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Cette invention se rapporte à, une pompe pour combustible liquide. Plus particulièrement, elle; se rapporte à une pompe relais du genre fréquemment employé à Lord des avions, à côté du réservoir de carburant, pour envoyer l'essence sous pression, de ce réservoir à un autre point dans le système d'alimentation en carburant. D'habitude, la pompe entière, comportant son mo- teur d'entraînement, est immergée dans le combustible, par exem- ple, comme exposé-dans le brevet américain n 2. 418.221, octroyé à R. Curtis.
A de plus hautes altitudes, la vaporisation du combustible présente un sérieux problème, car les bulles de vapeur s'élevant à l'intérieur du combustible sont pompées avec celui-ci, et pro- voquent des interférences dans le fonctionnement des moteurs, parfois appelées "bouchon de vapeur". Exprimé autrement, au mo- ment ou le point d'ébullition du combustible est atteint, celui- ci est-dépourvu de l'énergie suffisante pour se déplacer vers la pompe, et une telle condition est également qualifiée de "bou-
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chon de vapeur".
Le problème de la séparation des bulles de va- peur occluses dans le combustible n'est'en aucune façon nouveau, et il a présenté un défi permanent à ceux qui travaillent dans ce domaine, comme le montre un volume important de pratiques brevetées, qui comporte le brevet Curtis indiqué ci-dessus.
En conséquence, tout détail au sujet du problème et de ses cau- ses est estimé superflu.
La présente invention se rapporte à une pompe relais pour combustible, ayant une disposition perfectionnée pour effectuer une séparation efficace des vapeurs occluses du combustible, avant la sortie de celui-ci de la pompe, et le retour de la va- peur au réservoir de combustible dans lequel elle s'élève vers la surface, et la réalisation de ce but par un moyen extrêmement simple. '
La disposition de l'invention accomplit une fonction dou- ble, puisqu'elle ne sépare pas seulement les bulles de vapeur du combustible pendant les périodes où une ébullition violente n'est pas prédominante, mais accomplit une action continue d'a- morçage pendant le temps où 1'ébullition est à son régime de pointe.
D'autres buts apparaîtront de la description suivante faite en se reportant aux dessins annexés, dans lesquels : la fig. 1 est une vue latérale en élévation, combinée avec une coupe transversale montrant le perfectionnement de l'inven- tion ; la fig. 2 est une section transversale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 ; la fig. 3 est une section transversale suivant la ligne 3-3 de la fig. 1; la fig. 4 est une section transversale suivant la ligne 4-4 de la fig. 1;
Tandis que l'invention sera décrite en rapport avec une
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roue à aubes centrifuge du type turbine hydraulique, il apparaî- tra que celle-ci trouvera une adaptation aux roues à aubes ayant une présentation différente de l'exemple.
En se reportant maintenant aux dessins, on montre le projet d'aune pompe relais comportant l'invention, et dans lesquels le n 10 désigne le corps de pompe, comportant des moyens définis- sant un orifice de sortie 12, un orifice d'entrée 13 et une chambre de diffusion 14. le corps de pompe, et les parties à dé- crire qui lui sont assemblées sont fixés à une paroi 15 du réser' voir de combustible, à-travers une ouverture convenable 16.
Incidemment, il sera noté que l'orifice 12 est du type double connu, dans lequel la canalisation de sortie associée peut être reliée à l'une ou l'autre extrémité, de sorte que l'ouverture non utilisée sera convenablement fermée. L'entrée 13 comporte une chambre cylindrique 17, occupée par le filtre habituel 18.
Une chemise 31 est ajustée à l'intérieur d'une ouverture cylindrique 32 du corps de pompe' 10, et y est fixée au moyen des vis 33, bien que cette chemise peu/! , si on le désire, faire corps avec le corps de pompe 10. Un joint annulaire 34 assure l'étanchéité: La chemise 31 est pourvue d'un canal périphérique 35, définissant avec la paroi de l'ouverture 32 un passage annu- laire 37, dont le but sera détaillé ci-après.
Un moteur électrique 41 est fixé, au moyen d'un bride 42 et des vis 43, à un bourrelet convenable 4.4 du corps de pompe 10 et porte sur son arbre 46 une roue à aubes centrifuge primaire 49, et une roue à aubes secondaire 51, faisant partie d'une source convenable de dépression par exemple une pompe à anneau liquide.
La roue à aubes 49 comprend un moyeu 52,portant plusieurs aubes hélicoïdales 53, (fig. 2 et 4) supportées sur le moyeu à leur extrémité supérieure, et se terminant vers l'intérieur par une surface 54 tronconique, ou entrée de la roue à aubes, à ne
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pas considérer cependant comme étant aussi limitée. A leur péri- phérie extérieure, les aubes 53 se terminent en partie sur une surface cylindrique 55, et une surface tronconique 56, quine doit pas être non plus considérée comme limitative. La surface de la chemise 31 épouse, sur une partie de son étendue, à savoir 58, la périphérie voisine 56 des aubes 53, sauf pour ce qui con- cerne le jeu habituel nécessaire au fonctionnement, comme il est indiqué.
La forme des extrémités inférieures des différentes aubes 53,est telle qu'elle tombe à l'intérieur d'une zone annulaire A. Dans l'exemple actuel, une telle zone A a un diamètre inté- rieur de 1 pouce 1/8, et un diamètre extérieur de 1 pouce 1/2.
L'angle des surfaces 56 et 58 par rapport à la verticale est de 13 degré 1/4, et la hauteur mesurée verticalement des aubes 53 de la roue est de 7/8 de pouce. A leur jonction avec le moyeu 52 les extrémités des aubes tombennt à l'intérieur d'une zone annulaire de 3/4 de pouce de diamètre intérieur, et de 2 pouces 1/32 de diamètre extérieur, et 1 4 aubes indiquées commencent tangentiellement vers l'intérieur s un cercle de 3/4 de pouce et sont pourvues d'un angle de sortie de 10 . Autrement, ces aubes sont telles qu'on les trouve généralement dans les pompes centrifuges.
La chemise 31 est pourvue d'un épaulement possédant une rainure annulaire 61, de préférence de section transversale rec- tangulaire, mais celle-ci peut prendre d'autres formes pourvu que la zone définie soit suffisante pour admettre le passage du volume maximum de vapeur et/ou de liquide, dérivé vers celle-ci par l'action des pompes à aubes 49 et 51,et comme il sera dé- taillé ci-après. Dans l'exemple présent, la rainure 61 a un dia- mètre intérieur de 1.156 pouces, et un diamètre extérieur de 1. 389 pouces, donnant une largeur effective de 0.117 pouces approximativement, et une profondeur de 0.097 pouces. La dispo-
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sition de la roue à aubes 49 par rapport à la rainure 61, est telle que la zone A définie par la première est au moins égale à la largeur de la rainure, et dans son prolongement.
L'inter- valle 65 doit être seulement suffisant pour fournir le jeu de fonctionnement.
La rainure 61 communique, par l'intermédiaire d'un passage 66, avec le passage 37, et ce dernier passage est, à son tour, en communication avec une chambre 67 par l'intermédiaire d'un passage 69. La chambre 67 constitue l'entrée d'une seconde pom- pe, par exemple, une pompe à eau qui comporte la roue à aubes secondaires 51, et dont la chambre 71 constitue la sortie. Cette sortie communique, au moyen d'une canalisation, non indiquée, avec l'intérieur du réservoir 15, pour y ramener la vapeur récu- pérée, avec une certaine quantité de combustible.
Le fonctionne- ment se fait comme suit :supposons que la pression dans le ré- servoir 15 est telle, que la vapeur du combustible soit produite, l'admission à la pompe principale 23, en 13, comprend du liqui- de et la vapeur occluse, qui passe vers le dessus à travers la gorge 22, vers l'entrée 54 de la roue à aubes 49,et de là, dans les espaces entre les aubes. Des bulles de vapeur apparais- sant à l'intérieur de la zone d'influence des aubes de la roue à aubes, sont forcées, par l'effet séparateur de la force cen- trifuge, de s'écouler vers la région de diamètre minimum, soumi- se à l'effet de rotation des aubes, c. a.d. entre les extrémités inférieures des passages entre les aubes de la roue à aubes.
Si, maintenant, un effort axial est appliqué à la zone d'ac- cumulation des bulles, celles-ci seront enlevées. Ainsi, on pro- cure la rainure 61, vers laquelle les bulles sont obligées de se déplacer, sous l'influence de la dépression de la pompe secon- daire 20. En même temps, le liquide, étant de plus forte densité, traverse radialement vers le haut l'espace limité par la paroi 58 et passe vers l'extérieur dans le diffuseur 14 vers la sortie
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12 de la pompe (fig.2). La vapeur passe de la rainure 61 dans le passage 37, à travers le passage 69, dans et à travers la pompe secondaire 20 pour retourner vers la masse de combustible dans le réservoir.
Essentiellementla séparation perfectionnée, résultant de la structure de l'invention est l'enlèvement de la vapeur aussi près que possible de l'entrée de la roue à aubes, sans restrein- dre la dimension de la sortie, et ce par l'application d'une dépression axiale balayant les bulles de l'extrémité inférieure libre des aubes.
Il a été reconnu que les bulles de vapeur peuvent être sé- parée du liquide dans une zone située près de l'entrée de la roue à aubes. Toutefois, des dispositions antérieures pour at- teindre ce but ont supposé que les bulles s'accumulaient au bord intérieur extrême des aubes, tandis qu'on a trouvé que -les bulles sont essentiellement séparées du liquide dans une zone vers l'extérieur à partir du bord intérieur des au- bes. En conséquence, le balayage des bulles de la zone d'accumu- lation a été trouvé comme pouvant êtr accompli au mieux, en ap- pliquant la dépression axiale, sur une région annulaire corres- pondant à cette partie de la roue à aubes dans laquelle les bul- les ont leur concentration maximum.
Un autre facteur important a été trouvé dans la localisa- tion angulaire relative du canal 66 par rapport au bec 81 défi- nissant la partie la plus étroite du diffuseur 14. Dans une pompe suivant cette invention, un tel angle est situé entre les limites de 120 et 180 , mesuré dans le sens de la rotation, quoique pour la clarté du dessin il est indiqué comme étant exactement de 150 . L'expérience a montré que le choix d'un tel angle pouvait affecter de façon critique l'action de séparation.
Les résultats optimum, dans les conditions de fonctionnement généralement rencontrées, avec des avions opérant disons jusqu'à
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25. 000 pieds d'altitude, ont été réalisés avecl'angle de 150 comme indiqué.
Tandis qu'on a montré une réalisation particulière de'l'in- vention, il sera entendu, naturellement, qu'on ne désire pas étre limité à celle-ci, puisque de nombreuses modifications peu- vent être faites, et on envisage donc par les revendications annexées de couvrir n'importe quelle modification tombant dans les limites de l'esprit véritable et de la portée de cette in- vention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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This invention relates to a pump for liquid fuel. More particularly, her; refers to a relay pump of the kind frequently employed on Lord of airplanes, adjacent to the fuel tank, to deliver gasoline under pressure from that tank to another point in the fuel system. Usually, the entire pump, including its drive motor, is submerged in fuel, for example, as disclosed in U.S. Patent No. 2,418,221, issued to R. Curtis.
At higher altitudes, fuel vaporization is a serious problem, as vapor bubbles rising inside the fuel are pumped with it, causing interference in engine operation, sometimes referred to as "vapor plug". Stated otherwise, when the boiling point of the fuel is reached, the fuel lacks sufficient energy to travel to the pump, and such a condition is also referred to as "boiling".
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steam chon ".
The problem of separating the vapor bubbles occluded in fuel is by no means new, and it has presented a continuing challenge to those working in this field, as evidenced by a large volume of patented practices, which incorporates the Curtis patent noted above.
As a result, any detail about the problem and its causes is deemed superfluous.
The present invention relates to a relay fuel pump, having an improved arrangement for effecting efficient separation of the entrained vapors from the fuel, prior to its exit from the pump, and the return of the vapor to the fuel tank. in which it rises to the surface, and the attainment of this goal by an extremely simple means. '
The arrangement of the invention performs a dual function, since it not only separates the vapor bubbles from the fuel during periods when strong boiling is not predominant, but performs a continuous priming action during periods. the time when the boiling is at its peak.
Other objects will become apparent from the following description made with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a side elevational view combined with a cross section showing the improvement of the invention; fig. 2 is a cross section taken on line 2-2 of FIG. 1; fig. 3 is a cross section taken on line 3-3 of FIG. 1; fig. 4 is a cross section taken on line 4-4 of FIG. 1;
While the invention will be described in connection with a
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centrifugal paddle wheel of the hydraulic turbine type, it will appear that this will find an adaptation to paddle wheels having a presentation different from the example.
Referring now to the drawings, the project for a relay pump comprising the invention is shown, and in which the numeral 10 denotes the pump body, comprising means defining an outlet orifice 12, an inlet orifice 13 and a diffusion chamber 14. The pump body, and parts to be described which are assembled therewith, are fixed to a wall 15 of the fuel tank, through a suitable opening 16.
Incidentally, it will be noted that the port 12 is of the known double type, in which the associated outlet line can be connected at either end, so that the unused opening will be properly closed. The inlet 13 has a cylindrical chamber 17, occupied by the usual filter 18.
A sleeve 31 is fitted inside a cylindrical opening 32 of the pump body '10, and is fixed there by means of the screws 33, although this sleeve little /! , if desired, be integral with the pump body 10. An annular seal 34 ensures the seal: The jacket 31 is provided with a peripheral channel 35, defining with the wall of the opening 32 an annular passage 37, the purpose of which will be detailed below.
An electric motor 41 is fixed, by means of a flange 42 and screws 43, to a suitable bead 4.4 of the pump body 10 and carries on its shaft 46 a primary centrifugal impeller 49, and a secondary impeller 51 , forming part of a suitable source of vacuum, for example a liquid ring pump.
The impeller 49 comprises a hub 52, carrying several helical vanes 53, (fig. 2 and 4) supported on the hub at their upper end, and terminating inwardly with a frustoconical surface 54, or entry of the impeller. paddle steamer
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not however considered to be so limited. At their outer periphery, the vanes 53 terminate in part on a cylindrical surface 55, and a frustoconical surface 56, which should not be considered as limiting either. The surface of the jacket 31 follows, over part of its extent, namely 58, the neighboring periphery 56 of the blades 53, except for what concerns the usual clearance necessary for operation, as indicated.
The shape of the lower ends of the various vanes 53 is such that it falls inside an annular zone A. In the present example, such a zone A has an internal diameter of 1 1/8 inch, and an outside diameter of 1 1/2 inch.
The angle of surfaces 56 and 58 to the vertical is 13 1/4 degrees, and the vertically measured height of the impeller vanes 53 is 7/8 of an inch. At their junction with hub 52 the tips of the vanes fall within an annular area 3/4 inch in inside diameter, and 2 1/32 inch outside diameter, and 1 4 vanes indicated begin tangentially towards the interior is a 3/4 inch circle and has an exit angle of 10. Otherwise, these vanes are as they are commonly found in centrifugal pumps.
The jacket 31 is provided with a shoulder having an annular groove 61, preferably of rectangular cross section, but this can take other forms provided that the defined area is sufficient to admit the passage of the maximum volume of vapor. and / or liquid, diverted thereto by the action of vane pumps 49 and 51, and as will be detailed below. In the present example, the groove 61 has an inside diameter of 1,156 inches, and an outside diameter of 1,389 inches, giving an effective width of approximately 0.117 inches, and a depth of 0.097 inches. The availability
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The position of the paddle wheel 49 relative to the groove 61 is such that the zone A defined by the first is at least equal to the width of the groove, and in its extension.
The interval 65 should only be sufficient to provide the running clearance.
The groove 61 communicates, via a passage 66, with the passage 37, and the latter passage is, in turn, in communication with a chamber 67 via a passage 69. The chamber 67 constitutes the inlet of a second pump, for example a water pump which comprises the secondary impeller 51, and of which the chamber 71 constitutes the outlet. This outlet communicates, by means of a pipe, not indicated, with the interior of the tank 15, in order to return the recovered vapor therein, with a certain quantity of fuel.
The operation is as follows: suppose that the pressure in the tank 15 is such that the fuel vapor is produced, the inlet to the main pump 23, at 13, comprises liquid and the vapor. occluded, which passes upward through the groove 22, to the inlet 54 of the impeller 49, and thence into the spaces between the vanes. Vapor bubbles appearing within the zone of influence of the blades of the impeller, are forced, by the separating effect of the centrifugal force, to flow towards the region of minimum diameter. , subjected to the effect of rotation of the blades, c. a.d. between the lower ends of the passages between the vanes of the impeller.
If now an axial force is applied to the area of bubble accumulation, the bubbles will be removed. Thus, the groove 61 is provided, towards which the bubbles are forced to move, under the influence of the depression of the secondary pump 20. At the same time, the liquid, being of higher density, passes radially through upwards the space limited by the wall 58 and passes outwards into the diffuser 14 towards the outlet
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12 of the pump (fig. 2). Steam passes from groove 61 into passage 37, through passage 69, into and through secondary pump 20 to return to the mass of fuel in the tank.
Essentially the improved separation resulting from the structure of the invention is the removal of the steam as close as possible to the inlet of the impeller, without restricting the size of the outlet, by the application of 'an axial depression sweeping the bubbles from the free lower end of the blades.
It has been recognized that vapor bubbles can be separated from the liquid in an area near the inlet of the paddle wheel. However, previous arrangements to achieve this aim have assumed that the bubbles accumulate at the outermost inner edge of the vanes, while it has been found that the bubbles are essentially separated from the liquid in an area outward from from the inner edge of the vanes. Accordingly, the sweeping of bubbles from the accumulation zone has been found to be best accomplished by applying axial depression to an annular region corresponding to that part of the impeller in which the bubbles have their maximum concentration.
Another important factor has been found in the relative angular location of channel 66 with respect to spout 81 defining the narrowest part of diffuser 14. In a pump according to this invention, such an angle is between the limits of. 120 and 180, measured in the direction of rotation, although for clarity of the drawing it is indicated to be exactly 150. Experience has shown that the choice of such an angle can critically affect the separation action.
The optimum results, under the operating conditions generally encountered, with airplanes operating say up to
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25,000 feet above sea level, were made with the angle of 150 as shown.
While a particular embodiment of the invention has been shown, it will be understood, of course, that it is not desired to be limited thereto, since many modifications can be made, and it is therefore contemplated by the appended claims to cover any modification falling within the true spirit and scope of this invention.
CLAIMS.
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