EP1319837A1 - Gerotor pump - Google Patents

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EP1319837A1
EP1319837A1 EP01870276A EP01870276A EP1319837A1 EP 1319837 A1 EP1319837 A1 EP 1319837A1 EP 01870276 A EP01870276 A EP 01870276A EP 01870276 A EP01870276 A EP 01870276A EP 1319837 A1 EP1319837 A1 EP 1319837A1
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EP
European Patent Office
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gerotor
pump
grooves
ring
gear
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Withdrawn
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EP01870276A
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German (de)
French (fr)
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Quac Hung Tran
Paul Amenta
Damien Calmet
Marc Nott
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Safran Aero Boosters SA
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Safran Aero Boosters SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump

Abstract

The volumetric interior gearing gerotor pump comprises an interior pinion mounted on a rotating shaft and meshing with an exterior crown wheel (5) with interior teeth. The rotating crown wheel has a cylindrical contact surface with a fixed guide ring. The crown wheel and/or the guide ring have several bearing grooves (10) distributed over the whole contact surface in the guide zone.

Description

Objet de l'inventionObject of the invention
La présente invention se rapporte à un nouveau procédé de réalisation visant à obtenir une amélioration du guidage des pièces mobiles et de la tenue en pression dans les pompes gerotor.The present invention relates to a new production process aimed at obtaining a Improved guidance of moving parts and holding in pressure in gerotor pumps.
Le domaine d'application de l'invention est celui des pompes volumétriques rotatives à engrenage intérieur du type à gerotor ou trochoïde et comportant une alimentation radiale ou axiale.The field of application of the invention is that of rotating positive displacement gear pumps inside of the gerotor or trochoid type and having a radial or axial supply.
L'invention se rapporte également au dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.The invention also relates to device for carrying out the method.
Etat de la techniqueState of the art
Il est connu que le concept gerotor des éléments de pompe est une composante essentielle des groupes de lubrification intégrés pour turboréacteurs.It is known that the gerotor concept of pump elements is an essential component of integrated lubrication units for turbojet engines.
Dans une pompe du type à gerotor, le fluide est aspiré puis refoulé par des cavités appelées "capsules" de volume cycliquement variable et créées entre les dents respectives d'un pignon, faisant office d'engrenage intérieur et d'une couronne, faisant office d'engrenage extérieur.In a gerotor-type pump, the fluid is sucked up and then pushed back by cavities called "capsules" cyclically variable volume and created between the teeth of a gear, acting as a gear inside and a crown, acting as a gear outside.
Généralement, le fluide est admis et refoulé au travers de la section droite des capsules dans les plans d'extrémité de l'engrenage, perpendiculaires à l'axe de celui-ci, suite au passage de ces capsules en face de lumières de forme adéquate, taillées dans les surfaces planes fixes entourant l'engrenage et appartenant à des pièces dénommées flasques.Generally, the fluid is admitted and repressed through the right section of the capsules in the plans end of the gear, perpendicular to the axis of this one, following the passage of these capsules in front of adequate shaped lights, cut into the surfaces fixed planes surrounding the gear and belonging to parts called flanges.
L'aspiration et le refoulement se font dans une direction d'alimentation axiale ou radiale.Aspiration and repression are done in an axial or radial feed direction.
Les technologies de paliers connues sur les pompes gerotor se limitent à des paliers lisses, comme c'est par exemple le cas pour la pompe déjà proposée par la Demanderesse dans la demande européenne EP-A-0 736 691.Bearing technologies known on the gerotor pumps are limited to plain bearings, as this is for example the case for the pump already proposed by the Applicant in the European application EP-A-0 736 691.
De manière à assurer une tenue des pompes gerotor aux variations de pression élevées, qu'elles soient à alimentation axiale ou à alimentation radiale, il est nécessaire d'assurer une reprise satisfaisante par le palier des efforts qui s'exercent sur la couronne de la pompe. En particulier, ces efforts sont dus à la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la pompe.In order to ensure the holding of the pumps gerotor at high pressure variations, whether they are with axial feed or radial feed, it is necessary to ensure a satisfactory recovery by the level of efforts exerted on the crown of the pump. In particular, these efforts are due to the difference pressure between the inlet and the outlet of the pump.
D'autres défauts présentés par les pompes gerotor à palier lisse découlent du fait de la difficulté de centrer la couronne (rotor) , ce qui induit des pics de vibration pouvant mener au grippage. Dans ce type de pompes, le grippage peut survenir pour des pressions supérieures à une dizaine de bars.Other defects presented by the pumps gerotor with plain bearings stem from the difficulty to center the crown (rotor), which induces peaks of vibration that can lead to seizure. In this type of pumps, galling can occur for pressures more than ten bars.
De manière générale, le mouvement global du fluide traversant la pompe comporte de nombreux changements de direction, générateurs de pertes d'énergie et de pression.In general, the global movement of fluid flowing through the pump has many changes of management, generators of energy losses and pressure.
Buts de l'inventionGoals of the invention
La présente invention vise à fournir une solution qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique.The present invention aims to provide a solution that does not have the disadvantages of the state of the technique.
En particulier, l'invention a pour but de créer un champ de pression au niveau du palier de la pompe gerotor qui va s'opposer à l'effort dû à la différence de pression entre l'entrée et la sortie qui s'exerce sur la couronne.In particular, the invention aims to create a pressure field at the pump bearing gerotor who will oppose the effort due to the difference of pressure between the entry and exit exerted on the crowned.
L'invention a également pour but d'utiliser le fluide lui-même, par exemple de l'huile, pour améliorer le fonctionnement de la pompe aux hautes pressions.The invention also aims to use the fluid itself, for example oil, to improve the operation of the pump at high pressures.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention de l'inventionMain characteristic elements of the invention of the invention
Un premier objet de la présente invention se rapporte à une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur du type dit à gerotor, à alimentation axiale ou radiale, comprenant un pignon intérieur monté sur un arbre entraíné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure à denture intérieure, ladite couronne en rotation ayant une surface de contact cylindrique avec une bague de guidage fixe, caractérisée en ce que la couronne et/ou la bague de guidage présente(nt) une pluralité de rainures de portances réparties sur toute la surface de contact au niveau de la zone de guidage. Un telle pompe est destinée à une utilisation aux pressions d'huile élevées, de préférence supérieures à 10 bar.A first object of the present invention relates to a rotary positive displacement gear pump inside of the gerotor type, with axial feed or radial, comprising an inner gear mounted on a shaft driven in rotation and cooperating with a crown outer ring with inner teeth, said ring in rotation having a cylindrical contact surface with a fixed guide ring, characterized in that the crown and / or the guide ring has (s) a plurality of bearing grooves distributed over the entire surface of contact at the guiding zone. Such a pump is intended for use at high oil pressures, preferably greater than 10 bar.
Selon une première forme de réalisation particulière, lesdites rainures de portance sont courbes.According to a first embodiment particular, said lift grooves are curved.
Selon une deuxième forme de réalisation particulière, lesdites rainures sont droites et inclinées d'un angle α par rapport à la tangente au mouvement de rotation de la couronne.According to a second embodiment particular, said grooves are straight and inclined an angle α with respect to the tangent to the motion of rotation of the crown.
Selon une troisième forme de réalisation particulière, lesdites rainures de portance présentent un profil de profondeur variable selon leur longueur et/ou leur largeur. According to a third embodiment particular, said lift grooves have a variable depth profile according to their length and / or their width.
Avantageusement, le profil de la surface rainurée comporte d'abord un plat suivi de la rainure proprement dite, comportant une zone dont la profondeur varie linéairement avec la longueur jusqu'à une valeur maximale, avec de préférence le plat valant au maximum la longueur de la rainure.Advantageously, the profile of the surface grooved first has a flat followed by the groove proper, with an area whose depth varies linearly with length up to a value maximum, preferably with the dish being at most length of the groove.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la projection desdites rainures de portance sur la surface cylindrique de contact est de forme triangulaire.According to another characteristic of the invention, the projection of said lift grooves on the cylindrical contact surface is of shape triangular.
De manière avantageuse, la projection desdites rainures de portance sur la surface cylindrique de contact peut être de forme polygonale, de préférence quadrilatère.Advantageously, the projection said lift grooves on the cylindrical surface of contact may be of polygonal shape, preferably quadrilateral.
Toujours selon l'invention, le fluide traversant la pompe est de l'huile, qui assure également la lubrification de la surface de contact entre la couronne et la bague de guidage.Still according to the invention, the fluid crossing the pump is oil, which also ensures the lubrication of the contact surface between the crown and the guide ring.
Un deuxième objet de la présente invention concerne un procédé pour améliorer le guidage et la tenue en pression de pompes volumétriques rotatives à engrenage intérieur du type dit à gerotor, telles que proposées par l'invention. Selon le procédé, la pluralité de rainures réparties sur toute la surface de contact au niveau de la zone de guidage créent une portance aidant à centrer la partie en rotation de la pompe et à supporter des pressions élevées.A second object of the present invention relates to a method for improving guiding and holding in pressure of rotating positive displacement gear pumps inside of the gerotor type, as proposed by the invention. According to the method, the plurality of grooves distributed over the entire contact area at the level of the guiding area create a lift helping to center the rotating part of the pump and withstanding pressures high.
Brève description des figuresBrief description of the figures
La figure 1 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 de l'état de la technique. FIG. 1 represents a schematic view in cut by a plane perpendicular to the axis of rotation of the gearing of a rotary positive displacement gear pump gerotor-type interior, according to a conventional embodiment of the state of the art.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe par un plan passant par l'axe de rotation suivant la ligne I-I de la pompe de la figure 1.FIG. 2 represents a schematic view in cut by a plane passing through the axis of rotation following the line I-I of the pump of FIG.
La figure 3 représente schématiquement une forme d'exécution préférée de rainures de portance sur le palier selon l'invention.Figure 3 schematically represents a preferred embodiment of lift grooves on the bearing according to the invention.
La figure 4 représente une vue schématique en coupe II-II d'une rainure telle que représentée sur la figure 1.FIG. 4 represents a schematic view in II-II section of a groove as shown in the figure 1.
La figure 5 représente schématiquement une vue en perspective d'une couronne de pompe gerotor à alimentation radiale pourvue de rainures de portance selon l'invention.Figure 5 schematically represents a perspective view of a gerotor pump crown to radial feed provided with lift grooves according to the invention.
Les figures 6.a et 6.b représentent chacune une vue de détail particulière du dispositif de la figure 5.Figures 6.a and 6.b show each a particular detail view of the device of the figure 5.
Description d'une forme d'exécution de l'état de la technique.Description of a form of execution of the state of the technical.
Un exemple de pompe gerotor à engrenage intérieur est illustré sur les figures 1 et 2, dans le but d'en décrire le principe. Le fluide est aspiré et refoulé par les capsules 1 créées entre les dents 2 et 3 respectives du pignon 4 et de la couronne 5 de l'engrenage.An example of a gear gerotor pump interior is shown in Figures 1 and 2 for the purpose to describe the principle. The fluid is sucked and repressed by capsules 1 created between teeth 2 and 3 respective of the pinion 4 and the ring gear 5 of the gear.
Le fluide est admis puis refoulé au travers de la section droite des capsules dans les plans d'extrémité de l'engrenage, perpendiculaires à l'axe A de celui-ci, suite au passage de ces capsules 1 en face de lumières 6 de forme spécifique entourant l'engrenage et appartenant à des pièces fixes dénommées flasques 7.The fluid is admitted and then pushed back through of the right section of the capsules in the plans end of the gear, perpendicular to the axis A of this one, following the passage of these capsules 1 in front of 6 lights of specific shape surrounding the gear and belonging to fixed parts referred to as flanges 7.
L'aspiration et le refoulement se font donc dans une direction radiale, perpendiculaire à l'axe A de l'engrenage. Aspiration and repression are therefore in a radial direction, perpendicular to the axis A of the gear.
La surface interne cylindrique de la bague de guidage 8, qui est la surface de contact 11 avec la couronne 5, est parfaitement lisse et sert de surface de lubrification de la pompe.The cylindrical inner surface of the ring of 8, which is the contact surface 11 with the crown 5, is perfectly smooth and serves as a surface lubrication of the pump.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'inventionDescription of a preferred embodiment of the invention
Le principe à la base de l'invention consiste à créer une portance pour guider l'engrenage d'une pompe gerotor sur son palier.The basic principle of the invention consists to create a lift to guide the gear of a pump gerotor on his landing.
Afin de créer cette portance, on réalise une pluralité de rainures à la surface de contact 11 du palier, entre la couronne 5, c'est-à-dire l'engrenage extérieur de la pompe gerotor et la bague de guidage 8 de ladite pompe.In order to create this lift, we realize a plurality of grooves at the contact surface 11 of the bearing, between the ring gear 5, that is to say the external gear of the gerotor pump and the guide ring 8 of said pump.
La solution envisagée ici, de manière remarquable, consiste à réaliser des rainures 10, de préférence de profondeur progressive sur la zone de guidage de la pièce mâle (couronne) ou de la pièce femelle (bague de guidage) de manière à créer une portance. L'effet de portance aide à centrer le rotor, c'est-à-dire la couronne, et à réduire ses pics de vibration, afin d'éviter tout risque de grippage.The solution envisaged here, so remarkable, consists in making grooves 10, progressive depth preference on the guidance zone the male part (crown) or the female part (ring guidance) to create lift. The effect of lift helps to center the rotor, ie the crown, and reduce its vibration peaks, to avoid any risk of seizure.
Dans le cas où elles sont réalisées sur la couronne 5, les rainures 10 sont, par exemple, définies comme décrit à la figure 3. Sur une vue en coupe de la rainure, selon la ligne I-I, on peut distinguer deux zones, représentées à la figure 4 :
  • une zone 12 qui reste "plane" de manière à éviter les points chauds ;
  • une zone 13, dite de compression, telle que la profondeur de la rainure 10 varie linéairement à partir d'une profondeur maximale 14 et jusqu'à une profondeur nulle ou minimale, pour créer la portance.
In the case where they are made on the ring 5, the grooves 10 are, for example, defined as described in FIG. 3. In a cross-sectional view of the groove, along the line II, two zones, represented by FIG. Figure 4:
  • an area 12 which remains "flat" so as to avoid hot spots;
  • a zone 13, called compression zone, such that the depth of the groove 10 varies linearly from a maximum depth 14 and to a zero or minimum depth, to create the lift.
Selon un principe général bien connu de l'homme de l'art des turbomachines, il est nécessaire d'incliner d'un angle α ces rainures par rapport à la tangente au mouvement de rotation pour favoriser l'entrée d'huile (figure 3).According to a well-known general principle of the man of the art of turbomachines, it is necessary to incline an angle α these grooves relative to the tangent to the rotational movement to favor the entrance of oil (Figure 3).
Ainsi, ces rainures 10 vont, de par leur forme, créer un champ de pression autour du palier.Thus, these grooves 10 will, by their shape, create a pressure field around the landing.
On a représenté à la figure 5 une couronne 5 de pompe gerotor pourvue de rainures selon l'invention. Deux formes d'exécution de ces rainures sont données dans les vues de détail représentées aux figures 6.a et 6.b et correspondant à la couronne de la figure 5.FIG. 5 shows a ring 5 gerotor pump provided with grooves according to the invention. Two embodiments of these grooves are given in the detail views shown in Figures 6.a and 6.b and corresponding to the crown of Figure 5.
L'invention présente notamment comme avantage que l'on utilise le fluide à pomper, ici généralement de l'huile, pour améliorer le fonctionnement de la pompe aux hautes pressions.The invention presents, in particular, the advantage that we use the fluid to be pumped, here usually oil, to improve the operation of the pump to high pressures.

Claims (11)

  1. Pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur du type dit à gerotor, à alimentation axiale ou radiale, comprenant un pignon intérieur (4) monté sur un arbre (A) entraíné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure (5) à denture intérieure (3), ladite couronne (5) en rotation ayant une surface de contact cylindrique (11) avec une bague de guidage (8) fixe, caractérisée en ce que la couronne (5) et/ou la bague de guidage (8) présente(nt) une pluralité de rainures (10) de portances réparties sur toute la surface de contact (11) au niveau de la zone de guidage.Rotary displacement pump with internal gear of the gerotor type, with axial or radial feed, comprising an inner gear (4) mounted on a shaft (A) driven in rotation and cooperating with an outer ring (5) with internal teeth (3) , said rotating ring gear (5) having a cylindrical contact surface (11) with a fixed guide ring (8), characterized in that the ring gear (5) and / or the guide ring (8) has (s) a plurality of bearing grooves (10) distributed over the entire contact surface (11) at the guide area.
  2. Pompe volumétrique à gerotor selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites rainures de portance (10) sont courbes.A gerotor volumetric pump according to claim 1, characterized in that said lift grooves (10) are curved.
  3. Pompe volumétrique à gerotor selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites rainures sont droites et inclinées d'un angle α par rapport à la tangente au mouvement de rotation de la couronne (5).A gerotor volumetric pump according to claim 1, characterized in that said grooves are straight and inclined at an angle α with respect to the tangent to the rotational movement of the ring gear (5).
  4. Pompe volumétrique à gerotor selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdites rainures de portance (10) présentent un profil de profondeur variable selon leur longueur et/ou leur largeur.A gerotor volumetric pump according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said lift grooves (10) have a variable depth profile according to their length and / or their width.
  5. Pompe volumétrique à gerotor selon la revendication 4, caractérisée en ce que le profil de la surface rainurée comporte d'abord un plat (12) suivi de la rainure proprement dite, comportant une zone (13) dont la profondeur varie linéairement avec la longueur jusqu'à une valeur maximale (14).A gerotor volumetric pump according to claim 4, characterized in that the profile of the grooved surface comprises first a plate (12) followed by the groove itself, comprising a zone (13) whose depth varies linearly with the length up to at a maximum value (14).
  6. Pompe volumétrique à gerotor selon la revendication 5, caractérisée en ce que le plat (12) vaut au maximum la longueur de la rainure (13). A gerotor volumetric pump according to claim 5, characterized in that the plate (12) is at most the length of the groove (13).
  7. Pompe volumétrique à gerotor selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la projection desdites rainures de portance (10) sur la surface cylindrique de contact est de forme triangulaire.A gerotor volumetric pump according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the projection of said lift grooves (10) on the cylindrical contact surface is of triangular shape.
  8. Pompe volumétrique à gerotor selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la projection desdites rainures de portance (10) sur la surface cylindrique de contact est de forme polygonale, de préférence quadrilatère.A gerotor volumetric pump according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the projection of said lift grooves (10) on the cylindrical contact surface is polygonal in shape, preferably quadrilateral.
  9. Pompe volumétrique à gerotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide traversant la pompe est de l'huile, qui assure également la lubrification de la surface de contact (11) entre la couronne (5) et la bague de guidage (8).A gerotor volumetric pump according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid passing through the pump is oil, which also lubricates the contact surface (11) between the ring (5) and the ring guide (8).
  10. Procédé pour améliorer le guidage et la tenue en pression de pompes volumétriques rotatives à engrenage intérieur du type dit à gerotor, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de rainures (10) réparties sur toute la surface de contact (11) au niveau de la zone de guidage créent une portance aidant à centrer la partie en rotation de la pompe et à supporter des pressions élevées.A method for improving the guiding and pressure resistance of gerotor type internal gear rotary rotary pumps as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the plurality of grooves (10) are distributed over the entire contact surface. (11) at the guiding zone create a lift helping to center the rotating part of the pump and to withstand high pressures.
  11. Utilisation d'une pompe volumétrique à gerotor, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, aux pressions d'huile élevées, de préférence supérieures à 10 bar.Using a positive displacement pump gerotor according to any one of claims 1 to 9, at high oil pressures, preferably greater than 10 bar.
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