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La présente invention est relative aux pompes à vide et compresseurs,à anneau liquide. Dans les pompes de ce type, la cham- bre de pompage est d'ordinaire limitée extérieurement par un carter, et intérieurement par un corps percé d'orifices, de coupe transver- sale circulaire et de forme, soit conique soit circulaire. Le carter a reçu une forme telle qu'il présente successivement des lobes et des intervalles. Un rotor divisé en augets ou godets entoure le corps percé d'orif ices et entraîne un anneau d'eau qui est contraint à jaillir alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur et
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qui constitue le dispositif de pompage.
Le corps percé d'orifices comporte un orifice d'entrée et un. orifice de sortie pour chaque lobe et, étant donné que la pompe a en général deux lobes, le corps aura en tout quatre orifices.
Ce corps central a un diamètre aussi réduit que possible de façon à obtenir un rapport aussi favorable que possible entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur du rotor. A l'intérieur de ce corps central de dimension réduite, des passages sont prévus pour conduire le mélange de gaz, de vapeurs et de liquide à chacun des orifices d'entrée et des conduits semblables sont également pré- vus dans ce même espace restreint pour entraîner le mélange hors des deux orifices d'évacuation. Il y a donc un grand nombre de passages qui tous doivent traverser une extrémité du corps central de diamè- tre réduit.
A partir de l'extrémité commune d'admission et d'évacua- tion du corps central, les passages se prolongent dans la tête ou le corps de la pompe où les passages d'admission sont réunis ensem- ble comme les branches d'un passage d'admission commun et les passa- ges de décharge sont réunis ensemble comme les branches d'un passage de décharge commun. La combinaison de tous ces passages entraîne des conduits assez compliqués. Un jeu de passages doit passer par-dessus l'autre et tout cela augmente la complication et le coût de la pompon En raison de l'espace limité et particulièrement en raison du diamè- tre limité du corps percé d'orifices, les vitesses dans ces passages qui sont en général élevées subissent un ralentissement dû au frot- tement qui abaisse le rendement total du compresseur.
Une partie du travail de compression produit dans le compresseur est utilisée pour expulser à la fois le liquide qui forme le joint et le gaz comprimé dans ce système de passages de décharge entremêlés. En raison de leurs déviations et étranglements et en raison également des pertes élevées dues au frottement qui sont caractéristiques des mélanges en deux phases des gaz et du liquide, une grande partie de l'énergie de compression est absorbée pour refouler le mélange hors de la pompe.
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L'objet principal de l'invention est de fournir des passa- ges larges et directs dans le corps central percé d'orifices et d'éliminer les conduits compliqués qui ne sont plus nécessaires dans la tête de la pompe.
Dans ce but, une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que l'admission est reliée directement avec une extrémité du corps central et que l'évacuation est reliée directement avec l'extrémité opposée de ce corps central. Avec cette disposition, la totalité du diamètre intérieur du corps central peut être affec- tée, à une extrémité, à un passage moins restreint, pour les gaz, vapeur et liquide provenant de l'admission commune tandis qu'ils s'écoulent directement vers chacun des deux orifices d'admission dans le corps central et la totalité du diamètre de l'extrémité opposée de ce même corps central peut être utilisée pour la décharge qui n'est plus réduite des gaz, vapeur et liquide qui sortent des orifices de décharge.
Une autre caractéristique importante réside dans le fait qu'une turbine de décharge constituée par le moyeu du rotor est prévue à l'extrémité de décharge du corps central pour recueillir le mélange et l'entraîner hors des orifices de décharge. Avec cette simplification, les passages transversaux ou autres conduits compli- qués sont éliminés, le coût de la pompe est grandement réduit, son efficacité est accrue par la réduction des pertes dues au frottement sa capacité peut être accrue et d'autres importants avantages sont rendus possibles.
Dans la pompe perfectionnée, des aubes axiales prévues sur le moyeu dumtor agissent directement sur le mélange quand il est déchargé, de façon,à l'entraîner continuellement hors de la sur- face de l'orifice d'évacuation central et maintenir ainsi la surface de cet orifice libre pour recevoir le gaz comprimé,et le liquide qui sont déchargés à travers les orifices de décharge. Le travail qui consiste à faire sortir de la pompe ce mélange de liquide et de gaz est effectué d'une façon plus efficace par l'action directe de la turbine à écoulement axiale que par le procédé indirect-actuelle-
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ment utilisé qui consiste à puiser de l'énergie dans les gaz com- primés.
Le travail de compression, qui est la raison de l'emploi d'un compresseur est en conséquence disponible à 100 % pour le tra- vail désiré et il n'est pas réduit par la nécessité d'avoir à faire sortir hors de la pompe le mélange en deux phases.
L'invention a paiement pour objet d'augmenter la capacité du pompage qui peut être obtenue avec un rotor d'une dimension don- née. Certaines des pompes à anneau liquide précédentes ne compor- taient qu'un seul lobe et cela ne fournissait qu'un cycle unique d'admission et de compression par tour. Dans la pratique moderne la pompe à anneau liquide est généralement faite avec deux lobes. Cela à l'avantage de fournir deux cycles de pompage par tour et en outre de fournir deux chambres pour les déplacements opposés qui sont équilibrées au point de vue dynamique. Cependant, comme on l'a pré- cédemment indiqué, un important inconvénient de la construction avec deux lobes des pompes actuelles réside dans le caractère restreint, tortueux et compliqué des passages d'admission et d'évacuation.
Avec la disposition perfectionnée des passages conforme à l'invention, il est possible de réaliser une construction avec trois lobes, une ca- pacité d'écoulement pour l'admission et l'évacuation plus satisfai- sante et une structure moins compliquée que ce qui a pu être fait jusqu'à maintenant avec les pompes à deux lobes. Avec cette construc- tion nouvelle, on obtient trois cycles de pompage complets par tour, ce qui augmente la capacité, pour un rotor de diamètre donné, de 50 %'et même plus.
Dans la pompe à trois lobes, conforme à la pré- sente invention, il est possible d'obtenir les passages nécessaires à travers le corps central en faisant ouvrir chacun des trois orifi- ces d'admission dans un passage commun unique traversant une extré- mité de ce corps central et en faisant déboucher les trois orifices de décharge dans un passage commun unique d'évacuation à l'autre extrémité du corps central.
Un autre avantage de cette nouvelle construction réside dans le fait que le problème du séparateur est simplifié. Dans un compresseur à anneau liquide, le joint liquide qui est employé pour
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le refroidissement et pour le fonctionnement proprement dit est progressivement déchargé avec le gaz comprimé. Avant que ce gaz ne puisse être employé, il est nécessaire d'en séparer le liquide en- traîné ; cette séparation du liquide se fait, en général, à l'aide d'un séparateur installé du côté de la décharge. Ce séparateur aug- i mente le prix total et dans certains cas, produit une chute de pres, sion parasite.
Conformément à la présente invention, la partie centrale du rotor est utilisée pour la séparation du liquide et des gaz. La turbine du rotor communique au mélange une composante centrifuge et pendant que ce mélange est déchargé dans une simple chambre cylindri, que, les particules liquides qui sont les plus lourdes sont préc.- tées vers l'extérieur par la force centrifuge, tandis que les gaz, plus légers, s'accumulent vers e centre de la chambre. En plaçant, la décharge des gaz dans la région centrale de cette chambre et la décharge du liquide dans la région périphérique on obtient une très bonne .séparation. Dans les dessins on a représenté une disposition verticale pour la pompe, mais celle-ci.fonctionnerait également bien dans la position horizontale.
Un champ d'utilisation important pour les compresseurs à anneau liquide est constitué par les pompes d'appoint pour le carbu- rant destinées à recevoir le fluide bouillonnant et à le transmettre, liquide sous une pression accrue et dans un état/stable, à la pompe a essen- ce principale d'un moteur d'avion. Dans une pompe d'appoint de ce genre, l'ensemble du carburant est traité sous la forme liquide par une pompe centrifuge et les vapeurs dégagées par le carburant lorsqu'il bouillonne amèneraient la pompe centrifuge à se caler si des dispositions n'avaient pas été prises pour séparer et recueillir les vapeurs : un compresseur à anneau liquide est donc prévu pour aspirer, comprimer et condenser à nouveau ces vapeurs, puis les renvoyer pour qu'elles soient mélangées au carburant débité par la pompe centrifuge.
Dans une installation de ce genre, il est néces- saire que le compresseur à anneau liquide soit capable de fournir' les produits condensés sous une pression égale ou presque égale à
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la pression de débit de la pompe centrifuge.
L'un des objets de l'invention est donc de fournir un compresseur à anneau liquide spécialement adapté au service qui vient d'être décrit. Dans ce but, l'une des caractéristiques de l'il, vention est que le rotor du compresseur à anneau liquide est équipé, non seulement avec les abes de la turbine axiale précédemment in- diquées, mais aussi avec des aubes'de turbine installées sur le côté du rotor de façon à réaliser un arrangement à deux:étages qui permet d'augmenter la pression des produits condensés fournis par le com- presseur. Cet arrangement peut également être employé d'une façon avantageuse dans d'autres applications dans lesquelles la pression du liquide déchargé doit être plus élevée que la pression que peut fournir le compresseur.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de formes de réalisation données à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés :
La fig.l est une vue partielle en coupe verticale d'un compresseur à anneau liquide à deux lobes qui Comporte des caracté- ristiques de l'invention, la coupe étant faite sur la ligne 1-1 de la fig.3, dans la direction des flèches.
La fig.2 est une vue en coupe horizontale prise sur la ligne 2-2 de la fig.l dans la direction des flèches.
La fig. 3 est une vue en coupe prise sur la ligne 3-3 de la fig..l dans la direction des flèches.
La fig.4 est une vue en coupe partielle, avec arrachement partiel, la coupe étant faite sur la ligne 4-4 de la fig.l dans la direction des flèches.
La fig.5 est une vue en coupe horizontale d'un compresseur. à anneau liquide à trois lobes renfermant les caractéristiques de l'invention.
La fig.6 est une vue partielle en coupe verticale d'une autre variante de ce compresseur dans laquelle le rotor doit égale- ment fonctionner comme une turbine composée pour maintenir ou pour augmenter la pression à la sortie du compresseur.
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La réalisation représentée aux figs.1 à 4 comprend un moteur d'entraînement 10, dont l'arbre 12 fait verticalement saillie vers le bas au-delà du carter 14 de ce moteur. Une chemise 16 est ajustée sur l'extrémité inférieure du carter du moteur 14 et est fixée sur celui-ci. Cette chemise 16 entoure un compresseur 18 qui, à son: tour, entoure l'éternité inférieure de l'arbre 12. La chemise 16 forme un collecteur pour le compresseur 18 du côté de l'admission de celui-ci et forme en même temps une partie importante d'une cham- bre de séparation pour le compresseur du côté de l'évacuation de ce dernier.
La cloison intérieure de la chambre de pompage du compres- seur est constituée par un cylindre à collet 20 qui est relié d'une façon appropriée, par des vis 22 par exemple (fig.2), à une partie de la chemise 16. La cloison extérieure de la chambre de pompage du compresseur est formée par un carter 24 qui, intérieurement, présen- te des lobes' et des intervalles alternés :dans l'exemple le carter a deux intervalles 26 et deux lobes 28 (fig.3). Un rotor 30 possé- dant les aubes habituelles 32 est monté par son moyeu 34 sur l'arbre 12 au moyen d'une clé 35 et est entraîné par celui-ci. L'assemblage du rotor 30 et de l'arbre est complété de la façon habituelle par une rondelle 36 et un écrou 38.
Un joint d'étanchéité mécanique 42, du type courant est installé entre un ressort 40 et un épaulement 44 qui constitue une partie de la paroi intérieure 46 du cylindre 20.
Comme on le comprend aisément, les aubes divisent le rotor en une série d'augets ou godets qui sont ouverts à leurs extrémités, intérieure et extérieure. Quant un auget traverse la partie épanouie d'un lobe, il décharge une partie de liquide dans l'espace en crois- sant formé entre la périphérie du rotor et le carter 24, amenant le gaz à être aspiré dans l'extrémité intérieure de l'auget par uns orifice d'admission 48 ménagé dans la paroi périphérique du cylin- dre 20. Quand l'auget traverse la partie contractée du lobe, le li- quide contenu dans l'espace en forme de croissant est ramené en. arrière dans l'auget en remplissant celui-ci à nouveau d'une façon à peu près complète avec le liquide.
Cela refoule le gaz vers l'ex-
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trémité intérieure de l'auget et le force à sortir de celui-ci pour pénétrer dans le cylindre en passant à travers un orifice de déchar- ge 50 ménagé dans la paroi périphérique du cylindre 20. Le compres- seur qui a été représenté se comporte suivant les principes de l'art précédent mais renferme des caractéristiques de construction qui en fonctionnement, le différencient des compresseurs précédemment con- nus.
Une conduite d'admission 52 est vissée dans un passage unique 54 de la chemise 16. Ce passage 54 entoure l'extrémité supé- rieure du cylindre 20 et peut communiquer librement avec l'intérieur de ce cylindre par les ouvertures 56 et 58 qui ont été ménagées dans la paroi périphérique du cylindre. L'extrémité supérieure de ce cy- lindre 20 est fermée par une paroi 46. Au niveau des ouvertures 56 et 58, l'espace à l'intérieur du cylindre 20 forme une chambre d'admission unique 61. Au niveau du rotor, l'espace dans le cylin- dre 20 est divisé par quatre cloisons longitudinales 62,64, 66 et 68.
Les passages 57,entre 62 et 64 et entre 66 et 68 sont des pas- sages d'admission et ils communiquent librement avec la chambre d'admission 61 mais sont fermés, à leurs extrémités inférieures par des cloisons transversales inclinées 70. Les orifices d'admission 48 mettent les passages 57 en communication avec les lobes de la chambre de pompage, respectivement. Les passages 59 entre 64 et 66 et entre 68 et 62 sont des passages de décharge. Ils sont fermés à leurs extrémités supérieures et séparés de la chambre d'admission 61 par des traverses inclinées 72 mais sont ouverts à leurs extrémités inférieures. Les orifices de décharge 50 mettent les lobes de la chambre de pompage en communication avec les passages de décharge 59, respectivement.
Un manchon intérieur 60 du cylindre 20 qui fait corps avec les séparations 62, 64, 66 et 68 et avec les traverses 70, 72, entoure une partie du moyeu 34 du rotor 30.
Le moyeu du rotor 34 présente à son extrémité inférieure des passages 74 qui délimitent entre eux des aubes de turbine inclinées 76. Le moyeu de rotor opèrera en conséquence comme une turbine axia- le pour faire passer les vapeurs, gaz et liquide depuis les passages
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64-66 et 68-62 dans une chambre de séparation 78 qui est formée par la réunion du manchon 16 et d'une pièce 80.
Ainsi qu'on 1'a déjà mentionné, cette turbine axiale exerce en raison de son mouvement de rotation une action centrifuge de sorte que le liquide est préci- pité vers l'extérieur tandis que les gaz sont ramenés vers le centre* La pièce 80 comporte à @@ périphérie une ouverture filetée pour recevoir une conduite de décharge pour le liquide 820 Dans le centre de la pièce 80 une conduite 84, avec un'passage de dimension réduite
85 et une ouverture 83 à son sommet communique par un passage 86 avec une conduite de décharge pour le gaz 88. Le moyeu de rotor 34 présente un prolongement conique en forme d'ombrelle 33 qui descend au-delà de l'ouverture 83 de manière à écarter le liquide de cette ouverture 83.
La partie 85 et l'ouverture 83 ont des diamètres ré- duits de façon à ce que l'air qui les traverse prenne une grande vitesse de façon à amortir d'une façon effective les bruits produits par la marche du compresseur.
Les détails qui viennent d'être décrits fournissent une combinaison particulièrement efficace d'un séparateur du gaz et du liquide et d'un amortisseur pour le bruit du compresseur dans un espace très limité si on le compare à celui qui était nécessaire jusqu'à présent pour le même emploie
On voit clairement que le gaz et le liquide sont envoyés, sans qu'il soit nécessaire d'employer des croisements ou des étran- glements, dans une chambre d'admission commune, 61, située dans le cylindre 20 et qu'ils passent directement et sans obstacle depuis la chambre 61 dans les passages d'admission 57 qui ne présentent aucun étranglement et conduisent directement aux orifices d'admis- sion 48 de la chambre de pompage.
On voit également clairement que le liquide et le gaz déchargés traversent des passages de décharge
59 qui sont rectilignes et sans étranglement et conduisent directe- ment à une chambre de décharge commune 87, l'évacuation hors de cette chambre étant aidée par une turbine axiale constituée par le moyeu du rotor 34,
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L'arrangement précédent qui fournit des orifices d'admis- sion et de décharge aux extrémités opposées de la pompe représente une grande simplification qui entraîne un meilleur fonctionnement, la possibilité de faire passer une plus grande quantité de liquide par l'ouverture centrale et une grande économie dans les frais de fabrication.
Bien que la pompe ait été décrite et représentée avec l'ar- bre d'entraînement 12 vertical, elle pourrait être employée tout aussi bien si l'arbre était horizontal et dans ce cas le canal d'évacuation 82 serait disposé au côté inférieur de la pompe et dirigé vers le bas.*
Dans la fig. 5, on a représenté un compresseur à trois lobes possédant les caractéristiques de l'invention. La pompe- est d'une façon générale semblable à la pompe des f igs.l à 4, à l'exception de quelques différences de détail dans le carter de la pompe et le corps central qui sont nécessaires pour le passage d'une construc- tion à deux lobes à une construction à trois lobes.
Il ne sera donc: pas fait description de la pompe de la fig. 5 et les chiffres de référence correspondants ont été donnés aux parties correspondantes avec l'addition d'un "a". Les parties qui ont été représentées dans les figs.l à 4 mais qui ont été supprimées dans la fig. 5 doivent être considérées comme existant réellement dans la pompe.
Dans la fig.5, le carter "24a" a une forme qui présente trois intervalles 102 et trois lobes 104, en alternance, chaque combinaison d'un lobe et de l'intervalle voisin couvrant un arc de 1202 autour du centre représenté par l'axe dû rotor.
La limite extérieure de chaque lobe peut avoir la forme d'un arc de cercle dont le centre est décalé par rapport à l'axe du, rotor mais il est préférable, ainsi que cela a été représenté, que chaque lobe soit dissymétrique par rapport au point où il a la profondeur maxima, de façon que la période d'admission s'étende sur un arc qui est plus grand que celui de la période de décharge et que l'admission se fasse d'une façon plus progressive que la décharge.
Le corps central "20a" comporte un orifice d'entrée "48a"
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et un orifice de décharge 50a en communication avec chacun des lobes: il y a donc en tout trois orifices d'admission et trois orifices de décharge. Le corps central 20a possède à l'une de ses extrémités une chambre d'admission commune 61a et à l'autre extrémité une cham- bre de décharge commune 87a. Entre ces extrémités, des cloisons 106, 108, 110, 112, 114 et 116 sont formées dans le corps et des passages d'admission 57a sont délimités par les cloisons 106 et 108, 110 et 112 et 114 et 116.
Des cloisons transversales 70a empêchent toute communication de ces passages 57a avec la chambre de décharge -qui se trouve à l'extrémité de décharge du corps 20a.
Les passages 57a forment donc des canaux de communication rectilignes, directs et sans obstacles de la chambre d'admission commune aux orifices d'admission 48a respectifs. Des passages.de décharge 59a sont délimités par les cloisons 108 et 110, 112 et 114, et 116 et 106, respectivement, ces passages ne pouvant pas communi- quer avec la chambre d'admission commune et formant des canaux de communication directs, rectilignes et sans obstacles entre les ori- fices de décharge respectifs 50a et la chambre de décharge commune 87a.
Les pompes représentées dans les Figs.1 à 4 et dans la fig.5 sont uniques dans le genre des pompes à anneau liquide en ce qu'elles fournissent pour la première fois, dans les pompes ayant plusieurs lobes, des canaux d'admission et de décharge qui ne sont, ni tortueux, ni inutilement étranglés. Cela constitue une importante avance dans les pompes à deux lobes et permet pratiquement pour la première fois de profiter des avantages des pompes à trois lobes.
A la fig.6 on a représenté une pompe à deux lobes dont la construction est généralement semblable à celle des figures 1 à 4 mais qui est modifiée à son extrémité de décharge pour fournir une turbine centrifuge composée faisant partie unitaire du rotor du compresseur. Ce type de pompe a été étudié en premier lieu pour être utilisé quand le liquide déchargé hors du compresseur doit être dé- chargé sous une pression supérieure à celle que fournit le compres- seur. Ce cas se présente par exemple dans les pompes d'appoint pour
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le carburant utilisé dans les avions.
La vapeur et les gaz non con- densables du liquide qui constitue le carburant peuvent avoir été entraînés à bouillonner en raison de l'altitude et de l'aspiration exercée à l'admission de la pompe d'appoint centrifuge et peuvent être aspirés hors de l'admission de la turbine de la pompe centrifu- ge par le compresseur, @mprimés au point de recondensation et de réabsorbtion et déchargés sous la forme liquide et sous une pression égale à la pression de décharge de la pompe centrifuge pour se recombiner avec le carburant liquide qui est envoyé par cette pompe centrifuge dans la pompe à carburant principale.
La pompe de la fig. 6 est très sensiblement la même que la pompe des figsl à 4, sauf en ce que le rotor du compresseur a été modifié pour former une turbine à deux étages pour les vapeurs re- condensées. Les éléments correspondants ont été désignés par des chiffres de référence semblable avec l'addition d'un "b" et aucune description générale ne sera faite, la description étant limitée aux; éléments qui sont spécifiquement différents de ceux qui sont repré- sentés dans les figs.,1 à 4.
La partie 16b ne forme plus une chemise.autour du carter du compresseur 24b mais sert seulement comme collecteur d'admission pour le compresseur. Le carter du compresseur 24b est fixé d'un côté au collecteur d'admission et du côté opposé à un élément de carter supplémentaire 120 avec lequel il forme une chambre de pompage cen- trifuge 122 et une volute de décharge 128. Le moyen 34b du rotor 30b a la même forme que précédemment pour fournir une turbine 'axiale, mais, dans ce cas, les aubes 76 de cette turbine axiale se prolon- gent, à leurs extrémités inférieures pour former des aubes 132 sans coupures qui s'étendent au-dessous du bandage 130 du rotor 30b et sont fixées à ce bandage.
Leur diamètre est presque égal à celui du rotor 30b. Ces aubes 132 fonctionnent dans une chambre formée par l'élément de carter inférieur 120 et déchargent ce liquide dans la volute 122 pour parvenir à un orifice de décharge final pour le li- quide, 128. Un joint périphérique est formé entre la volute 122 et les lobes 26b par l'arrangement en labyrinthe constitué par une
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rainure 124 et un rebord 126. Le liquide qui est prélevé par'les aubes 76b dans la zône de décharge 50b est ensuite entraîné par la force centrifuge sous l'action des aubes 132 et envoyé dans la volute 122 pour être ensuite déchargé par l'orifice 128.
Les gaz non con- densables et les vapeurs sont entrainés par la force centripète vers le centre de l'élément de carter 120 où ils sont déchargés à travers l'ouverture filetée 133 et le conduit de décharge 135, lorsque celà est désiré.
Si la décharge séparée des gaz non condensables et des va- peurs n'est pas nécessaire, l'ouverture filetée 133 peut être obtu- rée avec un bouchon et les gaz non condensables et les vapeurs sont déchargés avec le liquide en passant par la volute 122 et le conduit de décharge 128.
Les aubes 132 font saillie vers l'extérieur autant que cela est nécessaire pour obtenir la pression de décharge finale à la sor- tie de la volute 128 et ces aubes 132 peuvent dans ce but maintenir aisément ou augmenter la pression sous laquelle le liquide est dé- chargé par le compresseur. Par son-association avec la turbine axia- le, le rotor peut ainsi fournir une turbine centrifuge à deux étages pour maintenir ou accroître la pression du liquide déchargé par le compresseur.
Une autre caractéristique très appréciable de la présente invention est la possibilité que présente la pompe à vide ou compres- seur de manipuler de grandes quantités de liquide, tandis que le gaz est comprimé bien au-delà de ce qui est possible avec les pompes existant actuellement.
Bien que dans les formes de réalisation qui ont été repré- sentées et décrites, les corps 20,20a et 20b ont extérieurement une. forme cylindrique, il est également possible d'employer des corps. qui auront extérieurement une forme cônique et dans ce cas l'extré- mité la plus large du c8ne sera l'extrémité d'admission et l'extré- mité la plus petite, l'extrémité de décharge. Cette disposition est avantageuse parce que les gaz et vapeurs occupent un espace moins grand après leur compression et en conséquence ne demandent pas une
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surface d'écoulement aussi grande que lorsqu'ils ne sont pas comprimés.
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The present invention relates to vacuum pumps and compressors, with a liquid ring. In pumps of this type, the pumping chamber is usually limited externally by a housing, and internally by a body pierced with orifices, of circular cross section and either conical or circular in shape. The casing has received a shape such that it successively presents lobes and intervals. A rotor divided into buckets or buckets surrounds the body pierced with orif ices and drives a ring of water which is forced to spurt out alternately inward and outward and
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which constitutes the pumping device.
The ported body has an inlet port and a. outlet port for each lobe and, since the pump typically has two lobes, the body will have a total of four ports.
This central body has a diameter as small as possible so as to obtain as favorable a ratio as possible between the outside diameter and the inside diameter of the rotor. Inside this central body of reduced size, passages are provided for conducting the mixture of gas, vapors and liquid to each of the inlet ports and similar conduits are also provided in this same small space for draw the mixture out of the two outlets. There are therefore a large number of passages which all must pass through one end of the central body of reduced diameter.
From the common inlet and outlet end of the central body, the passages extend into the head or pump body where the inlet passages are joined together like branches of a Common intake passage and the discharge passages are joined together as the branches of a common discharge passage. The combination of all these passages results in rather complicated conduits. One set of passages must pass over the other and all this increases the complication and the cost of the pompom. Due to the limited space and particularly due to the limited diameter of the body pierced with orifices, the speeds in these passages which are generally high undergo a slowing down due to the friction which lowers the total efficiency of the compressor.
Part of the compression work produced in the compressor is used to expel both the liquid which forms the seal and the compressed gas in this system of interlocking discharge passages. Due to their deflections and constrictions and also due to the high friction losses which are characteristic of two-phase mixtures of gases and liquid, a large part of the compression energy is absorbed to force the mixture out of the pump. .
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The main object of the invention is to provide wide and direct passages in the central body pierced with orifices and to eliminate the complicated ducts which are no longer required in the pump head.
For this purpose, an important feature of the invention resides in the fact that the inlet is connected directly with one end of the central body and that the outlet is connected directly with the opposite end of this central body. With this arrangement, the entire internal diameter of the central body can be allocated, at one end, to a less restricted passage, for gases, vapor and liquid coming from the common inlet as they flow directly to it. each of the two inlet ports in the central body and the entire diameter of the opposite end of this same central body can be used for the no longer reduced discharge of gases, vapor and liquid which exit from the discharge ports .
Another important feature is that a discharge turbine constituted by the rotor hub is provided at the discharge end of the central body to collect the mixture and drive it out of the discharge ports. With this simplification, cross passages or other complicated conduits are eliminated, the cost of the pump is greatly reduced, its efficiency is increased by reducing friction losses, its capacity can be increased and other important advantages are realized. possible.
In the improved pump, axial vanes provided on the hub of the rotor act directly on the mixture when it is discharged, so as to continuously drive it out of the surface of the central discharge port and thus maintain the surface. of this free orifice to receive the compressed gas, and the liquid which are discharged through the discharge orifices. The work of getting this mixture of liquid and gas out of the pump is done more efficiently by the direct action of the axial flow turbine than by the indirect-current process.
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used which consists in drawing energy from the compressed gases.
The compression work, which is the reason for employing a compressor is therefore 100% available for the desired work and is not reduced by the need to have to pump out of the pump. mixing in two phases.
The object of the invention is to increase the pumping capacity which can be obtained with a rotor of a given size. Some of the previous liquid ring pumps had only one lobe and this provided only a single cycle of intake and compression per revolution. In modern practice the liquid ring pump is generally made with two lobes. This has the advantage of providing two pumping cycles per revolution and furthermore of providing two chambers for opposing movements which are dynamically balanced. However, as previously indicated, a significant drawback of the two-lobe construction of current pumps is the small, tortuous and complicated nature of the inlet and outlet passages.
With the improved arrangement of the passages according to the invention, it is possible to achieve a construction with three lobes, a more satisfactory flow capacity for the inlet and outlet and a less complicated structure than what is required. has been able to be done so far with two-lobe pumps. With this new construction, three complete pumping cycles are obtained per revolution, which increases the capacity, for a rotor of a given diameter, by 50% and even more.
In the three-lobe pump according to the present invention it is possible to obtain the necessary passages through the central body by opening each of the three inlet ports in a single common passage passing through one end. mity of this central body and by causing the three discharge openings to open into a single common discharge passage at the other end of the central body.
Another advantage of this new construction lies in the fact that the problem of the separator is simplified. In a liquid ring compressor, the liquid seal which is used to
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cooling and for proper operation is gradually discharged with compressed gas. Before this gas can be used, it is necessary to separate the entrained liquid from it; this separation of the liquid is generally done using a separator installed on the discharge side. This separator increases the total price and in some cases produces a drop in parasitic pressure.
According to the present invention, the central part of the rotor is used for the separation of liquid and gases. The impeller of the rotor imparts to the mixture a centrifugal component and while this mixture is discharged into a single cylindrical chamber, the liquid particles which are the heaviest are precluded outwards by centrifugal force, while the liquid particles lighter gases accumulate towards the center of the chamber. By placing the gas discharge in the central region of this chamber and the liquid discharge in the peripheral region, a very good separation is obtained. In the drawings there is shown a vertical arrangement for the pump, but this would also work well in the horizontal position.
An important field of application for liquid ring compressors is the fuel booster pumps intended to receive the bubbling fluid and to transmit it, liquid under increased pressure and in a stable state, to the gas. main fuel pump of an airplane engine. In a booster pump of this kind, all the fuel is treated in liquid form by a centrifugal pump and the vapors given off by the fuel when it boils would cause the centrifugal pump to stall if provisions were not made. been taken to separate and collect the vapors: a liquid ring compressor is therefore provided to suck, compress and condense again these vapors, then return them so that they are mixed with the fuel delivered by the centrifugal pump.
In an installation of this kind it is necessary that the liquid ring compressor be capable of supplying the condensed products under a pressure equal to or nearly equal to.
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the flow pressure of the centrifugal pump.
One of the objects of the invention is therefore to provide a liquid ring compressor specially adapted to the service which has just been described. For this purpose, one of the features of the invention is that the rotor of the liquid ring compressor is equipped, not only with the abes of the axial turbine previously indicated, but also with installed turbine blades. on the side of the rotor so as to achieve a two-stage arrangement which increases the pressure of the condensed products supplied by the compressor. This arrangement can also be employed to advantage in other applications where the pressure of the discharged liquid must be higher than the pressure which the compressor can supply.
Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments given by way of example with reference to the accompanying drawings:
Fig. 1 is a partial vertical sectional view of a two-lobe liquid ring compressor which incorporates features of the invention, the section being taken on line 1-1 of Fig. 3, in the figure. direction of arrows.
Fig.2 is a horizontal sectional view taken on line 2-2 of Fig.l in the direction of the arrows.
Fig. 3 is a sectional view taken on line 3-3 of FIG. 1 in the direction of the arrows.
Fig.4 is a partial sectional view, partially broken away, the section being taken on line 4-4 of Fig.l in the direction of the arrows.
Fig.5 is a horizontal sectional view of a compressor. with a three-lobed liquid ring embodying the characteristics of the invention.
FIG. 6 is a partial view in vertical section of another variant of this compressor in which the rotor must also function as a compound turbine to maintain or to increase the pressure at the outlet of the compressor.
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The embodiment shown in Figs.1 to 4 comprises a drive motor 10, the shaft 12 of which projects vertically downwards beyond the housing 14 of this motor. A liner 16 is fitted to the lower end of the motor housing 14 and is attached thereto. This jacket 16 surrounds a compressor 18 which, in turn, surrounds the lower eternity of the shaft 12. The jacket 16 forms a manifold for the compressor 18 on the intake side thereof and at the same time forms an important part of a separation chamber for the compressor on the discharge side of the latter.
The inner wall of the pumping chamber of the compressor is formed by a flanged cylinder 20 which is connected in a suitable manner, by screws 22 for example (fig. 2), to a part of the jacket 16. The The outer wall of the pumping chamber of the compressor is formed by a casing 24 which internally has alternating lobes and intervals: in the example the casing has two intervals 26 and two lobes 28 (fig. 3). A rotor 30 having the usual vanes 32 is mounted by its hub 34 on the shaft 12 by means of a key 35 and is driven by the latter. The assembly of the rotor 30 and the shaft is completed in the usual way by a washer 36 and a nut 38.
A mechanical seal 42 of the common type is installed between a spring 40 and a shoulder 44 which forms part of the inner wall 46 of the cylinder 20.
As is easily understood, the vanes divide the rotor into a series of buckets or buckets which are open at their ends, inner and outer. As a bucket passes through the open portion of a lobe, it discharges a portion of liquid into the intersecting space formed between the periphery of the rotor and the housing 24, causing the gas to be drawn into the inner end of the lobe. The bucket through an inlet port 48 formed in the peripheral wall of cylinder 20. As the bucket passes through the contracted part of the lobe, the liquid contained in the crescent-shaped space is returned to. back into the trough, filling it again almost completely with the liquid.
This forces the gas to the ex-
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the inner end of the bucket and forces it out of the latter to enter the cylinder passing through a discharge port 50 formed in the peripheral wall of the cylinder 20. The compressor which has been shown behaves following the principles of the foregoing art but contains construction features which in operation differentiate it from previously known compressors.
An intake pipe 52 is screwed into a single passage 54 of the liner 16. This passage 54 surrounds the upper end of the cylinder 20 and can communicate freely with the interior of this cylinder through the openings 56 and 58 which have. been provided in the peripheral wall of the cylinder. The upper end of this cylinder 20 is closed by a wall 46. At the level of the openings 56 and 58, the space inside the cylinder 20 forms a single inlet chamber 61. At the level of the rotor, the space within the cylinder 20 forms a single inlet chamber 61. The space in the cylinder 20 is divided by four longitudinal partitions 62, 64, 66 and 68.
The passages 57, between 62 and 64 and between 66 and 68 are intake passages and they communicate freely with the intake chamber 61 but are closed at their lower ends by inclined transverse partitions 70. The orifices d The inlet 48 places the passages 57 in communication with the lobes of the pumping chamber, respectively. The passages 59 between 64 and 66 and between 68 and 62 are discharge passages. They are closed at their upper ends and separated from the intake chamber 61 by inclined cross members 72 but are open at their lower ends. The discharge ports 50 place the lobes of the pumping chamber in communication with the discharge passages 59, respectively.
An inner sleeve 60 of cylinder 20 which is integral with the separations 62, 64, 66 and 68 and with the cross members 70, 72, surrounds a part of the hub 34 of the rotor 30.
The rotor hub 34 has at its lower end passages 74 which define between them inclined turbine blades 76. The rotor hub will therefore function as an axial turbine to pass vapors, gas and liquid from the passages.
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64-66 and 68-62 in a separation chamber 78 which is formed by the union of the sleeve 16 and a part 80.
As already mentioned, this axial turbine exerts, by virtue of its rotational movement, a centrifugal action so that the liquid is precipitated outwards while the gases are returned to the center. has at the periphery a threaded opening to receive a discharge pipe for the liquid 820 In the center of the part 80 a pipe 84, with a passage of reduced dimension
85 and an aperture 83 at its top communicates through a passage 86 with a gas discharge line 88. The rotor hub 34 has a conical umbrella-shaped extension 33 which descends beyond the aperture 83 in such a manner. in removing the liquid from this opening 83.
The part 85 and the opening 83 have small diameters so that the air passing through them assumes a high speed so as to effectively dampen the noises produced by the operation of the compressor.
The details just described provide a particularly effective combination of a gas and liquid separator and a compressor noise damper in a very limited space compared to that which has been necessary heretofore. for the same employee
It is clearly seen that the gas and the liquid are sent, without it being necessary to employ crossings or throttles, into a common inlet chamber, 61, situated in the cylinder 20 and that they pass directly. and unobstructed from chamber 61 into inlet passages 57 which have no restriction and lead directly to inlet ports 48 of the pumping chamber.
It is also clearly seen that the discharged liquid and gas pass through discharge passages.
59 which are rectilinear and without constriction and lead directly to a common discharge chamber 87, the discharge out of this chamber being aided by an axial turbine formed by the hub of the rotor 34,
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The foregoing arrangement which provides inlet and outlet ports at opposite ends of the pump represents a great simplification which results in improved operation, the ability to pass more liquid through the central opening and great savings in manufacturing costs.
Although the pump has been described and shown with the drive shaft 12 vertical, it could be employed just as well if the shaft was horizontal and in this case the discharge channel 82 would be disposed on the underside of the pump. pump and directed downwards. *
In fig. 5, there is shown a compressor with three lobes having the characteristics of the invention. The pump- is generally similar to the pump of f igs.l to 4, except for a few differences in detail in the pump housing and central body which are necessary for the passage of a construc - tion with two lobes to a construction with three lobes.
There will therefore be no description of the pump of FIG. 5 and corresponding reference numerals have been given to the corresponding parts with the addition of an "a". The parts which have been shown in figs.l to 4 but which have been deleted in fig. 5 must be considered as actually existing in the pump.
In Fig.5, the housing "24a" has a shape which has three intervals 102 and three lobes 104, alternately, each combination of a lobe and the neighboring gap covering an arc of 1202 around the center represented by l axis of the rotor.
The outer limit of each lobe may have the shape of an arc of a circle, the center of which is offset from the axis of the rotor, but it is preferable, as has been shown, that each lobe be asymmetrical with respect to the axis. point at which it has the maximum depth, so that the intake period extends over an arc which is greater than that of the discharge period and that the intake takes place more gradually than the discharge.
The central body "20a" has an inlet port "48a"
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and a discharge port 50a in communication with each of the lobes: there are therefore in all three inlet ports and three discharge ports. The central body 20a has at one of its ends a common inlet chamber 61a and at the other end a common discharge chamber 87a. Between these ends, partitions 106, 108, 110, 112, 114 and 116 are formed in the body and intake passages 57a are delimited by partitions 106 and 108, 110 and 112 and 114 and 116.
Transverse partitions 70a prevent any communication of these passages 57a with the discharge chamber - which is located at the discharge end of the body 20a.
The passages 57a therefore form rectilinear, direct and unobstructed communication channels of the common inlet chamber to the respective inlet ports 48a. Discharge passages 59a are delimited by partitions 108 and 110, 112 and 114, and 116 and 106, respectively, these passages not being able to communicate with the common inlet chamber and forming direct, rectilinear communication channels. and without obstacles between the respective discharge ports 50a and the common discharge chamber 87a.
The pumps shown in Figs. 1 to 4 and in Fig. 5 are unique in the genre of liquid ring pumps in that they provide for the first time, in pumps with multiple lobes, intake channels and discharge that are neither tortuous nor unnecessarily strangled. This marks a significant advance in two-lobe pumps and for the first time practically allows the benefits of three-lobe pumps to be realized.
In fig.6 there is shown a two-lobe pump whose construction is generally similar to that of Figures 1 to 4 but which is modified at its discharge end to provide a compound centrifugal turbine forming a unitary part of the compressor rotor. This type of pump was first designed for use when the liquid discharged from the compressor must be discharged at a pressure higher than that supplied by the compressor. This case occurs for example in booster pumps for
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fuel used in airplanes.
The vapor and non-condensing gases of the liquid which constitutes the fuel may have been caused to bubble due to the altitude and the suction exerted at the inlet of the centrifugal booster pump and may be drawn out of it. the inlet of the impeller of the centrifugal pump by the compressor, @ mpressed at the point of recondensation and reabsorption and discharged in liquid form and at a pressure equal to the discharge pressure of the centrifugal pump to recombine with the liquid fuel which is sent by this centrifugal pump into the main fuel pump.
The pump of fig. 6 is very much the same as the pump of figsl to 4, except that the compressor rotor has been modified to form a two-stage turbine for the condensed vapors. Corresponding elements have been designated by like reference numerals with the addition of a "b" and no general description will be made, the description being limited to; elements which are specifically different from those shown in Figs., 1 to 4.
Part 16b no longer forms a jacket around the compressor housing 24b but serves only as an intake manifold for the compressor. The compressor housing 24b is attached on one side to the intake manifold and on the opposite side to an additional housing member 120 with which it forms a centrifugal pumping chamber 122 and a discharge volute 128. The means 34b of the compressor rotor 30b has the same shape as before to provide an axial impeller, but in this case the vanes 76 of this axial impeller extend at their lower ends to form vanes 132 without cuts which extend beyond below the tire 130 of the rotor 30b and are attached to this tire.
Their diameter is almost equal to that of the rotor 30b. These vanes 132 operate in a chamber formed by the lower casing member 120 and discharge this liquid into the volute 122 to arrive at a final discharge port for the liquid, 128. A peripheral seal is formed between the volute 122 and the lobes 26b by the labyrinth arrangement consisting of a
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groove 124 and a flange 126. The liquid which is taken by the vanes 76b in the discharge zone 50b is then entrained by centrifugal force under the action of the vanes 132 and sent into the volute 122 to be then discharged by the. orifice 128.
Non-condensing gases and vapors are driven by centripetal force towards the center of housing member 120 where they are discharged through threaded opening 133 and discharge conduit 135, when desired.
If the separate discharge of non-condensable gases and vapors is not required, the threaded opening 133 can be sealed with a stopper and the non-condensable gases and vapors are discharged with the liquid through the volute. 122 and the discharge duct 128.
The vanes 132 protrude outward as much as is necessary to obtain the final discharge pressure at the exit of the volute 128 and these vanes 132 can for this purpose easily maintain or increase the pressure under which the liquid is discharged. - loaded by the compressor. By its association with the axial turbine, the rotor can thus provide a two-stage centrifugal turbine to maintain or increase the pressure of the liquid discharged by the compressor.
Another very valuable feature of the present invention is the ability of the vacuum pump or compressor to handle large amounts of liquid, while the gas is compressed far beyond what is possible with presently existing pumps. .
Although in the embodiments which have been shown and described, the bodies 20,20a and 20b have an outwardly one. cylindrical shape, it is also possible to use bodies. which on the outside will have a conical shape and in this case the wider end of the cone will be the inlet end and the smaller end the discharge end. This arrangement is advantageous because the gases and vapors occupy a smaller space after their compression and consequently do not require a
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flow surface as large as when not compressed.