Brevet FR2677408A1 — publié le 19921211

DESDCRIPTION - DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une pompe qui utilise le phénomène gyroscopique pour créer une différence de pression indépendante du débit du fluide entre l'entrée et la sortie de son circuit hydraulique. Ce système peut donc transformer de l'énergie mécanique en énergie hydraulique. - ETAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE - La transformation de l'énergie mécanique en énergie hydraulique est réalisée actuellement à l'aide de pompes qui peuvent être classées en deux groupes: - les pompes non vulumétriques comme les pompes centrifuges et à hélices. Ces pompes ne permettent pas des gains de pression importants. - les pompes volumétriques qui déplacent un volume bien précis de liquide. La pression est alors fonction de la résistance qui s'oppose au déplacement du liquide. Les pompes volumétriques sont les mieux adaptées pour l'instant pour faire fonctionner une installation hydråuli- que. A partir de là, du fait que les débits consommés par les vérins et moteurs ne sont pas constants, on peut considérer deux types de montages: - les circuits qui utilisent des distributeurs à centres ouverts. Ces circuits sont forcément simples car la pression est nulle dès qu'un distributeur est en position centrale. Ce type de montage impose un certain ordre de fonctionnement des distributeurs. Un certain temps est nécéssaire pour la remontée en pression. De plus des à-coups sont provoqués par cette remontée en pression. - Les circuits qui utilisent des distributeurs a centres fermés. La pression est maintenue même lorsqu'aucun récepteur n > est en fonctionnement. Tout le liquide comprimé par la pompe qui ne passe pas par un récepteur est alors laminé avant la détente dans un limiteur de pression. I1 faut alors limiter cette perte d'énergie en utilisant soit des pompes à débit variable, soit plusieurs pompes mises en fonctionnement ou non selon le débit demandé - CARÂCTERISTIQUES DE LA POMPE GYROSCOPIQUE -a- PRESSION INDEPENDANTE DU DEBIT: Le dispositif selon l'invention apporte une solution à ce problème puisque la pression qu'il fournit entre les extrémités de son circuit hydraulique est indépendante du débit.En effet, la pression a pour expression: (pompe? i=Nb-1 2..Ns.ir.R .p.f- + R Rmoy col a)2 7 Sinue2 + vizir /Nb > 3 moy moy 12 i=O On donne la référence Erel.13 å cette relation. avec O Nb : Nombre de bobines montées sur le rotor, Ns : Nombre de spires de chaque bobine; Rmoy : Rayon moyen des spires d'une bobine; # : Masse volumique du fluide qui circule dans le circuit; c: Vitesse de rotation du rotor bobiné autour d'une direction fixe par rapport à la terre #2 et #2 : angle et vitesse de rotation du rotor bobiné autour de -son axe propre qui est perpendiculaire à la première direction de rotation 1. La vitesse #2 est égale a la dérivée par rapport au temps de l'angle 92; # : accélération du fluide par rapport au canal. -b- PRINCIPE Le principe du système objet de l'invention est le suivant: a > Prenons un bobinage cylindrique composé d'un tube enroulé ou d'un canal réalisé dans la masse méme d'une pièce. b) Remplissons ce canal d'un fluide de masse volumique p. c) Faisons tourner cette bobine autour de son axe puis autour d'un deuxième axe perpendiculaire au premier.. Le mouvement gyroscopique de cette bobine fait que celle-ci et le fluide qu'elle contient subissent des accélérations relativement fortes dont l'intensité dépend des dimensions de la bobine et des vitesses de rotation. Evidemment le fluide qui a -une certaine masse a tendance à rester sur place et à laisser le canal "glisser" le long de la veine de fluide. Comme les deux extrémités de cette bobine sont reliées au circuit hydraulique extérieur via des distributeurs rotatifs, il en résulte une circulation de fluide. L'expression de la pression entre les extrémités de cette bobine est: #p(bobine)= 2.NS.#.Rmoy.#.(Rmoy.#1.#2.Sin#2 - #) avec Ns, Rmoy, #, #1, #2, #2, et # déjà définis ci-dessus. - SCHEMAS ET DESSINS La figure i montre en deux vues dont une en coupe, le schéma de l'ensemble rotor et bobines qui est en liaison pivot avec l'axe (110) solidaire du cadre (100 > . La figure 2 représente une coupe du distributeur rotatif par un plan qui contient les axes des deux trous d'arrivée et de départ d'une bobine. Ce plan coupe également l'arbore au milieu de deux gorges demi-circulaires. La figure 3 est une coupe de l'arbore dans sa partie distributeur rotatif. On voit les canaux qui relient en série les gorges demi-circulaires. La figure 4 est un schéma de l'ensemble simplifié qui montre les deux mouvements de rotation que subit une bobine. La distance Xp existe si la bobine est excentrée. Cette figure montre les repères qui ont été utilisés: direction Xo fixe; o,Xi,Y1,Z1 lié au cadre Ci00) en rotation autour de X1 a la vitesse o,X2,Y2,Z2 lié au rotor et donc aux bobines. I1 est obtenu å pantin de o,X1,Y1,Z1 par une rotation d'angle #2 autour de Y1. I1 subit donc les deux rotations xi et et CL > 2 autour de leurs axes respectifs. o',X2,Y2,Z2 est obtenu par une translation de o en o' du repère précédent. Sur la figure 5, une spire d'une bobine est isolée. On voit le petit élément de fluide qui a servi aux calculs et le système d'axes o',X3,Y3,Z3 obtenu à partir de o',X2,Y2,Z2 par une rotation de a autour de X2. o',X3,Y3,Z3 est lié au petit élément de fluide isolé. La figure 6 montre un agrandissement du petit élément de fluide qui à été isolé pour faire les calculs. Les figures 7 à 12 sont les vues d'une réalisation possible de pompe gyroscopique dont les bobinages sont obtenus à partir de tubes enroulés. La fig.7 est une vue de dessus; la fig.8 est la coupe AA coupant axialement le rotor; les fig.9 et 10 sont les coupes BB et CC perpendiculaires à l'axe du rotor; la fig.ll est une coupe AA axiale du rotor agrandissant les détails du montage du distributeur rotatif, des roulements et de l'axe (110 > ; la fig.12 est la coupe axiale DD du cadre, de l'arbre moteur et de la roue conique qui entraine en rotation le rotor autour de son propre axe. Les figures 13 à 16 sont les vues d'une autre réalisation possible d'une pompe gyroscopique. Cette fois les bobines sont constituées pan des canaux réalisés en spirales dans la masse même des pièces qui composent le rotor. La fig.13 est une coupe du montage. Les fig.14 et 15 montrent les canaux en spirales réalisés dans le corps du rotor et dans les trois calottes sphériques. La fig.16 est une coupe BB du rotor perpendiculaire à l'axe de ce dernier. On voit les trois bobinages placés tous les 120 La figure 17 est un schéma hydraulique d'une installation de pompe gyroscopique avec un réservoir anti-pulsations C qui n'est pas indispensable > . La figure 18 est un graphe qui correspond à la pompe représentée pan les fig.i3 à 16 et qui permet d'expliquer la façon dont celle-ci débite. La courbe sinusoidale représente la pression fourme par la pompe à débit nul Cvoir rel.1 lorsque y=0 > . Le réservoir Cfig.i7) est à la pression d'utilisation Pu. Le débit est nul tant que Pb Toutes les courbes des figures 19, 20 et 21 concernent la pompe représentée--par les fig.13 à 16. Les courbes fiv.19 montrent que si la pression d'utilisation est égale à la pression maxi fourme par la pompe CPb mari)' c'est que le débit est nul Créservoir à la pression PbmaXi). On voit aussi que plus le débit demandé par les récepteurs est grand, plus la chute de pression Pu est importante et plus le débit devient régulier. Pour cette étude, les pertes de charges dans la pompe sont négligées. A partir d'une certaine pression appelée pression stable, le débit est permanent et en accélération jusqu'au moment ou l'énergie fournie aux récepteurs et les pertes de charges dans le circuit le rende stable. La figure 20 est la courbe de la vitesse du fluide en fonction de la pression d'utilisation. La figure 21 est la courbe de la puissance transmise en fonction de la pression d'utilisation. - UN MODE DE REALISATION Le dispositif selon l'invention comporte: - a) un cadre mobile (rep.100 fig.i et 4 > - Ce cadre comporte deux axes perpendiculaires concourants. Un des axes sert à guider ce cadre en rotation autour d'une direction fixe par rapport à un -repère lié à la terre repère considéré comme (3aliléen). Le deuxième axe sert à guider en rotation un rotor décrit par la suite. Le centre du rotor est placé au point d'intersection des deux axes de rotations. Deux canaux traversent ce cadre (une entrée et une sortie). Ces canaux sont reliés d'une part' à un circuit hydraulique fixe extérieur par l'intermédiaire d'un raccord tournant et d'autre part aux canaux du rotor grâce à un distributeur rotatif Crep.ilO) décrit également par la suite. - b) un rotor Il s'agit d'une cage Crep.200 fig.i > qui sert de support à une ou plusieurs bobines constituées de canaux enroulés en spirales et à l'intérieur desquels circule un fluide. Les extrémités des bobines sont branchées sur un distributeur rotatif qui permet de les relier à un circuit hydraulique solidaire du cadre. Cet ensemble tourne autour des deux axes perpendiculaires cités plus haut en entrainant le fluide qui passe à cet instant dans le bobinage. En plus de ce mouvement d'entrainement, le fluide se déplace dans le canal à une certaine vitesse qui est fonction du débit. Les fig.8 à 10 montrent un rotor constitué de bobines faites à partir de tube enroulé. Une solution préférentielle est représentée par les vues 13 à 16 ou les bobines sont en fait des canaux réalisés dans la masse même des pièces qui composent le rotor. - c) un distribureur rotatif La différence de pression entre les extrémités d'une bobine est une fonction sinusoïdale de l'angle 2 qui définit la position du rotor par rapport au cadre. La deuxième fonction du distributeur rotatif est de "redresser cette pression pour qu'elle agisse toujours dans le même sens. Le distributeur rotatif est conçu de manière à brancher en série toute les bobines. La différence de pression entre l'entrée et la sortie du rotor est égale à la somme des pressions prises entre les extrémités de toutes les bobines en tenant compte des déphasages angulaires. La somme de ces fonctions sinusoïdales rend d'autant plus régulière la pression que le nombre de bobines est important. Pour arriver à ce résultat, ce distributeur est construit de la façon suivante: i) Partie solidaire de la cage qui forme le rotor C rep.200 fiv.25: Les deux extrémités de chaque bobine arrivent sur deux trous diamètralement opposés qui ont leurs axes dans un même plan. Les extrémités de deux bobines consécutives arrivent dans des plans différents, perpendiculaires à l'axe du rotor et décalées d'un angle égal à celui que font les bobines concernées entre elles. 2 > Partie solidaire du cadre (rep.110' fig.1, 2 et 3): Dans chaque plan d'arrivée de deux extrémités de bobine, l'arbre comprend deux gorges faisant chacune un peu moins d'un demi-tour de façon à laisser entre elles deux séparations. Une séparation doit avoir une épaisseur plus petite que le diamètre des trous qui sont réalisés dans le rotor et qui servent d'entrées et de sorties aux bobines Pour claque bobine, existent ces gorges qui ne sont pas décalées angulairement entre-elles. On se retrouve ainsi avec deux rangées de gorges (appelées dans ce qui suit a et r pour faciliter l'explication) se faisant face. Ces gorges sont placées en série et sont reliées par des canaux de la manière suivante: * gorge de la bobine i rangée a reliée au canal d'arrivée; * gorge de la bobine i rangée r reliée à gorge bob.2 rang.a; * gorge de la bobine 2 rangée r reliée à gorge bob.3 rang.a; * etc....jusqu,à la dernière bobine. * gorge de la dernière bobine rangée r reliée au canal de retour. - APPLICATION INDUSTRIELLE: L'utilisation en pompe hydraulique est la principale application de l'invention. REVENDICATIONS i) Double rotors de pompe hydraulique caractérisé en ce qu'il est composé de deux circuits hydrauliques mobiles reliés entre eux par un distributeur rotatif et relié au circuit extérieur fixe par un double joint tournant Cfig.i). 2) Dispositif selon la revendication i caractérisé en ce que un des rotors appelé cadre C100 fig.i et 4) comporte un axe de rotation de direction fixe (Xo fig.i3 par rapport a la terre (ou au support de l'ensemble) et en possède un second perpendiculaire et concourant avec le premier pour guider en rotation le deuxième rotor. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que un second rotor (200 fig.l) appelé cage est monté et guidé en rotation sur l'axe du cadre (Y1 fig.1) qui est perpendiculaire à l'axe de rotation de ce dernier. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le cadre (100 fig.1) comprend deux canaux (un aller et un retour) entre le double joint rotatif le reliant au circuit extérieur fixe et le distributeur rotatif (110) le reliant au circuit de la cage. 5) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que sur cette cage sont montées une ou plusieurs bobines (210, 211, 212 fig.1) constituées chacune d'un canal enroulé en spirales de une ou plusieurs spires. 6 > Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que un distributeur rotatif (200 et 110 fig.1, 2 et 3) relie toutes les bobines liées a la cage en série sur le circuit du cadre. 7) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le distributeur rotatif sert dyinverseur a chaque bobine pour que la pression qui à une expression sinusoidale agissent toujours dans le même sens dans le circuit du cadre.