<Desc/Clms Page number 1>
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
<Desc/Clms Page number 2>
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-
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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,-
<Desc/Clms Page number 5>
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.
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
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
<Desc/Clms Page number 9>
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
<Desc/Clms Page number 10>
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
<Desc/Clms Page number 11>
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
<Desc/Clms Page number 12>
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-
<Desc/Clms Page number 13>
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.