Brevet FR2372333A1 — publié le 19780623

L'invention est relative aux pompes, souvent appelces "pompes à vis excentrée", composées de deux engrenages héJicoi- duaux intérieurs l'un à l'autre et en contact l'un contre l'au- tre à chaque instant selon au moins une ligne continue d'allure hélicoidale, l'enqrenage interne rotatif, ou "rotor", présenl-ant un nombre de dents tagal à n (n étant un entier au moins égal à 1), l'engrenage extérieur fixe, ou "stator", présentant un nombre de dents égal à n + 1 et les pas des hélices des des entre nages intérieur et extérieur étant respectivement dansil- rapport n/ (n + 1). On sait que ces pompes permettent d'entraîner non seu- lement des matériaux fluides, mais aussi des matériaux gr.nulai- res ou pulvérulents, éventuellement humidifiés de manière c constituer des pâtes plus ou moins consistantes et plus ou moins visqueuses. L'entraînement de tels matériaux crée parfois des risques de bourrage, et donc de brouLages ou de coincements de la pompe, ainsi que des échauffements des surfaces frottantes et des matériaux entraînés, ce qui peut être indésirable. L'invention a pour but, surtout, de faciliter l'entrai- nement de tels matériaux de façon à éliminer les inconvénients ci-dessus. Les pompes selon l'invention sont essentiellement ca-. ractérisées en ce qu'elles sont équipées de moyens pour introduire directement un fluide auxiliaire sous pression en certains points au moins de leur chambre de travail, chambre délimitée par Tes surfaces torsadées en regard du rotor et du stator. Le fluide auxiliaire ainsi introduit, qui est de préférence gazeux, peut jouer l'un au moins des trois rôles suivants: - formation au moins locale, sur l'une des surfaces en regard de la chambre de travail de la pompe, d'une lame de fluide propre à décoller de ladite surface le matériau à entraîner ou tout au moins à empêcher ce matériau d'adhérer sur cette surface, - mclange du fluide considéré avec le matériau entrai- né, ce qui fluidise ce dernier, c'est-à-dire lui confère an état plus coulant qui se prête mieux à l'entraînement, - refroidissement du matériau entraîne et des surfaces frottantes des deux engrenages hélicoidaux. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - l'introduction du fluide auxiliaire dans la chambre de travail de la pompe est assurée à travers des buses logées dans le stator de cette pompe et qui, si l'on suppose orienté horizontalement l'axe de ce stator, débouchent verticalement vers le haut en respectivement les points les plus hauts et les plus bas de la surface intérieure dudit stator, - dans une pompe selon l'alinéa précèdent, les buses ont la forme de doigts de gant dont les bouts sont percés de canaux étroits et débouchent par des orifices de petit diamètre dans la surface intérieure du stator, - dans une pompe selon l'alinéa qui précède le précédent, les canaux des buses sont raccordés à la surface intérieure du stator par des congés arrondis sans angles vifs, - des moyens sont prévus pour donner à la pression d'injection du fluide auxiliaire dans la chambre de travail de la pompe des valeurs différentes dans les zones amont et dans les zones aval de cette pompe, - dans une pompe selon l'alinéa précédent, on donne à la pression d'introduction du fluide des valeurs décroissant de 0,3 bars en amont à 0,1 bar ou moins en aval, - l'introduction du fluide auxiliaire dans la pompe est assurée à travers une fente prévue dans une masse en matériau élastomère constituant la partie interne du stator, - l'introduction du fluide auxiliaire dans la pompe est assurée à travers des canaux percés dans le rotor de cette pompe, - le fluide auxiliaire introduit dans la pompe est un gaz et sa vitesse d'introduction est de l'ordre de 0,1 à 0,5 m/s, - le fluide auxiliaire introduit dans la pompe est un gaz et l'épaisseur de la lame formée esZ de l'ordre de 0,1 rnm, - le stator de la pompe est percé radialement, à une distance de son extrémité amont qui est de préférence supérieure à un quart du pas g de l'hélice définissant son stator et à une distance de son extrémité aval supérieure à ce pas p, par un orifice raccordé supérieurement à un organe d'alimentation en le matériau à pomper, - dans une pompe selon l'alinéa précèdent, pour laquelle le fluide auxiliaire est un gaz, l'orifice d'alimentation est raccordé en outre à une bouche d'évacuation des remontées éventuelles de ce gaz, bouche équipée d'un filtre perméable audit gaz et non au matériau à pomper. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même eeps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, Iton va décrirezes modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent respectivement en coupe axiale et en coupe transversale selon II-II, fig. 1, une pompe à vis établie selon l'invention. La figure 3 montre en coupe axiale, à échelle agrandie, un détail de cette pompe. D'une façon générale la pompe 1 considérée est du type de celles connues, souvent appelées "pompes à vis", constituées de la manière définie ci-dessus. Dans le mode de réalisation illustré, le rotor 2 de cette pompe, constitué en un matériau rigide, présente une surface extérieure 3 engendrée par un cercle se déplaçant de façon telle que le centre de ce cercle décrive une hélice et que son axe X demeure constamment parallèle à celui Y de ladite hélice, la distance e entre les deux axes X et Y définissent l'excentricité du rotor considéré. Dans ces conditions le stator 4 de la pompe présente une surface intérieure 5 dont la section transversale en chaque point est délimitée par deux arcs de cercle de 1800 raccordés entre eux par deux segments rectilignes parallèles de longueur 4e chevauchant jointivement le rotor (figure 2 > . Bien entendu, ainsi qu'il est connu dans la technique considérée, la surface extérieure 3 du rotor pourrait être différente de celle définie ci-dessus, étant engendrée par un déplacement hélicoïdal du même genre que celui défini ci-dessus, mais par une courbe fermée plane autre que circulaire, ladite courbe étant délimitée notamment par des arcs d'hypocycloides et d'épicycloïdes. Le rotor 2 est accouplé en rotation, par l'intermédiaire d'un joint à double cardan 6, à un moteur d'entrainement 7 dont l'arbre 8 admet un axe Z parallèle à l'axe Y défini cidessus et situé à une distance de cet axe égale à e. Des moyens sont prévus pour admettre dans la pompe un matériau à pomper, généralement par gravité, en une zone amont 9 de la pompe sur laquelle il sera donné quelques compléments d'information plus loin. Ce matériau, schtmatisé par la flèche 10, peut être granu laire, pulvérulent, pâteux ou même liquide et plus ou moins visqueux. Lorsque le rotor 2 est entraîné en rotation autour de l'axe Z, le matériau 10 est entraîné en continu depuis la zone d-'admission 9 jusqu'à l'extrémité axiale aval 11 de la pompe, la rotation de ce rotor ayant pour effet de repousser axialement les volumes dudit matériau qui sont contenus immédiatement en aval des lignes de contact rot;or-stator, dans les espaces alvéolaires compris entre ces deux éléments. Il peut arriver que, pour certaines consistances du matériau 10, l'entraînement de celui-ci se traduise par des bourrages, eux-mêmes générateurs de broutages et de coincements de-la pompe. Pour remédier à cet inconvénients selon l'invention, on admet ou on "souffle" directement dans la chambre de travail de la pompe, c'est-à-dire dans l'espace torsadé compris entre les surfaces en regard 3 et 5 du rotor et du stator, un fluide auxiliaire sous pression propre à décoller, fluidiser et/ou refroidir la masse dudit matériau emprisonne dans ladite chambre. Ledit fluide forme en effet en premier lieu une lame ou couche continue qui s'étend le long d'une partie au moins de la surface, statorique ou rotorique, à travers laquelle ce fluide est introduit dans la chambre de travail de la pompe. La formation de cette lame de fluide a pour effet d'une part de refroidir la-surface considérée, ainsi que celle qui frotte contre elle (si la température du fluide est assez basse), et d'autre partdempêcher toute adhérence indésirable entre la masse du matériau 10.à pomper et la surface considérée ou de décoller immédiatement cette masse de cette surface dès le début du soufflage, par exemple après un arrêt de la pompe. Après avoir formé cette lame, les filets de fluide soufflés se mélangent progressivement au matériau 10 et le "fluidisent" en ce sens qu'ils le rendent plus coulant, plus "fluide", ce qui facilite son entraînement et supprime les risques de bourrage ainsi que les inconvénients qui en découlent. Les deux phénomènes indiqués de formation d'une lame d'air et de fluidisation assurent également en tant que de besoin un refroidissement du matériau 10 : il suffit à cet effet que la température du fluide s o i t inférieure à c telle dudit matériau dans la chambre de pompage. Dans le mode de réalisation illustré, l'admission du fluide auxiliaire est effectuée à travers une pluralité de buses 12 qui, si l'axe de la pompe est disposé horizontalement, sont orientes verticalement vers le haut et débouchent respéctivement aux différents points hauts et bas de la surface inférieure S du stator, chaque buse étant ainsi écartée de sa voisine d'une distance axiale correspondant à un quart de pas de l'hélice génératrice du rotor. Il est inutile de prévoir une telle admission de fluide auxiliaire dans les zones extrêmes de la chambre de travail de la pompe, c'est-à-dire dans les zones de cette chambre qui s'étendent sur un quart du pas statorique D à partir de respectivement les deux extrémités axiales d ladite chambre, vu que ces zones communiquent pratiquement en permanence avec ces ex.remités : c'est pourquoi on prévoit au total, dans l'hypothèse ci-dessus, 4 m buses pour une longueur axiale de la pompe égale à m pas statoriques B ou, dans le cas de la figure 1, neuf buses pour une longueur de 2,5 D . La pression du soufflage ou de l'injection du fluide auxi laire dans la pompe est de préférence plus élevée pour les buses situées dans les zones amont de la pompe, c'est-à-dire du côté de l'admission 1 du matériau 10, que dans ses zones aval :la pression locale nécessaire pour repousser ce matériau 10 vers l'aval est en effet croissante de l'aval à l'amont. Pour obtenir une telle décroissance, progressive ou non,de la pression de soufflage dans les différentes buses, on alimente avantageusement celles-ci à partir d'une même tubulure 13 par l'intermédiaire de réducteurs de pression ou chambres de détente 14 associés individuellement à chaque buse. En outre un régulateur 15 permet de contrôler la pression d'entrée du fluide auxiliaire dans ladite tubulure 13 et par suite de régler globalement le débit et la pression du soufflage de ce fluide dans la pompe. Si le fluide injecté est constitué par de l'air, la pression d'injection juste en amont des buses peut être de l'ordre de 0,5 bars pour les buses amont, cette valeur décroissant jusqu'à 0,1 bar ou même moins en aval, la pression de l'air sortant de chaque buse étant sensiblement égale à la moitié de la pression de cet air à l'entrée de la buse correspondante. A titre purement illustratif et bien entendu aucunement limitatif de l'invention, on précise que, pour un diamètre interieur de buse de l'ordre de 1,3 mm, la vitesse de l'air soufflé est généralement comprise entre 0,1 et 0,5 m/s, étant notamment de l'ordre de 0,3 m/s, et que la lame d'air résultante le long de la surface concernée de la chambre de travail de la pompe présente une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm. Les buses 12 peuvent présenter des formes variées. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, pour laquelle le stator 4 est composé d'un corps interne 16 en élastomère enveloppé par une virole rigide 17, lesdites buses présentent la forme générale d'un doigt de gant noyé dans le corps 16. Ce doigt de gant comprend^: - un premier canal cylindrique 18 s'étendant le long dudit doigt, - un second canal cylindrique 19 de très petit diamètre traversant le bout du doigt et formant la buse d'injection proprement dite, - et une embase 20 surmontée par une portée 21 plus étroite filetée extérieurement et vissée dans un alésage fileté complémentaire de la virole 17. L'embase 20 est elle-même raccordée de manière étanche par vissage à la tubulure 13. L'extrémité arrondie convexe du doigt de gant est recouverte par une lèvre mince 22 faisant partie du corps 16 et percée d'un petit trou 23 en regard du petit canal 19. Cette lèvre peut être adhérée intimement contre la surface extérieure du doigt de gant. De la sorte la présence des buses dans le stator ne modifie que très peu la surface interne 5 de celui-ci et il y a peu de risques que le matériau pompé pénètre dans ces buses lorsqu'aucun fluide sous pression n'est envoyé dans celles-ci. On peut observer que de toute façon les petites quantités de matériau 10 éventuellement introduites dans ces buses à l'arrêt en sont chassées automatiquement dès le début du soufflage subséquent de fluide à travers ces buses. C'est pourquoi l'on peut, selon une variante, prévoir. au contraire pour chaque buse une sortie évasée en trompette se raccordant tangentiellement sans angle vif à la surface 5 : un tel raccord arrondi semble favorable à la création de lames d'air minces et régulières le long de ladite surface 5. On peut également équiper les ouvertures des buses de grillages à mailles fines ou d'organes analogues tels que des écrans poreux à porosite ouverte, perméables au fluide injecté mais non au matériau pompé. Au lieu -d'admettre le fluide auxiliaire en des points singuliers de la surface statorique, on peut l'admettre tout le long d'au moins une fente prévue dans ce stator. Une telle fente est de préférence pratiquée dans un corps en élastomère du genre de celui désigné par la référence 16 ci-dessus, constituant au moins une chemise interne pour ce stator : dans ces conditions ladite fente a constamment tendance à se refermer sous l'effet de l'élasticité propre dudit corps; elle est donc automatiquement refermée à l'arrêt et s'entrouvre uniquement sous l'effet du soufflage du fluide. On peut également envisager selon une variante de faire déboucher l'admission de fluide auxiliaire sur la surface externe 3 du rotor, les buses de soufflage étant alors prévues dans ce rotor et étant raccordées à la source de fluide à travers des canalisations appropriées comprenant un joint tournant à l'une des extrémités axiales dudit rotor. Au lieu d'admettre le matériau 10 à pomper à l'extrémi- té axiale amont de la pompe, selon une disposition avantageuse de l'invention, on lfadmet latéralement à travers un orifice pratiqué radialement dans le stator à une distance axiale de ladite extrémité amont qui est de préférence supérieure ou égale à un demi-pas de l'hélice rotorique. Cette dernière mesure rend inutile la prévision de joints d'étanchéité spéciaux vis-à-vis dudit matériau 10 en amont dudit orifice vu qu'il n'existe aucun risque d'évacuation dudit matériau vers l'amont sur une distance axiale supérieure à un demi-pas par simple écoulement gravitaire à l'arrêt et que, lorsque la pompe marche, ce matériau -est constamment entraîné dans le sens opposé vers l'aval. Quand l'axe de la pompe est horizontal ou incliné sur l'horizontale, l'orifice latéral d'admission du matériau à pomper est pratiqué dans la paroi supérieure du stator. Cet orifice est équipé d'un raccord tubulaire 24 avan tageusement terminé par une bride 25 facilitant sa connexion avec tout organe désirable d'alimentation en matériau 10. On voit encore sur les figures - un piquage 26 branché latéralement sur le raccord 24 selon une direction ascendante à partir de ce raccord et terminé par une cartouche filtrante 27, pour permettre d'évacuer automatiquement les éventuelles remontées du fluide auxiliaire dans ledit raccord 24, - un joint 28 à disque transversalement flottant connu en luimême, monté sur l'extrémité amont de la pompe pour séparer mutuellement, d'une manière étanche vis-à-vis du matériau à prom- per ladite extrémité et le joint à cardan 6, - et une ossature 29 servant à supporter l'ensemble de la pompe et de ses accessoires. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'une pompe à vis perfectionnée pour laquelle les risques de bourrage sont fortement atténués, voire éliminés, ce qui permet d'utiliser cette pompe pour le transfert de matériaux particulièrement cohérents et/ou vulnérables aux échauffements. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Pompe à vis composée de deux engrenages hélicoidaux intérieurs l'un à l'autre et en contact l'un contre l'autre à chaque instant selon au moins une ligne continue d'allure hélicoidale, l'engrenage interne rotatif, ou "rotor", présentant un nombre de dents égal à n (n étant un entier au moins égal à 1), l'engrenage extérieur fixe, ou "stator", présentant un nombre de dents égal à n + 1 et les pas des hélices des deux engrenages intérieur et extérieur étant respectivement dans le rapport n/(n + 1), caractérisée en ce qu'elle est équipée de moyens pour introduire directement un fluide auxiliaire sous pression en -certains points au moins de sa chambre de travail délimitée par les surfaces torsadées en regard (3,5) du rotor (2) et du stator (4). 2. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'introduction du fluide auxiliaire comprennent des buses (12) logées dans le stator de la pompe, buses qui, si l'on suppose orienté horizontalement l'axe de ce stator, débouchent verticalement vers le haut en respectivement les points les plus hauts et les plus bas de la surface inté- rieure dudit stator 3. Pompe à vis selon la revendication 2, caractérisée en ce que les buses ont la forme de doigts de gant dont les bouts sont percés de canaux étroits et débouchent par des orifices de petit diamètre dans la surface intérieure du stator (fig.3). 4. Pompe à vis selon la revendication 2, caractérisée en ce que les canaux des buses sont raccordés à la surface intérieure du stator par des congés arrondis sans angles vifs. 5. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'introduction du fluide auxiliaire comprennent une fente prévue dans une masse en matériau élastomère constituant la partie interne du stator. 6. Pompe à vis selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que les moyens dtintroduc- tion du fluide auxiliaire comprennent des canaux percés dans le rotor de la pompe. 7. Pompe à vis selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour donner à la pression d'introduction du fluide auxiliaire des valeurs differeRes dans les zones amont et dans les zones aval de cette pompe. 8. Pompe à vis selon la revendication 7, pour laquelle le fluide auxiliaire est un gaz, caractérisée en ce que la pression d'introduction de ce fluide a une valeur décroissante depuis un maximum compris entre 0,2 et 0,3 bars en amont à un minimum comprs entre 0 et 0,1 bar en aval. 9. Pompe à vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son stator est percé radialement, à une distance de son extrémité amont qui est de préférence supérieure à un quart du pas g de l'hélice définissant son stator et à une distance de son extrémité aval supérieure à , par un orifice raccordé supérieurement à un organe d'alimentation (24) en le matériau à pomper (1 o). 10. Pompe à vis selon la revendication 9, pour laquelle le fluide auxiliaire est un gaz, caractérisée en ce que l'orifice d'alimentation est raccordé en outre à une bouche (26) d'évacuation des remontées éventuelles de ce gaz, bouche équipée d'un filtre (27) perméable audit gaz et non au matériau à pomper.