivement dans : ■ une première configuration dans laquelle les première et deuxième portions à lobes, une portion de la première vis, une portion de la deuxième vis et l’enveloppe délimitent ensemble une chambre qui est fermée,
■ une deuxième configuration dans laquelle la chambre est toujours délimitée par les première et deuxième portions à lobes, une portion de la première vis, une portion de la deuxième vis et l’enveloppe de manière à être fermée et a une contenance plus petite que dans la première configuration,
■ une troisième configuration dans laquelle la chambre est déplacée entièrement au niveau des première et deuxième vis et isolée des portions à lobes au moins par un filet hélicoïdal du filetage de la première vis, un filet hélicoïdal du filetage de la deuxième vis et une obturation réalisée par un croisement du filet hélicoïdal de la première vis et du filet hélicoïdal de la deuxième vis, et
■ une quatrième configuration dans laquelle la chambre est déplacée à l’extrémité aval des première et deuxième vis et est en
communication avec la sortie.
Les première et deuxième vis ont pour rôle d’obturer et d’ouvrir la chambre. Les première et deuxième portions à lobes ont pour rôle d’effectuer la compression. Les première et deuxième vis peuvent ainsi ne pas avoir comme rôle d’effectuer une compression et le filetage de chacune d’elles est invariable sur sa longueur. De ce fait, ces première et deuxième vis ne sont pas difficiles à concevoir, ni à réaliser, comparées à des vis à filetages variables.
Par ailleurs, le taux de compression est fonction des première et deuxième portions à lobes. On peut modifier ce taux de compression en jouant sur la dimension des première et deuxième portions à lobes selon la direction axiale. A partir d’une première vis donnée et d’une deuxième vis donnée, on peut donc construire des pompes n’ayant pas les mêmes taux de compression, selon la dimension axiale des portions à lobes que l’on associe à ces première et deuxième vis. Or, les portions à lobes sont bien moins difficiles à réaliser que des vis. Ainsi, une gamme de pompes sèches pour gaz ayant des taux de compression différents peut être conçue et réalisée plus facilement grâce à l’invention.
La pompe sèche pour gaz définie ci-dessus peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après.
Avantageusement, les première et deuxième portions à lobes comprennent des lobes dont chacun se prolonge par l’un des filets hélicoïdaux des filetages des première et deuxième vis. Avantageusement, le nombre de lobes de la première portion à lobes est égal au nombre de filets hélicoïdaux du filetage de la première vis, le nombre de lobes de la deuxième portion à lobes étant égal au nombre de filets hélicoïdaux du filetage de la deuxième vis.
Avantageusement, la sortie se trouve à distance des première et deuxième vis.
Avantageusement, la chambre est l’une de plusieurs chambres successives que les premier et deuxième rotors et l’enveloppe délimitent ensemble.
Avantageusement, quelles que soient les positions angulaires respectives des premier et deuxième rotors, il y a toujours deux chambres fermées parmi les chambres successives.
Avantageusement, l’une des chambres successives est une chambre collectrice qui possède la sortie du volume interne.
Avantageusement, le filetage de la première vis et le filetage de la deuxième vis délimitent des gorges hélicoïdales, les extrémités aval des gorges hélicoïdales étant ouvertes et débouchant dans la chambre collectrice quelles que soient les positions angulaires des premier et deuxième rotors. Lorsque tel est le cas, les première et deuxième vis n’effectuent aucune compression.
L’échauffement du gaz du fait de sa compression se produit alors
essentiellement au niveau des première et deuxième portions à lobes. De ce fait, il est plus aisé d’éviter une élévation importante de la température des première et deuxième vis en fonctionnement et donc d’éviter des déformations importantes dans ces première et deuxième vis en raison des dilatations.
Avantageusement, l’une des chambres successives est une chambre d’admission qui communique avec l’entrée.
Avantageusement, le premier rotor est un rotor mâle, le deuxième rotor étant un rotor femelle.
Avantageusement, le deuxième rotor comprend un lobe de plus que le premier rotor.
Avantageusement, le premier rotor comporte plusieurs lobes qui sont au nombre de deux, le deuxième rotor comprenant plusieurs lobes qui sont au nombre de trois.
Avantageusement, le premier rotor a une section transversale qui est la même au niveau de la première portion à lobes et au niveau de la première vis, à son orientation angulaire près, tandis que le deuxième rotor a une section transversale qui est la même au niveau de la deuxième portion à lobes et au niveau de la deuxième vis, à son orientation angulaire près.
Avantageusement, le premier rotor comporte au moins deux éléments monoblocs, maintenus assemblés, qui sont un premier élément monobloc comprenant au moins la première vis et un deuxième élément monobloc comprenant au moins une partie de la première portion à lobes. L’invention a également pour objet un jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz telles que définies précédemment. Les premières vis d’une première pompe sèche pour gaz du jeu et d’une deuxième pompe sèche pour gaz du jeu sont identiques, les deuxièmes vis de la première pompe sèche pour gaz et de la deuxième pompe sèche pour gaz étant identiques, les première et deuxième portions à lobes de la première pompe sèche pour gaz ayant une dimension axiale qui est une première dimension axiale, les première et deuxième portions à lobes de la deuxième pompe sèche pour gaz ayant une dimension axiale qui est une deuxième dimension axiale différente de la première dimension axiale.
Brève description des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d’un mode particulier de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d’une pompe sèche pour gaz selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective qui représente deux rotors constitutifs de la pompe de la figure 1 et qui est simplifiée en ce que les arbres de ces rotors sont omis ;
- la figure 3 est une vue latérale et éclatée, qui représente un seul des deux rotors de la pompe de la figure 1 et qui est simplifiée en ce l’arbre du rotor représenté est omis ;
- la figure 4 est une vue qui est simplifiée comme les figures 2 et 3, qui représente les mêmes rotors que la figure 2, ainsi que des chambres partiellement délimités par ces rotors dans la pompe de la figure 1 , et où les rotors sont vus par une extrémité ;
- le figure 5 est une vue en perspective qui est simplifiée comme les figures 2 et 3 et qui représente les mêmes rotors que la figure 2, ainsi que des chambres partiellement délimités par ces rotors dans la pompe de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en perspective représentant une chambre parmi les chambres visibles aux figures 4 et 5 ;
- la figure 7 est une vue en perspective qui représente la même chambre que la figure 6 mais plus tard, c’est-à-dire à un instant postérieur à l’instant auquel cette chambre est telle que représentée à la figure 6 ;
- la figure 8 est une vue en perspective qui représente la même chambre que les figures 6 et 7 mais plus tard, c’est-à-dire à un instant postérieur à l’instant auquel cette chambre est telle que représentée à la figure 7 ; et
- la figure 9 est un graphique qui représente l’évolution de la contenance de la chambre des figures 6 à 8 au cours du temps.
Description d’un mode préférentiel de l’invention
Sur la figure 1 , une pompe sèche pour gaz selon un mode de réalisation de l’invention comprend un premier rotor 1 et un deuxième rotor 2, qui sont montés dans une enveloppe 3 en plusieurs parties maintenues assemblées.
Plusieurs roulements 5 supportent un arbre 6 du premier rotor 1 de manière que ce premier rotor 1 soit rotatif sur un axe de rotation Xi-X’i.
Plusieurs roulements 7 supportent un arbre 8 du deuxième rotor 2 de manière que ce deuxième rotor 2 soit rotatif sur un axe de rotation X2-X’2 parallèle à l’axe de rotation Xi-X’i. Au sens où on l’entend ici et dans les revendications annexées, la direction axiale est la direction parallèle aux axes de rotation Xi- X’i et X2-X 2, tandis qu’une dimension axiale est une dimension selon la direction parallèle aux axes de rotation Xi-X’1 et X2-X’2.
Une extrémité de l’arbre 8 est accouplée à un moteur 10
d’entraînement des premier et deuxième rotors 1 et 2. A l’opposé du moteur 10, l’arbre 8 du deuxième rotor 2 porte une roue dentée 11 qui engrène avec une roue dentée 12 portée par l’arbre 6 du premier rotor 1. Les roues dentées 11 et 12 forment un engrenage dont le rapport d’engrenage égal à 3/2 est tel que le premier rotor 1 tourne plus vite que le deuxième rotor 2.
Le premier rotor 1 comprend une première portion à lobes 1A et une première vis 1 B qui se succèdent axialement sans distance entre elles. Le deuxième rotor 2 comprend une première portion à lobes 2A et une première vis 2B qui se succèdent axialement sans distance entre elles. La première portion à lobes 1 A, la première vis 1 B, la deuxième portion à lobes 2A et la deuxième vis 2B se trouvent toutes dans un même volume interne 14, que délimite l’enveloppe 3 sans le cloisonner.
Une entrée 15 pour l’admission du gaz passe à travers l’enveloppe 3 et débouche dans le volume interne 14, au niveau des première et deuxième portions à lobes 2A et 2B, d’un côté du plan passant par les axes de rotation Xi-X’i et X2-X’2. Une sortie 16 pour le refoulement du gaz passe à travers l’enveloppe 3 et communique avec le volume interne 14, au niveau d’une chambre collectrice 18 qui est constituée d’une portion aval de ce volume interne 14 et qui se trouve à la sortie des première et deuxième vis 1 B et 2B, c’est-à-dire à l’opposé des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A par rapport à ces première et deuxième vis 1 B et 2B. Le volume interne 14 est cylindrique au moins au niveau des première et deuxième vis 2A et 2B, en étant constitué de la réunion de deux cylindres de révolution s’interpénétrant, dont les axes respectifs sont les axes de rotation Xi-X’i et X2-X’2. Au niveau des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A, le volume interne 14 est cylindrique de manière identique, au moins du côté opposé à l’entrée 15 par rapport au plan contenant les axes de rotation Xi-X’i et X2-X2. Au niveau de l’entrée 15, une portion aval et latérale du volume interne 14 peut constituer une chambre d’admission où le volume interne 14 est agrandi latéralement et où débouche l’entrée 15.
Les références 17 désignent des dispositifs dont chacun réalise une étanchéité entre l’enveloppe 3 et l’un des arbres 6 et 8. Ainsi qu’on peut le voir sur la figure 2, le premier rotor 1 est un rotor mâle. La première portion à lobes 1 A comprend plusieurs lobes 20 qui sont identiques et qui sont au nombre de deux dans le mode de réalisation représenté. La vis 1 B comprend un filetage constitué d’autant de filets hélicoïdaux 21 qu’il y a de lobes 20. Ce filetage est invariable sur toute la longueur de la vis 1 B. Son pas, son diamètre moyen et son profil, c’est-à-dire la forme et les dimensions de sa section selon un plan axial passant par l’axe de rotation Xi-X’i, sont invariables sur toute la longueur de la vis 1 B. Chaque lobe 20 est prolongé par l’un des deux filets hélicoïdaux 21 , qui sont identiques. Le nombre des lobes 20 peut être différent de deux. Il en est de même du nombre des filets hélicoïdaux 21.
Le deuxième rotor 2 est un rotor femelle. La deuxième portion à lobes 2A comprend plusieurs lobes 22 qui sont identiques et qui sont au nombre de trois dans le mode de réalisation représenté. La vis 2B comprend un filetage constitué d’autant de filets hélicoïdaux 23 qu’il y a de lobes 22. Ce filetage est invariable sur toute la longueur de la vis 2B. Son pas, son diamètre moyen et son profil, c’est-à-dire la forme et les dimensions de sa section selon un plan axial passant par l’axe de rotation X2-X 2, sont invariables sur toute la longueur de la vis 2B. Chaque lobe 22 est prolongé par l’un des trois filets hélicoïdaux 23, qui sont identiques. Le nombre des lobes 22 peut être différent de deux. Il en est de même du nombre des filets hélicoïdaux 23.
La première portion à lobes 1 A engrène avec la deuxième portion à lobes 1 B. Les première et deuxième vis 1 B et 2B s’interpénétrent.
Le premier rotor 1 a une section transversale qui est la même au niveau de la première portion à lobes 1 A et au niveau de la première vis 1 B, à son orientation angulaire près. De manière identique, le deuxième rotor 2 a une section transversale qui est la même au niveau de la deuxième portion à lobes 2A et au niveau de la deuxième vis 2B, à son orientation angulaire près.
Ainsi qu’on peut bien le voir sur la figure 3, le premier rotor 1 résulte de l’assemblage de plusieurs éléments monoblocs, dont un premier comprend la première portion à lobes 1 A et dont un deuxième comprend la première vis 1 B. L’arbre 6 peut faire partie du premier élément monobloc du premier rotor 1 ou du deuxième élément monobloc du premier rotor 1. Egalement, un troisième élément monobloc du premier rotor 1 peut constituer l’arbre 6. Le deuxième rotor 2 résulte de l’assemblage de plusieurs éléments monoblocs, dont un premier comprend la deuxième portion à lobes 2A et dont un deuxième comprend la deuxième vis 2B. L’arbre 8 peut faire partie de n’importe lequel des premier et deuxième éléments monoblocs du deuxième rotor 2. Egalement, un élément monobloc distinct des premier et deuxième éléments monoblocs du deuxième rotor 2 peut constituer l’arbre 8. En permanence, le premier rotor 1 , le deuxième rotor 2 et l’enveloppe 3 délimitent conjointement plusieurs chambres successives qui sont visibles sur la figure 4, pour certaines, et sur la figure 5, pour toutes. Parmi ces chambres successives, il y a la chambre collectrice 18, la chambre d’admission susmentionnée et référencée 25 sur les figures 4 et 5, ainsi que les chambres 30, 31 , 32 et 33.
Lorsque les premier et deuxième rotors 1 et 2 se trouvent dans la configuration représentée sur les figures 4 et 5, les chambres 30, 31 , 32 et 33 sont fermées. Lorsque la pompe sèche pour gaz de la figure 1 fonctionne, les premier et deuxième rotors 1 tournent en sens inverses, comme l’illustrent les flèches à la figure 4. De ce fait, les chambres 30, 31 , 32 et 33 évoluent, ce qu’illustrent les figures 6 à 8 qui représentent la chambre 30 seule, à des instants successifs.
Lorsque les premier et deuxième rotors 1 et 2 se trouvent dans la configuration représentée sur les figures 4 et 5, la chambre 30 est telle que représentée à la figure 6. Après que le premier rotor 1 et le deuxième rotor 2 ont respectivement tourné d’un demi-tour et d’un tiers de tour à partir des positions qu’ils ont aux figures 3 et 4, la chambre 30 est telle que représentée à la figure 7. Lorsqu’elle est telle que représentée sur la figure 7, la chambre 30 possède la forme et la position que la chambre 31 possède aux figures 3 et 4. Après que le premier rotor 1 et le deuxième rotor 2 ont respectivement tourné d’un tour et de 2/3 de tour à partir des positions qu’ils ont aux figures 3 et 4, la chambre 30 est telle que représentée à la figure 8. Lorsqu’elle est telle que représentée sur la figure 8, la chambre 30 possède la forme et la position que la chambre 32 possède aux figures 3 et 4.
On va maintenant décrire l’évolution de la chambre 30 au cours du temps, alors que les premier et deuxième rotors tournent continûment en sens inverses.
Sur la figure 6, la chambre 30 est fermée en étant obturée, au niveau de son extrémité aval, c’est-à-dire en P1 , par le croisement d’un filet hélicoïdal 21 et d’un filet hélicoïdal 23. Toujours sur la figure 6, les première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A, une portion de la première vis 1 B, une portion de la deuxième vis 2B et l’enveloppe 3 délimitent ensemble la chambre 30, qui a presque atteint sa contenance maximale.
Les rotations des premier et deuxième rotors 1 et 2 en sens inverses se poursuivent continûment à partir de leurs positions des figures 4 et 5. De ce fait, les première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A parviennent à une configuration à partir de laquelle elles réduisent ensemble la contenance de la chambre 30 dont l’extrémité aval est toujours obturée en P1 par le croisement d’un filet hélicoïdal 21 et d’un filet hélicoïdal 23. Sur la figure 7, le chambre 30 est représentée à un instant choisi pendant que les première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A réduisent ensemble la contenance de la chambre 30. En même temps que les première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A réduisent ensemble la contenance de la chambre 30, il se produit une compression du gaz présent dans cette chambre 30.
Alors que les rotations des premier et deuxième rotors 1 et 2 en sens inverses se poursuivent, la compression dans la chambre 30 est suivie d’une obturation de l’extrémité amont de cette chambre 30, par le croisement d’un filet hélicoïdal 21 et d’un filet hélicoïdal 23. Après que s’est produit l’obturation de son extrémité amont, la chambre 30 est telle que représentée à la figure 8. L’obturation de l’extrémité amont de la chambre 30 est localisée en P2 sur cette figure 8. Une fois que l’obturation en P2 s’est produite, la poursuite des rotations des premier et deuxième rotors 1 et 2 en sens contraires fait que la chambre 30 se déplace selon la direction axiale, vers l’aval, mais sans changer de contenance. En d’autres termes, il n’y a pas de compression dans la chambre 30 après que l’obturation en P2 a eu lieu.
Lorsque la chambre 30 atteint l’extrémité aval des première et deuxième vis 1 B et 2B, il n’y pas, là encore, de compression dans cette chambre 30, puisque la sortie 16 est à distance des première et deuxième vis 1 B et 2B.
La courbe C sur la figure 9 est la représentation graphique de la contenance V de la chambre 30 en fonction du temps t.
Il ressort de ce qui précède que le rôle des première et deuxième vis 1 B et 2B n’est pas d’effectuer une diminution de contenance et donc une compression. Les première et deuxième vis ont pour rôle d’effectuer une succession d’obturations identiques à l’obturation en P1 , qui retient du gaz lorsque, dans la chambre 30, ce gaz est comprimé par les première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A. Les première et deuxième vis ont aussi pour rôle d’effectuer une succession d’obturations identiques à l’obturation en P2, qui isole le gaz présent dans la chambre 30 des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A après la compression de ce gaz.
Comme la compression a lieu essentiellement au niveau des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A, échauffement dû à cette compression se produit, elle aussi, essentiellement au niveau des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A. Grâce à cela, on peut obtenir un faible échauffement des première et deuxième vis 1 B et 2B, moyennant un
refroidissement efficace du volume interne 14 au niveau des première et deuxième portions à lobes 1 A et 2A. Or, un faible échauffement des première et deuxième vis 1 B et 2B est avantageux dans la mesure où il est assez
compliqué de maîtriser les conséquences de dilatations dans des vis du fait que de telles vis ont des formes complexes.

Claims

Revendications
1. Pompe sèche pour gaz, comprenant :
■ un premier rotor (1 ) comprenant une première portion à lobes (1 A) et une première vis (1 B), ■ un deuxième rotor (2) comprenant une deuxième portion à lobes
(2A) et une deuxième vis (2B), et
■ une enveloppe (3) dans laquelle les premier et deuxième rotors (1 , 2) sont montés à rotation de manière que les première et deuxième vis (1 B, 2B) s’interpénétrent et que les première et deuxième portions à lobes (1A, 2A) engrènent l’une avec l’autre, l’enveloppe (3) délimitant un volume interne (14) dans lequel se trouve à la fois les première et deuxième vis (1 B, 2B) et les première et deuxième portions à lobes (1 A, 2A), au moins une entrée (15) débouchant dans le volume interne (14) au niveau des première et deuxième portions à lobes (1A, 2A), au moins une sortie du volume interne (14) se trouvant à l’opposé de l’entrée (15) par rapport aux première et deuxième vis (1 B, 2B), caractérisée en ce que chacune des première et deuxième vis (1 B, 2B) comprend un filetage invariable sur sa longueur, les premier et deuxième rotors (1 , 2) étant rotatifs en sens inverses de manière à être à même de se trouver successivement dans :
- une première configuration dans laquelle les première et deuxième portions à lobes (1 A, 2A), une portion de la première vis (1 B), une portion de la deuxième vis (2B) et l’enveloppe (3) délimitent ensemble une chambre (30) qui est fermée, - une deuxième configuration dans laquelle la chambre (30) est toujours délimitée par les première et deuxième portions à lobes (1 A, 2A), une portion de la première vis (1 B), une portion de la deuxième vis (2B) et l’enveloppe (3) de manière à être fermée et a une contenance plus petite que dans la première configuration,
- une troisième configuration dans laquelle la chambre (30) est déplacée entièrement au niveau des première et deuxième vis (1 B, 2B) et isolée des portions à lobes au moins par un filet hélicoïdal (21 ) du filetage de la première vis (1 B), un filet hélicoïdal (23) du filetage de la deuxième vis (2B) et une obturation réalisée par un croisement du filet hélicoïdal (21 ) de la première vis (1 B) et du filet hélicoïdal (23) de la deuxième vis (2B), et
- une quatrième configuration dans laquelle la chambre (30) est déplacée à l’extrémité aval des première et deuxième vis (1 B, 2B) et est en communication avec la sortie (16).
2. Pompe sèche pour gaz selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les première et deuxième portions à lobes (1 A, 2A) comprennent des lobes (20, 22) dont chacun se prolonge par l’un des filets hélicoïdaux (21 , 23) des filetages des première et deuxième vis (1 B, 2B).
3. Pompe sèche pour gaz selon la revendication 2, caractérisée en ce que le nombre de lobes (20) de la première portion à lobes (1 A) est égal au nombre de filets hélicoïdaux (21 ) du filetage de la première vis (1 B), le nombre de lobes (22) de la deuxième portion à lobes (2A) étant égal au nombre de filets hélicoïdaux (23) du filetage de la deuxième vis (2B).
4. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la sortie (16) se trouve à distance des première et deuxième vis (1 B, 2B).
5. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre (30) est l’une de plusieurs chambres successives (18, 25, 30, 31 , 32, 33) que les premier et deuxième rotors (1 , 2) et l’enveloppe (3) délimitent ensemble.
6. Pompe sèche pour gaz selon la revendication 5, caractérisée en ce que quelles que soient les positions angulaires respectives des premier et deuxième rotors (1 , 2), il y a toujours deux chambres fermées parmi les chambres successives (18, 25, 30, 31 , 32, 33).
7. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des revendications
5 et 6, caractérisée en ce que l’une des chambres successives (18, 25, 30, 31 , 32, 33) est une chambre collectrice (18) qui possède la sortie (16) du volume interne (14).
8. Pompe sèche pour gaz selon la revendication 7, caractérisée en ce que le filetage de la première vis (1 B) et le filetage de la deuxième vis (2B) délimitent des gorges hélicoïdales, les extrémités aval de ces gorges hélicoïdales étant ouvertes et débouchant dans la chambre collectrice (18) quelles que soient les positions angulaires des premier et deuxième rotors (1 , 2).
9. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier rotor (1 ) est un rotor mâle, le deuxième rotor (2) étant un rotor femelle.
10. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième rotor (2) comprend un lobe de plus que le premier rotor (1 ).
11. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier rotor (1 ) comporte plusieurs lobes qui sont au nombre de deux, le deuxième rotor (2) comprenant plusieurs lobes qui sont au nombre de trois.
12. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier rotor (1 ) a une section transversale qui est la même au niveau de la première portion à lobes (1 A) et au niveau de la première vis (1 B), à son orientation angulaire près, tandis que le deuxième rotor (2) a une section transversale qui est la même au niveau de la deuxième portion à lobes (2A) et au niveau de la deuxième vis (2B), à son orientation angulaire près.
13. Pompe sèche pour gaz selon l’une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier rotor (1 ) comporte au moins deux éléments monoblocs, maintenus assemblés, qui sont un premier élément monobloc comprenant au moins la première vis (1 B) et un deuxième élément monobloc comprenant au moins une partie de la première portion à lobes (1A).
14. Jeu de plusieurs pompes sèches pour gaz selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières vis (1 B) d’une première pompe sèche pour gaz du jeu et d’une deuxième pompe sèche pour gaz du jeu sont identiques, les deuxièmes vis (2B) de la première pompe sèche pour gaz et de la deuxième pompe sèche pour gaz étant identiques, les première et deuxième portions à lobes (1A, 2A) de la première pompe sèche pour gaz ayant une dimension axiale qui est une première dimension axiale, les première et deuxième portions à lobes (1 A, 2A) de la deuxième pompe sèche pour gaz ayant une dimension axiale qui est une deuxième dimension axiale différente de la première dimension axiale.
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