Brevet FR2654779A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne la structure d'une roue d'un dispositif de pompage telle qu'une pompe à eau destinée à faire circuler de l'eau de refroidissement dans les chemises d'eau formées dans le bloc-cylindres d'un moteur à combustion interne. Une pompe à eau comprenant une roue rotative du type représenté sur les figures 1 et 2 est déjà connue Une pompe à roue de ce type comprend un corps 2 de pompe fixé à l'extrémité avant d'un bloc-cylindres 1 entre ce bloc et un radiateur (non représenté) , une roue 6 de pompage, un arbre rotatif 3 raccordé à la roue 6, et un palier 4 placé dans le trou du corps 2 de pompe afin qu'il loge l'arbre 3 en permettant sa rotation Une première extrémité de l'arbre 3 est fixée à la partie centrale d'une poulie 5 qui est entraînée par le vilebrequin du moteur afin qu'un couple soit transmis à la roue 6 Cette roue 6 est fixée à l'autre extrémité de l'arbre 3 Dans cette construction, la roue tourne autour de l'axe de l'arbre 3 dans le sens indiqué par la flèche D sur la figure 2, si bien que le fluide de refroidissement du moteur, de l'eau par exemple, est transmis d'une entrée A à une sortie B de la pompe. On décrit maintenant plus en détail, en référence à la figure 2, la roue précitée 6 La roue 6 comporte un tronçon 7 de moyeu destiné au montage du corps à l'autre extrémité de l'arbre 3 et plusieurs ailettes 8 dépassant de la périphérie externe du tronçon de moyen en direction pratiquement radiale par rapport à l'arbre Comme l'indique clairement la figure 2, la surface d'application de pres- sion de chaque ailette 8 est réalisée de manière qu'elle soit modérément courbée depuis l'extrémité interne de l'ailette vers l'extrémité externe de celle-ci, vers l'aval dans le sens de rotation de la roue 6 Comme l'indique la figure 2, la surface de pression de l'ailette 8 a une forme convexe Une telle roue classique a un angle de sortie 12 ' mesuré entre une tangente à la circonférence de la roue 6 et une autre tangente à la surface de pression à l'extré- mité externe de l'ailette 8 Comme l'indique la figure 2, l'angle formé entre les deux tangentes précitées est pratiquement le même sur toute la surface de pression de l'ailette 8, c'est-à-dire de l'extrémité interne à l'extré- mité externe de l'ailette Dans une roue classique de pompe à eau, l'angle 92 de sortie est en général réglé à une valeur d'environ 600. Cependant, la roue classique précitée ayant des ailettes qui ont chacune un angle de sortie d'environ 600 a un rendement de pompage relativement faible, ce rendement étant déterminé par le rapport de l'énergie du fluide à l'énergie de pompage qui est fournie, par exemple de l'ordre de 30 % Ceci est dû au fait que l'angle d'entrée, c'est-à-dire l'angle d'approche du fluide, est relativement grand, par exemple de 600 Ceci provoque des pertes d'éner- gie de rotation de la roue Si l'angle d'approche est simplement réduit, la caractéristique d'entraînement de masse de fluide peut aussi être réduite En conséquence, il est souhaitable d'augmenter cette caractéristique d'entraî- nement de la masse de fluide sans réduire l'énergie de rotation de la roue afin que le rendement de pompage soit élevé. Compte tenu des inconvénients précités, l'invention concerne une structure perfectionnée de roue de dispositif de pompage ayant un rendement élevé. L'invention a aussi pour objet une structure de roue destinée à des dispositifs de pompage et permettant la réduction des pertes d'énergie de rotation de la roue et l'augmentation de la caractéristique d'entraînement de la masse de fluide pompée par les ailettes de la roue. L'invention concerne aussi une pompe à roue de faible encombrement ayant un rendement élevé. A cet effet, une roue à une structure qui comprend plusieurs ailettes placées sur un corps de roue en direc- tion sensiblement radiale par rapport à un arbre de pompage raccordé à la roue afin qu'il l'entraîne, chacune des ailettes ayant une surface de pression formée afin que l'angle compris entre deux tangentes à un point de la surface de pression augmente de l'extrémité interne de l'ailette à son extrémité externe, une tangente étant perpendiculaire à la droite passant par le centre de l'arbre de la pompe et placée en direction radiale par rapport à la roue et le point de la surface de pression, et l'autre tangente étant disposée le long du profil de la surface de pression, les deux tangentes étant contenues dans un même plan de rotation de l'ailette. La surface de pression est réalisée de manière qu'un point de la surface de pression qui se trouve à l'extrémité externe de l'ailette se trouve en aval d'un point de la surface de pression qui se trouve à l'extrémité interne de l'ailette, compte tenu du sens de rotation de la roue La surface de pression est tournée dans le sens de rotation de la roue La surface de pression peut être concave afin qu'elle soit courbée de l'extrémité interne de l'ailette vers l'extrémité externe Un angle de sortie délimité entre les deux tangentes à l'extrémité externe de l'ailette est avantageusement de l'ordre de 90 , alors que l'angle d'entrée délimité entre les deux tangentes à l'extrémité interne de l'ailette est avantageusement environ deux fois plus faible que l'angle de sortie. Dans un autre aspect, l'invention concerne une roue de pompage ayant une structure qui comprend plusieurs ailettes placées sur un corps de roue en direction sensi- blement radiale par rapport à un arbre de pompe qui est raccordé à la roue afin qu'il l'entraîne, chacune des ailettes ayant une surface de pression qui a un angle de sortie d'environ 90 , l'angle de sortie étant délimité entre deux tangentes en un point de la surface de pression à l'extrémité externe de l'ailette, une tangente étant perpendiculaire à une droite radiale passant par le centre de l'arbre de pompage et rejoignant le point de la surface de pression et l'autre tangente étant disposée le long du profil de la surface de pression, les deux tangentes se trouvant dans le même plan de rotation de l'ailette. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe représentant une pompe à eau du type à roue classique; la figure 2 est une vue en plan de la roue de pompage de la pompe à eau de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan d'un mode de réali- sation de roue destiné à une pompe selon l'invention; la figure 4 est une vue en perspective d'une partie d'une ailette de la roue de pompage de la figure 3, suivant la flèche Il; et la figure 5 est un graphique représentant les courbes caractéristiques de pompage indiquant la relation entre la pression de refoulement et le débit de refoulement à deux vitesses de rotation de la roue de pompage, soit 6 000 et 8 000 tr/min. On a utilisé des références identiques à celles des figures 1 et 2 pour désigner des éléments du mode de réalisation de l'invention qui correspondent à des éléments de la pompe des figures 1 et 2. Sur les figures 3 et 4, la roue 60 d'un mode de réalisation de l'invention est formée par emboutissage d'une feuille d'un matériau métallique sous forme d'une plaque La roue 60 a un tronçon 70 de moyeu fixé à l'extré- mité de l'arbre 3 de pompage et plusieurs ailettes 80 dépassant de la périphérie externe du tronçon 70 de moyeu, en direction sensiblement radiale par rapport à l'arbre Le tronçon 70 de moyeu est fixé à l'extrémité de l'arbre par une partie concave 9, par exemple une gorge de logement de clavette Les ailettes 80 sont réalisées de manière qu'une face latérale de chaque prolongement radial 10 de la plaque soit repliée perpendiculairement, chaque prolongement étant en direction sensiblement radiale par rapport au moyeu 70. Ainsi, la surface de pression est tournée dans le sens de rotation de la roue Cette roue est réalisée en général au cours d'une opération d'emboutissage à la presse Comme l'indique la figure 3, la surface de pression de chaque ailette 80 est réalisée afin qu'elle soit modérément courbée de l'extrémité interne vers l'extrémité externe de l'ailette, en amont dans le sens de rotation D de la roue 60 Ainsi, la surface de pression est formée de manière que l'angle formé par deux tangentes en un point de la surface de pression augmente de l'extrémité interne à l'extrémité externe de l'ailette Une tangente est perpendiculaire à une droite radiale passant par le centre de l'arbre de la pompe et par le point de la surface de pression alors que l'autre tangente est disposée le long du profil de la surface de pression Les deux tangentes sont contenues dans le même plan de rotation de l'ailette Il est souhaitable que la surface de pression de l'ailette 80 ait une forme concave comme l'indique clairement la figure 3 De manière connue, un angle de sortie 32 est délimité entre les deux tangentes, à l'extrémité externe de l'ailette 80 Comme l'indique la figure 3, dans ce mode de réalisation, la surface de pression de l'ailette est réalisée de manière que l'angle formé par les deux tangentes précitées augmente progressivement de l'extrémité interne à l'extrémité externe de l'ailette Il faut noter que l'angle de sortie 92 est réglé à une valeur d'environ 90 et que l'angle d'entrée Pl de l'extrémité interne de l'ailette 80 est réglé afin qu'il soit deux fois plus petit que l'angle de sortie 92 et la surface de pression est concave Comme l'indiquent les figures 3 et 4, la largeur d du prolonge- ment 10 à l'extrémité externe est destinée à être égale à l'épaisseur t de la plaque de l'ailette 80 ou plus grande, afin que la rigidité du tronçon d'ailette soit suffisante et que la courbure de l'ailette au cours de l'opération d'emboutissage soit progressive. Des courbes caractéristiques de pompage des deux pompes à eau du type à roue, l'une ayant la roue 60 du mode de réalisation de l'invention et l'autre la roue classique 6, sont indiquées sur la figure 5 Ces résultats ont été obtenus expérimentalement par les inventeurs. On se réfère à la figure 5; le graphique représente la relation indiquant les performances de pompage, permet- tant la comparaison de la roue perfectionnée 60 selon l'invention (courbes en trait plein) et de la roue clas- sique 6 (courbes en trait interrompu), la pression de refoulement du fluide étant portée en ordonnées et le débit de refoulement en abscisses Les corbes en trait plein et en trait interrompu les plus hautes ont été mesurées à une vitesse de rotation de la pompe de 8 000 tr/min alors que les courbes en trait plein et la courbe en trait interrompu qui sont les plus basses ont été mesurées à une vitesse de rotation de la pompe de 6 000 tr/min Comme l'indique la figure 5, la roue selon l'invention est supérieure à la roue classique dans la plage normale de travail de la pompe, c'est-à-dire pour un refoulement de 60 1/min et plus, au point de vue des performances de pompage, c'est-à- dire de la pression de refoulement et du volume refoulé. De manière connue, l'énergie d'un fluide est expri- mée par le produit de l'accélération de la pesanteur, de la masse volumique du fluide, du volume de refoulement et de la pression de refoulement du fluide Dans l'hypothèse o l'accélération de la pesanteur et la masse volumique du fluide sont constantes, l'énergie du fluide n'est déter- minée que par le produit du volume refoulé et de la pres- sion de refoulement du fluide Cela indique que l'énergie du fluide de la roue perfectionnée selon l'invention dépasse celle de la roue classique et que le rendement de pompage de la roue selon l'invention dépasse celui de la roue classique Sur la figure 5, les références Pl et P 2 indiquent les emplacements donnant le rendement maximal de pompage pour une vitesse de rotation de la pompe de 6 000 tr/min, lors de l'utilisation des roues 6 et 60 respectivement D'autre part, les références P 3 et P 4 indiquent les points ayant les rendement maximaux de pompage pour une vitesse de rotation de la pompe de 8 000 tr/min, avec les roues 6 et 60 D'après les résultats de cet essai, le rapport P 2/Pl est égal à 1,26 à la vitesse de rotation de 6 000 tr/min et le rapport P 4/P 3 est de 1,33 à 8 000 tr/min Ainsi, dans la pompe comprenant la roue selon l'invention, le rendement de pompage est accru de 26 % à une vitesse de 6 000 tr/min et de 33 % à une vitesse de 8 000 tr/min. Bien que, dans le mode de réalisation préféré, la roue selon l'invention soit utilisée dans une pompe à eau de refroidissement d'un moteur, la structure de roue selon l'invention s'applique à divers types de pompage de fluide. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux roues de pompage qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Roue de pompage ayant une structure caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs ailettes ( 80) placées sur un corps de roue en direction sensiblement radiale par rapport à un arbre de pompage qui est raccordé à la roue afin qu'il l'entraîne, chaque ailette ( 80) ayant une surface de pression formée afin que l'angle (p 2) formé entre deux tangentes en un point de la surface de pression augmente de l'extrémité interne à l'extrémité externe de l'ailette, une tangente étant perpendiculaire à une droite radiale passant par le centre de l'arbre de pompage et le point de la surface de pression et l'autre tangente étant disposée le long du profil de la surface de pression, les deux tangentes se trouvant dans un même plan de rotation de l'ailette. 2 Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de pression est disposée de manière qu'un point de la surface de pression qui est à l'extrémité externe de l'ailette ( 80) se trouve en aval d'un point de la surface de pression qui se trouve à l'extrémité interne de l'ailette, dans le sens de rotation de la roue. 3 Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de pression est tournée dans le sens de rotation de la roue. 4 Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de pression est concave afin qu'elle soit courbée de l'extrémité interne de l'ailette ( 80) vers son extrémité externe. Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle de sortie 2 formé entre les deux tangentes à l'extrémité externe de l'ailette est réglé à une valeur approximativement égale à 900. 6 Roue selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'angle d'entrée (pl) délimité entre les deux tangentes à l'extrémité interne de l'ailette est réglé à une valeur deux fois plus petite environ à celle de l'angle de sortie ( 92)- 7 Roue de pompe ayant une structure caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs ailettes ( 80) placées sur un corps de roue en direction sensiblement radiale par rapport à un arbre de pompage qui est raccordé à la roue afin qu'il l'entraîne, chacune des ailettes ( 80) ayant une surface de pression dont l'angle de sortie ( 12) est approximativement égal à 90 , l'angle de sortie étant formé entre deux tangentes en un point de la surface de pression qui se trouve à l'extrémité externe de l'ailette, une tangente étant perpendiculaire à une droite radiale passant par le centre de l'arbre de pompage et le point de la surface de pression et l'autre tangente étant disposée le long du profil de la surface de pression, les deux tangentes étant contenues dans le même plan de rotation de l'ailette. 8 Roue selon la revendication 7, caractérisée en ce que la surface de pression est disposée de manière qu'un point de la surface de pression qui est à l'extrémité externe de l'ailette ( 80) se trouve en aval d'un point de la surface de pression qui se trouve à l'extrémité interne de l'ailette, dans le sens de rotation de la roue. 9 Roue selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surface de pression est tournée dans le sens de rotation de la roue. 10 Roue selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surface de pression est concave afin qu'elle soit courbée de l'extrémité interne de l'ailette ( 80) vers son extrémité externe. 11 Roue selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'angle d'entrée (pl) délimité entre les deux tangentes à l'extrémité interne de l'ailette est réglé à une valeur deux fois plus petite environ à celle de l'angle de sortie ( 92)