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Pompe du type à roue à palettes et à anneau de liquide servant au déplacement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide.
L'objet de la présente invention est une pompe du type à roue à palettes et à anneau de liquide servant au déplacement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide, tel que par exemple de l'air et de l'eau. La roue à palette de la pompe, qui, d'une manière connue, est disposée excentriquement par rapport à l'alésage de la boite-enveloppe de pompe, communique à un liquide de travail un mouvement de rotation, grâce à quoi le liquide de travail constitue, en vertu de sa force centrifuge, un anneau butant contre la paroi délimitant l'alésage de la boîte-enveloppe de pompe. La disposition excentrique entre
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la roue à palettes et l'alésage de boîte-enveloppe provoque, comme cela est connu, un effet de pompe dans les cellules formées par les palettes de la roue à palettes.
Dans les dispositifs connus de ce genre, l'admission des deux fluides à la roue à cellules a lieu par des con- duits communs aux deux fluides ,tandis que l'échappement a lieu par des conduits communs ou distincts. Dans ce dernier cas, il est prévu, surtout pour l'échappement du fluide liquide, un conduit disposé tangentiellement par rapport à la boite-enveloppe de pompe respectivement par rapport à l'anneau liquide, ce conduit s'élargissant gra- duellement dans la direction de déplacement du liquide.
Les pompes de ce genre ont toutefois l'inconvénient que le degré de vide qui peut être atteint dans la tubulure d'aspiration diminue rapidement à mesure que la quantité de fluide déplacé augmente, et ceci pour la raison que la résistance de refoulement des deux fluides à déplacer augmente rapidement à partir de la tubulure d'aspiration à la cellule de roue avec la quantité de fluide déplacé.
Ce phénomène est de nouveau motivé par le fait que les fluides, en se déplaçant de la tubulure d'aspiration à la cellule de roue, ont a peu près la même vitesse qui, en raison que la grande différence de densité existant entre le fluide gazeux et le fluide liquide correspond à peu près à celle du fluide liquide. Lorsque, par exemple, le fluide à déplacer ne consiste qu'en un fluide liquide tel que par exemple de l'eau, la section de passage complète est à la disposition de ce liquide ; vitesse serait dans ce cas v et la résistance de la tubulure
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d'aspiration à la cellule de roue 0 p.
Si, une autre fois, une quantité additionnelle de fluide gazeux,par exemple de l'air,est admise, qui, mesurée d'après son volume, est de la même grandeur que celle du liquide, ce fluide gazeux nécessite le même espace que le fluide liquide, malgré sa densité plus petite. Ainsi, seulement la moitié de la section de passage est à la disposition du fluide liquide, ce qui a pour effet que la vitesse de celui- ci augmente approximativement à la double valeur, c'est-à- dire à 2 v et les pertes de courant à 4 #P. Dans les pompes de ce genre, le rapport de quantité respectivement de vo- lume entre le fluide gazeux et le fluide liquide est, toutefois, si l'on considère l'état dans la tubulure d'aspiration, environ 3, ce qui correspond à une chute de pression entre la tubulure d'aspiration et la cellule de roue d'au moins 42= 16 à p,
cette chute de pression dét er- minant le vide dans la tubulure d'aspiration.
Or, on exige des pompes de ce genre servant au dé- placement simultané d'un fluide gazeux et d'un fluide liquide un vide élevé qui est mesuré à l'endroit de la tu- bulure d'aspiration où la pression la plus basse règne, c'est- à-dire immédiatement devant la pompe. Toutefois, la pression à cet endroit ne peut, en raison de la résistance sus-énoncée, jamais tomber au-dessous d'une valeur qui correspond à cette résistance, ce qui fait que le vide à cet endroit ne pourrait jamais suffire aux exigences de la pratique.
Pour rendre une pompe pareille utilisable en pra- tique, il faudrait donc éliminer la résistance de courant dans le conduit d'aspiration à partir de l'endroit de mesurage
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jusqu'à la cellule de roue, ce qui ne pourrait être atteint que par un dimensionnement approprié des sections de con- duit d'aspiration. Ceci amènerait, toutefois, à des dimen- sions de section pour lesquelles les conditions d'espace de la pompe ne suffiraient pas.
L'idée fondamentale sur laquelle se base la présente invention réside dans le fait que, malgré le maintien de sections de conduit d'aspiration normales et des résistances corrélatives, il est produit, au moyen d'un tuyau de diffu- sion disposé dans la tubulure d'aspiration immédiatement devant la pompe, un vide à l'endroit le plus étroit de ce tuyau qui correspond aux exigences de la pratique. Dans ce tuyau de diffusion qui s'élargit graduellement dans la direction vers la pompe, il est possible de produire,immé- diatement en amont de la pompe, tout en utilisant l'énergie d'arrivée du fluide de déplacement liquide, une pression qui correspond-au moins à la résistance à laquelle est sou- mis le fluide de déplacement lors de son passage dans les tubulures d'aspiration de la pompe.
En outre, l'énergie d'arrivée du fluide de déplacement liquide aurait à exécuter le travail qui serait nécessaire dans ce tuyau pour comprimer le fluide de déplacement gazeux à la pression sus-énoncée en amont de la pompe. De cette façon, il serait possible d'atteindré à l'endroit le plus étroit du tuyau de diffusion, malgré les résistances de courant dans la pompe, le vide maximum théoriquement réalisable qui correspondrait à la pression de vapeur du fluide de déplacement liquide à cet endroit.
Un tuyau de diffusion similaire peut aussi être
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utilisé pour l'écoulement du fluide de déplacement li- quide et serait, le cas échéant, avantageusement disposé dans la tubulure de pression immédiatement en aval de la pompe.
Le vide qui produit un effet de courant derrière lui dans le tuyau de diffusion disposé dans la tubulure de pression, en combinaison avec la pression de barrage qui est produite par le courant dans le tuyau de diffusion de la tubulure d'aspiration réduit naturellement, d'une de manière correspondante, la demande force de la pompe, étant donné qu'une partie du travail qui est sans cela exécuté par la pompe est repris par ces organes.
Il est aussi possible qu'à partir d'une certaine quantité de fluide de déplacement liquide, la pression de barrage produit dans la tubulure d'aspiration par l'effet de diffusion dépasse le vide qui est provoqué par l'effet du tuyau de diffusion dans la tubulure de pression. Il est, par conséquent, avantageux de prévoir des moyens qui permettent un passage direct du fluide liquide de la tubu- lure d'aspiration à la tubulure de pression en détournant la pompe.
Au point de vue constructif, le système de pompe peut être établi de telle façon que par un changement de direction dans la tubulure d'aspiration et par appli- cation de la force centrifuge de l'anneau de liquide dans la pompe, principalement le fluide liquide s'écoule, d'une par manière connue, un conduit de pression disposé tangentielle- ment par rapport au diamètre extérieur de l'anneau d'eau ainsi que, à partir de certaines quantités, une partie
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aussi directement du conduit d'aspiration au conduit de pression, tandis que le fluide de déplacement principalement gazeux passe par la pompe, en raison de son inertie plus petite, en suivant le chemin normal et s'écoule, également d'une manière connue,
par une fente de pression disposée à la périphérie intérieure de l'anneau de liquide et débou- chant latéralement.
Pour empêcher,en se prenant ainsi, que la quantité de fluide liquide s'écoulant par le conduit de pression disposé tangentiellement par rapport au diamètre intérieur de l'anneau de liquide soit plus grande que celle qui arrive % la pompe par la tubulure d'aspiration, ce qui aurait pour effet que l'anneau de liquide disparaisse, des moyens convenables peuvent être prévus;pour maintenir le fluide liquide s'écoulant de la pompe à une pression approximativement constante. Ces moyens pourraient par exemple être constitués par un organe d'étranglement actionné automatiquement par le fluide de déplacement liquide et ayant par exemple la forme d'une soupape à pointeau, d'un clapet etc.
Cet organe agirait de façon à régler sa section de passage conformément à la quantité de liquide qui la traverse, en ce sens que pour des quantités plus grandes la soupape respectivement le clapet est ouvert davantage, tandis que pour des quantités plus petites il est fermé davantage.
Une forme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple, sur le dessin annexé.
La fig. 1 de ce dessin montre, schématiquement, une coupe verticale de l'ensemble du système de pompe, et
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La fig. 2 montre un diagramme de fonctionnement de ce système de pompe.
La roue à palettes a, montée dans l'alésage de la boîte-enveloppe de pompe b, tourne dans le sens indiqué par la flèche. La roue à palettes a et la boîte-enveloppe b sont disposés excentriquement l'un par rapport à l'autre.
L'anneau de liquide c est maintenu continuellement en ro- tation par les palettes d de la roue a, ce qui, par suite du changement continuel du volume des cellules de roue dont chacune d'elles est délimitée par deux palettes voisines, donne lieu à un effet de pompe. e est le conduit d'as- piration commun, par lequel les deux fluides sont aspirés pour être amenés aux cellules de la roue à palettes. f est le conduit de pression disposé à l'intérieur de la pé- riphérie intérieure de l'anneau de liquide et servant principalement au fluide gazeux, tandis que ± est le con- duit de pression principalement pour le fluide liquide qui provient d'un endroit convenable de l'anneau de liquide. h est un espace à vide, i la tubulure d'aspiration, k le conduit d'aspiration s'élargissant graduellement à partir de l'espace à vide à la tubulure d'aspiration.
1 est le conduit d'arrivée pour le fluide liquide et m le conduit d'arrivée pour le fluide gazeux. n est un organe de ré- glage pour la quantité de fluide liquide et o est un organe de réglage pour la quantité de fluide liquide. p est un espace à ajutage et ¯% le conduit s'élargissant graduellement à partir de cet espace jusqu'au coude de sortie du fluide liquide. s est le conduit de sortie pour le fluide gazeux. t est l'organe d'étranglement, au moyen duquel peut être
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modifiée la pression dans lé conduit g. u est le conduit intermédiaire entre l'espace à ajutage ± et la tubulure d'aspiration i. v est une soupape de retenue qui empêche un retour de fluide de l'espace à ajutage 1 à la tubulure d'aspiration i.
Le fonctionnement d'un système de pompe tel que décrit ci-dessus est illustré par le diagramme suivant la fig. 2. Dans cette figure les valeurs d'abaissé Qw repré- sentent la quantité totale de fluide liquide déplacé par heure par la pompe. Sur cette quantité sont reportées comme ordonnées les pressions régnant aux endroits désignés par des chiffres arabiques à la fig. l, respectivement les sections de passage libres à ces endroits, ainsi que la quantité de fluide liquide Qwl qui passe par la pompe et la quantité Qw2 qui s'écoule par la soupape v directement de l'es- pace d'aspirètion i à l'espace à pression u.
Pour permettre un écoulement de l'espace i a l'es- pace u, il doit y avoir une chute de pression entre ces deux espaces, c'est-à-dire que p6 doit être plus grand que P11. Ceci est le cas à partir de l'endroit où les deux courbes s'intersectent, ou, dans l'exemple représenté par la fig. 2, à 17,5 m3/h.
Si la quantité Qw est plus petite que 17,5 m3/h, il ne se produit pas de débordement, étant donné que la quantité Qw2 s'écoule directement de i à u, tandis que la quantité résiduelle Qw1 passe par la pompe.
Dans l'exemple précité on a admis que les pressions p1, p4 pg et p13 régnant dans les espaces 1, h,g et r, ainsi que la quantité de fluide gazeux déplacée Ql au-dessus
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de la quantité de fluide liquide Qw restent constantes.
Les vitesses aux endroits individuels du système sont à calculer au moyen des quantités de passage et des sections correspondantes tout en considérant l'état du fluide gazeux.
Dans l'exemple précité et en admettant des quantités Qw = 20 m3/h et Ql = 2,8 m3/Hh par rapport à l'état atmos- phérique, la quantité de fluide gazeux passant par la section 5. comprend pa 1000 Q1= 2,8. pa/p = 2,8 . 1000/790= 35,5 m3/h. p4 790 La quantité totale passant par la section 5 comprend par conséquent 20 + 35,5 = 55,5 m3/h. Si cette section a par exemple la grandeur de 19,6.10-4 m2, la vitesse à cet en- droit est 55,5 = 7,85 m/sec.
3600. 19,6.10-4
De manière analogue on pourrait calculer les vi- tesses pour toutes les autres sections, toujours en consi- dérant l'état du fluide gazeux à ces endroits. Les sections d'ajutage 2 et 10 sont traversées seulement par le fluide liquide. Comme la densité de celui-ci reste constant; les courbes de vitesse sur Qw sont des droites qui passent par le point de zéro du système de coordonnées. Ces vitesses ne sont pas reportées à la fig. 2.
La mise en marche du système de pompe décrit a lieu, avantageusement, de façon qu'en maintenant leslorganes de réglage n et o d'abord à l'état de fermeture, la pompe est démarrée et est amenée d'une manière normale à son état de fonctionnement. Ainsi, il se produit, d'une façon connue, un vide dans les espaces d'aspirations h, k et i par suite
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de l'action de l'anneau de liquide. Ensuite, on libère l'entrée n pour le fluide liquide et après cela l'entrée m pour le fluide gazeux.
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Liquid ring vane wheel type pump for simultaneous movement of gaseous fluid and liquid fluid.
The object of the present invention is a pump of the vane wheel and liquid ring type used for the simultaneous displacement of a gaseous fluid and a liquid fluid, such as for example air and water. . The vane of the pump, which in a known manner is disposed eccentrically to the bore of the pump casing, imparts a rotational movement to a working liquid, whereby the liquid of work constitutes, by virtue of its centrifugal force, a ring abutting against the wall delimiting the bore of the pump casing. The eccentric arrangement between
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the paddle wheel and the casing bore causes, as is known, a pumping effect in the cells formed by the vanes of the paddle wheel.
In known devices of this type, the admission of the two fluids to the cell wheel takes place through conduits common to the two fluids, while the exhaust takes place through common or separate conduits. In the latter case, there is provided, especially for the escape of the liquid fluid, a duct disposed tangentially with respect to the pump casing-casing respectively with respect to the liquid ring, this duct gradually widening in the direction of liquid movement.
Pumps of this kind have the disadvantage, however, that the degree of vacuum which can be achieved in the suction port decreases rapidly as the quantity of fluid displaced increases, and this for the reason that the discharge resistance of the two fluids To be moved increases rapidly from the suction tubing to the wheel cell with the amount of fluid being moved.
This phenomenon is again motivated by the fact that the fluids, moving from the suction manifold to the wheel cell, have approximately the same speed which, due to the large difference in density existing between the gaseous fluid and liquid fluid roughly matches that of liquid fluid. When, for example, the fluid to be displaced consists only of a liquid fluid such as for example water, the complete passage section is available to this liquid; speed would in this case be v and the resistance of the tubing
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suction to the wheel cell 0 p.
If, on another occasion, an additional quantity of gaseous fluid, for example air, is admitted, which, measured by its volume, is of the same magnitude as that of the liquid, this gaseous fluid requires the same space as liquid fluid, despite its smaller density. Thus, only half of the passage section is available to the liquid fluid, which has the effect that the speed of the latter increases approximately to the double value, that is to say to 2 v and the losses current at 4 #P. In pumps of this kind, the volume ratio respectively of volume between the gaseous fluid and the liquid fluid is, however, considering the state in the suction port, about 3, which corresponds to a pressure drop between the suction pipe and the wheel cell of at least 42 = 16 at p,
this pressure drop determines the vacuum in the suction pipe.
However, pumps of this type serving for the simultaneous displacement of a gaseous fluid and a liquid fluid are required, a high vacuum which is measured at the place of the suction tube where the lowest pressure reign, that is to say immediately in front of the pump. However, the pressure at this point cannot, because of the above-mentioned resistance, ever fall below a value which corresponds to this resistance, so that the vacuum at this place could never be sufficient to meet the requirements of the practice.
To make such a pump usable in practice, it would therefore be necessary to eliminate the current resistance in the suction line from the measuring point.
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up to the wheel cell, which could only be achieved by suitable dimensioning of the suction duct sections. This would, however, lead to cross-sectional dimensions for which the space requirements of the pump would not be sufficient.
The fundamental idea on which the present invention is based lies in the fact that, despite the maintenance of normal suction duct sections and the corresponding resistances, it is produced, by means of a diffusion pipe arranged in the tube. suction pipe immediately in front of the pump, a vacuum at the narrowest point of this pipe which corresponds to the requirements of the practice. In this diffusion pipe which gradually widens in the direction towards the pump, it is possible to produce, immediately upstream of the pump, while using the incoming energy of the liquid displacement fluid, a pressure which at least corresponds to the resistance to which the displacement fluid is subjected as it passes through the suction pipes of the pump.
In addition, the incoming energy of the liquid displacement fluid would have to perform the work that would be necessary in this pipe to compress the gaseous displacement fluid to the above-mentioned pressure upstream of the pump. In this way, it would be possible to reach at the narrowest point of the diffusion pipe, despite the current resistances in the pump, the maximum theoretically achievable vacuum which would correspond to the vapor pressure of the liquid displacement fluid at this place.
A similar diffusion pipe can also be
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used for the flow of the liquid displacement fluid and would, where appropriate, be advantageously disposed in the pressure pipe immediately downstream of the pump.
The vacuum which produces a current effect behind it in the diffusion pipe disposed in the pressure manifold, in combination with the barrier pressure which is produced by the current in the diffusion pipe of the suction manifold naturally reduces, d A correspondingly, the force demand of the pump, since part of the work which is otherwise performed by the pump is taken up by these organs.
It is also possible that from a certain quantity of liquid displacement fluid, the barrier pressure produced in the suction pipe by the diffusion effect exceeds the vacuum which is caused by the effect of the diffusion pipe. in the pressure tubing. It is therefore advantageous to provide means which allow direct passage of the liquid fluid from the suction pipe to the pressure pipe by diverting the pump.
From a constructive point of view, the pump system can be established in such a way that by a change of direction in the suction pipe and by applying the centrifugal force of the ring of liquid in the pump, mainly the fluid. liquid flows, in a known manner, a pressure duct disposed tangentially to the outer diameter of the water ring and, from certain quantities, a part
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also directly from the suction line to the pressure line, while the mainly gaseous displacement fluid passes through the pump, due to its smaller inertia, following the normal path and flows, also in a known manner,
by a pressure slot disposed at the inner periphery of the liquid ring and opening laterally.
In order to prevent, by being so taken, that the quantity of liquid fluid flowing through the pressure pipe disposed tangentially to the internal diameter of the liquid ring is greater than that which arrives at the pump through the manifold of suction, which would cause the liquid ring to disappear, suitable means may be provided to maintain the liquid fluid flowing from the pump at an approximately constant pressure. These means could for example consist of a throttling member automatically actuated by the liquid displacement fluid and having for example the form of a needle valve, a valve etc.
This member would act in such a way as to adjust its passage section in accordance with the quantity of liquid passing through it, in the sense that for larger quantities the valve respectively the flap is opened more, while for smaller quantities it is closed more. .
An embodiment of the object of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawing.
Fig. 1 of this drawing shows, schematically, a vertical section of the entire pump system, and
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Fig. 2 shows an operating diagram of this pump system.
The paddle wheel a, mounted in the bore of the pump casing b, rotates in the direction indicated by the arrow. The paddle wheel a and the casing b are arranged eccentrically with respect to each other.
The liquid ring c is kept continuously in rotation by the vanes d of the wheel a, which, as a result of the continual change in the volume of the wheel cells, each of which is delimited by two neighboring vanes, gives rise to to a pump effect. e is the common suction duct, through which the two fluids are sucked in order to be brought to the cells of the paddle wheel. f is the pressure pipe arranged inside the inner periphery of the liquid ring and serving mainly for the gaseous fluid, while ± is the pressure pipe mainly for the liquid fluid which comes from a suitable location of the liquid ring. h is a vacuum space, i the suction pipe, k the suction pipe gradually widening from the vacuum space to the suction pipe.
1 is the inlet pipe for the liquid fluid and m the inlet pipe for the gaseous fluid. n is an adjustment member for the quantity of liquid fluid and o is an adjustment member for the quantity of liquid fluid. p is a nozzle space and ¯% the duct gradually widening from this space to the outlet elbow of the liquid fluid. s is the outlet pipe for the gaseous fluid. t is the throttling organ, by means of which can be
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changed the pressure in the duct g. u is the intermediate conduit between the nozzle space ± and the suction pipe i. v is a check valve which prevents backflow of fluid from the nozzle space 1 to the suction manifold i.
The operation of a pump system as described above is illustrated by the diagram according to fig. 2. In this figure the lower values Qw represent the total quantity of liquid fluid displaced per hour by the pump. On this quantity, the pressures prevailing at the places designated by Arabic numerals in fig. l, respectively the free passage sections at these places, as well as the quantity of liquid fluid Qwl which passes through the pump and the quantity Qw2 which flows through the valve v directly from the suction space i to l 'pressure space u.
To allow a flow from space i to space u, there must be a pressure drop between these two spaces, ie p6 must be greater than P11. This is the case from the point where the two curves intersect, or, in the example represented by FIG. 2, at 17.5 m3 / h.
If the quantity Qw is smaller than 17.5 m3 / h, no overflow occurs, since the quantity Qw2 flows directly from i to u, while the residual quantity Qw1 passes through the pump.
In the above example, it was assumed that the pressures p1, p4 pg and p13 prevailing in spaces 1, h, g and r, as well as the quantity of gaseous fluid displaced Ql above
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of the quantity of liquid fluid Qw remain constant.
The speeds at the individual points of the system are to be calculated by means of the quantities of passage and the corresponding sections while considering the state of the gaseous fluid.
In the above example and admitting quantities Qw = 20 m3 / h and Ql = 2.8 m3 / Hh with respect to the atmospheric state, the quantity of gaseous fluid passing through section 5. includes pa 1000 Q1 = 2.8. pa / p = 2.8. 1000/790 = 35.5 m3 / h. p4 790 The total quantity passing through section 5 therefore includes 20 + 35.5 = 55.5 m3 / h. If this section has for example the size of 19.6.10-4 m2, the speed at this place is 55.5 = 7.85 m / sec.
3600. 19.6.10-4
Similarly, the speeds could be calculated for all the other sections, always considering the state of the gaseous fluid at these points. The nozzle sections 2 and 10 are traversed only by the liquid fluid. As the density of it remains constant; the velocity curves on Qw are straight lines which pass through the zero point of the coordinate system. These speeds are not shown in fig. 2.
The described pump system is started up advantageously in such a way that by keeping the regulating members n and o first in the closed state, the pump is started and is brought in a normal manner. operating state. Thus, in a known way, a vacuum occurs in the aspirations spaces h, k and i as a result
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of the action of the liquid ring. Then, the inlet n is released for the liquid fluid and after that the inlet m for the gaseous fluid.