Pompe roto-volumétrique. Dans le domaine des pompes, celles à pis ton assurent grande puissance d'aspiration et de refoulement, mais leur encombrement est grand, les organes de :distribution sont délicats, le, rendement est faible. Par contre, l'encombrement des pompes centrifuges: est moindre, les organes @de -distribution sont sup primés, la construction est plus simple et le rendement est meilleur. Mais la puissance d'aspiration et de refoulement est faible, le régime de rotation est plus élevé et l'usure est rapide.
La présente invention a pour objet une pompe roto-volumétrique, qui réunit tous les avantages de. ces deux systèmes sans présen ter leurs inconvénients. Cette pompe est ca ractérisée par le fait qu'elle comporte un pis ton dont la surface de frottement est consti tuée par une portion @de surface sphérique,
l'une -des extrémités -du piston étant limitée par deux plans formant un dièdre symétrique par rapport à un plan diamétral de ladite sur face sphérique et dont l'arête est perpendi culaire à l'axe de rotation -de ce piston, l'autre extrémité du piston présentant un chemin de came, -ce piston étant monté oscillant sur un tourillon moteur, solidaire,d'un arbre moteur et disposé suivant un des diamètres du piston, de manière à l'entraîner,
en rotation par rap port à une chambre semi-sphérique à l'inté rieur de laquelle est disposée une pièce, en forme de corps de révolution, solidaire de l'arbre moteur et limitée par une paroi qui constitue un petit cercle de .cette chambre semi-sphérique et qui est perpendiculaire au dit arbre moteur, de sorte que,
du fait de l'engagement idu chemin -de came avec une butée fixée sur la paroi de cette chambre, les faces du dièdre formant l'une des extrémités du piston puissent s'écarter et s e rapprocher alternativement -de ladite paroi plane de la pièce solidaire de l'arbre moteur et former ainsi des capacités, :à volume variable, qui sont en relation respectivement avec des tubu lures d'admission et -d'échappement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de la pompe faisant l'objet @de l'invention. Fig. 1 est une vue en perspective,des prin cipaux organes d'une première forme d'exécu tion de la pompe, le corps de pompe étant ou vert.
Fig. 2 est une coupe transversale de la pompe.
Fi-. 3, 5 et 7 montrent les positions du piston au début, au milieu et à la fin du cycle de travail.
Fig. 4, 6 et 8 montrent, vues en bout, les positions relatives du galet de butée du pis ton, en rapport avec les orifices d'aspiration et de refoulement, au début, au milieu et à la fin du cycle de travail.
Fi-. 9 montre, en coupe, la disposition du galet de butée qui lui permet de coulisser dans un bossage qui reçoit son axe.
Fig. 10 montre la position désaxée du galet sur Je boîtier.
Fig. 11 est une vue, partiellement en coupe suivant l'axe de la, charnière du piston, d'une seconde forme d'exécution dont le boî tier est formé par la réunion d'une demi sphère et d'une partie cylindrique.
Fig. 12 est une vue, partiellement en coupe, réalisée perpendiculairement à l'axe de la charnière de cette même pompe.
Fig. 13 représente, en coupe, une troi sième forme d'exécution constituée par une pompe double, travaillant en série, chaque piston ayant son propre boîtier.
Fig. 14 montre, en élévation avec coupe partielle, une quatrième forme d'exécution constituée par une pompe double travaillant en parallèle, les :deux pistons étant logés dans un carter commun.
La pompe représentée en fig. 1 est consti- tuée par quatre pièces essentielles: a) une pièce .d'entraînement qui transmet le mouve ment circulaire de l'arbre moteur 1; b) un piston 2, dont la surface de frottement est une portion -de surface sphérique et dont l'une des extrémités est limitée par deux plans formant un dièdre, alors que l'extrémité opposée pré sente un chemin de came; ce piston 2 est ac couplé à la pièce d'entraînement 1;
c) un boî tier formé par deux ,demi-.sphères; d) une butée constituée par un galet 4, qui coopère avec le chemin de came du piston 2. L'une des demi-sphères peut être remplacée par une partie cylindrique .5 (fig. 11 et 12). La queue du galet 4 est logée dans un bossage 6 du boîtier (fig. 2, 9 et 10).
La pièce d'entraîne ment 1 est fixée sur l'arbre moteur 7 (fig. 1 et 2) et elle est accouplée avec le piston 2 par une charnière qui est formée par un tou rillon cylindrique 8 de la pièce 1 et par un alésage diamétral du piston, enveloppant le tourillon 8 suivant un secteur cylindrique su périeur à 180 . Cette disposition rend ainsi impossible l'écartement de ces deux pièces et permet au piston de pivoter comme un levier, en prenant son point. d'appui sur la.
pièce d'en traînement, pour éviter ainsi toute perte de force qui pourrait résulter des frottements sur les parois du boîtier.
L'arbre 7 débouche du boîtier par un ori fice 10, muni d'un enroulement à billes 11 et d'un presse-étoupe 12. Un prolongement 14 de l'arbre se loge ,dans une partie 13 du boîtier en passant au travers d'une ouverture 15 du piston. L'axe de l'arbre 7 est perpendiculaire à celui du tourillon cylindrique 8 (fig. 1 et 2).
Le boîtier porte également un orifice d'as piration 16 et un orifice de refoulement 17 disposés coaxialement (fig. 1, 2, 4, 6 et 8), afin que le sens d'aspiration et de refoule ment reste direct et toujours dans la même direction, ce qui facilite l'amorçage et réduit au minimum le brassage et l'émulsion des liquides.
Ceci est important pour le transvase- ment des huiles, hydrocarbures, vins et autres fluides. Cette disposition augmente aussi le rendement de la pompe.
Les surfaces extérieures du piston 2 et celles des extrémités 18 et 19 du tourillon 8 ont même centre générateur que celui des sur faces intérieures -du boîtier,
de sorte que les dites surfaces s'appliquent étroitement les unes sur les autres. Les orifices 16 et 17 peu vent être disposés de manière que les extré mités du tourillon 8 puissent les obturer au cours de la rotation du piston 2 dans le corps de pompe (fig. 11).
Les parties 20 et 21 de la paroi plane de la pièce 1 et les faces 22 et 23 du dièdre limi- tant l'une des extrémités ,du piston 2, autours de la rotation,de l'arbre moteur 7, se rappro chent et s'éloignent alternativement, @de sorte qu'elles forment entre elles des capacités 24 et 25,à volumes variables.
L'une des capa cités est celle d'aspiration, l'autre celle de refoulement. Le volume variable des capa cités est déterminé par l'angle du déplace ment angulaire que subit le piston 2 relative ment au tourillon 8. Ce déplacement angu laire est déterminé par la forme du chemin de came 26 formé sur l'autre extrémité @du pis ton 2.
Ce chemin de came 26, sous l'action du galet 4 qui roule sur lui, impose au piston 2, au cours .du mouvement,de rotation de l'en semble, un .déplacement angulaire alternatif, qui est déterminé et limité par ledit chemin de came (fig. 4, 6 et 8).
Ainsi, la pièce 1 fixée sur l'arbre 7 subira un simple mouve ment de rotation, tandis que le piston 2 rece- vra, en outre, -des déplacements angulaires alternatifs simultanés; il agira donc effecti vement comme un piston, augmentant et di- minuanl les volumes -des capacités 24 et 25 d'aspiration et ,de refoulement.
Au course du mouvement .de rotation de l'ensemble, les extrémités 18 et 19 pourront agir .comme obturateurs. (fig. 11) pour fermer et ouvrir les orifices d'aspiration et de refou lement, en accord avec l'aspiration et le refou lement produits par les mouvements pivotants du piston 2. Pour ce faire, les orifices d'aspi ration et de refoulement doivent être dispo sés sur la trajectoire -des extrémités du tou= rillon 8.
Dans le cas où les extrémités 18 et 19 ne joueraient pas ce rôle d'obturateurs (forme de réalisation des fig. 1 et 2), le corps de pompe devrait comporter, à la manière usuelle, des clapets automatiques d'aspiration et de refoulement.
Pour que le couple moteur soit transmis au piton 2 avec la moindre perte et pour qu'il ne se produise :aucune réaction,de cisail. lement sur le tourillon 8 autour duquel ce pis ton pivote, la position du galet 4 sur le boî tier doit être rigoureusement établie. Cette position est déterminée par celle de l'axe du galet 4, qui doit aboutir au centre du piston 2, sur l'axe moteur;
,cet axe doit, en outre, faire, avec le plan horizontal passant par l'axe moteur, un angle ne dépassant pas 40 et avec le plan vertical (qui passe par le centre -du piston 2 et qui est perpendiculaire à l'axe moteur), un angle supérieur à 70 . La posi tion idéale se trouve plac6e en .avant -du mou vement de rotation, id'un angle égal à la moitié @de celui @du déplacement angulaire qu'on veut faire subir au piston.
Pour la sécurité @du bon fonctionnement de la pompe, il faut envisager le cas où le fluide entraînera, dans la capacité de com pression, des corps solides qui pourraient oc- caorionner une résistance tellement élevée qu'elle devienne nuisible.
Pour .contrebalancer une telle résistance, le galet 4 peut être monté de manière à pouvoir reculer le long de son axe, afin d'annuler ainsi la résistance provo quée par ces corps. Les fig. 2 et 9 montrent le galet 4 dans sa position,de recul maximum. A cet effet, le bossage 6 (fig. 9) reçoit un fourreau 28 pouvant coulisser dans son alé sage.
Ce fourreau 28 est muni de roulements 29 et 30 dans lesquels l'arbre 31 du galet 4 tourillonne. Un -des roulements 30 forme bu tée, en fin de déplacement. Un ressort 34 agit sur cette butée pour tendre à repousser le fourreau 28 et le galet 4 vers d'intérieur du corps de pompe. A l'aide de ce fourreau 28, le galet 4, figé sur l'arbre 31, reculera chaque fois qu'il sera sous l'influence d'une r6sis- tance non prévue.
Mais la pompe doit maintenir sa force -de refoulement demandée, donc le galet 4 doit, pendant le fonctionnement normal, résister à la poussée axiale correspondant à cette force et il ne doit reculer qu'à partir du moment seulement où cette poussée sera dépassée.
Ceci -est assuré par un élément de contre- pression, comme le ressort 34, qui 'appuie contre le fourreau coulissant 2'8 pour offrir, ainsi, la résistance nécessaire. Pour que le roulement ,du galet 4 soit doux et silencieux, il peut être établi avec un élément élasti que 32.
Le fonctionnement de la pompe peut être suivi sur les fig. 3 et 4, 5 et 6, 7 et 8, qui représentent les positions relatives des ori fices d'aspiration et de refoulement, ainsi que les volumes des capacités d'aspiration et de refoulement au début, au milieu et à la fin du cycle de travail, c'est-à-dire pour des dé placements angulaires successifs du piston (fig. 3, 5 et 7) de: 0 , 90 et 180 .
Le cycle s'opère pendant une rotation de 180 , donc deux fois pour un tour complet. Les- capacités 24 et 25 changent de rôle à cha que demi-tour, celle-d'aspiration devenant ca pacité de refoulement et celle -de refoulement jouant, alors, le rôle de capacité d'aspiration et vieeversa au demi-tour suivant.
Les fi-. 3 et 4 montrent la. disposition au début du cycle de travail. Dans cette position, l'orifice d'aspiration 16 et celui de refoule ment 17 sont entièrement obturés. La fig. 3 représente la. partie rotative de la pompe en correspondance avec les tubulures du carter (fi--. 4). Les, extrémités 18 et 19 du tourillon 8 sont disposées devant lesdites tubulures 16 et 17. La capacité 24 présente, en ce moment, son volume maximum et elle joue le rôle de capacité d'aspiration. La capacité 25 est, dans. cette position, la capacité de refoulement et elle possède son volume minimum.
Au cours du mouvement de rotation des pièces, formant charnière, les orifices 16 et 17 sont découverts et sont mis en -communication avec leurs chambres respectives. La capacité 24 devien dra celle de refoulement et la capacité 25 celle d'aspiration. Les fig. 5 et 6 montrent les posi tions relatives -de l'ensemble, ainsi que les vo lumes des deux capacités au milieu du cycle de travail.
Au cours de la, rotation continue du piston, les orifices 16 et 17 seront de nou veau obturés, le volume de la capacité de re foulement sera réduit au minimum et la capa cité 25, agissant comme capacité d'aspiration, atteindra son volume maximum en même temps que le cycle de travail sera. terminé (fig. 7 et 8).
La rotation continuant, la capacité 25 re deviendra capacité de refoulement. tandis que la capacité 24 deviendra capacité d'aspiration et, à la fin du deuxième demi-tour, un second cycle de travail sera terminé. Les cycles de travail se succéderont de la même manière.
La progression du travail est établie sui vant des lois paraboliques ou par toutes autres lois répondant aux besoins pour lesquels la pompe est destinée. C'est la. forme du chemin de came qui détermine les mouvements alter natifs du piston, ainsi que les points morts qui pourraient être nécessaires. Ce chemin de came peut être réalisé sous forme d'une can nelure.
Ainsi, pour reproduire un cycle de tra vail, par exemple le cycle sinusoïdal, obtenu par le système bielle et manivelle, il suffira de donner à la cannelure une forme corres pondante. Suivant la forme de cette dernière, on modifiera ainsi qu'il conviendra le cycle de travail.
Il est donc possible d'assurer que la pro gression du travail s'opère suivant une courbe donnée, qui peut même représenter une loi proportionnelle, comme par exemple:
EMI0004.0029
où<I>A,</I> B, <I>C</I> sont des fractions du déplacement. angulaire de l'ensemble et<I>B',</I> C' sont les fractions de la course du piston. Par consé quent, on peut distribuer, sur une colonne liquide, les efforts suivant une courbe choisie pour compenser, à volonté, les points d'inertie de ce liquide.
On peut donc assurer que le travail s'effectuera, par exemple, de la façon suivante: au début du cycle, le piston par courra., pendant 40 de la, course circulaire de l'ensemble, la moitié de sa course totale en balayant la moitié de la capacité de refou lement. Il restera ensuite stationnaire pen dant un déplacement angulaire de 100 , puis il parcourra l'autre moitié de la capacité pen dant les 40 suivants de la rotation.
L'usure d'une telle pompe est minime. Elle peut être compensée par tous moyens connus (segments 33 par exemple). Dans le cas où l'une des parties -du boîtier est cylin drique, des éléments de contrepression 34, interposés entre ce boîtier et la pièce d'en traînement 1, aident à compenser l'usure.
L'établissement des pompes à double pis ton est extrêmement simple. Elles peuvent être constituées soit par deux boîtiers dis tincts (fig. 13:), soit par un boîtier commun 35 (fig. 14) contenant les deux pistons, dont l'arbre de commande est actionné par tout moyen approprié. Pour obtenir une pression double, les pistons travailleront en série (fig. 13).
La position des deux charnières sera, dans ce cas, parallèle et l'orifice de re foulement de l'un des boîtiers sera connecté avec celui d'aspiration de l'autre. Les flèches montrent la direction de circulation du liquide.
Pour obtenir un volume double, les pis tons travailleront en parallèle. Dans ce cas, les positions des deux charnières sont déca lées de 18'0 et les deux orifices d'aspiration et de refoulement sont reliés respectivement deux à deux (fig. 14). Dans une telle forme d'exécution, l'élément de contrepression 34 est interposé entre les extrémités se correspon dant des deux arbres moteurs 7.