Pompe rotative à ailettes. L'invention a pour objet une pompe rota tive à ailettes, destinée spécialement. à être utilisée dans les installations de transmission d'éner;fies hydrauliques et. comprenant une enveloppe qui contient une chambre de travail de section de forme ovale dans laquelle s'ou vrent une paire d'orifices d'aspiration diamé tralement opposés et une paire d'orifices de refoulement diamétralement opposés, et un rotor disposé dans ladite chambre et présen tant plusieurs rainures dans chacune desquelles une ailette est, susceptible de coulisser de ma nière que son bord extérieur puisse rester en contact avec la paroi périphérique de ladite chambre au cours de la rotation du rotor.
Il a. été constaté que les pompes de ce genre conviennent admirablement comme sources de fluide sous forte pression et qu'elles peuvent travailler dans une gamme très étendue de conditions de travail. Toutefois, leurs possi bilités sont limitées par suite de la forte usure qui se produit entre les extrémités extérieures des ailettes et la paroi périphérique de la chambre de travail.
Cette usure est due en partie à la force centrifuge, mais principale ment à. la pression de refoulement du fluide due jusqu'ici on faisait. agir en permanence sur le bord intérieur des ailettes, au fond des rainures du rotor, afin de maintenir le bord extérieur de chaque ailette en contact. avec la paroi périphérique de la chambre de travail, quelle que soit la pression fort variable ten dant à écarter de ladite paroi le bord extérieur de l'ailette.
Bien qu'un certain degré d'usure soit autorisé à cet endroit, sans que cela nuise au rendement de la pompe, il a été constaté que, lorsqu'on dépasse certaines limites de vi tesse, de pression et de capacité volumétrique, le degré d'usure atteint des proportions telles qu'il devient inadmissible au point de vue économique, du moment que dès lors la durée de la. pompe est trop écourtée pour être com patible avec des applications industrielles. En conséquence, le régime de travail de ce genre de pompe s'est trouvé être limité jusqu'à ce jour à des maxima de l'ordre de 70 kg par centimètre carré pour la pression, de 1800 tours à la minute pour la vitesse et d'environ 228 litres à la minute pour le débit.
Le but de la présente invention est. de per mettre de réduire l'usure précitée des ailettes et, à cet effet, la pompe suivant l'invention est caractérisée en ce qu'au voisinage dudit bord extérieur chaque ailette est profilée de manière à exposer à la pression régnant dans l'espace compris entre cette ailette et celle qui la précède dans le sens de la rotation du rotor une partie de surface telle que la résultante des pressions agissant sur cette partie de sur face tende à écarter ladite ailette de ladite pa roi,
et est caractérisée en outre par une paire de lumières auxiliaires diamétralement oppo sées communiquant avec lesdits orifices d'aspi ration et une paire de lumières auxiliaires diamétralement opposées communiquant avec lesdits orifices de refoulement, ces lumières auxiliaires étant disposées de manière que lors de la rotation du rotor, le fond de chacune des- dites rainures du rotor entre tour à tour en communication avec chacune d'elle, de telle facon que, durant une partie au moins de l'intervalle de temps pendant lequel un espace compris entre deux ailettes successives reste en communication avec chacun des orifices d'aspiration et de refoulement,
les fonds des rainures desdites ailettes soient en communi cation avec une lumière auxiliaire communi quant avec cet orifice.
Une forme d'exécution de la pompe, objet de l'invention, est représentée, à titre d'exem ple, dans le dessin annexé.
La fig. 1 est une coupe axiale de cette forme d'exécution.
La fig. 2 en est une coupe transversale. Les fig. 3 et 4 sont des coupes transver sales, à plus grande échelle, correspondant à la fi-. 2 et montrant les parties dans deux positions différentes.
Les fig. 5 et 6 sont des coupes axiales, à plus grande échelle, correspondant à la fig. 1. La pompe représentée comporte un corps principal de pompe 10 comportant. des pas sages annulaires concentriques 12 et 14 qui communiquent, respectivement, avec des tuyaux de sortie et d'arrivée du liquide. Le corps de pompe 10 est fixé à un support 16 par des boulons 18. Le corps de pompe 10 renferme une cavité cylindrique 20, laquelle est fermée par un couvercle 22 fixé au corps 10 par des boulons 24. Dans des paliers 26 et 28 du corps et du couvercle, respectivement, tourillonne un arbre de commande 30, lequel présente des cannelures 32 en un point. inter médiaire entre les paliers.
A l'intérieur de 'l'a cavité 20 est monté un ensemble comprenant deux disques 34 poum i chacun d'un coussinet 36. Ces disques et ces coussinets sont de bronze, par exemple. Cha que disque 34 est pourvu de quatre orifices 38 et 40 sous forme d'arcs disposés par paires diamétralement opposés. Les orifices 38 du disque de droite à la fig. 6 communiquent. avec le passage de refoulement 12 au moyen de passages désignés par 42. De même, les orifices 40 communiquent avec le passage d'aspiration 14 au moyen de passages simi laires 44 (fia. .5).
La face interne de chaque disque 34 pré sente une paire d'évidements 46 constituant des lumières, qui sont, situés intérieurement par rapport aux orifices 38 et qui sont en coinmu- nieation avec ceux-ci par des rainures 48. Les orifices 38 présentent. à leur extrémité avant, par rapport à la rotation du rotor, une partie de section réduite 50 formée par une rainure ménagée dans la face intérieure-du disque 3-i. A leur extrémité avant, les lumières 46 pré sentent également une partie de section réduite 52 formée par une rainure. Les parties \.\5? des lumières 46 sont un peu plus longues et d'une section transversale bien plus faible que les parties 50 des orifices 38.
Plus près de l'axe central que les orifices 40, chaque disque 34 présente deux lumières 54 qui communiquent avec les orifices 40 par des rainures 56 creusées dans la face externe du disque, comme le montre plus clairement la fig. 5.
Entre les disques 34 est. serré un anneau 58, en acier trempé, on en une fonte de qua lité supérieure. Les disques 34 et cet anneau 58 délimitent la chambre de travail de la pompe. L'anneau 58 présente un alésage de section ovale dont le contour comprend deux arcs de cercle centrés sur l'axe. du rotor, ayant à peu près le même rayon que celui-ci et allant du bord de l'orifice 38 au bord de l'orifice 40, deux autres ares de cercle centrés sur l'axe du rotor, de plus grand rayon, et s'étendant entre les orifices 38 et. 40 et des courbes raccordant entre eux ces ares de cercle.
Dans les coussinets 36 tournent les touril lons d'un rotor 60 traversé et entraîné par l'arbre 30 et disposé entre les disques 34. Ce rotor présente, sur sa. périphérie, un certain nombre de rainures 61. lé-èrement inclinées par rapport. à la direction radiale, de façon que leurs extrémités extérieures soient en avant de leurs extrémités intérieures dans le sens de la rotation. Les extrémités intérieures des rainures coïncident. tout. à tour, pendant la rotation du rotor, avec les lumières 46 et les lumières 54.
Dans chacune des rainures 61 est placée une ailette rectangulaire plate 62, en acier, de même largeur que le rotor et que l'anneau et qui est susceptible de coulisser librement dans la rainure. L'extrémité exté rieure de chaque ailette 62 est biseautée, de manière qu'au voisinage de son bord en con tact avec la paroi de l'alésage de l'anneau, c'est-à-dire la paroi périphérique de la cham bre de travail, chaque ailette présente du côté de l'espace compris entre cette ailette et celle qui la précède dans le sens de rotation du rotor, une surface inclinée. Le biseau forme un bord de contact soit à arête très vive, soit. à arête légèrement émoussée.
La chambre centrale de la pompe dans la quelle est. placé l'arbre 30 communique avec le passage d'entrée 14 par un canal 64 et un joint étanche 66 est prévu en un point voisin du coussinet 28.
L'arbre 30 -étant entraîné dans le sens di rectif (fig. 2, 3 et 4), du liquide est aspiré de manière connue à travers les orifices d'aspi ration 40 dans les espaces entre les ailettes 62. Ce liquide est ensuite refoulé de ces espaces par les orifices de refoulement 38 dans le pas sage de sortie 12 de la pompe.
La disposition des orifices 38 et 40 et des lumières 46 et 54 est telle que tant qu'une chambre comprise entre une paire d'ailettes successives 62 est en communication avec un orifice 38 ou 40, le fond de 'la rainure 61 de l'ailette postérieure (dans le sens de rotation) de la paire reste en communication avec la lumière 46 ou 54 communiquant avec cet orifice. D'autre part, le fond d'une rainure 61 ne quitte une lumière 46 ou 54 que lorsque le fond. de la rainure 61 suivante est. déjà entré en communication avec cette lumière.
Ainsi que le montre la. fig. 3, la. communica tion entre un espace compris entre une paire d'ailettes successives et un orifice d'aspiration 40, et celle entre le fond de la rainure 61 de l'ailette postérieure de la paire et la lumière 54 correspondante sont interrompues simulta nément.. Ensuite, ledit espace entre en com munication avec un orifice de refoulement 38 un peu après que 'le fond de la rainure 61 de ladite ailette postérieure est entré en com munication avec la lumière 46 correspondante. Les communications ont. lieu d'abord par les parties de section réduite 50 et 52 de l'orifice 38 et -de la lumière 46, de sorte que la pression dans ledit espace et dans le fond de la rainure augmente lentement de la pression d'aspiration jusqu'à la pression de refoulement..
La forme des parties de section réduite 50 et 52 est telle que, en considération du volume à com primer dans l'espace considéré et du volume à comprimer au fond de la rainure de l'ailette, la pression engendrée aux deux endroits se forme à la même vitesse et simultanément..
On remarquera qu'en raison de la. partie de surface inclinée, due au biseau, qu'expose chaque ailette 62 à la pression qui règne dans l'espace compris entre cette ailette et celle qui la précède, une force résultante des pres sions agissant sur cette surface inclinée agira sur l'ailette en sens contraire de la, force qui agit sur 'l'ailette vers l'extérieur et qui est due à la pression régnant dans le fond de sa rai nure 61. On peut. s'arranger de façon que ces deux forces s'équilibrent à peu près afin que, pratiquement, la, seule force agissant sur l'ai lette est celle qui est due à la force centrifuge.
On remarquera également que le biseau que présente le bout de l'ailette forme une mince pellicule d'huile qui facilite le graissage du point de contact entre le bord extérieur de l'ailette et la paroi de l'alésage de l'anneau.
Rotary vane pump. The object of the invention is a specially designed rotary vane pump. to be used in power transmission installations; hydraulic fies and. comprising a casing which contains a working chamber of oval-shaped cross section into which open a pair of diametrically opposed suction ports and a pair of diametrically opposed discharge ports, and a rotor disposed in said chamber and presenting several grooves in each of which a fin is capable of sliding so that its outer edge can remain in contact with the peripheral wall of said chamber during the rotation of the rotor.
He has. It has been found that pumps of this kind are admirably suited as sources of fluid under high pressure and that they can work under a very wide range of working conditions. However, their possibilities are limited due to the strong wear which occurs between the outer ends of the fins and the peripheral wall of the working chamber.
This wear is due in part to centrifugal force, but mainly to. the discharge pressure of the fluid due so far was made. act permanently on the inner edge of the fins, at the bottom of the grooves of the rotor, in order to keep the outer edge of each fin in contact. with the peripheral wall of the working chamber, regardless of the highly variable pressure tending to move the outer edge of the fin away from said wall.
Although a certain degree of wear is permitted at this location, without affecting the performance of the pump, it has been observed that, when certain limits of speed, pressure and volumetric capacity are exceeded, the degree wear reaches proportions such that it becomes unacceptable from an economic point of view, as long as the duration of the. pump is too short to be compatible with industrial applications. Consequently, the working speed of this type of pump has been limited until now to maxima of the order of 70 kg per square centimeter for the pressure, 1800 revolutions per minute for the speed and of about 228 liters per minute for flow.
The aim of the present invention is. to make it possible to reduce the aforementioned wear of the fins and, to this end, the pump according to the invention is characterized in that in the vicinity of said outer edge each fin is profiled so as to expose to the pressure prevailing in the space between this fin and that which precedes it in the direction of rotation of the rotor, a surface part such that the resultant of the pressures acting on this surface part tends to move said fin away from said pa king,
and is further characterized by a pair of diametrically opposed auxiliary ports communicating with said suction ports and a pair of diametrically opposed auxiliary ports communicating with said discharge ports, these auxiliary ports being arranged so that upon rotation of the rotor, the bottom of each of said grooves of the rotor enters in turn into communication with each of them, so that, during at least part of the time interval during which a space between two successive fins remains in communication with each of the suction and discharge ports,
the bottoms of the grooves of said fins are in communication with an auxiliary light communicating with this orifice.
An embodiment of the pump, object of the invention, is shown, by way of example, in the accompanying drawing.
Fig. 1 is an axial section of this embodiment.
Fig. 2 is a cross section thereof. Figs. 3 and 4 are dirty cross sections, on a larger scale, corresponding to fi-. 2 and showing the parts in two different positions.
Figs. 5 and 6 are axial sections, on a larger scale, corresponding to FIG. 1. The pump shown comprises a main pump body 10 comprising. concentric annular steps 12 and 14 which communicate, respectively, with the liquid outlet and inlet pipes. The pump body 10 is fixed to a support 16 by bolts 18. The pump body 10 contains a cylindrical cavity 20, which is closed by a cover 22 fixed to the body 10 by bolts 24. In bearings 26 and 28 of the body and cover, respectively, journals a drive shaft 30, which has splines 32 at one point. intermediate between the levels.
Inside the cavity 20 is mounted an assembly comprising two disks 34 each of a pad 36. These disks and these pads are of bronze, for example. Each disc 34 is provided with four orifices 38 and 40 in the form of arcs arranged in diametrically opposed pairs. The holes 38 of the right disc in fig. 6 communicate. with the discharge passage 12 by means of passages designated by 42. Likewise, the orifices 40 communicate with the suction passage 14 by means of similar passages 44 (fia. 5).
The internal face of each disc 34 presents a pair of recesses 46 constituting openings, which are located internally with respect to the orifices 38 and which are in conjunction therewith by grooves 48. The orifices 38 present. at their front end, relative to the rotation of the rotor, a portion of reduced section 50 formed by a groove formed in the inner face of the disc 3-i. At their front end, the slots 46 also have a portion of reduced section 52 formed by a groove. The parts \. \ 5? lumens 46 are a bit longer and of a much smaller cross section than portions 50 of orifices 38.
Closer to the central axis than the orifices 40, each disc 34 has two openings 54 which communicate with the orifices 40 by grooves 56 cut into the outer face of the disc, as shown more clearly in FIG. 5.
Between the discs 34 is. tightened a ring 58, of hardened steel, one of a superior quality cast iron. The discs 34 and this ring 58 delimit the working chamber of the pump. The ring 58 has a bore of oval section, the contour of which comprises two arcs of a circle centered on the axis. of the rotor, having approximately the same radius as this one and going from the edge of the orifice 38 to the edge of the orifice 40, two other ares of circle centered on the axis of the rotor, of greater radius, and extending between the orifices 38 and. 40 and curves connecting these ares of circle to each other.
In the bearings 36 turn the journals of a rotor 60 traversed and driven by the shaft 30 and disposed between the discs 34. This rotor has, on its. periphery, a number of grooves 61. Lé-ément inclined relative. in the radial direction, so that their outer ends are in front of their inner ends in the direction of rotation. The inner ends of the grooves coincide. all. in turn, during the rotation of the rotor, with the lights 46 and the lights 54.
In each of the grooves 61 is placed a flat rectangular fin 62, made of steel, of the same width as the rotor and the ring and which is capable of sliding freely in the groove. The outer end of each fin 62 is bevelled so that in the vicinity of its edge in contact with the wall of the bore of the ring, that is to say the peripheral wall of the chamber. working, each fin has, on the side of the space between this fin and that which precedes it in the direction of rotation of the rotor, an inclined surface. The bevel forms a contact edge either with a very sharp edge, or. slightly blunt ridge.
The central chamber of the pump in which is. placed the shaft 30 communicates with the inlet passage 14 by a channel 64 and a seal 66 is provided at a point close to the bearing 28.
The shaft 30 being driven in the di rective direction (fig. 2, 3 and 4), liquid is sucked in a known manner through the suction openings 40 into the spaces between the fins 62. This liquid is then sucked up in a known manner. discharged from these spaces through the delivery orifices 38 in the wise outlet 12 of the pump.
The arrangement of the orifices 38 and 40 and of the slots 46 and 54 is such that as long as a chamber between a pair of successive fins 62 is in communication with an orifice 38 or 40, the bottom of the groove 61 of the posterior fin (in the direction of rotation) of the pair remains in communication with the lumen 46 or 54 communicating with this orifice. On the other hand, the bottom of a groove 61 leaves a slot 46 or 54 only when the bottom. of the following groove 61 is. already entered into communication with this light.
As shown in. fig. 3, the. communication between a space between a pair of successive fins and a suction orifice 40, and that between the bottom of the groove 61 of the rear fin of the pair and the corresponding slot 54 are simultaneously interrupted. Then , said space enters into communication with a discharge port 38 a little after the bottom of the groove 61 of said posterior fin has entered into communication with the corresponding port 46. Communications have. firstly through the reduced section parts 50 and 52 of the orifice 38 and the lumen 46, so that the pressure in said space and in the bottom of the groove slowly increases from the suction pressure up to at discharge pressure.
The shape of the parts of reduced section 50 and 52 is such that, taking into account the volume to be compressed in the space considered and the volume to be compressed at the bottom of the groove of the fin, the pressure generated at the two locations is formed at the same speed and simultaneously ..
It will be noted that due to the. part of inclined surface, due to the bevel, which each fin 62 exposes to the pressure prevailing in the space between this fin and that which precedes it, a force resulting from the pressures acting on this inclined surface will act on the fin in the opposite direction to the force which acts on the fin outwards and which is due to the pressure prevailing in the bottom of its groove 61. It is possible. arrange so that these two forces are more or less balanced so that, in practice, the only force acting on the blade is that which is due to the centrifugal force.
It will also be noted that the bevel presented by the end of the fin forms a thin film of oil which facilitates the lubrication of the point of contact between the outer edge of the fin and the wall of the bore of the ring.