CH629681A5

CH629681A5 - Pompe a engrenage destinee a melanger un gaz et un liquide et procede de mise en action de cette pompe.

Info

Publication number: CH629681A5
Application number: CH206779A
Authority: CH
Inventors: William M Hamilton; Charles H Scholl; Jeffrey J Kruke; Larry D Akers
Original assignee: Nordson Corp
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1982-05-14
Also published as: FR2419103B1; SE443841B; IT7920830A0; JPS54129566A; DE2908955A1; US4193745A; GB2016086A; GB2016086B; IT1166676B; DE2908955C2; JPS6024318B2; FR2419103A1; SE7901910L; CA1134674A

Description

La présente invention concerne une pompe à engrenage destinée à mélanger un gaz et un liquide, par exemple à disperser uniformément un gaz dans un adhésif en fusion de manière à produire une solution du gaz dans le liquide.

On a découvert récemment que la résistance d'une liaison adhésive entre deux substrats, pour une quantité donnée d'un adhésif sélectionné fondant à chaud, peut être sensiblement augmentée si l'on utilise l'adhésif sous la forme d'une mousse cellulaire plutôt que suivant la manière classique, c'est-à-dire en fusion, mais non sous forme de mousse. Cette découverte est décrite en détail dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 4059466 etN° 4059714. Comme décrit dans ces brevets, l'accroissement de la résistance de la liaison, obtenu avec un adhésif fondant à chaud lorsqu'il est utilisé sous la forme d'une mousse, résulte au moins en partie du fait que la mousse peut être étendue, sous les mêmes conditions de pression, sur une surface supérieure à celle pouvant être recouverte d'un même poids d'adhésif non moussant. Il est également apparu que la mousse .présente, après avoir été déposée sur un premier substrat, un plus long délai d'application pendant lequel ce premier substrat peut être lié efficacement à un second substrat sous pression, alors que le temps de prise est plus court, c'est-à-dire que la mousse durcit et adhère plus rapidement après qu'elle a été comprimée entre les deux substrats. Ces caractéristiques sont avantageuses dans de nombreuses applications des adhésifs fondant à chaud.

Des mousses d'adhésif fondant à la chaleur peuvent être produites par mélange d'un gaz sous pression tel que de l'air ou de l'azote avec un adhésif en fusion. Lorsque le mélange de gaz et d'adhésif liquide est ensuite distribué, par exemple au moyen d'un pistolet ou distributeur d'adhésif classique du type à soupape, le gaz forme de petites bulles dans la masse d'adhésif de manière à en augmenter le volume en formant une mousse. Si on laisse cette mousse à l'état non comprimé, elle durcit en emprisonnant dans sa masse les cellules d'air ou de tout autre gaz réparties dans ladite masse. Cependant, si la mousse est pressée entre deux substrats avant d'être refroidie, une partie importante des bulles est écrasée, le gaz est en grande partie expulsé de l'adhésif et ce dernier présente alors les caractéristiques avantageuses indiquées précédemment.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4059714 précité indique qu'il est avantageux d'utiliser une pompe à engrenage pour disperser le gaz dans l'adhésif liquide en fusion. Ce brevet décrit des pompes à engrenage à un seul étage et à deux étages, utilisant des paires de pignons droits engrenant l'un avec l'autre et logés dans des chambres de pompage. L'adhésif thermoplastique est mis en fusion dans un réservoir et il est introduit sous forme liquide dans la chambre de pompage au moyen d'un orifice d'entrée situé entre les deux pignons,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

629681

en un point auquel les dents de ces pignons se dégagent juste les unes des autres. Dans une forme de réalisation, deux orifices d'entrée de gaz sont utilisés, à savoir un orifice associé à chacune des cavités ou chacun des lobes formés par la chambre de pompage, et contenant un pignon. Chaque orifice d'entrée de gaz débouche dans la cavité correspondante de la chambre de pompage en un point situé à une certaine distance en aval (c'est-à-dire dans le sens de rotation du pignon) de l'orifice d'entrée de liquide, et il est séparé de cet orifice d'entrée de liquide par une ou plusieurs dents du pignon. Le liquide et le gaz pénètrent dans les espaces délimités entre les dents des pignons respectifs et ils sont entraînés, à l'intérieur de ces espaces, le long de la périphérie de la chambre de pompage, avec la rotation des pignons. Dans la chambre de pompage, le gaz et le liquide sont mélangés et le gaz est placé à force en solution, vraisemblablement réelle, dans le liquide. A l'orifice de sortie, à proximité duquel les dents entrent de nouveau en prise, lorsqu'une dent d'un pignon pénètre dans l'espace interdentaire du pignon opposé, le liquide contenu dans cet espace en est refoulé à force. La solution de gaz et d'adhésif liquide est refoulée, sous la pression de sortie de la pompe, vers un distributeur d'adhésif du type à soupape au moyen duquel l'adhésif peut être distribué sélectivement à la pression atmosphérique.

La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 874333, déposée le 1er février 1978 par Akers et Scholl sous le titre «Hot Melt Adhesive Foam Pump System», décrit une pompe à engrenage à deux étages perfectionnée. Le premier étage constitue une pompe de dosage de liquide qui alimente à un débit constant le second étage en adhésif fondu. Le gaz n'est ajouté que dans le second étage au liquide provenant du premier étage. Cet appareil est moins sensible aux variations de viscosité de l'adhésif et à la vitesse des pompes, et il permet d'obtenir une meilleure uniformité de la densité de la mousse produite et du débit auquel l'adhésif sort d'un distributeur relié à la pompe.

Dans le second étage de cette pompe où le gaz et le liquide sont d'abord amenés en contact et mélangés, l'adhésif en fusion et le gaz sont introduits au moyen d'orifices séparés et espacés, l'orifice d'entrée du liquide étant situé en amont des orifices correspondants d'entrée de gaz. Comme décrit dans la demande précitée, l'adhésif en fusion est d'abord introduit dans les espaces interdentaires correspondants, puis le volume restant libre de ces espaces est rempli de gaz, ce qui assure le remplissage desdits espaces avec l'adhésif et le gaz dans le rapport souhaité. Si on remplissait d'abord les espaces interdentaires de gaz, la compressibilité de ce dernier risquerait de provoquer la formation d'une bulle pouvant occuper sensiblement la totalité de l'espace. Cette bulle résisterait alors à l'introduction de l'adhésif liquide dans l'espace interdentaire et pourrait conduire à une élévation du rapport gaz/liquide et à un manque d'homogénéité de la mousse.

En général, les adhésifs fondant à la chaleur sont extrêmement visqueux lorsqu'ils sont en fusion. Leur consistance dans les conditions d'utilisation est communément analogue à celle du verre en fusion ou des mélasses. Ils s'écoulent difficilement par rapport à d'autres matières et les caractéristiques d'écoulement d'un grand nombre de ces adhésifs ne sont pas newtoniennes. De plus, la viscosité de tout adhésif donné varié fortement avec la température. Etant donné qu'une pompe donnée peut être mise en œuvre avec une certaine gamme d'adhésifs différents, à des températures différentes, à des rapports gaz/liquide et des pressions différents et suivant des cycles de production différents, il est souhaitable de disposer d'une pompe pouvant produire la mousse avec un degré d'uniformité élevé, dans toutes les diverses conditions de travail pouvant être rencontrées.

L'invention vise à réaliser une pompe à engrenage du type précité améliorant l'uniformité de la dispersion d'un gaz dans un liquide, en particulier d'un gaz inerte dans un adhésif fondant à la chaleur et ne démandant aucun mouvement d'entrée ou aucune énergie autre que celle nécessaire à la rotation des pignons.

A cet effet, la pompe à engrenage selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend des orifices séparés d'admission de gaz et de liquide débouchant dans la chambre de pompage pour communiquer avec des espaces interdentaires de pignons, l'orifice d'admission du gaz étant situé en aval de l'orifice d'admission de liquide, une série s d'évidements, débouchant dans la chambre de pompage, étant formés dans une surface de cette chambre et étant espacés le long du trajet suivi par les dents de l'un des pignons, les espaces interdentaires du pignon étant alternativement ouverts et fermés vis-à-vis des évidements successifs lorsque le pignon tourne.

io Pour la mise en action de cette pompe, l'invention prévoit un procédé qui est caractérisé en ce qu'on introduit le gaz dans un espace interdentaire à une position séparée de celle à laquelle le liquide est introduit dans un espace interdentaire, et en ce qu'on met rapidement en communication et hors communication les espaces 15 interdentaires avec les évidements débouchant dans la chambre de pompage pendant au moins une partie du trajet du liquide entre l'entrée et la sortie de la pompe de manière à puiser le mélange du liquide et du gaz pour augmenter l'effet de mélange.

En général, comme c'est le cas des pompes à engrenage à gaz-20 liquide de l'art antérieur, lorsqu'une quantité donnée de gaz et de liquide est introduite dans un espace interdentaire donné, cet espace est ensuite fermé à peu près hermétiquement (par les parois de la chambre de pompage) en se déplaçant vers l'orifice de sortie. Aucune force autre que celles résultant de la rotation du pignon n'agit sur le 25 fluide contenu dans cet espace.

L'invention utilise un principe consistant à soumettre à des pulsations le mélange de fluides contenus dans les espaces interdentaires lorsque ces derniers se déplacent de l'entrée vers la sortie, ce qui accroît les forces de mélange. Ce résultat est obtenu par la mise en 30 communication brève et rapide de chaque espace interdentaire avec les petites chambres débouchant dans la cavité de pompage et contenant chacune une certaine quantité du mélange de gaz et de liquide. Bien que le mécanisme précis du mélange produit par ces pulsations cycliques ne soit pas totalement compris, on a observé que 35 les mousses produites à l'aide de ces pompes présentent un degré d'uniformité exceptionnellement élevé. De plus, l'utilisation d'un tel mélangeur permet de mélanger une plus grande proportion de gaz avec un adhésif en fusion sans crachements indiquant autrement la présence de gaz non dissous.

40 Les évidements fixes débouchent dans la chambre de pompage et sont disposés de manière à être balayés ou franchis les uns à la suite des autres par les dents du pignon correspondant lorsque ce dernier tourne. Le découvrement intermittent (vis-à-vis des espaces interdentaires) de ces cavités, lorsque les dents du pignon les franchissent, 45 semble provoquer une turbulence dans le liquide et le gaz contenus dans les espaces interdentaires, ce qui favorise la dispersion du gaz dans le liquide. Les évidements se présentent, de préférence, sous la forme d'évidements ou de trous borgnes ou de cavités peu profondes réalisés dans les plaques délimitant la chambre de pompage, sur les 50 faces de ces plaques opposées aux pignons. Des groupes séparés de cavités sont de préférence réalisés, à savoir un groupe proche de l'entrée et un autre groupe proche dé la sortie de chaque lobe ou logement de pignon.

Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits plus en 55 détail en regard dçs dessins annexés sur lesquels:

— la fig. 1 est une élévation schématique, avec coupe axiale partielle, d'une pompe à engrenage à deux étages comportant un mélangeur d'entrée et un mélangeur de sortie;

— la fig. 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 ; 60 — la fig. 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la fig. 1 ;

— la fig. 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la fig. 1 ;

— la fig. 5 est une coupe partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 5-5 de la fig. 4;

— la fig. 6 est une coupe partielle, à échelle agrandie, analogue à 65 celle de la fig. 3, montrant en superposition et dans les emplacements préférés les cavités de mélange d'entrée et de sortie par rapport aux orifices d'entrée et de sortie "du second étage de la pompe;

— la fig. 7 est une coupe horizontale partielle d'une variante, et

629 681

4

— la fig. 8 est une coupe horizontale partielle d'une autre variante, dans laquelle les cavités de mélange sont réalisées dans un pignon d'une pompe à engrenage à trois pignons.

La pompe représentée globalement sur la fig. 1 est sensiblement analogue à celle montrée sur la fig. 2 de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 874333 précitée, cette demande décrivant ladite pompe plus en détail:

On peut décrire brièvement cette pompe à engrenage à deux étages en indiquant qu'un courant d'alimentation constitué d'adhésif fondant à la chaleur arrive à une entrée ou admission 9 de la pompe à l'état fondu et pénètre par un canal intérieur (non représenté), réalisé dans une plaque d'admission 10 du premier étage, à un premier étage de pompage situé à l'intérieur du premier plateau 11. Ce premier étage, ainsi que le second étage de pompage décrit ci-après, comportent deux pignons à denture droite, en prise l'un avec l'autre. Un premier pignon de chaque étage est relié à un arbre 12 qui le commande et qui est mis en rotation par un mécanisme de commande à moteur (non représenté). Aucun gaz n'est mélangé avec le liquide en fusion à l'intérieur du premier étage de cette forme de réalisation. Le premier étage refoule le liquide en fusion vers un orifice de sortie du premier étage, représenté en 13 en traits pointillés, se présentant sous la forme d'un évidement réalisé dans la face supérieure d'une plaque 14 séparant le premier étage du second étage. Le liquide s'écoule de l'orifice 13 dans un alésage diagonal 15 vers un alésage 16 d'admission du second étage, tous ces alésages et l'orifice 13 étant réalisés dans la plaque 14.

Comme représenté sur la fig. 3, le second étage de la pompe de cette forme de réalisation comporte deux pignons 48 et 49 qui tournent dans des lobes ou logements respectifs 50 et 51 faisant partie d'une chambre de pompage 17 réalisée dans le plateau 18 du second étage. Pour plus de clarté, les pignons ne sont pas représentés dans la chambre de pompage 17 sur la fig. 1, mais ils sont représentés sur la fig. 6.

Dans le second étage, l'adhésif liquide arrivant par l'orifice 16 est mélangé avec un gaz qui arrive à ce second étage en provenance d'une source représentée schématiquement en 19, au moyen d'un canal 20, comme décrit plus en détail dans la demande précitée. Le canal d'admission 20 du gaz comporte un clapet de retenue 21 empêchant l'adhésif de s'écouler par le canal 20 vers la source 19 . Plusieurs canaux d'admission de gaz, dont l'extrémité amont de l'un est représentée en 22 sur la fig. 1, partent du côté aval du clapet de retenue 21 et aboutissent à la chambre de pompage 17 comme décrit ci-après.

Dans le second étage de la pompe, le gaz est dispersé complètement ou de manière homogène dans l'adhésif fondu et liquide, comme décrit ci-après. Le mélange obtenu, que l'on peut considérer comme étant sous la forme d'une véritable solution, est dirigé vers un canal de sortie 23 du second étage, réalisé dans un plateau de sortie 24 du second étage.

Les diverses plaques ou les divers plateaux 10,11,14,18 et 24, cités précédemment, sont empilés les uns sur les autres au moyen de manchons d'alignement 32 et 33 (fig. 1) et ils sont fixés les uns aux autres, de manière à former un sous-ensemble, à l'aide de boulons 25 (fig. 2 à 4). Le sous-ensemble à plateaux est fixé à un collecteur 26 au moyen de boulons de montage 30 et 31 qui passent dans les manchons 32 et 33 d'alignement des plateaux, respectivement.

Le collecteur 26 présente un canal de sortie 35 qui part de l'orifice de sortie 23 du second étage, réalisé dans la plaque 24, et qui est relié à un distributeur 36 à soupape pouvant être un pistolet de type connu, commandé à la main ou à l'aide d'une bobine. Un conduit 37 de retour ou de recyclage part du distributeur 36, passe par un dispositif d'étranglement 39 variable et aboutit à un canal de recyclage 39 situé à l'intérieur du collecteur 26. Ce canal 39 passe à travers les plateaux 24,18 et 14 et il ramène le mélange recyclé à l'entrée des pignons du premier étage, comme décrit plus en détail dans la demande précitée. Une soupape de sûreté 40 représentée schématiquement sur la fig. 1, est montée entre le canal de sortie 35 et le canal de recyclage 39 afin d'empêcher la pression du circuit de dépasser une limite maximale prédéterminée.

Dans la forme de réalisation de pompe à engrenage à deux étages représentée sur les fig. 1 à 6, le mélangeur est utilisé dans le second 5 étage où le gaz et le liquide sont amenés en contact et mélangés. Dans cet étage, deux pignons 48 et 49 (fig. 3) tournent dans des lobes ou logements 50 et 51 se chevauchant, réalisés dans le plateau 18 et formant ensemble la chambre de pompage 17. Cette dernière est fermée à sa partie supérieure et à sa partie inférieure par les plateaux io 14 et 24, respectivement. L'un des pignons, à savoir le pignon 48, est le pignon menant et est claveté sur l'arbre de commande 12. En cours de fonctionnement, ce pignon 48 est mis en rotation dans le sens indiqué par la flèche 52. Le pignon mené 49 est monté sur un axe 53 tournant librement. Il engrène avec le pignon 48 dans une zone 55 15 représentée en traits mixtes sur la fig. 6 et correspondant au chevauchement ou à l'intersection des logements 50 et 51. Le pignon 49 est mis en rotation dans le sens indiqué par la flèche 54.

Lorsque les pignons tournent, leurs dents entrent successivement en prise les unes avec les autres en un point 56, situé à une première 20 extrémité de la zone 55 d'engrènement, et elles se dégagent les unes des autres en un point 57 situé à l'autre extrémité de la zone 55 (fig. 6). Ainsi, la zone située à proximité du point 57 constitue la zone d'admission dans laquelle les espaces interdentaires 58 s'ouvrent lorsque les dents des pignons se dégagent les unes des autres sur le 25 côté à basse pression, ces espaces 58 se remplissant alors de la matière en fusion arrivant par l'orifice d'admission 16. Lorsque les pignons tournent dans le sens indiqué par les flèches 52 et 54, le fluide introduit dans les espaces interdentaires 58 est transporté de la zone d'admission 57 sur le pourtour des logements 50 et 51 en passant 30 dans une zone de transfert 59 et jusqu'au point 56. Lorsqu'une dent d'un pignon pénètre dans un espace interdentaire 58 du pignon opposé, elle refoule progressivement le fluide de cet espace et la zone 56 constitue donc la zone de sortie du second étage. Cette zone 56 communique avec une rainure de décharge 60 réalisée dans le plateau 35 18 et qui, elle-même, communique avec un canal de sortie 23 réalisé dans le plateau de sortie 24 du second étage (fig. 1 et 4).

Le liquide est introduit dans le second étage par le côté supérieur de celui-ci (dans l'orientation de la fig. 1) en passant dans l'orifice 16 situé à proximité immédiate de la zone d'admission 57 de la pompe 40 (fig. 6). Le gaz est introduit sensiblement en aval, par rapport au sens indiqué par les flèches 52 et 54, de l'orifice d'admission 16 de liquide. En particulier, le gaz est introduit dans les logements 50 et 51 de la chambre de pompage au moyen d'orifices d'admission 65 et 66, respectivement. Ces orifices sont des trous réalisés dans la surface 45 supérieure 75 du plateau 24 (fig. 4). Chacun de ces trous est alimenté par le canal 20 et par l'intermédiaire de l'un des canaux séparés 22 de bifurcation réalisés dans le plateau 24 (fig, 5).

Les positions préférées des orifices d'admission 65 et 66 par rapport à la course des dents des pignons 48 et 49 sont représentées so en détail et à échelle agrandie sur la fig. 6. Chaque orifice est de préférence situé à une certaine distance en aval (par rapport au sens indiqué par les flèches 52 et 54) de l'orifice d'admission 16 de liquide, cette distance étant à peu près égale à l'intervalle compris entre deux dents.

55 Les orifices 65 et 66 sont de préférence centrés à peu près sur le cercle primitif 69 des pignons 48 et 49, et leurs bords situés radialement à l'extérieur se trouvent à peu près sur la circonférence des logements 50 et 51 (fig. 6). Le diamètre de chacun des orifices 65 et 66 est supérieur à la largeur d'une dent, mesurée sur le cercle 60 primitif. A titre d'exemple, dans le cas d'un pignon réalisé au pas anglais de 16, comportant vingt dents et ayant un diamètre primitif de 32 mm, le diamètre des orifices 65 et 66 est de préférence d'environ 3,55 mm. Bien que le diamètre et les positions indiqués pour ces orifices 65 et 66 ne soient pas critiques par rapport aux dimensions 65 des pignons, les valeurs indiquées constituent la forme préférée de réalisation comme expliqué ci-après. Comme indiqué précédemment, les orifices 65 et 66 sont situés à une certaine distance en aval de l'orifice d'admission 16 du liquide, cette distance étant égale à peu

5

629681

près à l'entraxe des dents des pignons, afin que deux dents soient toujours situées entre les orifices d'admission du gaz et du liquide.

Plusieurs éléments de mélange sont réalisés entre les orifices d'admission 65 et 66 du gaz et l'orifice d'admission 16 du liquide. Ces éléments de mélange se présentent sous la forme de trous borgnes 71 et 72 disposés en quinconce ou décalés diagonalement sur les surfaces 74 et 75 des plateaux 14 et 24 formant les parties supérieure et inférieure de la chambre de pompage (fig. 1). Tous ces trous borgnes

71 et 72 ont de préférence le même diamètre que les orifices d'admission 65 et 66 de gaz, et ils sont tous situés sur le cercle primitif 69. En d'autres termes, les trous borgnes ont les mêmes dimensions et la même position radiale que les orifices 65 et 66. Cependant, à la différence de ces orifices 65 et 66, ils sont borgnes, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas reliés à des canaux réalisés dans les plateaux.

Il est préférable d'utiliser au moins deux trous de mélange (pouvant être présentés par les surfaces opposées 74 et 75 afin que leurs effets s'équilibrent) entre chaque orifice d'admission de gaz et l'orifice d'admission 16 de liquide. Dans la forme de réalisation montrée sur la fig. 2, quatre trous de mélange 71a, 71b et 71c, 71d sont réalisés dans la surface 74 du plateau 24, deux trous débouchant dans chacun des logements 50 et 51. Quatre trous 72a, 72b, 72c et 72d sont également réalisés dans la surface 75, deux trous débouchant dans chacun des logements.

L'angle formé entre les trous adjacents réalisés sur le même plateau est de préférence inférieur à l'angle formé entre les dents adjacentes des pignons, et il est de préférence inférieur d'environ 2° à ce dernier angle. Les trous 72 du plateau 24 occupent des positions circonférentielles situées à mi-distance entre les centres des trous 71 du plateau 14. Autrement dit, les trous opposés sont intercalés comme montré sur la fig. 6. Les trous 72a et 72c, les plus proches de l'orifice d'admission 16 de liquide, communiquent l'un avec l'autre dans le plateau 24 et sont décalés, sur une distance correspondant à environ la moitié de leur diamètre, de l'orifice d'admission 16 de liquide réalisé dans le plateau 14 (fig. 1 et 6). Il convient de noter, en regard de la fig. 4, que la distance comprise entre l'un ou l'autre des orifices d'admission 65 et 66 de gaz.et le trou adjacent 72b ou 72d est à peu près égale à celle comprise entre chaque trou et le trou voisin 72a ou 72c. Les trous peuvent être réalisés par perçage sur une profondeur d'environ 0,75 mm.

La présence des trous de mélange 71 et 72 permet d'accroître de manière surprenante l'uniformité du mélange du gaz dans le liquide. Comme indiqué précédemment, les trous sont borgnes, c'est-à-dire qu'ils ne conduisent nulle part et que rien n'y pénètre. Il est possible d'expliquer ces résultats de la manière suivante: chaque espace interdentaire 58 prélève une quantité dosée de liquide en passant devant l'orifice d'admission 16 de liquide. Le volume de liquide ne remplit pas totalement cet espace. Comme indiqué dans la demande précitée, le second étage de la pompe a une cylindrée qui est supérieure au volume du liquide qu'il reçoit du premier étage, de manière à pouvoir recevoir également le volume de gaz nécessaire. Le gaz est introduit au moyen des orifices 65 et 66 sous une pression pouvant atteindre 3,15 bar. La condition d'admission n'étant pas satisfaite, c'est-à-dire les espaces interdentaires n'étant pas totalement remplis, le gaz s'écoule en sens contraire de celui de la rotation des pignons et il remplit le volume libre restant des espaces interdentaires. Etant donné que les trous ou cavités de mélange 71 et

72 ont une largeur supérieure à celle des dents des pignons, chaque dent est chevauchée par une cavité lorsqu'elle passe devant cette dernière. La cavité établit ainsi un court-circuit contournant la dent (et menant de son flanc avant à son flanc arrière) et par lequel la pression du gaz est répercutée en arrière (vers l'amont), au-delà de la dent, jusqu'à l'espace interdentaire suivant. Cette pulsation de pression ou pointe de pression tend à accroître les mouvements du gaz par rapport au liquide dans chacun des espaces 58 et, par conséquent, à améliorer le mélange. En particulier, comme montré sur la fig. 6, le gaz introduit par l'orifice 66 d'admission dans l'espace interdentaire 58a peut se détendre et pénétrer dans la cavité de mélange 71d et, lorsque la dent 61a passe au-dessus de cette cavité

71d, la pression de gaz régnant dans cette dernière est transmise au-delà de la dent, jusqu'à l'espace interdentaire suivant 58b qui lui-même la transmet à la cavité opposée 72d et ainsi de suite. Par conséquent, le gaz s'écoule vers l'arrière, c'est-à-dire vers l'amont par rapport au sens de rotation des pignons, vers l'orifice d'admission 16 de liquide. Ce cycle de mouvements et de pressions fait apparaître une turbulence qui améliore le mélange du liquide et du gaz dans les espaces interdentaires respectifs.

Il convient de noter qu'il n'est pas nécessaire que les trous de mélange 71 et 72 s'étendent sur une grande distance en aval de l'orifice d'admission 16 du liquide ou au-delà des positions des orifices d'admission 65 et 66 du gaz. La position, la forme, le nombre et le diamètre précis de ces trous ne sont en fait pas particulièrement critiques. En général, les trous de mélange doivent être disposés de manière à établir une communication irrégulière (lors du passage des dents en rotation) avec les espaces interdentaires.

Les cavités ou trous de mélange décrits ci-dessus peuvent être appelés éléments de mélange à l'admission, car ils sont proches des orifices d'admission du gaz et du liquide. En variante, et de préférence en plus des éléments de mélange à l'admission, il est possible d'utiliser un groupe séparé de cavités ou de trous de mélange plus proches de la zone de sortie 56 du second étage de la pompe et situés en amont de cette zone 56. Ces trous peuvent être appelés éléments de mélange à la sortie. De même que les éléments de mélange à l'admission, les éléments de mélange à la sortie se présentent de préférence sous la forme de trous borgnes réalisés dans les surfaces 74 et 75 des plateaux 14 et 24, respectivement. Cependant, ces trous sont situés en amont de la rainure de décharge 60.

La forme de réalisation représentée présente plusieurs cavités ou trous de mélange 80 en sortie, réalisés dans le plateau 14, de part et d'autre de la zone de sortie 56 (fig. 2 et 6). Le plateau 24, situé sur le côté inférieur des pignons du second étage, présente plusieurs autres cavités ou trous 81 réalisés de part et d'autre de la zone 56 (fig. 4 et 6). De même que les cavités de mélange à l'admission, les cavités 80 et 81 sont borgnes; elles peuvent être très peu profondes et elles ne traversent pas les plateaux pour communiquer avec des canaux. Ces cavités peuvent être de préférence plus petites que les cavités d'admission, bien que cela ne soit pas critique. En se reportant aux exemples de dimensions indiqués ci-dessus pour la pompe, les cavités de sortie peuvent se présenter sous la forme de trous de 0,75 mm de profondeur et 2,18 mm de diamètre, alors que les trous situés à l'admission ont une profondeur de 0,75 mm et un diamètre de 3,55 mm. Les centres des trous 80 et 81 peuvent être situés sur le cercle primitif ou à proximité du cercle primitif des pignons 48 et 49, de manière que le bord de ces trous, situé radialement à l'intérieur, se trouve sensiblement à la même distance radiale que les fonds des espaces interdentaires. Alors que les trous de mélange à l'admission peuvent avoir des diamètres supérieurs à la largeur des dents des pignons pour permettre au gaz de s'écouler vers l'arrière et vers l'admission, les trous de mélange 80 et 81 à la sortie ont des diamètres inférieurs à la largeur des dents des pignons, de manière qu'aucun de ces trous ne dépasse de part et d'autre d'une dent ou ne chevauche une dent passant au-dessus de lui. Autrement dit, la largeur d'une dent de pignon passant au-dessus d'un trou situé à la sortie est plus grande que le diamètre de ce trou. On évite ainsi à la pression de sortie de contourner les dents des pignons. Les cavités réalisées dans les plateaux 14 et 24 sont de préférence décalées, comme montré sur la fig. 6. A titre d'exemple, dans le cas d'une pompe comportant des pignons à vingt dents, d'un pas anglais de 16 et d'un diamètre primitif de 32 mm, les centres des trous opposés 80 et 81 peuvent être espacés d'environ 7°, cet angle étant mesuré au centre du pignon, de manière que l'espacement des trous voisins réalisés dans le même plateau soit légèrement inférieur à l'espacement de 18° des dents adjacentes des pignons. La cavité en sortie située le plus en aval (à savoir les cavités 81a et 81h sur la fig. 6) peut former un angle de 45° avec une ligne imaginaire passant par les centres des pignons, et l'arc compris entre ces cavités et les cavités situées le plus en amont peut être avantageusement d'environ 90°.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

629681

On pense qu'en cours de fonctionnement, alors que les dents des pignons en rotation ferment et ouvrent les trous de mélange situés en sortie, le gaz contenu dans les espaces interdentaires respectifs se détend apparemment ou se déplace vers les trous. Ces pulsations créent une turbulence et un mouvement du fluide à l'intérieur de l'espace, ce qui tend à améliorer le mélange.

L'amélioration du mélange est démontrée par le fait qu'il est possible d'obtenir des rapports gaz/liquide plus élevés sans produire de crachements dans le cas où les éléments de mélange décrits sont, utilisés dans une pompe donnée. Il est possible d'obtenir des rapports gaz/liquide atteignant 3,0 sans apparition de crachements dans le jet produit par un pistolet à matière en fusion. Ainsi, on produit une mousse dont la densité peut varier sur une plage beaucoup plus large que celle autorisée jusqu'à présent.

Il est important de comprendre que les trous de mélange à l'admission améliorent sensiblement le mélange, même en l'absence de trous de mélange en sortie, et vice versa. Il est possible d'utiliser l'un de ces groupes de trous en l'absence de l'autre, c'est-à-dire que les trous de mélange à l'admission peuvent être utilisés en l'absence des trous de mélange en sortie.

Il convient de noter que, dans le cas où les trous de mélange à l'admission sont utilisés en même temps que les trous de mélange en sortie, les deux groupes de trous droivent être séparés l'un de l'autre, dans la direction circonférentielle de chaque logement. Autrement dit, il doit exister une certaine distance entre le trou de mélange à l'admission situé le plus en aval (c'est-à-dire le trou 71b) et le trou de mélange en sortie situé le plus en amont (c'est-à-dire le trou 81g) du logement 50. En général, les trous de mélange à l'admission sont des plus utiles entre les orifices d'admission 65 et 66 de gaz et l'orifice d'admission de liquide. Les trous de mélange en sortie peuvent être réalisés en amont de la rainure de décharge 60, sur un arc de 90° ou même plus, pourvu qu'ils soient suffisamment espacés des trous d'admission pour ne pas faire apparaître une perte sensible de pression ou une décharge par dérivation. Si l'on n'utilise pas de trous à l'admission, les trous de mélange en sortie peuvent être réalisés sur une plus grande distance, en arrière, vers l'admission, au-delà de la position montrée sur les fig. 2 et 4. Par exemple, ils peuvent être réalisés jusqu'à une ligne passant par les centres des deux pignons.

Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, les trous de mélange sont réalisés dans les plateaux qui ferment la chambre de pompage, de part et d'autre des pignons. En variante, les trous ou cavités de mélange peuvent être réalisés dans la paroi latérale courbe du logement de chacun des pignons. Une telle forme de réalisation est montrée sur la fig. 7 sur laquelle les trous de mélange 85 sont réalisés dans le plateau 18, plus précisément dans les parois latérales 86 et 87 des logements 50 et 51. Les trous communiquent par intermittence avec les espaces interdentaires 58 au fur et à mesure que les dents recouvrent et découvrent ces trous. A la différence de la forme de réalisation décrite précédemment, il convient cependant de noter que les trous ne sont pas décalés. Une autre différence réside dans le fait que les trous de cette forme de réalisation sont situés à peu près à mi-distance entre l'orifice d'admission 57 et l'orifice de sortie 60 de la chambre de pompage et qu'ils sont isolés de ces deux orifices. Ces trous peuvent être réalisés dans la surface courbe des logements par la mise en œuvre de procédés connus, par exemple par usinage électrochimique ou par usinage par procédé électrolytique. Bien que les trous de mélange représentés aient une forme à peu près cylindrique, les trous de mélange situés à l'admission et/ou situés en sortie peuvent également être réalisés de manière à avoir une forme rectangulaire, triangulaire ou autres.

L'invention peut être appliquée à des pompes à engrenage d'autres types que celui à deux pignons droits décrits ci-dessus. La fig. 8 représente une pompe mélangeuse à engrenage à trois pignons, dans laquelle les trous de mélange sont réalisés dans l'un des pignons plutôt que dans les surfaces délimitant la chambre de pompage logeant les pignons.

Dans cette forme de réalisation, trois pignons 90,91 et 92 à denture droite sont montés de manière à pouvoir tourner dans trois logements 93, 94 et 95 d'une chambre de pompage. L'un des pignons, par exemple le pignon 92, est entraîné dans le sens indiqué par la flèche 98. Il fait tourner le pignon 91 en sens opposé, comme indiqué par la flèche 99. Ce pignon 91 fait lui-même tourner le pignon 90 dans le sens indiqué par la flèche 100. Un liquide provenant d'une source d'alimentation et un gaz arrivant d'un orifice 102 sont amenés ensemble à l'orifice d'admission 101 où les dents des pignons 92 et 91 entrent en prise. Les cavités interdentaires du pignon 92 entraînent le mélange sur le pourtour du logement 95, jusqu'à une zone 103 où les dents de ce pignon commencent à entrer en prise avec celles du pignon 91. Le mélange est alors expulsé des espaces interdentaires et il est refoulé sous pression vers un canal 104 qui le dirige vers une zone 105 où les dents du pignon 90 se dégagent de celles du pignon 91. Le mélange arrive dans les espaces interdentaires du pignon 90 et il est entraîné, sur le pourtour du logement 93, jusqu'à une zone 106 d'où il est refoulé vers un orifice de sortie 107 lorsque les dents du pignon 91 entrent en prise avec celles du pignon 90.

Dans cette forme de réalisation, les trous de mélange se présentent sous la forme d'alésages 110 qui traversent diamétralement le pignon 91, entre les fonds d'espaces interdentaires opposés. Ces alésages 110 ne se coupent pas au centre, mais ils sont situés dans des plans différents. Il apparaît que des pressions différentes sont appliquées aux extrémités opposées d'un alésage 110 dont l'une des extrémités passe devant l'orifice 107 de sortie. Cette différence de pression a pour effet de provoquer une pulsation dirigée vers l'espace ayant la pression la plus basse, proche de la zone 103, ce qui provoque une agitation et un mélange dans cet espace. Dans ce cas, les trous de mélange ne sont pas borgnes, mais ils ne sont parcourus par aucun courant, car leur extrémité éloignée de l'orifice de sortie 107 est, en fait, obturée.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

R

2 feuilles dessins

Claims

629681

2

REVENDICATIONS

1. Pompe à engrenage destinée à mélanger un gaz et un liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend des orifices séparés d'admission de gaz et de liquide débouchant dans la chambre de pompage (17) pour communiquer avec des espaces interdentaires (58) de pignons, l'orifice d'admission du gaz (65,66) étant situé en aval de l'orifice d'admission de liquide (16), une série d'évidements (71,72, 80,81), débouchant dans la chambre de pompage (17), étant formés dans une surface (74, 75) de cette chambre et étant espacés le long du trajet suivi par les dents de l'un des pignons, les espaces interdentaires (58) du pignon étant alternativement ouverts et fermés vis-à-vis des évidements successifs lorsque le pignon tourne.
2. Pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements voisins sont espacés les uns des autres d'une distance à peu près égale à la largeur d'une dent de pignon, afin que cette dent empêche tout écoulement dans les évidements lorsqu'elle les recouvre.
3. Pompe à engrenage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les évidements sont réalisés dans un plateau qui ferme la chambre de pompage (17) sur un côté des pignons (48,49).
4. Pompe à engrenage selon la revendication 3, caractérisée en ce que les évidements sont réalisés dans deux plateaux (14,24) opposés qui ferment la chambre de pompage (17) sur les côtés opposés des pignons (48,49).
5. Pompe à engrenage selon la revendication 4, caractérisée en ce que les évidements de l'un des plateaux (14,24) opposés sont décalés par rapport à ceux de l'autre plateau (14,24).
6. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend deux pignons.
7. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pignons (48,49) ont une denture droite.
8. Pompe à engrenage selon la revendication 7, caractérisée en ce que les pignons (48,49) constituent le second étage d'une pompe à deux étages.
9. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins deux évidements débouchent dans la chambre de pompage (17) entre l'orifice d'admission du gaz (65,66) et l'orifice d'admission (16) du liquide.
10. Pompe à engrenage selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux évidements ont une largeur supérieure à celle des dents des pignons, de manière à chevaucher une dent passant sur eux et à permettre ainsi au gaz introduit par l'orifice d'admission du gaz (65,66) de s'écouler vers l'arrière et vers l'orifice d'admission (16) du liquide.
11. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les évidements (65,66) sont a peu près centrés sur le cercle primitif (69) du pignon.
12. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les évidements sont éloignés de la zone (57) dans laquelle le gaz et le liquide sont admis dans la chambre de pompage (17), et proches de l'orifice de sortie (60).
13. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les évidements sont éloignés de l'orifice de sortie et proches de la zone (57) dans laquelle le gaz et le liquide sont admis dans la chambre de pompage (17).
14. Pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier groupe d'évidements (71,72) commençant à proximité d'une zone d'admission (57) dans laquelle le gaz et le liquide pénètrent dans la chambre de pompage (17) et un second groupe d'évidements (80, 81) aboutissant à proximité de l'orifice de sortie (60), les deux groupes d'évidements étant éloignés circonférentiellement l'un de l'autre de manière à ne pas former une série continue d'évidements.
15. Pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements sont isolés de la zone (57) dans laquelle le liquide et le gaz arrivent en pénétrant dans la chambre de pompage (17), et également isolés de l'orifice de sortie (60).
16. Pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements sont réalisés dans une paroi circonférentielle de la chambre de pompage (17).
17. Pompe à engrenage selon la revendication 14, caractérisée en ce que les évidements (71, 72) du premier groupe sont plus larges et ceux (80,81) du second groupe plus étroits que les dents de pignon.
18. Pompe à engrenage selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que les évidements débouchant dans la chambre de pompage (17) sont des évidements borgnes.
19. Procédé de mise en action de la pompe à engrenage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le gaz dans un espace interdentaire à une position séparée de celle à laquelle le liquide est introduit dans un espace interdentaire, et en ce qu'on met rapidement en communication et hors communication les espaces interdentaires avec les évidements débouchant dans la chambre de pompage pendant au moins une partie du trajet du liquide entre l'entrée et la sortie de la pompe de manière à puiser le mélange du liquide et du gaz pour augmenter l'effet de mélange.