EP0736691B1 - Pompe volumétrique rotative à gerotor à alimentation radiale - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a rotary positive displacement pump with internal gear of the so-called gerotor or trochoid type and comprising a radial supply.
- Figures 1 and 2 show a known example of a gerotor without radial supply, according to a representation schematic of the principle of realization.
- the fluid is sucked in, then discharged by cavities called capsules 1 of cyclically variable volume, created between teeth 2 and 3 of the pinion 4 and the crown 5. a special internal gear.
- the fluid is admitted and discharged through the cross section of capsules 1 in the end planes of the gear, perpendicular to the axis thereof, following the passage of these capsules 1 in front of basins or lights 6 of suitable shape, cut into fixed flat surfaces surrounding the gear and belonging to parts called flanges 7.
- the pools cut in the flanges must have an axial depth proportional to the axial height of pump, which increases the size of the pump in the axial direction.
- the overall movement of the fluid passing through the pump has many changes of direction, generators of energy and pressure losses.
- Figures 3 and 4 show a example of such an embodiment according to which channels radials 10, of more or less complex shape are drilled in the outer ring 15, allowing the supply of capsules 11 in a radial direction, from basins 16 of adequate shape dug into the bore surrounding the outer ring 15. This increases the cross-section of admission.
- volume generated by these channels constitutes a large dead volume, which greatly degrades performance pump, including self-priming capacity and volumetric efficiency with a compressible fluid.
- FR-A-1.504.705 describes a positive-displacement positive displacement pump where the crown Outer is formed by an assembly of rings and bars constituting the teeth. The crown has the same outside diameter over its entire height. Ports radial feed are provided between the teeth with circular profile and the rings.
- the object of the invention is to provide a positive displacement pump rotary with internal gears, of the so-called gerotor type meeting needs going beyond the limits imposed by an axial feed design, without incurring disadvantages of prior known arrangements which have been proposed.
- a pump of this type and meeting these conditions is such that the radius being variable along said profile and having a lower value at the back of a tooth and a higher value elevated at the front of the tooth, front and rear being defined relative to the direction of movement of the gear in rotation, the toothing profile of the internal pinion being conjugated with said outer crown profile.
- a gerotor positive displacement pump produced in accordance with the invention is shown schematically in Figures 5 to 8.
- the pump elements include an internal gear 20 composed of an inner pinion 21 driven in rotation by a shaft 22 and an outer ring 23 with teeth interior 24 cooperating with said pinion 21, placed at the interior of a two-part casing 25 and 26 and the whole mounted between two flanges 27 and 28.
- the outer ring 23 includes teeth 29 separated by spaces 30 constituting open passages between said teeth 29 and extending over a portion 31 of the height of said crown.
- the complementary part 32 of the crown toothed 23 is formed by a continuous ring 33 whose diameter outside D2 is greater than the outside diameter D1 of the part 31.
- the ring 33 thus connects and carries the teeth 29.
- Said ring 33 also constitutes the guide surfaces effective for mounting the ring gear 23.
- the single ring 33 as shown in FIGS. 5, 6 and 7 can be replaced by two or more rings, provided that the open passages 30 made between the teeth 29 are kept.
- the diameter of said ring or its arrangement of one side or the other of the teeth may also vary.
- a first lateral inlet opening 34 made on the casing 25 allows the supply of fluid to be conveyed which, through the radial passages 30, arrives at the cavities or capsules 35 formed between the teeth to reach, again through the radial passages 30, a second lateral outlet opening 36 formed opposite to the first opening 34 on the casing 25.
- a radial supply section of the pump is thus obtained which is greater than the axial supply section usually used on a conventional gerotor pump, without however incurring the drawbacks due to the creation of radial channels. obtained by drilling the external toothed crown.
- FIG. 9 representing examples of teeth of a inner pinion 40 and an outer ring gear 41 interior shows the criteria used to determine of an asymmetrical profile of teeth according to the invention.
- the solution according to the invention consists in carrying out a asymmetrical toothing profile, as shown in the Figures 10 and 11, where the radius of an arc is variable the along the profile.
- the radius R1 of the arc corresponding to the profile is very small while, at the front of the tooth, the radius R2 of the arc of circle corresponding to the profile is very large.
- the advantages obtained by means of a pump gerotor according to the invention are due to the minimization of the dead volume and minimizing the centripetal path and the mass of fluid subjected to centrifugal force, thanks to the reduction of the outer diameter of the outer ring to make the radial passage between the teeth of said crowned.
- the use of a profile asymmetrical toothing, in arcs of a circle with variable radius maximizes the passage area of radial feed, while maintaining an angle of attack advantageous toothing and also to provide direction general filling minimizing the harmful effect of centrifugal force.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
Description
L'invention concerne une pompe volumétrique rotative à
engrenage intérieur du type dit à gerotor ou trochoïde
et comportant une alimentation radiale.
Les figures 1 et 2 montrent un exemple connu de pompe à
gerotor sans alimentation radiale, suivant une représentation
schématique du principe de réalisation.
Dans ce cas, le fluide est aspiré, puis refoulé par des
cavités dites capsules 1 de volume cycliquement variable,
créées entre les dents 2 et 3 du pignon 4 et de la couronne
5. d'un engrenage intérieur spécial.
Généralement, le fluide est admis et refoulé au travers de la
section droite des capsules 1 dans les plans d'extrémité de
l'engrenage, perpendiculaires à l'axe de celui-ci, suite au
passage de ces capsules 1 en face de bassins ou lumières 6 de
forme adéquate, taillés dans les surfaces planes fixes
entourant l'engrenage et appartenant à des pièces dénommées
flasques 7.
L'aspiration et le refoulement se font donc dans une
direction axiale, parallèle à l'axe A de l'engrenage.
Cette disposition a plusieurs inconvénients rappelés ci-après.
La surface nette offerte au fluide lors de l'aspiration est strictement limitée à la surface de la section droite des capsules, indépendamment de la hauteur axiale de la pompe ; on ne peut donc pas augmenter la cylindrée de la pompe en augmentant la hauteur axiale, au delà d'une certaine limite pour laquelle la section en question devient insuffisante par rapport au débit, et provoque une cavitation précoce.
La surface nette offerte au fluide lors de l'aspiration est strictement limitée à la surface de la section droite des capsules, indépendamment de la hauteur axiale de la pompe ; on ne peut donc pas augmenter la cylindrée de la pompe en augmentant la hauteur axiale, au delà d'une certaine limite pour laquelle la section en question devient insuffisante par rapport au débit, et provoque une cavitation précoce.
En outre, les bassins taillés dans les flasques doivent avoir
une profondeur axiale proportionnelle à la hauteur axiale de
la pompe, ce qui augmente l'encombrement de la pompe dans le
sens axial. Enfin, le mouvement global du fluide traversant
la pompe comporte de nombreux changements de direction,
générateurs de pertes d'énergie et de pression.
Pour remédier partiellement à ces inconvénients, certains
aménagements ont été proposés. Les figures 3 et 4 montrent un
exemple d'une telle réalisation selon laquelle des canaux
radiaux 10, de forme plus ou moins complexe sont percés dans
la couronne extérieure 15, permettant l'alimentation des
capsules 11 dans une direction radiale, à partir de bassins
16 de forme adéquate creusés dans l'alésage entourant la
couronne extérieure 15. Ceci permet d'augmenter la section
d'admission.
Cette solution présente cependant encore quelques
inconvénients. La réalisation des canaux radiaux reste
délicate. La section de ces canaux reste souvent petite par
rapport à la surface d'alimentation axiale classique, qui
reste nécessaire, et la hauteur axiale de la pompe reste
limitée.
En outre le volume engendré par ces canaux constitue un
volume mort important, qui dégrade fortement les performances
de la pompe, notamment la capacité d'auto-amorçage et le
rendement volumétrique avec un fluide compressible.
De plus, le fluide présent dans ces canaux est soumis à une
force centrifuge importante qui s'oppose au remplissage et
limite fortement l'efficacité de l'alimentation radiale.
On connaít en outre par US-A-2.458.958 une pompe à engrenage intérieur où dans
certaines réalisations le diamètre de la couronne extérieure est réduit sur une part de
hauteur jusqu'à la valeur du diamètre de sommet de denture du pignon intérieur, un taillage
supplémentaire permettant de ménager des passages d'alimentation radiale de la pompe.
FR-A-1.504.705 décrit une pompe volumétrique à engrenages conjugués où la couronne
extérieure est formée d'un assemblage d'anneaux et de barreaux constituant la denture. La
couronne présente le même diamètre extérieur sur toute sa hauteur. Des orifices
d'alimentation radiale sont ménagés entre les dents à profil circulaire et les anneaux.
Le but de l'invention est de réaliser une pompe volumétrique
rotative à engrenages intérieurs, du type dit gerotor
répondant à des besoins allant au-delà des limites imposées
par une conception à alimentation axiale, sans encourir les
inconvénients des aménagements connus antérieurs qui ont été
proposés. Une pompe de ce type et répondant à ces conditions
est telle que
le rayon étant variable le long dudit profil et présentant une
valeur plus faible à l'arrière d'une dent et une valeur plus
élevée à l'avant de la dent, avant et arrière étant définis
par rapport au sens de déplacement de l'engrenage en
rotation, le profil de denture du pignon intérieur étant
conjugué avec ledit profil de couronne extérieure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront
mieux compris à la lecture de la description qui va suivre
des modes de réalisation de l'invention, en référence aux
dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 précédemment décrite représente une vue schématique en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'engrenage d'une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur du type gerotor, selon une réalisation classique connue antérieure ;
- la figure 2 précédemment décrite représente une vue schématique en coupe par un plan passant par l'axe de rotation suivant la ligne II II de la figure 1 de la pompe représentée sur la figure 1 ;
- la figure 3 précédemment décrite représente selon une vue schématique analogue à celle de la figure 1 une pompe à gerotor comportant un exemple d'aménagement connu en soi ; la couronne extérieure comportant un anneau continu unique reliant et portant les dents de la couronne et un premier diamètre extérieur de la couronne extérieure, sur la partie de la hauteur de la couronne qui est complémentaire de l'anneau continu, est réduit jusqu'à la valeur du diamètre théorique à fond de denture de ladite couronne, de manière à assurer une alimentation radiale de ladite pompe à travers les espaces ménagés entre les dents de la couronne extérieure et sur le profil de denture de la couronne extérieure,
- la figure 4 précédemment décrite représente une vue selon la flèche F de la figure 3 montrant la couronne extérieure de ladite pompe ;
- la figure 5 représente une vue de face de la couronne extérieure d'une pompe volumétrique à gerotor conforme à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 montre ladite couronne extérieure suivant une vue en coupe par un plan passant par la ligne VI VI de la figure 5 ;
- la figure 7 représente selon une vue schématique éclatée en perspective une pompe volumétrique à gerotor suivant un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 représente, selon une vue analogue à celle des figures 1 et 3 en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe de rotation dans une zone médiane, la pompe à gerotor représentée sur la figure 7 ;
- la figure 9 représente selon une vue en coupe analogue à celle des figure 1, 3 ou 8 deux exemples fictifs de profils de denture de pompe à gerotor, montrant l'influence des critères de détermination d'un profil de denture ;
- la figure 10 représente selon une vue en coupe analogue à celles des figures 1, 3 ou 8 un exemple de réalisation de pompe à gerotor à six dents, à profil de denture conforme à l'invention ;
- la figure 11 représente de manière analogue à la figure 10 un exemple de réalisation de pompe à gerotor à quatre dents, à profil de denture conforme à l'invention.
Une pompe volumétrique à gerotor réalisée conformément à
l'invention est représentée schématiquement sur les figures 5
à 8. Les éléments de pompe comprennent un engrenage intérieur
20 composé d'un pignon intérieur 21 entraíné en rotation par
un arbre 22 et d'une couronne extérieure 23 à denture
intérieure 24 coopérant avec ledit pignon 21, placé à
l'intérieur d'un carter en deux parties 25 et 26 et le tout
monté entre deux flasques 27 et 28. De manière remarquable et
conforme à l'invention, la couronne extérieure 23 comporte
des dents 29 séparées par des espaces 30 constituant des
passages ouverts entre lesdites dents 29 et s'étendant sur
une partie 31 de la hauteur de ladite couronne. Par rapport à
une couronne classique de gerotor d'un type connu en soi
antérieur, ce résultat est obtenu en réduisant sur ladite
partie 31 de couronne le diamètre extérieur D1 de la couronne
23 jusqu'à une valeur juste supérieure et proche du diamètre
minimal théorique à fond de denture de la couronne dentée.
Sur la partie 31 de la couronne 23, les dents 29 apparaissent
ainsi séparées. Suivant l'exemple de réalisation représenté
sur les figures, la partie complémentaire 32 de la couronne
dentée 23 est formée d'un anneau continu 33 dont le diamètre
extérieur D2 est supérieur au diamètre extérieur D1 de la
partie 31. L'anneau 33 relie ainsi et porte les dents 29.
Ledit anneau 33 constitue également les surfaces de guidage
efficaces pour le montage de la couronne dentée 23.
En variante de réalisation, l'anneau unique 33 tel que
représenté sur les figure 5, 6 et 7 peut être remplacé par
deux anneaux ou plus, à condition de conserver les passages
ouverts 30 ménagés entre les dents 29. Le diamètre dudit
anneau ou sa disposition d'un côté ou l'autre de la denture
peuvent également varier.
Le fonctionnement de la pompe volumétrique à gerotor conforme à l'invention se déduit de la description de réalisation qui vient d'être faite et notamment en référence aux figures 7 et 8. Une première ouverture latérale d'entrée 34 ménagée sur le carter 25 permet l'alimentation en fluide à véhiculer qui, à travers les passages radiaux 30, arrive aux cavités ou capsules 35 ménagées entre les dentures pour atteindre, à nouveau à travers les passages radiaux 30 une seconde ouverture latérale de sortie 36 ménagée à l'opposé de la première ouverture 34 sur le carter 25. On obtient ainsi une section d'alimentation radiale de la pompe supérieure à la section d'alimentation axiale habituellement utilisée sur une pompe à gerotor classique, sans toutefois encourir les inconvénients dûs à la création de canaux radiaux obtenus par perçage de la couronne dentée extérieure.
Le fonctionnement de la pompe volumétrique à gerotor conforme à l'invention se déduit de la description de réalisation qui vient d'être faite et notamment en référence aux figures 7 et 8. Une première ouverture latérale d'entrée 34 ménagée sur le carter 25 permet l'alimentation en fluide à véhiculer qui, à travers les passages radiaux 30, arrive aux cavités ou capsules 35 ménagées entre les dentures pour atteindre, à nouveau à travers les passages radiaux 30 une seconde ouverture latérale de sortie 36 ménagée à l'opposé de la première ouverture 34 sur le carter 25. On obtient ainsi une section d'alimentation radiale de la pompe supérieure à la section d'alimentation axiale habituellement utilisée sur une pompe à gerotor classique, sans toutefois encourir les inconvénients dûs à la création de canaux radiaux obtenus par perçage de la couronne dentée extérieure.
Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 7,
il reste en outre possible d'associer l'alimentation radiale
conforme à l'invention à une alimentation axiale classique
passant par les extrémités de l'engrenage intérieur. Le
circuit complémentaire schématisé par les flèches f2 sur la
figure 7 vient ainsi s'ajouter au circuit principal
schématisé par les flèches f1.
Une disposition complémentaire remarquable et conforme à
l'invention, visant notamment à réduire les effets de la
force centrifuge peut en outre être adjointe. Au lieu de
prévoir, comme dans les solutions connues antérieures,
représentées à titre d'exemples sur les figures 1 et 3, un
profil de denture, sur la couronne extérieure, en arcs de
cercle à rayon unique et égal, l'invention prévoit un profil
de denture dissymétrique. La figure 10 montre un exemple de
réalisation à six dents et la figure 11 un exemple de
réalisation à quatre dents. La réalisation fictive illustrée
par la figure 9 représentant des exemples de dentures d'un
pignon intérieur 40 et d'une couronne extérieure 41 à denture
intérieure montre les critères retenus pour la détermination
d'un profil dissymétrique de denture conforme à l'invention.
On constate sur ces exemples qu'un grand espace 42 disponible
est obtenu entre deux dents 43 et 44 lorsque le rayon R1 de
l'arc de cercle correspondant au profil de denture est petit.
En même temps, lorsque ledit rayon diminue, l'angle d'attaque
de la denture diminue et dans l'exemple représenté, l'angle
d'attaque a1 est négatif. Au contraire, lorsque le rayon R2
de l'arc de cercle correspondant au profil de denture devient
important, un espace 45 plus faible devient disponible pour
l'alimentation radiale entre les dents 46 et 47 mais par
contre, l'angle d'attaque a2 devient positif et plus grand,
ce qui est favorable à l'alimentation radiale.
La solution conforme à l'invention consiste à réaliser un
profil de denture dissymétrique, comme représenté sur les
figures 10 et 11, où le rayon d'arc de cercle est variable le
long du profil. A l'arrière de la dent, telle que 48 ou 49,
arrière et avant étant définis par rapport au déplacement de
la couronne dentée dans son mouvement de rotation, le rayon
R1 de l'arc de cercle correspondant au profil est très petit
tandis que, à l'avant de la dent, le rayon R2 de l'arc de
cercle correspondant au profil est très grand. De cette
manière, un espace suffisant entre deux dents est ouvert pour
assurer une section convenable d'alimentation radiale et on
obtient en outre un angle d'attaque a de denture suffisant,
notamment compris entre 20 et 30 degrés, ce qui permet
d'incliner fortement le trajet moyen d'écoulement du
remplissage par rapport à un rayon et en conséquence
d'obtenir une atténuation de l'effet centrifuge. Dans tous
les cas des profils correspondants sont réalisés à la fois
sur la denture extérieure du pignon intérieur et sur la
denture intérieure de la couronne extérieure de manière à ce
que ces profils soient conjugués et que le contact entre les
dents est conservé sur tout le pourtour lors des
déplacements.
De bonnes conditions d'alimentation radiale sont ainsi
assurées et pour un dimensionnement de même ordre des pompes,
ces conditions sont améliorées par rapport à une alimentation
exclusivement axiale précédemment utilisée. En résumé, les
avantages obtenus au moyen de la réalisation d'une pompe à
gerotor conforme à l'invention sont dûs à la minimisation du
volume mort et à la minimisation du trajet centripète et de
la masse de fluide soumise à la force centrifuge, grâce à la
réduction du diamètre extérieur de la couronne extérieure
pour réaliser le passage radial entre les dents de ladite
couronne. A titre complémentaire, l'utilisation d'un profil
de denture dissymétrique, en arcs de cercle à rayon variable
permet une maximisation de la surface de passage de
l'alimentation radiale, tout en conservant un angle d'attaque
de denture avantageux et également d'assurer une direction
générale de remplissage minimisant l'effet néfaste de la
force centrifuge.
Claims (1)
- Pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur du type dit à gerotor comprenant un pignon intérieur (21) monté sur un arbre (22) entraíné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure (23) à denture intérieure (24) à profil dissymétrique ladite couronne extérieure (23) comportant un anneau continu unique (33) reliant et portant les dents (29) de la couronne (23) et un premier diamètre extérieur D1 de la couronne extérieure (23), sur la partie (31) de la hauteur de la couronne (23) qui est complémentaire de l'anneau continu (33), étant réduit jusqu'à la valeur du diamètre théorique à fond de denture de ladite couronne (23), de manière à assurer une alimentation radiale de ladite pompe à travers les espaces (30) ménagés entre les dents (29) de la couronne extérieure (23) et sur le profil de denture de la couronne extérieure (23), le rayon d'arc de cercle étant variable le long du profil et présentant une valeur R1 plus faible à l'arrière d'une dent (48-49) et une valeur plus élevée R2 à l'avant de la dent (48 ; 49) avant et arrière étant définis par rapport au sens de déplacement de l'engrenage en rotation, le profil de denture du pignon intérieur (21) étant conjugué avec ledit profil de couronne extérieure (23).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE69513142T DE69513142T2 (de) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Innenzahnradpumpe mit radialen Zuführungsröhren |
| EP95200845A EP0736691B1 (fr) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Pompe volumétrique rotative à gerotor à alimentation radiale |
| ES95200845T ES2138137T3 (es) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Bomba volumetrica rotatoria con gerotor de alimentacion radial. |
| US08/625,219 US5685704A (en) | 1995-04-04 | 1996-04-01 | Rotary gear pump having asymmetrical convex tooth profiles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP95200845A EP0736691B1 (fr) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Pompe volumétrique rotative à gerotor à alimentation radiale |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP0736691A1 EP0736691A1 (fr) | 1996-10-09 |
| EP0736691B1 true EP0736691B1 (fr) | 1999-11-03 |
Family
ID=8220165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP95200845A Expired - Lifetime EP0736691B1 (fr) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | Pompe volumétrique rotative à gerotor à alimentation radiale |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5685704A (fr) |
| EP (1) | EP0736691B1 (fr) |
| DE (1) | DE69513142T2 (fr) |
| ES (1) | ES2138137T3 (fr) |
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| BE1027697A1 (fr) | 2019-10-21 | 2021-05-18 | Safran Aero Boosters | Pompe volumétrique |
| BE1027698A1 (fr) | 2019-10-21 | 2021-05-18 | Safran Aero Boosters | Pompe volumétrique |
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