Brevet FR2008311A1 — publié le 19700116

La présente invention concerne une pompe annulaire à turbulence comportant une roue à palettes, dont les palettes se trouvent dans un canal annulaire ménagé dans le corps de la pompe. Une telle pompe est décrite dans le brevet américain N 2.468.170. La roue est équipée de deux couronnes de palettes séparées. Le fluide, qui peut être un liquide ou un gaz, circule à travers la pompe tout en tourbillonnant et entre xiale- ment dans la roue R palettes pour en sortir rarjialement à la périphérie. Dans le canal annulaire, le courant sortant radia- lement des palettes se transforme en un courant d'entrée axial De plus, lors de sa circulation à travers la roue à palettes, le courant de fluide circulant axialement se transforme en un courant circulant radialement.Afin d'obtenir l'effet optimal de la pompe, il faut que les palettes soient courbées dans les deux sens, ce qui est pratiquement irréalisable. Les réalisation comportant des palettes droites entrassent des pertes par choc notables se produisant lorsque le fluide entre dans la roue L'invention permet d'améliorer le rendement de la pompe dont la roue est munie de palettes axiales. Le fluide traere la roue en sens axial et repasse de nouveau dans le canal annulaire de façon à contourner la roue du c8té sortie de cette dernière vers le cActé entrée. Ce processus se répète de sorte qu'ici aussi, le fluide traverse de façon turbulente le canal de la pompe. La palette n'est cour- bée qu'en sens axial ; sa construction est donc simple. Une telle courbure simple des palettes permet d'atteindre des per- tes d'entrée aussi basses que possible et d'obtenir un meilleur rendement ainsi qu'une pression plus élevee du fluide. Une pompe annulaire à turbulence conforme à l'invention permet de déterminer, sur la base de considérations élémentai- res théoriques, la pression correspondant à un rendement déter- miné et, de ce fait, d'obtenir une caractéristique utilisable indiquant le rapport entre le rendement et la pression. Pour connaître ce rapport entre le rendement et la pression pour la pompe annulaire à turbulence connue comportant des palettes radiales, il faut recourir à des données empiriques, la circulation étant très compliquée par suite du fait que le fluide n'atteint pas les palettes suivant la direction requise. Afin d'éviter qu'une partie du fluide à déplacer ne sorte radialement de la roue, ce qui affecterait l'effet de la pompe, la roue est, de préférence, limitée par une bande annulaire reliant les extrémités des palettes. Dans une pompe annulaire à turbulence conforme à l'in- vention pour le pompage d'air, munie de palettes radiales, un plan tangent imaginare à la surface courbée d'une palette forme, du c3té de l'entrée, un angle compris entre 30 et 600 avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue, alors que du côté sortie un plan tangent imaginaire à la surface courbée d'une palette forme un angle compris entre 65 et 900 avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Une pompe a@ annulaire a turbulence comportant une roue dont les palettes préentcnt un angle d entrée et un angle de sortie conformes aux valeurs mentionnées ci-dessus ont, en pratique, un rendement très favorable. Dans une forme de @éalisation de ladit@ pompe annulaire à turbulence pour l'air dont @a caractéristique peut très facilement être déterminée, la hauteur de la palette décroît du côté entrée vers le côté sortie de la roue. De ce fait, la section de passage des canau@ disposés entre les palettes peut être maintenue pratiquement constante, de sorte que la pression statique de l'air produite pendant la circulation du fluide à travers la roue ne varie pas et que la d@t@@mination de la caractéristique est simplifiée La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donne à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut Autre réalisée. La figure 1 montre en perspective une pompe annulaire à turbulence comportant des palettes axiales, la paroi de la pompe étant partiellement supprimée. La ligure 2 est une vue de face de la pompe représentée sur la figure 1, la paroi étant, ici aussi, partiellement supprimée. La figure 3 est une coupe de ladite pompe par un plan passant par l'axe de rotation de la roue. La figure 4 montre la roue rabattue dans le plan du dessin avec des diagrammes indiquant la vitesse. Comme il ressort des figures, le corps 1 de la pompe comporte la roue 2 calée sur l'axe 3 et entratnée par un moteur électrique 4. Abstraction faite du canal 5, le Jeu existant entre le corps 1 et la roue 2 suffit tout juste pour permettre la rotation libre de la roue. Le canal 5 est constitué par des cavités annulaires 5' et 5" ménagées des deux côtés de la roue 2 et par la cavité 5"' reliant lesdites cavités 5' et 5" à la périphérie de la roue 2. Le canal 5 est "interrompu" par une cloison 6 s'approchant, avec un jeu aussi petit que possible, de la roue 2. Les canaux 7 et 8 disposés de deux cotés de la cloison 6 communiquent avec le canal 5 et se terminent respertivement par les orifices d'admission 9 et d'évacuation 10, ménagés dans la paroi du corps de la pompe. La roue 2 comporte des palettes axiales 12 s'étendant sur toute la largeur de la roue. La hauteur des palettes représentées sur la figure 3 décroît dans le sens de la partie de canal 5' vers la partie de canal 5" de façon à assurer une section de passage constante dans chaque partie de canal située entre deux palettes successives. Autour de la roue 2 est appliquée une bande annulaire i1 reliant les extrémités des palettes 12. Comme l'indiquent les flèches représentées sur la figure 3, d'un c8té le fluide entre pratiquement axialtnent dans la roue pour la quitter de 1 'autre côté, également dans un sens prati quement axial. Dans le canal 5, le courant de fluide sortant de la roue se dirige de nouveau vers le côté entrée de la roue. Il en résulte une circulation suivant un trajet héli cotidal dans le canal, circulation lors de laquelle le fluide échange de l'énergie avec le reste du fluide présent dans le canal. De ce fait, la pression du fluide présent dans le canal augmente continuellement dans le sens de l'admission vers la sortie. La courbure des palettes 12 dans le sens axial est adaptée au sens de circulation du fluide de la façon indiquée par le triangle des vitesses représenté sur la figure 4. La vitesse périphérique de la roue est indiquée par u, la vitesse absolue du fluide par c et la vitesse relative par rapport à la roue w. L'angle constant ss est constitué par l'angle que forme la tangente à chaque point de la courbure de lteau avec la verticale dans le sens de la vitesse phériphérique u. Les indices 1 et 2 désignent respectivement le côté entrée et le côté sortie de la roue. Du côté entrée, L'angle constant est adapté à la vitesse relative W1, de sorte que les pertes par choc se produisant du côté entrée sont minimales.Dans le cas des palettes représentées sur la figure 4, l'angle constant présent du côté sortie est de 90 , Toutefois, si, du côté sortie on utilise également des palettes courbées vers l'avant, l'angle de sortie étant inférieur à 900, la vitesse relative w2 acquiert une composante w2u dans le sens de la vitesse périphérique, de sorte que la composante totale de la vitesse absolue c2 dans ce sens est égale à la somme de u et w2u, ce qui se traduit par une pression plus élevée. La courbure simple des palettes dans la direction axiale peut s'obtenir de façon simple suivant les méthodes usuelles. Il est déjà possible de déterminer un rapport utilisable entre le rendement et la pression pour une pompe annulaire à turbulence conforme à l'invention à partir d'une configuration théorique simple.La masse volumique traversant la roue peut approximativement être déterminée par = # # # # D . h. c1m (a) expression dans laquelle ssm = la masse volumique exprimée en kg (masse)/sec. P = masse spécifique exprimée en kg (masseYm3. D = le diamètre de la roue exprimé en m. h = la hauteur des palettes exprimée enm, c lm = la composante axiale de la vitesse absolue c1 exprimée en m/sec (voir la figure 4 > La force K obtenue par échange dténergie du fluide circulant, exercée sur la section totale du canal de la pompe peut être déterminée, à l'aide de la susdite relation d'énergie, à partie de K = m ss Cu (b) expression dans laquelle K désigne la force engendrée dans la direction périphérique de la roue en kg (force). =C2u - - Clu > en m par sec. c2u = la composante de la vitesse absolue c2 dans la direction périphérique en m par sec. (voir la figure 4). c lu = la composante de la vitesse absolue c1 dans la direction périphérique en m par sec. (voir la figure 4). L'augmentation de la pression obtenue à l'aide de la pompe résulte de expression dans laquelle : p désigne l'augmentation de la pres 2 sion en N par m F = la section du canal de la pompe en m2. Si, pour faciliter la compréhension, on admet que du côté entrée et du côté sortie ss1 = 450 et ss 2 = 90 , on a clm = u - c lu (d) c2u = u (e) Le rendement de la pompe peut etre déterminé par Q = c1u #F (f) Q étant le rendement en m3 par sec. De l'expression (f) résulte c1u = Q/F (g La formule (c) développée à laide de formules (a), (d), (c) et (g) fournit finalement p = #. #. (D.h) (u - Q) (h) cette formule fournissant déjà une approximation convenable du rapport réel entre la pression et le rendement. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Pompe annulaire à turbulence comportant une roue dont les palettes se trouvent dans un canal annulaire du corps de la pompe, caractérisée en ce que la roue est munie de palettes courbées de façon à permettre un passage axial du fluide dans la roue? 2.- Pompe annulaire à turbulence selon la revendication 1, caractérisée en ce que la roue est limitée par une bande annulaire reliant les extremités des palettes. 3e- Pompe annulaire à turbulence suivant l'une des revendications - précédentes, notamment à air, munie ae palette. radiales, caractérisée en ce que du côté entrée, un plan tangent imaginaire à la surface courbée dTune palette fait un angle compris entre 301 et 600 avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la-roue-et du côté sortie, un plan tangent inIaginaire à la surface courbée d'une palette fait un angle compris entre 65 et 90 avec un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. 4.- Pompe annulaire à turbulence suivant la revendi- cation 3, caractérisée en ce que la hauteur de la palette décroît du cote entrée vers le côté sortie de la roue.