Brevet FR2468773A1 — publié le 19810508

La présente invention concerne des pompes à jet pour fluides, c'est-à-dire des pompes dont l'action est de diriger un premier fluide à travers un second fluide et dans lesquelles le premier fluide communique une partie de son énergie cinétique au second fluide, ce second fluide étant entrainé par le premier fluide et les deux fluides circulant vers un orifice de sortie qui se trouve sensiblement dans l'alignement du parcours du premier fluide. Un type de pompe à jet est communément connu sous la dénomination de pompe d'injection. Un inconvénient des pompes d'injection connues est qu'aux nombres de Reynolds peu élevés, le fluide le plus dense a un écoulement sensiblement laminaire et n'entraine pas une quantité importante du fluide le moins dense. Un objet de l'invention est de fournir une pompe à jet ayant un meilleur rendement. Sous un de ses aspects, l'invention concerne l'incorporation d'une pompe à jet perfectionnée à un dispositif de pompage pour liquides volatils. Lorsque des dispositifs de pompage agissent sur des liquides volatils et, en particulier, lorsque ces dispositifs sont utilisés comme pompes aspirantes, la vapeur peut se séparer du liquide à l'entrée du dispositif de pompage et, une fois séparée, elle peut nuire à la pression de refoulement de ce dernier. Une pompe à jet selon l'invention aide à évacuer la vapeur séparée du liquide du dispositif de pompage et à l'amener dans une zone où elle peut être recombinée avec le liquide. La pompe à jet selon l'invention comprend une zone pour contenir un premier fluide, des moyens pour débiter un second fluide par volumes distincs successifs suivant un parcours sensiblement rectiligne à travers la dite zone, et un passage situé sensiblement dans l'alignement du parcours du second fluide pour recevoir celui-ci avec des quantités du premier fluide qu'il entraine avec lui. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'actionnement d'une pompe à jet qui comprend des moyens pour débiter un premier fluide à travers une zone con tenant un second fluide, ainsi qu'un passage pour recevoir les deux fluides, caractérisé en ce qu'il consiste à débiter le premier fluide par volumes distincts à travers cette zone. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette pompe à jet: Fig. 1 est une vue en coupe fortement schématisée d'une pompe à jet selon l'invention; Fig. 2 est une vue en coupe représentant une autre forme d'exécution de cette pompe à jet; Fig. 3 est une vue en coupe représentant une forme d'exécution encore différente de la pompe à jet selon 1' invention; Fig. 4 est une vue en coupe suivant 4 - 4 de fig. 5 et représentant un dispositif de pompage centrifuge comprenant une pompe à jet selon l'invention; Fig. 5 est une vue en coupe suivant 5 - 5 de fig.4; Fig. 6 est une vue en coupe suivant 6 - 6 de fig. 7 et représentant une variante de pompe centrifuge comportant une pompe à jet selon l'invention; Fig. 7 est une vue en coupe suivant 7 - 7 de fig.6; Fig. 8 est une vue en coupe radiale d'une autre variante de réalisation de pompe centrifuge; Fig. 9 est une vue en coupe suivant 9 - 9 de fig.8. Comme le montre la figure 1, la pompe à jet selon 1' invention comprend un corps 1, qui renferme une zone 10, laquelle présente une entrée il pour l'arrivée d'un gas ou d'une vapeur. Une buse 12 saille à l'intérieur de la zone 10 et un orifice de sortie 13 est aligné axialement sur la buse 12. Celle-ci communique avec un orifice d'entrée 14 pour un liquide et un disque denté 15 entrainé en rotation par un arbre 16 est monté entre l'orifice d'entrée 14 et la buse 12. Le disque 15 est conformé et disposé de telle façon qu'en tournant il interrompt ou réduit la commu- nication entre l'orifice d'entrée 14 et la buse 12.En cours de fonctionnement et lorsque le disque 15 tourne, un liquide arrivant sous pression à l'entrée 14 est refoulé par la buse 12 par volumes distincts successifs désignés par la référence 17. Ces volumes de liquide 17 pé nètrent l'un après l'autre dans le conduit de sortie 13 et emprisonnent entre eux des volumes du gaz contenu dans la zone 10. Une proportion de l'énergie cinétique contenue dans les volumes 17 de liquide est communiquee aux volumes de gaz interposés et, suivant la pression dans un système extérieur situé en aval de l'orifice de sortie 13, une partie de l'énergie cinétique du gaz et du liquide dans l'orifice de sortie 13 est transformée en énergie de pression, provoquant l'absorption du gaz dans le liquide. On peut prévoir que cet agencement fournit un pompage sa isfaisant du gaz depuis l'entrée 11 jusqu'a la sortie 13 meme si le nombre de Reynolds du liquide à l'intérieur de la buse 12 est faible. Une variante de réalisation de la pompe à jet selon l'invention est représentée à la figure 2 et les éléments identiques dans les deux formes d'exécution sont désignés par les mêmes références. La différence essentielle par rapport à celle décrite en référence à la figure 1 est que l'interruption du courant de liquide vers la buse 12 est assurée par une soupape 18, qu'on fait osciller à la fréquence nécessaire à l'aide de moyens appropriés, qui peuvent être mécaniques, électriques, hydrauliques ou pneumatiques. Pour le reste, le fonctionnement de la pompe à jet représentée à la figure 2 est identique à celui de celle illustrée à la figure 1. La forme d'exécution représentée à la figure 3 comporte un carter définissant une chambre 20 de section circulaire. A l'intérieur de cette chambre est monté un rotor 11, constitué par une partie centrale pleine 21, de laquelle partent radialement huit aubes 22 angulairement équidistantes, dont les extrémités libres respectives se trouvent près de la périphérie de la chambre 20.Un passa ge de sortie 23 ouvre dans la chambre 20 tangentiellement à celle-ci, et des passages d'entrée respectifs 24, 25 pour le liquide et la vapeur communiquent aussi avec cette chambre 20. Les orifices par lesquels les passages d'entrée 24, 25 ouvrent dans la chambre 20 sont espacés l'un de l'autre et de celui du passage de sortie 23 dans le sens périphérique de la chambre et, comme ce dernier, ils sont disposés de façon à être balayés par les aubes 22. L'orifice du passage d'entrée 25 est placé de façon qu'il communique avec le passage de sortie 23 sur la plus grande partie de la rotation du rotor 21. Lorsque cette pompe à jet fonctionne, le liquide arrive sous pression au passage d'entrée 24. Le débit de ce liquide est de préférence tel qu'a son entrée dans la chambre 20 il ne remplit pas complètement les espaces entre les aubes 22, le reste de chacun de ces espaces étant rempli par la vapeur qui arrive par le passage d'entrée 25. En raison de sa plus grande inertie, le liquide s' amasse contre les aubes 22 et il est propulsé le long de la périphérie du rotor et envoyé dans le passage de sortie 23 en une série de volumes distincts 26. Le mouvement de ces volumes distincts 26 pousse dans le passage de sortie 23 la vapeur qui se trouve dans une zone 27 de la chambre 20, provoquant l'aspiration de la vapeur à travers le passage d'entrée 25. Une partie de l'énergie cinétique du liquide et de la vapeur dans le passage de sortie 23 est transformée en énergie de pression, comme il a été expliqué en référence à la figure 1. Les pompes à jet représentées aux figures 1 à 3 peuvent être utilisées en combinaison avec une pompe centrifuge, comme celle désignée par la référence 28 à la fi gire 3. Lorsqu'un liquide doit être prélevé par pompage dans un réservoir pour être débité sous pression à un niveau plus élevé que celui du réservoir, il peut être impossible ou désavantageux de prévoir une pompe foulante au niveau du réservoir. Par exemple, lorsque le liquide pompé est un combustible, une détérioration éventuelle de la conduite de refoulemcnt qui part de la pompe entraîne une perte de combustible au niveau de cette conduite. D' autre part, des conditions d'espace ou de fonctionnement peuvent interdire l'utilisation d'une pompe au niveau inférieur.L'emploi d'une pompe aspirante au niveau supé- rieur donne lieu à de basses pressions à l'entrée de la pompe et la vapeur tend alors à se séparer du combustible liquide. La présence de cette vapeur séparée peut avoir une influence néfaste sur la pression à la sortie de la pompe d'aspiration 28. L'emploi d'une pompe à jet telle que celle qui vient d'être décrite en combinaison avec une compe centrifuge dans les conditions exposées plus haut permet à l' effet de jet du combustible liquide débité par la pompe 28 d'évacuer hors de cette pompe le noyau de vapeur qui s'y forme. Les figures 4 et 5 montrent un dispositif de pompage qui, en plus de l'action centrifuge fournie dans le cas précédent par la pompe 28 (figure 3), fournit aussi un effet de pompe à jet pour l'évacuation de la vapeur qui s'est séparée du liquide. Ce dispositif comprend un carter qui définit une chambre 30 de section circulaire, dans laquelle est monté un rotor 31. Celui-ci comporte un élément support annulaire 32, dans lequel sont montées douze aubes radiales plates équidistantes 33.L'élément support 32 présente une partie extérieure annulaire 34 et un moyeu central 25, un évidement annulaire 36 étant défini entre la partie extérieure 34 et le moyeu 35. La périphérie du rotor 31 est tout près de celle de la chambre 30 et la partie annulaire 34 présente une gorge 37 qui, en combinaison avec les extrémités extérieures des aubes 22, définit une pluralité de cavités 38 à l'intérieur de la chambre 30. L'évidement annulaire 36 communique avec les cavités 38 par des trous respectifs 39, qui s'étendent à travers la partie 34 et la portion d' aube qui s'y trouve.Le rotor 31 tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre à la figure 4 et cha cun des trous 39 permet au fluide de s'écouler de la face amont de l'aube 33 associée jusqu'à la cavité 38 adjacente à la face aval de cette aube. Un passage de sortie 40 ouvre dans la chambre 30, tangentiellement à celle-ci, et un passage d'entrée, désigné par la référence 41 à la figure 4, ouvre dans la chambre 30 en regard de l'évidement 36 du rotor. En service, le dispositif agissant comme pompe aspirante de combustible, celui-ci s'écoule dans le passage d'entrée 41 et pénètre dans l'évidement annulaire ffi entre les aubes 33. L'effet centrifuge du rotor 31 tend à abaisser la pression dans le passage d'entrée 41 et à provoquer ainsi la séparation du combustible en deux constituants: l'un à l'état liquide et l'autre à l'état de vapeur. Après cette séparation, qui peut n'être que partielle, le volume du combustible liquide est considérablement inférieur à celui de la vapeur et ce combustible liquide, en raison de sa plus grande inertie, tend à s'amasser sur les faces amont des aubes 33 et à y adhérer à cause de sa viscosité. Le combustible liquide ainsi amassé se déplace radialement vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge et traverse les trous 39 pour s'amasser dans les cavités ffi à l'intérieur de la gorge 37. Par suite de son inertie, le combustible liquide s'accumule contre les parois des compartiments qui sont constituées par les parties extérieures des aubes 33. Le combustible liquide ainsi accumulé est maintenu à l'intérieur des cavités 38 contre les dites parties extr-emes des aubes 33 jusqu'a ce que celles-ci s'approchent l'une après l'autre du passage de sortie 40, dans lequel il est éjecté tangentiellement.Le rotor 31 éjecte donc le combustible liquide sous la forme d'une pluralité de volumes distincts dans le passage de sortie 40 et ces volumes distincts produisent un effet de pompe à jet qui entraîne la vapeur, laquelle a pénétré aussi dans les compartiments 38 par les trous li L'effet de pompe à jet évacue donc constamment la vapeur de la chambre 30, tendant à diminuer la pression qui y règne. Le dispositif représenté aux figures 6 et 7 est une variante de celui qui vient d'être décrit en référence aux figures 4 et 5 et il comporte un corps définissant une chambre 50 de section circulaire, dans laquelle est monté un rotor 51. Celui-ci comprend une base circulaire 52, dont la périphérie est très proche de celle de la chambre 50 et qui supporte une roue à aubes 52, munie de huit aubes incurvées équidistantes 54. Comme le montre la figure 6, l'épaisseur des aubes, considérée dans le plan normal à l'axe du rotor, augmente à mesure qu'on s'éloigne radialement de cet axe. Il en résulte que les parties les plus épaisses des aubes occupent une proportion considérable de la périphérie circulaire du rotor considéré dans son ensemble. Chaque aube présente à son extrémité radialement extérieure une cavité 55, qui s'étend dans le sens périphérique le long d'une partie de la tête d'aube et se termine contre la paroi radiale 56 que forme l'extrême pointe de l'aube. Dans la forme d'exécution représentée, ces cavités 55 occupent plus de 40% de la periphérie du rotor. Un passage de sortie 57 ouvre dans la chambre 50, tangentiellement à celle-ci, et un passage d'entrée, désigné par la référence 58 à la figure 6, ouvre dans la chambre 50, concentriquement à l'axe du rotor. En service, ce dispositif agit sensiblement de la même manière que celui décrit en référence aux figures 4 et 5. Le combustible tend à se séparer en ses constituants liquide et vapeur près du passage d'entrée 58 et le liquide adhère aux bords avant des aubes 54, s'écoulant vers 1' extérieur sous l'effet de la force centrifuge pour s'accumuler dans les cavités 55, près des parois radiales 56. Le combustible liquide ainsi accumulé est éjecté en direc tion du passage de sortie 57 sous la forme d'une série de volumes distincts et il agit sur la vapeur dans une zone 59 proche du passage pour entraîner celle-ci dans ce dernier. Une partie de l'énergie cinétique du liquide et de la vapeur a l'intérieur du passage de sortie 57 est, suivant la pression qui règne dans un système extérieur associé, transformée en énergie de pression qui permet à la vapeur présente dans le dit passage 7 d'être réabsorbée en totalité ou en partie par le liquide. Le dispositif représenté aux figures 8 et 9 est une autre variante de réalisation, qui diffère des formes d' exécution décrites en référence aux figures 4 à 7. il comporte un corps 60 définissant une chambre 61, à l'intérieur de laquelle est monté un rotor 62. Ce rotor présente en son centre un moyeu 63 et une couronne 64, à partir de laquelle s'étendent radialement vers l'extérieur six aubes é-quidistantes 65, dont lês extrémités libres respectives touchent presque la périphérie de la chambre 61. La couronne 64 est reliée au moyeu = par six autres aubes 66, dont chacune aboutit à la couronne sensiblement à mi-distance entre deux aubes 65 voisines.Les aubes 66 définissent dans le rotor six ouvertures 67 de forme générale triangulaire et ces ouvertures 67 communiquent par des orifices 68 ménagés dans la couronne 64 avec les espaces 69 entre les aubes 65. Un passage de sortie 70 ouvre- dans la chambre 61, tangentiellement à celle-ci, et il présente une zone ré- trécie 71 formée par une chemise intérieure 72. Un passage d'entrée 73 ouvre dans la chambre 61 en un point situé à une certaine distance de l'axe du rotor 62 dans le sens radial et qui se trouve en regard. de la partie radialement intérieure des ouvertures 67 lorsque le rotor tourne. Le corps 60 présente un autre passage d'entrée 74, qui ouvre dans la chambre 61 concentriquement à l'axe de rotation du rotor. En service, le rotor tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, vu comme à la figure 8. Le combustible qui pénètre dans le passage d'entrée 22 tend à se séparer entre ses constituants: le liquide et la vapeur. Le liquide s'accumule sur les faces amont des aubes 66 à cause de sa plus grande inertie et il adhère à ces aubes en raison de sa viscosité. Le combustible liquide ainsi accumulé se déplace radialement vers l'extérieur le long des aubes sous l'effet de la force centrifuge, travers se les orifices 68 et s'accumule dans les espaces 69. Ces derniers recueillent donc des volumes du combustible qui est essentiellement liquide et qui, en raison de sa plus grande inertie, reste contre les aubes 65, la partie laissée libre par le liquide dans chaque espace 69 étant occupée par du combustible qui est essentiellement à l'état de vapeur.Chaque fois qu'une des aubes 65 s'approche du passage de sortie 70, un volume de combustible liquide est éjecté tangentiellement et les volumes successivement é- jectés produisent un effet de pompe à jet qui entraîne et évacue la vapeur sortant des ouvertures 67 par les orifices 68. La vapeur est donc constamment évacuée de la chambre 61. Le passage d'entrée 74 communique avec une zone du dispositif qui, en service, est sous basse pression; il peut donc être relié à une partie d'un circuit de combustible dans laquelle on peut prévoir une accumulation de la vapeur et servir par conséquent à l'évacuation de cette vapeur. Le fonctionnement de l'un ou l'autre des dispositifs des figures 4 à 9 ne souffre pas de la présence dans les volumes distincts de combustible liquide d'une certaine quantité de bulles de vapeur, pas plus que de la présence dans la vapeur séparée du liquide d'un certain nombre de gouttelettes de ce dernier, maintenues en suspension. En outre, les volumes de liquide qui s'accumulent contre les extrémités des aubes ou autres parties en saillie et sont ensuite éjectés par celles-ci, contiennent des particules de combustible accumulées qui entourent et entraînent la vapeur. Les volumes de liquide agissent néanmoins de fa çon à entraîner la vapeur et à l'évacuer hors de la chambre de la pompe. Un dispositif du type général qui vient d' être décrit fonctionne parfaitement pour une pression d'entrée aussi faible que 7kPA au-dessus de la véritable tension de vapeur du combustible pompé. - REVENDICATIONS 1.- Pompe à jet, caractérisée en ce qu'elle comprend une zone (10;27;38;59;69) pour contenir un premier fluide, des moyens (15;18;11;31;51;62) pour débiter un second fluide par volumes distincts successifs (17) suivant un parcours sensiblement rectiligne à travers la dite zone, et un passage (13j23j40j57 j70) situé sensiblement dans 1' alignement du parcours du second fluide pour recevoir celui-ci avec des quantités du premier fluide qu'il entraine avec lui. 2.- Pompe à jet selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dite zone fait partie d'une chambre de section sensiblement circulaire (20;30;50;61), en ce que les moyens pour débiter le second fluide comprennent un rotor (21;31;51;62) à l'intérieur de la dite chambre, le dit rotor comportant une pluralité d'aubes qui s'étendent radialement et dont les extrémités extérieures se trouvent à proximité immédiate de la périphérie de la chambre, les aubes définissant une pluralité de cavités pour recueillir le fluide à la périphérie du rotor, et en ce qu'elle comporte des moyens pour admettre le second fluide dans les dites cavités et un passage de sortie qui ouvre dans la dite chambre et s'étend tangentiellement à celle-ci. 3.- Pompe à jet selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens pour admettre le fluide dans les cavités comprennent un passage d'entrée ouvrant dans la dite chambre en un endroit qui peut être balayé par les aubes. 4.- Pompe à jet selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier et un second passage d'entrée (11,14; 24,25; 73,74) pour le premier et le second fluide, respectivement, ce premier et ce second passage ouvrant dans la chambre en des points de celle-ci qui peuvent être balayés par des parties des aubes adjacentes à la périphérie de la chambre. 5.- Pompe a jet selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rotor (31) comporte une partie extérieu re annulaire (34), à partir de laquelle des parties d'aubes (33) s'étendent radialement, un évidement annulaire (36), situé radialement à l'intérieur de la partie annulaire, une pluralité d'orifices (39) dans la partie annulaire, qui communiquent avec des cavités respectives (38', et un aubage pour envoyer le second fluide de l'évidement annulaire vers un des orifices. 6.- Pompe à jet selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'aubage est constitué par une pluralité d'aubes supplémentaires 7.- Pompe à jet selon la revendication 6, caractérisée en ce que les aubes (33)du rotor et les aubes supplémentaires sont contigües et s'étendent à travers la partie extérieure annulaire 534). 8.- Pompe a jet selon la revendication 3, caractérisée en ce que les aubes (54) constituent une roue pour envoyer le second fluide vers la périphérie de la chambre (50), chacune des aubes présentant une cavité (55) qui s' étend dans le sens périphérique sur une partie de la tête d'aube et se termine contre une paroi radiale (56). 9.- Pompe à jet selon la revendication 8, caractérisée en ce que les aubes (54) sont incurvées et, vues dans un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, augmentent d'épaisseur à mesure qu'on s'éloigne de cet axe. 10.- Procédé pour faire fonctionner une pompe à jet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire débiter le second fluide par volumes distincts successifs à travers la zone. 11. - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à amener un mélange du premier et du second fluide à une chambre, a accumuler le second fluide sur les faces amont des aubes d'un rotor tournant à l'intérieur de la dite chambre, à recueillir les accumulations de second fluide dans des cavités adjacentes a la périphérie du rotor, et à débiter des volumes successifs du second fluide recueilli si travers un passage de sortie qui s'étend tangentiellement à la périphérie du -ro- tor, de façon a entraîner le premier fluide et a l'évacuer hors de la chambre. 12.- Pompe a combustible rotative conformée en pompe à jet selon les revendications 2 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps définissant une chambre de section sensiblement circulaire, un passage de sortie qui ouvre à la périphérie de cette chambre et s'étend tangentiellement à elle, un passage d'entrée ouvrant dans la chambre en un endroit situé radialement à l'intérieur de la périphérie, et un rotor monté dans la chambre, le dit rotor étant muni d'une première série d'aubes dont les têtes se trouvent à proximité immédiate de la périphérie de la chambre, ainsi que d'une seconde série a d'aubes, qui peuvent faire passer le combustible liquide du passage d' entrée vers des cavités définies par la première série d' aubes à la périphérie du rotor, ces cavités constituant des moyens pour recueillir le combustible liquide et pour l'éjecter ensuite tangentiellement vers le passage de sortie sous la forme de volumes distincts.