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POMPE SANS HUILE.
La présente invention est relative aux pompes à vide du type comprenant un rotor, dont l'axe est décalé par rapport à l'axe d'une chambre dans laquelle est monté ledit rotor, et des aubes ou ailettes mobiles, dans le rotor, et pouvant coopérer avec la périphérie de la chambre, pour amener de l'air d'une entrée à une sortie de la chambre, lorsque le rotor tourne.
Plus particulièrement, l'invention est relative à une pompe perfectionée de ce type, qui ne nécessite pas l'emploi d'huile entre les ailettes du rotor et la paroi de la chambre.
Jusqu'à présent, on a proposé de réaliser les ailettes du ro- tor en une matière auto-lubrifiante, telle qu'une matière poreuse imprégnée de graphite ou d'une substance analogue, ce qui élimine la nécessité de fournir de l'huile à la chambre du rotor. Toutefois, des essais en vue d'adapter ces propositions à la pratique ont donné lieu à de sérieuses dif- ficultés. L'air se trouvant à la sortie, c'est-à-dire du côté haute pres- sion, de la chambre du rotor tend à fuir entre la périphérie de la chambre et la;partie de rotor qui en est la plus voisine, cet air s'échappant ainsi vers l'entrée de la chambre le long du trajet où les ailettes sont ramenées de la sortie à l'entrée de la chambre et qui, dans les pompes utilisant de l'huile, est obturée par une pellicule d'huile.
De plus, le frottement entre les ailettes et la périphérie de la chambre du rotor provoque une . usure excessive des ailettes,qui altère l'efficience de la pompe et nécessi- te un remplacement relativement fréquent des parties usées. En conséquence, les pompes sans huile de.ce type n'ont pas été utilisées sur une grande échelle.
La présente invention a pour objet principal une pompe perfec- tionnée sans huile, grâce à laquelle les difficultés suspentionnées sont surmontées.
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On a constaté que dans les pompes à vide sans huile du-type dé- crit, dont les ailettes du rotor sont réalisées en une matière auto-lubri- fiante, la fuite d'air de la sortie à haute pression à l'entrée à basse pression de la chambre du rotor, ainsi que l'usure des ailettes sont essen- tiellement une fonction du positionnement angulaire des ailettes dans le rotor, du genre de matière dont les ailettes sont constituées, de même que- de l'intervalle entre les ailettes adjacentes par rapport à l'intervalle entre l'entrée et la sortie de la chambre.
Plus particulièrement, on a constaté que cette fuite d'air et cette usure peuvent être pratiquement éli- minées, en réalisant les ailettes en une matière auto-lubrifiante de faible poids, tel que le carbone, en inclinant chaque ailette selon un certain angle par rapport à un rayon d'intersection du rotor, de façon que la par- tie extérieure de l'ailette soit décalée de son rayon intersecté dans le sens de rotation du rotor, et en prévoyant entre les ailettes adjacentes un intervalle, mesuré le long de la circonférence du rotor, qui est infé- rieur à l'intervalle entre l'entrée et la¯sortie de la périphérie de la chambre, mesuré le long de la partie de cette périphérie la plus voisine du rotor.
La combinaison de ces particularités est un facteur critique, qui justifie les avantages de la nouvelle pompe vis-à-vis des pompes an- térieures du même type, en particulier en ce qui concerne l'élimination de la fuite d'air et de l'usure inhérentes aux pompes sans huile, telles qu'elles furent réalisées ou proposées jusqu'à présent.
Les particularités précitées, ainsi que d'autres particula- rités de l'invention seront mieux comprises, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : @ - la figure 1 est, après coupe partielle suivant la ligne 1-1 de la figure 2, une vue en élévation latérale d'une forme d'exécution de l'invention ; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en élévation latérale d'une autre forme d'exécution de l'invention.
La pompe représentée aux figures 1 et 2 comprend un carter 1 à chambre cylindrique la. Dans la chambre la est monté un rotor cylindrique 2, qui est de plus faible diamètre que la chambre du rotor. Le rotor 2 est monté sur un arbre horizontal 3 et est mis en rotation par cet arbre, celui-ci étant disposé centralement par rapport au rotor, mais étant dé- calé vers le haut par rapport à l'axe de la chambre la du rotor. Ainsi, la partie périphérique supérieure du rotor est presque en contact avec la paroi périphérique de la chambre, un espace en forme de croissant étant ménagé entre 'le restant de la périphérie du rotor et la paroi cylindrique de la chambre.
Le carter 1 présente d'un côté une ouverture 4 d'entrée d'air, qui débouche dans un orifice 4a s'étendant le long d'une partie de la péri- phérie de la chambre la. L'orifice 4a est formé en évidant la périphérie de la chambre du rotor suivant un angle quelque peu inférieur à 90 . Du côté opposé du carter 1 sont ménagés deux orifices de sortie 5, s'étendant horizontalement à partir de la chambre la et débouchant dans un évidement 5a. Entre les orifices de sortie 5 et l'orifice d'entrée 4a, la partie su- périeure de la paroi cylindrique de la chambre sous-tend un angle quelque peu supérieur à 90 .
Le rotor 2 présente des fentes 6, s'étendant dans le sens de la longueur de l'axe du rotor et parallèles à celui-ci. Comme montré, on a prévu quatre fentes 6, qui sont équidistantes l'une de l'autre sur la périphérie du rotor, en sorte que l'intervalle circonférentiel entre les
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fentes adjacentes est quelque opeueinférieur anl'intervallec circonférentilel, le long de la partie supérieure de la périphérique de la chambre, entre l'ori- fice d'entrée 4a et les orifices de sortie 5. Les fentes 6 ne s'étendent pas radialement par rapport au rotor, mais intersectent des rayons de ce rotor.
Ainsi, chaque fente 6 intersecte un rayon a du rotor, en sorte que la partie extérieure de la fente est décalée par rapport à son rayon inter- secté dans le sens de rotation du rotor,indiqué par la flèche à la figure 2. La profondeur de chaque fente est approximativement égale au rayon du rotor et l'intervalle b entre l'axe du rotor et le plan de la paroi de côté la plus voisine de chaque fente est approximativement égal au tiers de la profondeur de la fente. L'angle entre ce plan et un rayon 2 s'étendant vers le bord antérieur de la fente est approximativement de 20 degrés.
Une ailette 7 est disposée librement dans chacune des fentes 6. Les ailettes 7 sont réalisées en une matière auto-lubrifiante de poids relativement faible, de preférence en carbone comprimé ou en une composi- tion poreuse de carbone. Les ailettes ont une profondeur moindre que les fentes 6 et s'étendent d'une extrémité du rotor à l'autre, en sorte que les extrémités de ces ailettes seront en contact ou seront sensiblement en contact avec les parois d'extrémité de la chambre du rotor.
Le bord ex- térieur 7a de chaque ailette, où celle-ci est susceptible d'être en contact avec-la paroi cylindrique de la chambre, est incliné à un angle aigu par rapport aux côtés ou à la face postérieure des ailettes, ce bord étant, de préférence, quelque peu arrondi, de façon à pouvoir faire contact avec la périphérie de la chambre sur toute l'épaisseur de l'ailette. En consé- quence chaque ailette présente une face plus profonde de son côté avant ou d'attaque que de son côté postérieur.
Comme montré à la figure 1, le rotor 2 de la pompe est entraî- né par un moteur électrique 9, dont l'arbre d'entraînement est l'arbre 3 du rotor. Cet arbre s'étend depuis l'induit du moteur électrique'9 à travers une extrémité ouverte du carter du moteur. Le carter 1 de la pompe est pour- vu à son extrémité d'un flasque ou rebord périphérique 1b, qui est attaché au carter du moteur par des boulons 10. Cette dernière extrémité du carter de la pompe présente également une ouverture centrale le, par laquelle l'ar- bre 3 du moteur s'étend dans un alésage central du rotor de la pompe. Le carter de la pompe constitue ainsi une chapelle d'extrémité du moteur 9.
L'extrémité opposée du carter de la pompe est fermée par un couvercle 11 boulonné à un rebord ou flasque du carter de la pompe.
Un élément en forme de cuvette ou une coquille 12 est attaché au côté extérieur du carter 1 de la pompe, de façon que la partie centrale de la face convexe de la coquille recouvre l'évidement 5a, dans lequel dé- bouchent les orifices de sortie 5. Une coquille similaire 13 est attachée, le long de ses bords, aux bords de la coquille 12, de manière à former une chambre d'échappement.
Les coquilles 12 et 13 sont maintenues assemblées par un bou- lon 14, qui s'étend à travers ces coquilles et est vissé dans le carter de la pompe. Le boulon s'étend dans une ouverture centrale 15 pratiquée dans la coquille intérieure 12, cette ouverture étant agrandie pour ména- ger un passage d'air entre l'évidement 5a et l'intérieur des coquilles 12. 13. Là chambre formée par ces coquilles présente à sa partié périphé- rique des trous, d'échappement 16. La chambre est garnie de matière fibreu- se 17, qui peut .être en acier inoxydable. On comprendra que le fluide d'échappement venant de la partie 5 de la pompe passe de l'évidement 5a par l'ouverture 15, dans le garnissage fibreux 17, où il est étouffé, dans son passage vers les ouvertures d'évacuation 16.
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Dans le fonctionnement de la pompe, le rotor 2 est mis'en ro- tation par l'arbre 3 du moteur dans le sens indiqué par la flèche à la fi- gure 2. En raison de la force centrifuge due à la¯rotation du rotor, les
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ailettes 7 sont chassées vers l'extérieur dans leur fente 6, en sorte que les bords extérieurs 7a des ailettes sont maintenues en contact avec la pa- roi cylindrique de la chambre la.
L'intervalle entre chaque ailette 7 et l'ailette immédiatement précédente, dans le sens de rotation du rotor, est à un maximum, lorsque l'ailette postérieure passe au delà de l'extrémité in- férieure de l'orifice d'entrée 4a et est à un minimum, lorsque l'ailette postérieure passe au delà des orifices de sortie 5, en sorte que l'air ve- nant. de l'orifice d'entrée 4 est comprimé dans les intervalles entre ai- lettes, pendant la rotation du rotor,.et est chassé par les orifices de sortie 5.
Comme l'intervalle circonférientiel d entre l'orifice d'entrée 4a et les orifices de sortie 5, mesuré le long de la partie supérieure de la chambre, où sa paroi cylindrique est très voisine de la périphérie du ro- tor, est supérieur à l'intervalle entre les ailettes adjacentes 7, mesuré le long de la circonférence'du rotor, il y aura toujours une ailette 7 en- tre les orifices 4a et 5 à la partie supérieure de la chambre. En conséquence, la fuite d'air des orifices 5 à pression élevée, le long de l'in- tervalle entre la périphérie du rotor et la partie supérieure de la paroi cylindrique de la chambre, vers l'orifice d'entrée 4 à basse pression est pratiquement éliminée, en l'absence de la pellicule habituelle d'huile dans cet intervalle.
Grâce aux ailettes en carbone auto-lubrifiantes de faible poids, grâce à leur intervalle circonférentiel par rapport à l'in- tervalle d entre les orifices d'entrée et de sortie et grâce à l'inclinaison des ailettes par rapport à leurs rayons d'intersection a, comme décrit, la pompe peut être actionnée de manière efficiente, sans l'emploi d'huile et sans usure excessive des ailettes.
Dans la forme modifiée de pompe représentée à la figure 3, le carter 20 de la pompe est monté sur une base 21, qui supporte également le moteur électrique 22. L'arbre 22a du moteur est connecté à l'arbre 3a de la pompe par un accouplement débrayable 23. Pour le reste, la pompe 20 est analogue à la pompe illustrée aux figures 1 et 2.
REVENDICATIONS.
1. Pompe à vide sans huile, comprenant un carter présentant une chambre généralement cylindrique et également des orifices d'entrée et de sortie d'air, communiquant avec la chambre et répartis circonféren- tiellement le long de la périphérie de la chambre, un rotor généralement cylindrique, monté dans la chambre en ayant son axe décalé par rapport à l'axe de la chambre, la rotor étant de diamètre inférieur au diamètre de la chambre et ayant sa périphérie située au voisinage immédiat de la pé- riphérie de la chambre dans une région comprise entre les orifices sus- dits, le rotor présentant des fentes, qui s'étendent parallèlement à l'axe dudit rotor et débouchent à la périphérie dudit rotor,
chaque fente inter- sectant un rayon du rotor et ayant sa partie extérieure décalée par rapport à son rayon intersecté dans le sens de rotation du rotor, lintervalle cir- conférentiel entre les fentes adjacentes étant moindre que l'intervalle circonférentiel entre les orifices précités, mesuré le long de la région susmentionnée de la périphérie de la chambre, la pompe comportant, en outre, des ailettes en matière auto-lubrifiante, montées librement dans les fentes précitées et pouvant venir en contact à leurs bords extérieurs avec la périphérie de la chambre.
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PUMP WITHOUT OIL.
The present invention relates to vacuum pumps of the type comprising a rotor, the axis of which is offset with respect to the axis of a chamber in which said rotor is mounted, and moving vanes or vanes, in the rotor, and which can cooperate with the periphery of the chamber, to bring air from an inlet to an outlet of the chamber, when the rotor rotates.
More particularly, the invention relates to an improved pump of this type, which does not require the use of oil between the blades of the rotor and the wall of the chamber.
Heretofore it has been proposed to make the rotor fins of a self-lubricating material, such as a porous material impregnated with graphite or the like, which eliminates the need to supply oil. to the rotor chamber. However, attempts to adapt these proposals to practice have given rise to serious difficulties. The air at the outlet, that is to say the high pressure side, of the rotor chamber tends to leak between the periphery of the chamber and the part of the rotor which is closest to it, this air thus escaping towards the inlet of the chamber along the path where the fins are returned from the outlet to the inlet of the chamber and which, in pumps using oil, is sealed by a film of 'oil.
In addition, the friction between the fins and the periphery of the rotor chamber causes a. excessive wear of the vanes, which impairs pump efficiency and necessitates relatively frequent replacement of worn parts. Consequently, oil-free pumps of this type have not been used on a large scale.
The main object of the present invention is an improved oil-free pump, whereby the above-mentioned difficulties are overcome.
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It has been found that in oil-free vacuum pumps of the type described, the rotor blades of which are made of a self-lubricating material, the air leaks from the high pressure outlet to the inlet to low pressure of the rotor chamber, as well as the wear of the fins are essentially a function of the angular positioning of the fins in the rotor, of the kind of material of which the fins are made, as well as of the interval between the fins. adjacent fins with respect to the interval between the inlet and the outlet of the chamber.
More particularly, it has been found that this air leakage and this wear can be practically eliminated by making the fins of a low weight self-lubricating material, such as carbon, by tilting each fin at a certain angle by with respect to an intersection radius of the rotor, so that the outer part of the fin is offset from its intersected radius in the direction of rotation of the rotor, and providing an interval between the adjacent fins, measured along the circumference of the rotor, which is less than the interval between the entry and exit of the periphery of the chamber, measured along the part of this periphery closest to the rotor.
The combination of these peculiarities is a critical factor, which justifies the advantages of the new pump over previous pumps of the same type, in particular with regard to the elimination of air leakage and air leakage. The wear and tear inherent in oil-free pumps, as they have been produced or proposed to date.
The aforementioned features, as well as other features of the invention will be better understood, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is, after partial section on line 1-1 of Figure 2 , a side elevational view of one embodiment of the invention; - Figure 2 is a section taken on the line 2-2 of Figure 1, and - Figure 3 is a side elevational view of another embodiment of the invention.
The pump shown in Figures 1 and 2 comprises a casing 1 with a cylindrical chamber 1a. In the chamber 1a is mounted a cylindrical rotor 2, which is of smaller diameter than the chamber of the rotor. The rotor 2 is mounted on a horizontal shaft 3 and is rotated by this shaft, the latter being arranged centrally with respect to the rotor, but being offset upwards with respect to the axis of the chamber 1a of the rotor. . Thus, the upper peripheral portion of the rotor is almost in contact with the peripheral wall of the chamber, with a crescent-shaped space being provided between the remainder of the periphery of the rotor and the cylindrical wall of the chamber.
The casing 1 has on one side an air inlet opening 4, which opens into an orifice 4a extending along part of the periphery of the chamber 1a. Port 4a is formed by hollowing out the periphery of the rotor chamber at an angle somewhat less than 90. On the opposite side of the casing 1 are formed two outlet orifices 5, extending horizontally from the chamber 1a and opening into a recess 5a. Between the outlet ports 5 and the inlet port 4a, the upper part of the cylindrical wall of the chamber subtends an angle somewhat greater than 90.
The rotor 2 has slots 6, extending in the direction of the length of the axis of the rotor and parallel to the latter. As shown, four slots 6 are provided, which are equidistant from each other on the periphery of the rotor, so that the circumferential gap between the
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adjacent slits is some distance below the circumferential gap, along the top of the chamber peripheral, between the inlet port 4a and the outlet ports 5. The slits 6 do not extend radially through relative to the rotor, but intersect radii of that rotor.
Thus, each slot 6 intersects a radius a of the rotor, so that the outer part of the slot is offset with respect to its intersected radius in the direction of rotation of the rotor, indicated by the arrow in FIG. 2. The depth of each slot is approximately equal to the radius of the rotor and the gap b between the axis of the rotor and the plane of the side wall nearest to each slot is approximately equal to one-third of the depth of the slot. The angle between this plane and a radius 2 extending towards the leading edge of the slot is approximately 20 degrees.
A fin 7 is freely disposed in each of the slots 6. The fins 7 are made of a relatively low weight self-lubricating material, preferably of compressed carbon or of a porous carbon composition. The fins have a shallower depth than the slots 6 and extend from one end of the rotor to the other, so that the ends of these fins will be in contact or will be substantially in contact with the end walls of the chamber. of the rotor.
The outer edge 7a of each fin, where the latter is capable of being in contact with the cylindrical wall of the chamber, is inclined at an acute angle with respect to the sides or to the rear face of the fins, this edge preferably being somewhat rounded, so as to be able to make contact with the periphery of the chamber over the entire thickness of the fin. Consequently, each fin has a face that is deeper on its front or leading side than on its rear side.
As shown in FIG. 1, the rotor 2 of the pump is driven by an electric motor 9, the drive shaft of which is the shaft 3 of the rotor. This shaft extends from the armature of the electric motor'9 through an open end of the motor housing. The pump housing 1 is provided at its end with a peripheral flange or rim 1b, which is attached to the motor housing by bolts 10. This last end of the pump housing also has a central opening le, by wherein the motor shaft 3 extends into a central bore of the pump rotor. The pump casing thus constitutes an end chapel for the motor 9.
The opposite end of the pump housing is closed by a cover 11 bolted to a flange or flange of the pump housing.
A cup-shaped member or shell 12 is attached to the outer side of the pump housing 1, so that the central part of the convex face of the shell covers the recess 5a, into which the outlet ports open. 5. A similar shell 13 is attached along its edges to the edges of shell 12 so as to form an exhaust chamber.
The shells 12 and 13 are held together by a bolt 14, which extends through these shells and is screwed into the pump housing. The bolt extends into a central opening 15 made in the inner shell 12, this opening being enlarged to provide an air passage between the recess 5a and the interior of the shells 12. 13. The chamber formed by these The shells have exhaust holes 16 at its periphery. The chamber is lined with fibrous material 17, which may be of stainless steel. It will be understood that the exhaust fluid coming from part 5 of the pump passes from the recess 5a through the opening 15, into the fibrous lining 17, where it is suffocated, in its passage towards the exhaust openings 16.
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In the operation of the pump, the rotor 2 is rotated by the shaft 3 of the motor in the direction indicated by the arrow in figure 2. Due to the centrifugal force due to the rotation of the motor. rotor, the
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fins 7 are driven outwardly in their slot 6, so that the outer edges 7a of the fins are kept in contact with the cylindrical wall of the chamber 1a.
The interval between each fin 7 and the immediately preceding fin, in the direction of rotation of the rotor, is at a maximum, when the rear fin passes beyond the lower end of the inlet port 4a and is at a minimum, when the rear fin passes beyond the outlet openings 5, so that the air comes in. of the inlet port 4 is compressed in the gaps between the vanes, during the rotation of the rotor,. and is forced out through the outlet ports 5.
As the circumferential interval d between the inlet port 4a and the outlet ports 5, measured along the upper part of the chamber, where its cylindrical wall is very close to the periphery of the rotor, is greater than the gap between adjacent fins 7, measured along the circumference of the rotor, there will always be a fin 7 between ports 4a and 5 at the top of the chamber. As a result, air leaks from ports 5 at high pressure, along the gap between the periphery of the rotor and the top of the cylindrical wall of the chamber, to the inlet port 4 at low pressure. pressure is virtually eliminated, in the absence of the usual oil film in this interval.
Thanks to the low weight, self-lubricating carbon fins, their circumferential interval with respect to the interval d between the inlet and outlet ports and thanks to the inclination of the fins relative to their radii of intersection a, as described, the pump can be operated efficiently without the use of oil and without excessive wear of the vanes.
In the modified form of pump shown in Figure 3, the pump housing 20 is mounted on a base 21, which also supports the electric motor 22. The motor shaft 22a is connected to the pump shaft 3a by. a disengageable coupling 23. For the rest, the pump 20 is similar to the pump illustrated in Figures 1 and 2.
CLAIMS.
1. Oil-free vacuum pump, comprising a casing having a generally cylindrical chamber and also air inlet and outlet ports, communicating with the chamber and distributed circumferentially along the periphery of the chamber, a rotor generally cylindrical, mounted in the chamber with its axis offset from the axis of the chamber, the rotor being of diameter less than the diameter of the chamber and having its periphery situated in the immediate vicinity of the periphery of the chamber in a region between the aforementioned orifices, the rotor having slits which extend parallel to the axis of said rotor and open out at the periphery of said rotor,
each slot intersecting a radius of the rotor and having its outer part offset from its intersected radius in the direction of rotation of the rotor, the circumferential gap between adjacent slots being less than the circumferential gap between the aforementioned orifices, measured along the aforementioned region of the periphery of the chamber, the pump further comprising fins of self-lubricating material, freely mounted in the aforementioned slots and capable of coming into contact at their outer edges with the periphery of the chamber.