EP4409139A1 - Pompe volumetrique a lobes - Google Patents

Pompe volumetrique a lobes

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EP4409139A1
EP4409139A1 EP22797407.8A EP22797407A EP4409139A1 EP 4409139 A1 EP4409139 A1 EP 4409139A1 EP 22797407 A EP22797407 A EP 22797407A EP 4409139 A1 EP4409139 A1 EP 4409139A1
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EP
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valve
lobes
rotor
stator
support
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EP22797407.8A
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EP4409139C0 (fr
EP4409139B1 (fr
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Antoine ROCHE
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Pmh Equipments
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F04C15/0049—Equalization of pressure pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C15/06—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C15/064—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston machines or pumps
    • F04C15/066—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston machines or pumps of the non-return type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/126—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/40—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C2/08 or F04C2/22 and having a hinged member
    • F04C2/46—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C2/08 or F04C2/22 and having a hinged member with vanes hinged to the outer member

Definitions

  • the invention relates to a positive displacement lobe pump.
  • a “volumetric pump” is a pump in which the pumping of a fluid results from the variation of a volume occupied by the fluid inside the pump, called pumping volume.
  • the "displacement lobe pumps” include pumps for which several lobes make it possible to define this pumping volume inside the pump.
  • the invention can be used to pump a liquid or pasty fluid incorporating solid elements.
  • the invention shows a particularly advantageous application for pumping the products of the harvest for the production of wine.
  • volumetric lobe pump The operation of a volumetric lobe pump is described in particular in the documents FR 2°645°915, FR 2°622°935 and FR 3°053 743.
  • Positive displacement lobe pumps have a stator with a fluid inlet and a fluid outlet, also called an extraction chimney.
  • the stator has an internal cylindrical chamber forming a stator volume in hydraulic communication with the fluid inlet and the extraction chimney.
  • a lobed rotor is disposed within the stator volume.
  • Each lobe typically has a cylindrical shape of ovoid section with a radial end intended to scrape the internal wall of the internal cylindrical chamber of the stator.
  • the rotational movement of the rotor then moves the volume between two lobes opposite the internal wall of the stator, thus delimiting the pumping volume.
  • the volume between two lobes is continuously moved until it reaches the extraction stack. In this position, a valve comes to rub against the lobe arranged opposite the extraction chimney so that the rotational movement of the rotor moves the fluids from the pumping volume into the extraction chimney.
  • the pressure in the piping connected to the extraction chimney is approximately two bars and a very high backpressure is observed when a lobe of the rotor passes from a state where it rubs against the inner wall of the stator in a state whose radial end is located opposite the extraction chimney.
  • the abrupt transition between these two states is visible at the level of the piping. Indeed, with a translucent pipe, we see the harvest products advancing jerkily in the pipe.
  • the harvested products advance for a period of approximately one second and then, for a few milliseconds, the harvested products stop. They then move back into the piping when the pumping volume is placed in hydraulic communication with the extraction stack due to the relaxation of the pressure of the piping in the stator volume. After this relaxation, the harvested products advance again under the pressure applied by the rotation of the rotor.
  • the technical problem of the invention is therefore to obtain a positive-displacement lobe pump to obtain efficient fluid transfer by reducing these expansion phases at the level of the extraction chimney.
  • the invention proposes using a lobed rotor with chevron-shaped lobes so that the hydraulic communication of the pumping volume with the extraction chimney is progressive.
  • the valve also has a chevron shape complementary to that of the lobes so as to obtain the guiding of the fluids from the stator volume to the extraction stack.
  • a “chevron shape” corresponds to a shape in which two segments intersect at an angle of between 120 and 170 degrees.
  • the invention relates to a volumetric lobe pump comprising:
  • a stator comprising an internal wall defining a stator volume; the stator having a fluid inlet and an extraction chimney; the fluid inlet and the extraction chimney being in hydraulic communication with the stator volume;
  • a rotor mobile in rotation inside the stator volume, comprising at least two lobes; each lobe having a radial end intended to scrape the internal wall of the stator so as to obtain a pumping volume between two consecutive lobes when they are positioned between the fluid inlet and the extraction chimney;
  • valve return means configured to move the valve against the lobes when the lobes are moved at the level of the extraction chimney.
  • the invention is characterized in that the radial end of each lobe has the shape of at least one chevron so that the hydraulic communication of the pumping volume with the extraction chimney is progressive, the valve having a shape at least one chevron complementary to that of the lobes so as to guarantee the tightness of the hydraulic communication between the pumping volume and the extraction chimney.
  • the shape of the radial end of each lobe makes it possible to obtain progressiveness in the hydraulic communication between the stator volume and the pressure contained in the piping connected to the extraction chimney.
  • the radial end of the lobes is straight as well as the opening of the extraction chimney in the stator volume. It follows that the passage of the radial end of a lobe at the level of the edge of the opening of the extraction chimney in the stator volume generates a very rapid release of the pressure of the piping in the stator volume.
  • the straight edge of the opening of the extraction chimney cooperates with a chevron-shaped edge of the radial end of each lobe so that the release of the pressure from the piping is much slower.
  • the invention makes it possible to obtain progressive expansion as the rotor moves, thus limiting the compression and expansion phases that the fluid undergoes during pumping.
  • stator is not necessarily modified so that it is possible, in one embodiment, to transform an existing pump by simply replacing the rotor and the valve.
  • the limitation of the stresses undergone by the harvested products during pumping makes it possible to protect the quality of the harvest, that is to say to guarantee as much as possible the integrity of the harvest.
  • the complexity of implementing the invention lies in the specific shape of the lobes of the rotor and the associated valve. More particularly, the rotor is movable on an axis and it can have a variable length inside the stator volume depending on the desired pumping volume. To ensure progressive hydraulic communication between the pumping volume and the extraction chimney, it is possible to use one or more chevrons at the radial end of the lobes.
  • the rotor has a first circular helix with a left-hand pitch fixed on a second circular helix with a right-hand pitch.
  • a circular propeller is inscribed in a cylinder of revolution so that the radial end of the propeller, that is to say that of the rotor, can cooperate with the cylindrical internal wall of the stator to form a substantially hermetic cavity.
  • the rotor can comprise two, three or four lobes without changing the invention.
  • the section of the rotor is ovoid and the rotor is relatively simple to design and manufacture.
  • the production of the rotor can be obtained by producing the two parts of the propeller independently and fixing them after production.
  • the rotor can also be cast in one piece by casting a stainless steel core with a lost wax casting technique.
  • This stainless steel core can then be covered with a food grade elastomer intended to receive the friction of the valve.
  • the stainless steel core covered with a food grade elastomer can be sandwiched between two stainless steel flanges, also produced by a lost wax casting technique.
  • the two flanges are preferably produced at the same time as the core.
  • a three-dimensional print can be made to achieve this complex shape.
  • each lobe has several chevrons.
  • the rotor can have a first circular propeller with a left-hand pitch fixed on a second circular propeller with a right-hand pitch, itself fixed on a third circular propeller with a left-hand pitch, itself fixed on a fourth circular helix with a right-hand pitch.
  • This embodiment makes it possible to obtain good progressiveness for the hydraulic communication of the pumping volume with the extraction chimney, in particular for large volume pumps.
  • valve return means can also correspond to any known means, such as springs.
  • valve return means correspond to magnetic means.
  • valve return means comprise:
  • a second annular magnet support the second support being fixed relative to the valve; the two supports being coaxial with the axis of rotation of the valve and positioned opposite one another; the poles of the magnets of the first support being offset with respect to the poles of the magnets of the second support so that the magnetic force of the magnets tends to move the valve against the lobes.
  • they preferably comprise a third annular magnet support, the third support being free to rotate between the first support and the second support, the poles of the magnets of the third support being offset between the poles of the magnets of the first support and magnets of the second support.
  • valve return means comprise removable means for fixing the supports allowing the return means to be opened in order to modify the magnetic power or the number of magnets when it is desired to modify the return force. recall means.
  • Figure 1 is a sectional view of a positive displacement lobe pump according to one embodiment of the invention.
  • FIG 2 is a perspective and sectional view of the pump of Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view from a first angle of the connection between the valve and the rotor of the pump of Figure 1;
  • Figure 4 is a perspective view from a second angle of the connection between the valve and the rotor of the pump of Figure 1;
  • Figure 5 is a perspective view from a third angle of the connection between the valve and the rotor of the pump of Figure 1;
  • Figure 6 is a perspective view from a fourth angle of the connection between the valve and the rotor of the pump of Figure 1;
  • Figure 7 is a top view of the rotor of the pump of Figure 1;
  • Figure 8 is a top view of a rotor according to another embodiment
  • Figure 9 is a representation of the projection of the movements of the rotor of Figure 1 on the inner wall of the stator.
  • FIG 10 is an exploded perspective view of the return means of Figure 1. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • a positive-displacement lobe pump 10 has a stator 11 whose internal wall forms a substantially cylindrical chamber. The lateral ends of the cylindrical chamber are closed off by two plates bolted to the stator 11.
  • the stator volume formed in the cylindrical chamber is in hydraulic communication with a fluid inlet 12 and an extraction chimney 13.
  • the fluid inlet 12 is arranged at the rear of the pump 10 while the extraction chimney 13 is arranged above the pump 10.
  • the positioning of the fluid inlet 12 and the extraction chimney 13 can vary without changing the invention.
  • the extraction chimney 13 can be positioned opposite the fluid inlet 12.
  • a rotor 14 is mounted so as to rotate about an axis 43.
  • this rotor 14 comprises at least two lobes 15, the radial end 18 of which has the shape of at least a chevron.
  • a valve 16 is mounted at the level of the extraction chimney 13 and return means 17 of the valve 16 are used to force the end 42 of the valve 16 against the rotor 14. More precisely, the end 42 of the valve 16 extends over the entire width of rotor 14 following the shape of lobes 15.
  • the radial end 18 of each lobe 15 has the shape of at least one chevron and the end 42 of the valve 16 also has the shape of a chevron intended to match the chevron shape of the radial end 18 of each lobe 15.
  • the valve 16 comes to rub against the lobes 15 of the rotor 14 to force the fluid present in a pumping volume Vp to be moved from the stator volume to 'at the extraction chimney 13.
  • the pumping volume Vp is defined by the volume arranged inside the stator volume between two lobes 15 and the internal stator wall 11, as illustrated for example in FIGS. 1 and 2. Indeed, a radial end 18 of each lobe 15 rubs against the internal wall of the stator 11 so that the fluids are contained in this pumping volume Vp when none of the lobes is positioned opposite the fluid inlet 12 or the chimney to be d extraction 13.
  • the simple chevron shape of each lobe 15 is more particularly illustrated in a top view in FIG. 7. With the perspective views in FIGS. 1 to 6, it can be seen that this shape with a single chevron can be achieved with a first circular helix 20 having a left-hand pitch fixed on a second circular helix 21 having a right-hand pitch.
  • lobes 15 and a valve 16 having a shape with several chevrons it is also possible to use lobes 15 and a valve 16 having a shape with several chevrons.
  • the double chevron shape of a lobe 15 is shown in Figure 8.
  • This double chevron shape can be obtained with a first circular helix with a left-hand pitch fixed to a second circular helix with a right-hand pitch, itself fixed to a third circular helix with a left-hand pitch, itself fixed to a fourth circular helix with right-hand pitch.
  • the rotor may also include flanges 45 arranged on the edges of the lobes 15.
  • the shape of the flanges 45 is substantially identical to the shape of the edges of the lobes 15 of the rotor 14.
  • flanges 45 are positioned at the longitudinal ends of the cylindrical chamber of the stator 11.
  • one of the flanges 45 is movable opposite the fluid inlet 12 and periodically cuts the fluid inlet 12 to define the pumping volume Vp .
  • the lobes 15 have a stainless steel core covered with a food-grade elastomer, while the flanges 45 are made of stainless steel to effectively cut any solid elements from the harvest when defining the pumping volume Vp.
  • FIG. 9 illustrates a flat projection of the internal surface of the stator 11 and of the friction positions of the radial end 18 of a lobe 15 during its movements in the stator volume.
  • the radial end 18 In a first position, at a time ti, the radial end 18 is placed opposite the fluid inlet 12. Then, at times ti+1 to ti+3, the radial end 18 is moved against the internal wall of the volume stator. At time ti+4, a small portion of the radial end 18 of the lobe 15 is placed opposite the extraction chimney 18. Thus, a weak hydraulic communication is initiated between the pumping volume Vp and the chimney d extraction 13.
  • this figure 9 illustrates the progressive hydraulic communication of the pumping volume Vp with the extraction chimney 13.
  • the number of lobes 15, the stator volume, the diameter and the length of the stator 11 can vary according to pumping needs.
  • the speed of rotation of the rotor is conventionally defined according to the pumping needs sought.
  • the speed of rotation of the rotor 14 can be between 0.5 and 2 seconds per revolution.
  • the rotor 14 may comprise a fixed axis of rotation 40, as illustrated in FIGS. 1 to 6.
  • the return means 17 of the valve 16 can correspond to any known means, such as a spring or even a return system with plastic shims.
  • the return means 17 of the valve 16 correspond to magnetic means using the cooperation of several magnets to cause a movement of the valve 16 against the different lobes 15.
  • the valve 16 is mounted on an axis of rotation 40 and has a connecting portion 41 as far as the chevron end 42.
  • the valve shaft 40 is fixed to a shaft support 34 integrated in the return means 17, illustrated in exploded view in FIG. 10.
  • These return means 17 comprise a support 28 fixed to the stator 11 and intended to integrate a first ring of magnets 27. This first ring of magnets 27 is intended to cooperate with a second ring of magnets 28 mounted on a support 26 fixed on the axis 40. When the axis 40 is moved, the North-South poles of the magnets 27 and 28 come into phase opposition and tend to bring the valve 16 against the rotor 14.
  • an intermediate ring 29 carrying a third ring of magnets 30 and preferably arranged between the ring of magnets 27 fixed on the stator 11 and the ring of magnets 28 fixed on the axis 40.
  • Caches 31, 32 and 33 are preferably arranged between the different rings to guarantee the integration of the magnets 27, 28 and 30.
  • a stopper 35 is also attached to the axis 40 after the latter has been fixed in the return means. 17.
  • the supports 25, 26 and 29 as well as the covers 31, 32 and 33 are mounted by removable fixing means, for example screws, thus making it possible to open the return means 17 to modify the magnets 27, 28 and 30 in order to modify the return force applied by these return means 17.
  • the invention makes it possible to obtain progressiveness in the hydraulic communication of the pumping volume Vp with the extraction chimney 13, thus limiting the stresses undergone by the fluids during pumping.
  • the invention makes it possible to obtain a pump 10 which limits the noise and the stresses to which the fluids are subjected during pumping.
  • this pump 10 is particularly suitable for pumping harvested products and protecting the quality of the harvest.

Landscapes

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Abstract

Pompe volumétrique à lobes (10) comprenant : • - un stator (11) comportant une paroi interne définissant un volume statorique; • - un rotor (14) mobile en rotation à l'intérieur du volume statorique; le rotor (14) comportant au moins deux lobes (15) configurés pour définir un volume de pompage (Vp); et • - un clapet (16) monté au niveau de la cheminée d'extraction (13) de sorte à coopérer avec les lobes (15) pour contraindre les fluides, présents dans le volume de pompage (Vp), à être déplacés dans une cheminée d'extraction (13); les lobes (15) présentant une extrémité radiale (18-19) en forme d'au moins un chevron de sorte que la mise en communication hydraulique du volume de pompage (Vp) avec la cheminée d'extraction (13) soit progressive, le clapet (16) présentant une forme d'au moins un chevron complémentaire avec celle des lobes (15).

Description

DESCRIPTION
TITRE : POMPE VOLUMETRIQUE A LOBES
DOMAINE DE L’INVENTION
L'invention concerne une pompe volumétrique à lobes.
Au sens de l’invention, une « pompe volumétrique » est une pompe dans laquelle le pompage d’un fluide résulte de la variation d’un volume occupé par le fluide à l’intérieur de la pompe, dit volume de pompage. Les « pompes volumétriques à lobes » regroupent les pompes pour lesquels plusieurs lobes permettent de définir ce volume de pompage à l’intérieur de la pompe.
L’invention peut être utilisée pour pomper un fluide liquide ou pâteux incorporant des éléments solides. L’invention montre une application particulièrement avantageuse pour pomper les produits de la vendange pour la fabrication du vin.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le fonctionnement d'une pompe volumétrique à lobes est notamment décrit dans les documents FR 2°645°915, FR 2°622°935 et FR 3°053 743.
Les pompes volumétriques à lobes comportent un stator présentant une entrée de fluide et une sortie de fluide, également appelée cheminée d'extraction. Le stator présente une chambre cylindrique interne formant un volume statorique en communication hydraulique avec l'entrée de fluide et la cheminée d’extraction. Pour pomper un fluide depuis dans l’entrée de fluide jusqu'à la cheminée d'extraction, un rotor à lobes est disposé à l'intérieur du volume statorique.
Chaque lobe présente typiquement une forme cylindrique de section ovoïde avec une extrémité radiale destinée à racler la paroi interne de la chambre cylindrique interne du stator. Ainsi, lors des déplacements des lobes du rotor entre l’entrée de fluide et la cheminée d'extraction, le volume entre deux lobes est tout d’abord positionné en regard de l’entrée de fluide de sorte à injecter les fluides dans le volume statorique, par exemple au moyen d’une vis d’Archimède.
Le mouvement de rotation du rotor déplace ensuite le volume ente deux lobes en regard de la paroi interne du stator, délimitant ainsi le volume de pompage. Le volume entre deux lobes est continuellement déplacé jusqu’à arriver en regard de la cheminée d’extraction. Dans cette position, un clapet vient frotter contre le lobe disposé en regard de la cheminée d’extraction de sorte que le mouvement de rotation du rotor déplace les fluides du volume de pompage dans la cheminée d’extraction.
Cependant, lors de la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d'extraction, une contre-pression intervient dans le volume de pompage puisque la tuyauterie fixée sur la cheminée d’extraction est classiquement soumise à une pression bien plus importante que celle imposée dans le volume de pompage par la rotation du rotor.
Par exemple, lors du pompage des produits de vendange, la pression dans la tuyauterie connectée à la cheminée d'extraction est d'environ deux bars et on observe une contre-pression très importante lorsqu'un lobe du rotor passe d'un état où il frotte contre la paroi interne du stator à un état dont son extrémité radiale est située en regard de la cheminée d'extraction. La transition brutale entre ces deux états est visible au niveau de la tuyauterie. En effet, avec une tuyauterie translucide, on voit les produits de vendange avancer par à-coup dans la tuyauterie. Typiquement, dans la tuyauterie, les produits de vendange avancent pendant une période d’environ une seconde puis, durant quelques millisecondes, les produits de vendange s'arrêtent. Ils reculent ensuite dans la tuyauterie lors de la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d'extraction en raison de la détente de la pression de la tuyauterie dans le volume statorique. Après cette détente, les produits de vendange avancent de nouveau sous la pression appliquée par la rotation du rotor.
Ces phases de détente de la pression de la tuyauterie sont si intenses qu’il est presque systématiquement nécessaire d’utiliser une cloche anti-pulsatoire ou cloche anti-coup de bélier disposée sur la cheminée d’extraction pour éviter de détériorer les produits de vendange lors du pompage. Même avec cette cloche anti-pulsatoire, ces phases de détente sont très bruyantes et les produits de la vendange risquent toujours de subir des dégradations lors du pompage.
Le problème technique invention est donc d'obtenir une pompe volumétrique à lobes permettant d’obtenir un transfert de fluide efficace en réduisant ces phases de détente au niveau de la cheminée d'extraction.
EXPOSE DE L’INVENTION
Pour répondre à ce technique, l’invention propose d’utiliser un rotor à lobes avec des lobes en forme de chevron de sorte que la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d'extraction soit progressive. Pour ce faire, le clapet présente également une forme en chevron complémentaire avec celle des lobes de sorte à obtenir le guidage des fluides depuis le volume statorique jusqu’à la cheminée extraction. Au sens de l’invention, une « forme de chevron » correspond à une forme dans laquelle deux segments s’intersectent avec un angle compris entre 120 et 170 degrés.
À cet effet, l’invention concerne une pompe volumétrique à lobes comprenant :
- un stator comportant une paroi interne définissant un volume statorique ; le stator présentant une entrée de fluide et une cheminée d’extraction ; l’entrée de fluide et la cheminée d’extraction étant en communication hydraulique avec le volume statorique ;
- un rotor, mobile en rotation à l’intérieur du volume statorique, comprenant au moins deux lobes ; chaque lobe comportant une extrémité radiale destinée à racler la paroi interne du stator de sorte à obtenir un volume de pompage entre deux lobes consécutifs lorsqu’ils sont positionnés entre l’entrée de fluide et la cheminée d’extraction ;
- un clapet monté au niveau de la cheminée d’extraction de sorte à coopérer avec les lobes pour contraindre les fluides, présents dans le volume de pompage, à être déplacés dans la cheminée d’extraction lors de la rotation du rotor ; et
- des moyens de rappel du clapet configurés pour déplacer le clapet contre les lobes lorsque les lobes sont déplacés au niveau de la cheminée d’extraction.
L’invention se caractérise en ce que l’extrémité radiale de chaque lobe présente une forme d’au moins un chevron de sorte que la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d’extraction soit progressive, le clapet présentant une forme d’au moins un chevron complémentaire avec celle des lobes de sorte à garantir l’herméticité de la communication hydraulique entre le volume de pompage et la cheminée d’extraction.
Ainsi, la forme de l’extrémité radiale de chaque lobe permet d’obtenir une progressivité dans la mise en communication hydraulique entre le volume statorique et la pression contenue dans la tuyauterie connectée sur la cheminée d’extraction. En effet, dans l’état de la technique tel que décrit dans les documents FR 2°645°915, FR 2°622°935 et FR 3°053 743, l’extrémité radiale des lobes est droite ainsi que l’ouverture de la cheminée d’extraction dans le volume statorique. Il s’ensuit que le passage de l’extrémité radiale d’un lobe au niveau du bord de l’ouverture de la cheminée d’extraction dans le volume statorique engendre une détente très rapide de la pression de la tuyauterie dans le volume statorique.
Dans l’invention, le bord droit de l’ouverture de la cheminée d’extraction coopère avec un bord en forme de chevron de l’extrémité radiale de chaque lobe de sorte que la détente de la pression de la tuyauterie soit beaucoup plus lente. Ainsi, l’invention permet d’obtenir une détente progressive à mesure des déplacements du rotor, limitant ainsi les phases de compression et de dilatation que subit le fluide lors du pompage.
En outre, en limitant les phases de compression et de dilatation que subit le fluide lors du pompage, il est possible de ne pas utiliser une cloche anti-pulsatoire sur la cheminée d’extraction, de limiter le bruit, et d’améliorer la vitesse de pompage.
Par ailleurs, la forme du stator n’est pas nécessairement modifiée si bien qu’il est possible, dans un mode de réalisation, de transformer une pompe existante en remplaçant simplement le rotor et le clapet. Lorsque l’invention est mise en œuvre pour pomper des produits de vendange, la limitation des sollicitations subies par les produits de vendange lors du pompage permet de protéger la qualité de la récolte, c’est-à-dire de garantir au maximum l’intégrité de la vendange.
La complexité de mise en œuvre de l’invention réside dans la forme spécifique des lobes du rotor et du clapet associé. Plus particulièrement, le rotor est mobile sur un axe et il peut présenter une longueur variable à l’intérieur du volume statorique en fonction du volume de pompage recherché. Pour garantir la progressivité de la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d’extraction, il est possible d’utiliser un ou plusieurs chevrons au niveau de l’extrémité radiale des lobes.
Selon un mode de réalisation avec un chevron, le rotor présente une première hélice circulaire avec un pas à gauche fixée sur une seconde hélice circulaire avec un pas à droite.
Au sens de l’invention, une hélice circulaire est inscrite dans un cylindre de révolution de sorte que l’extrémité radiale de l’hélice, c’est-à-dire celle du rotor, peut coopérer avec la paroi interne cylindrique du stator pour former une cavité sensiblement hermétique.
En outre, le rotor peut comporter deux, trois ou quatre lobes sans changer l’invention.
Avec un rotor à deux lobes dont l’extrémité radiale de chaque lobe forme un seul chevron, la section du rotor est ovoïde et le rotor est relativement simple à concevoir et à réaliser. Par exemple, la réalisation du rotor peut être obtenue en réalisant les deux parties d’hélice indépendamment et en les fixant après réalisation. Le rotor peut également être moulé d’un seul tenant en coulant une âme en acier inoxydable avec une technique de moulage en cire perdu. Cette âme en acier inoxydable peut ensuite être recouverte d’un élastomère alimentaire destinée à recevoir les frottements du clapet. En outre, l’âme en acier inoxydable recouverte d’un élastomère alimentaire peut être enserrée entre deux flasques en acier inoxydable, également réalisées par une technique de moulage en cire perdu. Les deux flasques sont préférentiellement réalisées en même temps que l’âme.
En variante, une impression tridimensionnelle peut être réalisée pour obtenir cette forme complexe.
Cette impression tridimensionnelle est préférée lorsque chaque lobe présente plusieurs chevrons. Par exemple, avec deux chevrons, le rotor peut présenter une première hélice circulaire avec un pas à gauche fixée sur une deuxième hélice circulaire avec un pas à droite, elle-même fixée sur troisième hélice circulaire avec un pas à gauche, elle-même fixée sur une quatrième hélice circulaire avec un pas à droite. Ce mode de réalisation permet d’obtenir une bonne progressivité pour la mise en communication hydraulique du volume de pompage avec la cheminée d’extraction, notamment pour les pompes de gros volume.
En ce qui concerne l’axe du rotor, celui-ci peut être fixe ou mobile, par exemple en formant un train épicycloïdal. Les moyens de rappel du clapet peuvent également correspondre à tous les moyens connus, tels que les ressorts.
De préférence, pour limiter l’encombrement et faciliter les opérations de maintenance, les moyens de rappel du clapet correspondent à des moyens magnétiques.
Selon un mode de réalisation, les moyens de rappel du clapet comportent :
- un premier support annulaire d’aimants, le premier support étant fixe par rapport au stator ; et
- un deuxième support annulaire d’aimants, le deuxième support étant fixe par rapport au clapet ; les deux supports étant coaxiaux avec l’axe de rotation du clapet et positionnés en regard l’un de l’autre ; les pôles des aimants du premier support étant décalés par rapport aux pôles des aimants du deuxième support de sorte que la force magnétique des aimants tende à déplacer le clapet contre les lobes. Pour améliorer la course de ces moyens de rappel, ils comportent préférentiellement un troisième support annulaire d’aimants, le troisième support étant libre en rotation entre le premier support et le deuxième support, les pôles des aimants du troisième support étant décalés entre les pôles des aimants du premier support et des aimants du deuxième support.
Selon un mode de réalisation, les moyens de rappel du clapet comportent des moyens de fixation amovibles des supports permettant d’ouvrir les moyens de rappel afin de modifier la puissance magnétique ou le nombres des aimants lorsqu’il est recherché de modifier la force de rappel des moyens de rappel.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et réalisée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans lesquels :
[Fig 1] la figure 1 est une vue en coupe d’un pompe volumétrique à lobes selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue en perspective et en coupe de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 3] la figure 3 est une vue en perspective selon un premier angle de la liaison entre le clapet et le rotor de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 4] la figure 4 est une vue en perspective selon un deuxième angle de la liaison entre le clapet et le rotor de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 5] la figure 5 est une vue en perspective selon un troisième angle de la liaison entre le clapet et le rotor de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 6] la figure 6 est une vue en perspective selon un quatrième angle de la liaison entre le clapet et le rotor de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 7] la figure 7 est une vue de dessus du rotor de la pompe de la figure 1 ;
[Fig 8] la figure 8 est une vue de dessus d’un rotor selon un autre mode de réalisation ;
[Fig 9] la figure 9 est une représentation de la projection des déplacements du rotor de la figure 1 sur la paroi interne du stator ; et
[Fig 10] la figure 10 est une vue en perspective éclatée des moyens de rappel de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Tel qu'illustré sur la figure 1, une pompe volumétrique à lobes 10 présente un stator 11 dont la paroi interne forme une chambre sensiblement cylindrique. Les extrémités latérales de la chambre cylindrique sont obturées par deux plaques boulonnées sur le stator 11.
Le volume statorique formé dans la chambre cylindrique est en communication hydraulique avec une entrée de fluide 12 et une cheminée d’extraction 13.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'entrée de fluide 12 est disposée à l’arrière de la pompe 10 alors que la cheminée d'extraction 13 est disposée au-dessus de la pompe 10.
Bien entendu, le positionnement de l’entrée de fluide 12 et de la cheminée d’extraction 13 peut varier sans changer l’invention. Par exemple, la cheminée d’extraction 13 peut être positionnée en face de l'entrée de fluide 12.
Dans le volume statorique, un rotor 14 est monté mobile en rotation autour d’un axe 43. Selon l’invention, ce rotor 14 comporte au moins deux lobes 15 dont l’extrémité radiale 18 présente une forme d’au moins un chevron.
En outre, un clapet 16 est monté au niveau de la cheminée d’extraction 13 et des moyens de rappel 17 du clapet 16 sont utilisés pour contraindre l’extrémité 42 du clapet 16 contre le rotor 14. Plus précisément, l’extrémité 42 du clapet 16 s’étend sur toute la largeur du rotor 14 en suivant la forme des lobes 15.
Selon l'invention, et tel qu'illustré sur les figures 3 à 6, l'extrémité radiale 18 de chaque lobe 15 présent une forme d’au moins un chevron et l’extrémité 42 du clapet 16 présente également une forme de chevron destinée à épouser la forme en chevron de l’extrémité radiale 18 de chaque lobe 15. Ainsi, le clapet 16 vient frotter contre les lobes 15 du rotor 14 pour contraindre le fluide présent dans un volume de pompage Vp à être déplacé depuis le volume statorique jusqu'à la cheminée d’extraction 13.
Le volume de pompage Vp est défini par le volume aménagé à l'intérieur du volume statorique entre deux lobes 15 et la paroi interne stator 11, tel qu’illustré par exemple sur les figures 1 et 2. En effet, une extrémité radiale 18 de chaque lobe 15 frotte contre la paroi interne du stator 11 si bien que les fluides sont contenus dans ce volume de pompage Vp lorsqu'aucun des lobes n’est positionné en regard de l’entrée de fluide 12 ou de la cheminée d’être d’extraction 13. La forme en simple chevron de chaque lobe 15 et plus particulièrement illustré en vue de dessus sur la figure 7. Avec les vues en perspective figures 1 à 6, on observe que cette forme avec un seul chevron peut être réalisée avec une première hélice circulaire 20 présentant un pas à gauche fixée sur une seconde hélice circulaire 21 présentant un pas à droite.
En variante, il est également possible d'utiliser des lobes 15 et un clapet 16 présentant une forme avec plusieurs chevrons. Par exemple, la forme en double chevron d’un lobe 15 est illustrée sur la figure 8.
Cette forme en double chevron peut être obtenue avec une première hélice circulaire avec un pas à gauche fixée sur une deuxième hélice circulaire avec un pas à droite, elle-même fixée sur troisième hélice circulaire avec un pas à gauche, elle-même fixée sur une quatrième hélice circulaire avec un pas à droite.
Outre la forme en chevron des lobes 15 du rotor 14, le rotor peut également comporter des flasques 45 disposées sur les bords des lobes 15. La forme des flasques 45 est sensiblement identique à la forme des bords des lobes 15 du rotor 14.
Ces flasques 45 sont positionnées aux extrémités longitudinales de la chambre cylindrique du stator 11. Ainsi, une des flasques 45 est mobile en regard de l’entrée de fluide 12 et vient sectionner périodiquement l’entrée de fluide 12 pour définir le volume de pompage Vp. De préférence, les lobes 15 présentent une âme en acier inoxydable recouverte d’un élastomère alimentaire alors que les flasques 45 sont en acier inoxydable pour couper efficacement les éventuels éléments solides de la vendange lors de la définition du volume de pompage Vp.
La figure 9 illustre une projection plane de la surface interne du stator 11 et des positions de frottement de l'extrémité radiale 18 d'un lobe 15 lors de ses déplacements dans le volume statorique. Dans une première position, à un instant ti, l'extrémité radiale 18 est disposée en regard de l'entrée de fluide 12. Ensuite, aux instants ti+1 à ti+3, extrémité radiale 18 est déplacée contre la paroi interne du volume statorique. A l'instant ti+4, une faible portion de l'extrémité radiale 18 du lobe 15 est disposée en regard de la cheminée d'extraction 18. Ainsi, une faible communication hydraulique est amorcée entre le volume de pompage Vp et la cheminée d'extraction 13. Au fur et à mesure des déplacements du rotor 14, la surface de contact entre le volume de pompage Vp et la cheminée d'extraction 13 augmente si bien qu'à l'état ti+5 le volume de pompage Vp est quasiment complètement en communication hydraulique avec la cheminée d'extraction 13. Ainsi, cette figure 9 illustre la progressivité de mise en communication hydraulique du volume de pompage Vp avec la cheminée d'extraction 13.
Bien entendu, le nombre de lobes 15, le volume statorique, le diamètre et la longueur du stator 11 peuvent varier en fonction des besoins de pompage. De même, la vitesse de rotation du rotor est classiquement définie en fonction des besoins de pompage recherchés. Typiquement, la vitesse de rotation du rotor 14 peut être comprise entre 0,5 et 2 secondes par tour. En outre, le rotor 14 peut comporter un axe de rotation 40 fixe, tel qu'illustré sur les figures 1 à 6. En variante, il est également possible d'utiliser un train épicycloïdal pour monter le rotor.
En ce qui concerne les moyens de rappel 17 du clapet 16, ils peuvent correspondre à tous les moyens connus, tels qu’un ressort ou même un système de rappel avec des cales plastiques. De préférence, les moyens de rappel 17 du clapet 16 correspondent à des moyens magnétiques utilisant la coopération de plusieurs aimants pour entraîner un déplacement du clapet 16 contre les différents lobes 15. Pour ce faire, le clapet 16 est monté sur un axe de rotation 40 et présente une portion de liaison 41 jusqu'à l'extrémité en chevron 42. L'axe du clapet 40 est fixé sur un support d’axe 34 intégré dans les moyens de rappel 17, illustré en vue éclatée sur la figure 10.
Ces moyens de rappel 17 comportent un support 28 fixé sur le stator 11 et destiné à intégrer un premier anneau d’aimants 27. Ce premier anneau d’aimants 27 est destiné à coopérer avec un second anneau d’aimants 28 monté sur un support 26 fixé sur l'axe 40. Lorsque l'axe 40 est déplacé, les pôles Nord-Sud des aimants 27 et 28 entrent en opposition de phase et tendent à ramener le clapet 16 contre le rotor 14. En outre, pour améliorer la course de ces moyens de rappel 17, une couronne intermédiaire 29 portant un troisième anneau d’aimants 30 et préférentiellement disposé entre la couronne d’aimants 27 fixée sur le stator 11 et la couronne d’aimants 28 fixée sur l'axe 40.
Des caches 31, 32 et 33 sont préférentiellement disposés entre les différents anneaux pour garantir l'intégration des aimants 27, 28 et 30. Un bouchon 35 est également rapporté sur l'axe 40 après la fixation de celui-ci dans les moyens de rappel 17.
De préférence, les supports 25, 26 et 29 ainsi que les caches 31, 32 et 33 sont montés par des moyens de fixation amovibles, par exemple des vis, permettant ainsi d'ouvrir les moyens de rappel 17 pour modifier les aimants 27, 28 et 30 afin de modifier la force de rappel appliquée par ces moyens de rappel 17. Quels que soient les moyens de rappel 17 utilisés pour contraindre le clapet 16 contre les lobes 15, l'invention permet d'obtenir une progressivité dans la mise en communication hydraulique du volume de pompage Vp avec la cheminée d'extraction 13, limitant ainsi les sollicitations subies par les fluides lors du pompage.
Il s'ensuit que l'invention permet d'obtenir une pompe 10 limitant les bruits et les sollicitations subies par les fluides lors du pompage. Ainsi, cette pompe 10 est particulièrement adaptée pour pomper des produits de vendanges et protéger la qualité de la récolte.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pompe volumétrique à lobes (10) comprenant :
- un stator (11) comportant une paroi interne définissant un volume statorique ; le stator (11) présentant une entrée de fluide (12) et une cheminée d’extraction (13) ; l’entrée de fluide (12) et la cheminée d’extraction (13) étant en communication hydraulique avec le volume statorique ;
- un rotor (14), mobile en rotation à l’intérieur du volume statorique, comprenant au moins deux lobes (15) ; chaque lobe (15) comportant une extrémité radiale (18-19) destinée à racler la paroi interne du stator (11) de sorte à obtenir un volume de pompage (Vp) entre deux lobes (15) consécutifs lorsqu’ils sont positionnés entre l’entrée de fluide (12) et la cheminée d’extraction (13) ;
- un clapet (16) monté au niveau de la cheminée d’extraction (13) de sorte à coopérer avec les lobes (15) pour contraindre les fluides, présents dans le volume de pompage (Vp), à être déplacés dans la cheminée d’extraction (13) lors de la rotation du rotor (14) ; et
- des moyens de rappel (17) du clapet (16) configurés pour déplacer le clapet (16) contre les lobes (15) lorsque les lobes (15) sont déplacés au niveau de la cheminée d’extraction (13) ; caractérisée en ce que l’extrémité radiale (18-19) de chaque lobe (15) présente une forme d’au moins un chevron de sorte que la mise en communication hydraulique du volume de pompage (Vp) avec la cheminée d’extraction (13) soit progressive, le clapet (16) présentant une forme d’au moins un chevron complémentaire avec celle des lobes (15) de sorte à garantir l’herméticité de la communication hydraulique entre le volume de pompage (Vp) et la cheminée d’extraction (13).
2. Pompe volumétrique à lobes selon la revendication 1, dans laquelle les lobes (15) et le clapet (16) présentent une forme avec un seul chevron, le rotor (14) présentant une première hélice circulaire (20) avec un pas à gauche fixée sur une seconde hélice circulaire (21) avec un pas à droite.
3. Pompe volumétrique à lobes selon la revendication 1, dans laquelle les lobes (15) et le clapet (16) présentent une forme avec deux chevrons, le rotor (14) présentant une première hélice circulaire avec un pas à gauche fixée sur une deuxième hélice circulaire avec un pas à droite, elle-même fixée sur troisième hélice circulaire avec un pas à gauche, elle-même fixée sur une quatrième hélice circulaire avec un pas à droite.
4. Pompe volumétrique à lobes selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le rotor (14) comporte deux, trois ou quatre lobes (15).
5. Pompe volumétrique à lobes selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le rotor (14) comporte un axe de rotation fixe.
6. Pompe volumétrique à lobes selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le rotor (14) comporte un axe de rotation mobile formant un train épicycloïdal.
7. Pompe volumétrique à lobes selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle les moyens de rappel (17) du clapet (16) correspondent à des moyens magnétiques.
8. Pompe volumétrique à lobes selon la revendication 7, dans laquelle les moyens de rappel (17) du clapet (16) comportent :
- un premier support (25) annulaire d’aimants (27), le premier support (25) étant fixe par rapport au stator (11) ; et
- un deuxième support (26) annulaire d’aimants (28), le deuxième support (26) étant fixe par rapport au clapet (16) ; les deux supports (25, 26) étant coaxiaux avec l’axe de rotation du clapet (16) et positionnés en regard l’un de l’autre ; les pôles des aimants (27) du premier support (25) étant décalés par rapport aux pôles des aimants (28) du deuxième support (26) de sorte que la force magnétique des aimants (27-28) tende à déplacer le clapet (16) contre les lobes (15).
9. Pompe volumétrique à lobes selon la revendication 8, dans laquelle les moyens de rappel (17) du clapet (16) comportent en outre un troisième support (29) annulaire d’aimants (30), le troisième support (29) étant libre en rotation entre le premier support (25) et le deuxième support (26), les pôles des aimants (30) du troisième support (29) étant décalés entre les pôles des aimants (27) du premier support (25) et des aimants (28) du deuxième support (26) de sorte à augmenter la course de rappel des moyens de rappel (17).
10. Pompe volumétrique à lobes selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle les moyens de rappel (17) du clapet (16) comportent des moyens de fixation amovibles des supports (25-26, 29) permettant d’ouvrir les moyens de rappel (17) afin de modifier la puissance magnétique ou le nombres des aimants (27-28, 30) lorsqu’il est recherché de modifier la force de rappel des moyens de rappel (17).
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