EP0291780A1 - Pump with a magnetic drive - Google Patents
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- EP0291780A1 EP0291780A1 EP19880107267 EP88107267A EP0291780A1 EP 0291780 A1 EP0291780 A1 EP 0291780A1 EP 19880107267 EP19880107267 EP 19880107267 EP 88107267 A EP88107267 A EP 88107267A EP 0291780 A1 EP0291780 A1 EP 0291780A1
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Definitions
- the subject of the present invention is a magnetic drive pump which comprises a body comprising two parts assembled in a sealed manner, two openings for the inlet and outlet of a liquid to be pumped and connection means for enabling pipes to be connected at the locations of these openings; a rotary device mounted inside this body for sucking the liquid through one of the openings and discharging it through the other; at least one permanent motor magnet placed outside the body; a motor for driving this magnet in rotation about an axis; at least one permanent follower magnet linked to the rotary device for transmitting to the latter the rotational movement of the motor magnet; and fixing means for making the body integral with a fixed part of the engine.
- the rotary device in which the rotary device can be a propeller, a disc with fins on one of its faces or a gear, are currently used in many fields such as chemistry, medicine, mechanics (for example for polishing with a liquid loaded with abrasive particles), heating and refrigeration or the food industry. They also have more specific applications such as, for example, the supply of fresh or sea water to an aquarium.
- this drive acts as a clutch and avoids overloads which could damage the engine.
- Magnetic drive pumps therefore have great advantages over direct drive pumps, but we can still blame them for at least two things.
- the first is that, given the way they are currently made, they would not be waterproof if we did not provide at least one static joint between the parts of the body which are assembled and if we did not replace this joined more or less frequently.
- the second is that the same pump can generally only be used to transport certain liquids and not others and this mainly because of the materials which were used to manufacture the body of this pump and the elements which it contains.
- a pump specially designed to transfer or circulate very corrosive liquids or abrasive liquids may very well not be suitable for more harmless products such as food or pharmaceutical products.
- the object of the invention is to provide a magnetic drive pump which does not require any seal and therefore practically no maintenance.
- Another object of the invention is to provide a pump which can be used to pump a wide variety of liquids, both at high and at low temperatures, which is often not the case for pumps of the same kind which currently exist.
- the assembled parts of the body as well as the rotary device are each made of a ceramic formed mainly of one of the following compounds: alumina (Al2O3), zirconium oxide ( ZrO2), silicon nitride (Si3N4) and silicon carbide (SiC).
- the pump according to the invention makes it possible to transfer, but almost all of them.
- alumina ceramic which contains at least 96% by weight of alumina, especially if one calls upon the technique sintering because this operation is then easier than with ceramics whose alumina concentration is lower and especially if the pump must convey products such as pharmaceutical liquids which must in no way lose their purity.
- white alumina ceramics which currently exist and which can be used, mention may be made, for example, of those which have the following compositions: Al2O3: 96%, SiO2: 3%, other oxides: 1% Al2O3: 99.4%, MgO: 0.3%, other oxides: 0.3% Al2O3: 99.9%, impurities: 0.1%
- alumina ceramics can also be used. This is the case for example of red, green or blue ceramics which respectively contain chromium (Cr2O3), nickel (Ni nickelO3) and cobalt (Co3O4) oxides and black ceramics which contain several metallic oxides other than that of aluminum, in varying proportions.
- the pump which has been chosen as an example to illustrate the invention and which can be seen in FIGS. 1 to 3 is a pump whose rotary device is a propeller 2, for example made of alumina ceramic, which the 'is also commonly called a turbine and which could have been produced by using one or the other of the two manufacturing techniques which we discussed above.
- a propeller 2 for example made of alumina ceramic, which the 'is also commonly called a turbine and which could have been produced by using one or the other of the two manufacturing techniques which we discussed above.
- this propeller 2 has a bell-shaped shaft 4 which has a hollow cylindrical part 6, surrounded at one of its ends by blades 8, and which is extended on the other side by a part full frustoconical 10 and two successive cylindrical parts 12 and 14, also full, of increasingly smaller diameter, the smallest of which 14 is intended to constitute a pivot for the propeller and the largest 12 a range for this pivot.
- blades 8 are four in number, which is of course only a possibility, that they are both short, straight and fairly thick, their ends are rounded so as to form portions of the same circle centered on the axis of the shaft 4 and that they are oriented approximately tangentially with respect to another circle with the same center as the previous one, which means that the pump we are describing is not reversible.
- the cylindrical part 6 has inside a recess 16 which serves as a housing for a permanent magnet also cylindrical 18, for example of ferrite or samarium-cobalt, whose l thickness is equal to the depth of this recess and which is fixed to the propeller by gluing.
- a permanent magnet also cylindrical 18, for example of ferrite or samarium-cobalt, whose l thickness is equal to the depth of this recess and which is fixed to the propeller by gluing.
- this cylindrical magnet 18 could very well be replaced by several small magnets in the form of rings and placed side by side.
- the propeller 4 that we have just described is placed in a body 20 which includes a tank 22 externally cylindrical and fairly thick, which could also be produced made of alumina ceramic, preferably by the pressing and sintering method, and which has both a very flat and perfectly polished edge 24, a bottom 26 with inside a central blind hole 28, in which is engaged the pivot 14 of the propeller, and a wall 30 pierced with two frustoconical holes 32 and 34 which have a decreasing diameter when passing from the inside to the outside of the tank and a turn also perfectly polished and which constitute two openings respectively for the entry and exit of a liquid to be pumped.
- a tank 22 externally cylindrical and fairly thick, which could also be produced made of alumina ceramic, preferably by the pressing and sintering method, and which has both a very flat and perfectly polished edge 24, a bottom 26 with inside a central blind hole 28, in which is engaged the pivot 14 of the propeller, and a wall 30 pierced with two frustoconical holes 32 and 34 which have
- the wall 30 has an internal surface which is composed of a cylindrical part located on the edge side 24 and a slightly less frustoconical part which is located on the bottom side 26 and which corresponds to that 10 of the propeller shaft but it is quite clear that this surface could also be completely cylindrical.
- openings 32 and 34 are located in the same diametral plane and opposite one another as in the figure.
- the diameter of the cylindrical part of the internal surface of the wall is only very slightly greater than that of the circle circumscribed by the blades of the propeller and, on the other hand, that the outlet opening 34 is close enough to the edge 24 to be in front of these blades and that the opening 32 is more distant so as to open into the free space and sufficiently large that the propeller shaft leaves between it and the wall of the tank.
- This inlet opening can be located, for example, approximately halfway up the tank.
- the body 20 also includes a round cover 36, substantially the same diameter as the tank 22 and which closes the latter completely, simply by being pressed against its edge 24 by assembly means which will be described later.
- This cover 36 which could have been manufactured using the same technique and preferably the same ceramic as for the tank, has the shape of an inverted cap with a wide and flat edge 38 whose thickness is about the same than that of the upper part of the wall of the tank and a cylindrical cap 40 much thinner than this edge 38, which serves as a hub for the propeller 2. It is in fact seen that the hollow cylindrical part 6 of the latter completely surrounds this cap.
- the means which make it possible to connect pipes 42 and 44 to the pump consist of two identical and entirely removable devices 46 and 48.
- connection devices consists of a tube 50, respectively 52, also made of ceramic, which has at one of its ends a collar 54, respectively 56, the surface of which has been polished and the frustoconical shape of which corresponds exactly to that of the opening 32, respectively 34, of the wall of the tank 22, in which this collar is engaged and of a mechanical system, placed outside the tank, to exert a substantially axial traction on this tube .
- the first element is a plastic plate, for example round, 62, respectively 64, which has a notch 66 and which is placed around the tube, between its frustoconical collar 54, respectively 56, and another collar 68, respectively 70, for example cylindrical, which it has in its central part and whose diameter is obviously less than the minimum diameter of the opening 32, respectively 34, of the wall of the tank.
- the other two elements are screws 72, respectively 74, also made of plastic, which pass through two tapped holes 76, respectively 78, of the plate, located on either side of the tube and whose truncated points come to bear against the wall 28 when the tube is in place.
- connection devices when the connection devices are mounted, these screws must continue to be tightened after the plate has come up against the collars 68 and 70 to force the surfaces of the other collars 54 and 56 of the tubes to adhere perfectly to the towers holes 32 and 34. Otherwise, the body 2 of the pump would not be waterproof.
- connection devices it should also be noted that the frustoconical collars 54 and 56 of the tubes are also provided so as not to exceed the internal surface of the tank. For the output device 48 this is a necessity.
- these means comprise two circular metal flanges 80 and 82, of diameter greater than that of the body 20, which are placed at each end thereof and which are connected together by several bolts 84 which cross and which carry at their ends tightening nuts 86.
- the means for assembling the tank and the cover are also those which make it possible to mount the body in front of a unidirectional electric motor. 94.
- this part is simply shown in a part of a fixed element 96 of this motor, for example of a part of a casing or of a chassis, to which the flange 80 is fixed, by suitable means not visible which can be screws, and its output shaft 98 which is surrounded at its end by a permanent magnet cylindrical motor 100, substantially the same length as the follower magnet 18 carried by the propeller and which passes through a central hole 92 of this flange to penetrate inside the cap cylindrical 40 of the cover 36, the axis of this shaft 98 of course coinciding with that of the body 20.
- the motor magnet 100 can, thanks to the relative thinness of the cap 40 of the cover, easily drive the follower magnet 18 of the propeller in the same direction.
- the helic since, as already indicated, the helic has a certain play both radial and axial inside the body, as soon as the motor starts to rotate it positions itself automatically so that its axis of rotation coincides exactly with that of the shaft 98 and that the median planes, perpendicular to these axes, of the magnets do the same and if the pump is carried out correctly it is possible that there is no longer then no contact between the propeller and the body and that the latter turns by floating in the pumped liquid.
- the pump just described has the following advantages: - the parts that make it up are simple and easy to manufacture; - As the connection tubes 46 and 48 are held in place mechanically there is no bonding or brazing operation to be carried out to fix them to the tank; - it is easy to dismantle it completely, for example for cleaning or sterilization; and - it is also easy to change the motor or to add a speed reducer to it.
- the pumped liquid can only be in contact with ceramic, which means that it can be practically any.
- FIGS. 5 to 7 are also very close to the embodiment of FIGS. 1 to 3.
- the cover 36 is no longer constituted by a disc of constant thickness and relatively small compared to that of the tank and the flange 80 in the recess 88 of which the cover is engaged has instead become more thick so that the shaft 98 of the motor 94 which has become much shorter and much larger does not leave the central hole 92 that this flange continues to have and that the end of this shaft is on the contrary at a certain distance of the cover.
- the shaft 98 must be able to carry at its end a motor magnet in the form of a disc which continues to bear the mark 100 and which is glued inside a recess 104 in which it is only partially housed.
- cylindrical part 6 of the propeller is no longer hollow and that this propeller also has, on its face opposite the cover, a central recess 106 in which is stuck a permanent follower magnet also in the form of a disc, of diameter substantially equal to that of the motor magnet 100 and which is always designated by the reference 18.
- this face of the propeller opposite the cover has, on the contrary, several small recesses 108, for example six (see FIG. 7), distributed regularly in a circle centered on the axis of this propeller and in which small follower magnets 18 are housed and as many small motor magnets 100 as the motor shaft 98 carries at its end.
- Another possibility would be to remove the flanges, to make the tank with a flange around its opening, to provide holes in this flange and in the cover, to assemble the latter and the tank by bolts and nuts and to use these same bolts and other nuts or to use other means to mount the body to the front of the engine.
- connection devices 46 and 48 could also replace the connection devices 46 and 48 with simple external nozzles made in one piece with the tank or design the pump differently so that the motor magnet is around the follower magnet, like this is already done in some existing magnetic drive pumps, or modify the shape of the propeller to make the pump reversible.
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet une pompe entrainement magnétique qui comprend un corps comportant deux parties assemblées de façon étanche, deux ouvertures pour l'entrée et la sortie d'un liquide à pomper et des moyens de raccordement pour permettre de brancher des tuyaux aux endroits de ces ouvertures; un dispositif rotatif monté à l'intérieur de ce corps pour aspirer le liquide par l'une des ouvertures et le refouler par l'autre; au moins un aimant permanent moteur placé à l'extérieur du corps; un moteur pour entraîner cet aimant en rotation autour d'un axe; au moins un aimant permanent suiveur lié au dispositif rotatif pour transmettre à celui-ci le mouvement de rotation de l'aimant moteur; et des moyens de fixation pour rendre le corps solidaire d'une partie fixe du moteur.The subject of the present invention is a magnetic drive pump which comprises a body comprising two parts assembled in a sealed manner, two openings for the inlet and outlet of a liquid to be pumped and connection means for enabling pipes to be connected at the locations of these openings; a rotary device mounted inside this body for sucking the liquid through one of the openings and discharging it through the other; at least one permanent motor magnet placed outside the body; a motor for driving this magnet in rotation about an axis; at least one permanent follower magnet linked to the rotary device for transmitting to the latter the rotational movement of the motor magnet; and fixing means for making the body integral with a fixed part of the engine.
Les pompes de ce genre, dans lesquelles le dispositif rotatif peut être une hélice, un disque avec des ailettes sur une de ses faces ou un engrenage, sont employées actuellement dans de nombreux domaines comme la chimie, la médecine, la mécanique (par exemple pour le polissage avec un liquide chargé de particules abrasives), le chauffage et la réfrigération ou l'industrie alimentaire. Elles ont également des applications plus particulières comme, par exemple, l'alimentation en eau douce ou de mer d'un aquarium.Pumps of this kind, in which the rotary device can be a propeller, a disc with fins on one of its faces or a gear, are currently used in many fields such as chemistry, medicine, mechanics (for example for polishing with a liquid loaded with abrasive particles), heating and refrigeration or the food industry. They also have more specific applications such as, for example, the supply of fresh or sea water to an aquarium.
Dans une pompe conventionnelle, à entraînement direct, on est obligé de prévoir un joint mécanique pour assurer l'étanchéité du corps de la pompe à l'endroit où il est traversé par l'arbre du moteur ou du réducteur de vitesse qui entraîne le dispositif rotatif et, du fait de la rotation de cet arbre, le joint s'use, ce qui provoque inévitablement des fuites de liquide qui peuvent endommager les composants du moteur et/ou du réducteur si il y en a un. D'autre part, il y a forcément des frottements entre l'arbre et le joint, ce qui conduit à une baisse de rendement de la pompe.In a conventional pump, direct drive, it is necessary to provide a mechanical seal to seal the pump body at the point where it is crossed by the motor shaft or the speed reducer which drives the device rotating and, due to the rotation of this shaft, the seal wears out, which inevitably causes liquid leaks which can damage the components of the motor and / or the gearbox if there is one. On the other hand, there is necessarily friction between the shaft and the seal, which leads to a drop in pump efficiency.
Avec un entraînement magnétique ces problèmes sont résolus. De plus, cet entraînement agit comme un embrayage et évite les surcharges qui pourraient détériorer le moteur.With magnetic drive these problems are solved. In addition, this drive acts as a clutch and avoids overloads which could damage the engine.
Les pompes à entraînement magnétique présentent donc de gros avantages par rapport aux pompes à entraînement direct mais on peut encore leur reprocher au moins deux choses.Magnetic drive pumps therefore have great advantages over direct drive pumps, but we can still blame them for at least two things.
La première c'est que, vu la façon dont elles sont réalisées actuellement, elles ne seraient pas étanches si l'on ne prévoyait pas au moins un joint statique entre les parties du corps qui sont assemblées et si l'on ne remplaçait pas ce joint plus ou moins fréquemment.The first is that, given the way they are currently made, they would not be waterproof if we did not provide at least one static joint between the parts of the body which are assembled and if we did not replace this joined more or less frequently.
La seconde c'est que la même pompe ne peut généralement servir qu'à véhiculer certains liquides et pas d'autres et ceci principalement à cause des matériaux qui ont été employés pour fabriquer le corps de cette pompe et les éléments qu'il contient. Par exemple, une pompe spécialement étudiée pour transvaser ou faire circuler des liquides très corrosifs ou des liquides abrasifs peut très bien ne pas convenir pour des produits plus inoffensifs comme des produits alimentaires ou pharmaceutiques.The second is that the same pump can generally only be used to transport certain liquids and not others and this mainly because of the materials which were used to manufacture the body of this pump and the elements which it contains. For example, a pump specially designed to transfer or circulate very corrosive liquids or abrasive liquids may very well not be suitable for more harmless products such as food or pharmaceutical products.
L'invention a pour but de fournir une pompe à entraînement magnétique qui ne nécessite, elle, aucun joint d'étanchéité et donc pratiquement pas d'entretien.The object of the invention is to provide a magnetic drive pump which does not require any seal and therefore practically no maintenance.
Un autre but de l'invention est de fournir une pompe qui puisse être utilisée pour pomper des liquides très divers et ceci aussi bien à haute qu'à basse température, ce qui n'est souvent pas le cas pour les pompes du même genre qui existent actuellement.Another object of the invention is to provide a pump which can be used to pump a wide variety of liquids, both at high and at low temperatures, which is often not the case for pumps of the same kind which currently exist.
Ces buts sont atteints grâce au fait que dans la pompe selon l'invention les parties assemblées du corps ainsi que le dispositif rotatif sont réalisés chacun en une céramique formée principalement de l'un des composés suivants: alumine (Al₂O₃), oxyde de zirconium (ZrO₂), nitrure de silicium (Si₃N₄) et carbure de silicium (SiC).These aims are achieved thanks to the fact that in the pump according to the invention the assembled parts of the body as well as the rotary device are each made of a ceramic formed mainly of one of the following compounds: alumina (Al₂O₃), zirconium oxide ( ZrO₂), silicon nitride (Si₃N₄) and silicon carbide (SiC).
En effet, on a découvert qu'en utilisant une telle céramique pour fabriquer les parties assemblées du corps de la pompe on pouvait, par un usinage correct, leur faire présenter des surfaces de contact parfaitement polies et qu'il suffisait ensuite de presser ces surfaces l'une contre l'autre pour qu'elles adhèrent entre elles et pour obtenir une jonction totalement étanche entre ces parties du corps.Indeed, it has been discovered that by using such a ceramic to manufacture the assembled parts of the pump body, it was possible, by correct machining, to make them present perfectly polished contact surfaces and that it was then sufficient to press these surfaces one against the other so that they adhere to each other and to obtain a completely sealed junction between these parts of the body.
De plus, étant donné que les céramiques qui sont à base de ces composés résistent très bien à l'usure et que le dispositif rotatif est lui aussi constitué de l'une d'elles de simples trous ou de simples parties en relief à l'intérieur du corps peuvent souvent servir de paliers pour ce dispositif. Toutefois, si ce n'est pas le cas ou si cela permet d'améliorer les qualités de la pompe (rendement, vitesse de fonctionnement, longévité, etc.) on peut utiliser des roulements notamment à billes qui sont réalisés eux aussi entièrement en une céramique qui fait partie de celles que l'on vient d'indiquer. De tels roulements existent déjà dans le commerce.In addition, since the ceramics which are based on these compounds are very resistant to wear and the rotary device is also made up of one of them simple holes or simple raised parts inside the body can often serve as bearings for this device. However, if this is not the case or if this makes it possible to improve the qualities of the pump (efficiency, operating speed, longevity, etc.) it is possible to use bearings, in particular ball bearings which are also made entirely in one ceramic which is one of those just indicated. Such bearings already exist commercially.
Par ailleurs, comme on le verra par la suite, on peut s'arranger pour que le liquide à pomper ne soit en contact qu'avec des pièces en céramique et, comme ce genre de matière est pratiquement inerte à tous les agents chimiques, dans ce cas ce n'est pas seulement un très grand nombre de liquides que la pompe selon l'invention permet de transférer mais à peu près tous.Furthermore, as will be seen below, it can be arranged so that the liquid to be pumped is only in contact with ceramic parts and, as this kind of material is practically inert to all chemical agents, in in this case it is not only a very large number of liquids that the pump according to the invention makes it possible to transfer, but almost all of them.
Comme on le sait il existe actuellement plusieurs techniques pour fabriquer des pièces en céramique. Celles qui conviennent le mieux pour l'obtention des éléments d'une pompe selon l'invention sont d'une part le pressage de granulés élaborés à partir d'une poudre très pure du composé de base avec adjonction de liants organiques et éventuellement d'autres composés (oxydes, métaux, etc.) et le frittage, avec usinage avant ou après cette dernière opération, et d'autre part l'injection. Dans un cas comme dans l'autre on est évidemment obligé de procéder en plus à une rectification pour aboutir aux surfaces de contact parfaitement polies dont il a été question précédemment.As is known, there are currently several techniques for manufacturing ceramic parts. Those which are most suitable for obtaining the elements of a pump according to the invention are firstly the pressing of granules produced from a very pure powder of the base compound with the addition of organic binders and optionally other compounds (oxides, metals, etc.) and sintering, with machining before or after this last operation, and on the other hand injection. In one case as in the other one is obviously obliged to proceed in addition to a rectification to arrive at the perfectly polished contact surfaces which have been mentioned previously.
D'autre part, si l'on choisit d'utiliser une céramique d'alumine le mieux est d'opter pour une céramique blanche qui contient au moins 96 % en poids d'alumine, surtout si l'on fait appel à la technique du frittage car cette opération est alors plus facile qu'avec des céramiques dont la concentration en alumine est plus faible et surtout si la pompe doit véhiculer des produits comme des liquides pharmaceutiques qui ne doivent en aucune manière perdre de leur pureté.On the other hand, if one chooses to use an alumina ceramic the best is to opt for a white ceramic which contains at least 96% by weight of alumina, especially if one calls upon the technique sintering because this operation is then easier than with ceramics whose alumina concentration is lower and especially if the pump must convey products such as pharmaceutical liquids which must in no way lose their purity.
Parmi les céramiques d'alumine blanches qui existent actuellement et que l'on peut employer on peut citer par exemple celles qui ont les compositions suivantes:
Al₂O₃ : 96 % , SiO₂ : 3 % , autres oxydes : 1 %
Al₂O₃ : 99,4 % , MgO : 0,3 % , autres oxydes : 0,3 %
Al₂O₃ : 99,9 % , impuretés: 0,1 %Among the white alumina ceramics which currently exist and which can be used, mention may be made, for example, of those which have the following compositions:
Al₂O₃: 96%, SiO₂: 3%, other oxides: 1%
Al₂O₃: 99.4%, MgO: 0.3%, other oxides: 0.3%
Al₂O₃: 99.9%, impurities: 0.1%
Naturellement, la troisième solution est celle qui est la meilleure pour les produits dont on vient de parler.Naturally, the third solution is the one that is best for the products we just talked about.
Ceci dit, il est bien clair que d'autres céramiques d'alumine peuvent aussi être utilisées. C'est le cas par exemple des céramiques rouges, vertes ou bleues qui contiennent respectivement des oxydes de chrome (Cr₂O₃), de nickel (Ni₂O₃) et de cobalt (Co₃O₄) et des céramiques noires qui contiennent plusieurs oxydes métalliques autres que celui d'aluminium, dans des proportions variables.That said, it is quite clear that other alumina ceramics can also be used. This is the case for example of red, green or blue ceramics which respectively contain chromium (Cr₂O₃), nickel (Ni nickelO₃) and cobalt (Co₃O₄) oxides and black ceramics which contain several metallic oxides other than that of aluminum, in varying proportions.
Enfin, parmi les céramiques qui ne sont pas à base d'alumine et qui peuvent également convenir pour réaliser les pièces d'une pompe selon l'invention on peut citer, à titre d'exemple, celles qui ont les compositions suivantes, avec des pourcentages en poids:
ZrO₂ : environ 94,5 % Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃ : environ 5,5 %
Si₃N₄ : environ 95 % SiO₂, Al₂O₃, AlN, Y₂O₃ : environ 5 %
SiC : environ 98 % Al, B, SiO₂ : environ 2 %Finally, among the ceramics which are not based on alumina and which may also be suitable for producing the parts of a pump according to the invention, there may be mentioned, by way of example, those which have the following compositions, with percentages by weight:
ZrO₂: approximately 94.5% Y₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃: approximately 5.5%
Si₃N₄: around 95% SiO₂, Al₂O₃, AlN, Y₂O₃: around 5%
SiC: about 98% Al, B, SiO₂: about 2%
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'une forme particulièrement intéressante d'exécution et de trois variantes possibles de celle-ci. Cette description se réfère au dessin annexé sur lequel:
- - la figure 1 est une vue en coupe axiale, partielle, ce cette forme d'exécution;
- - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe respectivement selon les plans II-II et III-III de la figure 1;
- - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe axiale et partielles des trois variantes en question; et
- - la figure 7 est une vue en plan de l'arrière de l'hélice montrée à la figure 6.
- - Figure 1 is an axial sectional view, partial, this embodiment;
- - Figures 2 and 3 are sectional views respectively along the planes II-II and III-III of Figure 1;
- - Figures 4, 5 and 6 are views in axial and partial section of the three variants in question; and
- FIG. 7 is a plan view of the rear of the propeller shown in FIG. 6.
La pompe que l'on a choisie comme exemple pour illustrer l'invention et que l'on peut voir sur les figures 1 à 3 est une pompe dont le dispositif rotatif est une hélice 2, par exemple en céramique d'alumine, que l'on appelle aussi couramment une turbine et qui a pu être réalisée en faisant appel à l'une ou l'autre des deux techniques de fabrication dont on a parlé précédemment.The pump which has been chosen as an example to illustrate the invention and which can be seen in FIGS. 1 to 3 is a pump whose rotary device is a
Comme le montre la figure 1 cette hélice 2 a un arbre 4 en forme de cloche qui présente une partie cylindrique creuse 6, entourée à l'une de ses extrémités par des pales 8, et qui se prolonge de l'autre côté par une partie tronconique pleine 10 et deux parties cylindriques successives 12 et 14, également pleines, de diamètre de plus en plus faible, dont la plus petite 14 est destinée à constituer un pivot pour l'hélice et la plus grande 12 une portée pour ce pivot.As shown in FIG. 1, this
Si l'on se reporte maintenant à la figure 3 on constate que les pales 8 sont au nombre de quatre, ce qui n'est bien entendu qu'une possibilité, qu'elles sont la fois courtes, droites et assez épaisses, que leurs extrémités sont arrondies de façon à former des portions d'un même cercle centré sur l'axe de l'arbre 4 et qu'elles sont orientées à peu près tangentiellement par rapport à un autre cercle de même centre que le précédent, ce qui signifie que la pompe que l'on est en train de décrire n'est pas réversible.If we now refer to Figure 3 we see that the
D'autre part, en revenant à la figure 1 on voit que la partie cylindrique 6 présente à l'intérieur un évidement 16 qui sert de logement à un aimant permanent également cylindrique 18, par exemple en ferrite ou en samarium-cobalt, dont l'épaisseur est égale à la profondeur de cet évidement et qui est fixé à l'hélice par collage.On the other hand, returning to Figure 1 we see that the
Naturellement, cet aimant cylindrique 18 pourrait très bien être remplacé par plusieurs petits aimants en forme de bagues et placés côte à côte.Naturally, this
On pourrait aussi prévoir un aimant moins épais et le maintenir en place non pas en le collant mais en le serrant simplement entre le fond de l'évidement et une bague plastique déformable introduite dans ce dernier.One could also provide a thinner magnet and hold it in place not by sticking it but by simply squeezing it between the bottom of the recess and a deformable plastic ring inserted therein.
Si l'on continue à regarder la figure 1 on s'aperçoit que l'hélice 4 que l'on vient de décrire est placée dans un corps 20 qui comprend une cuve 22 extérieurement cylindrique et assez épaisse, qui a pu être réalisée elle aussi en céramique d'alumine, de préférence par la méthode du pressage et du frittage, et qui présente à la fois un bord 24 très plat et parfaitement poli, un fond 26 avec à l'intérieur un trou central borgne 28, dans lequel est engagé le pivot 14 de l'hélice, et une paroi 30 percée de deux trous tronconiques 32 et 34 qui ont un diamètre décroissant lorsque l'on passe de l'intérieur à l'extérieur de la cuve et un tour également parfaitement poli et qui constituent deux ouvertures respectivement pour l'entrée et la sortie d'un liquide à pomper.If we continue to look at Figure 1 we see that the
Telle qu'elle est représentée sur le dessin la paroi 30 a une surface interne qui est composée d'une partie cylindrique située du côté du bord 24 et d'une partie tronconique un peu moins importante qui se trouve du côté du fond 26 et qui correspond à celle 10 de l'arbre de l'hélice mais il est bien clair que cette surface pourrait aussi être totalement cylindrique.As shown in the drawing, the
De même il n'est pas obligatoire que les ouvertures 32 et 34 soient situées dans un même plan diamétral et à l'opposé l'une de l'autre comme sur la figure.Likewise, it is not compulsory for the
Par contre, pour que la pompe puisse fonctionner correctement, il est nécessaire, d'une part, que le diamètre de la partie cylindrique de la surface interne de la paroi ne soit que très légèrement supérieur à celui du cercle circonscrit aux pales de l'hélice et, d'autre part, que l'ouverture de sortie 34 soit suffisamment près du bord 24 pour se trouver en face de ces pales et que l'ouverture 32 en soit plus éloignée de façon à déboucher dans l'espace libre et assez vaste que l'arbre de l'hélice laisse subsister entre lui et la paroi de la cuve. Cette ouverture d'entrée peut se trouver par exemple à peu près à mi-hauteur de la cuve.On the other hand, for the pump to function properly, it is necessary, on the one hand, that the diameter of the cylindrical part of the internal surface of the wall is only very slightly greater than that of the circle circumscribed by the blades of the propeller and, on the other hand, that the outlet opening 34 is close enough to the
Ceci dit, le corps 20 comporte aussi un couvercle rond 36, sensiblement de même diamètre que la cuve 22 et qui ferme celle-ci complètement, simplement en étant pressé contre son bord 24 par des moyens d'assemblage que l'on décrira ultérieurement.That said, the
Ce couvercle 36, qui a pu être fabriqué en utilisant la même technique et de préférence la même céramique que pour la cuve, a la forme d'un chapeau renversé avec un bord large et plat 38 dont l'épaisseur est à peu près la même que celle de la partie supérieure de la paroi de la cuve et une calotte cylindrique 40 nettement plus mince que ce bord 38, qui sert de moyeu à l'hélice 2. On voit en effet que la partie cylindrique creuse 6 de cette dernière entoure complètement cette calotte.This
Naturellement, pour que la fermeture de la cuve soit vraiment étanche il a fallu polir aussi la surface intérieure du bord 38 ou tout au moins le pourtour de celle-ci afin que ce bord puisse adhérer parfaitement à celui de la cuve.Naturally, for the closure of the tank to be truly sealed, it was also necessary to polish the inner surface of the
Avant de préciser par quels moyens des tuyaux peuvent être raccordés au corps 20 il faut encore dire une chose. C'est que, pour une raison que l'on indiquera plus loin, il est avantageux de réaliser la cuve 22, le couvercle 36 et l'hélice 2 de façon à ce que cette dernière dispose d'un jeu assez important et aussi bien axial que radial.Before specifying by what means pipes can be connected to the
Dans le mode d'exécution que l'on est en train de décrire les moyens qui permettent de raccorder des tuyaux 42 et 44 à la pompe sont constitués par deux dispositifs identiques et entièrement démontables 46 et 48.In the embodiment that we are describing, the means which make it possible to connect
Chacun de ces dispositifs de raccordement se compose d'un tube 50, respectivement 52, également en céramique, qui présente à l'une de ses extrémités un collet 54, respectivement 56, dont la surface a été polie et dont la forme tronconique correspond exactement à celle de l'ouverture 32, respectivement 34, de la paroi de la cuve 22, dans laquelle ce collet est engagé et d'un système mécanique, placé à l'extérieur de la cuve, pour exercer une traction sensiblement axiale sur ce tube.Each of these connection devices consists of a
Comme on peut s'en rendre compte en regardant les figures 1 et 2, ce système se compose de trois éléments.As can be seen by looking at Figures 1 and 2, this system consists of three elements.
Le premier élément est une plaquette en matière plastique, par exemple ronde, 62, respectivement 64, qui présente une échancrure 66 et qui est placée autour du tube, entre son collet tronconique 54, respectivement 56, et un autre collet 68, respectivement 70, par exemple cylindrique, qu'il présente dans sa partie centrale et dont le diamètre est évidemment inférieur au diamètre minimal de l'ouverture 32, respectivement 34, de la paroi de la cuve.The first element is a plastic plate, for example round, 62, respectively 64, which has a
Les deux autres éléments sont des vis 72, respectivement 74, également en matière plastique, qui passent dans deux trous taraudés 76, respectivement 78, de la plaquette, situés de part et d'autre du tube et dont les pointes tronquées viennent prendre appui contre la paroi 28 lorsque le tube est en place.The other two elements are
Bien entendu, lorsque l'on monte les dispositifs de raccordement on doit continuer à serrer ces vis après que la plaquette soit venue buter contre les collets 68 et 70 pour obliger les surfaces des autres collets 54 et 56 des tubes à adhérer parfaitement aux tours des trous 32 et 34. Autrement, le corps 2 de la pompe ne serait pas étanche.Of course, when the connection devices are mounted, these screws must continue to be tightened after the plate has come up against the
Par ailleurs, toujours à propos de ces dispositifs de raccordement, il faut encore noter que les collets tronconiques 54 et 56 des tubes sont également prévus pour ne pas dépasser la surface interne de la cuve. Pour le dispositif de sortie 48 c'est une nécessité.Furthermore, still with regard to these connection devices, it should also be noted that the
On va maintenant parler des moyens d'assemblage de la cuve 22 et du couvercle 36 auxquels on a fait allusion précédemment.We will now talk about the means of assembly of the
Comme le montrent les figures 1 et 3 ces moyens comprennent deux flasques métalliques circulaires 80 et 82, de diamètre supérieur à celui du corps 20, qui sont placés à chaque bout de celui-ci et qui sont reliés entre eux par plusieurs boulons 84 qui les traversent et qui portent à leurs extrémités des écrous de serrage 86.As shown in Figures 1 and 3 these means comprise two
Sur la figure 3 ces boulons sont au nombre de trois mais il pourrait aussi n'y en avoir que deux, diamétralement opposés, ou au contraire y en avoir plus, par exemple quatre ou cinq régulièrement répartis autour du corps.In Figure 3 these bolts are three in number but there could also be only two, diametrically opposite, or on the contrary there may be more, for example four or five regularly distributed around the body.
De plus, si l'on regarde la figure 1, on constate que les faces en regard des deux flasques 80 et 82 présentent deux évidements respectifs peu profonds 88 et 90, de même diamètre que le corps et dans lesquels sont engagés le fond de la cuve 22 et le couvercle 36. Ceci permet d'assurer facilement une parfaite coaxialité de ces éléments au moment du montage de la pompe et d'éviter qu'ils se décalent ensuite l'un par rapport à l'autre lorsque cette pompe fonctionne.In addition, if we look at Figure 1, we see that the facing faces of the two
Enfin, toujours d'après la figure 1 on voit que, dans ce mode d'exécution, les moyens d'assemblage de la cuve et du couvercle sont aussi ceux qui permettent de monter le corps à l'avant d'un moteur électrique unidirectionnel 94.Finally, still according to FIG. 1, it can be seen that, in this embodiment, the means for assembling the tank and the cover are also those which make it possible to mount the body in front of a unidirectional electric motor. 94.
Pour simplifier on a simplement représenté sur cette figure une partie d'un élément fixe 96 de ce moteur, par exemple d'une pièce d'un carter ou d'un châssis, à laquelle est fixé le flasque 80, par des moyens adéquats non visibles qui peuvent être des vis, et son arbre de sortie 98 qui est entouré à son extrémité par un aimant permanent moteur cylindrique 100, sensiblement de même longueur que l'aimant suiveur 18 porté par l'hélice et qui passe à travers un trou central 92 de ce flasque pour pénétrer à l'intérieur de la calotte cylindrique 40 du couvercle 36, l'axe de cet arbre 98 coïncidant bien entendu avec celui du corps 20.To simplify, this part is simply shown in a part of a fixed
Ainsi, lorsque le moteur tourne dans le sens de la flèche F l'aimant moteur 100 peut, grâce à la relative minceur de la calotte 40 du couvercle, entraîner facilement l'aimant suiveur 18 de l'hélice dans le même sens.Thus, when the motor turns in the direction of arrow F, the
D'autre part, étant donné que, comme on l'a déjà indiqué, l'hélique dispose d'un certain jeu à la fois radial et axial à l'intérieur du corps, dès que le moteur commence à tourner elle se positionne automatiquement de façon que son axe de rotation coïncide exactement avec celui de l'arbre 98 et que les plans médians, perpendiculaires à ces axes, des aimants fassent de même et si la pompe est réalisée correctement il est possible qu'il n'y ait plus alors aucun contact entre l'hélice et le corps et que celle-ci tourne en flottant dans le liquide pompé.On the other hand, since, as already indicated, the helic has a certain play both radial and axial inside the body, as soon as the motor starts to rotate it positions itself automatically so that its axis of rotation coincides exactly with that of the
Dans ce cas il n'y a des frottements entre l'hélice et le corps qu'aux moments du démarrage et de l'arrêt de la pompe ce qui fait que son rendement est très bon et qu'elle ne s'use que très lentement.In this case there is friction between the propeller and the body only at the time of starting and stopping the pump, which means that its performance is very good and that it only wears very slowly.
En plus de cela la pompe que l'on vient de décrire présente les avantages suivants:
- les pièces qui la composent sont simples et faciles à fabriquer;
- comme les tubes de raccordement 46 et 48 sont maintenus en place mécaniquement il n'y a aucune opération de collage ou de brasage à effectuer pour les fixer à la cuve;
- il est facile de la démonter complètement, par exemple pour un nettoyage ou une stérilisation; et
- il est également facile de changer le moteur ou de lui adjoindre un réducteur de vitesse.In addition to this, the pump just described has the following advantages:
- the parts that make it up are simple and easy to manufacture;
- As the
- it is easy to dismantle it completely, for example for cleaning or sterilization; and
- it is also easy to change the motor or to add a speed reducer to it.
On peut toutefois lui reprocher une chose: c'est que son champ d'application peut être un peu restreint par le fait que l'aimant suiveur 18 est en contact avec le liquide qui est pompé.One can however criticize him for one thing: it is that its field of application can be somewhat restricted by the fact that the
Pour éviter cela il suffit de la modifier légèrement pour aboutir à la variante de la figure 4.To avoid this, it is enough to modify it slightly to arrive at the variant of FIG. 4.
La seule différence entre le mode d'exécution des figures 1 à 3 et cette variante c'est que, dans cette derniè.re, l'évidement 16 de la partie cylindrique creuse 6 de l'hélice 2 est plus profond ou que l'aimant permanent suiveur 18 est plus mince et que cet aimant est entièrement recouvert par un tube également en céramique 102 qui est collé sur lui et qui comble l'évidement en question.The only difference between the embodiment of Figures 1 to 3 and this variant is that, in the latter, the
Ainsi, le liquide pompé ne peut plus être en contact qu'avec de la céramique, ce qui veut dire qu'il peut être pratiquement quelconque.Thus, the pumped liquid can only be in contact with ceramic, which means that it can be practically any.
Les deux autres variantes qui sont représentées sur les figures 5 à 7 sont également très proches du mode d'exécution des figures 1 à 3.The two other variants which are shown in FIGS. 5 to 7 are also very close to the embodiment of FIGS. 1 to 3.
Dans les deux cas la cuve 22, les dispositifs de raccordement 46 et 48, le flasque 82 qui n'est pas fixé au moteur 94, la forme extérieure de l'arbre 4 de l'hélice 2 et les pales 8 restent inchangés.In both cases the
Dans les deux cas également le couvercle 36 n'est plus constitué que par un disque d'épaisseur constante et relativement faible par rapport à celle de la cuve et le flasque 80 dans l'évidement 88 duquel ce couvercle est engagé est devenu au contraire plus épais afin que l'arbre 98 du moteur 94 devenu, lui, beaucoup plus court et beaucoup plus gros ne sorte pas du trou central 92 que ce flasque continue a présenter et que l'extrémité de cet arbre se trouve au contraire à une certaine distance du couvercle.In both cases also the
En effet, dans la variante de la figure 5, l'arbre 98 doit pouvoir porter à son extrémité un aimant moteur en forme de disque qui continue à porter le repère 100 et qui est collé à l'intérieur d'un évidement 104 dans lequel il n'est que partiellement logé.In fact, in the variant of FIG. 5, the
D'autre part, on voit que dans cette même variante la partie cylindrique 6 de l'hélice n'est plus creuse et que cette hélice présente elle aussi, sur sa face en regard du couvercle, un évidement central 106 dans lequel est collé un aimant permanent suiveur également en forme de disque, de diamètre sensiblement égal à celui de l'aimant moteur 100 et qui est toujours désigné par le repère 18.On the other hand, we see that in this same variant the
Dans la variante de la figure 6 cette face de l'hélice en regard du couvercle présente au contraire plusieurs petits évidements 108, par exemple six (voir figure 7), répartis régulièrement suivant un cercle centré sur l'axe de cette hélice et dans lesquels sont logés de petits aimants suiveurs 18 et c'est autant de petits aimants moteurs 100 que l'arbre 98 du moteur porte à son extrémité.In the variant of FIG. 6, this face of the propeller opposite the cover has, on the contrary, several
Naturellement, l'invention n'est pas limitée au mode d'exécution et aux variantes qui viennent d'être décrits.Naturally, the invention is not limited to the embodiment and to the variants which have just been described.
On pourrait imaginer par exemple de faire arriver le liquide par le fond de la cuve et prévoir à l'intérieur de celle-ci une plaque en céramique d'alumine supplémentaire, fixe, avec un trou central pour le pivot de l'hélice et d'autres trous pour le passage du liquide, qui formerait un double-fond.One could imagine for example to make the liquid arrive by the bottom of the tank and provide inside of it an additional alumina ceramic plate, fixed, with a central hole for the pivot of the propeller and d other holes for the passage of the liquid, which would form a double bottom.
Sans faire cela on pourrait aussi inverser la position de la cuve et du couvercle. Dans ce cas ce serait ce dernier qui serait percé d'un trou borgne pour le pivot de l'hélice et le fond de la cuve qui serait mince ou qui présenterait un renfoncement cylindrique dans lequel se trouverait l'aimant moteur.Without doing this we could also reverse the position of the tank and the lid. In this case it would be the latter which would be pierced with a blind hole for the pivot of the propeller and the bottom of the tank which would be thin or which would have a cylindrical recess in which the motor magnet would be located.
Une autre possibilité consisterait à supprimer les flasques, à réaliser la cuve avec une bride autour de son ouverture, à prévoir des trous dans cette bride et dans le couvercle, à assembler ce dernier et la cuve par des boulons et des écrous et à utiliser ces mêmes boulons et d'autres écrous ou à faire appel à d'autres moyens pour monter le corps à l'avant du moteur.Another possibility would be to remove the flanges, to make the tank with a flange around its opening, to provide holes in this flange and in the cover, to assemble the latter and the tank by bolts and nuts and to use these same bolts and other nuts or to use other means to mount the body to the front of the engine.
Par ailleurs on pourrait s'arranger, en modifiant un peu la forme de la paroi de la cuve, pour que la disposition du tube de sortie 52 par rapport à cette dernière ne soit pas radiale comme dans le mode d'exécution qui a été décrit mais tangentielle ou entre les deux, ce qui pourrait faciliter la pénétration du liquide dans ce tube.Furthermore, it could be arranged, by slightly modifying the shape of the wall of the tank, so that the arrangement of the
On pourrait également remplacer les dispositifs de raccordement 46 et 48 par de simples embouts extérieurs réalisés d'une seule pièce avec la cuve ou concevoir la pompe différemment de facon à ce que l'aimant moteur se trouve autour de l'aimant suiveur, comme cela se fait déjà dans certaines pompes à entraînement magnétique existantes, ou encore modifier la forme de l'hélice pour rendre la pompe réversible.We could also replace the
Enfin, comme on l'a déjà fait comprendre l'invention peut également s'appliquer à des pompes à disque ou à engrenage.Finally, as has already been understood, the invention can also be applied to disc or gear pumps.
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