Brevet FR2378961A1 — publié le 19780825

La présente invention concerne des pompes et compresseurs à anneau liquide. Ces dispositifs sont connus et comprennent à la base un rotor ayant un certain nombre d'ailettes s1éten- dant longitudinalement, disposées généralement radialement, qui définissent des chambres de travail ou godets. Le rotor est disposé dans un corps excentrique et un joint liquide ou hydraulique, introduit dans le corps est forcé, dans des agencements connus, par la force centrifuge produite par le rotor, à former un anneau suivant le corps. Comme le corps est excentrique, le liquide de l'anneau avance et recule alternativement par rapport au rotor de façon à produire une action de pompage dans les godets. Le corps peut définir soit un seul lobe auquel cas sa paroi interne est généralement circulaire et est centrée sur un axe décalé de celui autour duquel tourne le rotor, de façon qu'il puisse y avoir un cycle de pompage par révolution du rotor, ou bien le corps peut définir plusieurs lobes (généralement deux lobes), auquel cas il y a autant de cycles de pompage par révolution du rotor qu'il y a de lobes. Une pompe typique à un seul lobe est décrite dans le brevet U.S NO 3 154 240 publié le 27 Octobre 1964. Une pompe typique à plusieurs lobes est illustrée dans le brevet U.S NO 3 588 283 publié le 28 Juin 1971. Des pompes et des compresseurs du type ci-dessus ont soit un élément à orifices disposé dans un oeil central du rotor, le rotor ayant des blindages extrêmes ou joues en forme de disques, et l'élément à orifices ayant des passages se terminant dans des orifices avec lesquels les extrémités radialement internes ouvertes des godets sont séquentiellement amenées en correspondance; ou bien ils ont une plaque à orifices disposée radialement, les extrémités axiales des godets étant ouvertes et étant amenées séquentiellement en correspondance avec des orifices d'entrée et de sortie dans la plaque ou bien le rotor peut être blindé, le blindage adjacent à la plaque à orifices étant traversé d'ouvertures correspondant séquentiellement aux orifices de la plaque; ou bien ils ont un ensemble de ces deux agencements, l'un des orifices d'entrée et de sortie étant dans une plaque à orifice disposée radialement, l'autre étant disposé dans un élément à orifice central. La présente invention s'applique à tous ces types de pompes et compresseurs. Une caractéristique qui était courante à tous les types ci-dessus de pompes et compresseurs était l'inclusion d'un arbre fixé au rotor et connecté à un moteur pour entrainer le rotor. La présente invention a pour but de prévoir un autre moyen pour entrainer le rot or. Selon la présente invention, on propose que le liquide qui forme l'anneau de la pompe ou du compresseur soit un fluide ferromagnétique et qu'il y ait un bobinage électrique disposé de façon à induire un champ dans le fluide pour le forcer à former un anneau rotatif autour de la paroi interne du corps, cet anneau, par impact sur les ailettes du rotor, forçant ce dernier à tourner. Un avantage évident de cet agencement est que cela permet efficacement d'éviter le moteur classique et le couplage entre l'arbre du moteur et le rotor et, bien entendu, cela permet de réduire de façon appréciable l'espace requis pour l'ensemble. Par ailleurs, on peut éliminer 1' arbre et les paliers en tourillonnant le rotor, par exemple, dans le corps et bien entendu on peut supprimer lepresasétoupe coûteux et génant ou autre moyen d'étanchéité de l'arbre. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appara- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale axiale d'un compresseur à orifices latéraux selon la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale radiale du compresseur de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale axiale d'une autre forme d'un compresseur à orifices latéraux selon la présente invention - la figure 4 est une vue en coupe transversale radiale du compresseur de la figure 3 - la figure 5 est une lue en coupe transversale axiale d'une autre forme d'un compresseur à orifices latéraux selon la présente invention ; - la figure 6 est une vue en coupe transversale radiale d'une autre forme d'un compresseur à orifices latéraux selon la présente invention - la figure 7 est une vue en coupe transversale axiale d'un compresseur à orifices centraux selon la présente invention - la figure 8 est une vue en coupe transversale axiale d'un autre compresseur selon la présente invention - la figure 9 est une vue en coupe transversale axiale d'un compresseur à deux étages selon la présente invention ;et - les figures 10 et 10A sont des vues en coupe verticale et horizontale, respectivement, d'un séparateur utile pour l'application de la présente invention. L'unité des figures 1 et 2 est un compresseur, bien que l'on remarquera qu'avec des modifications relativement mineures, bien dans le domaine de ceux qui sont compétents en la matière, l'unité pourrait être utilisée comme pompe à vide. Le compresseur comprend une structure 10 de support avec une partie 12 formant pied et il est formé, dans la structure de support, une paire de surfaces 14 et 16 dans lesquelles des paliers 18 et 20 sont disposés pour supporter l'arbre 22. Sur l'arbre 22 est calé un rotor 24 avec un moyeu 26 et un certain nombre d'ailettes 28 s'étendant longitudinalement, généralement radiales, dont les bords axiaux 30 sont en contact de glissement avec la surface 32 de la structure de support 10 et de même avec la surface de la structure 34 forme plaque à orifices et collecteur A l'extrémité axiale opposée du rotor, est disposée la structure 34 et dans cette plaque à orifices sont formés un orifice de sortie 36 conduisant à un passage d'évacuation 38 et un orifice d'entrée 40 auquel le gaz à pomper est délivré par un passage d'entrée 42. Un corps circulaire 44 définissant un lobe est disposé entre la structure 10 et la structure 34 et il est centré sur un axe qui est décalé de celui de l'arbre 22. Autour du corps 44 est disposé un boitier annulaire 46 de bobinage dans lequel des enroulements 48 sont disposés, ces enroulements étant connectés pour constituer des bobines comme l'enroulement de stator d'un moteur polyphasé, le rotor de ce moteur étant constitué par un anneau liquide ferromagnétique introduit dans le corps définissant un lobe comme on le décrira ci-après. Tandis que les bobines sont excitées, un champ est induit dans le liquide dans le corps définissant un lobe , et ce liquide est forcé à former un anneau rotatif adhérant à la surface interne du corps 44. L'interaction entre l'anneau et les ailettes du rotor force le rotor à tourner et comme le corps et le rotor sont excentriques, l'anneau avance et recule par rapport au moyeu du rotor, induisant une action de pompage dans les godets de ce rotor définis par des ailettes adjacentes, dugaz étant attiré le long du passage 42 et par l'orifice 40 pour entrer dans les godets et sortant par l'orifice de sortie 36 et le long du passage d'évacuation 38. Une autre forme de compresseur est schématiquement illustrée sur les figures 3 et 4. Dans ce mode de réalisation, chaque paroi extrême 100 du boitier est munie de surfaces portantes 102 qui coopèrent avec les surfaces périphériques externes ou blindages 104 et 110 en forme de disques du rotor 106, de façon que le rotor puisse être formé avec un moyeu solide et ne nécessite pas d'arbre- ni de paliers associés pour le supporter, et bien entendu pas de joint de l'arbre comme dans des pompes classiques. Le blindage 110 est muni d'un certain nombre d'ouvertures ou orifices 112 dont chacun communique avec un godet correspondant du rotor, et ils sont séquentiellement amenés en correspondance avec des orifices d'entrée et de sortie 114 et 115 qui ouvrentvers despassages 116 et 118, respectivement, d'une tête 120. Aucpourtours externes des éléments 100 et 120 se trouve un boitier annulaire 122 de bobinage, dont la paroi interne 124 définit un lobe qui est excentrique par rapport à l'axe autour duquel tourne le rotor. Comme dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, un liquide ferromagnétique est introduit à l'intérieur du corps défini par la surface 124 et la paroi 100 et la tête 120, et l'excitation des bobines dans le boitier 122 force la liquide à former un anneau rotatif, et par l'interaction entre le liquide de l'anneau et les palettes du rotor, cela force le rotor à tourner et à effectuer une action de pompage dans les godets de ce rotor. Le mode de réalisation de la figure 5 comprend un corps unitaire 200 qui est monté pour une rotation dans des paliers 202 et 204, le palier 202 étant monté dans une unité 206 formant pied et support et le palier 204 est monté dans une structure 208 formant tête et pied. Ainsi, toute l'unité 200 est rotative. La structure 208 est munie d'un passage dbnbie 212 et d'un passage de sortie 214, ces passages correspondant avec l'orifice d'entrée 216 et l'orifice de sortie 218, respectivement, d'une plaque à orifices 210, le blindage adjacent 220 du rotor 222 ayant un certain nombre d'orifices ou ouvertures 223 qui correspondent séquentiellement avec les orifices d'entrée et de sortie 216 et 218 respectivement, tandis que le rotor tourne.Le rotor est muni, à son extrémité axiale opposée à la plaque 210, d'un autre blindage 224 analogue à celui du mode de réalisation des figures 3 et 4, et les bords périphériques externes 226 et 227 des blindages 220 et 224 respectivement sont tourillonnés dans des surfaces appro priées228 du corps 200. Autour du pourtour externe du corps 200 se trouve un boitier 230 de bobinage stationnaire contenant des enroulements appropriés. Un anneau liquide ferromagnétique est introduit dans le corps et l'excitation des bobines dans le boitier 230 force ce liquide à former un anneau rotatif forçant le rotor, par interaction avec ses ailettes, à tourner. On notera que le corps 200 est également forcé à tourner par les forces de frottement qui sont exercées sur lui par le liquide en rotation, et cela réduit bien entendu de façon remarquable la trainée qu'un corps stationnaire exercerait sur le liquide de l'anneau. Le mode de réalisation illustré sur la figure 6 concerne une pompe à orifices latéraux à deux lobes; une plaque à orifices est munie d'une paire d'orifices d'entrée 300 et d'une paire d'orifices de sortie 302 avec lesquels les orifices ou ouvertures du blindage 310 du rotor 312 viennent séquentiellement en correspondance tandis que le rotor tourne. La paroi interne 304 d'un boitier 306 de bobinage définitun corps à deux lobes ainsi, tandis que le rotor 312 tourne, deux cycles de pompage sont produits pour chaque révolution. Le compresseur de la figure 7 du type à orifices centraux ayant une tête 400 dans laquelle est incorporé un élément conique venant de matière à orifices 402, avec des passages d'entrée et de sortie 404 et 406 respectivement. On notera que la surface interne du boitier de bobinage 408 définit le lobe et que le rotor n'a pas d'arbre mais est tourillonné avec le corps comme dans le mode de réalisation de la figure 5. Le mode de réalisation de la figure 8 est généralement semblable à celui de la figure 3, à l'exception que le rotor 500 est muni de tronçons 502, 504 à chaque extrémité, qui sont supportés dans des paliers classiques 506, 508 reçus dans des alésages formés dans les parois extrêmes 510 et 512 d'un corps défini par ces parois extrêmes et par les surfaces internes d'un boitier de bobinage. La figure 9 montre un compresseur à deux étages, chaque étage étant constitué par un compresseur semblable à celui de la figure 8, ut ces étages scnt connectés par une tête centrale généralement indiquée en 600. Le compresseur 602 constitue le premier étage de la pompe et le compresseur 604 constitue le second étage. Un passage 606 d'entrée des gaz est formé dans la tête centrale 600 et il conduit, par un orifice d'entrée 608, aux godets du rotor du compresseur du premier étage.De l'orifice de sorl-a 610 du compresseur du premier étages le gaz comprimé passe vers le passage intermédiaire 612 d'où il sort vers l2orillce d'entrée 614 du compresseur 604 du second étage. Après compression dans le compres seur du second étage, le gaz sort par 'orifice de sortie 616 vers un passage 618 di;évacuaon du gaz de la tête pour l'utiliser comme cela est requis. Les liquides ferromagnétiques de l'anneau des pompes et des compresseurs selon l'invention sont commercialisés par la firme Ferrofluidic Corporation à Burlington, Massachusetts, Etats Unis d'Amérique. Ces fluides sont essentiellement des collordes de particules magnétiques dispersées dans un véhicule liquide. Ces liquides sont ultra-stables et par conséquent les particules magnétiques ne se sépareront pas du liquide de base sous la force centrifuge à laquelle elles seront soumises dans les pompes et compresseurs selon la présente invention. De plus, les fluides à utiliser selon l'invention sont choisis pour être inertes par rapport au gaz à manipuler par les pompes et compresseurs. Les fluides sont disponibles dans une grande variété de bases, par exemple ils sont disponibles avec une base diester, une base hydrocarbure, une base fluorocarbure,une base ester, une base aqueuse, une base polyphényl éther et une base de pétrole. La base particulière à choisir dépendra bien entendu de l'application et des environnements de la pompe et du compresseur. En général, on considère qu'il est souhaitable de choisir la base qui aura une caractéristique de lubrification. Ces fluides sont décrits dans des articles parus dans les éditions de Février et d'Avril 975 de "Mechanical Engineering", et le lecteur peut se reporter à ces publications pour de plus amples détails. Selon le fluide utilisé, il peut se révéler souhaitable ou même nécessaire d'assurer qu'il ne sera pas affecté de façon néfaste par le condensat de la matière qui sera traitée par le compresseur ou la pompe. Pour faire cela, on peut prévoir tout dispositif compatible pour sécher la matière avant son admission vers la pompe ou le compresseur comme par exemple, un condenseur; on peut, quand les conditions le permettent, permettre à la pompe ou compresseur de chauffer pour faire bouillir tout composant liquide de la matiere ou l'on peut séparer tout condensat du fluide ferromagnétique subséquemment au passage des matériaux de la pompe ou du compresseur. On notera que les enroulements du bobinage seront choisis selon les nécessités d'entrée pour une pompe ou un compresseur particulier L'agencement le plus souhaitable sera un enroulement du type polyphasé, mais on notera qu'un enroulement monophasé ou même en courant omtinu peut être efficace. Il faut également remarquer que le fluide de l'anneau est plutôt coûteux et par conséquent il -est nécessaire de prévoir un moyen pour récupérer la partie de l'anneau qui pourrait passer par l'orifice de sortie avec le gaz pompé. Un séparateur peut être utilisé dans ce but, ce séparateur ayant une forme classique amme unséparateur liquide/gaz standard couramment utilisé dans la pratique ou bien, étant donné le caractère magnétique du fluide, un séparateur magnétique peut être utilisé. Un séparateur utile avec les compresseurs selon l'invention ou dans ce but, dans d'autres environnements, là où l'on souhaite séparer un fluide ferromagnétique d'un gaz est illustré sur les figures 10 et îOA. Le séparateur des figures 10 et 10A comprend un récipient en acier 700 généralement cylindrique à l'extrémité inférieure duquel est prévue une sortie 702 du fluide ferromagnétique, et à l'extrémité supérieure duquel est prévue une sortie 704 du gaz. Un conduit d'entrée généralement tangentiel 706 est prévu, qui débouche vers l'intérieur du séparateur à l'ouver- ture 708. Des moyens appropriés sont prévus aux extrémités du conduit 706 pour la connexion d'une source d'un mélange de fluide ferromagnétique et de gaz qui doit être séparé, par exemple la source peut être l'un des compresseurs des figures 1 à 9. La paroi cylindrique du récipient 700, comme on l'a noté ci-dessus, est en acier et est magnétisée de façon que le composant fluide ferromagnétique des mélanges sortant de l'ouverture 708 adhère à cette paroi tandis qu'il est forcé à tourner autour de la surface de la paroi cylindrique. Par ailleurs, le gaz ntadhdrera pas ainsi et se séparer et se déplacera vers le haut vers la sortie 704 du gaz. Tandis que la pellicule de fluide ferromagnétique adhère à la paroi en acier du récipient, elle devient plus épaisse et la gravité la force à se déplacer de cette paroi vers le bas, vers l'évacuation 702 du fluide pour être réutilisé par exemple en remettant ce fluide en circulation vers un compresseur. Au-dessus de l'ouverture d'entrée 708 et près de l'extrémité supérieure du récipient ou réservoir 700 est disposée une structure réticulée 710 qui peut être magnétisée et qui, dans le mode de réalisation particulier est formée de mailles en acier. Cette structure est efficace pour enlever le liquide ferromagnétique contenu dans toute buée qui peut autrement passer par la sortie du gaz et être perdu . La finesse des mailles et l'espace entre les tamis est déterminé par la densité du fluide ferromagnétique, par sa viscosité et par la vitesse du gaz. La finesse des mailles et l'espace entre les tamis déterminent également le degré de séparation. On notera que le fluide ferromagnétique contenu dans toute buée atteignant les tamis sera séparé du gaz qui bien entendu traversera les tamis. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Pompe ou compresseur à anneau liquide du type comprenant un corps, un rotor monté pour une rotation dans ledit corps, caractérisé en ce qu'on prévoit un moyen pour l'admission d'un liquide ferromagnétique vers ledit corps (44) et un moyen formant bobinage électrique (48) disposé pour induire un champ à l'intérieur dudit corps (44), ledit champ forçant ledit liquide ferromagnétique admis vers ledit corps à former un anneau rotatif, l'impact dudit anneau sur ledit rotor forçant ledit rotor à tourner. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen précité formant bobinage est annulaire et est disposé autour du corps précité. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen précité formant bobinage comprend un boitier annulaire, une surface interne dudit boitier définissant un lobe ayant une partie excentrique par rapport au rotor précité. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (200) précité est circulaire et est monté pour une rotation. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rotor (106) précité comprend un moyeu solide (102) et une surface de support pour coopérer avec une surface correspondante du corps (100) précité pour supporter ledit rotor purur$nouvement tournant dans ledit corps. 6. Pompe ou compresseur à anneau liquide du type comprenant un rotor monté pour une rotation dans un corps, caractérisé en ce qu'on prévoit un moyen pour l'admission d'un liquide ferromagnétique vers ledit corps (44) et un moyen formant bobinage électrique (48) disposé pour induire un champ à l'intérieur dudit corps, ledit champ forçant le liquide ferromagnétique admis vers ledit corps à former un anneau rotatif, l'impact dudit anneau sur ledit rotor (24) forçant ledit rotor à tourner, une sortie (38) pour un gaz en dehors de ladite pompe ou dudit compresseur et un séparateur (700) connecté à ladite sortie, ledit séparateur comprenant une structure magnétisée sur laquelle un liquide ferromagnétique traversant ladite sortie en provenant de ladite pompe ou dudit compresseur est forcé à faire impact. 7. Pompe ou coWpresseur à anneau liquide selon la revendication 6, du type dans lequel ledit séparateur est adapté pour séparer un fluide ferromao tique d'un gaz et comprend un récipient, caractérisé en ce quton prévoit un moyen magnétisé (700, 708) à l'intérieur dudit récipient, une entrée (706) d'un fluide ferromagnétique et de gaz vers ledit récipient, un moyen forçant un mélange de fluide ferromagnétique et de gaz admis vers ledit récipient à faire impact sur ledit moyen magnétique, une sortie (702) dudit fluide ferromagné tique disposée vers une extrémité inférieure dudit récipient et une sortie (704) du gaz disposée au-dessus dudit moyen magnétique, 8. Pompe ou compresseur à anneau liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen magnétisé précité comprend une coque (700) définissant, au moins partiellement, le récipient précité. 9. Pompe ou compresseur à anneau liquide selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé èn ce que le moyen magnétisé précité comprend une structure réticulée (710) disposée entre l'entrée (706) précitée et la sortie de gaz (704) précitée.