Pompe hydraulique rotative. La présente invention a pour objet une pompe hydraulique rotative, comportant une roue à aubes rotative, des moyens d'amenée d'eau à celle-ci établis pour convertir l'éner gie potentielle disponible en une grande vi tesse de tourbillonnement de l'eau entrante autour de l'axe de la roue et des moyens de décharge pour décharger l'eau de cette roue avec un mouvement tourbillonnant de même direction et pour convertir l'énergie cinétique de l'eau à mouvement tourbillonnant en éner gie potentielle à la sortie de la pompe.
Une forme d'exécution avantageuse de cette pompe rotative peut être celle dans la quelle les moyens d'amenée d'eau comportent un conduit d'entrée conformé de façon à amener l'eau suivant un chemin hélicoïdal convergent et avec une vitesse croissante, à la -roue à aubes, laquelle reçoit cette eau avec une grande vitesse de tourbillonnement dans la même direction que la rotation de la roue pour la livrer avec une grande vitesse de tourbillonnement dans la même direction à un conduit de décharge qui est disposé pour la décharger suivant un chemin hélicoïdal divergent, avec une- vitesse décroissante.
Sur les dessins ci-joints, donnés à titre d'exemple Fig. 1 est une coupe axiale d'une forme forme d'exécution de la pompe faisant l'objet de l'invention, faite suivant la ligne 1-1 de la fig. 1 a ; Fig. 1 a est une coupe transversale suivant la ligne 1 -1 a de la fig. 1; Fig. 2 est un plan d'une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention; Fig. 3 en est une coupe axiale et Fig. 4 une élévation en bout, Fig. 5 une coupe axiale d'une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention;
Fig. 6 en est une élévation en bout; Fig. 7 est une coupe axiale d'une autre forme d'exécution encore; Fig. 8 est une élévation en bout , d'une roue à six aubes pour pompe- rotative; Fig. 9 est une coupe axiale de cette roue; Fig.10 et 11 représentent des sections développées des aubes de la roue Fig. 12 montre le schéma d'une installa tion avec une pompe rotative suivant l'in vention; Fig. 13 est une vue en perspective d'une roue possédant quatre aubes, étudiée suivant le même principe que la roue à six aubes des fig. 8 à 11.
En ce qui concerne la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et<B>l</B>a, le corps de pompe est établi en deux pièces, la partie d'entrée se trouvant à la gauche et la partie de sortie à la droite. La partie d'entrée du corps de pompe possède une paroi extérieure 21. et une paroi intérieure 22, formant une chambre d'entrée annulaire convergente 23 entre elles. A l'intérieur de cette chambre d'entrée 23 se trouvent les aubes directrices 24, inclinées hélicoïdalement autour de l'axe de la pompe. Ces aubes directrices 24 servent également d'entretoises entre la paroi extérieure 21 et la paroi intérieure 22 qui porte le palier 37 pour l'arbre 38.
La partie d'entrée de la boîte possède une bride 25 reliée à la bride adja cente 26 de la partie de sortie qui comprend la paroi extérieure 27 et la paroi intérieure 28 renfermant entre elles la chambre de dé charge 29 et le conduit 35, qui fait suite à celle-ci. Le conduit 35 est en forme de vo lute. Les parois 27 et 28 sont définies par des surfaces allant en s'éloignant et en s'é vasant de plus en plus. Entre ces parois 27 et 28 se trouve la paroi 32-34 qui en s'éten dant autour de l'axe, s'éloigne graduellement de la roue et de l'axe.
Ainsi, en 30, cette paroi est représentée relativement voisine de la roue et de son axe et elle s'étend de là autour de l'axe, sur<B>900,</B> dans la direction indiquée par la flèche 20 (fig. 1), où la paroi atteint une position qui n'est pas représentée sur le dessin, mais qui correspond à la ligne pointillée 31; à 180 la paroi apparaît en 32 (correspondant à la ligne pointillée 32'); à 270 , la paroi atteint une position correspon dant à, la ligne pointillée 33 et, à<B>3600,</B> elle apparaît dans la position désignée par le chiffre de référence 34. Entre ces parois 27, 28 et 32-34 est compris le conduit de dé charge 35 en forme de volute allant en s'é- panouissant et qui mène au tuyau de décharge ou de refoulement tangent 44.
L'arbre 38 tourne dans les paliers 36 et 37 et porte la roue de pompe à moyeu 39 et à aubes 40 s'étendant radialement du moyeu 39. L'espace compris entre les aubes directrices d'entrée 24 et les aubes 40 de la roue est désigné par 41. La flèche 42-43 indique le parcours suivi par l'eau dans son passage à travers la pompe. Cette flèche est représentée en poin tillé fin aux endroits où elle passe derrière les parties apparaissant dans les figures et elle est représentée en tirets aux endroits où son parcours n'est pas caché.
La roue 39-40 est actionnée par une force motrice qui la fait tourner dans la direction de la flèche 20. L'eau s'écoule dans la cham bre d'entrée 23 sous une certaine charge à partir de la source d'alimentation. Le conduit d'entrée 23 est convergent et la vitesse de l'eau augmente à mesure qu'elle approche de la roue. Les aubes hélicoïdalement inclinées 24 guident l'eau avec une vitesse accrue par un mouvement giratoire dans l'espace 41, comme cela est indiqué par la flèche en poin tillé et tirets, 42-43.
La roue tournant dans le même sens que le mouvement de l'eau ar rivante, l'eau est captée, de l'espace 41 et son énergie de tourbillonnement est accrue par l'action de la roue sur la masse d'eau en rotation, et l'eau est livrée, avec cette éner gie de tourbillonnement augmentée, à l'espace 29 où elle suit sa direction naturelle de tour billonnement dans le conduit allant en s'a grandissant 35 qui diminue la vitesse de l'eau et en absorbe ainsi de l'énergie cinétique en la convertissant en énergie potentielle dans le conduit de sortie 44.
Comme cela est re présenté par la flèche 42-43, l'eau suit un chemin en spirale convergente dans la cham bre d'entrée jusqu'à la roue, dans laquelle elle possède un mouvement de direction sen siblement hélicoïdale, et elle suit ensuite un chemin en spirale allant en s'épanouissant à partir de la roue jusqu'à sa décharge, dans le conduit 35.
En ce qui concerne les fig. 2, 3 et 4, la pompe est représentée avec son arbre 38 accouplé, en 47, à un moteur électrique 48. Le support 46 de la pompe et le moteur 48 sont tous deux portés par le socle 45. Les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes parties que dans les fig. 1 et la; mais on peut noter spécialement ici les par ticularités suivantes de la variante des fig. 2, 3 et 4. Le conduit d'entrée 21 n'est pas annulaire, tout en étant convergent pour aug menter la vitesse d'approche à la roue et les aubes directrices d'entrée 24 partent toutes d'un noyau central plein 22. La roue de pompe est en porte-à-faux par rapport au palier 36.
Tandis que dans la fig. 1 l'écoule ment d'eau à l'endroit de sortie de la roue est encore légèrement convergent, il est di vergent en plein à la fig. 3. L'eau arrive à la pompe dans l'axe de celle-ci pour la quit ter dans une direction perpendiculaire à l'axe.
En ce qui concerne les fig. 5 et 6, l'eau arrive à la pompe dans une direction perpen diculaire à l'axe et la quitte dans une direc tion perpendiculaire à l'axe. Le conduit d'en trée renfermant les aubes directrices 24 est une volute convergente 23' qui livre l'eau avec une vitesse de tourbillonnement graduel lement accrue aux aubes 40 de la roue, point en lequel une vitesse additionnelle est impri mée à l'eau par l'intermédiaire de la roue commandée et, ensuite, cette vitesse est absorbée dans le conduit de décharge en vo lute' divergente 35 pour être convertie en énergie potentielle, ce conduit de décharge renfermant d'une manière analogue au conduit d'entrée, des aubes 241,
pour diriger l'eau de décharge à l'entrée du conduit 35. Ces aubes servent en même temps d'entretoises de support pour les parois du corps de pompe.
En ce qui concerne la fig. 7, les aubes directrices 24 qui se trouvent dans le pas sage annulaire allant en se rétrécissant 23 dirigent l'eau arrivant. en 49, avec une vitesse de tourbillonnement croissante, à la roue 39 40 d'on l'eau s'écoule avec une vitesse de tourbillonnement décroissante dans le diffuseur annulaire 35' pour se décharger dans la masse d'eau 50, à niveau libre en 51. Les aubes formant entretoises 52 ménagées dans le dif- fuseur 35' sont inclinées de manière à se présenter de champ à la direction d'écoule ment de l'eau. Les aubes directrices 24 jouent également le rôle d'entretoises.
On voit que les parties associées avec la paroi 28 sont supportées par les aubes formant entretoises 52 sur la paroi 27, que par l'intermédiaire des brides 26 et 25 la paroi 27 repose sur la paroi 21 et que les aubes 23 supportent tous les éléments sur la paroi de fond, ou paroi inférieure 22.
Fig. 8 à 11 représentent une forme avan tageuse pour les aubes de la roue, avanta geuse particulièrement au point de vue de la fabrication.
Fig.10 représente la section développée faite dans une des aubes 40 par une surface conique ayant pour axe 10-12 et pour génératrice 10-10'; de même, la fig. 11 représente la section développée de 1"aube 40, faite par une surface conique ayant pour axe 10-12 et pour génératrice 11-1l'. Ces sections sont limitées d'un côté par une courbe convexe et de l'autre par une courbe concave, et, en les comparant, on voit bien que les aubes 40 pré sentent une torsion hélicoïdale sur elles-mêmes, tout en diminuant en épaisseur en allant de la racine à l'extrémité libre des aubes.
La pompe peut être adaptée à une grande variété de dispositions de tuyauterie d'amenée et de décharge. C'est ainsi par exemple, que l'eau peut pénétrer dans une direction coaxiale avec l'arbre de la roue et que le tuyau de décharge, ou de refoulement, peut être dis posé avec son axe dans un plan perpendicu laire à l'axe de cet arbre. De plus, la pompe peut recevoir l'eau horizontalement et la re fouler, soit verticalement, soit horizontalement, perpendiculairement à la direction dans la quelle l'eau lui arrive. Une autre disposition consiste à utiliser, comme cela est représenté aux fig. 5 et 6, une boîte d'entrée en volute qui, en combinaison avec la boîte de décharge, ou de refoulement, déjà décrite, permet aux tuyaux d'entrée et de décharge d'être placés dans des directions quelconques voulues.
Pour des pompes refoulant directement dans des réservoirs, ou bassins, ouverts plu- tôt que dans des conduites fermées, la récu pération de la vitesse de tourbillonnement de l'eau déchargée de la roue peut être effectuée entièrement dans une chambre de diffusion annulaire formée entre deux parois coniques courbes, telles que celles représentées à la fig. 7 et il sera, dans ce cas, possible d'omet tre la boîte de décharge en volute. Les che mins des parcelles d'eau seront des spirales et l'action sera similaire à celle déjà décrite. Toutefois, au lieu de recueillir toutes les par celles d'eau dans un tuyau unique, la décharge sera distribuée uniformément sur une ouver ture de décharge annulaire, autour de l'axe de la pompe.
Dans la construction de la boîte de dé charge en spirale et de l'espace annulaire de transition tels qu'en fig. 1, il est avantageux non seulement de prévoir une réduction gra duelle de la composante tourbillonnante de vitesse, mais aussi de se prémunir contre des changements brusques, aussi bien de direction que de grandeur, de la composante méridienne de vitesse.
Pour cette raison, d'une section méridienne quelconque de la boîte de décharge à une section voisine, plus éloignée de la roue, (une section méridienne est une section contenant l'axe de la roue) la largeur de la section, mesurée normalement aux composantes méridiennes d'écoulement, varie graduellement et les parois du passage présentent des con tours incurvés d'une façon douce; on peut comprendre ceci en se reportant à la fig. 1.
La discussion suivante expose d'une façon plus nette certains des facteurs élémentaires entrant dans le fonctionnement d'une pompe suivant l'invention. En ce qui concerne la fig. 12, la pompe 13, actionnée par le moteur 48, reçoit de l'eau du réservoir 55 par le tuyau 56 et la décharge, par le tuyau 44, dans le réservoir 59.
L'eau pénètre dans la pompe sous la charge due à la hauteur hi du niveau de l'eau d'alimentation au-dessus de la pompe et à la pression atmosphérique agissant sur ce niveau et représentée, par les flèches 58 et elle est déchargée par la pompe à l'encon tre de la charge due à la hauteur h.s du ni veau de l'eau dans le réservoir récepteur 59 et à la pression atmosphérique représentée par les flèches 52.
Pour permettre à la pompe d'utiliser dans la mesure voulue les avantages inhérents à sa construction et à son mode de fonctionnement, elle sera située à une hauteur telle que la charge initiale (pression due à la différence de niveau hi plus la pression at mosphérique) soit grande en comparaison de la charge nette, la, coutre laquelle la pompe travaille. Lorsqu'elle est ainsi située, la pompe reçoit de l'eau ayant une énergie potentielle correspondant à la charge initiale et, par la conversion d'une grande partie de cette éner gie en énergie cinétique à l'entrée de la roue, on peut obtenir pour l'eau des vitesses cor respondantes.
La vitesse de l'eau dans la pompe n'est par conséquent limitée que par la charge initiale dont on dispose et elle n'a aucun rapport avec la charge nette produite par la pompe. En donnant à cette vitesse à l'entrée de la roue une direction inclinée vers une direction tangentielle par rapport à l'axe de la roue, l'eau est obligée de pénétrer dans la roue avec un mouvement tourbillonnant à grande vitesse. Sans augmenter la vitesse relative entre la roue et l'eau, on peut alors augmenter la vitesse de rotation de la roue de la quantité représentée par la vitesse de tourbillonnement de l'eau et la roue peut, par conséquent, marcher à des vitesses qui sont entièrement hors de proportion avec la charge nette contre laquelle la pompe agit.
En inclinant ainsi la direction de mouve ment de l'eau à l'intérieur de la pompe; de façon à ce qu'elle contienne une composante axiale considérable de vitesse, aussi bien que la composante tangentielle, on peut obtenir de petits passages d'eau et on peut faire usage d'une roue de petit diamètre, conditions qui sont également compatibles avec de fai bles dimensions de la pompe, un faible poids et une grande vitesse.
Bien que la fig. 12 représente la surface de l'eau d'alimentation à un niveau plus élevé que celui de la pompe, il serait possible, dans des cas où la charge nette, h., est suffisamment faible, que le ré servoir 55 soit situé plus bas que la pompe, dans certaines limites, l'énergie potentielle qui sera convertie en vitesse de tourbillonnement par les moyens d'amenée d'eau à la roue, correspondant, dans ce cas, à la pression atmosphérique agissant sur la surface de l'eau du réservoir, diminuée de la différence de niveau entre la pompe et le réservoir.