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Perfectionnements aux pompes rotatives
La présente invention est relative aux appareils destinés à la compression de l'air ou d'autres gaz, et plus particulièrement aux pompes rotatives ou à déplacement posi- tit, ou aux surpresseurs, traitant les gaz chauds.
L'invention vise un surpresseur ou une pompe rota- tive équipes de rotors dans lesquels sont ménagée des jeux de fonctionnement réduits et dans lesquels ces jeux de fonc- tionnement sont maintenus à leur valeur correcte lors du passage des gaz chauds, permettant ainsi à ces pompes de manutentionner les gaz chauds, d'une manière satisfaisante et avec un bon rendement.
Suivant la caractéristique essentielle de l'inven- @ rotors sont refroidie par l'introduction de gaz
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à une température plus basse que celle du gaz déplacé par la. pompe afin de Maintenir les jeux de fonctionnement corrects.
Suivant une autre caractéristique, on prévoit des orif@@es d'admi@sion de gaz de refroidissement, en contact direct avec les rotors, ces orifiges étant disposée de telle sorte que les rotors tournants servent de soupape pour assu- rer l'admission du gaz de refroidissement à l'instant correct et pour réaliser un refroidissement efficace sans perte de rendement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise le gaz manutentionne pour contrôler la température des rotors et des carters, de telle manière que la circula- tion du gaz,en vue du contrôle de latempérature, soit as- surée sans apport d'énergie supplémentaire.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressort iront de la description qui suit faite en référence au dessin annexé.
Les pompes ou surpresseurs rotatifs à déplacement positif comprennent en général deux rotors à plusieurs lobes, tournant dans un capter qui les entoure. Les deux rotors sont montés sur des arbres parallèles qui engrènent ensemble, de manière que les rotors tournent en sens inverse l'un de l'autre. Le profil et le fini des rotors, ainsique la pré- cision de la taille des engrenages, sont tels qu'un jeu ou débattement de fonctionnement sensiblement étanche aux gaz, de l'ordre de quelques centièmes de millimètre ou moins encore est maintenu entre les rotors au cours de leur rotation.
Le carter comporte des flancs seuil-cylindriques correspondant à la forme des trajectoires décrites par les extrémités des lobes des rotors et, d'une manière générale,sa forme est telle qu'il existe un jeu de fonctionnement sensiblement et anche aux gaz, de l'ordre de quelque centièmes de milli-
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mètre ou moins, entre les côtés et les extrémités du carter d'une part et les rotors de l'autre.
Lorsque les rotors tournent, le gaz passe à travers un orifice d'admission dans des poches formées par les lobes voisins de chaque rotor et par le carter, ce gaz est emprisonné dans ces poches, acheminé vers un orifice de refoulement et est refoulé, d'une manière positive, dans un tuyau d'évacua- tion. A chaque tour complet des rotors, cette action se ré- pète un nombre de fois égal au nombre total.de lobes des ro- tors. Pour les hautes vitesses de rotation des rotors, on obtient ainsi un débit sensiblement constant de gaz, sans aucun battement.
Dans de nombreux cas, il est avantageux d'utiliser les pompes à gaz du type rotatif pour les hautes pressions, et il se dégage alors une chaleur importante par suite de la compression. On rencontre aussi des gaz fortement chauffés à des taux de compression plus bas dans le cas où le gaz à manutentionner possède une température initiale élevée, car on a souvent l'occasion de manutentionner des gaz dont la température initiale est de 205 et s'élève jusqu'à 538 C.
Lorsqu'on manutentionne des gaz chauds au moyen de compres- seurs du type alternatif, 11 est usuel de prévoir un chemi- sage d'eau autour du cylindre pour éviter la surchauffe, et de munir le piston de segments élastiques qui se dilatent ou se contractent, suivant les besoins, pour assurer un con- tact étanche avec le cylindre. Les écarts de température en- tre les cylindres et les pistons produisant des dilatations inégales ne posent pas un problème aussi sérieux dans le cas des pompes à piston, par suite des tolérances permises par l'emploi des segments élastiques.
Par contre, dans les pompes du type susvisé, on n'a
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trouvé aucun moyen satisfaisant de mettre en oeuvre des segments ou des moyens équivalents. Il faut donc prévoir, dans la construction de ces pompes, des jeux de fonction- nement extrêmement faibles entre les rotors coopérants, ainsi qu'entre les rotors et le capter pour assurer des joints sen- siblement étanches au gaz si l'on veut éviter les fuites de gaz à travers la, pompe et les pertes de rendement qui en ré- sulteraient.
Si ces jeux venaient à se modifier du fait que les rotors atteignent une température nettement supérieure à celle du carter, les rotors pourraient venir se frapper les uns les autres ou frapper le carter et il pourrait en résul- ter une rupture ou un dommage sérieux à. la pompe. Ainsi, il serait nettement dangereux de prévoir un chemisage d'eau pour le carter d'une telle pompe sans refroidir en même tempe les rotors.
Par ailleurs, ces pompes rotatives présentent de nombreux avantages, C'est ainsi que l'absence (Le tout contact glissant et d'usure à l'intérieur du carter permet de ne pas avoir de lubrifiant en contact avec le gaz à manutentionner; en outre, on n'a aucune soupape.,aucun ressort, ni petites pièces similaires risquant de se rompre et exigeant un ré- glage ou un remplacement. Le gaz est refoulé d'une manière continue et sans être souillé par les lubrifiants ou autres liquides que l'on trouve dans les pompée.
Suivant l'invention, on prévoit le moyen d'introduire du gaz, à une température plus basse que celle du gaz contenu dans le carter, en contact direct avec les rotors afin d'empêcher la, surchauffe des rotors et de maintenir une température sensi- blement uniforme. De préférence, ce ga.z de refroidissement est obtenu en soutirant du gaz du côté refoulement haute pression de la pompe, en le faisant passer à travers un refroidisseur et en injectant le gaz refroidi dans le gaz en cours de dépla,-
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cément depuis le côté admission ou basse pression au côté re- foulement de la pompe.
On a constaté que si l'on introduit le gaz de refroidissement à l'emplacement correct de la pompe, en relation convenable par rapport à la rotation des rotors, l'écart de pression entre le gaz déplacé à l'intérieur de la pompe et le gaz du côté refoulement de la pompe, assure l'écoulement voulu de gaz sans aucune perte notable de rendement et sans nécessiter l'utilisation d'une puissance supplémentaire notable. On prévoit aussi le moyen d'utiliser le mouvement, des rotors pour contrôler le débit de gaz de refroidissement, de manière qu'il soit intro- duit aux instants voulus, en coordination correcte avec le fonc- tionnement de la pompe et avec un minimum de mécanisme auxiliaire.
Etant donné que le carter entourant les rotors sera normalement refroidi par l'atmosphère ambiante ainsi que par le gaz réfrigérant introduit, il tenara à atteindre une tem- pérature inférieure à celle des rotors, quand le gaz refoulé sera à une température suffisante pour entraîner les diffi- cultés énumérées plue haut avec perte de jeu. C'est pourquoi l'on prévoit, de préférence, le moyen d'établir une circu- lation du gaz autour du carter à une température suffisante pour maintenir ce dernier à une température comparable à celle des rotors, de sorte que les jeux réduits de fonction- nement soient maintenus suffisamment constante, ou encore on prévoit le moyen d'établir entre la température du carter et celle des rotors, une corrélation assurant l'obtention de ce résultat.
De préférence, on se sert de la turbulence à l'échap- pement du gaz, résultant de l'action de pompage des rotore, pour provoquer une circulation du gaz refoulé autour du car- ter à l'intérieur d'un chemisage approprié. A moins de cas exceptionnels, le carter est ainsi maintenu à la température correcte et il sera inutile de recourir à des moyens de chauffage plus.positifs.
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Le dessin représente quelques modes de réalisation préférée de l'invention et les mêmes éléments sont désignés par les mêmes nombres dans toutes les figurer:
La figure 1 est une élévation latérale, partiellement en d'une pompe rotative à, déplacement pour la compres- sion des gaz chauds construite suivant l'invention, la coupe étant faite suivant la ligne 1-1 de la figure 3.
La figure 2 est une vue supérieure partiellement en coupe d'une partie de la figure 1, montrant le mode d'engrè- nement des arbres des rotors.
La figure 3 est une coupe verticale faite suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une autre coupe verticale du carter de la figure 3, la coupe étant faite suivant la ligne 4-4 de la figure 1.
Les figures 5 et 6 sont des couple verticales des rotors et du carter d'une variante de la pompe suivant l'in- vention.
La figure est une vue en bout de la. pompe repré- sentée aux figures 4 et 6, à une échelle différente.
Les figures 8 et 9 sont des coupes verticales des rotors et du carter d'une pompe à rotors à deux lobes et non à trois lobes, comme précédemment représenté, afin de faire voir la possibilité d'application de l'invention à ce type de pompe.
La pompe rotative représentée sur les figures 1 à 4 est symétrique par rapport à un plan passant à mi-distance entre les deux arbres de rotors 10 et 11, perpendiculairement à un plan contenant les axes de ces deux arbres. Le mode de construction représenté sur la figure 1, sur laquelle on ne peut voir que l'arbre 10, s'applique aussi bien à. l'autre
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côté de la pompe, sauf que l'arbre 10 est entraîné par des moyens appropriés, tels qu'un moteur électrique 12, tandis que l'arbre 11 est entrainé par l'arbre 10.
Les arbres 10 et 11 sont montes dans des paliers 13 et engrènent ensemble au moyen d'un engrenage tel que l'engrenage à chevrons indiqué en 14, de manière à tourner en sens inverse l'un de l'autre, à la même vitesse. Sur les arbres 10 et 11, sont montés deux rotors à trois lobes 15 et 16. Ces rotors ont un profil appro- prié, en développante ou en eyeloide, de manière à ne main- tenir entre les rotors qu'un jeu très petit et sensiblement étanche au gaz pour toutes les positions de rotation.
Les rotors sont entourés par un carter 17 à côtés semi-cylindriques 18 complémentaires aux trajectoires dé- crites par l'extrémité des lobes des rotors et à l'intérieur duquel les rotors tournent avec un jeu de fonctionnement très faible, de manière a obtenir un joint sensiblement étanche aux gaz. Le carter est muni de presse-étoupe 19 et 20 pour assurer l'étanchéité dans les paliers des arbres 10 et 11.
Au cours de la rotation du rotor, une'partie du gaz se trou- vant dans l'orifice d'admission 21 est emprisonnée dans des poches telles que 22 et 23 formées par deux lobes de rotor voisine et par le carter, ce gaz est entraîné par la rota- tion des rotors et chassé dans l'orifice de refoulement haute pression 24. La compression des gaz chassés vers l'avant sa produit au moment de leur refoulement dans l'espace 24.
Les orifices 25 et 26 sont prévus dans les côtés semi-cylindriques 18 du carter pour introduire du gaz à plus haute pression et plus basse température dans les po- ches à gaz entre les lobes de rotor, en contact direct avec les rotors. Chaque orifice est écarté d'environ 120 par rapport au bord de ltorifice d'admission 21, de sorte qu'il
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débouche dans une poche suivant immédiatement la poche qui vient de se refermer, par rapport à l'admission des gaze Sur la figure 3,
on a représenta le rotor 15 au moment où il vient de fermer la poche 22 en la séparant de l'admission 21 et au moment où cette poche va s'ouvrir à l'orifice 25. Le rotor 16 est représente en un point ultérieur de sa révolution, après mise en communication de la poche 23 avec l'orifice 26.
Le gaz de refroidissement introduit dans les poches peut provenir de n'importe quelle source à pression plue élevée que le gaz se trouvant dans ld. poche, et à une tempé- rature suffisamment basse pour exercer sur les rotors l'effet de refroidissement recherché* Sa.
composition sera d'ordinaire la même que celle du gaz admis en 21 mais, dans certains cas, ce point peut n'être pas indispensable. De préférence, ce gaz estsoutiré du refoulement de la pompe, puisque ce gaz se trouve déjà a une pression supérieure à celle du gaz dans les pocnes, Comme on l'a représentéfigure j,on peut souti- rer du ga,z de la tuyauterie de refoulement 27 par les tuyaux 28 et 29, le faire passer à travers des refroidisseurs acné- matisés en 30 et 31 pour abaisser sa température de la quan- tité requise, et l'introduire dans les poches par les ori- fices 25 et 26.
Les refroidisseurs 30 et 31 peuvent être de toute forme appropriée, par exemple du type à enveloppe et faisceau tubulaire dans lequel un fluide réfrigérant, tel que de l'eau, circule à travers une rangée de tubes tandis que le ga,z à refroidir passe à l'extérieur des tubes, et son débit calorifique doit être suffisant pour assurer l'effet de refroidissement recherché*
La pression initiale du gaz dans les pocrise est la pression d'admission.
L'introduction de gaz provenant du refoulement va élever la, pression flans les pocnes de gaz d'une certaine quantité, mais le soutirage de gaz de la
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tuyauterie de refoulement 27 est effectué en quantité rela- tivement faible par rapport au débit total de la poupe, et ne réduit pas sensiblement la pression au refoulement* Comme les rotors tournent à haute vitesse, et qu'une pocha vient déboucher dans le refoulement pendant qu'une autre poche reçoit du gaz à travers l'orifice d'injection en provenance du refoulement, les pulsations de pression dans le gaz refou- lé sont négligeables.
Il n'y aura aucune perte du rendement global de la pompe, pourvu que l'on dispose les orifices comme on l'a déjà indiqué, de manière que le gaz provenant du refoulement ne puisse pas remonter dans l'admission.
Comme on l'a représenté figures l, 3 et 4, on prévoit aussi une chemise 32 entourant le carter 17. Cette cnemise peut s'étendre autour des deux côtés et le reste du carter comme représenté, ou bien seulement autour des côtés semi- cylindriques, suivant les conditions de température. La che- mise constitue un espace à l'intérieur duquel on peut faire circuler un fluide chauffant autour du carter pour élever la température de celui-ci à un point voisin de, et de préfé- rence un peu supérieur à la température des rotors.
On évite de cette manière tout refroidissement indésirable, ou toute irrégularité de température du carter, et il est ainsi poe- sible de contrôler la température du carter et celle des rotors, de manière à pouvoir toujours chauffer le carter à une température suffisante par rapport aux rotors pour assu- rer le maintien des jeux requis et de manière à empêcher une dilatation exagérée des rotors l'un par rapport à l'autre et par rapport au carter. Il est préférable de maintenir le car- ter à une température supérieure à celle du rotor, mais il n'est pas souhaitable d'avoir un écart de température élevé car les jeux deviendraient alors exagérés.
Dans certains cas il
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peut suffir de se servir exclusivement de la chemise pour maintenir le carter à une température présentant par rappor t t aux rotors une corrélation telle que les falbles Jeux requis soient maintenus, sans introduire de gaz de refroidissement dans les pochée.
Le fluide circulant à travers la chemise peut être un gaz inerte ou un liquide à température appropriée* De pré- férence, cependant, le gaz refoulé par la pompe est utilisé pour maintenir le carter à la température requise,, On peut le faire aisément en prévoyant des orifices 33 faisant com- muniquer la partie supérieure de l'espace de la chemise avec l'espace 24 de refoulement immédiatement au-dessus des rotors* En ce point, les rotors créent une turbulence suffi- sante pour assurer la circulation des gaz à travers le che- misage. Le plus souvent, il n'y a pas lieu de prévoir d'autres orifices dans le chemieage.
Cependant dans certaine cas on pourra trouver utile de faire communiquer la partie inférieu- re du chemisage avec une partie plus en aval de la tuyauterie haute pression au moyen de tuyaux, afin d'assurer une circu- lation de gaz accrue. La température du carter est de préfé- renée niaintenue à peu près à la même valeur que celle des rotors,de sorte qu'il se produise dans ces deux organes une même dilatation.
En se reportant aux figures 5, 6 et 7, on voit une variante suivant laquelle le gaz de refroidissement est admis dans les poches par des orifices pratiques dans les extrémités du carter et non plus dans les côtés semi-cylin- driques, comme on l'a représenté plus haut* Du gaz est sou- tiré au refoulement de la pompe par le tuyau 40, 11 travers'-.. le réfrigérant 41, et le gaz refroidi passe par le tuyau 42 et pénètre dans les poches par les orifices 43 et 44. Un
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fluide réfrigérant tel que de l'eau circule à travers le refroidisseur, de la manière usuelle, à txavers le tuyau 45 et 46. Quand les rotors occupent la position représentée figure 5, l'orifice 43 est obturé par le rotor 16 et l'orifice 44 est ouvert.
Le gaz refroidi pénètre par l'orifice 44 dans la poche 48, élevant la pression et abaissant la température du gaz dans cette poche, et refroidissant par suite le rotor 15. Lorsque les rotors ont tourné d'un certain angle jusqu'à occuper la position de la figure 6, l'orifice 44 commence à se fermer et l'orifice 43 commence à s'ouvrir. Momentanément les poches 4? et 48 communiquent par le tuyau 42. Comme la poche 48 a pris une pression voisine de celle du refoulement 24, tandis que la poche 4? contient du gaz à la pression infé- rieure qui est celle de l'admission 21, du gaz passera de la poche 48 à la poche 4? sans traverser le refroidisseur 41. Mais cet état dure si peu qu'il ne gêne pas sérieusement l'écume.... ment voulu de gaz refroidissant vers les rotors.
Il est donc possible pratiquement d'utiliser un seul refroidisseur, alors que l'utilisation d'un seul refroidisseur serait moins dési- rable dans le dispositif représenté figure 3, parce que dans le cas où les orifices sont pratiqués dans les côtés semi- cylindriques du carter, 11 reste ouvert simultanément pendant un temps appréciable.
Un autre avantage qutil y a à prévoir les orifices dans les extrémités du carter réside en ce que le gaz de refroidissement est admis dans une position plus favorable pour refroidir les rotors avec un moindre refroi- dissement ces côtés du carter.. Ce,pendant, il peut parfois être désirable d'utiliser à la fois la variante que lion vient de décrire et le dispositif décrit plus haut et repré- senté figure 3 dans la même pompe, afin d'admettre les gaz de refroidissement dans le rotor en plusieurs points,
et
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assurer des effets de refroidissement plus importants
Les figures 8 et 9 montrent une application de l'in- vention à une pompe à rotor à deux lobes. Dans le cas de la forme usuelle représentée pour les rotors et le carter, il sera nécessaire de disposer les orifices 50, 51 de manière à ad- mettre le gaz refroidissant tout près du refoulement haute pression de la pompe 24, afin d'éviter le retour des gaz à haute pression vers l'amont à travers la, pompe et leur entrée dans l'espace basse près.'ion 21.
Il y a néanmoins un court intervalle de temps pendant lequel un orifice communique avec une pocne, avant que cette dernière ne débouche direc- tement vers l'espace haute pression 24, ainsi qu'il est évi- dent lorsqu'on compare les figures 8 et 9 qui montrent deux positions successives du rotor* Il semblerait, de prime abord, qu'au moment précis ou l'un des rotors arrive à la. position représentée à droite de la figure 9, 11 devrait se produire une irruption instantanée de gaz de 1'espace 24 vers la poche du rotor qui avance;
cependant, les e@registrements oscillo- graphiques montrent qu'il existe un certain retard, qui pa- raît assurer un fonctionnement plus satisfaisant des orifices 50, 51 que ne semblent l'indiquer les figurée 8 et 9.
L'in- tervalle de temps est suffisant pour déclencher une irruption de gaz de refroidissement dans une poche et contribuer nota- blement à empêcher une surchauffe des rotors. ai l'on modifie cette forme usuelle de pompe à rotors deux lobes, par exemple en faisant en sorte que les côtés cylindriques du carter suivent'la trajectoire des extrémités de.3 rotors sur une plus grande distance, il devient possible d'augmenter l'intervalle de tempe entre l'ouverture de la poche vers le gaz de refroidissement et l'ouverture de la poche vers l'espace 24.
Les orifices pour le gaz de refroi-
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dissement pouvaient aussi être disposés dans les extrémités du carter comme le montrent les figures 5, 6 et 7 mais dans le cas des rotors %1-lobée les orifices devront en général être disposés près de l'espace de refoulement 24 pour les raisons indiquées plus haut.
Les dispositifs décrits et représentés constituent des modes de réalisation préférés de l'invention, mais il doit être bien entendu que l'invention ne s'y limite nulle- ment, et que l'on peut y apporter des modifications sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Pompe à gaz du type rotatif à déplacement poux la manutention de gaz chauds caracrétisée en ce qu'elle com- prend un carter ayant une admission et un refoulement, des rotors montés dans ce carter avec un jeu réduit de fonctionne- ment assurant un joint sensiblement étanche aux gaz et sucep- tibias de déplacer le gaz de l'admission au refoulement par leur rotation, et des moyens pour introduire du gaz de refroi- dissement dans ce carter en contact direct avec les rotors pour empêcher la surchauffe de ceux-ci et conserver le jeu de fonctionnement réduit.
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Improvements to rotary pumps
The present invention relates to apparatus intended for the compression of air or other gases, and more particularly to rotary or positional displacement pumps, or to booster pumps, treating hot gases.
The invention relates to a booster or a rotary pump fitted with rotors in which reduced operating clearances are provided and in which these operating clearances are maintained at their correct value during the passage of hot gases, thus enabling these operating clearances. pumps to handle hot gases in a satisfactory manner and with good efficiency.
According to the essential feature of the invent- @ rotors are cooled by the introduction of gas
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at a temperature lower than that of the gas displaced by the. pump in order to maintain the correct operating clearances.
According to another feature, there are provided cooling gas inlet ports, in direct contact with the rotors, these ports being arranged so that the rotating rotors serve as a valve to ensure admission. cooling gas at the correct time and to achieve efficient cooling without loss of efficiency.
According to another characteristic of the invention, the gas handled is used to control the temperature of the rotors and of the housings, so that the circulation of the gas, with a view to controlling the temperature, is ensured without the addition of gas. additional energy.
Other objects, characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description given with reference to the appended drawing.
Positive displacement rotary pumps or boosters generally comprise two rotors with several lobes, rotating in a collector which surrounds them. The two rotors are mounted on parallel shafts which mesh together, so that the rotors rotate in opposite directions to each other. The profile and finish of the rotors, as well as the precision of the size of the gears, are such that a substantially gas-tight operating clearance or travel, of the order of a few hundredths of a millimeter or less is maintained between them. rotors during their rotation.
The casing has cylindrical threshold flanks corresponding to the shape of the paths described by the ends of the lobes of the rotors and, in general, its shape is such that there is a substantially and gas-reed operating clearance, 'order of a few hundredths of a milli-
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meter or less, between the sides and ends of the housing on the one hand and the rotors on the other.
When the rotors rotate, the gas passes through an inlet port in pockets formed by the neighboring lobes of each rotor and by the housing, this gas is trapped in these pockets, channeled to a discharge port and is discharged, d 'in a positive way, in a waste pipe. With each complete revolution of the rotors, this action is repeated a number of times equal to the total number of lobes of the rotors. For the high rotational speeds of the rotors, a substantially constant gas flow is thus obtained, without any flapping.
In many cases, it is advantageous to use the rotary type gas pumps for high pressures, and significant heat is then given off as a result of the compression. We also meet strongly heated gases at lower compression ratios in the case where the gas to be handled has a high initial temperature, because we often have the opportunity to handle gases whose initial temperature is 205 and rises. up to 538 C.
When handling hot gases by means of reciprocating type compressors, it is customary to provide a water jacket around the cylinder to prevent overheating, and to provide the piston with elastic rings which expand or expand. contract, as needed, to ensure tight contact with the cylinder. Temperature differences between cylinders and pistons producing uneven expansions are not so serious a problem with piston pumps, due to the tolerances allowed by the use of spring rings.
On the other hand, in pumps of the above-mentioned type, we do not have
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found no satisfactory way to implement segments or equivalent means. It is therefore necessary to provide, in the construction of these pumps, for extremely low operating clearances between the cooperating rotors, as well as between the rotors and to capture it to ensure substantially gas-tight seals if one wishes to avoid gas leaks through the pump and the consequent loss of efficiency.
If these clearances were to change as the rotors reach a temperature much higher than that of the housing, the rotors could strike each other or strike the housing and could result in rupture or serious damage to the housing. . the pump. Thus, it would be clearly dangerous to provide a water jacket for the casing of such a pump without cooling the rotors at the same time.
In addition, these rotary pumps have many advantages, This is how the absence (The all sliding contact and wear inside the casing makes it possible not to have any lubricant in contact with the gas to be handled; in In addition, there are no valves, springs, or similar small parts which could rupture and require adjustment or replacement. The gas is discharged continuously and without being contaminated by lubricants or other liquids. that we find in the pumped.
According to the invention, provision is made for the means of introducing gas, at a temperature lower than that of the gas contained in the housing, in direct contact with the rotors in order to prevent overheating of the rotors and to maintain a sensitive temperature. - fairly uniform. Preferably, this cooling gas is obtained by withdrawing gas from the high pressure discharge side of the pump, passing it through a cooler and injecting the cooled gas into the gas being displaced, -
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cement from the inlet or low pressure side to the outlet side of the pump.
It has been found that if the cooling gas is introduced at the correct location of the pump, in suitable relation to the rotation of the rotors, the pressure difference between the gas displaced inside the pump and the gas on the discharge side of the pump provides the desired flow of gas without any appreciable loss in efficiency and without requiring the use of significant additional power. Provision is also made for the means of using the movement of the rotors to control the flow of cooling gas, so that it is introduced at the desired times, in correct coordination with the operation of the pump and with a minimum. of auxiliary mechanism.
Since the casing surrounding the rotors will normally be cooled by the ambient atmosphere as well as by the refrigerant gas introduced, it will persist in reaching a temperature lower than that of the rotors, when the gas discharged is at a temperature sufficient to drive the rotors. dif- ficulties listed above with loss of clearance. This is why provision is preferably made for the means of establishing a circulation of the gas around the casing at a temperature sufficient to maintain the latter at a temperature comparable to that of the rotors, so that the reduced operating clearances are kept sufficiently constant, or else provision is made for the means of establishing between the temperature of the casing and that of the rotors, a correlation ensuring that this result is obtained.
Preferably, the gas exhaust turbulence, resulting from the pumping action of the rotors, is used to cause the discharge gas to flow around the housing within a suitable liner. Unless there are exceptional cases, the crankcase is thus maintained at the correct temperature and it will be unnecessary to resort to more positive heating means.
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The drawing shows some preferred embodiments of the invention and the same elements are designated by the same numbers in all of them:
Figure 1 is a side elevation, partially at a rate of a rotary displacement pump for compressing hot gases constructed in accordance with the invention, sectioned on line 1-1 of Figure 3.
FIG. 2 is a top view partially in section of part of FIG. 1, showing the mode of engagement of the shafts of the rotors.
Figure 3 is a vertical section taken along line 3-3 of Figure 1.
Figure 4 is another vertical section of the housing of Figure 3, the section being taken along line 4-4 of Figure 1.
FIGS. 5 and 6 are vertical pairs of the rotors and of the casing of a variant of the pump according to the invention.
The figure is an end view of the. pump shown in Figures 4 and 6, on a different scale.
FIGS. 8 and 9 are vertical cross sections of the rotors and of the housing of a pump with two lobes and not three lobes, as previously represented, in order to show the possibility of applying the invention to this type of pump. pump.
The rotary pump shown in Figures 1 to 4 is symmetrical with respect to a plane passing midway between the two rotor shafts 10 and 11, perpendicular to a plane containing the axes of these two shafts. The construction mode shown in Figure 1, on which we can only see the shaft 10, applies equally well to. the other
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side of the pump, except that the shaft 10 is driven by suitable means, such as an electric motor 12, while the shaft 11 is driven by the shaft 10.
The shafts 10 and 11 are mounted in bearings 13 and mesh together by means of a gear such as the chevron gear shown at 14, so as to rotate in the opposite direction to each other at the same speed . On the shafts 10 and 11 are mounted two three-lobe rotors 15 and 16. These rotors have a suitable profile, involute or eyeloid, so as to maintain between the rotors only a very small clearance and substantially gas-tight for all rotation positions.
The rotors are surrounded by a casing 17 with semi-cylindrical sides 18 complementary to the trajectories described by the end of the lobes of the rotors and inside which the rotors rotate with a very low operating clearance, so as to obtain a substantially gas-tight seal. The housing is fitted with packing glands 19 and 20 to seal in the bearings of shafts 10 and 11.
During the rotation of the rotor, part of the gas in the inlet port 21 is trapped in pockets such as 22 and 23 formed by two adjacent rotor lobes and by the crankcase, this gas is driven by the rotation of the rotors and driven into the high pressure discharge port 24. The compression of the gases expelled towards the front is produced when they are discharged into the space 24.
Ports 25 and 26 are provided in the semi-cylindrical sides 18 of the housing to introduce higher pressure and lower temperature gas into the gas pockets between the rotor lobes in direct contact with the rotors. Each port is spaced approximately 120 from the edge of the inlet port 21, so that it
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opens into a pocket immediately following the pocket which has just closed, relative to the admission of gauze In Figure 3,
the rotor 15 has been shown at the moment when it has just closed the pocket 22 by separating it from the inlet 21 and at the moment when this pocket will open at the orifice 25. The rotor 16 is represented at a later point of its revolution, after placing the pocket 23 in communication with the orifice 26.
The cooling gas introduced into the pockets can come from any source at higher pressure than the gas in ld. pocket, and at a temperature low enough to exert on the rotors the desired cooling effect * Sa.
The composition will usually be the same as that of the gas admitted at 21, but in some cases this point may not be essential. Preferably, this gas is withdrawn from the discharge of the pump, since this gas is already at a pressure greater than that of the gas in the pocnes. As shown in figure j, ga, z can be withdrawn from the piping. outlet 27 through pipes 28 and 29, pass it through acne- matized coolers at 30 and 31 to lower its temperature by the required quantity, and introduce it into the pockets through orifices 25 and 26 .
The coolers 30 and 31 can be of any suitable shape, for example of the shell and tube bundle type in which a coolant, such as water, circulates through a row of tubes while the ga, z to be cooled passes. outside the tubes, and its heat output must be sufficient to ensure the desired cooling effect *
The initial gas pressure in the pocrise is the inlet pressure.
The introduction of gas from the discharge will raise the pressure in the gas chambers by a certain amount, but the withdrawal of gas from the
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discharge piping 27 is carried out in a relatively small quantity compared to the total flow of the stern, and does not appreciably reduce the pressure at the discharge * As the rotors rotate at high speed, and a pocha emerges in the discharge during as another pocket receives gas through the injection orifice from the discharge, the pressure pulsations in the discharge gas are negligible.
There will be no loss in the overall efficiency of the pump, provided that the orifices are arranged as already indicated, so that the gas coming from the discharge cannot go back into the inlet.
As shown in Figures 1, 3 and 4, there is also provided a jacket 32 surrounding the casing 17. This sleeve can extend around both sides and the rest of the casing as shown, or else only around the semi-sides. cylindrical, depending on temperature conditions. The jacket constitutes a space within which a heating fluid can be circulated around the casing to raise the temperature thereof to a point close to, and preferably a little higher than, the temperature of the rotors.
In this way, any undesirable cooling or any temperature irregularity of the casing is avoided, and it is thus possible to control the temperature of the casing and that of the rotors, so as to be able to always heat the casing to a temperature sufficient in relation to the temperature. rotors to ensure that the required clearances are maintained and so as to prevent excessive expansion of the rotors with respect to each other and with respect to the housing. It is preferable to keep the casing at a temperature higher than that of the rotor, but it is not desirable to have a high temperature differential as the clearances would then become exaggerated.
In some cases he
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It may be sufficient to use the jacket exclusively to maintain the casing at a temperature exhibiting a correlation with respect to the rotors such that the required clearances are maintained, without introducing cooling gas into the pockets.
The fluid flowing through the jacket may be an inert gas or a liquid at an appropriate temperature. Preferably, however, the gas delivered by the pump is used to maintain the crankcase at the required temperature. This can easily be done by providing orifices 33 making the upper part of the liner space communicate with the discharge space 24 immediately above the rotors * At this point, the rotors create sufficient turbulence to ensure the circulation of gases through the blouse. Most often, there is no need to provide other orifices in the lining.
However, in certain cases it may be found useful to make the lower part of the liner communicate with a part further downstream of the high pressure piping by means of pipes, in order to ensure increased gas circulation. The temperature of the housing is preferably not maintained at approximately the same value as that of the rotors, so that the same expansion takes place in these two components.
Referring to Figures 5, 6 and 7, we see a variant according to which the cooling gas is admitted into the pockets through practical orifices in the ends of the casing and no longer in the semi-cylindrical sides, as shown. 'shown above * Gas is drawn from the pump discharge through pipe 40, 11 through refrigerant 41, and the cooled gas passes through pipe 42 and enters the pockets through orifices 43 and 44. A
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refrigerant fluid such as water circulates through the cooler, in the usual manner, through pipe 45 and 46. When the rotors occupy the position shown in FIG. 5, the orifice 43 is closed by the rotor 16 and the port 44 is open.
The cooled gas enters through the orifice 44 into the pocket 48, raising the pressure and lowering the temperature of the gas in this pocket, and consequently cooling the rotor 15. When the rotors have rotated through a certain angle until occupying the position of Figure 6, port 44 begins to close and port 43 begins to open. Momentarily pockets 4? and 48 communicate through the pipe 42. As the pocket 48 has taken a pressure close to that of the discharge 24, while the pocket 4? contains gas at the lower pressure which is that of the inlet 21, gas will pass from the bag 48 to the bag 4? without passing through the cooler 41. But this state lasts so short that it does not seriously interfere with the foam .... ing desired cooling gas to the rotors.
It is therefore practically possible to use a single cooler, while the use of a single cooler would be less desirable in the device shown in figure 3, because in the case where the orifices are made in the semi-cylindrical sides of the housing, 11 remains open simultaneously for an appreciable time.
Another advantage of providing the orifices in the ends of the casing is that the cooling gas is admitted in a more favorable position to cool the rotors with less cooling on these sides of the casing. it may sometimes be desirable to use both the variant that lion has just described and the device described above and shown in figure 3 in the same pump, in order to admit the cooling gases into the rotor at several points,
and
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ensure greater cooling effects
Figures 8 and 9 show an application of the invention to a two-lobe rotor pump. In the case of the usual form shown for the rotors and the housing, it will be necessary to arrange the orifices 50, 51 so as to admit the cooling gas very close to the high pressure discharge of the pump 24, in order to avoid the return of high pressure gases upstream through the pump and their entry into the low space near. 'ion 21.
There is, however, a short period of time during which an orifice communicates with a port, before the latter opens directly to the high pressure space 24, as is evident when comparing Figures 8. and 9 which show two successive positions of the rotor * It would seem, at first glance, that at the precise moment when one of the rotors arrives at the. position shown to the right of Fig. 9, 11 should occur an instantaneous burst of gas from space 24 to the advancing rotor pocket;
however, the oscillographic recordings show that there is some delay which appears to ensure more satisfactory operation of ports 50, 51 than figures 8 and 9 appear to indicate.
The time interval is sufficient to initiate a burst of cooling gas into a pocket and significantly contribute to preventing overheating of the rotors. If we modify this usual form of pump with two lobes rotors, for example by making the cylindrical sides of the housing follow the path of the ends of the rotors over a greater distance, it becomes possible to increase the Tempe interval between the opening of the pocket to the cooling gas and the opening of the pocket to the space 24.
The ports for the cooling gas
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flow could also be arranged in the ends of the casing as shown in figures 5, 6 and 7 but in the case of% 1-lobed rotors the orifices will generally have to be placed near the discharge space 24 for the reasons given more high.
The devices described and shown constitute preferred embodiments of the invention, but it should be understood that the invention is in no way limited thereto, and that modifications can be made without departing from the spirit of invention.
CLAIMS
1.- Gas pump of the rotary type with displacement lice the handling of hot gases characterized in that it comprises a casing having an inlet and an outlet, rotors mounted in this casing with a reduced operating clearance ensuring a seal substantially gas-tight and capable of moving the gas from the inlet to the outlet by their rotation, and means for introducing cooling gas into this housing in direct contact with the rotors to prevent overheating of those here and keep the reduced operating clearance.