Brevet FR2589527A1 — publié le 19870507

POMPE A VIS la présente invention concerne une pompe à vis destinée à pomper un liquide sous pression, et plus particulièrement une pompe à vis ayant une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion supérieures, et adaptée à la manutention de liquides, y compris de boues. Une pompe à vis est généralement faite avec des métaux du gen- re fonte ou acier moulé; sa conception de base est présentée à la figure 1. Le pompage est réalisé par le déplacement d'espaces 6 situés entre des vis rotatives 1 et un corps 2 entourant les vis 1 dans leur sens axial lorsque les arbres 3 tournent. Des engrenages de distribution 11 trans- mettent le couple et commandent le jeu entre les vis 1. Un liquide est aspiré dans le corps 2 par un orifice d'aspiration 4, remplit les espaces 6, se déplace dans le sens axial et est évacué de la pompe par un orifice de refoulement 5. Le liquide est d'abord retenu dans les espaces 6, puis expulsé de la pompe, de sorte qu'il est possible d'obtenir une pression de refoulement élevée ainsi qu'un débit important. Par conséquent, la pompe sera d'autant plus performante que le jeu 8 entre les vis 1 et le corps 2, comme le jeu 7 entre la paire de vis 1 sera réduit, et que les fuites dues à ce jeu sont faibles. Par conséquent, dans ce type de pompes en métal, le jeu 7 entre les vis 1 et le jeu 8 entre les vis 1 et le corps 2 ont été limités à 0,2 mm environ. Il résulte que si un liquide de travail contient des particu- les étrangères solides, elles se coinceront dans les jeux 7 et 8 existant entre les vis 1 et entre les vis 1 et le corps 2, entraînant une usure importante de ces pièces qui, en s'accentuant, entraînera une augmenta- tion progressive des fuites depuis les espaces 6, et réduira le rendement de la pompe. Si la pompe travaille en particulier avec un liquide corrosif, une légère corrosion s'exerçant sur les vis I ou le corps 2 réduit consi- dérabiement le rendement de la pompe à un point tel qu'elle peut être ra- rement utilisée du fait de l'usure des pièces par les particules étrangè- res, avant d'être complètement corrodée au point de devenir inutilisable. Le but fondamental de la présente invention est de réaliser une pompe à vis ayant une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion supérieures, accusant des variations minimales de rendement, et permettant de ce fait la manutention de liquides comportant des particu- les solides comme les boues à des pressions élevées. -2- Un autre but de l'invention est de réaliser une pompe à vis pourvue de vis en céramique dont les formes de filetage seront particu- lièrement adaptées aux pièces à vis. Afin d'atteindre ces buts dans une pompe à vis destinée à pom- per un liquide et comprenant un corps de pompe pourvu d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie, et au moins deux vis engrenant l'une avec l'autre et montées à rotation dans le corps de pompe, conformément à 1' invention, les vis sont en matériau céramique et les filets des vis sont à la base plus larges qu'au niveau des cercles primitifs en coupe longitudinale. Les surfaces internes du corps de pompe situées en regard des vis sont de préférence recouvertes par des revêtements en matériau céramique. Les vis et les revêtements en céramique sont de préférence en zircone ou en oxyde d'aluminium. Des modes de réalisation préférés vont à présent être décrits plus en détail, à titre nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'une pompe à vis selon l'art antérieur dont toutes les pièces sont métalliques. La figure 2 est une vue en coupe d'une pompe à vis selon l'invention, La figure 3 représente une partie de vis selon l'invention, dont la moitié est montrée en coupe. La figure 2 représente une pompe à vis selon la présente in- vention, comprenant un corps de pompe 2 pourvu au moins d'un orifice d' aspiration ou d'entrée 4 et au moins d'un orifice de refoulement ou sor- tie 5, des arbres 3 montés à rotation sur des paliers 9 dans le corps de pompe, et au moins une paire de vis 1' montées sur les arbres 3 et aptes à tourner solidairement avec eux. Un des arbres 3 s'étendant à l'exté- rieur du corps de pompe 2 est entraîné en rotation par une source d'éner- gie (non représentée) afin de faire tourner les vis 1' et entraîner un fluide remplissant les espaces entre le corps de pompe 2 et les vis 1' en céramique dans le sens axial des vis, effectuant ainsi l'action de pompa- ge. Un ou des revêtements 10 en céramique sont prévus sur les surfaces -3internes du corps de pompe 2 situées en regard des vis 1' La figure 3 représente une partie de la vis en céramique 1' en détail. Les traits et pointillés montrent la forme d'une vis métallique après une longue utilisation. Comme les vis 1', de préférence une paire de vis l',tournent en engrenant l'une avec l'autre, l'une des vis 1' est usinée de sorte que les largeurs W2 des filets soient, à leur base, plus petites que les largeurs W1 au niveau des cercles primitifs, afin d'éviter toute interférence des filets entre eux. Les demandeurs ont étudié des formes de vis céramiques présen- tantire grande sécurité lorsqu'on les soumet à des charges mécaniques, vu que la céramique est friable et a une faible résistance à la traction, à la différence des métaux. Il résulte qu'il est préférable d'avoir, comme le montre la figure 3, des largeurs W2' de filets de vis supérieures à leur base aux largeurs Wl au niveau des cercles primitifs vues en coupe longitudinale de la vis et augmentant progressivement depuis les cercles primitifs vers les bases, du côté intérieur. En cas d'utilisation d'un liquide comportant des particules étrangères, les revêtements en céramique 10 sont fixés sur la partie interne du corps 12 afin de réduire sensiblement l'usure des pièces. Dans un mode de réalisation véritable, avec des vis de 268 mm de diamètre extérieur, des cercles primitifs de 190 mm de diamètre, des filets de 112 mm de diamètre à la base et 120 mm de pas de vis, les for- mes des moitiés externes des filets sont formés par des outils de coupe de 300 mm de diamètre extérieur dont les arbres sont inclinés à 12 01' afin d'obtenir des surfaces cycloidales des moitiés des filets. D'un au- tre côté, les formes des moitiés internes des filetages sont réalisées par les mômes outils de coupe dont les arbres sont inclinés à 8o52' afin d'obtenir des surfaces trocholdales. On a ainsi obtenu des filets souhai- tés avec W2 'supérieur à Wl selon le rapport W2'/W1 = 1,30.Ils tournaient sans aucune interférence et avaient un rendement maximal de 75%. Le rapport W2'!W1 peut être modifié selon la dimension des vis. Plus le rapport W2'/W1 est important, plus les risques de détériora- tion des vis céramiques sont réduits. Cependant, lorsque le rapport W2'/ Wl est supérieur à 1,3, le rendement volumétrique de la pompe diminue de 4- sorte que le rendement maximal de la pompe commence à diminuer. Dans un autre mode de réalisation.des vis céramiques, pour un rapport W2'/W1 de 1,01 à 1,45, le rendement de 60% pouvait être conser- vé, ce qui est une valeur admissible en utilisation. Les vis céramiques destinées aux pompes à vis réalisées sui- vant la description ci-dessus réduisent considérablement le risque de détérioration des vis du fait de la friabilJté inhérente à la céramique, de sorte que l'on peut largement les utiliser à des pressions élevées. Dans le cas d'utilisation avec un liquide contenant des particules soli- des, le rendement de la pompe peut être maintenu pendant de longues périodes de temps, étant donné la résistance à l'usure de la céramique. Dans des cas réels, même si des particules solides se coincent dans les Jeux 7 et 8, les vis céramiques offrent suffisamment de résistance sans se détériorer, permettant ainsi le fonctionnement de la pompe. La présente invention propose des vis céramiques ayant des filets continus en forme de spirale dont les largeurs au niveau des cer- cles primitifs sont inférieures aux largeurs à leur base, afin d'obtenir la pompe à vis la mieux adaptée à la manutention de boues ou de liquides chimiques corrosifs. Les vis céramiques sont fixées à des arbres métal- liques rotatifs traversant les vis céramiques et montés dans le corps de pompe. Bien que la pompe à vis double comportant les deux vis céramiques ait été présentée dans le mode de réalisation ci-dessus, ceci ne constitue qu'un exemple, et l'invention peut être appliquée à des pompe à vis à trois ou quatre axes ayant trois ou quatre vis. Il est préférable d'avoir trois vis céramiques. En faisant les revêtements du corps de pompe avec un matériau céramique, on peut considérablement prolonger leur durée de vie. Il est en outre préférable de faire le corps de pompe ou les surfaces internes du corps entièrement avec un matériau céramique afin d'améliorer la résistance à la corrosion. Les vis et les revêtements sont de préférence en zircone et en oxyde d'alumine. La pompe à vis selon l'invention a une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion supérieures, et est adaptée pour la manu- tention de liquides, boues et liquides chimiques corrosifs soumis à une pression élevée, de sorte qu'elle est très efficace en utilisation. L'homme de l'art comprendra que la description ci-dessus cor- respond aux modes de réalisation préférés des pompes à vis décrites et que différentes modifications peuvent être apportées à l'invention sans s'éloigner de son esprit. -5- Revendications: 1. Pompe à vis destinée à pomper un liquide comprenant un corps de pompe (2) pourvu d'un orifice d'entrée (4) et d'un orifice de sortie (5), et au moins deux vis (1') engrenant l'une avec l'autre, et montées à rotation dans ledit corps de pompe, caractérisée en ce que lesdites vis sont en matériau céramique et en ce que les filets desdites vis sont à la base plus larges qu'au niveau des cercles primitifs en coupe longitudinale. 2. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces internes dudit corps de pompe situées en regard desdites vis sont recouvertes par des revêtements (10) en matériau céramique. 3. Pompe à vis selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits revêtements sont en zircone ou en oxyde d'aluminium. 4. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites vis sont en zircone ou en oxyde d'aluminium. 5. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que les filets de l'une des vis ont une largeur, à la base de la vis, inférieure à la largeur au niveau des cercles primitifs en coupe longi- tudinale afin d'éviter toute interférence avec les filets de l'autre vis. 6. Pompe à vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport de la largeur des filets à leur base sur la largeur au niveau des cercles primitifs se situe dans la plage 1,01 - 1,45. 7. Pompe à vis selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit rapport est approximativement de 1,3.