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BREVET D'INVENTION. "Perfectionnements apportés aux pompes rotatives du type à palettes".
L'invention est relative aux pompes rotatives à palettes, notam- ment du genre de celles comprenant un rotor excentré par rapport à un stator, lequel rotor comporte lui-même une ou plusieurs palettes coulissantes s'appliquant constamment contre la surface intérieure du ,stator.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces pompes telles qu'elles répondent, mieux que jusqu'à présent, aux divers desiderata de la pratique, notamment que, grâce à un équilibrage judicieux des forces entrant en jeu, elles soient moins bruyantes et moins sujettes à une usure rapide, leur encombrement pouvant en outre être réduit grâce à la possibilité de vitesses élevées,
Elle consiste, principalement en même temps qu'à monter les palettes des pompes du genre en question de façon telles qu'elles rencontrent obliquement la surface du stator, c'est-à-dire sous un angle différent d'un angle droit --, à faire tourner le rotor dans un sens tel que l'angle formé par l'axe de chaque palette et par la tangente à la
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susdite surface dans le sens du mouvement de rotation soit un angle obtus.
de sorte que la force centrifuge s'exerçant sur la palette puisse donner lieu à une composante dans le sens du mouvement, c'est- à-dire en sens inverse de celui de la pression exercée par le fluide sur la palette, et le tout étant de préférence agencé de façon que cette composante tende à équilibrer sensiblement, sur la palette, l'action de ladite pression.
Elle consiste, mise à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application, ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispositions; et elle vise, plus particulièrement encore et ce à titre de produits industriels nouveaux les pompes du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les ensembles pouvant comprendre de semblables pompes.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins ne sont, bien entendu, donnés surtout qu'à titre d'indication.
Les fig. 1 et 2, de ces dessins, montrent respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale une pompe à palettes établie conformément à l'invention.
La fig. 3 est un schéma illustrant le mode de fonctionne.ment de ladite pompe. ainsi que les forces entrant en jeu pour l'équilibrage, le tout étant dessiné conformément à l'invention.
La fig. 4 montre des courbes illustrant également le fonctionnement de ladite pompe.
Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir une pompe à palettes, notamment pour refouler de l'air ou autre gaz, ou au contraire pour provoquer un certain vide dans une canalisation ou une capacité quelconque - par exemple
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pour provoquer un vide destiné à actionner certains des appareils de bord d'un avion --, étant entendu qu'une telle pompe pourrait égale- ment être utilisée pour déplacer un liquide, on s'y prend comme suit ou de façon analogue*
On fait comprendre essentiellement, à ladite pompe, d'une part, un stator 1, de préférence cylindrique, avec éventuelle- ment un chemisage intérieur 2 et,
si nécessaire, des ailettes de refroi- dissement 3 sur le corps extérieur 1,et, @ d'autre part, un rotor 4 dont le rayon est convenablement infé- rieur à celui R, de la surface intérieure du stator et dont l'axe 0 est excentré d'une distance 1 par rapport à l'axe O' du stator, ledit rotor comprenant un certain nombre de palettes 5 montées coulissantes dans des rainures 6, lesquelles palettes ont tendance,sous l'effet de la force centrifuge, à s'appliquer contre le stator mais peuvent éventuellement être soumises à l'action supplémentaire de ressorts, et, enfin, des orifices ou lumières et conduits d'aspiration 7, 8, de même que des lumières et conduits de refoulement 9, 10,
lesquels lumières et conduits on agence et on dispose de façon appropriée (notam- ment la façon qui sera indiquée plus loin), par exemple dans l'un des deux fonds 11, 12 de la pompe.
Puis, concernant plus spécialement l'orientation à donner aux palettes 5, on la choisit telle, que l'angle formé par l'axe de chaque palette et par la tangente T dans la direction du sens de rotation du rotor soit un angle obtus, 90 +ss, de sorte que la force centrifuge donne lieu, ainsi qu'on va le montrer, à une réaction s'exerçant sur la palette dans le sens du mouvement, donc en sens inverse de'la pression ou dépression exercée par le fluide sur cette même palette, et que, de préférence, cet angle soit tel que les forces s'exer- çant sur la palette du fait de la force centrifuge et de ladite pression puissent sensiblement s'équilibrer.
Pour faire apparattre clairement le principe de l'invention, on va tout d'abord étudier les forces en présences et, pour simplifier et rendre plus clair l'exposé, on choisira, pour la palette cansi-
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dérée, la position pour laquelle la surface libre projetée à l'exté- rieur du rotor est la plus grande ;
puison supposera que, à ce moment, la largeur 2a de cette surface, prise dans un plan normal à l'axe du rotor (et projetée en AC sur la fig. 3) est égale à la largeur 2a de la pore tion AB demeurant à Itintérieur de la rainure 6, elle-même de largeur
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égale ou supérieure à cette hypothèse, d'Tailleurs nullement limi- tative paraissant répondre aux conditions de la pratique.
Ladite hypothèse correspond- sensiblement à une position dé la palette pour.laquelle celle-ci vient, en projection, rencontrer le stator en un point C se trouvant sur le diamètre 00'
La position de la palette se trouve ainsi définie par le triangle OAC dans lequel, pour 11exposé qui va suivre, on désignera les longueurs et les angles par :
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cc - h - R + 1 où 1 - 00' ta R - r OA - r
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90 = z a = .B OCA=ss OAB=#
On note en outre que la position du centre de gravité de la palette se trouve être en A.
@
Dans la position considérée, les forces entrant sont donc, 1 d'une part, la force centrifuge F dirigée selonCA, et, d'autre part.. la pression P s'exerçant au milieu de CA.
Or, la force F peut se décomposer en deux forces Ft et Fn dirigées respectivement suivant la palette et suivant une direction hormale à celle-ci. D'autre part, en transportant en C le point d'appli- cation de la force Ft, celle-ci prenant la position F', on peut décompo- ser cette force F' en deux forces F" et F"' respectivement dirigées selon une normale à la palette et selon le diamètre OC.
Puisque la force F'" est équilibrée par la réaction du stator (en négligeant les forces de frottement qui peuvent être faibles si la lubréfication est assurée de façon convenable), on voit que finale- ment la palette est soumise à trois forces Fn' P et F" : or, on remarque
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que cette force F" s'exerce en sens inverse des deux autres, ce qui montre que, par la disposition susmentionnée suivant laquelle on fait obtus l'angle entre la palette et la direction T, on peut équilibrer dans une certaine mesure les forces qui agissent sur la palette, de sorte que celle-ci ne soit pratiquement pas soumise à des efforts de flexion.
On peut d'ailleurs avantageusement calculer l'ensemble de façon telle que cet équilibrage soit aussi approché que possible, pour une pression P e une force F déterminées, ladite force F dépendant au surplus de la vitesse choisie,- de l'épaisseur et de la densité du métal de la palette* On va voir'en effet que, suivant une autre disposition de l'invention, on peut calculer les angles # et (1 de façon telle que le moment des susdites forces par rapport au point A soit sensiblement nul tandis que leur moment par rapport à l'autre extrémité B de la palette demeure faible*
Pour ce qui est du premier desdits moments, il est égal à
M - - 2a F" Pa
A or, F" = F' fg # , avec F' = F ### et, d'autre part,
si l'on calcule tg ss en fonction de # , de h et de r, on trouve t
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en posant r = h.x.
-En transportant dans la valeur de F", on trouve
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Si maintenant on désigne par f et p la force centrifuge et la pression s'exerçant sur l'unité de surface, et si! désigne la longueur de la palette suivant 1 taxe, on a
F - 4adf et P = 2 adp, d'où, en transportant dans M A :
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4 ad Y A .
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On obtient ainsi une fonction YA dans laquelle le terme - @ 2 est indépendant de , tandis que le terme y, qui se retranche du premier, est une fonction de #.
Or, on voit aisément que y est une fonction sinusoieale qui, en valeur absolue, est nulle pour # = 0, puis croît jusqu'à une certaine caleur correspondant à une valeur m voisine de 50 , pour décroître ensuite.
Il en résulte donc la possibilité d'annuler la fonction YA pour une certaine valeur #. qui dépendra, dans chaque cas, des valeurs de p et de ! .
Il semble que, dans de nombreux cas, cet angle doive être compris aux environs de 20 , et il y a intérêt, de toute façon, à .le choisir relativement faible, étant donné que, si l'on calcule le mo- par rapport à B ment MB des susdites forces -F", Fn et il, on trouve que la fonction YB qui représente ce moment , au lieu de s'annuler, tend à croître avec oC
Donc, plus # sera faible, moins ce moment YB par rapport à B sera important.
Pour illustrer l'invention, on va donner un exemple numérique qui correspond particulièrement bien à l'application susmentionnée, pour une pompe destinée à faire un vide de, par exemple, p - 150 grammes.
Une telle pompe, mise en rotation à une vitesse de 2300 tours, avec des rayons R et r égaux respectivement à 4cm,2 et à 2cm.8, et une épaisseur de pale d'environ ocm.2 avec o égal environ à 20 ,permettra d'obtenir un équilibrage sensiblement parfait, c'est-à-dire avec YA sensiblement égal à zéro et YB faible
En effet, la masse unitaire par cm2 est dans ces conditions dtenviron lgr. 5 d'où. il résulte : f = m # 2r = 1,5 x 2,8 x 2402
981 981 c'est-à-dire f = environ 240 gr.
En construisant alors la courbe de la fonction YA' on trouve la courbe représentée à la partie inférieure de la fig. 1, courbe qui part du point! - 75 gr. et qui coupe l'axe des abcisses pour un an-
2 gle # . voisbn de 20 .
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Bien entendu, si l'on faisait varier f ou p, ce point # o varierait en conséquence.
La courbe supérieure représente le moment YB.
Les valeurs de R et r, choisies ci-dessus correspondent à une valeur de x égale à 2/3. Il est bien entendu que x pourrait avoir toute autre valeur et on note que les variations de ce rapport x n'ont que peu d'influence sur la valeur # m correspondant au maximum de y*
Dans tout ce qui précède, on a supposé que l'équilibrage se faisait pour la position de la pale pour laquelle la surface soumise à l'action de la pression est maximum. Maisil est à noter que, pour les autres positions obtenues au cours de la rotation de 3600, on réalisera également un équilibrage approché du fait que, au fur et à mesure que la surface de la pale offerte à l'action de la pression diminue, la force centrifuge diminue également, puisque le centre de gravité se rapproche de l'axe.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adoptée on peut obtenir une pompe qui présente, grâce aux choix d'un angle obtus TCB ,de nombreux avantages par rapport à celles du genre en question déjà existantes , notamment, celui d'être extrêmmment silencieuse, ce qui semble dû au fait que l'équilibrage est toujours réalisé, en tout cas que les efforts de flexion sur les pales peuvent demeurer faibles, ceux-ci pouvant aussi, d'ailleurs, être calculés tels, par un choix judicieux de l'angle # , que n'étant pas tout à fait nuls, ils demeurent cependant toujours du même sens, et celui de permettre d'entrainer lesdites pompes à des vitesses considérables, ainsi que le montre l'exemple choisi ci-dessus,
cette augmen- tation de la vitesse se traduisant par une diminution considérable de l'encombrement, ainsi que le montre également ledit exemple, ce qui est particulièrement précieux pour l'application aux engins de navigation aérienne.
Sur le dessin, on a fait comporter au rotor trois palettes,
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nombre qu'il paratt judicieux d'adopter. Les lumières d'aspiration et de refoulement peuvent être constituées par des évidements 7, 9, ménagés dans l'un des fonds , évidements auxquels on donne avantageusement une forme telle qu'ils aillent en se rétrécissant vers la génératrice de contact entre rotor et stator, et auxquels on peut donner uneaxplitude voisine de 2#.
3
Ces évidements communiquent avec les conduits 8, 10.
Nufin, le graissage sera assuré par tous moyens approptiés, par exemple en circuit fermé.
Selon la réalisation représentée et paraissant avantageuse, on fait par exemple arriver l'huile en 13, 14, à la périphérie de la pomper Cette huile traverse en suite l'un des paliers 15, pour se rendre, par l'intérieur de l'arbre 16 du rotor, à l'autre palier 17.
Sur l'arbre 16 sont branchés des canaux 18 qui alimentent les fonds 11, 12.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ses modes d'applica- tion, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été envisagés, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.