Brevet FR2271420A1 — publié le 19751212

La présente invention se rapporte de façon génerale aux pompes à fluide,et elle concerne plus particulièrement certains perfectionnements nouveaux et utiles apportés à une pompe du type à palette. Les pompes à plusieurs palettes sont bien connues dans la technique et elles comprennent en général une enveloppe cylindrique comportant une entrée de fluide et une sortie de fluide pour introduire du fluide à l'intérieur du corps et en évacuer du fluide, respectivement. Un tambour rotatif est monté à l'intérieur de l'enveloppe, disposé excentriquement par rapport à la surface intérieure cylindrique circulaire usuelle de l'enveloppe, et le tambour comporte une pluralité de fentes dirigées radialement dans lesquelles sont agencées, de façon à pouvoir coulisser, une pluralité de plaques ou palettes, qui sont rappelées élastiquement par des ressorts ou des organes analogues de façon que leurs bords extérieurs soient appuyés contre la surface intérieure de l'enveloppe pour Entre en contact étanche avec elle.Les palettes divisent ainsi le volume compris entre la surface extérieure du tambour rotatif et la surface intérieure de l'enveloppe en une pluralité de chambres dont le volume augmente et diminue successivement pendant la rota- tion du tambour, les palettes étant guidées dans leurs fentes de façon que, lorsque le tambour tourne sous l'action d'un moteur extérieur, du fluide pénétrant à l'intérieur de ltenve- loppe par l'entrée soit refoulé sous pression à travers la sortie, et que le dispositif fonctionne en pompe. Ces dispositifs bien connus ont pour inconvénient que les bords extérieurs des palettes doivent Qtre appuyés contre la surface intérieure de l'enveloppe, ce qui non seulement augmente le frottement entre les éléments en contact, produisant, d'une part, une usure accrue et, de l'autre, un rendement réduit, mais en outre de telles structures ont pour inconvénient entre relativement compliquées. Il est également bien connu que, dans toute pompe, on peut obtenir un fort débit à une très basse pression, et l'on peut obtenir une forte pression avec un très faible débit, et que, du fait de sa conception spécifique, une pompe ne peut fonctionner que suivant ltun de ces deux modes. En conséquence, l'invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités des pompes à palettes. L'invention a également pour objets - une pompe à palette dans laquelle la palette ou plaque ne soit pas poussée de façon forcée contre la surface intérieure de l'enveloppe pendant la rotation du tambour et l'oscillation de la palette par rapport au tambour ; - une pompe à palette ne comprenant qu'un petit nombre de pièces relativement simples que l'on peut fabriquer à un coQt très acceptable et qui résistent à une utilisation prolongée ; - une pompe à palette combinant deux dispositifs en un seul, fonctionnant en pompe à débit élevé lorsqu'elle tourne dans un sens, et en pompe à haute pression lorsqu'elle tourne dans l'autre sens, sans autre réglage ni modification. La pompe à fluide selon la présente invention comprend principalement une enveloppe se présentant sous la forme d'un cylindre creux rectiligne comportant deux parois terminales, comportant des faces terminales intérieurs parallèles et une paroi sans fin ou latérale s'étendant entre les parois terminales, cette dernière comportant une surface de guidage intérieure définissant, dans un plan perpendiculaire aux génératrices du cylindre, un contour de section transversale en forme de limaçon de Pascal. Un tambour rotatif en forme de cylindre circulaire droit est disposé dans l'enveloppe, s'étend à travers son intérieur, et est disposé symétriquement par rapport à un plan-de symétrie perpendiculaire aux faces terminales de cette dernière et entre en contact avec la surface de guidage précitée, sensiblement suivant une ligne se trouvant dans le plan de symétrie mentionné.Le tambour présente une rainure diamétrale qui y est pratiquée, et une plaque ou palette est guidée de façon à coulisser dans la rainure s'étendant en direction axiale entre les faces terminales de l'enve-- loppe et transversalement à travers son intérieur. La palette comporte des portions marginales opposées entrant chacune en contact avec la surface intérieure de l'enveloppe suivant un contact linéaire. Une entrée de fluide et une sortie de fluide communiquent avec l'intérieur de l'enveloppe à travers la paroi sans fin et sont disposées dissymétriquement de part et d'autre du plan de symétrie précité, leur role étant déterminé par le sens de la rotation, ce dernier étant déterminé par le but de fonctionnement particulier. Le dispositif comprend en outre un arbre traversant l'une des parois terminales de l'enveloppe coaxialement par rapport au tambour, relié au tambour de façon à tourner avec lui de sorte que, lorsqu'on fait tourner l'arbre et le tambour, la palette ou plaque tourne avec eux, tout en oscillant par rapport au tambour, de façon à refouler du fluide pénétrant dans le corps par l'entrée avec une pression croissante de la sortie. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut btre réalisée. La figure 7 est un diagramme schématique représentant un limaçon de Pascal et une façon de le construire. La figure 2 est- une vue schématique illustrant un type particulier de limaçon de Pascal, utilisé de préférence comme contour de la paroi sans fin d'une enveloppe de pompe réalisée selon l'invention, et représentant de façon générale l'agencement relatif des autres éléments de la pompe. La figure 3 est une vue en élévation frontale et en bout de la pompe, mais la plaque de recouvrement ou couvercle étant retirée. La figure 4 est une coupe verticale transversale de la pompe, sensiblement suivant la ligne 4-4 de la figure 3, mais la palette étant-retirée, et la conduite verticale étant représentée en traits mixtes. La figure 5 est une coupe verticale transversale dtun autre type de pompe réalisée selon l'invention, et du type bilatéral extérieurement symétrique. La figure 6 est une vue schématique illustrant le positionnement de 1' entrée de fluide et de la sortie de fluide de la pompe représentée sur la figure i, lorsque la rotation a lieu pour engendrer un débit élevé. La figure 7 est une vue schématique illustrant le positionnement de l'entrée de fluide et de la sortie de fluide de la pompe représentée sur la figure 1, lorsque la rotation a lieu pour engendrer une forte pression de circulation. En se référant à présent plus particulièrement aux figures 3 et 4, ces figures montrent que la pompe selon l'invention comprend une enveloppe cylindrique creuse 2 comportant deux parois terminales 4, 6 comportant respectivement des faces terminales intérieures planes 4' et 6' et une paroi latérale sans fin 8 s'étendant entre les parois terminales 4 et 6. La paroi terminale 4 est représentée sur la figure 4 réalisée d'un seul tenant avec la paroi sans fin 8, tandis que la paroi terminale 6 est réalisée sous la forme d'un couvercle séparé relié par des vis 10 à une bride formée d1un cgté de la paroi terminale 8. La paroi terminale 8 comporte une surface de guidage intérieure 8' définissant, dans un plan perpendiculaire aux génératrices du cylindre droit formé par la paroi 8, un contour en forme de courbe connue en général sous le nom de limaçon de Pascal, sa configuration et sa eonstruction spéci fiquewétant expliquées en détail plus loin.Un tambour rotatif 12 réalisé sous la forme d'un cylindre circulaire droit s'étend à travers l'intérieur du cylindre creux formé par l'enveloppe 2 disposé symétriquement par rapport à un plan de symétrie P perpendiculaire aux faces terminales de ce dernier et entrant en contact avec la surface de guidage 8' sensiblement suivant une ligne se trouvant dans le plan de symétrie de façon à Etre en contact le long de cette ligne avec la surface de guidage intérieure 8'. Le tambour rotatif 12 présente une rainure diamétrale 14 qui y est pratiquée et s'étend en direction axiale de la face terminale 6' à la face terminale 4'. La rainure 14 comporte deux faces latérales parallèles 16, séparées l'une de l'autre par une distance donnée, et une face terminale 18 se trouvant dans le plan de la face terminale 4' de la paroi terminale 4. Comme il ressort de la figure 4, le tambour rotatif 12 se prolonge par une portion 12' au-delà du plan de la face terminale 8, portion qui se trouve dans une cavité correspondante formée dans la paroi terminale 4. Une plaque ou palette 20 est guidée de façon à coulisser dans la rainure 14 formée dans le tambour rotatif 12 et la plaque 20 s'étend en direction axiale entre les faces terminales 4' et 6', et transversalement à travers l'intérieur de l'enveloppe 2.La plaque 20 comporte deux portions marginales opposées 20', 20" entrant chacune en contact avec la surface de guidage 8' avec un-contact linéaire, de façon à entre en contact étanche avec elle, L'enveloppe comporte également une entrée de fluide 22 et une sortie due fluide 24, communiquant avec son intérieur et disposées dissymétriquement de part et d'autre du plan de symétrie P. Un arbre 28 traverse la paroi terminale 4 coaxialement par rapport au tambour 12, et l'arbre 28 peut entre formé d'un seul tenant avec le tambour 12 ou bien lui Autre relié de n'importe quelle façon connue pour tourner avec lui. Un moyeu 30 dépasse de la paroi terminale 4, constituant une portée Qu palier pour l'arbre 28, Des joints appropriés (non représentés) peuvent etre présents dans le moyeu 30 autour de l'arbre 28 et également entre les faces en contact de la paroi terminale 6 et de la bride de la paroi sans fin ou latérale 8. Pendant la rotation de l'arbre 28 et du tambour 12, la palette 20, guidée dans la fente 14 dudit tambour, tournera avec ce dernier, tout en oscillant dans la fente par rapport au tambour et, pendant cette rotation et cette oscillation de la palette 20, ses bords terminaux 20' et 20" resteront en contact avec la surface de guidage intérieure 8'.Du fait que le tambour 12 est agencé pour notre en contact avec la surface de guidage intérieure 8' que suivant une ligne se trouvant dans le plan de symétrie P et que les bords terminaux 20t et 20" de la palette 20 doivent rester en contact avec la surface de guidage intérieure 8' pendant cette rotation et cette oscillation de la palette 20, la surface de guidage intérieure 8' ne peut, bien entendu, pas être une surface cylindrique circulaire, mais cette surface de guidage intérieure doit Autre dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre creux, avec un contour en section transversale en forme d'une courbe connue couramment sous le nom de limaçon de Pascal. La figure 1 illustre la configuration générale et la construction de cette courbe. On construit la courbe ou limaçon de Pascal SP représentée sur la figure 1 en traçant plusieurs sécantes Si, S2, S, etc,.. passant par un point fixe O d'un cercle C, qui coupent respectivement ledit cercle G aux points 1, 2 et 3, respectivement, et en déterminant alors sur chaque sécante deux points placés à une distance fixe k sur des catés opposés du point d'intersection respectif de la sécante avec le cercle C. On obtient ainsi les points 1', 1" sur la sécante S1, les points 2', 2" sur la sécante S2, et les points 3', 3" sur la sécante S3J etc...Lorsque l'on relie ces points terminaux entre eux, la courbe obtenue est un limaçon de Pascal. Cette courbe peut donc entre définie comme le lieu géométrique de tous les points qui sont situés respectivement à des distances égales des points d'intersection de sécantes passant par un point fixe d'un cercle. L'équation de cette courbe en coordonnées cartésiennes est (x2+y2-2rx)2=2 (X2 + y2) oit r est le rayon du cercle précité et k la distance mesurée à partir des points d'intersection respectifs des sécantes passant par le point fixe O du cercle sur des cotés opposés des points d'intersection. La configuration spécifique de la courbe dépendra du rapport du rayon ou diamètre du cercle de base C à la distance fixe k. Lorsque D = k, la courbe obtenue est une cardioïde, qui est une courbe analogue à celle représentée sur la figure 1, mais formant un angle aigu dirigé vers l'intérieur sur itaxe de symétrie P de la courbe, Lorsque 2D = 15, la portion supérieure de la courbe a, comme le montre la figure 1, un rayon de courbure situé à l'extérieur de la courbe, tandis que ses portions inférieures, vues sur la figure 1, ont des rayons de courbure situés à lin- térieur de la courbe, de sorte que la partie supérieure de la courbe présente une ondulation OZ, comme le montre la figure 1. Lorsque 3D = k, la courbe n'a-pas d'ondulation, et les rayons de courbure de toutes ses portions se trouvant à l'intérieur de la courbe et, lorsque D : k tend vers zéro, la courbe a une configuration tendant vers celle d'un cercle. Selon la présente invention, on préfère réaliser la surface de guidage intérieure de la paroi sans fin 8 de façon qu'elle s'étende suivant une courbe construite comme on l'a décrit plus haut, pour laquelle le rapport D : k est compris entr 1 : 3 et une valeur supérieure à zéro, dépendant de la vitesse à laquelle on doit faire fonctionner le dispositif et du débit de fluide ou de la pression de fluide désiré(e). Un rapport D : k égal à 1 : 3 fournira le plus fort débit à chaque tour, débit qui diminuera lorsque le rapport choisi diminuera. La figure 2 représente une courbe du type précité construite avec un rapport D : k = 1 : 3, et cette figure illustre également schématiquement l'agencement des éléments d'une pompe à palette selon l'invention agencée en se basant sur une surface de guidage intérieure 8t ayant un contour en section transversale de la forme de la courbe mentionnée. Dans cet agencement, taxe du tambour 12 coïncide avec le point fixe O précité du cercle C et le diamètre-dudit tambour est égal à D + k, pour assurer un contact étanche avec la surface de guidage intérieure 8' suivant une ligne se trouvant dans un plan de symétrie P de cette courbe L'agencement et le dimensionnement de ltentrde de fluide et de la sortie de fluide 22 et 24, respectivement, ont une grande importance.Les figures 6 et 7 illustrent le positionnement de l'entrée 22 et de la sortie 24, respectivement ; la référence 24 désigne l'entrée et la référence 22 la sortie, lorsque la rotation-a lieu dans le sens dextrorsum ; la référence 22 désigne l'entrée et la référence 24 la sortie lorsque la rotation a lieu dans le sens sinistrorsum. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention ressort clairement de la description ci-dessus. Lorsque le dispositif fonctionne en pompe de fort débit, et que du fluide est envoyé par l'entrée 24 à 1 t intérieur de l'enveloppe 2, ce fluide trouvera l'intervalle compris entre la surface enté~ rieure du tambour 12 et la surface de guidage intérieure 8' de l'enveloppe du côté droit de la palette 20 (sur la figure 6). Pendant la rotation dans le sens dextrorsum du tambour 12, et la palette 20 tournant en coulissant dans la fente 14 du tambour 12, le volume situé à l'intérieur de l'enveloppe à droite de la palette 20 (sur la figure 6) augmentera, de sorte que du fluide sera aspiré de entrée 24 dans le volume qui s'agrandit. Lorsqu'au cours de la rotation de la palette 20, le bord terminal 20" franchit l'entrée de fluide 24, le fluide se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe au-dessous de la portion de palette dépassant du caté droit du tambour 12 sera propulsé vers la sortie 22 pour en gtre évacué, lorsque la portion marginale 20' franchira la sortie 22. L'agencement de l'entrée et de la sortie assure 11 étranglement le plus faible et permet au dispositif de fonctionner à haute vitesse, ce qui élimine la cavitation qui constitue une limite de vitesse dans toutes les pompes rotatives volumétriques.D'une autre façon, l'angle de rotation pendant lequel entrée et la sortie sont toutes deux en communication ne provoque pas de recirculation interne, en raison de l'inertie du fluide mEme à très faible vitesse. Lorsque le dispositif fonctionne en pompe à haute pression et que du fluide est envoyé par entrée 22 à l'intérieur de ltenveloppe 2, ce fluide remplit l'intervalle compris entre la surface extérieure du tambour 12 et la surface de guidage intérieure 8' de l'enveloppe à la gauche de la palette 20 (sur la figure 7). Pendant la rotation dans le sens- slnistrorsum du tambour 12, et la palette 20 tournant en coulissant dans la fente 14 dudit tambour, le volume situé à l'intérieur du corps à gauche de la palette 20 (sur la figure 7) augmentera de sorte que du fluide sera aspiré de l'entrée 22 dans le volume qui augmente.Lorsqu'au cours de la rotation de la palette 20, le bord terminal 20" franchira l'entrée 22, le fluide se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe au-dessous de la palette 20 dépassant de la gauche du tambour 12 sera propulsé vers la sortie 24 pour en entre évacué, lorsque la portion marginale 20' franchira la sortie 24. L'agencement de ltensemble de l'entrée et de la sortie assure une étanchéité aux liquides pour les hautes pressions sur la ligne suivant laquelle la surface de guidage intérieure 8' et le tambour 12 sont tangentes. Dans les déux modes de fonctionnement, la pompe fonctionne par variation de volumes, augmentant, des deux cotés de la palette 20 ; l'étanchéité assurée par le contact linéaire entre la surface de guidage intérieure 8' et le tambour 12 n'est pas essentielle. Les différents éléments du dispositif selon l'invention peuvent être constitués de différentes matières pouvant entre choisies selon l'application dudit dispositif. Différents agencements de différentes matières ont réussi en pratique. Il va de soi que des modifications peuvent Autre apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Pompe à fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens définissant une enveloppe du type d'un cylindre droit creux comportant deux parois terminales pourvues de faces terminales intérieures planes et parallèles et une paroi sans fin s'étendant entre lesdites faces terminales et comportant une surface de-guidage intérieure définissant, dans un plan perpendiculaire, aux génératrices dudit cylindre; un contour de section transversale en forme de limaçon de Pascal, un tambour rotatif du type d'un cylindre droit circulaire s1é- tendant à travers l'intérieur de ladite enveloppe disposé symétriquement par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire aux faces terminales de cette dernière et en contact avec ladite surface de guidage suivant une ligne se trouvant dans ledit plan de symétrie, ledit tambour comportant une rainure diamétrale qui y est pratiquée, une palette guidée de façon à coulisser dans ladite rainure s'étendant en direction axiale entre lesdites faces terminales et transversalement à travers l'intérieur de ladite enveloppe et comportant des portions marginales opposées chacune en contact avec la surface de guidage avec un contact linéaire, un moyen d'entrée de fluide communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe à travers ladite paroi sans fin, un moyen de sortie de fluide communiquant avec l'extérieur de ladite enveloppe à travers ladite paroi sans fin, ces moyens d'entrée et de sortie étant disposés dissymétriquement de part et d'autre dudit plan de symétrie, et un arbre traversant coaxialement par rapport audit rambour rotatif l'une des parois terminales et en liaison avec ledit tambour de fanon à tourner avec lui, de sorte que, lorsque l'arbre et le tambour tournent, la palette tourne avec eux tout en oscillant par rapport au tambour de façon à refouler du fluide, entrant dans l'ensemble par le moyen d'entrée, avec une pression accrue par le moyen de sortie, de sorte que le dispositif fonctionne en pompe. 2.- Pompe selon la revendleation-1, caractérisée en ce que le moyen d'entrée de fluide est placé dans ladite enveloppe de façon à présenter le moins de limitation à l'écou- lement. 3. - Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le moyen de sortie de fluide est placé dans l'enveloppe de façon a communiquer de l'autre c8té de ladite enveloppe avec un volume croissant à l'intérieur de celle-cilorsque la palette tourne. 4.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 qui,lorsqu'elle tourne dans un sens, joue le raie d'une pompe à haut débit et, lorsqu'elle tourne dans le sens opposé, le rôle d'une pompe à haute pression, caractérisée en ce que ces deux fonctionnements ne nécessitent aucun autre réglage ni modification. 5.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, l'équation du limaçon de Pascal du contour dans un plan perpendiculaire aux génératrices du cylindre étant tex 2 y2 - 2rx)2 = k2 (X2 + y), où r est le rayon du cercle sur lequel se trouve un point fixe et k la distance de tous les points situés à une même distance des points d'intersection de sécantes passant par ledit point fixe, le rapport 2r est égal à 1/3 (ou encore, si l'équation en coordonnées polaires est p = s + dcos #, d étant le diamètre du cercle et s la distance, on a d = 1/3).