"Eléments en volute complémentaires , notamment pour pompes à
liquides" L'invention concerne les pompes à liquides du type en volute, et notamment des pompes à liquides de ce type, pouvant être immergées dans le liquide pompé:
On sait qu'il existe une catégorie de machines comprenant généralement des pompes, des compresseurs et des moteurs en "volute", dans lesquels deux éléments complémentaires de forme spiroïdale ou en spirale en développante, de même pas, sont montés sur des plaques extrêmes séparées. Ces éléments en-spi- - rale sont décalés angulairement et radialement de manière à entrer en contact l'un avec l'autre suivant au moins deux lignes déterminées, par exemple, entre des surfaces courbes en spirale. Deux lignes de contact se trouvent.approximativement sur un
rayon partant de la zone centrale des volutes de manière à délimiter un ou plusieurs volumes, poches ou chambres. La position angulaire de ces chambres varie avec le mouvement orbital relatif des centres des spirales et toutes les chambres conser- vent la même position angulaire relative. Lorsque les lignes
de contact progressent le long des surfaces des volutes, les chambres formées présentent un changement de volume. Dans des compresseurs et des moteurs à détente, on obtient ainsi des
zones à basse pression et à haute pression, communiquant avec
des orifices d'écoulement. Dans les pompes à liquides, le rapport des volumes reste constamment égal à 1. Les chambres extérieures et intérieures communiquent avec des orifices d'écoulement et le liquide peut s'écouler de la chambre intérieure vers l'extérieur ou de la chambre extérieure vers l'intérieur.
Bien que les pompes en volute présentent de nombreux avantages par rapport aux compresseurs et détendeurs, ces avantages consistant en une diminution des problèmes des fuites et en des températures de fonctionnement plus basses, il est impossible d'obtenir en pratique ces avantages pour des appareils fonctionnant d'une manière satisfaisante à moins que de telles pompes en volute puissent fonctionner à des vitesses convenables (par exemple à au moins 1800 tr/min), essentiellement sans pulsations. La pompe en volute selon l'invention comporte un dispositif destiné à supprimer les pulsations de pression, ou bien un dispositif destiné à abaisser ces pulsations
de pression sous un niveau au-dessus duquel lesdites pulsations nuisent au fonctionnement et à l'efficacité de la pompe. Ainsi qu'il ressortira de la description suivante concernant la forme de realisation représentée sur les figures 62 à 84 des dessins annexés, la pompe en volute selon l'invention peut être conçue afin de pouvoir être immergée dans le liquide pompé et en particulier dans les réservoirs à carburant de véhicules autopropulsés, par exemple d'automobiles.
L'invention concerne donc des éléments en volute dont l'un est fixe et l'autre exécute un mouvement orbital. L'utilisation de ces éléments dans une pompe en volute permet
de faire fonctionner cette dernière en douceur et à des vitesses relativement élevées, avec une efficacité maximale, de manière qu'elle fasse circuler un liquide sans pulsations. De plus, la pompe en volute selon l'invention est de fabrication simple et peu coûteuse et elle peut être réalisée partiellement en matière plastique, par exemple par la mise en oeuvre de techniques telles que le moulage.
L'invention concerne donc une pompe en volute du type décrit ci-dessus et qui, dans l'une de ses formes de réalisation, peut être immergée dans le liquide pompé. Cette pompe peut être utilisée comme pompe à carburant pour des véhicules auto-propulsés utilisant des fractions légères de fuel-oil, et elle peut être placée dans le réservoir à carburant afin d'être ainsi isolée des températures excessives pouvant être rencontrées dans les véhicules comportant des dispositifs de contrôle des gaz d'échappement.
La pompe submersible selon l'invention peut débiter le carburant sous des pressions élevées ; elle s'amorce d'elle-même ; elle fonctionne sensiblement sans bruit ni vibrations,ni variation du débit de refoulement ; elle peut tourner à sec pendant un certain temps ; elle ne nécessite pas de clapets et elle peut ingérer des débris sans subir de détériorations définitives. La pompe en volute décrite ci-dessus assure également d'elle-même l'étanchéité entre les volutes ; elle présente un minimum de pertes par frottement ; elle fonctionne d'une manière sûre pendant de longues durées et elle
est peu coûteuse.
L'invention concerne donc des éléments complémentaires en volute convenant à une utilisation dans une pompe à liquide en volute. Ces éléments comprennent un élément fixe
en volute présentant un orifice central d'écoulement du liquide et comportant une plaque extrême fixe, une spire fixe en développante d'un tour et demi, fixée sur une première surface de
la plaque extrême fixe, et un canal fixe de transfert du liquide, réalisé dans la première surface de la plaque extrême. L'autre élément est un élément en volute monté de manière à pouvoir exécuter un mouvement orbital par rapport à l'élément fixe sous l'action d'un dispositif de commande. Il comprend une plaque extrême mobile, une spire mobile en développante d'un tour et demi, fixée à une première surface de la plaque extrême mobile, et un canal mobile de transfert du liquide, réalisé
dans ladite première surface de la plaque extrême mobile. Le terme "mobile" désigne un mouvement orbital. Les canaux fixe
et mobile de transfert du liquide sont disposés et configurés
de manière à s'ouvrir à peu près immédiatement après que la spire mobile a atteint le point de son cycle orbital correspondant à la formation de trois chambres à liquide, séparées essentiellement d'une manière étanche les unes des autres.
L'invention concerne donc une pompe volumétrique
à liquide, comprenant l'assemblage d'éléments complémentaires
en volute tels que décrits ci-dessus, d'un dispositif appliquant une force axiale qui tend à faire porter axialement les éléments en volute l'un contre l'autre, d'un accouplement qui maintient les éléments en volute dans une disposition angulaire fixe, d'un orifice d'entrée du liquide et d'un orifice de sortie du liquide, et d'un dispositif de commande du mouvement orbital de l'élément mobile, de manière que les flancs des spires en développante et les plaques extrêmes associées délimitent des poches mobiles à liquide, de volume variable, un volume périphérique entourant ces poches et une zone de décharge.
L'invention concerne donc une pompe volumétrique
à liquide, telle que définie ci-dessus, pouvant être immergée dans le liquide pompé. Cette pompe comporte un corps qui délimite une chambre contenant les éléments en volute et qui présente,à une première extrémité, l'orifice d'entrée du liquide et, à sa seconde extrémité, l'orifice de sortie ou de décharge du liquide. Le dispositif de commande comprend un moteur placé dans la chambre délimitée par le corps, entre les éléments en volute et la seconde extrémité du corps, de manière que le liquide refoulé radialement vers l'extérieur par les éléments en volute et circulant dans la pompe s'écoule autour du dispositif de commande et maintienne une pression hydraulique prédéterminée à l'intérieur de la chambre, afin de constituer l'élément appliquant une force axiale.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels :
les figures 1 et 2 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale d'une première forme de réalisation d'un élément fixe en volute selon l'invention, cet élément convenant en particulier à une pompe en volute dans laquelle le liquide s'écoule vers l'intérieur ;
les figures 3 et 4 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale d'un élément en volute à mouvement orbital, destiné à être utilisé avec l'élément fixe en volute représenté sur les figures 1 et 2 ;
les figures 5 à 20 sont des coupes transversales
(figures impaires) et longitudinales (figures paires) des éléments en volute fixe et à mouvement orbital représentés sur les figures 1 à 4, ces coupes montrant le fonctionnement de l'orifice central de décharge de cette forme de réalisation ;
les figures 21 et 22 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale d'une autre forme de réalisation de l'élément fixe en volute selon l'invention, cette forme de réalisation convenant particulièrement à une pompe en volute dans laquelle le liquide s'écoule vers l'extérieur ;
les figures 23 et 24 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale de l'élément en volute à mouvement orbital, destiné à être utilisé avec l'élément fixe en volute représenté sur les figures 21 et 22 ;
les figures 25 à 40 sont des coupes transversales
(figures impaires) et longitudinales ou axiales (figures paires) des éléments en volute fixe et à mouvement orbital représentés sur les figures 21 à 24, ces coupes montrant le fonctionnement de l'orifice périphérique de décharge de cette forme de réalisation ;
les figures 41 et 42 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale d'une autre forme de réalisation de l'élément fixe en volute selon l'invention, présentant à la fois un orifice central et un orifice périphérique de décharge et dans lequel le liquide peut s'écouler vers l'intérieur ou vers l'extérieur ;
les figures 43 et 44 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale d'un élément en volute à mouvement orbital destiné à être utilisé avec l'élément fixe en volute représenté sur les figures 41 et 42 ;
les figures 45 à 60 sont des coupes transversales
(figures impaires)et des coupes longitudinales ou axiales (figures paires)des éléments en volute fixe et à mouvement orbital représentés sur les figures 41 à 44, ces coupes montrant le fonctionnement des orifices de décharge de cette forme de réalisation lorsque le liquide s'écoule vers l'intérieur ou vers l'extérieur ; la figure 61 est une coupe longitudinale d'une pompe en volute pour liquides selon l'invention ; la figure 62 est une coupe longitudinale à échelle agrandie d'une pompe en volute pour liquides selon l'invention, convenant particulièrement à une utilisation comme pompe à carburant pour une automobile dont la pompe est immergée dans le carburant ; la figure 63 est une vue en plan de l'extrémité de décharge de la pompe représentée sur la figure 62 ;
la figure 64 est une coupe longitudinale partielle d'une variante de la pompe représentée sur la figure 62, cette coupe montrant une variante du dispositif réalisant des connexions électriques avec le moteur et d'un contrepoids secondaire ; la figure 65 est une vue en plan de l'extrémité de décharge de la pompe représentée sur la figure 64 ; la figure 66 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, de l'extrémité d'entrée de la pompe en volute selon l'invention, cette vue montrant en détail le dispositif d'entraînement et d'accouplement, les éléments en volute, les orifices d'écoulement et l'élément supportant la
charge axiale ; la figure 67 est une coupe suivant la ligne 67-67 de la figure 66 ; la figure 68 est une coupe suivant la ligne 68-68 de la figure 66 ;
les figures 69, 70 et 71 sont des coupes longitudinales partielles montrant trois autres formes de réalisation de l'élément de la pompe de la figure 66 destiné à supporter
la charge axiale, cet élément étant utilisé avec un élément d'accouplement séparé ; la figure 72 est une coupe longitudinale partielle montrant une forme de réalisation d'un élément supportant la charge axiale et d'un élément d'accouplement,associésde manière à former un sous-ensemble ; la figure 73 est une coupe suivant la ligne 73-73 de la figure 72, montrant les positions respectives des butées axiales à billes utilisées ;
les figures 74A, 74B et 74C sont, respectivement, un diagramme schématique, une vue en plan et une coupe transversale partielle montrant les paramètres entrant dans l'utilisation des paliers de butée à billes représentés sur les figures 72 et 73 ; la figure 75 est une coupe longitudinale partielle d'une autre forme de réalisation de l'élément supportant la charge axiale et de l'élément d'accouplement, associés pour former un sous-ensemble ;
les figures 76 et 77 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale du sous-ensemble d'accouplement et de support de la charge axiale, représenté sur la figure 74 ; la figure 78 est une coupe longitudinale partielle d'une autre forme de réalisation du sous-ensemble d'accouplement et de support de la charge axiale, dans laquelle des organes sphériques assument la double fonction de support d'une charge et d'accouplement ;
les figures 79 et 80 sont, respectivement, une vue en plan et une coupe axiale partielle du sous-ensemble d'accouplement et de support de la charge axiale représenté sur la figure 78 ; la figure 81 est une coupe longitudinale partielle montrant une variante du sous-ensemble d'accouplement et de support de la charge axiale représenté sur la figure 78 et dans laquelle des rouleaux assument la double fonction de support de charge et d'accouplement ;
les figures 82 et 83 sont, respectivement, une
vue en plan et une coupe axiale partielle du sous-ensemble d'accouplement et de support de la charge axiale représenté
sur la figure 81 ; et la figure 84 est une coupe transversale d'un réservoir à liquide dans lequel la pompe selon l'invention est immergée.
Chaque poche étanche contenant un fluide et délimitée à l'intérieur d'un appareil en volute est formée par deux plans parallèles présentés par des plaques extrêmes, et par deux surfaces cylindriques suivant la développante d'un cercle ou toute autre courbe convenable. Les éléments en volute ont des axes parallèles, car ceci est indispensable au maintien d'un contact étanche et continu entre les surfaces planes de ces éléments. Chaque poche étanche se déplace entre ces plans parallèles, de même que les deux lignes de contact entre les surfaces cylindriques. Ces lignes de contact se déplacent en raison du fait que l'un des éléments cylindriques, par exemple un élément en volute, exécute un mouvement orbital à l'intérieur
de l'autre élément. Ceci est obtenu, par exemple,par maintien d'un premier élément en volute en position fixe, et par mouvement orbital de l'autre élément en volute. La pompe selon l'invention utilise ce mécanisme pour faire circuler les fluides et, par conséquent, elle est appelée "pompe en volute pour liquides".
L'expression "pièce en volute" utilisée dans le présent mémoire désigne la pièce de base constituée d'une plaque extrême présentant le ou les orifices caractérisant l'invention, et d'un organe en développante qui présente des surfaces établissant les lignes mobiles de contact. Le terme "spire" est utilisé dans le présent mémoire pour désigner l'organe en développante établissant des lignes de contact mobiles. Ces spires ont une certaine forme, par exemple en développante de cercle (spirale en développante), en arc de cercle, etc., et elles présentent une certaine hauteur et une certaine épaisseur. Enfin, l'expression "élément en volute" s'applique à l'ensemble de l'organe fixe ou à mouvement orbital, duquel fait partie la pièce en volute mfixe ou à mouvement orbital.
Lorsque l'appareil en volute est utilisé comme compresseurs et détendeurs, les spires des éléments en volute peuvent comporter tout nombre souhaité de tours d'une développante. Cependant, une pompe en volute à liquide doit être conçue de manière que chacun des éléments en volute comporte une spire formant un tour et demi d'une développante. Ce critère est dicté par le fait qu'un appareil en volute destiné à pomper un liquide doit- avoir un rapport de compression exactement égal à 1. Lorsque le rapport de compression d'un tel appareil est supérieur à 1, le liquide retenu tend à être comprimé. Le liquide étant essentiellement incompressible, toute pompe en volute fonctionnant avec un rapport de compression supérieur à 1 tend à se bloquer et à mal fonctionner.
Ainsi, pour qu'une pompe en volute ait un rapport de compression égal à 1,ses éléments ne doivent pas comporter plus d'une spire et demie de développante. La longueur de la spire permet d'obtenir la continuité souhaitée pour le joint entre la zone périphérique et la zone intérieure délimitées entre les éléments en volute
sans comprimer le fluide retenu.
Cependant, la limitation des spires à un tour et demi de développante ne permet pas de résoudre totalement les problèmes soulevés pour la fabrication d'une pompe à liquide
du type en volute, pratique et efficace, car le problème grave des pulsations de pression développées pendant le refoulement du liquide de la pompe n'est pas résolu. Ces pulsations de pression résultent du fait que la vitesse de variation du volume de la poche en volute (centrale ou périphérique), communiquant avec l'orifice de décharge, est plus grande que la vitesse de variation de l'aire de l'orifice de décharge de cette poche. Par conséquent, l'entraînement en avant de l'élément en volute à mouvement orbital provoque une compression du liquide dans la poche de décharge, le refoulement à force de
ce liquide par une ouverture étroite de décharge et, par conséquent, l'apparition de pulsations intermittentes à haute pression. Cette pression peut être suffisamment élevée pour risquer de détériorer les organes constituant les éléments en volute.
Dans le cas de petites pompes d'efficacité relativement faible et fonctionnant à des vitesses relativement basses, il peut être possible de tolérer certaines pulsations de pression. Cependant, dans la plupart des applications d'une
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lement relativement sans pulsations et travailler à des vitesses convenables, par exemple à 1800 tr/min ou plus.
La pompe en volute selon l'invention réalise un pompage des liquides sans pulsations, à des débits d'écoulement relativement élevés, en utilisant une nouvelle disposition d'orifices. Cette disposition des orifices permet de supprimer de
la poche de décharge la pression provoquant les pulsations en rendant plus rapide l'ouverture de l'orifice de décharge que lorsque cette ouverture ne repose que sur le mouvement de la spire de l'élément en volute exécutant un mouvement orbital.
L'écoulement du liquide dans une pompe en volute pouvant s'effectuer de la zone périphérique vers l'intérieur et vers la poche centrale, ou bien de cette dernière vers l'extérieur et la zone périphérique, la nouvelle disposition des orifices peut s'appliquer à la poche centrale, au volume périphérique ou aux deux.
Les figures 1 à 4 montrent des pièces en volute fixe et à mouvement orbital, convenant à des éléments en volute destinés à une pompe dans laquelle le liquide s'écoule du volume périphérique vers l'intérieur jusqu'à la poche centrale. La pièce fixe 10 en volute représentée sur la figure 1 comprend une plaque extrême 11 et une spire 12 en développante, réalisée d'une seule pièce avec la plaque extrême ou montée sur un organe séparé qui est fixé à la surface intérieure 13 de la plaque extrême 11 (comme décrit, par exemple, dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N[deg.] 3 994 635). La spire 12 en développante.commence à une ligne 14 de contact qui correspond à une tangente
au rayon générateur de la développante, et elle passe par les points de contact entre les développantes des éléments en volute fixe et à mouvement orbital, de manière à aboutir à une ligne de contact 15 qui correspond également à une tangente au rayon générateur de la développante. Ainsi, cette spire forme un tour et demi de développante et elle présente un flanc ou une surface latérale extérieur 16, un flanc ou une surface latérale intérieur 17 et une surface extrême 18.
La plaque extrême 11 comporte un bossage central
20 qui fait saillie de la surface extérieure 21 et qui présente une gorge annulaire 22 destinée à contenir une bague d'étanchéité lorsque la pièce fixe en volute est assemblée dans un élément fixe en volute d'une pompe à liquide telle que celle représentée sur la figure 61. Un orifice 23 à liquide traverse la plaque extrême 11 et le bossage 20 et un canal 24 de transfert est usiné dans la surface 13 et se présente sous la forme d'un évidement communiquant avec l'orifice 23. Ce dernier et
le canal 24 de transfert constituent un collecteur ou une zone de décharge. Comme représenté en plan sur la figure 1, le canal
24 de transfert comporte un bord principal 25 qui coïncide avec' une ligne passant par le centre 26 de la plaque extrême 11 et parallèle aux lignes de contact 14 et 15, et un autre bord principal incurvé 27 dont la forme correspond à celle de la surface extérieure 34 de la spire 32 en développante de la pièce 30 en volute à mouvement orbital (figures 3 et 4), lorsque les deux pièces en volute sont orientées afin que les flancs des volutes entrent en contact au maximum en quatre points, comme montré dans l'orientation des spires sur la figure 5. Par conséquent, le bord incurvé 27 peut être défini comme suivant le tracé d'un bord de spire de développante des pièces complémentaires en volute.
Ces bords principaux se rejoignent par des congés 28. Bien que le canal 24 de transfert puisse avoir un bord semi-circulaire à la place du bord 27 en développante, cette forme en développante est préférée en raison de la plus grande précision qu'elle apporte à la disposition des orifices. Attendu que le canal 24 de transfert est placé à l'intérieur de la spire en développante, il peut être désigné "canal intérieur".
Bien que l'orifice 23 soit représenté sur les figures 1 et 2 dans une position telle qu'il coupe le bord
25 du canal 24 de transfert, cet orifice 23 peut également être situé en tout point de la poche intérieure formée par les spires des pièces en volute, pourvu qu'il communique avec le canal
24 de transfert et qu'il n'affecte pas la forme de la spire
12.
Les figures 3 et 4 représentent la pièce 30 en volute à mouvement orbital dont la forme correspond à celle de la pièce fixe 10 en volute. Cette pièce mobile 30 comprend une plaque extrême 31 et une spire 32 en développante qui est-fixée à la surface intérieure 33 de la plaque extrême 31 ou qui est réalisée d'une seule pièce avec cette dernière. La spire 32 présente un flanc ou une surface extérieure 34 de contact, un flanc ou une surface intérieure 35 et une surface extrême 36 de contact. Elle commence à une ligne 37 de contact qui correspond à une tangente au rayon générateur de la développante, elle passe par les points de contact entre les développantes des pièces
en volute fixe et mobile, et elle se termine à une ligne de contact 38 qui correspond également à une tangente au rayon générateur de la développante. Un canal 39 de transfert est usiné dans la surface 33 de la plaque extrême de la pièce mobile en volute, de manière à constituer un évidement dont la position et la forme par rapport à la pièce fixe en volute correspondent à la position et la forme du canal 24 de transfert de cette pièce fixe par rapport à la pièce mobile. Autrement dit, le canal 39 de transfert comporte un bord droit principal 40 qui coïncide avec une ligne passant par le centre 41 de la plaque extrême et parallèle aux lignes de contact 37 et
38, et un bord principal incurvé 42 qui correspond au tracé partiel d'un bord 16 de la surface extérieure de la spire 12
de la pièce fixe en volute lorsque les pièces en volute sont orientées de manière à établir le maximum de quatre points de contact, comme montré sur la figure 5. Ces bords principaux
se rejoignent également par des congés arrondis 43. Lorsqu'ils sont associés, ces canaux 24 et 39 de transfert des plaques extrêmes des pièces en volute correspondent à une première disposition des orifices de l'appareil selon l'invention.
Dans le cas où les pièces en volute sont réalisées dans un métal tel que l'acier inoxydable, les canaux évidés de transfert peuvent être réalisés par usinage. Lorsque les pièces en volute sont réalisées dans une résine synthétique telle qu'un polyimide, les canaux de transfert peuvent venir de moulage avec les pièces. En général, il est préférable de donner
à ces canaux une profondeur à peu près égale à la largeur de
la spire en développante.
La manière selon laquelle la disposition des orifices des pièces en volute représentées sur les figures 1 à 4 permet d'obtenir un pompage du liquide essentiellement sans pulsations sera décrite en détail en regard des figures 5 à 20 qui montrent le fonctionnement d'une pompe en volute utilisant ces éléments en volute et dans laquelle le liquide s'écoule radialement vers l'intérieur. Les figures 5 à 20 montrent les pièces en volute dans diverses positions correspondant à des intervalles égaux au huitième du mouvement orbital exécuté au cours d'un cycle de pompage, les figures portant des nombres impairs étant des coupes des spires, transversales à l'axe central de l'appareil, et les figures portant des nombres pairs qui suivent immédiatement les nombres impairs étant des coupes longitudinales correspondantes passant par les spires.
Les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments sur les figures 5 à 20 et sur les figures 1 à 4. Bien que la forme du canal 39 de transfert de la pièce mobile en volute n'apparaisse normalement pas sur les coupes transversales (par exemple sur les figures 5, 7, etc.), la forme de ce canal de transfert est indiquée en traits pointillés afin d'établir la position des canaux transversaux dans les coupes axiales correspondantes
(par exemple sur les figures 6, 8, etc.). Le bossage 20 de la pièce fixe en volute n'est pas représenté sur les coupes axiales des figures 6, 8, etc. pour plus de clarté.
Lors du fonctionnement de la pompe en volute,
la pièce 30 en volute à mouvement orbital, montée dans un élément mobile en volute, est entraînée de manière à exécuter un mouvement orbital (à l'aide d'un dispositif décrit plus en détail en regard de la figure 61) par rapport à la pièce fixe 10 qui est montée dans un élément fixe en volute, les surfaces latérales 16 et 17, et 34 et 35 des pièces fixe et mobile en volute étant en contact suivant des lignes mobiles. Comme décrit plus en détail ci-après en regard de la figure 61, il est possible, en fait, qu'un très faible jeu, par exemple un jeu compris entre environ 0,025 et 0,125 mm, apparaisse entre les surfaces latérales des développantes.
Les surfaces extrêmes 18 et 36 des pièces en volute fixe et mobile, en entrant en contact avec les surfaces intérieures 33 et 13 des pièces en volute mobile et fixe, respectivement, délimitent des poches mobiles
50, 51 et 52 dont les volumes et les intercommunications varient afin de faire circuler le liquide à l'intérieur de la pompe. Les liquides ayant des viscosités très supérieures à celles des gaz et le rapport volumétrique interne de la pompe étant égal
à 1 plutôt que supérieur à 1, la nécessité d'une étanchéité radiale efficace entre les surfaces extrêmes 18 et 36 en contact des spires, d'une poche à l'autre, n'est pas aussi importante que dans le cas de compresseurs ou de détendeurs. Il est donc inutile d'utiliser des organes radiaux d'étanchéité tels que ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique
N[deg.] 3 944 636.
La coupe longitudinale sensiblement simplifiée de .la figure 6 montre la pièce fixe 10 en volute montée dans un élément en volute qui comprend une plaque 53 de corps comportant une saillie annulaire 54 dont la surface extrême 55 assume la fonction de surface de contact avec laquelle la surface intérieure 56 de l'élément mobile 57 en volute, dont la plaque extrême 31 fait partie, établit un contact mobile afin de délimiter un volume périphérique 58 dans lequel le liquide à pomper est introduit en pénétrant par un orifice périphérique 59. La figure 61 montre plus en détail et avec plus de précision le montage des éléments en volute dans une pompe complète en volute.
Les autres figures paires 8, 10 ... 20 ne représentent que les parties des pièces en volute comprenant les spires et les orifices, le volume périphérique qui, évidemment, existe, n'étant pas de nouveau représenté.
On suppose que le cycle de fonctionnement à décrire commence .avec l'obturation de la poche centrale 52 à
un instant auquel les poches 50 et 51 sont également obturées. Le liquide est déchargé en passant dans le collecteur de sortie comprenant l'orifice 23 et le canal 24 de transfert. Dans ce mode de fonctionnement, la poche centrale 52 assume la fonctionnement d'une zone de décharge. Comme représenté sur les figures 5 et 6, les poches 50 et 51 sont à leur volume maximal et elles sont séparées à peu près totalement et hermétiquement de la poche centrale 52, si l'on ne considère pas les faibles jeux compris entre les flancs des spires et entre les surfaces extrêmes des spires et les plaques extrêmes. On suppose d'abord qu'aucun des canaux 24 et 39 de transfert n'est usiné dans les plaques extrêmes.
L'effet pouvant en résulter apparaît sur les figures 7 et 8 qui montrent les positions des spires au bout d'un huitième du mouvement orbital total de l'élément mobile, le sens du mouvement étant indiqué par la flèche discontinue. Le volume des poches 50, 51 et 52 commence à diminuer et le liquide contenu dans la pompe étant essentiellement incompressible, il est refoulé à force des poches 50 et
51 vers la poche centrale 52 en passant dans les ouvertures relativement étroites 60 et 61 résultant du mouvement des spires. De plus, les dimensions relatives de la poche centrale 52 et de l'orifice 23 de décharge sont telles que cet effet est accentué. Il en résulte l'accumulation de pressions produisant un effet très nuisible sur les organes en volute et la production de pulsations importantes de pressions rendant la pompe peu efficace et bruyante.
La présence de canaux intérieurs 24 et 39 de transfert dans les éléments en volute fixe et mobile, respectivement, élimine essentiellement ce phénomène indésirable. Comme représenté sur la figure 8, les canaux de transfert sont profilés et disposés de manière à s'ouvrir à peu près instantanément après la fermeture de la poche 52. Ainsi, les canaux 24
et 39 de transfert, qui étaient fermés en raison de la position de la spire, s'ouvrent avec la poursuite du mouvement de la spire mobile. Les canaux 24 et 39 ont une dimension et une profondeur telles qu'ils agrandissent les ouvertures 60 et 61 suffisamment pour que le débit d'écoulement possible atteigne une valeur empêchant l'accumulation de pression dans les poches et permette un écoulement non pulsatoire du liquide dans l'orifice 23 (l'écoulement du liquide étant indiqué par des flèches en trait plein sur les figures).
Comme représenté sur les figures 9 à 14, les canaux 24 et 39 de transfert restent ouverts pour permettre un écoulement de liquide essentiellement non pulsatoire des poches 50 et 51 dans la poche 52, puis, lorsque les poches 50,
51 et 52 diminuent de volume et constituent une seule poche centrale virtuelle, ces canaux permettent toujours l'écoulement du liquide en douceur par l'orifice 23 de décharge. Lorsque le volume combiné des poches 50, 51 et 52 diminue, le liquide du volume périphérique 58 commence à pénétrer dans des poches 65 et 66 dites "ouvertes", délimitées entre les spires
en volute. Ces poches 65 et 66 sont dites "ouvertes" par le
fait qu'elles communiquent directement avec le volume périphérique 58. Comme représenté sur les figures 9 et 10, lors du premier quart du mouvement orbital, les canaux ou ouvertures
60 et 61 formés par le mouvement des spires s'agrandissent et les canaux 24 et 39 de transfert sont totalement ouverts afin
de permettre au liquide de s'écouler librement dans la poche centrale 52 et dans le collecteur de décharge. Les ouvertures
60 et 61 continuent de s'agrandir jusqu'à ce que la moitié du mouvement orbital soit atteinte, comme montré sur les figures
11 à 14. Bien que les canaux 24 et 39 de transfert continuent
à faire communiquer les poches 50, 51 et 52, ils ne sont plus indispensables pour conduire une quantité importante de liquide et ils se ferment progressivement sous l'effet du mouvement de l'élément mobile en volute. Comme représenté sur les figures 15 à 20, il en est ainsi jusqu'à ce que la poche centrale 52 puisse être considérée comme une poche séparée au bout d'environ les trois quarts du mouvement orbital et jusqu'à ce que les poches "ouvertes" 65 et 66 soient suffisamment fermées par rapport au volume périphérique 58 pour être considérées comme formant de nouvelles poches extérieures 50 et 51, communiquant avec le volume périphérique par des ouvertures 67 et
68 toujours décroissantes.
Du fait de la fermeture des ouvertures 67 et 68, toutes les poches fermées, y compris la poche centrale 52, atteignent leur volume maximal pour établir la situation montrée sur les figures 5 et 6 et commencer un nouveau cycle.
Tant que les ouvertures 67 et 68 sont ouvertes sur le volume périphérique, les canaux 24 et 39 de transfert sont fermés. Mais, comme indiqué précédemment, à peu près à l'instant de la fermeture des trois poches, le système d'orifices conçus selon l'invention entre en fonction.
Les figures 21 à 24 montrent des pièces en volute
fixe et mobile, présentant le système d'orifices selon l'in-
vention et convenant à une pompe en volute dans laquelle le
liquide s'écoule de la poche centrale radialement vers l'exté-
rieur et le volume périphérique. La pièce fixe 70 en volute représentée sur la figure 21 comprend une plaque extrême 71 et
une spire 72 en développante réalisée d'une seule pièce avec
cette plaque extrême ou fixée à la surface intérieure 73 de ladite plaque. La spire 72, de même que la spire 12 représentée
sur les figures 1 et 2 commence à une ligne 74 de contact et
aboutit à une ligne 75 de contact et elle forme une développan-
te s'étendant sur un tour et demi. La spire 72 comporte un flanc extérieur ou une surface- latérale extérieure 76, un flanc intérieur
ou une surface latérale intérieure 77 et une surface extrême
78. La plaque extrême 71 comporte un bossage central 79 faisant saillie à une surface extérieure 80. Un orifice 81 à liquide traverse la plaque extrême 71 et le bossage 79.
Un canal 85 de transfert est usiné dans la surface intérieure 73 de la plaque extrême 71 de manière à former
un évidement. Comme représenté en plan sur la figure 21, le
canal 85 de transfert comporte un bord intérieur principal 86
dont la forme correspond à celle de la surface intérieure 95
de la spire 92 en développante de l'élément 90 en volute à mouvement orbital(figures 23 et 24) lorsque les deux éléments en-volute sont orientés de telle manière que le nombre maximal de points
de contact entre les flancs des spires soit égal à 4, comme
montré sur la figure 25. Ainsi, ce bord principal 86,de même
que le bord 27 du canal intérieur 24 représenté sur la figure
1, suit partiellement le tracé du bord de la spire en développante de la pièce en volute correspondante. Le second bord
principal ou bord extérieur 87 du canal 85 de transfert est
usiné de manière à suivre la forme du bord intérieur 86 duquel
il est espacé radialement vers l'extérieur. Les bords 86 et
87 se joignent par des congés 88. La distance comprise entre
les bords 86 et 87 est de préférence égale au double de l'épaisseur de la spire en développante de la pièce en volute. Le
canal 85 de transfert se présente donc sous la forme d'un évidement courbe, contigu à l'extrémité extérieure de la spire 72 ou faiblement espacé de cette extrémité extérieure, et
s'étendant sur un arc compris entre environ 45 et 90[deg.]. Le canal
85 de transfert étant situé à l'extérieur de la spire en développante, il peut être désigné, pour plus de commodité, "canal extérieur".
La pièce 90 en volute à mouvement orbital ou pièce mobile, représentée en plan sur la figure 23 et en coupe axiale sur la figure 24, comporte une plaque extrême 91 et une spire
92 en développante réalisée d'une seule pièce avec la plaque extrême ou fixée à la surface intérieure 93 de celle-ci. Cette spire 92 commence à une ligne de contact 74 et se termine à une ligne de contact 75 et elle forme un tour et demi de développante. La spire 92 comporte un flanc extérieur ou une surface latérale extérieure 94 de contact, un flanc intérieur ou une surface intérieure 95 et une surface extrême 96 de contact. Un canal 97
de transfert, correspondant au canal 85 de transfert de la pièce fixe en volute, est usiné dans la surface intérieure 93 de la plaque extrême 91 de manière à former un évidement. Comme représenté en plan sur la figure 23, le canal 97 de transfert comporte un bord intérieur principal 98 dont la forme correspond au tracé partiel du bord de la surface intérieure 77 de
<EMI ID=2.1>
que les deux pièces en volute sont orientées de telle manière qu'un maximum de quatre points de contact soit obtenu entre les flancs des spires. Le bord extérieur principal 99 du canal
97 de transfert présente le même profil que le bord intérieur principal 98 et le canal est fermé par des congés 100. Sa forme et sa dimension correspondent à celles du canal courbe 85 de transfert de l'élément fixe en volute.
La manière selon laquelle le système d'orifices des pièces en volute représentées sur les figures 21 à 24 permet un pompage de liquide essentiellement sans pulsations sera décrite en détail en regard des figures 25 à 40 qui montrent les pièces en volute pendant le pompage d'un liquide radialement vers l'extérieur. De même que dans le cas des figures 5 à
20, les figures 25 à 40 montrent les pièces en volute dans diverses positions au cours d'un cycle de pompage, les figures impaires représentant les spires en coupe orientées transver-salement à l'axe central de l'appareil, et les figures paires qui suivent les figures impaires étant des coupes axiales correspondantes passant par les spires. Sur les figures 25 à 40, le plan longitudinal des éléments en volute est tourné autour de l'axe central d'une figure à l'autre afin de couper les
<EMI ID=3.1>
et leur fermeture.
De même que la figure 6, la figure 26 montre les pièces 70 et 90 en volute montées dans une pompe à volute. Ainsi, la pièce fixe 70 en volute est montée dans une plaque
105 de corps qui comporte une saillie annulaire 106 présentant une surface 107 destinée à entrer en contact avec la surface intérieure 93 d'une saillie 108 de l'élément mobile en volute. Un volume périphérique 110 à liquide est délimité dans l'espace fermé ainsi obtenu, et un orifice 109 (ou plusieurs de ces orifices) est réalisé à travers la'plaque 105 du corps afin d'établir une communication entre le volume périphérique 110
et un réservoir de liquide (non représenté). Dans le cycle de fonctionnement décrit ci-après, l'orifice 109 assume la fonction de collecteur d'écoulement du liquide pour la zone périphérique de décharge ainsi formée, le liquide s'écoulant radialement vers l'extérieur. L'orifice 81 de l'élément fixe en volute constitue donc le collecteur d'entrée. Les spires telles que positionnées sur les figures 25 et 26 forment donc deux poches extérieures fermées 111 et 112 et une poche centrale
113.
Les figures 25 à 40 montrent en détail le fonctionnement du système d'orifices selon l'invention. On suppose que le cycle commence au point auquel chacune des poches ou chambres 111, 112 et 113 vient juste de se fermer par rapport aux autres poches et présente son volume minimal, immédiatement avant de s'agrandir. De même que dans le cas du système d'orifices décrits ci-dessus en regard des figures 1 à 20, un léger jeu, par exemple compris entre 0,025 et 0,125 mm, peut être toléré constamment entre les flancs des spires afin d'éviter leur usure.
De même que précédemment, si l'on suppose que les plaques extrêmes 71 et 91 ne présentent pas de canaux courbes de transfert, il apparaît que le liquide contenu dans les poches
111 et 112 est soumis à une pression s'élevant constamment lors-que l'élément mobile en volute est entraîné dans le sens indiqué par les flèches discontinues sur les figures 25 et 26. Ceci est dû au fait que les ouvertures 115 et 116 (figure 27), résultant du déplacement de la spire mobile 92 par rapport à la spire fixe 72, ne sont pas suffisamment grandes pour permettre l'écoulement du liquide des poches 111 et 112 dans la zone périphérique 110 à un débit empêchant la pression du liquide des poches 111 et 112 de s'élever excessivement. Il en résultel'apparition de pulsations de pression et finalement une détérioration des organes en volute.
Cependant, en présence des canaux 85 et 97 de transfert, des ouvertures supplémentaires d'écoulement du liquide se forment à peu près instantanément après la fermeture des poches 111, 112 et 113. Ainsi, les canaux 85 et 97 de transfert s'ajoutent aux ouvertures 115 et 116 résultant du mouvement de la spire orbitale par rapport à la spire fixe et ils , éliminent toute mise sous pression indésirable du liquide risquant d'entraîner des pulsations de pression.
Comme montré sur les figures 27 à 32, les canaux
85 et 97 de transfert se ferment au moment où l'élément en volute à mouvement orbital atteint les trois-huitième de son orbite car, à ce moment, il n'est plus indispensable que les canaux s'ajoutent aux ouvertures 115 et 116 qui atteignent presque leur maximum. La poche centrale 113 occupe évidemment une partie de plus en plus grande du volume faisant partie précédemment des poches 111 et 112, ce qui assure un contrôle suffisant de la pression du liquide régnant dans la poche centrale
113 lorsqu'une quantité supplémentaire de liquide y pénètre.
Il convient de noter en regard des figures que, lorsque le cycle de fonctionnement se déroule, les poches telles que décrites en regard des figures 25 et 26 sont de moins en moins bien définies, une partie de chacune des poches 111 et 112 ne pouvant plus être distinguée de la poche centrale 113'. Cependant, pour plus de clarté, les références numériques des figures 25 et 26 sont utilisées sur les figures 27 à 40 et dans la description
de ces figures.
Les ouvertures 115 et 116 formées entre les spires
72 et 92 restent à leur dimension sensiblement maximale pendant la poursuite du pompage au cours des trois quarts du cycle, comme montré sur les figures 35 et 36. Ceci permet aux canaux 85 et
97 de transfert de rester réellement fermés, c'est-à-dire inopérants. Enfin, au cours du dernier quart du cycle (figures 37
à 40), le petit volume de liquide restant dans les poches 111
et 112 est transféré au volume périphérique 110 et, à la fin
du cycle, les canaux 115 et 116 sont fermés. Ainsi qu'il ressort des figures 33 à 40, les canaux 85 et 97 de transfert restent fermés, car le système d'orifices résultant du mouvement de la spire orbitale par rapport à la spire fixe permet d'obtenir une décharge et un écoulement du liquide sans pulsations. A la fin du cycle, les poches 111, 112 et 113 sont séparées hermétiquement les unes des autres, comme montré sur la figure 25, afin de pouvoir commencer un autre cycle.
Il ressort de la description précédente du fonctionnement du système d'orifices selon l'invention que les canaux de transfert de liquide sont disposés et configurés de manière à s'ouvrir à peu près immédiatement après que la spire en développante à mouvement orbital a atteint le point de son orbite pour lequel trois poches à liquide, à peu près totalement séparées, sont formées, et de manière également à rester ouverts au moins jusqu'à ce que les ouvertures, résultant du mouvement de la spire- orbitale et établissant une communication avec la zone de décharge (qu'elle soit centrale ou périphérique), soient suffisamment grandes pour empêcher l'apparition de toutes pulsations sensibles de pression à l'intérieur de la pompe.
Dans de nombreuses applications, il est préférable d'utiliser des pompes en volute à liquide conçues pour
un écoulement orienté radialement vers l'extérieur plutôt que celles conçues pour un écoulement orienté vers l'intérieur. Les pressions hydrauliques régnant dans les pompes à écoulement vers l'extérieur peuvent être utilisées pour maintenir assemblés les éléments en volute et rendre ainsi le fonctionnement plus efficace. De plus, il est possible d'augmenter la section du passage de décharge en utilisant plusieurs orifices espacés le long de la zone périphérique si cela est souhaité. Ces facteurs permettent de réduire plus efficacement ou d'éliminer
les pulsations d'écoulement en utilisant le système d'orifices selon l'invention.
Les figures 41 à 44 représentent une autre forme de réalisation selon l'invention dans laquelle les plaques extrêmes des organes en volute présentent un canal central (intérieur) et un canal périphérique (extérieur) de transfert. La pièce fixe 120 en volute représentée sur les figures 41 et 42 comporte une plaque extrême 121 et une spire 122 s'étendant sur un tour et demi de développante, comme c'est le cas des pièces en volute représentées sur les figures 1 et 2 et sur les figures
21 et 22. La pièce 120 en volute présente un orifice central
123, un canal central 124 de transfert, formant un évidement
et ayant la même forme que le canal 24 représenté sur la figure 1, et un canal périphérique 125 de transfert, formant un évidement et ayant la même forme que le canal 85 représenté sur la figure 21. De même, la pièce 130 en volute à mouvement orbital représentée sur les figures 43 et 44 comporte une plaque extrême
131 et une spire 132 s'étendant sur un tour et demi de développante, comme c'est le cas des pièces en volute représentées sur les figures 3 et 4 et sur les figures 23 et 24. La pièce 130 présente un canal central 133 de transfert et un canal périphérique 134 de transfert, ayant la même dimension et la même forme que les canaux représentés, respectivement, sur les figures 3 et 23.
Les figures 45 à 60 sont des coupes analogues à celles des figures 25 à 40, les plans longitudinaux des figures paires, par exemple des figures 46, 48, etc., étant tournés progressivement pour montrer clairement les canaux de transfert en position d'ouverture. Une pompe en volute à liquide comportant les pièces en volute représentées sur les figures 41 à 44 peut être utilisée pour faire circuler le liquide radialement vers l'intérieur, du volume périphérique vers une zone centrale de décharge, ou bien radialement vers l'extérieur, de la poche centrale vers une zone périphérique de décharge. Le cycle d'opérations montré sur les figures 45 à 60 illustre le premier de ces modes de fonctionnement, c'est-à-dire l'écoulement radial vers l'intérieur.
Cependant, les figures 45 à 60, prises dans un ordre différent, peuvent également être utilisées pour illustrer le fonctionnement du système d'orifices lors d'un pompage suivant le second mode, c'est-à-dire radialement vers l'extérieur, comme décrit ci-après. Par conséquent, pour utiliser les figures 45 à 60 afin d'illustrer les deux modes de fonctionnement, l'écoulement du liquide dans le premier mode, c'est-à-aire vers l'intérieur, est indiqué par une flèche référencée du chiffre "1" entouré d'un cercle et suivi d'une lettre ^, b ... h, ces lettres indiquant dans l'ordre et par pas d'un huitième d'orbite, l'opération du cycle de pompage telle que représentée sur les précédentes figures. Le second mode de fonctionnement, c'est-à-dire en écoulement vers l'extérieur, est indiqué par une flèche référencée par le chiffre "2" entouré d'un cer- <EMI ID=4.1>
indiquer la séquence des opérations du cycle de pompage. Dans ce dernier cas, les figures doivent être considérées sans tenir compte de l'ordre de leur numérotation, comme indiqué ci-après.
Les éléments en volute des figures 41 à 44 sont
<EMI ID=5.1>
de la même manière que décrit en regard de la figure 26, et les mêmes références numériques sont utilisées pour identifier les mêmes pièces. Comme représenté sur la figure 45, on peut supposer que le cycle commence alors que les poches extérieures 135
<EMI ID=6.1>
cription suivante porte sur le premier mode de fonctionnement, à savoir le mode dans lequel le liquide s'écoule radialement vers l'intérieur.
Comme montré sur les figures 45 à 56 et comme
il ressort d'une comparaison de ces figures avec les figures 5
<EMI ID=7.1>
d'orifices ne comportant que des canaux centraux de transfert. Ainsi, dans une pompe à fluide comportant les pièces en volute
<EMI ID=8.1>
ter ouvertures centrales 0 et 141 résultant du mouvement des spires fin de prod e un écoulement rapide et sans pulsa-
<EMI ID=9.1> phériques de transfert ne sont pas nécessaires et ils restent inopérants pendant les premiers cinq-huitième du cycle de pompage, car les ouvertures périphériques 142 et 143 résultant du mouvement des spires conviennent à l'admission du liquide dans les volutes. Cependant, pendant le déplacement de l'élément mobile en volute entre les cinq-huitième et les trois quarts
de son orbite (figures 55 à 58), la spire mobile s'est déplacée de manière à ouvrir les canaux périphériques 125 et 134 de, transfert afin d'accroître l'écoulement du liquide dans ces canaux périphériques vers les poches ouvertes 144 et 145 situées
<EMI ID=10.1>
mer ces dernières. La pénétration d'une quantité supplémentaire de liquide dans les poches 144 et 145 a pour effet de rendre plus doux et, par conséquent, plus uniforme l'écoulement du liquide dans les volutes. Comme montré sur les figures 57 à 60, les canaux périphériques 125 et 134 de transfert restent ouverts et travaillent jusqu'à la fin du cycle, c'est-à-dire jusqu'à l'instant de la fermeture des poches 135 et 136 (figures 45 et
46).
Pour suivre le fonctionnement du système d'orifices selon l'invention dans son second mode, c'est-à-dire lors-
<EMI ID=11.1>
nécessaire de considérer d'abord les figures 45 et 46, puis de suivre les figures par paires, en ordre inversé, des figures
59 et 60 jusqu'aux figures 47 et 48. Les canaux périphériques
125 et 134 de transfert s'ajoutent aux ouvertures périphériques
142 et 143 à la fin de la décharge du liquide (figures 59 et
<EMI ID=12.1>
-suèdes figures 27 à 30. Pendant cette période du cycle de fonctionnement, la poche centrale 137 comprend en fait les poches
135 et 136, de sorte qu'aucun problème de communication entre <EMI ID=13.1> situation se prolonge (figures 55 et 56 à figures 47 et 48)
et, lorsque les ouvertures centrales 140 et 141 formées par les spires continuent de diminuer, le rôle des canaux centraux ouverts 124 et 133 de transfert pour assurer un écoulement doux
et sans pulsations du liquide par l'orifice 123 d'entrée et la poche centrale 137 dans les poches 135 et 136 devient de plus
en plus important. A la fermeture de ces poches, comme montré sur les figures 45 et 46, les spires en volute ont exécuté un autre cycle et elles occupent une position correspondant à la décharge du liquide dans le volume périphérique 138 lors de la réouverture des canaux périphériques 125 et 134 de transfert.
Bien qu'il soit possible de faire fonctionner les éléments en volute représentés sur les figures 1 à 4 et ceux représentés sur les figures 21 à 24 dans le mode d'écoulement radial vers l'intérieur ou dans le mode d'écoulement radial vers l'extérieur, dans la plupart des applications et en particulier dans le cas d'appareils en volute de grandes dimensions, fonctionnant à des vitesses relativement élevées, il est préférable d'utiliser les éléments en volute représentés sur les figures 41 à 44, c'est-à-dire des éléments présentant à la fois des canaux de transfert centraux ou intérieurs et périphériques ou extérieurs. La figure 61 est une coupe longitudinale d'une pompe en volute à liquide comportant les pièces en volute et le système d'orifices selon l'invention.
Les éléments en volute représentés comprennent des pièces en volute des figures 42 à
44, au point de leur cycle de pompage représenté sur les figures
51 et 52. La figure 61 utilise pour l'identification des poches et des organes des éléments fixe et mobile en volute, les mêmes références numériques que celles utilisées sur les figures 41 à
44, 51 et 52.
La pompe représentée sur la figure 61 entre un élément fixe 150 en volute constitué d'une plaque fixe 151 dans laquelle une pièce fixe 120 en volute est montée rigidement, et un élément 152 en volute à mouvement orbital ou élément mobile, constitué d'une plaque mobile 153 dans laquelle une pièce mobile
130 en volute est montée rigidement. La pompe comporte également un accouplement 154, un mécanisme 155 de commande, un ensemble 156 à arbre et manivelle, et un corps 157 comprenant un carter
158 d'huile, un ventilateur 159 de refroidissement et un capot
<EMI ID=14.1>
La plaque fixe 151 de l'élément fixe en volute comporte une partie annulaire périphérique extrême 165 et une bride
166 orientée vers l'extérieur, ces portions de la plaque 151 faisant partie du corps de l'appareil. La plaque fixe 151 comporte également un embout central 167 qui présente un canal 168 à liquide communiquant directement avec un orifice central 123 de la volute fixe afin de constituer un conduit pouvant être utilisé pour l'arrivée ou la décharge d'un liquide, suivant le mode de fonctionnement choisi. Le bossage 79 de la volute fixe
120 pénètre dans l'embout 167 et un joint torique 169 assure l'étanchéité entre eux. L'embout central 167 présente un filetage interne 170 destiné au branchement d'un conduit de liquide
(non représenté).
La plaque fixe 151 comporte également un ou plusieurs embouts préiphériques 175 délimitant chacun un canal
176 d'entrée ou de décharge de liquide, communiquant avec la zone périphérique 138 et fileté en 177 afin de permettre le branchement d'un conduit de liquide (non représenté).
Le diamètre de la plaque 153 de l'élément à volute et à mouvement orbital est suffisamment grand pour que cette plaque dépasse toujours le bord intérieur de la bride 166 et pour permettre ainsi, si cela est souhaité, la mise en place d'une bague 180 d'étanchéité à l'huile entre la plaque 153 et la bride 166, afin d'assurer l'étanchéité entre les poches en volute et la partie restante de l'appareil. Ceci permet également au mécanisme de commande et aux paliers d'être lubrifiés par l'huile tout en maintenant le fluide de travail sensiblement hors de contact avec tout liquide. Dans les applications où le liquide pompé peut être utilisé comme lubrifiant, la bague 180 d'étanchéité à l'huile peut être supprimée.
Le corps, représenté généralement en 157, est constitué d'une saillie annulaire 165 de l'élément fixe en volute, de la bride 166, d'une partie principale 181 qui comporte une
<EMI ID=15.1>
inférieur 183 d'huile. Le corps est fixé hermétiquement aux éléments en volute à l'aide des brides 166 et 182, de plusieurs boulons 184 et d'un joint annulaire 185.
En cours de fonctionnement, les deux éléments
en volute doivent être maintenus dans une disposition angulaire relative fixe. Ce maintien est assuré par l'accouplement 154. L'accouplement de la forme de réalisation représentée sur la figure 61 est sensiblement analogue à celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 994 633 (et représenté notamment sur la figure 14 de ce brevet). Ainsi, comme montré sur la figure 61, l'accouplement comprend un anneau 190 dont une face présente des clavettes opposées 191 destinées à se loger et' à coulisser dans des rainures 192 présentées par la surface intérieure de la bride 182 du corps. L'autre face de l'anneau
190 d'accouplement comporte une seconde paire de clavettes op- posées (non représentées) qui se logent et qui coulissent dans des rainures (non représentées) de la plaque 153 de l'élément mobile en volute.
La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 722 713, déposée le 13 Septembre 1976 au nom de John
E. McCullough, décrit une autre forme de réalisation d'un accouplement convenable.
L'élément mobile 152 en volute comporte un tronçon d'arbre 195 fixé à la plaque mobile 153 ou réalisé d'une seule pièce avec cette plaque. Cet élément mobile est commandé par
un moteur (non représenté) situé à l'extérieur du corps et pouvant entrer en prise avec un arbre 196 de compresseur pénétrant dans le corps en passant dans un joint 197 à huile, cet arbre
se terminant par une plaque 198 à manivelle qui peut être fixée à l'arbre 196 ou réalisée d'une seule pièce avec lui. Cet arbre
196 est monté dans le corps à l'aide d'un palier 199 et d'un palier 200 de manivelle.
Le dispositif de commande de l'appareil en volute est décrit en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 761 889, déposée au nom de John E. McCullough, et il se présente sous la forme d'un mécanisme à vilebrequin à course fixe. L'élément mobile en volute est fixé à l'arbre 196 de commande à l'aide d'un support 201 de palier qui est configuré de manière à comporter un contrepoids 202 destiné à compenser la force centrifuge exercée sur l'élément mobile en volute. Le support 201 de palier supporte le tronçon d'arbre 195 par l'intermédiaire d'un palier 203 à aiguilles maintenu en place par un anneau élastique (non représenté).
Une butée axiale
205, disposée entre le support 201 de palier et la surface extérieure de la plaque 153 de l'élément mobile en volute, assume la fonction de dispositif d'application d'une force axiale tendant à rapprocher les unes des autres les plaques extrêmes et les extrémités des spires des deux éléments en volute afin d'assurer le degré souhaité d'étanchéité axiale. La butée axiale
205 supporte la charge de l'élément mobile 152 en volute par l'intermédiaire du palier 200 de vilebrequin et elle transmet cette charge au corps.
L'arbre principal 196, la plaque 198 à manivelle, le support 201 de palier et le contrepoids 202 constituent un mécanisme réglable de commande à course fixe pour la pompe en volute selon l'invention. Comme indiqué précédemment, le fait que, dans des pompes à liquide, le liquide mis en circulation ait une plus grande viscosité qu'un gaz mis en circulation dans un compresseur ou un détendeur, et le fait également que le rapport volumétrique soit maintenu égal à 1, rendent possible le fonctionnement avec un léger jeu entre les flancs des spires des éléments en volute. Ceci permet d'utiliser un vilebrequin à excentricité fixe pour la commande de l'élément mobile en volute et l'apparition d'un jeu prédéterminé entre les flancs. Ainsi, pour la fixation de l'élément mobile en volute
à la plaque 198 du vilebrequin, on règle la position de la spire de l'élément mobile par rapport à la spire de l'élément fixe en volute. Cette opération s'effectue par réglage de la position de l'ensemble comprenant le support 201 de palier et le contrepoids 202 par rapport à la plaque 198 à l'aide d'un axe
206 de pivotement et de vis 207 de blocage (de préférence quatre vis) qui passent dans des trous oblongs 208 de l'ensemble à support 201 et contrepoids 202 et qui se vissent dans la plaque 198. Ce mécanisme est représenté en détail sur la figure 7 de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 761 889 précitée. Dans la forme de réalisation décrite et représentée sur la figure 7 de cette demande, les trous oblongs 208 sont configurés de manière à permettre à l'ensemble à support 201
et contrepoids 202 d'être déplacé sur un petit arc avant d'être bloqué sur la plaque 198 à l'aide des vis 207.
La figure 61 montre un vilebrequin réglable à excentricité fixe. Il est également possible d'utiliser un vilebrequin à excentricité fixe ne pouvant pas être réglé, c'est-à-dire un vilebrequin conçu et réalisé de manière que l'ensemble à support 201 de palier et contrepoids 202 soit fixé initialement et de manière définitive sur la plaque 198
de manivelle afin que le jeu souhaité entre les spires des éléments mobile et fixe en volute soit défini. Dans un tel montage, l'ensemble à support 201 de palier et contrepoids
202 peut être fixé à la plaque 198 par deux vis ou plus, comme représenté sur la figure 8 de la demande de brevet des EtatsUnis d'Amérique N[deg.] 761 889 précitée.
Il est apparu qu'en laissant un certain jeu entre les spires des éléments en volute, l'usure de ces spires peut être sensiblement réduite ou même éliminée, et qu'il est inutile de soumettre les spires à un usinage spécial. En cours de fonctionnement, il est préférable que le jeu 100 entre les flancs des spires des éléments en volute soit maintenu à une valeur comprise entre environ 0,025 et 0,125 mm. Le jeu entre les spires peut être établi suivant l'un de plusieurs procédés. Lors de l'assemblage de l'appareil, une mince cale de métal, ayant une épaisseur égale à celle du jeu, peut être insérée entre les spires, puis retirée après que les vis 207 de blocage ont été serrées.
En variante, le rayon du mouvement orbital des éléments en volute peut être mesuré au cours d'un assemblage d'.essai et le rayon du mouvement orbital du mécanisme à vilebrequin de commande peut être réglé à cette valeur, diminuée du jeu souhaité entre les flancs. Pour toute pompe
à liquide de conception et de dimension données, il convient généralement de faire fonctionner l'appareil afin de déterminer le rayon du mouvement orbital souhaité (équivalant à la distance comprise entre l'axe 210 de l'appareil et l'axe 211
de l'élément mobile en volute), puis de positionner le support
201 de palier à un rayon de mouvement orbital légèrement inférieur à celui pour lequel un contact linéaire entre les spires apparaît.
L'amplitude réelle du jeu finalement toléré entre les spires dépend normalement, au moins dans une certaine mesure, de la dimension de la pompe à liquide et de la viscosité du liquide pompé. En général, le jeu est proportionnel à la dimension de la pompe et à la viscosité du liquide.
Comme indiqué précédemment en regard de la description générale de l'appareil représenté sur la figure 61, la partie inférieure 183 du corps de l'appareil comporte un carter 158 d'huile. L'huile 212 de lubrification provenant du carter 158 est entraînée vers l'accouplement 154 et vers les
<EMI ID=16.1>
térieur du corps 157, par un ou plusieurs doigts 213 de graissage fixés à l'accouplement. Ces doigts de graissage ont une longueur telle qu'ils plongent périodiquement dans l'huile 212, puis qu'ils s'élèvent afin de projeter l'huile vers le haut, à l'intérieur du corps, pour la faire circuler, l'huile revenant ensuite dans le carter. Un canal 214 conduit une certaine partie de l'huile projetée, directement dans une cavité 115 du ,corps entourant la plaque à manivelle et le support de palier, vers le palier 199. Dans les cas où la pompe est utilisée pour faire circuler un liquide pouvant être utilisé comme lubrifiant et où la bague 180 d'étanchéité à l'huile n'est pas utilisée, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre les doigts 213, car le liquide occupe normalement à peu près la totalité du volume intérieur du corps.
Dans certaines conditions de fonctionnement, par exemple pour le pompage d'un liquide à une température élevée, il peut être souhaitable de mettre en oeuvre un dispositif de refroidissement par air du corps du compresseur et de refroidir, à l'intérieur du corps, les éléments de la pompe et l'huile de lubrification circulant dans le corps. Un tel dispositif est représenté sur la figure 61. Il comporte un conduit 216 d'air qui aboutit à un capot 217 formant une enveloppe. Ce conduit est monté de manière à entourer le corps de l'appareil et repose sur l'extrémité d'entraînement de plusieurs ailettes
218 solidaires du corps.
L'air de refroidissement est mis en circulation dans le conduit 216 par un ventilateur 159 qui comprend plusieurs pales 219 montées entre le bord extérieur 220, destiné à recevoir une courroie, et le moyeu intérieur 221, recevant un arbre, d'une poulie 222. Cette dernière est fixée à l'arbre principal 196 par une clavette 223 pouvant se loger dans une rainure 224 de l'arbre 196. Le capot 217 est fixé à l'extrémité des ailettes 228 orientée vers les éléments en volute et il aboutit à peu de distance de l'extrémité de l'élément en volute afin de délimiter plusieurs ouvertures 225 d'évacuation d'air au moyen desquelles l'air aspiré par'le ventilateur
159 est mis en circulation sur le corps de l'appareil, de l'extrémité de commande vers l'extrémité comportant les éléments
en volute, puis évacué en passant dans les ouvertures 225.
On a réalisé une pompe à liquide analogue à celle montrée sur la figure 61 et comportant les pièces fixe et mobile en volute montrées sur les figures 1 à 4. La bague 180 d'étanchéité, les doigts 213 de graissage et le dispositif de refroidissement du corps n'ont pas été montrés.. Cette pompe a été mise en oeuvre à une vitesse de 900 tr/min pour mettre en
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efficacité à peu près égale à celle d'une pompe à.engrenage ayant sensiblement la même capacité. La pompe selon l'invention fonctionne en douceur et ne produit pas de pulsations de pression.
Pour certaines opérations de pompage, il est souhaitable que la pompe travaille en étant immergée dans le liquide mis en circulation. Bien qu'il n'existe pas, dans l'art antérieur, une demande importante concernant de telles pompes, il est apparu récemment nécessaire de disposer d'une petite pompe pouvant être placée dans le réservoir de carburant d'une automobile ou de tout autre véhicule auto-propulsé utilisant une fraction relativement légère de combustible. Pour être efficace, une telle pompe doit pouvoir être totalement immergée dans le carburant, par exemple dans l'essence ou le gas-oil, qu'elle doit mettre en circulation.
La nécessité récente de disposer d'une telle pompe résulte de l'obligation de mettre en oeuvre des dispositifs de contrôle des gaz d'échappement dont l'utilisation conduit à l'élévation des températures régnant sous le capot, à l'emplacement auquel les pompes à carburant de l'art antérieur sont placées. Ces températures plus élevées provoquent la formation de bouchons de vapeur dans la pompe à carburant, et ce problème peut être aisément résolu par mise en place de cette pompe dans le réservoir à carburant, afin de la protéger de la température excessive, la prmpe étant alors reliée au moteur par un conduit dans lequel elle refoule le carburant.
Etant donné que la mise en oeuvre d'une pompe placée dans le réservoir à carburant d'une automobile exige pour une pompe immersible à liquide des critères aussi sévères que ceux demandés pour toute utilisation concevable, la pompe selon l'invention sera décrite en détail dans cette application.-. Il est cependant évident qu'elle peut être utilisée avec des liquides autres que des carburants et dans un milieu autre que celui constitué par le liquide pompé, lequel peut être de toute dimension convenable,-par exemple d'une dimension très supérieure à celle exigée pour la mise en place d'une telle pompe dans un réservoir de carburant d'automobile, par exemple.
De plus, le développement de dispositifs de dosage de carburant à commande électronique, destïnésà amélibrer le rendement des moteurs, a imposé des exigences supplémentaires aux pompes à carburant. Ces dispositifs exigent des pressions élevées d'alimentation en carburant, de telles pressions ne pouvant être atteintes d'une manière convenable par une simple pompe centrifuge, c'est-à-dire par une pompe du type utilisé jusqu'à présent à l'intérieur des réservoirs.
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le réservoir à carburant d'une automobile de tourisme est la possibilité de fonctionner d'une manière sûre et efficace, sans entretien pendant des périodes importantes, par exemple
2000 heures, en débitant 84 kg ou environ 120 Litres de carburant par heure, sous une pression manométrique de 0,84 bar, sous la commande d'un moteur à courant continu fonctionnant sous une tension de 12 volts et utilisant un courant maximal de 6,3 ampères, et de tourner à sec dans un réservoir vide pendant au moins 10 minutes. De plus, une telle pompe doit s'amorcer d'elle-même, doit fonctionner avec un minimum de bruit, de vibrations et de variations de débit , doit pouvoir être introduite dans le réservoir à carburant d'une automobile par l'ouverture d'accès de ce réservoir, ce qui limite le diamètre de la pompe à une valeur ne dépassant pas 4,76 cm, et doit avoir un faible coût de fabrication.
Il apparaît immédiatement que les pompes des types communément utilisés, à savoir les pompes centrifuges ou les pompes volumétriques classiques, ne répondent pas à tous ces critères. Il est donc nécessaire de s'orienter vers un autre type de pompe convenant à cette application. Il est apparu qu'une pompe à liquide du type en volute peut répondre à tous les critères indiqués ci-dessus et peut présenter d'autres avantages très importants.
La figure 62 représente en coupe longitudinale une forme de réalisation de la pompe en volute à liquide selon l'invention, convenant à une utilisation en immersion dans le carburant à pomper. Cette pompe comporte un corps principal
240, une entrée 241 du liquide, une sortie 242 du liquide, un dispositif 243 de pompage en volute, un accouplement 244, un dispositif 245 de commande de l'élément en volute à mouvement orbital, un moteur 246 et un dispositif 247 supportant une charge axiale. Dans la description détaillée suivante de la pompe submersible, il convient de décrire d'abord le moteur et la sortie de liquide,attendu que ces éléments de la pompe sont de conception plus ou moins classique. Le moteur 246 est un moteur électrique comprenant un induit 248 et des aimants 249 de stator positionnés et maintenus dans la partie centrale 250
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une jupe 252 faisant partie d'un bloc extrême 253 de sortie. L'induit 248 est monté sur un arbre 254 de commande, de même qu'un collecteur axial ou facial 255 qui porte contre des balais-256
en carbone avec lesquels un contact électrique est réalisé à travers des bornes 257 à vis, opposées et aboutissant à l'extérieur du corps de la pompe (voir également sur la figure 63).
La sortie 242 de liquide comprend un conduit 258
de décharge réalisé dans le bloc extrême 253 et un clapet 259
de retenue qui empêche tout écoulement du liquide à contresens dans la pompe lorsque celle-ci ne fonctionne pas et lors de la mise en marche. Le clapet 259 de retenue représenté sur la figure 62 comprend une bille 260 appliquée contre une bague 261
en élastomère qui est supportée par un anneau 262. Un ressort
263, maintenu dans le conduit 258 par une plaque 264 à orifices, maintient la bille 260 sous une force axiale. Le ressort 263
est évidemment choisi de manière à permettre au clapet 259 de s'ouvrir sous une pression prédéterminée de liquide, par exemple une pression manométrique d'environ 0,07 bar dans le cas d'une pompe à carburant montée dans le réservoir d'essence d'une automobile. Une soupape 265 de décharge est également utilisée. Comme représenté sur la figure62, cette soupape est de conception analogue à celle du clapet 259 de retenue et elle comprend une bille 266, une bague 267 d'appui, un support annulaire 268, un ressort 269 et une plaque perforée 270 de retenue du ressort. Ce dernier est d'une force appropriée de manière à maintenir
la soupape 265 en position de fermeture jusqu'à ce que les liquides contenus dans le corps de la pompe atteignent une pression maximale prédéterminée, par exemple une pression manométrique d'environ 0,84 bar . Il est évidemment possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'utiliser toute forme çonvenable de clapet et de soupape pour le clapet 259 de retenue
et la soupape 265 de décharge, les formes de réalisation de la figure 62 n'étant représentées qu'à titre d'exemple.
L'arbre 254 de commande aboutit dans un évidement central 271a du bloc extrême 253 de sortie et il est supporté et maintenu en alignement dans cet évidement par un palier 271. Un contrepoids primaire 272 est monté sur l'arbre 254 de manière à compenser les forces produites transversalement à l'axe de la pompe en raison de l'excentricité des éléments à mouvement orbital. Il est donc nécessaire d'utiliser un contrepoids secondaire pour obtenir l'équilibre dynamique complet en annulant le moment résultant du contrepoids primaire 272. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 62, ce contrepoids secondaire peut être obtenu par la mise en place de masselottes convenablement positionnées sur le collecteur facial 255, ou par une répartition convenable des masses à l'intérieur de l'induit 248.
Les figures 64 et 65 montrent une autre forme de réalisation du bloc extrême de sortie de la pompe et des connexions électriques réalisées avec le moteur. Le bloc extrême
273 de sortie, représenté sur les figures 64 et 65, est de forme épaulée et se termine, à l'intérieur de la pompe, par un anneau 274 à jupe fixé de manière étanche à la partie centrale
250 du corps à l'aide d'une bague 275 d'étanchéité. L'anneau
274 maintient les aimants 249 à l'intérieur de la pompe. Les balais 276 en carbone, en contact avec le collecteur 277, sont maintenus par des porte-balais opposés 278 qui traversent le blo� 273 de l'extrémité de sortie et qui sont connectés à des bornes 279. L'arbre 254 de commande aboutit dans un évidement
280 où il est aligné et supporté par un palier 281.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 64, un contrepoids secondaire séparé 282 est monté sur l'arbre 254. Comme montré par la vue en plan de la figure 65, un conduit 283 de sortie, muni d'un clapet de retenue, et une soupape 284 de décharge, analogues à la conduite et à la soupape représentées sur les figures 62 et 63, sont utilisés dans la forme de réalisation représentée sur la figure 64.
L'écoulement du liquide dans la pompe est indiqué par des flèches sur la figure 62. Le liquide arrivant par l'entrée 241 est pompé par le dispositif 243 en volute de la cham-
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à l'intérieur du corps 240, de manière à s'écouler autour du moteur et à sortir en passant sur le clapet 259. Le liquide pompé sert donc à lubrifier et à refroidir les éléments de la pompe.
Les figures 67 à 77 représentent en détail le dispositif de pompage en volute, le système d'orifices, le dispositif de support d'une charge axiale, l'accouplement et le mécanisme de commande de la pompe en volute selon l'invention, les mêmes éléments portant les mêmes références numériques sur les différentes figures.
Comme représenté sur la figure 66, le dispositif
243 en volute comprend un élément fixe 287 en volute et un élément 288 en volute exécutant un mouvement orbital. L'élément fixe 287 comprend une plaque extrême 289 et_une spire 290 en développante, réalisée d'une seule pièce avec la plaque extrême ou montée sur un organe séparé qui est fixé à la surface intérieure 291 de la plaque extrême 289 (comme décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 994 635 précité). Des rainures 292, uniformément espacées, sont usinées dans la périphérie de la plaque extrême 289 afin de loger des clavettes 293 (figure 66) fixées à la paroi intérieure d'une partie 251 de logement de palier, et afin également de maintenir cet élément en volute en position fixe à l'intérieur de la pompe.
La plaque extrême 289 de l'élément fixe en volute constitue l'extrémité d'entrée du corps de la pompe et elle
comporte un bossage central 294 (figure 66) qui délimite un
conduit 295 d'entrée communiquant, par un orifice central 296
de la plaque 289, avec la zone centrale de la pompe en volute.
Comme représenté sur la figure 67, l'élément fixe 287 en volute présente un canal intérieur 296 de transfert et un canal extérieur 297 de transfert du liquide, ces canaux se présentant sous la forme d'évidements dont la forme et la fonction sont analogues à celles des canaux 124 et 125, respectivement, représentés sur la figure 41. Dans cette forme de réalisation, l'orifice central et le canal intérieur de transfert sont confondus. En variante, l'orifice central de l'élément fixe 287
en volute peut avoir une forme circulaire et le canal intérieur de transfert peut être configuré comme montré sur la figure 42.
Comme représenté sur la figure 67, l'élément mobile 288 en volute ou élément à mouvement orbital présente une
forme analogue à celle de l'élément fixe 287. Cet élément 288 comporte une plaque extrême 298 et une spire 299 en développante qui est fixée à la surface intérieure 300 de la plaque
extrême 298 ou qui est réalisée d'une seule pièce avec cette
plaque. La spire 299 présente un flanc extérieur ou une surface latérale extérieure 301, un flanc intérieur ou une surface latérale intérieure 302 et une surface extrême 303. Comme montré sur la figure 67, l'élément mobile 288 en volute présente un canal intérieur 304 de transfert et un canal extérieur
305 de transfert, se présentant sous la forme d'évidements dont
la configuration et la fonction sont analogues à celles des
canaux 133 et 124 représentés sur les figures 43 et 44.
Le fonctionnement de la pompe en volute représentée
sur la figure 62 est analogue à celui décrit précédemment et
le mouvement de l'élément mobile 288 en volute provoque la formation des poches mobiles 306, 307 et 308 (figure 66) dont les volumes et les intercommunications varient pour provoquer la
mise en circulation du liquide dans la pompe. Comme montré sur la figure 66, la zone périphérique 309 de décharge de la pompe entoure les spires en développante et la plaque extrême de l'élément mobile en volute.
Les liquides ayant des viscosités très supérieures
à celles des gaz et le rapport volumétrique de la pompe étant égal à 1 plutôt que supérieur à 1, il n'est pas particulièrement important d'assurer une étanchéité radiale efficace entre les poches, au niveau des surfaces 292 et 303 par lesquelles
les spires entrent en contact. Comme indiqué dans la description détaillée suivante du fonctionnement de la pompe, la contrepression liquide s'écoulant dans cette pompe est suffisante pour exercer les forces axiales nécessaires pour le maintien en contact des spires et des plaques extrêmes. De plus, l'écoulement radial du liquide vers l'extérieur de la pompe fait apparaître
à l'intérieur de celle-ci des pressions hydrauliques tendant à faire porter hermétiquement entre eux les flancs des spires des éléments en volute lorsqu'ils forment des lignes de contact mo-
i
biles. L'obtention d'un fonctionnement sans pulsations de cette pompe submersible est obtenue de la même manière que décrit
pour les éléments en volute représentés sur les figures 41 à
60.
Le dispositif de commande, le dispositif supportant une charge axiale de compression et l'accouplement sont représentés sur les figures 66 à 68. Dans la forme de réalisation montrée sur ces figures, le dispositif supportant une charge axiale de compression comporte une butée axiale à billes, représentée généralement en 312 et comportant plusieurs billes
313 maintenues dans la disposition souhaitée par deux anneaux parallèles 314 et 315 qui présentent plusieurs trous 316 régulièrement espacés et configurés de manière à loger les billes
313. Les anneaux 314 et 315 de retenue sont maintenus espacés l'un de l'autre par contact avec la surface des billes 313,
afin de former entre eux plusieurs canaux 317 par lesquels le liquide peut s'écouler radialement de la zone périphérique 309
de décharge vers la chambre 285 du dispositif en volute . La plus grande partie de la charge exercée sur les éléments en volute est une charge de compression résultant de la pression
de sortie du liquide et elle est supportée par la butée axiale
312. L'usure des éléments en volute est donc minimisée, ce qui accroit la durée de vie de la pompe. Du, fait que le dispositif supportant la charge axiale permet de rendre minimale l'usure
des éléments en volute, il est possible de faire fonctionner
la pompe selon l'invention à une pression de refoulement rela- tivement élevée, ce qui entraîne une bonne étanchéité entre
les éléments en volute et, par conséquent, un rendement élevé
et une faible consommation d'énergie.
En cours de fonctionnement, les deux éléments_287
et 288 en volute doivent être maintenus dans des positions an- gulaires relatives fixes et ceci est assuré par l'utilisation
de l'accouplement représenté globalement en 244 sur la figure
66. Cet accouplement 244, représenté sur les figures 66 et 68,
est essentiellement analogue à l'accouplement décrit dans le
brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 994 633 précité (voir la figure 14 de ce brevet et sa description détaillée). Ainsi, comme représenté sur les figures 66 et 68, l'accouplement com-
prend un anneau 318 dont une première face comporte des cla-
vettes opposées 319 qui se logent et qui coulissent dans des rainures 320 de la surface intérieure d'une partie annulaire ,
321 du logement 251 de palier. Il convient de noter que la
coupe longitudinale de la figure 66 est réalisée suivant la
ligne 66-66 de la figure 68 et que, par conséquent, une seule
des deux clavettes opposées 319 et une seule des deux rainures
320 sont représentées (voir figure 62). L'autre face de l'anneau 318 d'accouplement comporte deux autres clavettes opposées
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à se loger et à coulisser dans des rainures 323 de la plaque extrême 298 de l'élément mobile 288 en volute. L'accouplement
244 assume ainsi la fonction d'un ressort appliquant une précontrainte axiale initiale sur l'élément mobile en volute lors de la mise en marche de la pompe.
Comme décrit ci-après en regard des figures 72 à
77,il est possible de combiner les fonctions du dispositif supportant la charge axiale et de l'accouplement en un seul sousensemble de l'appareil.
Les figures 66 et 68 représentent en détail le dispositif de commande de l'élément en volute exécutant un mouvement orbital. Comme représenté sur la figure 66, l'arbre 254 de commande est monté dans un palier principal 324 qui est maintenu dans un logement 325 qui, lui-même, est réalisé d'une seule pièce avec le logement extérieur principal 251 par l'intermédiaire d'une partie annulaire extérieure 321, d'un logement intérieur 326 de palier et d'une partie annulaire intérieure 327. L'arbre 254 de commande se termine par un embout plat 328 qui pénètre dans une rainure 329 (figure 68) d'une chape 330 de commande de l'élément mobile en volute. Ce montage permet à l'élément mobile de se déplacer vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge et des forces hydrauliques, jusqu'à ce que sa spire en développante entre en contact avec
la spire en développante de l'élément fixe en volute. Dans cette position, le centre 331 de la chape 330 est espacé du centre
332 de l'arbre 254 de commande d'une distance égale au rayon
de l'orbite suiviepar l'élément mobile en volute. La chape 330 de commande est montée dans un palier 333 qui est supporté dans un anneau 334 réalisé d'une seule pièce avec la surface extérieure 335 de l'élément mobile 288 en volute.
Ce dispositif de commande des éléments en volute établit un trajet entièrement métallique (chape 330 d'entraînement, embout 328 de l'arbre et arbre 254 de commande) pour éliminer la chaleur du palier 330 pendant les périodes au cours desquelles la pompe tourne à sec, c'est-à-dire lorsque le liquide dans lequel la pompe est normalement immergée a été évacué. Le dispositif de commande est également conçu pour réduire les pertes par frottement par une mise en place des paliers de manière à réduire le moment de retournement de l'élément mobile en volute et les charges exercées sur les paliers du moteur. Ce montage permet d'accroître l'efficacité et la durée de vie de la pompe, ainsi que son aptitude à fonctionner à sec.
Comme représenté sur les figures 66 et 68, l'anneau extérieur 321 du logement de palier présente un certain nombre d'orifices équidistants 336 permettant au liquide de s'écouler de la zone périphérique 309 de décharge dans la chambre 286 du moteur en passant dans la chambre 285 du dispositif
en volute .
Les figures 69 à 72, qui sont des coupes longitudinales partielles de l'extrémité d'entrée, comportant les éléments en volute, de la pompe selon l'invention, montrent trois autres formes de réalisation du dispositif supportant une charge axiale, ces formes de réalisation étant destinées à des pompes comportant un accouplement séparé. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 69, les éléments 287 et 288 en volute sont utilisés eux-mêmes pour supporter la charge axiale, les extrémités 337 et 303 des spires 290 et 299 des éléments fixe et mobile en volute, respectivement, supportant les charges par contact avec les surfaces opposées des plaques extrêmes des éléments correspondants, c'est-à-dire, respectivement, la surface 300 de la plaque extrême mobile 298 et la surface 291
de la plaque extrême fixe 289. La forme de réalisation représentée sur la figure 69 est en général mieux adaptée aux pompes dont les pressions de refoulement sont modérées.
La figure 70 représente une forme de réalisation du dispositif supportant une charge axiale, comprenant une butée axiale annulaire 338 traversée par plusieurs canaux 339 orientés radialement. Les surfaces planes 340 et 341 de cette butée 338 sont en contact avec les surfaces opposées 291 et
298 des éléments fixe et mobile en volute, afin que la charge axiale de compression, exercée par le liquide sous pression contenu dans la pompe, soit transmise à cette butée qui est de préférence réalisée dans une matière plastique organique synthétique, par exemple un polyimide, dans le cas des pompes dont les éléments en volute sont également réalisés dans une matière plastique synthétique.
La figure 71 représente une variante de la forme de réalisation de la figure 70, utilisant également une butée axiale annulaire qui se présente cependant sous la forme d'un anneau 342 faisant saillie à la surface intérieure 291 de l'élément fixe 287 en volute avec lequel cet anneau est réalisé d'une seule pièce. L'anneau 342 est traversé par plusieurs canaux radiaux espacés 343 établissant la communication nécessaire entre la zone 309 de décharge et la chambre 285 de pompage. La charge axiale est supportée par une surface plane 187 en contact avec la surface 300 de la plaque extrême de l'élément mobile en volute.
Les figures 72 à 74C montrent une variante de la pompe selon l'invention dans laquelle le dispositif supportant <EMI ID=22.1>
Ce dispositif comprend plusieurs billes équidistantes 345 main- tenues de manière à ne pouvoir exécuter qu'un mouvement circulaire dans des alvéoles circulaires 346 et 347 réalisés dans
les surfaces 291 et 300 des plaques extrêmes des éléments fixe et mobile en volute, respectivement. Les billes 345 sont maintenues radialement et circonférentiellement en alignement par un anneau 348 de retenue qui est traversé de trous 349. La figure 73 montre d'une manière relativement schématique les positions relatives des alvéoles 346 et 347 des éléments en volute, en un point du mouvement orbital. Cette figure montre
que les centres des alvéoles 346 et 347 des éléments fixe et
mobile en volute sont situés sur des cercles de même rayon et
sont en alignement axial lorsque le cycle atteint un point au-
quel les tangentes aux deux éléments en volute sont parallèles.
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par l'élément mobile en volute est montrée schématiquement sur les figures 74A à 74C. Au cours d'un mouvement orbital, une bille 345 doit pouvoir se déplacer sur une distance égale à
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toutes les directions par rapport à sa position centrale, comme montré sur la figure 74A. Il apparaît donc que dans le cas où la profondeur d'un alvéole 346 (ou 347) est égale au rayon Rs de la bille, le diamètre Di de l'alvéole doit être égal à D + R . Cependant, étant donné que la profondeur de l'alvéole
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ment inférieur à D + R . La figure 74A montre en coupe transversale l'un des alvéoles et la figure 74B est une vue en plan de cet alvéole. Il est cependant possible, sans sortir du cadre de l'invention, de réaliser l'alvéole à un diamètre convenable, de manière qu'il comporte une paroi droite et un bord chanfreiné.
La figure 74C est une coupe transversale partielle, à échelle agrandie, des alvéoles et de l'anneau de retenue, montrant comment la plaque extrême 298 de l'élément mobile en volute (et la spire en développante solidaire de cette plaque) peut exécuter librement un mouvement orbital dans l'élément fixe en volute tout en restant dans la position angulaire souhaitée par rapport à cet élément fixe. Les billes 345 assument la même fonction que la butée axiale à billes multiples représentée sur la figure 66, car elles supportent la charge axiale de compression exercée sur les éléments en volute et, par conséquent, la forme de réalisation de la pompe représentée sur les figures 72 à 74C présente les mêmes caractéristiques avantageuses de fonctionnement que la forme de réalisation représentée sur la figure 66.
En l'absence d'un accouplement séparé, une rondelle élastique 350 est montée entre la chape 330 et l'épaulement de l'arbre 254, afin d'exercer une précontrainte axiale sur les éléments en volute lors de la mise en marche.
Les figures 75 à 77 représentent une autre forme de réalisation de la pompe selon l'invention, dans laquelle l'accouplement participe également au support d'une charge. Cet accouplement, représenté globalement en 351, est placé entre les plaques extrêmes 289 et 298 des éléments fixe et mobile en volute. Il comporte un anneau 352 usiné de manière à comporter deux clavettes opposées 353 qui sont destinées à se loger et à coulisser dans des rainures 354 usinées dans la surface 300 de la plaque extrême mobile 298, et deux clavettes opposées 355, perpendiculaires aux clavettes 353 et destinées à se loger et à coulisser dans des rainures 356 usinées dans la surface 291 de la plaque extrême fixe 289.
Comme représenté sur les figures 76 et 77, l'accouplement comporte plusieurs plots équidistants 357 d'appui, présentant des surfaces planes 358 et 359 qui entrent en contact avec les surfaces opposées 291 et 298 présentées par les plaques extrêmes des éléments en volute, afin que ces plots constituent le dispositif supportant la charge axiale de compression. Enfin, l'accouplement est usiné de manière à présenter plusieurs canaux 360 d'écoulement du liquide. De plus, dans le cas de la variante représentée sur la figure 72, une rondelle élastique 350 est utilisée afin d'exercer une précontrainte axiale lors de la mise en marche.
Dans la forme de réalisation de la pompe représentée sur les figures 78 à 80, des organes sphériques sont utilisés pour assumer à la fois la fonction de support d'une charge axiale de compression et la fonction de clavettes dans l'accouplement. Ce dernier comprend un anneau 361 qui comporte des plots 362 d'appui et qui présente des canaux 363 d'écoulement de liquide, comme c'est le cas de l'anneau 351 représenté sur les figures 75 à 77. Cependant, cet anneau 361 ne comporte pas de clavettes. Une rainure 364 est usinée dans une surface
365 de chaque plot 362 orientée vers la surface 300 de la plaque extrême mobile 298. Des rainures 366 sont usinées dans la surface 300 de la plaque extrême, de manière que la forme et l'orientation de l'axe de ces rainures 366 correspondent à celles des rainures 364 des plots d'appui.
Une bille 367 supportant une charge (organe d'appui) est disposée de manière à exécuter un mouvement d'accouplement dans chaque paire de rainures opposées 364 et 366, la profondeur totale de ces rainures étant légèrement inférieure au diamètre des billes 367. Les rainures 364 et 366 ont une longueur, entre bords, égale ou infé-
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manière, des rainures 368 et 369 (figures 79 et 80) sont usinées dans la surface 370 des plots d'appui 362 et dans la surface opposée 291, présentée par la plaque extrême 289 de l'élément fixe en volute, et des billes 371 sont placées de manière
à exécuter un mouvement d'accouplement dans ces paires de rainures. Les axes longitudinaux des rainures 368 et 369 sont tournés de 90[deg.] par rapport aux axes des rainures 364 et 366. Par conséquent, les billes 367 et 371 supportent la charge axiale de compression exercée sur les éléments en volute et, de plus, de part leur mouvement limité le long des axes des rainures opposées dans lesquelles elles sont logées, ces billes maintiennent la relation angulaire souhaitée entre les éléments fixe
et mobile en volute.
Les figures 81 à 83 représentent une variante du dispositif d'accouplement et de support d'une charge axiale représenté sur les figures 78 à 80. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 81 à 83, des rouleaux remplacent les billes comme organes d'accouplement et de support d'une charge. L'accouplement présente la même forme générale que celui représenté sur les figures 78 à 80. Il comporte un anneau 361 sur le pourtour duquel sont espacés régulièrement des plots d'appui. Cet anneau présente également des canaux 363 d'écoulement du liquide. Les quatre plots 372 d'appui, qui
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organes d'accouplement, alors que les autres plots 373 d'appui n'assument qu'une fonction de support d'une charge axiale. Les surfaces 374 des plots 372, orientées vers la surface 300 de la plaque extrême mobile 298, présentent des rainures 375 et, de la même manière, la surface 300 présente quatre rainures correspondantes 376, les deux groupes de rainures délimitant une piste fermée dans laquelle des rouleaux 377 peuvent se déplacer, comme montré sur la figure 83. La profondeur combinée des rainures 375 et 376 est légèrement inférieure au diamètre des rouleaux 377 et la longueur de la course des rouleaux
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sentent également des rainures 378 usinées dans leur surface
379 orientée vers la surface 291 de la plaque extrême 289 de l'élément fixe en volute. De,même, la surface 291 présente
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tées par rapport aux rainures 375 et 376 de manière que des rouleaux 381, parcourant les rainures 378 et 380, aient leurs axes orthogonaux à ceux des rouleaux 377. De même que dans le cas des billes 367 et 371 montrées sur les figures 78 et 79, les rouleaux de la forme de réalisation représentée sur les figures 81 et 82 assument à la-fois les fonctions d'accouplement et de support d'une charge axiale. La figure 84 montre une utilisation de la pompe selon l'invention. Cette pompe est immergée dans un liquide
382 à pomper, contenu dans un réservoir 383, par exemple le réservoir de carburant d'une automobile. Un conduit 384 de refoulement sous pression, fixé à la sortie 12 de la pompe, sort du réservoir 383 en passant dans une ouverture convenable 385 et est relié à l'élément souhaité de réception du liquide, par exemple le carburateur de l'automobile.
De même, ces câbles électriques blindés 386, reliés à des bornes 257 à vis, passent dans l'ouverture 385 afin d'être connectés à une source d'alimentation en énergie électrique. Un filtre 387 est fixé sur l'entrée 241 de la pompe afin d'empêcher le passage de débris pouvant se trouver en suspension dans le liquide ou pouvant s'être déposés sur le fond du réservoir.
La pompe selon l'invention s'amorce d'elle-même et elle peut fonctionner à sec pendant une durée relativement longue, par exemple 10 minutes ou plus, sans perte d'efficacité. Elle fonctionne avec un minimum de bruit, de vibrations et de variations du débit de refoulement, et elle permet le passage de débris sans détérioration définitive, en raison de la souplesse radiale du système de commande. Le sens d'écoulement du liquide dans les éléments en volute assure l'étanchéité automatique entre les flancs des spires de ces éléments et l'étanchéité radiale automatique entre lesdits éléments. Ainsi, il n'est pas nécessaire, dans la pompe selon l'invention, de monter des organes supplémentaires assurant l'étanchéité radiale ou de monter des organes s'opposant à l'effet des forces centrifuges exercées sur l'élément en volute à mouvement alternatif.
Le circuit particulier d'écoulement du liquide à 1'intérieur de la pompe, comme montré par les flèches sur la figure 62, assure une lubrification automatique complète de tous les éléments de la pompe et permet de supprimer la totalité des clapets, sauf de simples clapets de retenue montés dans le conduit de refoulement, et la soupape de décharge.
La pompe selon l'invention convient particulièrement à une utilisation dans le réservoir de carburant d'une automobile, particulièrement en raison du fait qu'elle peut être réalisée dans des dimensions suffisamment faibles pour passer dans l'ouverture d'accès du réservoir de carburant d'une automobile (diamètre maximal de la pompe égal à 4,76 cm) et pour avoir une capacité de pompage lui permettant de débiter
au moins 84 kg de carburant par heure sous une pression manométrique de 0,84 bar. De plus, les éléments de la pompe en volute peuvent être réalisés (par exemple moulés) dans une matière plastique organique synthétique convenable, résistant
à l'usure, et les autres éléments de la pompe peuvent être produits en grande série dans des matières plastiques ou des métaux compatibles avec la matière plastique précédente, ce qui permet de réaliser de telles pompes submersibles à carburant au bas prix demandé..
REVENDICATIONS
1. Eléments complémentaires en volute, destinés notamment à une pompe en volute à liquide, caractérisés en ce qu'ils comprennent un élément fixe en volute qui présente un orifice central d'écoulement du liquide et qui comprend une plaque extrême fixe, une spire fixe en développante, s'étendant sur un tour et demi de développanteet fixée à une première surface de la plaque extrême, et un canal fixe de transfert de liquide, usiné dans ladite première surface de la plaque extrême afin de former un évidement dans cette surface, un autre élément en volute ou élément mobile étant monté de manière à pouvoir exécuter-un mouvement orbital par rapport à l'élément fixe en volute sous la commande d'un dispositif, cet élément mobile comprenant une plaque extrême mobile, une spire mobile
en développante, s'étendant sur un tour et demi de développante et fixée à une première surface de la plaque'extrême mobile, et un canal mobile de transfert de liquide, usiné dans ladite première surface de la plaque extrême mobile et formant un évidement dans cette surface, les canaux fixe et mobile de transfert étant disposés et configurés de manière à s'ouvrir à peu près immédiatement après que la spire mobile a atteint le point de son orbite auquel sont formées trois pèches à liquide sen�iblement séparées hermétiquement les unes des autres.