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