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POMPE CENTRIFUGE.
L'invention concerne les pompes centrifuges et en particulier celles de la catégorie qui ne comporte pas de joint de friction ou de pres- se garniture entre l'arbre de la roue motrice et le corps de pompe afin de rendre ces pompes susceptibles de refouler les liquides corrosifs ou des li- quides entraînent!:'du gravier ou du sable. Ces pompes sont généralement ap- pelées pompes à sable ou à bouillie et un exemple en est décrit dans le bre- vet des Etats-Unis n 109760532 au nom de la même demanderesse.
Dans la pompe à sable décrite dans le brevet précité l'arbre de la roue motrice est entouré par une soupape à manchon mobile dans le sens de l'axe de cet arbre de façon à fermer et à ouvrir alternativement un espa- ce annulaire entre l'arbre de la roue motrice et la portion du corps de pom- pe qui l'entoureo La soupape à machon est. maintenue normalement par la pous sée d'un ressort de façon à former un joint étanche avec le ,corps+de pompe lorsque la pompe ne fonctionne pas. Dès que l'arbre de la roue motrice com- mence à tourner,des contre-poids oscillants soumisà la force centrifuge éloignent la soupape à manchon de son siège, à l'encontre de la poussée du ressort, pour la placer dans une position dans laquelle elle reste pendant que la pompe fonctionne.
On neutralisé la fuite par l'espace annulaire ainsi ouvert entre l'arbre et le corps de pompe à l'aide d'une roue motri- ce auxiliaire, tournant sur le même axe que l'arbre de la roue motrice, et faisant ainsi naître une pression hydraulique qui s'oppose à la tendance du liquide ou de la bouillie à s'échapper par-cet espace. En raison de sa fonction la roue auxiliaire est appelée.ici roue d'étanchéité. Lorsque la pompe s'arrête, la force centrifuge cesse d'aigr sur les contrepoids oscil- lants et le ressort exerce de nouveau sa poussée de façon à faire revenir la soupape à manchon dans la position où elle ferme l'intervalle annulaire entre l'arbre et le corps de pompe.
Une telle roue d'étanchéitéest décrite dans ses traits généraux dans le brevet des Etats-Unis n 1.346.926 au nom de la même demanderesse, selon lequel cette roue auxiliaire tourne dans une chambre qui l'entoure.
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L'invention tout en se servant des principes exposés dans les brevets précités les applique à une pompe à sable possédant de nouvelles ca- ractéristiques qui constituent des perfectionnements importants au point de vue du fonctionnement et de la construction.
Un objet important de l'invention consiste dans la construction d'une pompe à sable plus efficace que les pompes brevetées précitées sans que néanmoins leurs meilleures caractéristiques soient sacrifiées. Le ter- me "efficacité" est employé ici dans un sens un peu spéciale indiquant que la roue d'étanchéité est susceptible et a pour but de diminuer ou d'empêcher l'entrée et l'entraînement de l'air dans la pompe pendant son fonctionnement, étant donné que cet entraînement d'air exerce une influence nuisible sur la capacité de rendement de la pompe, surtout lorsque sa hauteur d'aspiration est considérable.
L'invention concerne donc plus particulièrement des perfection- nements aux dispositifs à roue auxiliaire d'étanchéité ainsi qu'à l'effica- cité des joints de cette pompe.
Un autre objet de l'invention consiste à monter la roue d'étan- chéité dans la pompe à sable de façon à perfectionner èt à faciliter l'as- semblage de la pompe.
Dans la pompe décrite dans le brevet n 1.346.926 la roue d'étan- chéité tourne dans une chambre auxiliaire qui l'entoure et qui est dite cham- bre d'étanchéité, cette chambre communiquant à une extrémité avec l'intérieur du corps de pompe et à l'autre avec l'atmosphère.
C'est-à-dire que le côté de la chambre adjacent à l'intérieur du corps de pompe comprend un interval- le annulaire, ou canal de passage, autour de l'arbre de la roue motrice, de même que lé côté de la chambre situé à l'autre extrémité, c'est-à-dire du côté de l'extérieuro Ces intervalles annulaires forment ainsi respectivement un canal intérieur et un canal extérieur, le canal intérieur communiquant avec l'intérieur de la pompe et le canal extérieur avec l'atmosphère, ce dernier étant automatiquement fermé par une soupape à manchon empêchant les, fuites, lorsque l'arbre de la roue motrice cesse de tourner. La roue d'étan- chéité elle-même comporte un disque avec ailettes ou aubés dirigées radiale- ment sur chacune de ses faces.
La longueur efficace des aubes dirigées vers l'intérieur du corps de pompe est moindre que celle des aubes dirigées vers l'extérieur. Ces aubes courtes seront appelées dans la suite aubes intérieu- res et les aubes longues, aubes extérieures. Les deux séries d'aubes exer- cent des forces centrifuges sur une masse de liquide contenue dans la cham- bre, mais dans des directions opposées entre elles, c'est-à-dire que la for- ce centrifuge exercée par les aubes intérieures s'oppose à celle exercée par les aubes extérieures. Cette dernière est cependant supérieure à celle qui est exercée par les aubes intérieures à cause de la différence de longueur efficace entre les deux séries d'aubes.
Le principe du fonctionnement con- siste dans ce que la force exercée par les aubes intérieures a tendance à refouler le liquide en dehors du corps de pompe, tandis que la force, plus grande, exercée par les aubes extérieures a tendance à refouler le liquide à l'intérieur du corps de pompe.
Suivant le principe du fonctionnement de la roue d'étanchéité brevetée,l'air atmosphérique a tendance à pénétrer à l'intérieur du corps de pompe en venant du côté des aubes extérieures, en passant à la périphé- rie du disque pour arriver du côté des aubes intérieures. Mais la force centrifuge imprimée au liquide ou bouillie contenue dans la chambre par les aubes inférieures empêche l'air de suivre ce trajet. Cependant cet équili- bre ne peut être maintenu que si, suivant le principe du brevet, la force dirigée en dedans exercée par les aubes extérieures contrebalance la for- ce dirigée en dehors exercée par les aubes intérieures, de telle façon que, les forces se faisant ainsi équilibre, la masse de liquide ou bouillie annu- laire formant un joint étanche puisse être maintenue autour de la portion voisine du bord du disque.
Suivant le principe du brevet précité, la force centrifuge imprimée au liquide faisant joint par les aubes extérieures (lon- gues) étant légèrement supérieure à celle qui lui est imprimée par les au-
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bes intérieures (courtes) l'air atmosphérique ne pénètre dans la chambre que du côté des aubes extérieures par contact interfacial avec le liquide ou bouillie qui, de ce côté., s'éloigne vers la périphérie des disques sans tou- tefois la découvriro En réalité, si la pompe et la roue d'étanchéité fonc- tionnaient dans les conditions indiquées dans le brevet, le liquide formant le joint se trouvant du côté des aubes extérieures s'éloignerait jusqu'à un point ou l'équilibre serait établi entre la pression du liquide et de l'air du côté des aubes inférieures,,
On supposait que cette roue d'étanchéité à aubes, faisant objet du brevet, provoquerait l'agitation du liquide, des matières solides en sus- pension et de l'air contenus dans la chambre, créerait ainsi un mélange en état d'agitation et que ce mélange formerait un joint empêchant l'air de pé- nétrer dans la pompe. Mais on a constaté que ce résultat n'était pas obtenu dans une mesure suffisante pour donner toute garantie contre ces pénétrations d'air et que le phénomène d'équlibre ne se produisait pas dans la mesure es- comptée.
C'est pourquoi un objectif important de l'invention consiste à per- fectionner ce joint étanche au passage de l'air, de façon à le rendre plus efficace et plus sûr, en le combinant avec le mécanisme à soupape à manchon mobile du brevet n 1,976.532
Ce résultat peut être obtenu en munissant la chambre d'étanchéité de dispositifs de tamisage ou canaux de passage propres à tamiser les matiè- res solides et à contrôler la grosseur ou les dimensions des particules de matières solides admis à pénétrer dans la chambre en venant de la pompe, ain- si que de canaux d'échappement partant de la périphérie de la chambre d'étan- chéité et aboutissant dans la portion d'admission du corps de pompe et dont les dimensions sont choisies par rapport à celles des canaux de tamisage,
de façon à maintenir dans la chambre une suspension de densité sensiblement constante pour réaliser l'étanchéité. Les dispositifs de tamisage ont pour but d'arrêter et de rejeter les corps solides de volume excessif afin de les empêcher d'arriver sur les aubes du disque de la roue d'étanchéité. Ces dispositifs peuvent comporter de préférence des zones de tamisage successif et progressif, à savoir une zone primaire opérant une première sélection des grosseurs, caractérisée par une ouverture d'admission annulaire de dimensions déterminées,suivie par une zone secondaire caractérisée par une gorge annu- laire de section réduite.
Un exemple de réalisation de ces dispositifs con- siste dans une chambre délimitée à son extrémité voisine de la pompe par une plaque comportant une nervure annulaire dirigée latéralement vers le dis- que de façon à former avec lui la'gorge de section réduite relative à la zo- ne secondaire,c'est-à-dire un filet de liquide faisant communiquer une mas- ¯ se annulaire intérieure plus petite de matières solides en suspension de grosseurs correspondant à la zone primaire venant de la pompe (par l'orifi- ce d'admission de la zone primaire de tamisage) avec une masse annulaire ex- térieure plus grande de ces matières solides, de dimensions assez faibles pour avoir pu traverser la zone primaire de sélection des grosseurs, puis par la gorge de section réduite de la zone secondaire de tamisage.
Si les matières solides en suspension arrivent d'une manière con- tinue dans la chambre, elle s'y accumulent et finissent par en chasser le liquide jusqu'à ce qu'elles remplissent la chambre complètement et rendent ainsi inefficaces les aubes de la roue d'étanchéité. En conséquence,'sui- vant l'invention un dispositif est prévu dans le but de maintenir une densi- té, ou une dilution, sensiblement constante des matières solides en suspen- sion dans la chambre.
Un exemple de réalisation de ce dispositif consiste dans un canal de sortie ou d'échappement partant de la chambre et revenant du côté de l'admission de la pompe, canal dont les dimensions sont choisies avec soin de façon à permettre aux matières solides en suspension venant de la chambre d'y passer avec un débit tel que la chambre ne se vide pas de son liquide ni que la concentration des matières solides y augmente exagérément.
A cet effet,la largeur ou la section transversale du canal d'échappement doit être plus grande que celle de la gorge et de l'orifice d'admission, mais la section de passage totale du canal d'échappement ne doit pas être assez grande pour que les aubes aspirent du liquide hors de la chambre avec un dé-
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bit supérieur à celui de son arrivée dans cette chambre par l'orifice d'ad- mission et la gorge de tamisage des grosseurs. De même, l'extrémité d'en- trée du canal d'échappement est disposée au voisinage de la périphérie de la chambre d'étanchéité et le canal suit une direction générale dans le sens radial-de la chambre, de façon à faire revenir les matières solides en suspension de la chambre dans la pompe avec une force centrifuge suffisante pour empêcher le canal de s'obstruer.
On obtient donc suivant l'invention, et en l'appliquant dans la pratique, une masse annulaire en agitation de matières solides en suspension, dans laquelle la périphérie du disque à aubes de la roue d'étanchéité est submergée en permanence pendant son mouvement de rotation, la grosseur maxi- mum des particules de ces matières solides étant réglée et la densité de la suspension étant maintenue sensiblement constante et égale à celles du li- quide refoulé par la pompe. La densité des matières solides en suspension est également maintenue sur la face du disque sur laquelle le mélange en suspension arrive, tandis que l'air qui arrive sur l'autre face du disque est également maintenu en état de forte agitation par les longues aubes de cette face.
La masse d'air agité vient en contact avec la masse plus'den- se'de matières solides en suspension, dans laquelle la périphérie du dis- que est immergée et qui la repousse sensiblement. En d'autres termes, l'air qui est entraîné par-les aubes extérieures se sépare par la force centrifuge du mélange de-matières solides et de liquide. Si la pompe fonc- tionne sous une pression négative à l'extrémité d'admission, le volume ou diamètre de la masse d'air entre la face de contact avec l'air du disque et la chambre est plus grand que la portion submergée du disque. Inversement, si la pompe fonctionne sous une pression positive, ce volume est plus petit que la portion submergée du disque.
C'est-à-dire que pour que le joint fonctionne d'une manière efficace il faut que le diamètre de l'interface cy- lindrique entre l'air et le liquide soit plus petit que le diamètre d'une circonférence délimitant les extrémités extérieures ou pointes des longues aubes situées du côté extérieur du disque, étant donné que ces pointes doi- vent être entourées par du liquide pour qu'elles puissent exercer une ac- tion centrifuge sur le liquide. Cependant le diamètre de cette interface est plus grand lorsque le liquide arrive dans la pompe sous une charge néga- tive que lorsqu'il y arrive sous une charge positive.
Si certaines caractéristiques de l'invention la rendent particu- lièrement avantageuse dans les pompes refoulant des mélanges par suspensions de matières solides et de liquides, cela ne veut pas dire qu'une pompe cons- truite d'après les principes de l'invention conviendrait pour des liquides ne contenant pas de matières solides.
Le corps de pompe du brevet Wilfley n 1.976.532 comporte un corps de pompe principal dans lequel passe l'extrémité libre de l'arbre de la roue motrice et un couvercle pouvant être enlevé du corps de pompe pour retirer la roue motrice de l'extrémité libre de l'arbre. La roue d'étanchéité -est formée par un prolongement creux en dedans de la portion formant moyeu de la roue motrice et comporte des aubes partant de la face intérieure de la por- tion creuse de ce prolongement. La face extérieure du prolongement comporte une portion complémentaire du contour intérieur de l'extrémité d'entrée du corps de pompe et par suite ces deux roues forment un ensemble assez compli- qué.
Pour démonter le pompe, on est obligé de faire sortir la roue motrice et la roue auxiliaire d'étanchéité,qui forment un ensemble, par l'extrémité libre extérieure de l'arbre de la roue motrice et du corps de pompe dans une direction axiale en dehors, tandis que l'arbre lui-même de la roue motrice avec son mécanisme de soupape à manchon et la roue d'étanchéité auxiliaire doivent être sortis dans l'autre direction axiale.
De plus la pompe comporte un élément de support de l'arbre amo- vible dont l'extrémité intérieure se loge dans le corps de pompe qui le sup- porte par un presse garniture, tandis que l'autre extrémité de cet élément est portée par le bâti de la pomper Cet élément de support de l'arbre comporte sous forme mondoboun manchon tubulaire fixe dans lequel l'arbre de la roue est monté à rotation et une cage partant de l'extrémité du côté
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de la pompe de ce manchon et pénétrant dans la portion d'admission du corps de pompe de façon à entourer le mécanisme de soupape à manchono La cage con- stitue en réalité un prolongement en dedans du manchon et son extrémité libre constitue l'extrémité du dispositif de support de l'arbre qui se loge dans le corps de pompe.
L'extrémité libre de la cage est fermée par une plaque de bout annulaire entourant l'arbre de la roue motrice et formant à l'intérieur de la cage un siège annulaire de la soupape à manchon, tandis que sa face ex- térieure comporte un évidement annulaire dans lequel pénètre la roue d'étan- chéité.
C'est pourquoi, dans une telle pompe, ce n'est qu'après avoir dé- monté la roue motrice avec sa roue d'étanchéité et les avoir fait sortir par l'extrémité libre de l'arbre, qu'il est possible de faire sortir du corps de pompe dans l'autre direction le dispositif de support de l'arbre avec son man- chon. En d'autres termes les principaux éléments d'assemblage de cette pompe sont les suivants : a) le corps de pompe et sa base,b) l'ensemble des roues motrice et d'étanchéité, et c ) le dispositif de support de l'arbre avec son mécanisme de soupape.
Un des objets de l'invention consiste non seulement à améliorer l'efficacité de l'étanchéité de la pompe de ce type, mais encore de perfec- tionner sa forme de construction de façon à la rendre plus facile à assem- bler et 'plus facilement accessible ; bref, cela consiste à réaliser un mon- tage amélioré de la roue d'étanchéité sans pour cela rendre nécessaire une modifications importante dans la disposition fondamentale des autres éléments d'assemblage principaux a), b) et c) de la pompe.
Les résultats précités sont obtenus en complétant la plaque de fermeture de la cage par une plaque à contour profilé de façon à former entre elle et la plaque de fermeture une chambre annulaire auxiliaire entourant une roue d'étanchéité séparée, portée par l'arbre de la roue motrice en même temps que cette roue.
Le côté de la plaque profilée dirigé'vers l'intérieur de la pompe comporte une portion fixe à profil de moindre résistance du contour in- térieur de la portion d'admission de la pompe, quoique faisant partie du dis- positif de support de l'arbre d)
La roue d'étanchéité est ainsi-maintenue en place dans sa chambre et tourne avec l'arbre de la roue motrice au moyen d'un accouplement entre el- le et la roue motrice, qui est fixée d'une manière amovible sur l'extrémité li- bre de l'arbre. Cet accouplement entre la roue motrice et la roue d'étanchéi- té s'établit de lui-même au cours de l'assemblage de la pompe. C'est-à-dire que lorsqu'on démonte la roue motrice et qu'oin l'enlève de son arbre, on la détache en même temps de son accouplement avec la roue d'étanchéité.
De son côté la roue d'étanchéité peut être retirée ensuite du corps de pompe, en tant que partie du dispositif démontable de support de l'arbreo En d'autres termes la roue motrice et la roue d'étanchéité s'enclenchent par leurs moyeux, qui comportent des surfaces complémentaires dentelées pénétrant l'une dans l'autre, c'est-à-dire qu'un des moyeux comporte une extrémité dentelée qui vient en contact avec l'extrémité dentelée complémentaire de l'autre moyeu.
De plus, une rondelle d'amortissement est interposées et comprimée entre ces moyeux.
Sur le dessin ci-joint, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est une élévation latérale avec coupe longitudinale par- tielle d'une forme de réalisation choisie de préférence de la pompe suivant l'invention comportant les perfectionnements du dispositif d'étanchéité ainsi que les perfectionnements de la construction; la Fig. 2 est une coupe partielle de la pompe de la Fige 1 dont les éléments sont démontés; la Figo 3 est une coupe de détail à plus grande échelle de la por- tion de la pompe, qui comporte le dispositif d'étanchéité perfectionné; la Fig 4 est une coupe semblable à la Fig 3 sur laquelle sont indiquées dans la chambre d'étachiét les conditions de pression correspondant
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à une pression d'admission de la pompe fortement négative;
la Fig. 5 est une coupe semblable à la Fig. 3., sur laquelle sont indiquées dans la chambre d'étanchéité les conditions de pression correspon- dant à une pression d'admission de la pompe moins négative; la Fig 6 est une coupe semblable aux Figs. 3, 4, 5, mais à échel- le encore plus grande, de façon à faire apparaître plus nettement les conditions de fonctionnement, en particulier en ce qui concerne le tamisage, dans la cham- bre d'étanchéité; la Fig. 7 est une coupe de détail de la roue d'étanchéité; la Fig. 8 est une élévation de la roue d'étanchéité observée sui- vant la ligne 8-8 de la Fig. 7 ; la Fig. 9 est une élévation de la roue d'étanchéité observée sui- vant la ligne 9-9 de la Fig. 7 ;
la Fig. 10 est une élévation latérale de la roue d'étanchéité ob- servée suivant la ligne 10-10 de la Fig. 9 ;
Suivant la forme de réalisation représentée, la pompe suivant l'in- vention comporte un arbre 10 de la roue motrice pouvant tourner dans un support 11, fixe et de forme générale tubulaire dont l'extrémité antérieure pénètre dans un corps de pompe 12 qui la supporte, tandis que son extrémité postérieu- re est supportée par un palier 13 en une seule pièce avec l'extrémité postérieu- re d'un socle 14 de la pompe. En réalité, le socle 14 est aussi en une seule pièce avec la portion 12a du corps de pompe qui constitue la portion d'admis- sion.
Un couvercle de palier 13a maintient le bâti tubulaire en place sur le palier 13 Une portion 15 de refoulement du corps de pompe est fixée sur la portion 12a de l'admission du corps de pompe et entoure une roue motrice 16 calée sur l'extrémité antérieure de l'arbre 10 Une portion annulaire inter- médiaire 17 du corps de pompe est intercalée entre les portions 12a et 15 du corps de pompe et des joints étanches sont formés entre ces éléments, par exem- ple par des rondelles en caoutchouc 18 et 19 La portion de refoulement du corps de pompe comporte un tuyau de refoulement 20, tandis que le tuyau d'ad- mission de la portion d'admission du corps de pompe n'est pas représentée sur la figure.
Un joint étanehe est formé entre le support tubulaire 11 et la por- tion d'admission du corps de pompe par une garniture 21 maintenue par un pres- se-garniture 22 fixé par exemple par des pattes 23 fixées par des vis 24 sur la portion d'admission. Une tige filetée 25 empêche le mouvement longitudinal du support tubulaire 11 tout en permettant de régler sa position longitudinale; cette tige filetée se visse dans le palier 13 et est fixée sur le bâti tubulai- re au moyen d'une patte en forme de chape 26 en une seule pièce avec lui, ain- si qu'au moyen de deux écrous indesserrables 27 et 28 qui se serrent de chaque côté contre la patte en forme de chape.
Le support tubulaire 11 comporte trois portions qui peuvent être désignées sous le nom de portions 29 comportant le support de l'arbre, por- tion 30 de réglage à soupape et portion 31 comprenant la roue d'étanchéité.
La portion 29 de support de l'arbre est désignée sous ce nom du fait qu'elle contient un élément tubulaire 32 qui comporte un roulement à billes antérieur 33 et un roulement à billes postérieur 34 dans lesquels tourne l'arbre10 de la roue motrice, qui ne peut pas se déplacer dans le sens longitudinal.
La portion 30 de réglage à soupape comporte une cage 35 fixée par des brides et boulons 35a sur l'extrémité antérieure de l'élément tubulaire 32 et au fond de laquelle se trouve une ouverture 36
Cette cage loge un mécanisme de commande d'une soupape automatique actionné par la force centrifuge, désigné d'une manière globale par M et con- nu en soi dans la pompe du brevet précité n 1,976.352 Ce mécanisme comporte une soupape à manchon annulaire 37 qui peut coulisser dans le sens de l'axe sur l'arbre 10 de la roue motrice de façon à ouvrir et fermer un intervalle ou jeu annulaire 38 (plus nettement visible sur la Fig. 6) déliminté par une plaque de fermeture annulaire P qui entoure l'arbre de la roue motrice et est
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solidaire de la cage 35 et fixée sur elle.
La soupape à manchon 37 est solidaire d'un élément ou écran 38 en forme de cloche qui de son côté entoure le mécanisme centrifuge proprement dit de commande de la soupape. L'écran 39 est accouplé au moyen d'un dia- phragme 40 à l'arbre 10, tout en restant mobile par rapport à cet arbre qui ne peut se déplacer dans le sens de l'axe. C'est-à-dire que le bord extérieur de ce diaphragme s'attache à l'intérieur de l'écran 39 au point 41, tandis que le bord intérieur du diaphragme s'attache au point 42 sur un manchon 43 fixé de son côté sur l'arbre. Ce diaphragme 40 en se déformant permet à la soupape et à l'écran de se déplacer ensemble suivant l'axe par rapport à 1'ar- bre sous l'action de contrepoids 44 oscillants centrifuges.
Chacun de ces contrepoids dont un seul est visible sur la Fig. 1 est mobile autour d'un axe 45 monté sur la manchon 43 et par suite solidaire de ce manchon et de l'arbre 10. En conséquence lorsque l'arbre tourne, les extrémités extérieures ou alour- dies 44a des contrepoids s'éloignent de l'arbre tandis que leurs extrémités inférieures 44b venant en contact avec l'intérieur de l'écran 39, font avan- cer la soupape 37 dans sa position d'ouverture à l'encontre de la poussée d'un ressort à boudin 46 qui entoure l'arbre et fait revenir la soupape en position de fermeture lorsque l'arbre cesse de tourner et que l'action centrifuge des contrepoids cesse.
La portion 31 de la roue d'étanchéité constitue une chambre annu- laire 47 formée par la plaque de fermeture P et une plaque dite plaque profi- lée 48. Une roue d'étanchéité 49, fixée sur l'arbre d'une manière plus faci- le à voir en détail sur les Figs. 3 à 6, tourne dans cette chambre, c'est-à- dire que le moyeu 49a de cette roue d'étanchéité est accouplé avec l'arbre du fait qu'il est logé entre l'extrémité intérieure du manchon 43 et la portion voisine de l'extrémité 16a du moyeu de la roue motrice.
Les extrémités en con- tact mutuel des moyeux de la roue motrice et de la roue d'étanchéité ont une forme ondulée dont les ondulations S1 et S2 respectives sont complémentaires, de façon que les portions en saillie de l'un des moyeux pénètrent dans les por- tions en creux de l'autre et inversement, et que par suite le mouvement de ro- tation ou couple de l'arbre 10 soit transmis par la roue motrice 16 à la roue d'étanchéité 48 et que les deux roues tournent ensemble avec l'arbre.
On in- tercale entre les deux surfaces complémentaires avec les portions en saillie Si et S2 un élément annulaire de remplissage 50 en caoutchouc ou matière ana- logue se déformant élastiquement, destiné à la transmission du couple, qui rend inutile un usinage ou ajustage de précision entre les portions en contact des moyeux des roues 16 et 49
La portion 31 comprenant la roue #d'étanchéité avec sa roue d'étan- chéité 49 et sa chambre 47 possède certaines caractéristiques décrites en dé- tail ci-après en se référant aux Figs. 3 à 10 à l'appui.
Ces caractéristiques consistent en principe en un canal d'admission 51 conduisant du côté de l'ad- mission vers l'intérieur de la pompe et aboutissant au centre dans la chambre 47 et un canal de sortie 52 également appelé ici canal de décompression qui part du bord de la chambre 47 et revient du côté de l'admission de l'intérieur de la pompe.
La roue d'étanchéité 49 comporte une portion en forme de disque 53 en une seule pièce avec le moyeu 49a. Le disque comporte sur sa face ex- térieure de longues nervures radiales dites aubes longues 54, dirigées du côté opposé à l'intérieur de la pompe et en une seule pièce avec ce disque et désignées par leur longueur L1 Les aubes 54 alternent avec des pattes 55 en forme de triangle divisant les courants de liquide, intercalées entre les portions extérieures respectivement des extrémités des aubes 54 et également en une seule pièce avec le disque 53.
Le disque comporte sur sa face inté- rieure c'est-à-dire dirigée vers l'intérieur de la pompe de courtes nervures radiales en une seule pièce avec lui, dites aussi aubes courtes 56, et dési- gnées par leur longueur L2 Les positions relatives des aubes longues et des aubes courtes sont choisies dans le sens radial de façon que les aubes courtes commencent à une distance d2 de l'extrémité intérieure et se terminent à une distance d1 de l'extrémité des aubes longues.
La longueur des aubes longues L1 est donc égale à la somme di + L2 = d2
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La plaque profilée 48 entoure la portion 16a, formant moyeu, de- la roue motrice et constitue avec elle le canal d'admission annulaire 51 ca- ractérisé par une largeur w1 La plaque profilée comporte du côté de l'in- térieur de la chambre 47 une nervure annulaire 57 dirigée vers le disque 53 de la roue d'étanchéité et se termine à une distance w2 de celui-ci en formant ainsi un canal intermédiaire entre les canaux d'admission et d'échappement de la chambre.
Les canaux d'échappement 52.sont formés dans la portion du bord de la plaque profilée 48 et comportent une portion radiale 52a et une portion horizontale 52bo Les canaux d'échappement sont également caractérisés par une largeur w3 La largeur wl du canal intermédiaire 58 sont toutes deux inférieu- res à w3 Dans ces conditions, si la pompe refoule une bouillie ou un mélange de matières solides et de liquide contenant des matières solides en grosses et fines particules, le canal d'admission ne permet qu'à la fraction de parti- cules fines de pénétrer dans la chambre d'étanchéité 47 Pendant que la pom- pe fonctionne,
cette fraction de particules fines passe de la partie centrale dans les parties extérieures de la chambre 47 par le second canal ou canal in- termédiaire 58 et sort finalement de la portion du bord de la chambre 47 par les canaux d'échappement 52 Une certaine portion de liquidé entraînant des matières solides et possédant des caractéristiques appropriées peut ainsi cir- culer dans la pompe en passant dans la chambre d'étanchéité 47, de façon à main- tenir un joint liquide dans cette chambre, sans toutefois que les matières so- lides risquent de s'y accumuler, en l'empêchant éventuellement de fonctionner convenablement., La pièce profilée 48 comporte du côté de l'intérieur du corps de pompe une face annulaire courbe, convexe,
59 L'action de tamisage exercée par le canal d'admission 51 et empêchant les grosses particules de la bouillie de pénétrer dans la chambre d'étanchéité 47 est indiquée sur la Fig 6, le mé- lange de matières solides pénétrant dans la pompe étant caractérisé par des gros- ses particules 60 et des fines particules 61 qui seules peuvent entrer et pas- ser dans la chambre d'étanchéité 47 étant donnée la largeur W1
Fonctionnement de la roue d'étanchéité
Lorsque la pompe démarre, le mécanisme M commandé par la soupape fait avacer la soupape 37 vers l'extérieur et l'éloigne de son siège sur la plaque P, en la faisant ainsi passer de sa position de fermeture de la Fig.3 dans sa position d'ouverture de la Fig 6 En même temps,
la roue d'étanchéi- té 49 exerce son action sur le liquide ou mélange de matières solides et de liquide qui remplit la chambre d'étanchéité 47 en le refoulant par la force centrifuge, de façon à former une masse annulaire de liquide formant joint et à maintenir cette masse dans la chambre d'étanchéité à peu près comme l'indi- que la Figo 6, cette masse de liquide entourant et noyant la portion du bord du disque 53 de la roue d'étanchéitéo Du fait de l'action mutuelle exercée par les pressions hydrostatiques et les forces centrifuges sur le liquide de la chambre 47, il s'y établit un état déquilibre qui se traduit par le fait qu'une portion de la surface extérieure F1 de la roue d'étanchéité est exposée à la pression atmosphérique se transmettant par l'ouverture 38 de la soupape,
tandis que sa portion périphérique et l'autre face, ou face inférieure F2, sont entourées et en contact avec le liquide. Dans les conditions de fonctionnement supposées exister suivant la Fig 6, la mesure dans laquelle la face F1 qui ex- posée à l'air est indiquée par une surface d'un diamètre Dl inférieur de ¯ au diamètre D2 du disque 53o La face extérieure du disque est donc immergée jusqu'à une profondeur,, qui représente le joint proprement dit qui empêche l'air atmosphérique de pénétrer dans la pompeo la.
profondeur d'immersiondu disque indiquée sur la Figo 6 correspond à'un ensemble donné de conditions de fonctionnement, mais on peut faire varier ces conditions entre certaines li- mites de sécurité, correspondant à une variation du diamètre D1 Il existe ainsi pour une pompe donnée une certaine marge en ce qui,:
concerne les varia- tions de ses conditions de fonctionnement à l'intérieur de laquelle le joint liquide fonctionne convenablement, ces variations- étant dues principalement aux différences de la pression à laquelle le liquide arrive dans la pompe, et qui pour abréger sera appelée ici pression d'alimentation. Cela veut dire qu'on peut faire varier la presion d'alimentation et par suite la profondeur d'imersion¯ du disque 53, pourvu que la périphérie du disque reste immergée dans le liquide formant joint et pourvu, d'autre part, que ce dernier ne puis-
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se pas venir recouvrir une portion assez grande de la face extérieure F1 du disque, pour risquer de s'échapper par couverture 38 de la soupape.
Ces limites de sécurité sont indiquées sur les Figso 4 et 5 en fonction du dia- mètre de la portion découverte de la face F1 du disque. Sur la Fig. 4, le diamètre de sécurité maximum D3 correspond à une pression d'alimentation re- lativement faible,tandis que sur la Fig. 5 le diamètre de sécurité maximum D4 correspond à une pression d'alimentation relativement forte. On peut éga- lement modifier ces limites en faisant varier les longueurs relatives L1 et L2 et les positions relatives des aubes 54 et 56 de la roue d'étanchéité.
La fonction remplie par la roue d'étanchéité est particulièrement importante, ainsi qu'il a été dit au commencement, lorsque la pression d'ali- mentation est négative, c'est-à-dire lorsque la pompe fonctionne sous une char- ge d'aspiration. Si on suppose que les conditions de la Fig 6 correspondent à ce cas de la pression d'alimentation négative, une fois les conditions d'é- quilibre hydraulique établies dans la chambre d'étanchéité 47, il s'établit un espace A rempli d'air contre la face extérieure de la roue d'étanchéité, cet espace pouvant être défini par la surface circulaire correspondant au diamètre Dl et par une surface cylindrique C qui représente l'interface en- tre le liquide et l'air.
En effet, la force centrifuge qui a tendance à com- primer la masse annulaire du joint liquide dans la chambre 47, a aussi pour effet, par la forte compression qu'elle exerce, de refouler l'air éventuelle- ment susceptible de se mélanger avec le liquide, en maintenant ainsi l'inter- face C sur un diamètre à peu près nettement délimité.
Les conditions d'équilibre qui maintiennent la masse annulaire du liquide formant joint autour du bord du disque 53 résultent du fait que les aubes 56 d'un côté du disque 53 sont plus courtes que les aubes 54 de l'autre côté du disque, en d'autres termes, du rapport choisi entre les longueurs Ll/L2 des aubes, ainsi que de la disposition radiale des deux séries d'aubes l'une par rapport à l'autre.
Par conséquent, la force centrifuge imprimée au liqui- de par les aubes courtes est inférieure mais opposée à celle qui -lui'est impri- mée par les aubes longues, les directions des forces centrifuges exercées par les deux séries d'aubes étant indiquées respectivement par les flèches R1 et R2 de la Fig..6. L'air atmosphérique en communication avec l'espace rempli d'air A par l'ouverture 38 de la soupape a tendance à pénétrer du côté de l'ad- mission du corps de pompe sous l'effet de la pression d'alimentation négative ou aspiration, mais la force centrifuge antagoniste imprimée au.liquide for- mant joint par les aubes courtes l'en empêche.
En d'autres termes²: étant don- né que la force centrifuge R2 est plus grande que la force centriuge antagoins- te R1 l'air pénètre dans l'espace A qui fait suite au liquide repoussé par la. force centrifuge sur la face extérieure du disque 53, jusqu'à ce qu'un équili- bre s'établisse entre les pressions combinées du liquide et de l'air sur la fa- ce extérieure F1 du disque 53 et la pression du liquide sur l'autre face 'ou face intérieure F2 du disque. Dans ces conditions, l'air atmosphérique ne peut pas passer de la surface extérieure F1 par la périphérie du disque 53 sur la face intérieure F2 de ce disque à cause de la présence de la masse annulaire. du liquide du joint entourant la périphérie du disque.
Par suite, le mouvement même de rotation de l'arbre de la roue, tout en maintenant la soupape 37 dans sa position d'ouverture, a également pour effet de former un joint hydraulique du côté de l'admission du corps de pompe empêchant l'air d'entrer quoique la pompe puisse avoir à exercer une action d'aspiration pour y faire arriver le liquide ou le mélange de matières solides et de liquide.
Il doit être bien entendu que l'air entraîné se sépare par la for- ce centrifuge du liquide ou bouillie sous Inaction des longues aubes de la roue d'étanchéité et par suite ne peut en aucune manière, en étant entraîné par le liquide, arriver du côté de l'admission de la pompe, en l'empêchant d'exercer son action d'aspiration. De plus, le diamètre Dl de l'interface C entre le liquide et l'air ne doit pas être supérieur au diamètre D2 des pointes extérieu- res des longues aubes 54, étant-donné qu'au moins ces pointes doivent être im- mergées ou entourées par le liquide pour que l'action centrifuge puisse s'exer- cer sur le liquide et que la masse annulaire du liquide formant joint puisse 'se former et se maintenir dans la chambre d'étanchéité.
Cependant, le diamè- tre Dl de l'espace rempli d'air est plus grand lorsque la pompe fonctionne
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avec aspiration, c'est-à-dire quand la pression d'alimentation est négative, que lorsque la pression d'alimentation est positive.
L'aptitude des aubes, 'courtes et longues, de la roue d'étanchéité à maintenir un joint liquide à l'encontre d'une pression d'alimentation né- gative ou positive dépend des rayons respectifs de leurs pointes représentés par les diamètres D2 et D5 ainsi que de leurs longueurs respectives Ll et L2 En faisant varier ces caractéristiques de construction pour une vitesse de rotation donnée de la pompe, on obtient un joint qui convient aux diverses conditions de la pression d'alimentation. Par exemple, s'il est nécessaire de former un joint liquide à l'encontre d'une pression d'alimentation forte- ment négative pour une vitesse de rotation donnéeon augmente le diamètre D5 des aubes courtes jusqu'à une valeur maximum, ainsi que leur longueur L2, en augmentant ainsi leur action d'aspiration,
tandis que la dimension des aubes longues reste sans changement. Si le joint doit être établi pour une pression d'alimentation fortement positive, on réduit au minimum l'action d'aspiration des aubes courtes de façon à n'exercer une légère action d'aspiration que du fait de la rugosité superficielle éventuelle de la face F2 du disque, de sorte que la presque totalité de la longueur des aubes longues reste disponible pour engendrer une pression équilibrant la pression d'aspiration de la pompe.
Par exemple, dans la pratique, on peut choisir trois combinaisons différentes des longueurs des aubes, à savoir : une combinaison pour une pres- sion d'admission fortement positive, une combinaison pour une pression d'ad- mission négative et une combinaison intermédiaire pour une pression d'admis- sion normale ou moyenneo Pour faire varier ces proportions, on fait varier les dimensions des aubes courtes pour des dimensions données des aubes longues.
Suivant la Fig 6, la pompe est supposée refouler un mélange de ma- tières solides et de liquide ou bouillie contenant des particules solides re- lativement grosses désignées en groupe par El avec des particules relativement fines désignées en groupe par E2 La roue d'étanchéité a pour effet de faire revenir une certaine quantité de bouillie du côté de l'admission de la pompe dans la chambre d'étanchéité, la bouillie pénétrant par le canal d'admission 51 et revenant du côté de l'admission par les canaux d'échappemento
Si on considère la manière dont s'effectue cette recirculation de la bouillie dans la chambre d'étanchéité,
une distinction doit être faite entre les largeurs respectives et les sections de passage- des canaux d'admis- sion et d'échappements La section d'échappement ne doit pas être suffisamment grande pour que les aubes 54 et 56 fassent circuler le liquide dans cette sec- tion plus vite qu'il n'arrive par la section d'admission. En fait, les pro- portions de ces sections doivent être choisies de façon à faire arriver d'une manière continue dans la chambre d'étanchéité et sur les aubes de la roue, la bouillie ne contenant sensiblement pas l'air entraîné.
Mais la largeur W3 du canal d'échappement doit être plus grande que la largeur W2 du canal intermé- diaire 58, ainsi que la largeur w1 du canal d'admission., Le canal d'admission de largeur w1 constitue en fait un tamis de classement primaire, tandis que le canal de largeur w2 constitue un tamis secondaire de classement des parti- cules ayant passé par le canal d'admission. Les largeurs w2 et w1 représen- tent l'intervalle entre les éléments fixe et rotatif, de sorte que les parti- cules pénétrant dans ces intervalles sont soumises à des'différences de vites- ses considérables entre les parois latérales de ces intervalles.
S'il arri- vait que des particules pénétrant dans ces intervalles aient une grosseur sus- ceptible de les y faire adhérer ou de l'obstruer, le mouvement relatif des pa- rois latérales aurait pour effet d'en diminuer le volume par abrasion jusqu'à ce qu'ils aient une grosseur leur permettant d'y passer. Par suite étant don- né que les largeurs w1 et w sont inférieures à la largeur w3, les particules passant par les canaux d'échappement, étant entraînées par le liquide qui passe dans la chambre d'étanchéité.
En faisant arriver et recirculer dans la chambre d'étanchéité une fraction de bouillie ainsi "triée" contenant des fi- nes particules à l'exclusion des grosses, on réalise un fonctionnement sans à-coups et sans obstructions de la chambre et de la roue d'étanchéité, en en réduisant l'usure.
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Bien entendu, l'invention ne doit pas être considérée comme limi- tée à la forme de réalisation représentée et décrite, qui n'a été choisie qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS.
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CENTRIFUGAL PUMP.
The invention relates to centrifugal pumps and in particular to those of the category which does not include a friction seal or pressure seal between the shaft of the drive wheel and the pump body in order to make these pumps capable of delivering the pumps. corrosive liquids or liquids entrain!: 'Gravel or sand. These pumps are generally referred to as sand or slurry pumps and an example is described in US Pat. No. 109760532 in the name of the same applicant.
In the sand pump described in the aforementioned patent, the drive wheel shaft is surrounded by a sleeve valve movable in the direction of the axis of this shaft so as to alternately close and open an annular space between it. The shaft of the drive wheel and the portion of the pump body which surrounds it. normally maintained by the thrust of a spring so as to form a tight seal with the pump body when the pump is not operating. As soon as the drive wheel shaft begins to turn, oscillating counterweights subjected to centrifugal force move the pinch valve away from its seat, against the thrust of the spring, to place it in a position in which it is not seated. which it remains while the pump is running.
The leak is neutralized by the annular space thus opened between the shaft and the pump body using an auxiliary drive wheel, rotating on the same axis as the drive wheel shaft, and thus making a hydraulic pressure arises which opposes the tendency of the liquid or the slurry to escape through this space. Due to its function the auxiliary wheel is called here sealing wheel. When the pump stops, the centrifugal force ceases to sharpen on the oscillating counterweights and the spring exerts its thrust again so as to return the pinch valve to the position where it closes the annular gap between the shaft and pump body.
Such a sealing wheel is described in general terms in United States Patent No. 1,346,926 in the name of the same applicant, according to which this auxiliary wheel rotates in a chamber which surrounds it.
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The invention while making use of the principles set forth in the aforementioned patents applies them to a sand pump having new features which constitute significant improvements in operation and construction.
An important object of the invention consists in the construction of a sand pump which is more efficient than the aforementioned patented pumps without nevertheless their best characteristics being sacrificed. The term "efficiency" is used here in a somewhat special sense indicating that the sealing impeller is susceptible and intended to decrease or prevent the entry and entrainment of air into the pump during. its operation, given that this air entrainment exerts a detrimental influence on the efficiency of the pump, especially when its suction height is considerable.
The invention therefore relates more particularly to improvements to the auxiliary sealing wheel devices and to the efficiency of the seals of this pump.
Another object of the invention is to mount the seal wheel in the sand pump in such a way as to improve and facilitate the assembly of the pump.
In the pump described in patent no. 1,346,926, the sealing wheel turns in an auxiliary chamber which surrounds it and which is called the sealing chamber, this chamber communicating at one end with the interior of the body. pump and the other with the atmosphere.
That is, the side of the chamber adjacent to the interior of the pump body includes an annular gap, or passage channel, around the drive wheel shaft, as does the side of the drive wheel. the chamber located at the other end, that is to say on the outside side o These annular intervals thus respectively form an interior channel and an exterior channel, the interior channel communicating with the interior of the pump and the channel outside with the atmosphere, the latter being automatically closed by a sleeve valve preventing leaks, when the drive wheel shaft stops rotating. The sealing wheel itself comprises a disc with fins or vanes directed radially on each of its faces.
The effective length of the vanes directed inwardly of the pump body is less than that of the vanes directed outward. These short vanes will be referred to hereinafter as interior vanes and long vanes, exterior vanes. The two series of blades exert centrifugal forces on a mass of liquid contained in the chamber, but in opposite directions to each other, i.e. the centrifugal force exerted by the inner blades opposes that exerted by the outer vanes. The latter is however greater than that exerted by the inner vanes because of the effective length difference between the two series of vanes.
The principle of operation consists in that the force exerted by the inner vanes tends to force the liquid out of the pump body, while the greater force exerted by the outer vanes tends to force the liquid out. inside the pump body.
According to the operating principle of the patented sealing wheel, atmospheric air tends to penetrate inside the pump body from the side of the outer vanes, passing around the periphery of the disc to arrive from the side. inner vanes. But the centrifugal force imparted to the liquid or slurry contained in the chamber by the lower vanes prevents air from following this path. However, this balance can only be maintained if, according to the principle of the patent, the force directed inwardly exerted by the outer vanes counterbalances the force directed outwardly exerted by the inner vanes, in such a way that the forces are thus equilibrating, the mass of annular liquid or slurry forming a tight seal can be maintained around the portion adjacent to the edge of the disc.
According to the principle of the aforementioned patent, the centrifugal force imparted to the liquid forming a joint by the outer (long) vanes being slightly greater than that imparted to it by the other
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inside (short) atmospheric air enters the chamber only from the side of the outer blades by interfacial contact with the liquid or slurry which, on this side, moves away towards the periphery of the discs without, however, discovering it. In reality, if the pump and the impeller were to operate under the conditions stated in the patent, the liquid forming the seal on the outer vane side would move away to a point where equilibrium would be established between the liquid and air pressure on the lower vane side,
It was assumed that this patented impeller seal would stir up the liquid, suspended solids and air in the chamber, thereby creating a stirred mixture and that this mixture would form a seal preventing air from entering the pump. But it was found that this result was not obtained to a sufficient extent to give any guarantee against these air penetrations and that the phenomenon of equilibrium did not occur to the extent expected.
It is for this reason that an important object of the invention is to improve this seal tight to the passage of air, so as to make it more efficient and safer, by combining it with the movable sleeve valve mechanism of the patent. n 1,976,532
This can be achieved by providing the sealing chamber with sieving devices or passage channels suitable for sieving the solids and controlling the size or dimensions of the particles of solids admitted to enter the chamber from the pump, as well as the exhaust channels starting from the periphery of the sealing chamber and ending in the inlet portion of the pump body and the dimensions of which are chosen in relation to those of the screening channels ,
so as to maintain in the chamber a suspension of substantially constant density to achieve the seal. The purpose of sieving devices is to stop and reject solids of excessive volume in order to prevent them from reaching the blades of the seal wheel disc. These devices can preferably comprise successive and progressive screening zones, namely a primary zone operating a first selection of sizes, characterized by an annular inlet opening of determined dimensions, followed by a secondary zone characterized by an annular groove. of reduced section.
An exemplary embodiment of these devices consists of a chamber delimited at its end close to the pump by a plate comprising an annular rib directed laterally towards the disc so as to form with it the throat of reduced section relative to the disc. secondary zone, that is to say a stream of liquid communicating a smaller inner annular mass of suspended solids of sizes corresponding to the primary zone coming from the pump (through the orifice inlet of the primary sieving zone) with a larger outer annular mass of these solids, small enough to have passed through the primary size selection zone, then through the reduced section groove of the zone secondary sieving.
If the suspended solids continuously enter the chamber, they accumulate there and eventually drive the liquid out of it until they fill the chamber completely and thus render the impeller vanes ineffective. sealing. Accordingly, according to the invention a device is provided for the purpose of maintaining a substantially constant density, or dilution, of the solids suspended in the chamber.
An exemplary embodiment of this device consists of an outlet or exhaust channel starting from the chamber and returning to the inlet side of the pump, a channel whose dimensions are carefully chosen so as to allow the solids in suspension coming from the chamber to pass through it with a flow rate such that the chamber does not empty its liquid nor that the concentration of solids increases excessively.
For this purpose, the width or the cross section of the exhaust channel must be larger than that of the throat and the inlet port, but the total passage section of the exhaust channel must not be large enough. so that the vanes suck liquid out of the chamber with a de-
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bit higher than that of its arrival in this chamber through the inlet orifice and the size sieving throat. Likewise, the inlet end of the exhaust channel is disposed in the vicinity of the periphery of the sealing chamber and the channel follows a general direction in the radial direction of the chamber, so as to return suspended solids from the chamber into the pump with sufficient centrifugal force to prevent the channel from clogging.
There is therefore obtained according to the invention, and by applying it in practice, an annular stirring mass of suspended solids, in which the periphery of the vane disc of the sealing wheel is permanently submerged during its movement of rotation, the maximum particle size of these solids being regulated and the density of the suspension being kept substantially constant and equal to that of the liquid delivered by the pump. The density of the suspended solids is also maintained on the face of the disc on which the suspended mixture arrives, while the air arriving on the other face of the disc is also kept in a state of strong agitation by the long vanes of. this face.
The mass of agitated air comes into contact with the larger mass of suspended solids in which the periphery of the disc is submerged and which substantially pushes it back. In other words, the air which is entrained by the outer vanes separates by centrifugal force from the mixture of solids and liquid. If the pump is operating under negative pressure at the inlet end, the volume or diameter of the air mass between the air contact face of the disc and the chamber is greater than the submerged portion of the disc. disk. Conversely, if the pump is operating under positive pressure, this volume is smaller than the submerged portion of the disc.
That is to say, for the seal to function effectively, the diameter of the cylindrical interface between air and liquid must be smaller than the diameter of a circumference delimiting the ends. outer or tips of the long vanes on the outer side of the disc, since these tips must be surrounded by liquid so that they can exert a centrifugal action on the liquid. However, the diameter of this interface is greater when the liquid arrives in the pump under a negative charge than when it arrives there under a positive charge.
Although certain features of the invention make it particularly advantageous in pumps for conveying mixtures by suspensions of solids and liquids, this does not mean that a pump constructed according to the principles of the invention would be suitable. for liquids not containing solids.
The pump body of Wilfley Patent No. 1,976,532 has a main pump body through which passes the free end of the drive wheel shaft and a cover which can be removed from the pump body to remove the drive wheel from the pump body. free end of the shaft. The sealing wheel is formed by a hollow extension inside the hub portion of the drive wheel and has vanes extending from the inside face of the hollow portion of this extension. The outer face of the extension comprises a portion complementary to the inner contour of the inlet end of the pump body and consequently these two wheels form a fairly complicated assembly.
To dismantle the pump, it is necessary to remove the driving wheel and the auxiliary sealing wheel, which form an assembly, through the outer free end of the shaft of the driving wheel and the pump body in an axial direction. outside, while the drive wheel shaft itself with its sleeve valve mechanism and the auxiliary seal wheel must be pulled out in the other axial direction.
In addition, the pump comprises a support element for the removable shaft, the inner end of which is housed in the pump body which supports it by a packing press, while the other end of this element is carried by the pump frame This shaft support element comprises in the form of a fixed tubular sleeve in which the impeller shaft is rotatably mounted and a cage extending from the end of the side
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of the pump from this sleeve and penetrating into the inlet portion of the pump body so as to surround the sleeve valve mechanism o The cage is in reality an extension inside the sleeve and its free end constitutes the end of the sleeve. device for supporting the shaft which fits into the pump body.
The free end of the cage is closed by an annular end plate surrounding the drive wheel shaft and forming an annular seat for the pinch valve inside the cage, while its outer face has a annular recess into which the sealing wheel penetrates.
This is why, in such a pump, it is only after having disassembled the driving wheel with its sealing wheel and having made them come out through the free end of the shaft, that it is possible move the shaft support device with its sleeve out of the pump body in the other direction. In other words, the main assembly elements of this pump are as follows: a) the pump body and its base, b) the assembly of driving and sealing wheels, and c) the device for supporting the pump. 'shaft with its valve mechanism.
One of the objects of the invention is not only to improve the sealing efficiency of the pump of this type, but also to improve its construction form so as to make it easier to assemble and more. easily accessible ; in short, it consists in achieving an improved mounting of the sealing wheel without thereby necessitating a major modification in the basic arrangement of the other main assembly elements a), b) and c) of the pump.
The aforementioned results are obtained by completing the cage closing plate with a contoured contour plate so as to form between it and the closure plate an auxiliary annular chamber surrounding a separate sealing wheel, carried by the shaft of the driving wheel at the same time as this wheel.
The side of the profile plate facing the interior of the pump has a fixed, low-resistance profile portion of the inner contour of the inlet portion of the pump, although part of the pump support device. 'tree d)
The seal wheel is thus held in place in its chamber and rotates with the drive wheel shaft by means of a coupling between it and the drive wheel, which is removably attached to the shaft. free end of the shaft. This coupling between the driving wheel and the sealing wheel is established by itself during the assembly of the pump. That is to say that when the drive wheel is dismantled and removed from its shaft, it is detached at the same time from its coupling with the sealing wheel.
For its part, the sealing wheel can then be removed from the pump body, as part of the removable device for supporting the shaft o In other words, the driving wheel and the sealing wheel engage by their hubs , which have complementary serrated surfaces penetrating one into the other, that is to say that one of the hubs has a serrated end which comes into contact with the complementary serrated end of the other hub.
In addition, a damping washer is interposed and compressed between these hubs.
In the accompanying drawing, given only by way of example: FIG. 1 is a side elevation in partial longitudinal section of a preferably chosen embodiment of the pump according to the invention comprising improvements in the sealing device as well as improvements in the construction; Fig. 2 is a partial section of the pump of Fig. 1, the elements of which are removed; Figo 3 is an enlarged detail sectional view of the portion of the pump, which includes the improved sealing device; Fig 4 is a section similar to Fig 3 on which are indicated in the sealing chamber the corresponding pressure conditions
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at a strongly negative pump inlet pressure;
Fig. 5 is a section similar to FIG. 3., on which the pressure conditions corresponding to a less negative inlet pressure of the pump are indicated in the sealing chamber; Fig 6 is a section similar to Figs. 3, 4, 5, but on an even larger scale, so as to show more clearly the operating conditions, in particular as regards the sieving, in the sealing chamber; Fig. 7 is a detailed sectional view of the sealing wheel; Fig. 8 is an elevation of the seal wheel viewed along line 8-8 of FIG. 7; Fig. 9 is an elevation of the seal wheel viewed along line 9-9 of FIG. 7;
Fig. 10 is a side elevation of the seal wheel taken along line 10-10 of FIG. 9;
According to the embodiment shown, the pump according to the invention comprises a shaft 10 of the driving wheel which can rotate in a support 11, fixed and of generally tubular shape, the front end of which penetrates into a pump body 12 which therethrough. supports, while its rear end is supported by a bearing 13 in one piece with the rear end of a base 14 of the pump. In reality, the base 14 is also in one piece with the portion 12a of the pump body which constitutes the intake portion.
A bearing cover 13a holds the tubular frame in place on the bearing 13 A delivery portion 15 of the pump body is fixed to the portion 12a of the inlet of the pump body and surrounds a drive wheel 16 wedged on the front end of the shaft 10 An intermediate annular portion 17 of the pump body is interposed between the portions 12a and 15 of the pump body and tight seals are formed between these elements, for example by rubber washers 18 and 19 The discharge portion of the pump body has a discharge pipe 20, while the inlet pipe of the inlet portion of the pump body is not shown in the figure.
A gasket is formed between the tubular support 11 and the inlet portion of the pump body by a gasket 21 held by a gasket 22 fixed for example by tabs 23 fixed by screws 24 on the portion. admission. A threaded rod 25 prevents the longitudinal movement of the tubular support 11 while allowing its longitudinal position to be adjusted; this threaded rod is screwed into the bearing 13 and is fixed to the tubular frame by means of a tab in the form of a clevis 26 in one piece with it, as well as by means of two lock nuts 27 and 28 which tighten on each side against the yoke-shaped tab.
The tubular support 11 has three portions which may be referred to as portions 29 comprising the support of the shaft, valve adjustment portion 30 and portion 31 comprising the seal wheel.
The shaft support portion 29 is referred to by this name because it contains a tubular member 32 which has a front ball bearing 33 and a rear ball bearing 34 in which the drive wheel shaft 10 rotates, which cannot move in the longitudinal direction.
The valve adjustment portion 30 comprises a cage 35 fixed by flanges and bolts 35a on the anterior end of the tubular member 32 and at the bottom of which is an opening 36.
This cage houses a mechanism for controlling an automatic valve actuated by centrifugal force, generally designated by M and known per se in the pump of the aforementioned patent no. 1,976,352. This mechanism comprises an annular sleeve valve 37 which can slide in the direction of the axis on the shaft 10 of the drive wheel so as to open and close an annular gap or clearance 38 (more clearly visible in Fig. 6) delimited by an annular closure plate P which surrounds the drive wheel shaft and is
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integral with the cage 35 and fixed to it.
The sleeve valve 37 is integral with a bell-shaped element or screen 38 which in turn surrounds the centrifugal mechanism proper for controlling the valve. The screen 39 is coupled by means of a diaphragm 40 to the shaft 10, while remaining movable relative to this shaft which cannot move in the direction of the axis. That is, the outer edge of this diaphragm attaches to the inside of screen 39 at point 41, while the inner edge of the diaphragm attaches to point 42 on a sleeve 43 attached to its side on the tree. This deforming diaphragm 40 allows the valve and screen to move together along the axis with respect to the shaft under the action of centrifugal oscillating counterweights 44.
Each of these counterweights, only one of which is visible in FIG. 1 is movable about an axis 45 mounted on the sleeve 43 and therefore integral with this sleeve and the shaft 10. Consequently, when the shaft rotates, the outer or heavier ends 44a of the counterweights move away from each other. the shaft, while their lower ends 44b coming into contact with the interior of the screen 39, advance the valve 37 into its open position against the thrust of a coil spring 46 which surrounds the shaft and returns the valve to the closed position when the shaft stops rotating and the centrifugal action of the counterweights ceases.
The portion 31 of the sealing wheel constitutes an annular chamber 47 formed by the closing plate P and a plate called the profiled plate 48. A sealing wheel 49, fixed on the shaft in a more easy to see in detail in Figs. 3 to 6, rotates in this chamber, that is to say that the hub 49a of this sealing wheel is coupled with the shaft because it is housed between the inner end of the sleeve 43 and the portion adjacent to the end 16a of the hub of the driving wheel.
The mutually contacting ends of the hubs of the driving wheel and of the sealing wheel have a wavy shape, the respective corrugations S1 and S2 of which are complementary, so that the protruding portions of one of the hubs penetrate into them. recessed portions of the other and vice versa, and that consequently the rotational movement or torque of the shaft 10 is transmitted by the driving wheel 16 to the sealing wheel 48 and that the two wheels rotate together with the tree.
Between the two complementary surfaces with the protruding portions Si and S2 an annular filling element 50 made of rubber or similar material deforming elastically, intended for the transmission of the torque, is interposed, which makes machining or precision adjustment unnecessary. between the contacting portions of the wheel hubs 16 and 49
The portion 31 comprising the sealing wheel # with its sealing wheel 49 and its chamber 47 has certain characteristics described in detail below with reference to Figs. 3 to 10 in support.
These characteristics consist in principle of an inlet channel 51 leading from the inlet side towards the interior of the pump and terminating in the center in the chamber 47 and an outlet channel 52 also called here the decompression channel which leaves. from the edge of chamber 47 and back to the inlet side of the interior of the pump.
The sealing wheel 49 has a disc-shaped portion 53 integral with the hub 49a. The disc comprises on its outer face long radial ribs called long vanes 54, directed on the opposite side to the interior of the pump and in one piece with this disk and designated by their length L1 The vanes 54 alternate with tabs 55 in the form of a triangle dividing the liquid streams, interposed between the outer portions respectively of the ends of the vanes 54 and also in one piece with the disc 53.
The disc comprises on its inner face, that is to say directed towards the inside of the pump, short radial ribs in one piece with it, also called short vanes 56, and designated by their length L2. The relative positions of the long vanes and the short vanes are chosen in the radial direction so that the short vanes start at a distance d2 from the inner end and end at a distance d1 from the end of the long vanes.
The length of the long vanes L1 is therefore equal to the sum di + L2 = d2
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The profiled plate 48 surrounds the portion 16a, forming a hub, of the driving wheel and constitutes with it the annular intake channel 51, characterized by a width w1 The profiled plate comprises on the side of the interior of the chamber 47 an annular rib 57 directed towards the disc 53 of the sealing wheel and ends at a distance w2 therefrom, thus forming an intermediate channel between the intake and exhaust channels of the chamber.
The exhaust channels 52. Are formed in the edge portion of the profiled plate 48 and have a radial portion 52a and a horizontal portion 52bo The exhaust channels are also characterized by a width w3 The width wl of the intermediate channel 58 are both less than w3 Under these conditions, if the pump delivers a slurry or a mixture of solids and liquid containing solids in coarse and fine particles, the inlet channel only allows the fraction of part - fine particles entering the sealing chamber 47 While the pump is running,
this fraction of fine particles passes from the central part into the outer parts of the chamber 47 through the second or intermediate channel 58 and finally leaves the edge portion of the chamber 47 through the exhaust channels 52 A certain portion of liquid entraining solids and having suitable characteristics can thus circulate in the pump passing through the sealing chamber 47, so as to maintain a liquid seal in this chamber, without however the solids may accumulate therein, possibly preventing it from functioning properly., The profiled part 48 comprises, on the inside of the pump body, a curved, convex annular face,
59 The sifting action exerted by the inlet channel 51 and preventing the large particles of the slurry from entering the sealing chamber 47 is shown in Fig 6, the mixture of solids entering the pump being characterized by coarse particles 60 and fine particles 61 which alone can enter and pass into the sealing chamber 47 given the width W1
Operation of sealing wheel
When the pump starts up, the mechanism M controlled by the valve causes the valve 37 to move outward and away from its seat on the plate P, thus causing it to pass from its closed position in Fig. 3 into its position. opening position of Fig 6 At the same time,
the sealing wheel 49 exerts its action on the liquid or mixture of solids and liquid which fills the sealing chamber 47 by pushing it back by centrifugal force, so as to form an annular mass of liquid forming a seal and to maintain this mass in the sealing chamber roughly as shown in Figo 6, this mass of liquid surrounding and flooding the edge portion of the disc 53 of the sealing wheel o Due to the mutual action exerted by the hydrostatic pressures and the centrifugal forces on the liquid of the chamber 47, a state of equilibrium is established there which results in the fact that a portion of the outer surface F1 of the sealing wheel is exposed to the atmospheric pressure transmitted through the opening 38 of the valve,
while its peripheral portion and the other face, or lower face F2, are surrounded and in contact with the liquid. Under the operating conditions assumed to exist according to Fig. 6, the extent to which the face F1 which is exposed to air is indicated by a surface with a diameter Dl less than ¯ than the diameter D2 of the disc 53o The outer face of the disc is therefore submerged to a depth, which represents the actual seal which prevents atmospheric air from entering the pump.
immersion depth of the disc indicated in Figo 6 corresponds to a given set of operating conditions, but these conditions can be varied between certain safety limits, corresponding to a variation of the diameter D1 There is thus for a given pump a certain margin in which:
relates to the variations of its operating conditions within which the liquid seal operates properly, these variations- being due mainly to the differences in the pressure at which the liquid arrives in the pump, and which for short will be called here pressure power supply. This means that the supply pressure and consequently the immersion depth ¯ of the disc 53 can be varied, provided that the periphery of the disc remains immersed in the liquid forming the seal and provided, on the other hand, that this last cannot
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not come to cover a sufficiently large portion of the outer face F1 of the disc, to risk escaping by cover 38 of the valve.
These safety limits are indicated in Figures 4 and 5 as a function of the diameter of the exposed portion of the face F1 of the disc. In Fig. 4, the maximum safety diameter D3 corresponds to a relatively low supply pressure, while in FIG. 5 the maximum safety diameter D4 corresponds to a relatively high supply pressure. These limits can also be modified by varying the relative lengths L1 and L2 and the relative positions of the blades 54 and 56 of the seal wheel.
The function performed by the sealing wheel is particularly important, as was said at the beginning, when the supply pressure is negative, that is to say when the pump is operating under load. suction. If it is assumed that the conditions in Fig. 6 correspond to this case of negative supply pressure, once the hydraulic equilibrium conditions have been established in the sealing chamber 47, a space A is established filled with air against the outer face of the sealing wheel, this space being able to be defined by the circular surface corresponding to the diameter D1 and by a cylindrical surface C which represents the interface between the liquid and the air.
Indeed, the centrifugal force which tends to compress the annular mass of the liquid seal in the chamber 47, also has the effect, by the strong compression which it exerts, of pushing back any air which may be able to mix. with the liquid, thus maintaining the interface C on an approximately clearly defined diameter.
The equilibrium conditions which maintain the annular mass of the sealant liquid around the edge of the disc 53 result from the fact that the vanes 56 on one side of the disc 53 are shorter than the vanes 54 on the other side of the disc, in fact. in other words, the ratio chosen between the lengths L1 / L2 of the blades, as well as the radial arrangement of the two series of blades with respect to one another.
Consequently, the centrifugal force imparted to the liquid by the short vanes is less than but opposite to that imparted to it by the long vanes, the directions of the centrifugal forces exerted by the two series of vanes being respectively indicated. by arrows R1 and R2 in Fig..6. Atmospheric air in communication with the air-filled space A through the opening 38 of the valve tends to enter from the inlet side of the pump body under the effect of the negative supply pressure. or suction, but the antagonistic centrifugal force imparted to the forming liquid joined by the short vanes prevents it.
In other words²: given that the centrifugal force R2 is greater than the centriugal force antagoins- te R1 the air enters the space A which follows the liquid pushed back by the. centrifugal force on the outer face of the disc 53, until a balance is established between the combined pressures of liquid and air on the outer face F1 of the disc 53 and the pressure of the liquid on the other face 'or inner face F2 of the disc. Under these conditions, atmospheric air cannot pass from the outer surface F1 through the periphery of the disc 53 onto the inner face F2 of this disc because of the presence of the annular mass. fluid from the seal surrounding the periphery of the disc.
As a result, the very rotational movement of the impeller shaft, while maintaining the valve 37 in its open position, also has the effect of forming a hydraulic seal on the inlet side of the pump body preventing the air to enter although the pump may have to exert a suction action to draw in the liquid or the mixture of solids and liquid.
It must be understood, of course, that the entrained air separates by centrifugal force from the liquid or slurry under the inaction of the long blades of the sealing wheel and therefore cannot in any way, being entrained by the liquid, arrive on the inlet side of the pump, preventing it from exerting its suction action. In addition, the diameter D1 of the interface C between the liquid and the air must not be greater than the diameter D2 of the outer tips of the long vanes 54, since at least these tips must be submerged. or surrounded by the liquid so that the centrifugal action can be exerted on the liquid and the annular mass of the sealant liquid can form and remain in the sealing chamber.
However, the diameter Dl of the air-filled space is larger when the pump is running.
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with suction, that is to say when the supply pressure is negative, than when the supply pressure is positive.
The ability of the blades, short and long, of the sealing wheel to maintain a liquid seal against negative or positive supply pressure depends on the respective radii of their tips represented by diameters D2. and D5 as well as their respective lengths L1 and L2 By varying these construction characteristics for a given pump rotational speed, a seal is obtained which is suitable for the various supply pressure conditions. For example, if it is necessary to form a liquid seal against a strongly negative feed pressure for a given rotational speed, the diameter D5 of the short blades is increased to a maximum value, as well as their length L2, thus increasing their suction action,
while the dimension of the long vanes remains unchanged. If the seal is to be established for a strongly positive supply pressure, the suction action of the short vanes is minimized so that a slight suction action is exerted only because of the possible surface roughness of the blade. face F2 of the disc, so that almost the entire length of the long vanes remains available to generate a pressure balancing the suction pressure of the pump.
For example, in practice, one can choose three different combinations of blade lengths, namely: a combination for a strongly positive inlet pressure, a combination for a negative inlet pressure and an intermediate combination for. a normal or average inlet pressure To vary these proportions, the dimensions of the short blades are varied for given dimensions of the long blades.
According to Fig. 6, the pump is assumed to deliver a mixture of solids and liquid or slurry containing relatively large solid particles designated as a group as El with relatively fine particles as a group designated as E2. has the effect of causing a certain quantity of slurry to return from the inlet side of the pump to the sealing chamber, the slurry entering through the inlet channel 51 and returning to the inlet side through the channels of exhaust
If we consider the way in which this recirculation of the slurry is carried out in the sealing chamber,
a distinction must be made between the respective widths and the passage sections of the intake and exhaust channels The exhaust section must not be large enough for the vanes 54 and 56 to circulate the liquid in this section faster than it comes through the intake section. In fact, the proportions of these sections must be chosen so as to pass continuously into the sealing chamber and onto the impeller vanes, the slurry not containing substantially any entrained air.
But the width W3 of the exhaust duct must be greater than the width W2 of the intermediate duct 58, as well as the width w1 of the intake duct., The intake duct of width w1 in fact constitutes a sieve of primary classification, while the channel of width w2 constitutes a secondary sieve for classifying the particles which have passed through the inlet channel. The widths w2 and w1 represent the gap between the fixed and rotating members, so that particles entering these gaps are subject to considerable velocity differences between the side walls of these gaps.
If it happens that particles entering these intervals have a size liable to cause them to adhere to them or to obstruct them, the relative movement of the side walls would have the effect of reducing their volume by abrasion to the point of 'that they have a size allowing them to pass through it. Consequently, given that the widths w1 and w are less than the width w3, the particles passing through the exhaust channels, being entrained by the liquid which passes into the sealing chamber.
By causing a slurry fraction thus "sorted" to arrive and recirculate in the sealing chamber, containing fine particles excluding coarse particles, smooth and unobstructed operation of the chamber and the impeller is achieved. sealing, reducing wear.
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Of course, the invention should not be considered as limited to the embodiment shown and described, which has been chosen only by way of example.
CLAIMS.