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La présente invention concerne une pompe à gaz à circuit de liquide et elle a pour but d'économiser du liquide de refroi- dissement et d'améliorer le rendement des pompes de ce genre.
Comme on le sait, les pompes à gaz à circuit de liquide nécessitent, pour qu'elles puissent travailler de façon satis- faisante, une adjonction continue de liquide..Celui-ci doit remplir les tâches les plus diverses, et notamment:
1 ) l'évacuation de la chaleur produite par la compression, c'est-à-dire refroidissement du circuit (liquide de refroidis- sement).
2 ) l'étanchéification de l'interstice compris entre les
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roues rotatives et le carter fixe (liquide d'étanchéité).
3 ) Le remplacement du liquide entraîné par le gaz hors du circuit de liquide et qui sort de la chambre de travail par la fente de pression, en même temps que le gaz (liquide de rem- placement);
Il peut servir en outre à :
4 ) isoler les presse-étoupe contre le passage du gaz (liquide obturateur).
Dans les modèles de pompes à plusieurs étages connus,, le liquide introduit doit remplir simultanément plusieurs des tâches susindiquées, qu'il serve simultanément soit de liquide de refroi- dissement, d'étanchéité et de remplacement, soit de liquide de refroidissement et de remplacement, soit même de liquide d'étan- chéité et de liquide obturateur. En raison de ces tâches multi- ples, il est nécessaire d'alimenter continuellement les pompes en quantités de liquide relativement grandes. Et pour autant que ce liquide serve aussi au refroidissement, il faut en outre que cette quantité totale de liquide soit très froide.
Dans beaucoup de cas, il est difficile de disposer couram- ment de liquide froid en grandes quantités. La présente invention se propose de fournir un moyen suivant lequel on peut économiser, dans les pompes à gaz à circuit de liquide, à deux ou plusieurs étages, du liquide de refroidissement, tout en obtenant encore un rendement amélioré.
Les tâches diverses susindiquées du liquide introduit requiè, rent des besoins très différents en quantités et en température du liquide en question, ces besoins variant encore, dans les pompes à plusieurs étages, d'étage à étage.
Or, des essais poussés à l'aide de l'exemple de réalisation d'une pompe à gaz à circuit de liquide à deux étages avec de l'eau comme liquide de fonctionnement et fonctionnant comme pompe à vide ont donné les résultats suivants, qui servent de base à la présente invention.
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Dans le premier étage, le rapport de pression, notàmment en.cas de grand vide, est beaucoup plus petit que dans le deuxiè- me étage. Le rendement de compression isotherme est, par.consé- quent, plus petit dans le premier étage que dans le deuxième et, par suite, il se trouve donc une plus petite quantité de chaleur à évacuer à cet étage. La quantité de liquide de refroidissement nécessitée par le premier étage est donc relativement petite.
Toutefois, ce liquide de refroidissement doit être très froid, étant donné qu'il règne dans le premier étage un grand vide et que celui-ci est fonction de la température du liquide. Dans le deuxième étage, le rapport de pression et, de ce fait, le.ren- dement de compression isotherme sont grands, ce qui donnerait donc une quantité de chaleur relativement grande à évacuer, si le circuit de liquide du deuxième étage aussi devait rester froid. Cela n'est toutefois pas nécessaire dans la même mesure que pour le premier étage, puisqu'il règne, dans le deuxième étage, une pression initiale plus grande, ce qui permet aussi à la température du liquide d'être plus élevée.
Une introduction spéciale de liquide de refroidissement à cet étage n'est pas nécessaire, puisque le liquide froid, entraîné par le gaz en provenance du premier étage, parvient également au deuxième éta- ge, où il provoque un certain refroidissement, de sorte qu'ici aussi il ne se produit pas d'échauffement inadmissible.
Il n'y a donc besoin, dans les pompes à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, d'amener du liquide de refroidisse- ment qu'au premier étage. La quantité necessaire peut alors être très faible, mais la température devant être basse pour avoir un bon rendement avec un grand vide. Pour obtenir un effet aussi bon que possible du refroidissement, l'introduction du liquide de refroidissement se fait utilement du côté aspiration du premiel étage. On peut introduire le liquide de refroidissement, soit dans la chambre d'aspiration en amont de la roue à palettes, soit directement dans les compartiments de la roue , ou aussi simul-
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tanément dans la chambre d'aspiration en amont de la roue à pa- lettes et directement dans les compartiments de la roue.
Les essais ont montré en outre que'la différence de pression dans le premier étage, entre l'admission et la sortie, notamment en cas de grand vide, est très faible, alors qu'elle est très grande dans le deuxième étage. Par conséquent le pre- mier étage ne nécessite que peu de liquide pour ltétanchéifi- cation de l'interstice, tandis que les besoins en liquide d'étanchéité pour l'interstice dans le deuxième étage sont très élevés, par suite des différences de pression élevées entre l'admission et la sortie. Des conditions particulières relatives à une température particulièrement basse du liquide d'étanchéité ne sont pas exigées non plus pour le premier étage, puisque ce liquide ne doit pas servir au refroidissement.
Ce- pendant, comme une partie du liquide d'étanchéité parvient aussi à travers l'interstice dans la,chambre d'aspiration du premier étage, la température de ce liquide ne devrait également pas être trop élevée.
Dans les chambres de compression en aval des différents étages de la pompe se produit une certaine séparation entre le liquide et le gaz et du liquide s'accumule dans ces chambres.
On peut renvoyer ce liquide aux interstices situés entre les roues à ailettes et le carter et 1,'utiliser pour ltétanchéifi- cation de l'interstice. On évite ainsi une alimentation parti- culière en liquide d'étanchéité de l'extérieur, c'est-à-dire qu'on économise du liquide. Pour que la température du liquide d'étanchéité reste dans des limites supportables, celui-ci est prélevé avantageusement chaque fois de la chambre de compression de l'étage respectif. Comme on l'a déjà fait remarquer, l'échauf- fement, particulièrement dans le premier étage, est très faible pour un grand vide et, par conséquent, la température du liqui- de qui s'accumule dans la chambre de compression de cet étage est relativement basse.
Aux étages suivants, la température
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joue plus un rôle aussi décisif et on peut donc utiliser ici le liquide provenant de la chambre de compression correspondant, et dont la température est plus élevée.
Le liquide, qui quitte la chambre de travail en même temps que le gaz à la fente de pression des différents étages, manque au circuit de liquide et doit être remplacé. Pour ce liquide de remplacement également, une alimentation particuliè- re de l'extérieur n'est pas nécessaire, car celui-ci aussi peut être prélevé de la pompe même, en des points appropriés.
Ce prélèvement se fait utilement, pour les mêmes raisons que pour le liquide d'étanchéité, de la chambre de compression de l'étage correspondant.
En se basant sur les notions ci-dessus, l'invention ré- side donc dans le fait qu'on n'amène de l'extérieur, dans une pompe à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, que le liquide de refroidissement, alors que le liquide d'étanchéité, de remplacement et obturateur est prélevé de la pompe même.
Comme les roues à palettes d'une pompe à gaz à circuit de liquide, à plusieurs étages, sont montées sur un arbre mo- teur commun et que cet arbre doit tourner librement, il existe un raccordement entre les différents étages le long de l'arbre.
Par suite de la chute de pression entre les étages, il se pro- duit donc un écoulement de retour du gaz et aussi du liquide le long de l'arbre moteur en direction de l'étage précédent.
Pour éviter une diminution du rendement on prévoit avantageu- sement entre deux étages un dispositif d'étanchéité spécial.
Une simple bague d'étanchéité, empêchant un écoulement de retour; a donné dé bons résultats.
Dans beaucoup de cas, il est nécessaire d'empêcher un passage du gaz à travers les presse-étoupe de la pompe. A cet effet, on amène en général de l'extérieur du liquide obturateur sur les presse-étoupe. Selon l'invention, ce liquide obturateur peut être aussi prélevé de la pompe même. Suivant les conditions
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de service de la pompe, ce liquide obturateur peut être prélevé du circuit de liquide du premier, du deuxième ou de n'importe quel autre étage placé favorablement du point de vue de la pres- sion.
En résumé, il y a lieu de constater que, grâce à la con- formation selon l'invention de la pompe à gaz à circuit de li- quide, la quantité de liquide à introduire de l'extérieur peut être réduite de 50 à 75% par rapport aux constructions de pom- pes connues. On réalise donc une sensible économie de liquide.
De plus, la puissance d'entraînement de la pompe aussi se trouve' réduite, puisque le liquide, qui était amené en abondance, n'a plus besoin d'être refoulé en sus par la pompe comme auparavant.
On a représenté sur le dessin annexé un exemple de réa- lisation d'une pompe à deux étages, selon l'invention.
Les gaz sont admis par la tubulure d'aspiration 1 dans la chambre d'aspiration 2, en amont du premier étage de la pom- pe, et de là, à travers la fente d'aspiration du plateau de dis- tribution 3, dans la chambre de travail du premier étage compor- tant la roue à palettes 4 et le corps central 5. Ils sortent ' de la chambre de travail de cet étage par la fente de pression du plateau de distribution 6 et parviennent dans la pièce inter- médiaire 7 qui sert simultanément de chambre de compression du premier étage 16 et de chambre d'aspiration du deuxième étage.' De la pièce intermédiaire 7, les gaz passent par la fente d'as- piration du plateau de distribution 8 dans la chambre de travail du deuxième étage, comportant la roue à palettes 9 et le corps central 10.
Ils quittent la chambre de travail du deuxième étage par la fente de pression du plateau de distribution 11 et ils parviennent dans la chambre de compression 12 située en aval de cet étage. Ils sortent ensuite de la pompe par la tubulure de pression 13.
Le liquide de refroidissement est dirigé soit par la tubulure 14 dans le carter, d'où il parvient, en contournant,,la
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chambre d'aspiration 2, à travers un alésage du plateau de dis- tribution 3, dans la chambre de travail du premier étage, ou bien il est introduit à travers l'alésage 15 ménagé dans le carter dans la chambre d'aspiration 2 et parvient ensuite avec le gaz, par la fente d'aspiration formée dans le plateau de distribution 3, dans la chambre de travail du premiér étage. Il peut aussi être avantageux de partager la quantité d'eau de refroidissement nécessaire et d'en amener une partie par la tubulure 14 et l'au- tre par l'alésage 15 dans la pompe.
Le liquide d'étanchéité, pour l'étanchéification de l'in- terstice latéral des roues à palettes, est prélevé chaque,fois, comme on le voit sur le dessin, de la chambre de compression de l'étage respectif. Le premier étage reçoit le liquide d'étanchéi- té provenant de la chambre de compression 16, en aval du premier étage, disposée dans la pièce intermédiaire 7, et le deuxième étage, celui'de la chambre de compression 12 en aval de cet étage. La disposition peut être telle que, comme on le voit sur le dessin, le liquide d'étanchéité peut être amené du côté as- piration de la chambre de travail par des alésages prévus dans- les roues à palettes, ou bien qu'on prévoit encore de ce côté des roues à palettes une chambre spéciale, communiquant avec la chambre de compression correspondante.
Dans une disposition de ce genre, le liquide-d'étanchéité est amené séparément aux deux in- terstices entre les plateaux de distribution et les roues à pa- lettes, ce qui permet de supprimer les alésages-des roues à pa- lettes.
, Il en est de même pour le liquide de 'remplacement que pour le liquide d'étanchéité; lui aussi est prélevé de la cham- bre de compression de l'étage respectif. Ce.'prélèvement ne figu- re sur le dessin que pour le premier étage. Le liquide pénètre, par l'alésage inférieur du plateau de distribution 6, à partir de la chambre de compression 16 dans la chambre de travail du premier étage. Il peut être utile aussi d'introduire encore de
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l'autre côté, par un alésage ménagé dans le plateau de distribu- tion 3, du liquide de remplacement dans. la chambre de travail.
Il y a lieu, dans ce cas, de prévoir de ce côté une chambre spé- ciale devant être reliée, comme cela a déjà été indiqué pour le liquide d'étanchéité, à la chambre de compression 16. Dans le deuxième étage de la pompe également, le liquide de remplacement peut être amené de la même manière que dans le premier étage.
Pour que le dessin ne soit trop compliqué, cela ne figure pas sur l'exemple représenté, d'autant plus que l'adjonction de li- quïde de remplacement n'est souvent pas nécessaire pour le deu- xième étage et. les suivants.
Pour éviter que du liquide ne s'écoule du deuxième étage au premier le long de l'arbre, on prévoit un dispositif d'étan- chéité spécial entre les étages. Sur le dessin, ce dispositif ¯ est représenté par une simple bague 17. Cette bague est montée sur l'arbre avec très peu de jeu. Grâce aux différences de pres- sion règnant dans les étages voisins, elle repose toujours con- tre une face du carter, empêchant ainsi un passage du gaz et du liquide.
Dans les cas de fonctionnement, dans lesquels il faut évi- ter que de l'air ne pénètre de l'extérieur dans la pompe à tra- vers les presse-étoupe, ou que du gaz ne s'échappe de la pompe, on applique utilement du liquide obturateur sur les presse-étoupe.
Ce liquide obturateur peut être prélevé du circuit d'un étage.
Suivant les conditions de fonctionnement, c'est-à-dire si la pom- pe doit travailler avec un vide élevé ou moyen ou en tant que compresseur, le liquide obturateur peut être prélevé du circuit de l'étage qui correspond le mieux au point de vue conditions de pression. Sur le dessin, le prélèvement de liquide obturateur du circuit du premier étage est représenté par exemple par un alé sage ménagé dans le corps central 5.