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" ROTOR EN FORME DE TAMBOUR FOUR POMPES
CENTRIFUGES A MATIERES LIQUIDES OU GAZEUSES "
La présente invention se réfère à un rotor du type dont la surface cylindrique n'est interrompue que par les ouvertures étroites et essentiellement rectangulaires des canaux de passage séparés et disposés radialement, lequel rotor est destiné à être employé dans les pompes centrifuges à liquides ou dans les ventilateurs centrifuges à gaz. Dans @ ce qui suit, il faut entendre par "pompes centrifuges" tant les pompes centrifuges proprement dites à liquides que les ventilateurs centrifuges à gaz.
Les rotors du type en question se distinguent par une construction simple ; de plus ils produisent une pression élevée pour le débit nul et avec une consommation -de force raisonnable pour une pompe, ce qui assure un bon rendement, surtout quand on a loin. dans la construction du rotor, que les vitesses avec lesquelles les liquides ou les gaz traver- sent ce rotor soient faibles, et qu'elles soient maintenues aussi constantes que possible, ce qui diminue les pertes dues
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a la frictin et a la formation ae @ ainsi que les pertes de force vive.
Conformément à l'invention, on obtient une amélio- ration sensible du rendement d'un rotor du genre en question en faisant les ouvertures de sortie des canaux de passage d'une manière telle que celle des arêtes limitant chacune des ouvertures de sortie qui est parallèle à l'axe et qui se trouve le plus en arrière pendant la rotation, c'est-à-dire l'arête arrière, soit à une distance radiale plus petite que l'arête avant.
L'invention est le résultat de certaines considéra- tions théoriques, qui seront exposées plus loin et dont l'exac titude a été confirmée par des essais pratiques. C'est ainsi qu'on a constaté qu'il y a un certain optimum pour la diffé- rence des distances radiales des arêtes avant et arrière des ouvertures de sortie, lequel donne les meilleurs résultats.
Ladite différence doit au maximum être un dixième de la dis- tance radiale de l'arête arrière.
Suivant l'invention, on obtient la différence en distance radiale entre les arêtes avant et arrière des ouver- tures de sortie soit en biseautant la face cylindrique du ro- tor près de l'arête arrière, soit en obligeant une partie de la face cylindrique du rotor près de l'arête avant à faire saillie conjointement avec cette dernière dans une certaine mesure au delà de la forme cylindrique, de manière que l'art avant fasse saillie par rapport à l'arête arrière.
La différence entre les distances radiales des arêtes avant et arrière étant censée produite dans ce qui suit par un biseautage de la face cylindrique de l'arête ar- rière, l'attention est appelée sur le fait que, suivant l'in-.
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@ vention, il sera en ce cas souvent pratique de fabriquer le rotor sans biseautage ou avec un biseautage très faible, et ensuite de procéder à des essais- avec le rotor dans un diffu- seur en transportant la matière avec laquelle le rotor doit travailler plus tard en pratique. On pourra alors, par des traitements successifs convenables à la lime ou à la fraise, qui dépendent des résultats que donnent les essais, donner au rotor le biseautage qui, dans les conditions existantes, se trouve le plus indiqué pour assurer au rotor et, par con- séquent, à la pompe, les meilleures qualités.
La deuxième manière permettant d'obtenir la diffé- rence en distance radiale.entre les arêtes avant et arrière, présente des avantages spéciaux en corrélation avec les rotors du type connu, dans lesquels des cloisons séparatrices, dis- posées en sens essentiellement radial, divisent l'espace com- pris entre les deux faces latérales du rotor, à l'exception de sa partie centrale, en un certain nombre de compartiments en forme de secteurs, qui, à la périphérie des plaques laté- rales,-sont fermés par la plaque courbe, qui forme, la face cy- ¯lindrique du rotor et qui relie les arêtes desdites plaques latérales; les ouvertures de sortie sont obtenues grâce à ce que la plaque cylindrique a été supprimée sur une petite dis- tance directement devant la paroi postérieure de chaque canal.
La particularité de la construction réside, par conséquent, dans le fait que la paroi postérieure a été supprimée. Il se reconnait immédiatement que! pour un rotor comme celui dont il est question, l'autre méthode pour l'obtention de la différen ce en distance radiale entre les arêtes est réalisée d'une manière particulièrement facile, de même qu'on pourra facile- ment modifier la différence mentionnée pour un rotor déjà exi
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tant en rapprochant et éloignant plus ou moins de l'axe du rotor, à volonté, les sections de tôle de l'arête avant des ouvertures formant la surface cylindrique, et cela parce que cette arête est libre et non solidaire de la paroi avant du canal d'écoulement y relatif, comme cela est le cas pour les rotors ordinaires.
Moins le canal est large dans le sens périphérique, moins on doit faire de biseautage et, par conséquent, moins on tâche de restreindre la largeur du canal. Toutefois, il y a des limites à l'importance qu'on pourra donner à une restric tion sans courir le risque de réduire plus qu'il n'est conve- nable la -section du canal, mais on pourra aussi obtenir des avantages par l'augmentation, en observant une section donnée du canal, de l'importance des canaux de passage dans le sens axial, aux dépens de l'importance dans le sens périphérique.
Conformément à l'invention, on fixera au minim à 3 le rapport entre l'importance des canaux de passage dans le sens axial et leur importance dans le sens perpendiculaire, ce qui donne un rendement favorable suivant les essais effec- tués.
Un autre trait caractéristique de l'invention est que l'une des faces extrêmes ou les deux faces extrêmes sont formées par des faces coniques de révolution à grand angle au sommet, dont les sommets sont en regard. En maintenant une section constante des canaux, on obtient par là que l'impor- tance de ces canaux dans le sens périphérique pourra décroî- tre graduellement vers la surface cylindrique, ce qui assure des ouvertures de sortie spécialement longues et étroites, comme il est désiré.
Sans procéder à cet expédient, on pourra pourtant
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aussi faire diminuer un peu l'importance des canaux de passage dans le sens périphérique, vers l'extrémité de sortie. Si, en même temps, on incurve l'extrémité de sortie un peu en arrière dans le sens du mouvement, on obtient une aspiratiôn avanta- geuse aux extrémités des canaux.
Si l'on emploie un rotor construit en conformité de ce qui précède, on obtient non seulement, comme mentionné, un meilleur rendement qu'il n'a été possible d'atteindre jus- qu'icii mais aussi que ce rendement se maintient à une valeur élevée pour une grande variation de volume; en utilisant cet- te construction pour les pompes à liquides, il sera aussi possible, en général, de les construire à un seul étage dans les cas où on était auparavant obligé de se servir de deux ou plusieurs étages.
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est une coupe partielle schématique perpendiculaire à l'axe du rotor, qui permet de se faire une idée des considérations théoriques qui sont à la base de l'in- vention;
La figure 2 montre deux courbes rapportées à un sys- tème de coordonnées, indiquant le rendement à différentes charges d'un ventilateur pourvu d'un rotor, respectivement sans et avec biseautage des arêtes arrière;
La figure 3 est une coupe perpendiculaire à l'axe d'un rotor dans lequel on a fait un biseautage de la surface cylindrique du rotor sur l'arête arrière;
La figure 4 montre le rotor de la figure 3, vu de côté;
La figure 5 est une coupe correspondant à celle de la figure 3, d'un rotor dans lequel les arêtes avant des ouver
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tures de sortie font saillie par rapport aux arêtes arrière;
La figure 6 montre le rotor de la figure 5, vu de côté;
La figure 7 est une coupe correspondant à celles des figures 3 et 5, montrant une autre forme d'exécution des canaux du rotor dont les arêtes arrière des ouvertures de sortie sont biseautées, et
La figure 8 est une coupe axiale suivant la ligne A-o-B de la figure 3, d'une autre forme de réalisation de ro- tor, dont les faces latérales sont coniques.
Dans une coupe perpendiculaire à l'axe, la figure 1 montre l'ouverture de sortie ainsi que son entourage immédiat d'un des canaux de passage d'un rotor, ou la différence en dis- tance radiale entre les arêtes avant et arrière de l'ouverture de sortie a été obtenue par un biseautage de la surface du ro- tor sur l'arête arrière. Pour la simplicité, le rotor est cen- sé avoir un diamètre infini. Dans ces conditions, le contour de la surface cylindrique est une droite 1, de même que les intervalles 2 séparant les canaux 1 donnent des parois parallè- les sur les canaux. L'axe du rotor doit alors être censé éloi- gné à l'infini dans le plan du papier et au-dessous de la ligne 1 de la figure. La matière qui sera transportée par les canaux se meut donc dans la figure de bas en haut à travers ces canaux conformément aux flèches indiquées.
Le rotor est censé tourner senestrorsum, tel qu'il a été aussi indiqué par la flèche hori- zontale en bas de la figure.
La ligne courbe 4 indique le biseautage de la sur- face cylindrique sur l'arête arrière des canaux. La pression du liquide ou de la colonne d'eau qui se trouve dans le tuyau de pression de la pompe se propage par le diffuseur comprenant
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l'espace au-dessus de la ligne 1 de la figure et tend à refdu- ler dans le sens opposé le liquide ou le gaz respectivement à travers les canaux de passage du rotor, c'est-à-dire vers le bas de la figure, en sens opposé aux flèches. Les particules du liquide ou du gaz circulent dans le diffuseur à une vitesse inférieure à celle du rotor, pour diminuer au fur et à mesure qu'on s'éloigne, dans l'espace annulaire, de la surface cylin- drique du rotor.
Si l'on se figure donc le rotor à l'état de repos, cette différence de vitesse se manifeste'comme un mou- vement des particules autour du rotor dans le sens opposé au sens de rotation normal de celui-ci, c'est-à-dire dans la fi- gure de gauche à droite. Si l'on considère maintenant une par- ticule a, glissant le long de la surface du rotor dans ce mou- vement relatif, on comprend immédiatement qu'après avoir passé au delà de l'arête avant 2 de l'ouverture de sortie du canal de passage, cette particule tend à descendre dans le canal de passage sous l'influence de la susdite pression. Plus le canal est large dans le sens périphérique, plus la particule pourra pénétrer dans celui-ci avant d'atteindre l'autre paroi latéra- le du canal.
Quelques-unes des positions de la particule pen- dant ce mouvement sont 'indiquées dans la figure par ,les lettres b, c, d et e. On voit que les particules sont tangentes à une courbe 5. S'il n'y avait pas eu de biseautage de la paroi ar- rière du canal, la particule se serait heurtée contre cette pa= roi, et des tourbillons se seraient formés dans la matière qui est transportée, causant une diminution du rendement de la pompe. Si, cependant, on a fait un biseautage d'importance convenable, comme le montre la figure, la particule dans la po- sition e ne se heurtera pas, contre une paroi verticale mais au contraire contre la courbe régulière du biseautage partant
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de l'arête arrière 6.
En d'autres termes, si le biseautage a une profondeur convenable, c'est-à-dire une profondeur telle que la trajectoire de la particule est plus éloignée du centre du rotor que l'arête arrière décalée du fait du biseautage, c'est-à-dire que sa distance radiale est plus grande que celle- là, la particule sera de nouveau soulevée à la périphérie nor- male du rotor. On comprend nettement qu'il faut un travail pour amener la particule dans la trajectoire primitive le long de la face biseautée; par conséquent, il est important, d'une part, de faire le biseautage assez profond pour qu'il puisse capter les particules, et, d'autre part, de le faire assez faible pour que le travail mentionné soit le moins grand possible.
Un bi- seautage trop profond se manifeste aussi par une diminution de la pression fournie par la pompe, car, comme il a aussi été mentionné plus tôt, ce sont justement les parois postérieures des canaux qui sont les plus actives pour créer la réaction qui donne la pression à la matière qui est transportée.
C'est la distance 8-6 de la figure qui doit être in- férieure à un dixième de la distance radiale de la paroi posté- rieure 6. Des observations correspondantes peuvent aussi se faire pour des rotors, pour lesquels la différence en distance radiale entre les arêtes avant et les arêtes arrière a été ob. tenue par le fait que les premières font saillie par rapport aux dernières.
Dans la figure 2 sont tracées, dans un système de coordonnées, deux courbes et montrant le rendement d'un ventilateur dont le rotor a été construit en conformité de l'invention, et avec lequel on a fait des essais. Le diamètre du rotor était de 350 mm et sa vitesse de 2800 t.p.m. Le mo- teur employé était de 0,35 CV., L'abscisse du système de coor-
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données indique la quantité d'air en mètres cubes transportée par minute, et l'ordonnée indique le rendement du ventilateur en pour-cent. La courbe se réfère à un ventilateur pourvu d'un rotor sans biseautage et à un ventilateur équipé d'un rotor exactement identique à la première, munie seulement d'un biseautage des arêtes arrière du canal qui, à des essais qui ont été effectués, s'est trouvé assurer les meilleures condi- tions de marche pour le transport d'air.
Il sera noté que pour le rotor mentionné le dernier, on obtient un rendement maximum à savoir environ 92%, tandis que le rotor mentionné le premier n'atteint qu'environ 86%, En outre, on voit que le rotor à arê- tes arrière biseautées a un rendement raisonnable pour une gam- me beaucoup plus étendue que cela n'est le cas pour le rotor sans cette particularité. Dans le domai# de 2 à 9 m3 d'air transportés par minute, le rendement du rotor modifié varie en- tre environ 78 et 92%, tandis que pour le rotor connu jusqu'ici, le rendement varie, dans le même domaine, entre 60 et 86% envi--
Dans les figures 3 à 8, on a montré des formes de réalisation pratiques des rotors conformément à l'invention.
Dans ces ¯figures, .2 représente le tambour massif (sauf dans les figures 5 et 6) avec les canaux 10 qui rayonnent à partir de la cavité centrale 11. Lesdits canaux, qui sont d'une section rectangulaire et qui s'étendent essentiellement radialement, aboutissent à la surface cylindrique du tambour par les ouver- tures rectangulaires 12 qui. 'pour ce qui concerne les figures 3, 4 et 7, sont pourvues d'un biseautage 13 pour diminuer la friction, tandis que dans les figures 5 et 6, les arêtes avant des ouvertures de sortie font saillie, dans le même but, par rapport aux arêtes arrière en 14.
Les figures 5 et 6 montrent d'ailleurs un rotor du type spécial qui s'approprie surtout en
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cas d'arêtes avant en saillie pour obtenir une différence en distance radiale entre les arêtes avant et les arêtes arrière Dans ce cas, les plaques latérales 15 et-16 du rotor sont re- liées entre elles au moyen des parois bifurquant avec les branches 17 et 18 qui maintiennent la di stance exacte entre les plaques latérales et qui forment en même temps les canaux de passage et la surface cylindrique du rotor.
L'une des bran- ches , qui est nommée ci-après la paroi postérieure du canal est sensiblement radiale, tandis que l'autre branche 18 qui re lie ces arêtes par la périphérie des plaques latérales, forme une partie d'une face cylindrique ayant le même axe que le ro- tor, et qui est donc nommée ci-après la face cylindrique. La paroi postérieure 17 du canal et la face cylindrique 18, les deux branches de la paroi bifurquée, peuvent être coulées en une seule pièce, ou elles peuvent être construites en une seule tôle ou bien-être obtenues par soudure de deux morceaux de tôle
Les faces cylindriques 18 n'atteignent pas tout à fait la paroi postérieure voisine 17 du canal, mais laissent une ouverture 12 servant d'ouverture de sortie de l'intérieur du rotor vers le diffuseur pour la matière à transporter.
Les canaux de passage 10 sont limités de deux côtés par les plaques latérales 15 et 16, du troisième côté par la paroi postérieure 17 et du quatrième côté par une paroi imagi- naire 19 représentée en pointillé, parce qu'on doit entendre par cette paroi une couche séparatrice entre les parties de liquide ou de gaz passant par le rotor et les parties de liqui- de ou de gaz en repos dans l'espace en forme de secteur ou qui y circulent, espace qui est limité, en outre de la face sépara- trice imaginaire, par la paroi postérieure 17, les plaques la-
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térales 15 et 16 et la face cylindrique 18.
La différence en distance radiale entre l'arête avant et l'arête arrière est représentée par la saillie 14 dont la grosseur (la hauteur) n'atteint qu'un dixième au maxi- mum de la distance à l'axe du rotor.
Le rapport entre l'importance des canaux dans le sens -axial "g" et dan s le sens perpendiculaire "f" est de 3 au moins
La figure 7 montre comment les canaux de passage peuvent être courbés légèrement en arrière et rétrécis un peu au bout.
La figure 8 montre une forme d'exécution d'un rotor, les surfaces extrêmes du tambour étant constituées par des faces coniques de révolution à grand angle au sommet dont les pointes sont tournées l'une vers l'autre, ce qui donne des ouvertures de sortie spécialement serrées.
Le biseautage ou la saillie dans le sens périphérique peuvent s'étendre, suivant les conditions, sur une partie es- sentielle de la surface cylindrique située entre deux canaux voisins. comme il ressort par exemple de la figure 1 et en par- tie de la figure 5, où l'importance peut être très faible com- me représenté sur les figures 3 et 7.