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BORG-WARNER CORPORATION, résidant à CHICAGO ( E.UA ).
PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX POMPES A PRESSION.
La présente invention est relative à une pompe à mise en charge par pression et plus particulièrement à un coussinet ou bague appliqués par pression pour pareille pompe, ayant une surface de travail réagissant à une pression déterminée.
La présente invention procure une pompe à mise en charge par pres- sion, comprenant un coussinet ou bague présentant une première surface de tra- vail prévue pour réagir à la pression d'admission de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche et une seconde surface de travail prévue pour réagir à la pression de refoulement ou de décharge de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche.
La présente invention procure aussi un assemblage de coussinet appliqué par pression comprenant un organe de fermeture ou de couvercle et un organe de corps, ledit assemblage présentant une ouverture s'étendant à travers la masse suivant l'axe, ledit organe de couvercle présentant un re- trait formé sur un de ses côtés, une partie saillante complémentaire dudit organe de corps prévue pour être logée dans ledit retrait, ledit retrait et ladite partie saillante étant déportés par rapport à l'axe de ladite ouver- ture s'étendant suivant l'axe, des moyens d'étanchéité disposés entre ledit retrait et ladite partie saillante, et des moyens délimitant un passage sé- paré pour transmettre la pression d'admission à la partie dudit organe de couvercle se trouvant d'un côté desdits moyens d'étanchéité,
et la pression de refoulement à la partie dudit organe de couvercle se trouvant de l'autre côté desdits moyens d'étanchéité.
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Ainsi qu'il est bien connu, une partie de la pression de refou- lement, dans une pompe à mise en charge par pression, est appliquée aux sur- faces arrière ou de travail du coussinet ou des coussinets appliqués par pression et mobiles suivant l'axe, dans le cas où plusieurs éléments de pom- page sont utilisés, comme dans une pompe à engrenage, pour forcer le cous- sinet à venir en position de fermeture étanche contre les éléments de pompe associés. En choisissant avec soin les surfaces relatives de la face avant' des coussinets dans une pompe du type à engrenage, il est possible de com- mander entre des limites très étroites la pression effective d'obturation exercée. En pratique, ceci nécessite une pression effective un peu plus for- te dans le sens d'obturation que dans le sens d'ouverture de l'obturation.
Dans le type de pompe à mise en charge par pression décrit ci- dessus,la chambre de travail ou de mise en chargeà laquelle la pression de refoulement est appliquée, sera soumise uniformément à la pression de refoulement. Ceci revient à dire qu'en tout point des surfaces de travail à l'arrière du coussinet, existera pratiquement la même pression. Par con- séquent, quand, comme dans une pompe à mise en charge par pression du type à engrenage, la surface de travail comprend un tore disposé concentriquement par rapport à l'axe de la roue dentée de pompage, la force de pression est uniforme autour de l'axe de la pompe.
D'un autre côté, la surface avant du coussinet, c'est-à-dire la surface adjacente à la surface latérale de l'é- lément de pompage, bien que disposée uniformément par rapport à l'axe du coussinet, n'est pas soumise à une pression uniforme du fluide. Etant donné que la pression sur la surface avant du coussinet passe de la valeur mini- mum correspondant à la pression d'admission dans la zone adjacente à l'ad- mission de la pompe, à la valeur maximum correspondant à la pression de re- foulement au voisinage de la décharge de la pompe, la pression sur la sur- face venant en contact avec la face latérale de la roue dentée augmente gra- duellement de la pression d'admission à la pression de refoulement.
En con- séquence, il sera évident que bien que les forces de pression totales agis- sant sur les surfaces de travail ou de mise en charge du coussinet peuvent être rendues égales ou supérieures aux forces de pression totales agissant sur les surfaces avant du coussinet, les pressions agissant sur tous les points opposés des deux surfaces du coussinet ne seront pas proportionnées de la sorte et la partie de la surface avant du coussinet la plus proche de l'admission étant soumise à une pression plus faible, tendant à rompre le contact, que la partie de la surface avant du coussinet la plus proche de la décharge de la pompe, une condition de pression déséquilibrée en ré- sulte, tendant à tordre le coussinet dans le logement de pompe et provoquant une usure inégale. L'usure est, naturellement, concentrée du côté d'admis- sion de la pompe.
L'état de déséquilibre résultant de la variation de pression agissant sur les surfaces avant du coussinet peut être compensé en dépor- tant la surface de travail réagissant à la pression du coussinet de sorte qu'une plus faible partie de la surface de travail est exposée du côté de l'admission de la pompe que du côté du refoulement. Ceci est réalisé en uti- lisant un coussinet présentant une extrémité à rebord prévue pour venir en contact avec les surfaces latérales de l'élément de pompage et en déportant la périphérie de la partie de corps dans la direction du côté d'admission de la pompe. La surface de travail résultante, généralement annulaire, a une épaisseur nettement plus faible au voisinage du côté d'admission de la pompe qu'au voisinage du côté de décharge.
Par conséquent, étant donné que la force exercée est fonction de la pression et de la surface, une force proportionnellement plus grande est exercée sur le côté de décharge de la surface de travail que du côté d'admission, compensant ainsi la variation de pression sur la face avant du coussinet.
L'agencement décrit ci-dessus nécessite un logement de pompe
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spécial, c'est-à-dire, la cavité recevant le coussinet doit aussi être dépor- tée pour loger la partie décalée du corps. Il a été trouvé en pratique qu'il est quelque peu difficile d'obtenir en production le degré d'excentricité considérable requis, sans augmenter exagérément le coût de fabrication. De plus, ainsi qu'il sera aisément évident, l'agencement ci-dessus ne convient pas pour modifier des pompes déjà en service, c'est-à-dire que par suite des changements du logement requis, il n'est pas pratique d'incorporer ce perfec- tionnement dans des pompes à mise en charge par pression déjà construites.
Dans certains cas, il est souhaitable de faire fonctionner des pompes avec des pressions d'admission relativement fortes. Par exemple, dans certaines applications de pompes en série, la pression d'admission de la seconde pom- pe peut ne pas être plus de quelques centaines de livres inférieure à la pression de refoulement de la seconde pompe et peut être aussi forte qu'un millier de livres par pouce carré ou plus. Il sera évident que dans pareille application, il n'est pas possible d'ignorer, pour un fonctionnement opti- mum, la pression d'admission, mais plutôt que des mesures définies doivent être prises non seulement pour équilibrer la pression de mise en charge pour compenser la variation de pression de refoulement, mais aussi pour tenir comp- te de l'effet sur cette variation d'une relativement forte pression d'admis- sion.
Un but de la présente invention est de procurer une pompe à mise en charge par pression nouvelle et perfectionnée, et plus particulièrement un assemblage de coussinet appliqué par pression prévu pour être incorporé dans un logement normal de pompe sans modification du logement, assemblage de coussinet qui procure une première surface de travail réagissant à une pression graduelle et à laquelle la pression de refoulement est appliquée, et une seconde surface de travail réagissant à une pression graduelle et à laquelle la pression d'admission est appliquée.
Suivant une réalisation de la présente invention, une pompe à mise en charge par pression du type à engrenage ayant un groupe de coussi- nets appliqués par pression et mobiles suivant l'axe dans laquelle les cous- sinets, mobiles suivant l'axe, comprennent un assemblage de coussinet en deux pièces, présentant une ouverture suivant l'axe. L'assemblage de cous- sinet comprend un élément de couvercle, dont la surface avant est prévue pour venir en contact étanche avec la surface latérale de l'élément de pom- page de la pompe, et dont la surface arrière à découvert procure la surface de travail ou de mise en charge par pression de l'assemblage de coussinet.
La surface arrière de l'élément de couvercle présente un retrait cylindrique profond dont l'axe est déporté par rapport à l'ouverture axiale s'étendant à travers l'élément de couvercle dans la direction du côté d'admission de la pompe. La partie de corps du coussinet, comprenant le second élément de l'assemblage, est munie de plusieurs rebords ou brides espacés suivant l'axe et se développant radialement, et présente une partie ou portée cylindrique déportée surélevée sur sa surface avant, partie qui est prévue pour se loger dans le retrait formé dans le couvercle et pour y être renfermée par un seg- ment d'étanchéité disposé dans une rainure formée autour de la périphérie de la partie surélevée.
Le segment ou anneau d'étanchéité sépare et délimite ainsi deux zones disposées excentriquement, et la zone ayant sa plus grande surface adjacente au côté d'admission de la pompe est mise en communication avec la pression d'admission de la pompe par une ouverture de passage con- venable, tandis que la zone ayant sa plus grande partie adjacente au côté de refoulement de la pompe est mise en communication avec la pression de re- foulement par un passage convenable. L'épaisseur axiale de l'assemblage de- puis la face avant du couvercle jusqu'à la surface à rebord la plus en ar- rière est déterminée de façon à être équivalente à l'épaisseur normale du rebord ou de la bride prévus sur un coussinet appliqué par pression, de ty- pe usuel.
L'assemblage est, par conséquent, interchangeable avec le coussi- net usuel sans modification du logement.
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D'autres buts et avantages de la présente invention ressorti- ront de la description détaillée suivante, en se référant aux dessins, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe, suivant l'axe d'un fragment d'une pompe, à mise en charge par pression du type à engrenage, comprenant une paire d'assemblages de coussinets suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue en coupe pratiquement suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe pratiquement suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 est une vue similaire à la figure 1, montrant toute- fois une modification de l'assemblage de coussinets.
La figure 5 est une vue en coupe pratiquement suivant la ligne 5-5 de la figure 4.
En se référant maintenant aux dessins et particulièrement à la figure 1 de ceux-ci, l'on y voit une pompe présentant un assemblage d'encein- te comprenant une partie principale de corps 5 et un organe de fermeture gauche 6. Ces parties sont boulonnées fermement ensemble et coopèrent pour délimiter une paire d'alésage ou chambres d'engrenage de pompage 7 et 8, se recoupant et dont les axes sont parallèles, alésages qui sont prévus pour recevoir des roues dentées de pompage 9 et 10, en prise et travaillant de concert, roues qui sont tourillonnées dans des organes de coussinet convena- bles de façon à pouvoir tourner.
Dans la réalisation représentée, les roues dentées de pompage 9 et 10 présentent des arbres de tourillon creux formés d'une pièce avec les roues dentées, respectivement, et les parties de droite des arbres de tourillon 11 et 12 sont portées dans des coussinets 13 et 14 à rebord, du type usuel, montés dans les parties de droite des chambres 7 et 8 des roues dentées. Les parties de gauche des tourillons 11 et 12 des roues dentées, sont portées, respectivement, dans des assemblages de coussinets 15 et 16 appliqués par pression et réglables suivant l'axe, assemblages qui sont montés dans les côtés gauches des chambres 7 et 8 des roues dentées de pom- page. Les assemblages de coussinet 15 et 16 sont construits suivant la pré- sente invention et seront décrits en détail ultérieurement.
Dans la réalisa- tion représentée, la roue dentée de pompage inférieure 10 est la roue menan- te et, par conséquent, l'extrémité de gauche du tourillon 12 de la roue den- tée présente, formé dans sa masse, une extrémité d'accouplement cannelé 17 par lequel l'arbre peut être relié pour l'entraînement à une source de puis- sance convenable. Du liquide à basse pression est introduit dans l'enveloppe de pompe par l'admission 18 et du liquide à haute pression est refoulé par la tubulure de décharge 19, les passages d'admission et de décharge commu- niquant, respectivement, avec l'admission et la décharge des roues dentées de pompage engrenantes.
Comme les assemblages de coussinet 15 et 16 sont essentiellement identiques, seul l'assemblage de coussinet 15 sera décrit en détail. L'as- semblage de coussinet 15 comprend une partie de corps 22 et un organe de cou- vercle 23 se recouvrant à l'extrémité droite de la partie de corps, ainsi qu'il est indiqué à la figure 1. L'organe de couvercle 23 est de forme géné- ralement cylindrique ou en forme de disque et présente, formée à travers la masse, une ouverture 24 s'étendant suivant l'axe et d'un diamètre suffisant pour loger l'arbre 11 de tourillon de la roue dentée.
En pratique, le diamè- tre de l'ouverture 24 est rendu légèrement plus grand que le diamètre péri- phérique de l'arbre 11 pour permettre un léger ajustage angulaire de l'organe de couvercle par rapport à l'axe de l'arbre pour tenir compte d'un défaut
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d'alignement. Une courte rainure 23a s'étendant vers le bas est formée dans le côte inférieur de la surface du couvercle 23 venant en contact avec la face latérale de la roue dentée, légèrement à gauche, ainsi qu'il est repré- senté à la figure 2, du point de transition des dents de la roue dentée de sorte que cette rainure soit en communication avec la pression d'admission.
Ainsi qu'il est mieux vu aux figures 2 et 3, l'organe de couver- cle 23 présente, formé dans son côté gauche, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, un retrait cylindrique profond 25, dont l'axe est déporté par rapport à l'axe de l'ouverture 24. Ainsi qu'il apparaîtra ci-après, la dis- tance dont le retrait 25 est déporté dépend de la variation à compenser.
Le retrait 25 est déporté vers la gauche, ainsi qu'il est représenté à la fi- gure 2, réduisant ainsi la largeur de la surface de travail soumise à la pression, désignée par 26, du côté de cette surface adjacent à l'admission 18 de la pompe, mais augmentant de façon correspondante la largeur de la surface de travail 26 du côté de cette surface adjacent à l'ouverture de décharge 19 de la pompe.Le couvercle 23 est étroitement ajusté dans l'in- térieur de la chambre 7 formée dans l'enveloppe de pompe, un jeu suffisant étant toutefois prévu pour permettre un déplacement axial de l'organe de couvercle par rapport à l'enveloppe afin de laisser la surface avant du cou- vercle venir en contact étanche avec les surfaces latérales de la roue den- tée de pompage.
La partie de corps 22 de l'assemblage de coussinet présente une ouverture 27 s'étendant suivant l'axe et communiquant, à son extrémité de droite, avec l'ouverture 24 formée dans le couvercle 23 ; le dia- mètre intérieur de l'ouverture 27 peut être quelque peu inférieur au diamè- tre intérieur de l'ouverture 24 étant donné qu'il est souhaitable que l'ar- bre 11 soit tourillonné dans l'ouverture 27 avec un ajustage étroit permet- tant la rotation.
Une rainure axiale 28, s'étendant de l'extrémité droite à l'extrémité de gauche de cette paroi de l'ouverture axiale 27 dans la par- tie de corps 22, assure un graissage convenable de l'arbre 11 de la roue dentée, des rainures en spirale 29, formées également dans la paroi latéra- le de l'ouverture 27 et communiquant avec la rainure 28, facilitant la ré- partition de fluide autour du tourillon de la roue dentée. Il n'est pas es- sentiel que la rainure 28 s'étende complètement jusqu'à l'extrémité arrière de l'ouverture 27, mais elle peut se terminer un peu avant ce point, s'il est désiré. Près de son extrémité gauche, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, l'organe de corps 22 présente une rainure annulaire profonde 30 qui s'étend suivant la périphérie et présente, sur son côté gauche, un rebord 31 et, sur son côté droit, un rebord 32.
La rainure 30 est faite aussi pro- fonde que possible sans affaiblir indûment la structure du coussinet, pour diminuer le poids de l'assemblage et, en même temps, pour exposer une plus grande surface de l'assemblage au fluide qui est pompé, aidant par conséquent à maintenir le coussinet à une faible température.
Le rebord 32 s'étend radialement vers l'extérieur pratiquement plus loin'que le rebord 31 et sa partie dépassante s'appuie à son côté gau- che, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, sur un épaulement annulaire 33 de l'alésage de l'enveloppe de la pompe. La partie de corps de l'assem- blage est ainsi portée de façon sûre dans la cavité 7, de l'enveloppe de pompe, recevant le coussinet et est relativement fixe, par rapport à cette cavité, pendant le fonctionnement normal de la pompe. La surface de l'extré- mité droite, du grand rebord 32, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, présente, formée sur elle, une partie ou portée dépassante ou en saillie 34 qui est logée dans le retrait excentré 25 formé dans l'organe de couver- cle 23, la portée 34 étant excentrée de façon similaire.
La portée 34 est complémentaire du retrait 25 et y est étroitement ajustée de façon télesco- pique. L'échappement de fluide sous pression depuis la surface 26 à travers l'espace quelconque qui peut être libre entre les côtés de la portée 34 et
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les côtés adjacents du retrait 25 pour permettre le mouvement du couvercle 23, est empêché par un segment annulaire en 0 35 disposé dans un retrait annulaire 36 formé autour de la périphérie de la portée 34. Le segment an- nulaire en 0 permet le déplacement relatif du couvercle 23 par rapport au corps, et particulièrement par rapport à la portée de celui-ci, tout en main- tenant un joint étanche pour le fluide.
La portée pourrait naturellement ê- tre prévue sur le couvercle 23 et le retrait dans l'extrémité du corps 22, s'il est désiré, et, de façon similaire, le segment d'étanchéité 35 pourrait être logé dans une rainure interne formée dans le retrait aussi bien que dans la portée 34.
De façon à réaliser la pression initiale de mise en charge, plu- sieurs ressorts de mise en charge 37 sont disposés dans des logements conve- nables formés dans la portée 34 et dans l'organe de couvercle 23, pour pous- ser initialement l'organe de couvercle vers la surface latérale adjacente de la roue dentée de pompage 9. Ceci procure la mise en contact étanche ini- tiale nécessaire.
Immédiatement, toutefois, lorsque le pompage commence, la pression de refoulement est transmise à la surface de travail 26 de l'assem- blage de coussinet par un passage 38 s'étendant suivant l'axe et formé en- tre les assemblages de coussinets 15 et 16 au point de convergence des pé- riphéries des grands rebords des deux assemblages de coussinets sur leur côté droit, ainsi qu'il est représenté à la figure 2, c'est-à-dire le côté adjacent au passage de décharge 19 et à la paroi adjacente de l'enveloppe.
Cette pression de décharge, étant appliquée à la surface de travail 26, met en charge par pression l'organe de couvercle et pousse l'organe de cou- vercle 23 vers la droite, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, pour établir et maintenir la mise en contact étanche de celui-ci avec la face latérale de la roue dentée suivant la pratique usuelle des pompes à mise en charge par pression.
Il sera entendu qu'il doit être prévu soit un jeu suffisant en- tre la périphérie du rebord 31 et les parois adjacentes de l'enveloppe de la pompe, soit un passage convenable formé autrement à travers la périphé- rie du rebord pour mettre en communication la chambre, délimitée principa- lement par la rainure 30, avec la basse pression. En l'absence de pareille mise en communication, la pression s'accumulerait contre la surface de gau- che du rebord 32, ainsi qu'il est représenté à la figure 1, provoquant un déplacement de la partie de corps 22 de l'assemblage de coussinet.
Etant donné qu'il est souhaitable que le rebord 31 coopère avec le rebord 32 pour établir et maintenir l'alignement du coussinet dans l'alésage, une rainure 31a, s'étendant suivant l'axe, est formée de préférence dans la périphérie de chaque rebord 31, l'extrémité gauche de chaque rainure 31a étant alors en communication avec une zone de pression basse ou intermédiaire de la pom- pe, à travers le passage s'étendant suivant l'axe dans le tourillon associé de la roue dentée.
Etant donné, ainsi qu'il a été indiqué auparavant, que la force exercée par la pression agissant sur la surface de travail 26, mise en char- ge par pression, est déterminée par la pression et la dimension de la sur- face sur laquelle elle agit, et puisque la partie de cette surface adjacente au côté d'admission de la pompe est de dimension fort étroite, ainsi qu'il est aisément évident à la figure 2, par comparaison avec la partie de la sur- face de travail adjacente au côté de décharge de la pompe, il sera évident que la force agissant dans le sens d'établissement de la mise en contact sera plus faible du côté d'admission de la pompe de l'organe de couvercle du coussinet, que du côté de décharge de la pompe de celui-ci.
La valeur de cette force de mise en charge par pression passera d'une valeur minimum au voisinage du côté d'admission de la pompe de la surface de travail 26, à - ne valeur maximum au voisinage du côté de décharge de la pompe de la surfa- ce de travail. La variation de la force de mise en charge par pression peut
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être réalisée en déterminant les surfaces relatives de la partie voisine de l'extrémité d'admission des parties voisines de la décharge sur la surface de travail de façon à correspondre pratiquement en variation aux forces ef- fectives de pression sur les surfaces avant ou de mise en contact avec la fa- ce latérale de la roue dentée, du couvercle.
En même temps, l'étendue tota- le de la surface 26 est choisie de telle sorte que la force de mise en char- ge par pression surpasse la force dirigée en sens inverse sur la surface, venant en contact avec la face latérale de la roue dentée, de l'organe de couvercle afin de procurer la force nette de mise en contact nécessaire pour établir un joint étanche convenable de pompage suivant la pratique usuelle des pompes à mise en charge par pression.
Il a été trouvé en pratique qu'il est quelque fois nécessaire, afin de réaliser l'équilibre optimum, de prévoir une zone biseauté 39 s'é- tendant partiellement autour de la périphérie de la surface avant de l'organe de couvercle du côté de celui-ci voisin de la décharge 19. La zone biseautée s'étend, dans le sens opposé au sens des aiguilles d'une montre, depuis le côté de décharge de la pompe vers le côté d'admission, ainsi qu'il est re- présenté à la figure 2, et l'emplacement de la limite de gauche de la zone biseautée est choisi pour mettre cette extrémité de la zone biseautée en com- munication avec une zone de relativement basse pression.
De plus, la surface avant ou venant en contact avec la face latérale de la roue dentée, du cou- vercle.23 peut être rainurée ou dépouillée et les surfaces rainurées ou dé- pouillées peuvent être mises en communication avec la pression d'admission par exemple à travers les rainures 23a pour réduire la zone de pression ef- fective sur cette surface.
Il sera évident qu'étant donné que la surface excentrique à la base du retrait 25 est mise en communication avec la pression d'admission à travers l'ouverture 24 et la rainure 23a, tout fluide sous pression, du côté de décharge de la pompe, s'échappant au-delà du joint 35 sera mis en commu- nication avec la pression d'admission. En même temps, la pression d'admis- sion sera effective sur cette surface en retrait pour pousser ce côté du couvercle de coussinet contre la face latérale adjacente de la roue dentée, avec une force proportionnelle à la pression d'admission.
Dans certaines applications de pompes en série, à plusieurs élé- ments, la pratique est d'augmenter la pression de refoulement dans le dernier étage d'une faible valeur seulement au-delà de la pression d'admission au dernier étage. Par conséquent, la pression d'admission est un facteur impor- tant pour déterminer la nature de la variation de pression sur la surface venant en contact avec la face latérale de la roue dentée, du coussinet.
Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, des pressions d'admissions plus fortes que la normale doivent être prises en considération avec l'agencement repré- senté à la figure 1 dans lequel la pression d'admission est transmise à la base du retrait 25 à travers la rainure radiale 23a et l'ouverture 24. La base du retrait 25, étant déportée dans la direction du côté d'admission de la pompe, à l'inverse de la surface de travail principale 26, transmettra, en réponse à l'application de la pression d'admission, une force correspon- dante au couvercle 23 tendant à le pousser contre les parties de la roue dentée voisines de l'admission.
En se référant maintenant aux figures 4 et 5, l'on y voit repré- sentée une forme modifiée d'assemblage de coussinet, prévue particulièrement pour l'emploi avec des pompes auxquelles est appliquée une relativement for- te pression d'admission. Cette forme modifiée permet la commande de l'ampleur de la réaction de l'organe de couvercle 23 à la pression d'admission appli- quée à la base du retrait 25, indépendamment de la commande de la zone de la surface de travail soumise à la pression de refoulement.
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Comme l'agencement représenté aux figures 4 et 5 diffère de ce- lui représenté aux figures 1, 2 et 3 seulement en ce qui concerne l'assem- blage de coussinet, des indices numériques de référence semblables ont été donnes aux pièces correspondantes aux figures 4 et 5 et aux figures 1, 2 et 3.
L'assemblage de coussinet modifié 40 comprend un organe de cou- vercle 41 et une partie de corps 42 assemblés de façon télescopique de fa- çon similaire à l'assemblage de coussinet 15. L'organe de couvercle 41 est de forme généralement cylindrique et présente, formée à travers la pièce, une ouverture s'étendant suivant l'axe 43 d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'arbre de tourillon de la roue dentée associé.
Le couvercle 41 est ajusté étroitement à l'intérieur de la chambre 7 formée dans l'enveloppe de la pompe, un jeu suffisant étant prévu pour permettre un déplacement axial de l'organe de couvercle par rapport à l'enveloppe et pour permettre à la surface avant du couvercle de venir en contact étanche avec les surfaces latérales de la roue dentée de pompage.
A la place d'un seul retrait disposé de façon excentrique, ain- si qu'il est représenté à la figure 2, deux retraits 44 et 45, respective- ment,de dimensions inégales, sont formés dans l'organe de couvercle 41, le retrait 44 étant déporté vers la gauche, de façon similaire à celle du re- trait 25 de la figure 2, et le retrait 45 étant centré par rapport au cous- sinet.Le retrait plus grand 44 s'étend depuis le côté gauche de l'organe de couvercle 41, tel qu'il est représenté à la figure 4, jusqu'à un plan éloigné d'approximativement le tiers de l'épaisseur de l'organe de couver- cle à partir du côté gauche de celui-ci, c'est-à-dire que la profondeur du retrait 44 est approximativement le tiers de l'épaisseur de l'organe de couvercle 41.
Le second et nettement plus petit retrait 45, qui est dispo- sé concentriquement par rapport à l'axe de l'assemblage de coussinet, s'é- tend vers la droite depuis la base du retrait 44 jusqu'à un plan légère- ment espacé du côté droit de l'organe de couvercle 41, et est ainsi appro- ximativement de la même profondeur que le retrait 44.
Le retrait 44 est déporté vers la gauche, tel qu'il est vu à la figure 5, afin de réduire la largeur de la surface annulaire de travail mise en charge par pression, désignée par la référence 46, sur le côté de cette surface voisin de l'admission de la pompe, mais pour augmenter de fa- gon correspondante la largeur de la surface de travail 46 du côté voisin du conduit de décharge de la pompe. La valeur dont le retrait 44 est excentré, est déterminée par des considérations identiques à celles se rapportant au retrait 25.
La partie de corps 42 de l'assemblage de coussinet 40 présente une ouverture 47 s'étendant suivant l'axe et communiquant, à son extrémité de droite, avec l'ouverture 43, formée dans le couvercle, quand le corps est assemblé avec le couvercle, et, à son extrémité de gauche, avec l'extré- mité de gauche de l'alésage supérieur de l'enveloppe. Le tourillon de roue dentée est logé dans l'ouverture 47, et le diamètre intérieur de l'ouvertu- re 47 est quelque peu inférieur au diamètre intérieur de l'ouverture 43 é- tant donné qu'il est souhaitable que le tourillon y soit logé avec un ajus- tage serré permettant la rotation.
Une rainure axiale 48, s'étendant de l'ex- trémité de droite à l'extrémité de gauche de l'ouverture 47, assure un grais- sage convenable de l'arbre de la roue dentée, tandis que des rainures en spirale 49 facilitent la répartition du fluide. Comme pour la rainure 28, il n'est pas toujours nécessaire que la rainure 48 s'étende sur toute la longueur du corps de coussinet vers la gauche, et elle peut se terminer quel- que peu avant l'extrémité de gauche du coussinet, ainsi qu'il est représen- té à la figure 4. La partie d'extrémité de gauche du corps 42 est nettement réduite pour procurer une partie finale 50, de faible diamètre extérieur,
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logée dans une partie 7a, de faible diamètre correspondant, de la chambre ou alésage 7.
Le côté gauche de la plus grande partie du corps 42, désignée par la référence 57 à la figure 4, s'appuie, à son côté gauche, sur un épau- lement annulaire-52 de l'alésage de l'enveloppe de pompe. La partie de corps de l'assemblage de coussinet 40 est ainsi portée de façon sûre dans la ca- vité de l'enveloppe de pompe, et est relativement fixe par rapport à celle- ci pendant le fonctionnement normal de la pompe.
L'extrémité de droite de l'organe de corps 42 présente, formée sur celui-ci, une première partie ou portée dépassante ou en saillie 53, qui est logée dans le plus grand retrait 44 formé dans le couvercle. Cette portée est placée excentriquement par rapport à l'axe du coussinet, étant déportée de la même façon et de la même valeur que le retrait 44, quoique de dimension extérieure légèrement plus faible. Une seconde portée ou par- tie en saillie 54 est formée sur la portée 53 et cette portée est disposée de façon concentrique par rapport à l'organe de corps 42, d'une façon simi- laire à celle du retrait 45 formé dans l'organe de couvercle 41. La portée 54 est logée dans le retrait 45 disposé de façon concentrique dans l'organe de couvercle 41.
Afin d'isoler la surface de base, disposée excentriquement, du retrait 44 de la surface de travail 46 et pour la mettre en communication avec la pression d'admission seulement, plusieurs segments d'étanchéité sont utilisés. Ainsi, un premier segment d'étanchéité 55, logé dans un re- trait annulaire 56, formé autour de la périphérie de la partie d'épaulement 53, s'appuie contre la paroi latérale du retrait 44, tandis qu'un second segment d'étanchéité 57, logé dans un retrait 58, formé autour de la péri- phérie de la portée 54, s'appuie contre la paroi latérale du retrait con- centrique 45. Il sera entendu, naturellement, que les retraits annulaires peuvent être formés dans les parois des retraits 44 et 45 sans s'écarter de l'invention.
En se référant à la figure 5, l'on verra qu'un passage 60 est percé à travers le couvercle 41, le passage étant placé de telle sorte qu'u- ne extrémité soit en communication avec le côté d'admission de la pompe et que l'autre extrémité soit en communication avec la zone isolée entre les deux segments d'étanchéité, c'est-à-dire, la base disposée excentriquement du retrait 44. En même temps, il sera remarqué à la figure 4 que les courts passages 23a, s'étendant radialement, prévus à la figure 1, ont été omis.
La pression de pompage ou de décharge s'échappant au-delà du segment d'étan- chéité 55, passera à travers le passage 60. Toutefois, le but principal en prévoyant le passage 60 est de transmettre la pression d'admission à la zone annulaire prévue à la base du retrait 44. Une accumulation de pression con- tre la surface désignée par la référence 51 à la figure 4, qui pourrait ten- dre à provoquer un déplacement de la partie de corps, est empêchée soit en prévoyant un léger jeu de passage, soit en prévoyant effectivement une rai- nure de passage dans la partie de corps 50, semblable aux rainures 31a de la figure 1.
Dans le fonctionnement d'une pompe comprenant l'agencement des figures 4 et 5, une pression de refoulement est transmise à une zone excen- trée principale 46 de la surface de travail du couvercle 41, repoussant vers la droite le couvercle, ainsi qu'il est représenté à la figure 4, en contact étanche avec les roues dentées de pompage associées. Etant donné que la plus grande partie de la zone 46 est située au voisinage de la décharge de la pompe, la force de mise en charge par pression sera plus efficace contre les faces latérales de la roue dentée les plus proches de la décharge de la pom- pe.
En même temps, toutefois, la pression d'admission est transmise à la zone secondaire excentrée de la surface de travail prévue à la base du re- trait 44 et, étant donné que la plus grande partie de cette zone est située
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au voisinage de l'admission de la pompe, le couvercle tendra à venir contre les parties de la face latérale de la roue dentée situées le plus près de l'admission de la pompe, en réponse à la pression d'admission. En augmentant ou en réduisant la dimension du retrait 45, l'importance de la compensation pour une forte pression d'admission peut être commandée dans des limites é- troites. De plus, en faisant varier la dimension de l'ouverture 43, la réac- tion globale du couvercle à la pression de la face latérale de la roue den- tée peut être commandée.
Afin de faciliter la description, les assemblages de coussinet ont été décrits comme étant de forme généralement cylindrique, ceci étant la forme usuelle de coussinet de pompe. Il devra être entendu, toutefois, que la présente invention peut également être adaptée à une construction curviligne ou angulaire et de façon similaire les retraits et les portées peuvent être de forme curviligne ou angulaire. Généralement, toutefois, la forme-cylindrique représentée peut être plus facilement adaptée aux techni- ques de production en série.
Il sera évident, d'après ce qui précède, que l'assemblage de coussinet suivant la présente invention peut être réalisé de façon à n'en- traîner aucune modification de la cavité recevant le coussinet dans une en- veloppe usuelle de pompe à mise en charge par pression, et, en conséquence, le coussinet est interchangeable avec le type usuel de coussinet. Il sera aussi évident qu'en vertu de ce caractère d'interchangeabilité, il est pos- sible de prévoir plusieurs jeux d'assemblages de coussinet ayant différen- tes dispositions ou proportions des surfaces de travail de sorte qu'en uti- lisant l'un ou l'autre desdits jeux, la pompe peut être adaptée pour accep- ter une large gamme de variations de force sur les surfaces avant des cous- sinets .
Bien que cette invention ait été décrite particulièrement en conjonction avec une pompe à mise en charge par pression du type à engrena- ge, il sera évident qu'elle est également applicable à des pompes du type à palettes utilisant une plaque d'extrémité appliquée par pression.
Là où, dans le présent texte, les diverses parties de la présen- te invention ont été indiquées comme étant placées à droite ou à gauche, ou dans une position supérieure ou inférieure, il sera entendu que cela est fait uniquement dans le but de faciliter la description et que pareilles in- dications concernent seulement les positions relatives des pièces comme el- les sont représentées aux dessins annexés.
REVENDICATIONS.
1. Pompe à mise en charge par pression, comprenant un coussinet ou bague présentant une première surface de travail prévue pour réagir à la pression d'admission de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche et une seconde surface de travail prévue pour réagir à la pression de refoulement ou de décharge de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche.
2. Pompe à mise en charge par pression, comprenant un assemblage de coussinet présentant une première surface de travail disposée excentri- quement et prévue pour réagir à la pression d'admission de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche, et une seconde surface de travail disposée excentriquement et prévue pour réagir à la pres- sion de refoulement de la pompe afin d'amener ledit coussinet en position de fermeture étanche.
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BORG-WARNER CORPORATION, residing in CHICAGO (E.UA).
IMPROVEMENTS RELATED TO PRESSURE PUMPS.
The present invention relates to a pressure loading pump and more particularly to a bearing or ring applied by pressure for such a pump, having a working surface reacting to a determined pressure.
The present invention provides a pressure loading pump comprising a pad or ring having a first working surface adapted to react to the inlet pressure of the pump in order to bring said pad to the closed position. sealed and a second working surface provided to react to the discharge or discharge pressure of the pump in order to bring said pad into the sealed closed position.
The present invention also provides a pressure applied pad assembly comprising a closure or cover member and a body member, said assembly having an opening extending through the mass along the axis, said cover member having a rear. - Line formed on one of its sides, a protruding part complementary to said body member intended to be housed in said recess, said recess and said protruding part being offset with respect to the axis of said opening extending along the line. axis, sealing means disposed between said recess and said protruding part, and means defining a separate passage for transmitting the inlet pressure to the part of said cover member located on one side of said sealing means ,
and the discharge pressure at the part of said cover member lying on the other side of said sealing means.
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As is well known, a portion of the discharge pressure, in a pressure loading pump, is applied to the back or working surfaces of the pad or pads which are pressure applied and movable along the line. The shaft, in the case where several pumping elements are used, such as in a gear pump, to force the bearing to come into the sealed position against the associated pump elements. By carefully choosing the relative surfaces of the front face of the bearings in a gear type pump, it is possible to control the actual seal pressure exerted within very narrow limits. In practice, this requires a slightly higher effective pressure in the direction of closure than in the direction of opening of the closure.
In the type of pressure-loading pump described above, the working or loading chamber to which the discharge pressure is applied will be subjected to the discharge pressure uniformly. This amounts to saying that at all points of the working surfaces behind the pad, there will be practically the same pressure. Therefore, when, as in a gear-type pressure-loading pump, the working surface includes a torus arranged concentrically with the axis of the pumping gear, the pressing force is uniform. around the axis of the pump.
On the other hand, the front surface of the pad, i.e. the surface adjacent to the side surface of the pumping element, although disposed uniformly with respect to the axis of the pad, does not is not subjected to uniform pressure of the fluid. Since the pressure on the front surface of the bushing changes from the minimum value corresponding to the inlet pressure in the area adjacent to the pump inlet, to the maximum value corresponding to the return pressure. flow in the vicinity of the pump discharge, the pressure on the surface coming into contact with the side face of the toothed wheel increases gradually from the inlet pressure to the outlet pressure.
As a result, it will be apparent that although the total pressure forces acting on the working or loading surfaces of the pad can be made equal to or greater than the total pressure forces acting on the front surfaces of the pad, the pressures acting on all the opposite points of the two surfaces of the bearing will not be so proportioned and the part of the front surface of the bearing closest to the inlet being subjected to a lower pressure, tending to break the contact, that part of the front surface of the bearing closest to the pump discharge, an unbalanced pressure condition results, tending to twist the bearing in the pump housing and causing uneven wear. Wear is, of course, concentrated on the inlet side of the pump.
The state of imbalance resulting from the pressure variation acting on the front surfaces of the pad can be compensated by de-stressing the pressure-responsive work surface of the pad so that a smaller portion of the work surface is exposed. on the inlet side of the pump than on the discharge side. This is achieved by using a bushing having a flanged end intended to come into contact with the side surfaces of the pumping element and by offsetting the periphery of the body part in the direction of the inlet side of the pump. . The resulting generally annular working surface has a much smaller thickness in the vicinity of the inlet side of the pump than in the vicinity of the discharge side.
Therefore, since the force exerted is a function of the pressure and the area, a proportionally larger force is exerted on the discharge side of the working surface than on the inlet side, thereby compensating for the pressure variation on the working surface. the front face of the pad.
The arrangement described above requires a pump housing
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special, that is to say, the cavity receiving the pad must also be offset to accommodate the offset part of the body. It has been found in practice that it is somewhat difficult to achieve in production the required considerable degree of eccentricity without unduly increasing the cost of manufacture. In addition, as will be readily apparent, the above arrangement is not suitable for modifying pumps already in service, i.e. due to changes in the required housing it is impractical. to incorporate this improvement into already built pressure loading pumps.
In some cases, it is desirable to operate pumps with relatively high inlet pressures. For example, in some series pump applications, the inlet pressure of the second pump may be no more than a few hundred pounds lower than the discharge pressure of the second pump and may be as high as one. thousand pounds per square inch or more. It will be evident that in such an application it is not possible to ignore the manifold pressure for optimum operation, but rather definite measures must be taken not only to balance the charging pressure. to compensate for the variation in discharge pressure, but also to take into account the effect on this variation of a relatively high intake pressure.
An object of the present invention is to provide a new and improved pressure-loading pump, and more particularly a pressure-applied pad assembly intended to be incorporated into a normal pump housing without modification of the housing, which pad assembly provides a first gradually pressure responsive work surface to which discharge pressure is applied, and a second step pressure responsive work surface to which inlet pressure is applied.
In accordance with one embodiment of the present invention, a gear type pressure-loading pump having a group of axially movable pressure-applied cushions in which the axially movable cushions comprise a two-piece bearing assembly having an opening along the axis. The cushion assembly comprises a cover member, the front surface of which is provided to sealingly contact the side surface of the pumping member of the pump, and the exposed rear surface of which provides the surface. working or pressure loading of the bearing assembly.
The rear surface of the cover member has a deep cylindrical recess, the axis of which is offset from the axial opening extending through the cover member in the direction of the inlet side of the pump. The body portion of the pad, comprising the second member of the assembly, is provided with a plurality of axially spaced and radially expanding flanges or flanges, and has an offset cylindrical portion or seat raised on its front surface, which portion is provided to fit into the recess formed in the cover and to be enclosed therein by a sealing segment disposed in a groove formed around the periphery of the raised portion.
The sealing segment or ring thus separates and delimits two eccentrically disposed areas, and the area having its largest surface adjacent to the inlet side of the pump is communicated with the inlet pressure of the pump through an opening of suitable passage, while the area having its greater part adjacent to the discharge side of the pump is communicated with the discharge pressure by a suitable passage. The axial thickness of the assembly from the front face of the cover to the rearmost flanged surface is determined to be equivalent to the normal thickness of the flange or flange provided on a pad applied by pressure, of the usual type.
The assembly is, therefore, interchangeable with the usual cushion without modifying the housing.
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Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, with reference to the drawings, in which:
Figure 1 is a sectional view, taken along the axis of a fragment of a gear type pressure loading pump comprising a pair of bearing assemblies in accordance with the present invention.
Figure 2 is a sectional view taken substantially along the line 2-2 of Figure 1.
Figure 3 is a sectional view taken substantially along line 3-3 of Figure 2.
Figure 4 is a view similar to Figure 1, however showing a modification of the bearing assembly.
Figure 5 is a sectional view taken substantially along line 5-5 of Figure 4.
Referring now to the drawings and particularly to Figure 1 thereof, there is shown a pump having an enclosure assembly comprising a main body portion 5 and a left closure member 6. These portions are bolted firmly together and cooperate to define a pair of bores or pumping gear chambers 7 and 8, intersecting and having parallel axes, which bores are provided to receive pumping gears 9 and 10, engaged and working together, wheels which are journaled in suitable bearing members so as to be able to turn.
In the illustrated embodiment, the pumping gears 9 and 10 have hollow journal shafts integrally formed with the gears, respectively, and the right-hand parts of the journal shafts 11 and 12 are carried in bearings 13 and 12. 14 with flange, of the usual type, mounted in the right-hand parts of the chambers 7 and 8 of the toothed wheels. The left parts of the journals 11 and 12 of the toothed wheels are carried, respectively, in assemblies of bearings 15 and 16 applied by pressure and adjustable along the axis, which assemblies are mounted in the left sides of the chambers 7 and 8 of the toothed pump wheels. Bearing assemblies 15 and 16 are constructed in accordance with the present invention and will be described in detail later.
In the embodiment shown, the lower pumping gear 10 is the drive wheel and, therefore, the left end of the toothed wheel journal 12 has, formed in its mass, an end of the toothed wheel. splined coupling 17 by which the shaft can be connected for driving to a suitable power source. Low pressure liquid is introduced into the pump casing from inlet 18 and high pressure liquid is discharged from discharge port 19, the inlet and discharge passages communicating, respectively, with the outlet. intake and discharge of meshing pumping gears.
As the bearing assemblies 15 and 16 are essentially the same, only the bearing assembly 15 will be described in detail. The pad assembly 15 comprises a body portion 22 and a cover member 23 overlapping at the right end of the body portion as shown in Figure 1. The bearing member. cover 23 is generally cylindrical or disc-shaped and has, formed through the mass, an opening 24 extending axially and of sufficient diameter to accommodate the journal shaft 11 of the wheel toothed.
In practice, the diameter of the opening 24 is made slightly larger than the peripheral diameter of the shaft 11 to allow a slight angular adjustment of the cover member relative to the axis of the shaft. to take account of a fault
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alignment. A short downwardly extending groove 23a is formed in the lower side of the surface of the cover 23 contacting the side face of the toothed wheel, slightly to the left, as shown in Figure 2. , of the transition point of the teeth of the toothed wheel so that this groove is in communication with the inlet pressure.
As best seen in Figures 2 and 3, the cover member 23 has, formed in its left side, as shown in Figure 1, a deep cylindrical recess 25, the axis of which is offset with respect to the axis of the opening 24. As will appear below, the distance whose withdrawal 25 is offset depends on the variation to be compensated for.
The recess 25 is offset to the left, as shown in Figure 2, thereby reducing the width of the pressurized work surface, designated 26, on the side of that surface adjacent to the inlet. 18 of the pump, but correspondingly increasing the width of the working surface 26 on the side of that surface adjacent to the discharge opening 19 of the pump. The cover 23 fits tightly into the interior of the chamber 7 formed in the pump casing, sufficient clearance being however provided to allow axial displacement of the cover member relative to the casing in order to allow the front surface of the cover to come into tight contact with the side surfaces of the pumping toothed wheel.
The body portion 22 of the bushing assembly has an opening 27 extending axially and communicating, at its right end, with the opening 24 formed in the cover 23; the inside diameter of opening 27 may be somewhat smaller than the inside diameter of opening 24 since it is desirable that shaft 11 be journaled into opening 27 with a close fit. allowing rotation.
An axial groove 28, extending from the right end to the left end of this wall of the axial opening 27 in the body part 22, ensures proper lubrication of the shaft 11 of the toothed wheel. , spiral grooves 29, also formed in the side wall of opening 27 and communicating with groove 28, facilitating the distribution of fluid around the journal of the toothed wheel. It is not essential that the groove 28 extend completely to the rear end of the opening 27, but it may end a little before this point, if desired. Near its left end, as shown in Figure 1, the body member 22 has a deep annular groove 30 which extends peripherally and has, on its left side, a flange 31 and, on its right side, a ledge 32.
Groove 30 is made as deep as possible without unduly weakening the structure of the pad, to decrease the weight of the assembly and, at the same time, to expose a larger area of the assembly to the fluid being pumped, aiding therefore to keep the pad at a low temperature.
The flange 32 extends radially outwards substantially farther than the flange 31 and its protruding part rests at its left side, as shown in Figure 1, on an annular shoulder 33 of. the bore of the pump casing. The body part of the assembly is thus carried securely in the cavity 7 of the pump casing, receiving the bushing and is relatively fixed, with respect to this cavity, during normal operation of the pump. The surface of the right-hand end of the large flange 32, as shown in Figure 1, has formed thereon an overhanging or protruding portion or seat 34 which is received in the eccentric recess 25 formed. in the cover member 23, the bearing surface 34 being eccentric in a similar manner.
The seat 34 is complementary to the recess 25 and is tightly fitted to it telescopically. The escape of pressurized fluid from the surface 26 through any space which may be free between the sides of the seat 34 and
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the adjacent sides of the recess 25 to allow movement of the cover 23, is prevented by an annular 0 segment 35 disposed in an annular recess 36 formed around the periphery of the seat 34. The 0 annular segment allows relative movement. of the cover 23 with respect to the body, and particularly with respect to the reach thereof, while maintaining a tight seal for the fluid.
The seat could of course be provided on the cover 23 and the recess in the end of the body 22, if desired, and, similarly, the sealing segment 35 could be accommodated in an internal groove formed in. indentation as well as in scope 34.
In order to achieve the initial loading pressure, a number of loading springs 37 are disposed in suitable housings formed in the seat 34 and in the cover member 23, to initially push the load. cover member to the adjacent side surface of pump gear 9. This provides the necessary initial sealing contact.
Immediately, however, when the pumping begins, the discharge pressure is transmitted to the working surface 26 of the bearing assembly through a passage 38 extending axially and formed between the bearing assemblies 15. and 16 at the point of convergence of the peripheries of the large flanges of the two bearing assemblies on their right side, as shown in Figure 2, i.e. the side adjacent to the discharge passage 19 and to the adjacent wall of the casing.
This relief pressure, being applied to the work surface 26, pressurizes the cover member and pushes the cover member 23 to the right, as shown in Figure 1, to establish and maintain the sealing of the latter with the side face of the toothed wheel according to the usual practice of pumps with loading by pressure.
It will be understood that there must be provided either sufficient clearance between the periphery of the rim 31 and the adjacent walls of the pump casing, or a suitable passage otherwise formed through the periphery of the rim to put in place. communication between the chamber, delimited mainly by the groove 30, with the low pressure. In the absence of such communication, pressure would build up against the left surface of flange 32, as shown in Figure 1, causing displacement of body portion 22 of the assembly. pad.
Since it is desirable for the flange 31 to cooperate with the flange 32 to establish and maintain the alignment of the bearing in the bore, a groove 31a, extending axially, is preferably formed in the periphery of the bearing. each flange 31, the left end of each groove 31a then being in communication with a low or intermediate pressure zone of the pump, through the passage extending along the axis in the associated journal of the toothed wheel.
Since, as previously stated, the force exerted by the pressure acting on the working surface 26, loaded by pressure, is determined by the pressure and the size of the surface on which it acts, and since the part of this surface adjacent to the inlet side of the pump is of very narrow dimension, as is easily evident in figure 2, by comparison with the part of the adjacent working surface on the discharge side of the pump, it will be evident that the force acting in the direction of establishing contact will be weaker on the inlet side of the pump of the bearing cover member, than on the side of the pump. pump discharge from it.
The value of this pressure loading force will change from a minimum value in the vicinity of the inlet side of the pump of the working surface 26, to a maximum value in the vicinity of the discharge side of the pump of the working surface. work area. The variation of the loading force by pressing can
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be achieved by determining the relative areas of the portion adjacent to the inlet end of the portions adjacent to the discharge on the work surface so as to correspond substantially in variation to the effective pressing forces on the front or setting surfaces in contact with the side face of the toothed wheel, of the cover.
At the same time, the total extent of the surface 26 is chosen such that the pressure loading force exceeds the force directed in the opposite direction on the surface, coming into contact with the side face of the surface. gear, of the cover member in order to provide the net contacting force necessary to establish a suitable pumping seal according to the usual practice of pressurized pumps.
It has been found in practice that it is sometimes necessary, in order to achieve the optimum balance, to provide a bevelled area 39 extending partially around the periphery of the front surface of the cover member on the side. thereof adjacent to the discharge 19. The beveled area extends, in an anti-clockwise direction, from the discharge side of the pump to the inlet side, as is shown in Figure 2, and the location of the left boundary of the beveled area is chosen to put that end of the beveled area in communication with a relatively low pressure area.
In addition, the front surface or coming into contact with the side face of the toothed wheel, cover 23 may be grooved or stripped and the grooved or stripped surfaces can be brought into communication with the inlet pressure by example through the grooves 23a to reduce the effective pressure zone on this surface.
It will be evident that since the eccentric surface at the base of the recess 25 is communicated with the inlet pressure through the opening 24 and the groove 23a, any pressurized fluid, on the discharge side of the pump , escaping past seal 35 will be communicated with manifold pressure. At the same time, the inlet pressure will be effective on this recessed surface to push that side of the bearing cover against the adjacent side face of the sprocket, with a force proportional to the inlet pressure.
In some applications of series, multi-element pumps, the practice is to increase the discharge pressure in the last stage only a small amount above the inlet pressure at the last stage. Therefore, the inlet pressure is an important factor in determining the nature of the pressure variation on the surface contacting the side face of the toothed wheel, bearing.
As indicated above, higher than normal inlet pressures should be considered with the arrangement shown in Figure 1 in which the inlet pressure is transmitted to the base of the valve. recess 25 through radial groove 23a and opening 24. The base of recess 25, being offset in the direction of the inlet side of the pump, opposite to the main working surface 26, will transmit, in response on application of the inlet pressure, a force corresponding to the cover 23 tending to push it against the parts of the toothed wheel adjacent to the inlet.
Referring now to Figures 4 and 5, there is shown a modified form of bushing assembly, particularly intended for use with pumps to which a relatively high inlet pressure is applied. This modified form allows control of the magnitude of the reaction of the cover member 23 to the inlet pressure applied to the base of the recess 25, independent of control of the area of the work surface subjected to pressure. discharge pressure.
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As the arrangement shown in Figures 4 and 5 differs from that shown in Figures 1, 2 and 3 only with regard to the bearing assembly, similar reference numerals have been given to the parts corresponding to the figures. 4 and 5 and in figures 1, 2 and 3.
The modified pad assembly 40 includes a cover member 41 and a body portion 42 telescopically assembled in a manner similar to the pad assembly 15. The cover member 41 is generally cylindrical in shape and has, formed through the part, an opening extending along the axis 43 of a diameter slightly greater than the outer diameter of the journal shaft of the associated toothed wheel.
The cover 41 fits tightly within the chamber 7 formed in the pump casing, sufficient clearance being provided to allow axial movement of the cover member relative to the casing and to allow the front surface of the cover to come into sealing contact with the side surfaces of the pumping gear wheel.
Instead of a single eccentrically disposed recess, as shown in Figure 2, two recesses 44 and 45, respectively, of unequal dimensions, are formed in the cover member 41, with the indent 44 being offset to the left, similar to that of indent 25 of Figure 2, and indent 45 being centered with respect to the pad. The larger indent 44 extends from the left side of the pad. the cover member 41, as shown in Figure 4, to a plane approximately one-third the thickness of the cover member from the left side thereof i.e., the depth of recess 44 is approximately one-third of the thickness of cover member 41.
The second and significantly smaller indent 45, which is arranged concentrically with the axis of the bushing assembly, extends to the right from the base of indent 44 to a slightly plane plane. spaced from the right side of cover member 41, and thus is approximately the same depth as recess 44.
The recess 44 is offset to the left, as seen in Figure 5, in order to reduce the width of the annular pressure-loaded working surface, designated by the numeral 46, on the side of this neighboring surface. inlet of the pump, but to correspondingly increase the width of the working surface 46 on the side adjacent to the discharge duct of the pump. The value of which the indent 44 is eccentric is determined by considerations identical to those relating to the indent 25.
The body portion 42 of the pad assembly 40 has an opening 47 extending axially and communicating, at its right end, with the opening 43, formed in the cover, when the body is assembled with the cover, and, at its left end, with the left end of the upper bore of the casing. The toothed wheel journal is seated in opening 47, and the inside diameter of opening 47 is somewhat smaller than the inside diameter of opening 43 since it is desirable that the journal be there. housed with a tight fit allowing rotation.
An axial groove 48, extending from the right end to the left end of the opening 47, ensures proper lubrication of the gear shaft, while spiral grooves 49 facilitate the distribution of the fluid. As with groove 28, it is not always necessary for groove 48 to extend the full length of the bushing body to the left, and it may end somewhat before the left end of the bushing, as shown in FIG. 4. The left end part of the body 42 is markedly reduced to provide a final part 50, of small outside diameter,
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housed in a part 7a, of corresponding small diameter, of the chamber or bore 7.
The left side of the greater part of the body 42, designated by the numeral 57 in FIG. 4, rests, at its left side, on an annular shoulder 52 of the bore of the pump casing. The body portion of the bearing assembly 40 is thus carried securely within the cavity of the pump casing, and is relatively fixed relative thereto during normal pump operation.
The right-hand end of the body member 42 has, formed thereon, a first protruding or protruding portion or seat 53, which is received in the larger recess 44 formed in the cover. This range is placed eccentrically with respect to the axis of the bearing, being offset in the same way and by the same amount as the setback 44, although of slightly smaller external dimension. A second seat or protrusion 54 is formed on the seat 53 and this seat is disposed concentrically with respect to the body member 42, in a manner similar to that of the recess 45 formed in the body. cover member 41. The bearing surface 54 is housed in the recess 45 arranged concentrically in the cover member 41.
In order to isolate the eccentrically disposed base surface from recess 44 of work surface 46 and to communicate with the inlet pressure only, several sealing rings are used. Thus, a first sealing segment 55, housed in an annular recess 56, formed around the periphery of the shoulder portion 53, rests against the side wall of the recess 44, while a second segment d The seal 57, housed in a recess 58, formed around the periphery of the seat 54, rests against the side wall of the concentric recess 45. It will be understood, of course, that the annular recesses may be formed in the walls of the recesses 44 and 45 without departing from the invention.
Referring to Figure 5, it will be seen that a passage 60 is drilled through the cover 41, the passage being positioned so that one end is in communication with the inlet side of the pump. and that the other end is in communication with the isolated area between the two sealing segments, i.e., the base disposed eccentrically of the recess 44. At the same time, it will be noticed in Figure 4 that the short, radially extending passages 23a provided in Figure 1 have been omitted.
The pumping or discharge pressure escaping beyond the seal segment 55 will pass through the passage 60. However, the main purpose of providing the passage 60 is to transmit the inlet pressure to the zone. annular provided at the base of the recess 44. A build-up of pressure against the surface designated 51 in Fig. 4, which might tend to cause displacement of the body part, is prevented either by providing a slight clearance, or by effectively providing a through groove in the body part 50, similar to the grooves 31a in FIG. 1.
In the operation of a pump comprising the arrangement of Figures 4 and 5, a discharge pressure is transmitted to a main eccentric area 46 of the working surface of the cover 41, pushing the cover to the right, as well as it is shown in FIG. 4, in sealed contact with the associated pumping toothed wheels. Since most of zone 46 is located in the vicinity of the pump discharge, the pressure loading force will be more effective against the side faces of the toothed wheel closest to the pump discharge. - eg.
At the same time, however, the inlet pressure is transmitted to the secondary zone eccentric to the work surface provided at the base of the recess 44 and, since the greater part of this zone is situated
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in the vicinity of the pump inlet, the cover will tend to come up against the portions of the side face of the toothed wheel located closest to the pump inlet, in response to the inlet pressure. By increasing or decreasing the size of the recess 45, the amount of compensation for high inlet pressure can be controlled within narrow limits. In addition, by varying the size of the opening 43, the overall reaction of the cover to the pressure of the side face of the toothed wheel can be controlled.
For ease of description, the pad assemblies have been described as being generally cylindrical in shape, this being the usual shape of a pump pad. It should be understood, however, that the present invention can also be adapted to a curvilinear or angular construction and similarly the recesses and the spans can be curvilinear or angular in shape. Generally, however, the cylindrical shape shown can be more easily adapted to mass production techniques.
It will be evident from the foregoing that the bearing assembly according to the present invention can be made in such a way that no modification of the cavity receiving the bearing in a conventional pump casing is involved. under pressure load, and therefore the bearing is interchangeable with the usual type of bearing. It will also be evident that by virtue of this character of interchangeability, it is possible to provide several sets of bearing assemblies having different arrangements or proportions of the working surfaces so that by using the Either of said sets, the pump can be adapted to accommodate a wide range of force variations on the front surfaces of the cushions.
Although this invention has been described particularly in conjunction with a mesh type pressure loading pump, it will be apparent that it is also applicable to vane type pumps using a pad-applied end plate. pressure.
Where in the present text the various parts of the present invention have been indicated as being placed to the right or to the left, or in an upper or lower position, it will be understood that this is done solely for the purpose of facilitating description and that such information relates only to the relative positions of the parts as shown in the accompanying drawings.
CLAIMS.
1. Pressure loading pump, comprising a pad or ring having a first working surface adapted to react to the inlet pressure of the pump in order to bring said pad to the sealed closed position and a second working surface. provided to react to the discharge or discharge pressure of the pump in order to bring said pad into the sealed closed position.
2. Pressure-loading pump, comprising a bearing assembly having a first working surface eccentrically disposed and adapted to react to the inlet pressure of the pump in order to bring said bearing into the sealed closed position, and a second work surface disposed eccentrically and adapted to react to the discharge pressure of the pump in order to bring said pad into the sealed closed position.
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