Brevet FR2557642A1 — publié le 19850705

Pompe à vis d'Archimède excentrique du type à refoule- ment rotatif. L'invention concerne une pompe à vis d'Archimède excentrique du type à refoulement rotatif (vendue sous la marque commerciale "Mohno Pump"). Une pompe antérieure de ce type est représentée sur la figure 1 des dessins annexés et par exemple dans la demande de brevet japonaise publiée sous le no 51-13404 le 2 Février 1976 sous priorité d'une demande allemande n P 24 29 340.1 déposée le 19 Juin 1974. Sur la figure 1, l'ensemble de pompe comprend une partie de pompage A, une entrée B, une sortie C et une partie d'entraînement D. La partie de pompage comprend un stator élastique 2 présentant ule cavité de pompe en forme de filetage hélicoïdal femelle 3 et un rotor de pompe 4 en forme de filetage hélicoïdal mâle qui est engagé avec possibilité de rotation à l'intérieur du filetage 3. La partie d'entraînement D comprend un arbre d'entraînement supporté par des paliers sur le corps de pompe. Le rotor 4 peut tourner excentriquement par rapport à l'arbre 20 et lui est relié par deux joints universels 50 et une tige de liaison 51. Cette disposition entraîne une longueur accrue de la pompe. La disposition ci-dessus présente un certain nombre d'inconvénients, outre celui de la longueur accrue. Le mouvement du rotor est seulement confiné par la paroi inté- rieure du filetage 3, la tige de liaison 51 tournant de façon non parallèle à l'axe de la pompe. Par suite, il se peut que le rotor 4 tourne de façon instable et qu'il oscille hors du parcours normal, fatiguant ainsi la paroi intérieure du filetage 3. En outre, le joint universel 50, qui est généralement situé auprès de l'extrémité d'entrée de la cavité de stator, augmente la résistance à l'afflux du fluide pompé à la cavité. De plus, des objets longs et solides contenus dans le fluide peuvent s'accrocher autour de ce joint. Un but général de l'invention est de fournir une pompe peu encombrante du type ci-dessus qui ait un mouvement stable et régulier du rotor et qui applique moins d'effort à la paroi de la cavité hélicoïdale du stator. Une pompe selon l'invention comprend un stator prégen- tant une cavité hélicoïdale de pompe qui le traverse et qui a une section généralement ovale, et un rotor hélicoïdal de pompe qui a une section généralement circulaire et s'étend à travers la cavité. Au rotor est fixé un arbre et l'axe de l'arbre est placé excentriquement par rapport à l'axe géométrique de la cavité hélicoïdale, à raison d'une distance e, de sorte que l'arbre effectue un mouvement hypocycloidal, son axe décrivant une orbite circulaire de rayon égal à la distance e. La pompe comprend en outre des moyens d'entraînement montés concentriquement à la cavité hélicoïdale. L'arbre est monté sur un tambour, parallèlement à l'axe de celui-ci, mais excentriquement par rapport à cet axe, à raison de la distance e. On comprendra mieux l'invention d'après la description détaillée ci-après de modes d'exécution préférentiels de l'inventi con, csidérée conjointement avec les dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue latérale en coupe axiale mon- trant une pompe de la technique antérieure; La figure 2 est une vue latérale en coupe axiale d'une pompe selon une forme de l'invention; La figure 3 est une vue schématique agrandie en coupe suivant la ligne IIIIII de la figure 2; La figure 4 est une vue schématique agrandie en coupe axiale suivant la ligne IV-IV de la figure 3; Les figures 5a i 5d sont des vues schématiques en coupe prises en différents points espacés axialement sur la figure 4; Les figures 6a à 6d sont des vues similaires à la figure 3 mais montrant le mouvement successif du rotor dans le temps en un seul point axial; La figure 7 est une vue latérale en coupe axiale d'une pompe selon un autre mode d'exécution de l'invention, et La figure 8 est une vue schématique agrandie d'un engrenage circulaire à cardan utilisé sur la figure 7. Sur la figure 2, l'ensemble de pompe comprend une partie de pompage classique A qui forme pont entre une partie d'entrée B et une partie de sortie C, et une partie d'entraînement D sur le c8té de l'entrée B qui est opposé à la partie A. Le corps E de la pompe forme l'entrée B qui présente une ouverture 31 tournée vers le haut, communiquant avec un passage d'entrée 32 et un robinet de vidange 33 peut être prévu en bas du corps E, en dessous du passage 32. La sortie C est formée par une ouverture 41 du corps E. La partie de pompage A comprend une partie cylindrique de corps 1 qui enferme et supporte un stator élastique 2 qui est fixé à la partie 1. Le stator présente une cavité hélicoïdale de pompe 3 qui a une section pratiquement ovale (voir figure 3) et qui s'étend entre le passage d'entrée 32 et le passage de sortie C. A l'intérieur de la cavité 3 est monté de manière à pouvoir tourner un rotor hélicoïdal 4 qui a une section pratiquement circulaire et forme une seule hélice. L'axe géométrique de la section de la cavité 3 est situé sur l'axe 2a du stator (figures 2, 3 et 5a). La cavité 3 forme une hélice mais elle s'étend à des distances égales sur des c8tés opposes de l'axe, formant ainsi une double hélice. Comme indiqué sur la figure 3, la section de la cavité 3 présente des parties terminales semi-circulaires et des parties rectilignes formant pont entre les parties terminales. Ces parties terminales semi-circulaires de la cavité 3 et la section du rotor 4 ont le même rayon r. Les centres des deux parties terminales sont marquées X et Y et la distance entre les centres X et Y, qui est aussi la longueur des parties rectilignes, est 4e. Le pas de la cavité hélicoïdale 3 peut être plus grand que celui du rotor hélicoïdal 4 et il est doable dans le cas présent. Le rotor présente un arbre 5 fixé à son extrémité et qui est adjacent à la partie d'entrée B. L'axe 5a (figures 2 et 3) de l'arbre 5 est décalé ou excentrique par rapport au centre de section 4a du rotor 4 et à l'axe 2a du stator, à raison de la distance e. Comme on le voit sur les figures 3, 6a et 6c, quand le rotor 4 touche un point extrême 3oc de la cavité 3, le centre 5a de l'arbre 5 est situé au milieu d'une ligne menée de l'axe 2a du stator au centre X (voir figure 3). Les figures 5a à 5d montrent la configuration de la cavité 3 et l'emplacement du rotor 4 en section en divers emplacements axiaux de la cavité 3, comme indiqué sur la figure 4; la figure 5a est à O, 360 et 720 ; la figure 5b est à 90 et 450 ; la figure 5c à 180 et 540 et la figure d à 270 et 6300. Comme on le voit sur les figures 6a à 6d, un tour complet du rotor 4 et de l'arbre excentrique 5 sur leurs axes respectifs dans le sens P a pour effet que le rotor va et vient en glissant contre les c6tés de la cavité 3 en un cycle, le centre du rotor allant et venant entre les points X et Y (figures 3 et 6a). Cela cause aussi un cycle de mou- vement hypocycloïdal de l'arbre excentrique 5, son axe 5a décrivant une orbite en sens opposé G, sur un cercle qui suit le trait mixte de la figure 3 et qui a un rayon égal à la distance e autour de l'axe 2a du stator. Ainsi, une substance remplissant l'espacement entre la paroi de la cavité 3 et le rotor 4 est poussée de façon continue vers l'extrémité de sortie C par un mouvement de piston constant et sans fin. Comme le montre encore la figure 2, la partie d'en- trainement D comprend un tambour de manivelle 11 monté par des paliers 13 sur une partie de corps 12 qui est fixe relativement à la partie de corps de la partie de pompage A. L'axe du tambour 11 est aligné sur l'axe 2a du stator. Le tambour 11 présente un vilebrequin ou arbre excentrique 14 que l'on peut considérer comme faisant partie de l'arbre 5. L'arbre 14 est monté à l'intérieur du tambour 11 par des paliers 16, son axe étant excentrique par rapport à l'axe du tambour, à raison de la distance e. L'arbre 14 est fixé à l'arbre 5 par un joint 15, leurs axes étant alignés. Des garnitures 17 sont prévues entre la paroi anté- rieure du tambour 11 (située à gauche sur la figure 2) et la paroi intérieure de la partie de corps 12. Des garnitures 18 sont prévues entre la paroi intérieure antérieure du tambour 11 et la paroi extérieure de l'accouplement 15. Les espacements situés à l'intérieur du corps en arrière des garnitures 17 et 18 communiquent avec l'atmosphère par des trous de drainage (non représentés). L'extrémité postérieure de l'arbre excentrique 14 est accouplée par un joint de rupture 19 à un arbre d'en- traînement 20 qui est monté par des paliers sur la partie de corps 12 et est aligné sur l'axe 2a du stator. Le joint 19 peut être par exemple un accouplement Oldham, un accou- plement à manivelle, un joint d'angle, un joint universel, etc.. En service, comme le montre la figure 2, l'arbre d'entrainement 20 est conçu pour être accouplé à un moteur et pour faire tourner le joint 19, les arbres exeentriques 14 et 5 et le rotor 4. Cette rotation engendre un mouvement du rotor, commne décrit plus haut. Par suite, les arbres 5 et 14 décrivent un mouvement d'orbite sur un cercle (figures 3, 6a à 6d) en sens opposé à leur rotation sur leur propre axe qui est exeentrique par rapport à l'axe 2a du stator ou à l'axe du tambour à raison de la distance e. Le mouvement orbital fait tourner le tambour 11. Ainsi, l'arbre excentrique 5 tourne et doécrit une orbite parallèlement à l'axe 2a du stator. Cela stabilise le mouvement du rotor. Selon une variante, un arbre excentrique 5 peut aussi être fixé au rotor 4, sur l'extrémité tournée vers la sortie C et être monté par des moyens similaires au tambour 11, mais sans être entraîné. Dans le deuxième mode d'exécution représenté par la figure 7, les parties de pompage, d'entrée et de sortie A à 0 sont pratiquement semblables aux parties correspondantes de la figure 2. Sur la figure 7, l'arbre excentrique 5 du rotor est accouplé par un joint sans clavette 14'à un vilebrequin 13' faisant partie de l'arbre 5. L'arbre 13t est monté sur l'in- térieur d'un tambour de manivelle 11, leurs axes étant décalés ou espacés entre eux de la distance e, comme dans le premier mode d'exécution. Le tambour 11 est monté par des paliers 12' sur le corps 12, l'axe du tambour 11 étant aligné sur l'axe 2a du stator. Le tambour 11 présente un pignon 20'fixé à sa péri- phérie extérieure et qui engrène avec un pignon 33' qui est fixé à un arbre d'entra!nement 32' monté sur le corps 12. A l'extrémité postérieure du tambour 11 et de l'arbre 13 'est prévu un engrenage circulaire à cardan 21 (figures 7 et 8) qui comprend une couronne à denture intérieure 22 et un pignon 23. Le cercle primitif de la couronne à denture intérieure 22 a un rayon double de la distance e tandis que celui du pignon 23 a un rayon égal à la distance e. La couronne à denture intérieure 22 est fixée au corps 12 par un couvercle d'extrémité 24, concentriquement au tambour 11 et au stator 2. Le pignon 23 est formé concentriquement sur l'extrémité postérieure de l'arbre excentrique 13'et coopère avec la couronne à denture intérieure 22. En fonctionnement, l'arbre d'entraînement 32' fait tourner le tambour 11 par l'intermédiaire des pignons 20' et 33' Le tambour 11 force les arbres excentriques 13'et 5'à décrire un mouvement orbital sur un cercle de rayon e autour de l'axe 2a du stator (figure 6). Cela crée un mouvement du rotor 4 coopérant avec la cavité du stator 3 de la même façon que dans le premier mode d'exécution. Par suite, comme le montre la figure 6, le rotor 4 tourne dans le sens PF opposé au sens de mouvement orbital G de l'arbre 5. A mesure que les arbres 13'et 5 décrivent leur mouve- ment orbital, le pignon 23 de l'engrenage circulaire à cardan est forcé de tourner en coopération avec la couronne à denture intérieure 22 (figure 8), en sens opposé au mouvement orbital. Ces mouvements rotatif et orbital du pignon 23 sont conformes à ceux des arbres excentriques, qui sont engendrés par le mouvement du rotor 4. Ainsi, l'engrenage circulaire à cardan 21 confinent les arbres 13'et 5 au mouvement hypocycloldal prélis mentionné plus haut à propos de la figure 6, sans tenir compte de l'existence du stator 2. Cela empoche la paroi de la cavité 3 de subir un effort du au rotor 4 et par conséquent de s'user. D'autre part, le stator peut être formé d'une large variété de matériaux, y compris le métal, et il est possible d'améliorer la précision dimen- sionnelle de la cavité et du rotor. REVENDICATIONS 1.- Pompe comprenant un corps, un stator (2) monté dans le corps et traversé par une cavité hélicoïdale (3) dont l'axe est dirigé longitudinalement et dont la section est pratiquement ovale, un rotor hélicoïdal (4) placé dans la cavité et ayant une section pratiquement circulaire et un axe géométrique hélicoïdal, la cavité présentant une première et une deuxième extrémités et le corps présentant des ouvertures d'écoulement près des première et deuxième extrémités et des moyens d'entraLnement montés dans le corps de manière à tourner sur un axe pratiquement coaxial à l'axe géométrique de la cavité, pompe caractérisée par un arbre (5) fixé au rotor auprès de la première extrémité et monté de manière à pouvoir tourner sur les moyens d'entrainement, cet arbre effectuant un mouvement hypocycloidal quand les moyens d'entraînement sont mis en rotation, l'arbre ayant un axe qui est excentrique par rapport à l'axe géomé- trique hélicoïdal du rotor, à raison d'une distance e, et excentrique par rapport à l'axe géométrique de la cavité, à raison de la distance e. 2.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'arbre (5) est relié rigidement au rotor (4) et que l'une des ouvertures d'écoulement (31) est étroitement adjacente à la liaison entre le rotor et l'arbre. 3.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'axe de l'arbre (5) est parallèle à l'axe géométrique de la cavité et à l'axe des moyens d'entra nement. 4.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens d'entrainement comprennent un tambour (11) monté de manière à pouvoir tourner dans le corps sur l'axe de la cavité (3) et que cet arbre traverse au moins partiellement le tambour. 5.- Pompe selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens d'entraînement comprennent en outre un arbre d'entrainement (20) et un joint de rupture (19) accouplant l'arbre d'entraînement au premier arbre mentionné, l'arbre d'entralnement (20) étant coaxial à l'axe géométrique de la cavité (3). 6.- Pompe selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens d'entrainement comprennent en outre un train d'engrenages (33',20e) relié de manière à faire tourner le tambour (11). 7.- Pompe selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un engrenage circulaire à cardan (21) reliant l'arbre au corps. 8.- Pompe comprenant un corps, un stator (2) monté dans le corps et traversé par une cavité hélicoïdale (3) dont l'axe est dirigé longitudinalement et dont la section est pratiquement ovale, un rotor hélicoïdal (4) placé danis la cavité et ayant une section pratiquement circulaire et un axe géométrique hélicoïdal et des moyens d'entralnement montés de manière à pouvoir tourner dans le corps, pompe caracté- risée par un arbre (5) fixé rigidement au rotor et formant un prolongement du rotor,cet arbre ayant un axe parallèle i l'axe géométrique de la cavité, les moyens d'entraînement étant accouplés à cet arbre et imprimant à celui-ci un mouvement hypocycloidal quand les moyens d'entraînement sont mis en rotation, l'arbre ayant un axe qui est excentrique par rap- port à l'axe géométrique hélicoïdal du rotor à raison d'une distance e et excentrique par rapport à l'axe géométrique de la cavité a raison de la distance e. 9.- Pompe selon la revendication 8 caractérisée par le fait que le corps comprend une entrée (32) s'étendant autour de l'arbre (5) et communiquant avec la cavité (3), cette entrée ayant une dimension asiale qui est pratiquement égale h la longueur de larbre. 10.- Pompe à vis d'Archimède excentrique du type à refoulement rotatif, comprenant un stator (2) traversé par une cavité hélicoïdale (3) dont l'axe est dirigé longitu- dinalement et dont la section est pratiquement ovale, et un rotor hélicoïdal (4) placé dans la cavité et ayant une section pratiquement circulaire, pompe caractérisée par 355 le fait qu'au rotor est relié un arbre (5) monté de manière à pouvoir tourner excentriquement par rapport au rotor à raison d'une distance e, et qu'un tambour (11) est monté de manière à tourner concentriquement à l'axe géométrique de la cavité, des moyens étant prévus pour monter l'arbre sur le tambour mais excentriquement par rapport à l'axe du tambour à raison de la distance e.