FR2505415A1

FR2505415A1 - Balanced, spherical screw pump - has two meshing pinions to provide positive and dynamic displacement of fluid

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Publication number: FR2505415A1
Application number: FR8109353A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-05-11
Publication date: 1982-11-12
Also published as: FR2505415B1

Abstract

The pump has a screw (1) with several threads (6) which rotates in a casing (11) with very close tolerances ensuring an almost water-tight fit. The screw is in mesh two pinions (8), one on either side. The pinions are housed in the end covers of the pump which carry the low pressure inlet flow chambers (23). Each pinion is isolated from the high pressure outlet chamber (22) by a face seal (20). When the screw is driven in one direction (5) fluid is induced through the pump (following the arrows (26,26')).

Description

Il est connu depuis longtemps de poriper des liquides, notamment des liquides visqueux, avec une vis dite d'Archimède. En remplaçant cette vis par une vis globique coopérant avec un pignon, l'on a réalise. des pompes ou moteurs hydrauliques qui permettent, mieux que la vis d'Archimèce, de refouler des liquides sous des pressions importantes. De nombreux brevets tels que le brevet français 1.354.700 décrivent des dispositifs de cette nature qui ont été réalisés avec succès. It has long been known to carry liquids, in particular viscous liquids, with a so-called Archimedes screw. By replacing this screw with a global screw cooperating with a pinion, we have achieved. pumps or hydraulic motors which allow, better than the Archimece screw, to discharge liquids under high pressures. Many patents such as French patent 1,354,700 describe devices of this nature which have been successfully produced.

Dans ces dispositits,.le Iiquide pénètre axialement et sort axialement, pratiquement sur tout le pourtour de la vis. L'avantage est que le liquide pénètre lentement dans la vis, la vitesse axiale étant plus
que faible que la vitesse circonferentielle et/ce type de pompe est donc peu propice à la cavitation, mais les inconvénients sont d'une part, que le débit par tour est'limité, environ une moitié seulement de la vis se tetplissszt à chaque tour ; d'autre part il est délicat d'éviter de comprimer ou de détendre le liquide dans les chambres entre le moment où l'orifice d'admission se ferme et 1 orifice d'échappement s'ouvre, du fait que la section des filets est naturellement variable ; du fait de l'incompressibilité du liquide, ceci peut engendrer des chocs importants pouvant aller jusqu' la rupture de pièces telles que le pignon.In these devices, the liquid penetrates axially and leaves axially, practically all around the periphery of the screw. The advantage is that the liquid penetrates slowly into the screw, the axial speed being more
as low as the circumferential speed and / this type of pump is therefore not very conducive to cavitation, but the disadvantages are on the one hand, that the flow rate per revolution is limited, only about half of the screw is tetplissszt at each revolution ; on the other hand, it is difficult to avoid compressing or relaxing the liquid in the chambers between the time when the intake port closes and 1 exhaust port opens, because the section of the threads is naturally variable; due to the incompressibility of the liquid, this can generate significant shocks which can go as far as the rupture of parts such as the pinion.

Pour résoudre ce problème, nous avons déjà proposé dans l'addition numéro 2.029.156 au brevet français numéro 1.586.832 de remplacer une circulation axiale du liquide par une circulation circonférentielle. Cette circulation, dans laquelle les filets de la vis jouent un peu le rôle des pales d'une roue à aube, permet de séparer les orifices d'aspiration et de refoulement par une zone où le filet ne communique avec aucun des deux orifices mais ne change pas de volume ; c'est en somme une zone de transfert - en rotation - sans variation de volume. To solve this problem, we have already proposed in addition number 2,029,156 to French patent number 1,586,832 to replace an axial circulation of the liquid with a circumferential circulation. This circulation, in which the threads of the screw somewhat play the role of the blades of a paddle wheel, makes it possible to separate the suction and discharge ports by an area where the thread does not communicate with either of the two holes but does not not change volume; it is basically a transfer area - rotating - without variation in volume.

Une idée similaire se retrouve dans le brevet US 3.708.249 qui s'applique cette fois à une vis cylindrique coopérant avec un pignon plan alors que l'addition français 2.029.156 visée ci-dessus s 1appliquait à une vis cylindrique coopérant avec un pignon cylindrique. A similar idea is found in US Patent 3,708,249 which this time applies to a cylindrical screw cooperating with a flat pinion while the French addition 2,029,156 referred to above applied to a cylindrical screw cooperating with a pinion cylindrical.

L'avantage de la solution du brevet US 3.708.249 est que le profil des filets se termine sur le diamètre extérieur de la vis et que la vis ne subit de ce fait aucune poussée axiale. L'inconvénient par contre, est comme on le verra dans la description ci-après, que le volume balayé par une telle vis est, pour un encombrement de vis donné, relativement faible;
il en résulte que ce type de pompe est impropre à permettre des pressions de refoulement moyennes, de quelques dizaines de bars, avec un rendement acceptable:: du fait du faible volume débité, les longueurs de fuite prennent une importance considérable et l'on est réduit -Oit, à avoir un mauvais rendement volumétrique, soit, pour améliorer celui-ci, à tourner très vite et à avoir d'importants wrotterenns visqueux ce dans
es deux cas fait plafonner le rendement à des valeurs inacceptables.The advantage of the solution of US Pat. No. 3,708,249 is that the profile of the threads ends on the outside diameter of the screw and that the screw therefore does not undergo any axial thrust. The drawback on the other hand, is as will be seen in the description below, that the volume swept by such a screw is, for a given screw size, relatively small;
as a result, this type of pump is unsuitable for allowing medium discharge pressures, of a few tens of bars, with an acceptable yield: owing to the small volume delivered, the lengths of leakage take on considerable importance and one is -Oit reduced, to have a poor volumetric yield, or, to improve this one, to turn very quickly and to have important viscous wrotterenns this in
he two cases caps the yield at unacceptable values.

La présente invention se propose de presque tripler le volume rB qzé sans augmentation importante des longueurs de fuite tout en conservant l'avantage d'une vis totalement équilibrée en poussées axiales, avantage qui devient essentiel lorsque les pressions deviennent élevees car ces poussées pourraient être prohibitives. que
Elle vise une machine volumétrique teIgpompe ou moteur hydraulique comprenant en combinaison une vis wnie de plusieurs filets, tournant à l'intérieur d'un carter fixe et engrenant avec au moins un pignon muni de dents disposé dans ledit carter, au moins un orifice basse pression et au moins un orifice haute pression disposés dans le carter de part et d'autre du pignon, la zone du carter comprise entre un orifice basse pression et un orifice haute pression étant en permanence en contact sensiblement étanche avec le sommet dtau moins un filet de la vis sur toute la longueur dudit filet, la dite zone du carter étant en outre disposée pour que, quand elle est en contact étancle avec les sommets de deux filets successifs, aucune dent de pignon ne soit engagée entre ces deux filets et caractérisée en ce que les filets se terminent de part et d1 autre de la vis sur des diamètres sensiblement égaux et présentent au centre une portion renflée, de diamètre extérieur plus grand qu'aux extrémités des filets.The present invention proposes to almost triple the volume rB qzé without significant increase in the lengths of leakage while retaining the advantage of a screw completely balanced in axial thrusts, an advantage which becomes essential when the pressures become high because these thrusts could be prohibitive . than
It relates to a volumetric teIgpompe machine or hydraulic motor comprising in combination a screw wnie of several threads, rotating inside a fixed casing and meshing with at least one pinion provided with teeth disposed in said casing, at least one low pressure orifice and at least one high pressure orifice disposed in the casing on either side of the pinion, the zone of the casing between a low pressure orifice and a high pressure orifice being permanently in substantially sealed contact with the top of at least one thread of the screw over the entire length of said thread, said zone of the casing being also arranged so that, when it is in tight contact with the tops of two successive threads, no pinion tooth is engaged between these two threads and characterized in that that the threads end on either side of the screw on substantially equal diameters and have in the center a swollen portion, with an outer diameter greater than at the ends nets.

Cette disposition a en effet l'avantage remarquable que quelle que soit la position angulaire de la vis, la poussée axiale est constante et proportionnelle à l'écart entre haute et basse pression, qu'il est donc possible de compenser cette poussée par un piston de contre-poussée sur lequel agit la pression du liquide refoulé et d'aboutir à une poussée axiale aussi faible que soq aité. This arrangement has the remarkable advantage that whatever the angular position of the screw, the axial thrust is constant and proportional to the difference between high and low pressure, it is therefore possible to compensate for this thrust by a piston counter-thrust on which acts the pressure of the discharged liquid and lead to an axial thrust as low as soq aité.

En utilisant une vis à deux pignons symétriques, l'on peut même obtenir un couple pur sur la vis sans poussées ni axiales ni radiales ce qui permet de réaliser une pompe ou un moteur haute pression sans aucun problème de roulement. By using a screw with two symmetrical pinions, one can even obtain a pure torque on the screw without thrust neither axial nor radial which makes it possible to produce a pump or a high pressure motor without any bearing problem.

Une solution particulièrement intéressante consiste à utiliser une vis cylindrique terminée par deux cônes symétriques, la longueur de la partie cylindrique étant telle ç deux dents de pignons peuvent y être complètement engagées simultanément ; l'on s'est aperçu en effet-gue cette disposition permettait de réaliser une fluctllation cyclique de débit extrêmement faible et donc de réaliser une pompe à débit pratiquement non pulsé avec tous les avantages : brZit etc., que cela entraîne. A particularly interesting solution consists in using a cylindrical screw terminated by two symmetrical cones, the length of the cylindrical part being such that two pinion teeth can be completely engaged therein simultaneously; we noticed that this arrangement made it possible to achieve a cyclic fluctllation of an extremely low flow rate and therefore to produce a practically non-pulsed flow pump with all the advantages: brZit etc., which this entails.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et du dessin ci-annexé donné à titre d'exemple non limitatif et où - la figure 1 représente une coupe suivant I-I' de la figure 2 d'urge pompe conforme à l'invention. The present invention will be better understood on reading the description below and the attached drawing given by way of nonlimiting example and where - Figure 1 shows a section along II 'of Figure 2 of urge pump conform to the invention.

- la figure 2 représente une coupe suivant Il-Il' de la figure 1.- Figure 2 shows a section along Il-Il 'of Figure 1.

- la figure 3 représente une vue développée de la vis suivant III-III' de la figure 2.- Figure 3 shows a developed view of the screw along III-III 'of Figure 2.

- la figure 4 représente un schéma simplifié de la figure 3 illustrant les zones de poussée axiale avant communication du filet avec l'orifice haute pression.- Figure 4 shows a simplified diagram of Figure 3 illustrating the axial thrust zones before communication of the thread with the high pressure orifice.

- la figure 5 représente un schéma analogue à celui de la figure 4 après communication du filet avec l'orifice haute pression.- Figure 5 shows a diagram similar to that of Figure 4 after communication of the thread with the high pressure orifice.

- la figure 6 représente une coupe simplifiée de la vis suivant l'invention.- Figure 6 shows a simplified section of the screw according to the invention.

- la figure 7 représente une coupe simplifiée d'une autre vis suivant l'invention.- Figure 7 shows a simplified section of another screw according to the invention.

- la figure 8 représente une coupe simplifiée de la vis de la figure 1.- Figure 8 shows a simplified section of the screw of Figure 1.

- la figure 9 est un diagramme montrant la dérivée du volume d'un filet en fonction de l'angle de l'angle de rotation.- Figure 9 is a diagram showing the derivative of the volume of a thread as a function of the angle of the angle of rotation.

On voit sur les figures 1 - et 2 une vis 1 montée sur un axe 2 tournant dans des paliers fixes 3 et 4 dans la direction de ia flèche 5. We see in FIGS. 1 - and 2 a screw 1 mounted on an axis 2 rotating in fixed bearings 3 and 4 in the direction of the arrow 5.

Elle est munie de plusieurs filets tels que 6 qui engrènent avec les dents 7 de deux pignons symétriques tels que 8 tournant dans les paliers 9 et 10. Le palier 4 est lui-môme constitué d'un double roulement-à contact oblique disposé entre deux joints à lèvres.It is provided with several threads such as 6 which mesh with the teeth 7 of two symmetrical pinions such as 8 rotating in the bearings 9 and 10. The bearing 4 itself consists of a double angular contact bearing disposed between two lip seals.

La vis 1 tourne à l'intérieur d'un carter constitué d'une pièce fixe 11, munie d'un alésage cylindrique 12, et de deux pièces 13 et 14 qui se fixent dans l'alésage -12 et comportent chacune respectivement les cônes 15 et 16. The screw 1 rotates inside a housing consisting of a fixed part 11, provided with a cylindrical bore 12, and two parts 13 and 14 which are fixed in the bore -12 and each comprise the cones respectively 15 and 16.

;'extérieur de la vis se présente lui-meme comme un cylindre 12' placé entre deux cônes 15' et 16', cylindre et cônes qui lorsque la vis est dans le carter sont en contact sensiblement étanche, c'est-à-dire avec un très faible jeu, avec le cylindre 12 et les cônes 15 et 16 respectifs du carter. ; 'outside of the screw is itself presented as a cylinder 12' placed between two cones 15 'and 16', cylinder and cones which when the screw is in the housing are in substantially sealed contact, that is to say with very little play, with the cylinder 12 and the respective cones 15 and 16 of the casing.

Chacune des pièces 13 et 14 comportent des passages 17 et 18 pour les dents de pignon, passages qui, de même que la lèvre 20 du carter sont d'un côté également en contact étanche avec le pignon, sur sa face qui est exposéeà la haute pression. Each of the parts 13 and 14 have passages 17 and 18 for the pinion teeth, passages which, like the lip 20 of the casing, are on one side also in leaktight contact with the pinion, on its face which is exposed at the top. pressure.

L'alésage 12 comporte en outre de part et d'autre de chaque pignon deux orifices, l'un basse pression tel que 21, l'autre haute pression tel
que 22. L'orifice basse pression 21 est en coamunication par la caviez
23 qui entoure le pignon avec une canalisation d'arrivée du liquide 24.The bore 12 further comprises on each side of each pinion two orifices, one low pressure such as 21, the other high pressure such
that 22. The low pressure orifice 21 is in communication with the cavity
23 which surrounds the pinion with a liquid inlet pipe 24.

L'orifice haute pression 22 débouche sur une canalisation 25 reliée à
une tuyauterie d'évacuation du liquide haute pression non représentée.The high pressure orifice 22 opens onto a pipe 25 connected to
a high-pressure liquid discharge pipe not shown.

On voit que dans la rotation de la vis suivant la flèche 5 les
filets 6 font circuler le liquide suivant le trajet des flèches 26 et
26' de l'orifice basse pression à l'orifice haute pression, à la façon
d'une roue àaubes mais d'unwe rous Bubes qui viendrait pousser positive
pignon
ment - et pas seulement dynamiquement- le liquide contre les dents du/
Ce fonctionnement est parfaitement visible sur la figure 3
représentant une vue développée de lavis, des pignons et des orifices
suivant III- III' de la figure 2 . Le sens du déplacement, en pompe,
correspondant au déplacement indiqué par la flèche 5 de la figure 2
est représente par la flèche 27.L'on remarquera que le creux 28
compris entre les filets 29 et 30 est, dans la position figurée, isolé à
la fois de l'orifice basse pression .21, par où arrive le liquide, et de
l'orifice haute pression 22 mais également, que dans cette position
aucune dent de pignon n'est engagée dans ledit creux.We see that in the rotation of the screw according to arrow 5 the
threads 6 circulate the liquid along the path of arrows 26 and
26 'from the low pressure port to the high pressure port,
of a paddle wheel but of a rous Bubes which would grow positive
pinion
ment - and not only dynamically - the liquid against the teeth of the /
This operation is perfectly visible in Figure 3
representing a developed view of the wash, the gables and the orifices
along III- III 'of Figure 2. The direction of movement, in pump,
corresponding to the displacement indicated by arrow 5 in FIG. 2
is represented by the arrow 27. Note that the hollow 28
between the threads 29 and 30 is, in the figured position, isolated at
both from the low pressure orifice .21, through which the liquid arrives, and from
the high pressure orifice 22 but also, that in this position
no pinion tooth is engaged in said hollow.

Si par la pensée l'on fait tourner la vis dans le sens de la flèche
27, l'on remarquera-également qu'il y a toujours un filet tel que 30
en contact étanche avee la partie du carter 31 comprise entre les - orifices 21 et 22 c'est-à-dire les orifices basse pression et haute
pression afférents à deux pignons différents.If by thought we turn the screw in the direction of the arrow
27, we will also notice that there is always a net such as 30
in tight contact with the part of the casing 31 between the - orifices 21 and 22, that is to say the low pressure and high orifices
pressure for two different gears.

il en résulte, d'une part que la haute pression est toujours séparée
de la basse pression par au moins un filet, qu'en outre le volume compris
entre deux filets passe de la basse pression à la haute pression sans
changer de volume puisqu'il n'est pas balayé par une dent de pignon et
qu!il n'y a donc qu'un simple transfert.it follows, on the one hand that the high pressure is always separated
low pressure by at least one thread, that in addition the volume included
between two threads goes from low pressure to high pressure without
change volume since it is not swept by a pinion tooth and
that there is therefore only a simple transfer.

il en résulte que la position exacte des ouvertures 21 et 22 n'a pas
besoin d'être extrêmement précise et qu'en outre le creux entre les filets
29 et 30 peut commencer à communiquer avec l'orifice 22 avant de
commencer à être balayé par une dent de pignon, ce qui évite toute poss
ibilité de. surpuEsion. it follows that the exact position of the openings 21 and 22 has not
need to be extremely precise and that in addition the hollow between the threads
29 and 30 can begin to communicate with port 22 before
start to be swept by a pinion tooth, which avoids any poss
ibility of. overpuEsion.

Des dispositions analogues utilisant une circulation circonférentiellè
du liquide par rapport à une circulation axiale sont déjà connues par
l'addition 2.029.156 à notre brevet français 1.586.832 ou par le
brevet US 3.708.249.Similar arrangements using circumferential circulation
liquid with respect to an axial circulation are already known by
the addition 2,029,156 to our French patent 1,586,832 or by the
US Patent 3,708,249.

L'addition 2.029.156 présente toutefois l'inconvénient majeur qu'
i;L existe sur la vis une poussée axiale qui peut devenir absolument dirimante pour des pressions élévées.However, the addition 2.029.156 has the major drawback that
i; L there is an axial thrust on the screw which can become absolutely critical for high pressures.

Le brevet US 3.708.249 ne présente pas cet inconvénient car la vis étant extérieurement complètement cylindrique, elle ne subit aucune poussée axiale. Cette solution n'est toutefois pas favorable car la profondeur des creux du filet est très limitée et il en résulte de grands arcs de fuite pour un faible volume ce qui est peu favorable à un bon rendement sous pression élevée. US Patent 3,708,249 does not have this drawback because the screw being completely cylindrical on the outside, it does not undergo any axial thrust. This solution is however not favorable because the depth of the troughs of the thread is very limited and this results in large trailing arcs for a small volume which is not favorable for a good yield under high pressure.

Avec la présente invention le profil n1 est pas cylindrique mais cylindrique avec deux cônes dont on remarque sur la figure I qu'ils sont sensiblement symétriques par rapport au plan - non figuré perpendiculaire à l'axe de la vis et passant par le centre des pignons. With the present invention the profile n1 is not cylindrical but cylindrical with two cones which we note in Figure I that they are substantially symmetrical with respect to the plane - not shown perpendicular to the axis of the screw and passing through the center of the pinions .

il en résulte une poussée axiale mais' résultat remarquable, cette poussée est constante en force et direction quelle que soit la position angulaire de la vis. L'on a représenté sur la figure 4 une vue simplifiée du développé de la figure 3 juste avant que le creux 28 communique avec l'orifice haute pression 22, et juste après sur la figure 5. this results in an axial thrust but 'remarkable result, this thrust is constant in force and direction whatever the angular position of the screw. FIG. 4 shows a simplified view of the press of FIG. 3 just before the hollow 28 communicates with the high pressure orifice 22, and just after in FIG. 5.

On a représenté en zones hachurées 32 et 33 la zone du cône extrême de la vis oh steserce la haute pression dans la figure 4 , et en 34 et 351es mêmes zones pour le cas de la figure 5. On voit que de la figure 4 à la figure 5, la zone 32 stest agrandie en 34 sensiblement .de la largeur d'un creux de filet mais qutil en est de même de la zone 33. The cross-section of the end cone of the screw oh steserce the high pressure is shown in hatched zones 32 and 33 in FIG. 4, and in the same zones in 34 and 351es for the case of FIG. 5. It can be seen that from FIG. In FIG. 5, the zone 32 is enlarged at 34 substantially. by the width of a hollow of the thread, but the same is true of the zone 33.

Comme les deux cônes ont les mêmes diamètres extérieurs et intérieurs, l'augmentation de poussée sur les deux est la même et comme ces poussées s'opposent, la résultantereste constante. As the two cones have the same outside and inside diameters, the increase in thrust on both is the same and as these thrusts oppose, the resulting one remains constant.

L'on vérifierait en poursuivant le raisonnement que cette poussée reste inchangée dans toutes les positions angulaires. Il est alors aisé de compenser cette poussée constante par une poussée constante créée sur la vis en utilisant la haute pression. Ceci est visible sur la figure 1 où l'on voit des percages 36 et 37 conduire la pression prélevée dans la canalisation de sortie dans une cavité 38 où le liquide sous pression appuie sur une partie de la vis 39 formant piston et disposée en contact étanche dans un alésage 40 de la pièce 13. We would verify by continuing the reasoning that this thrust remains unchanged in all angular positions. It is then easy to compensate for this constant thrust by a constant thrust created on the screw using high pressure. This is visible in Figure 1 where we see holes 36 and 37 driving the pressure taken from the outlet pipe in a cavity 38 where the pressurized liquid presses on a part of the screw 39 forming a piston and arranged in sealed contact in a bore 40 of the part 13.

L'on voit également que des trous 47 et 49 font communiquer respectivement les chambres 48 et 50 avec le volume entourant le pignon, volume à la basse pression, ce qui assure que la poussée axiale sur le piston 39 est bien limitée à la surface de ce piston et est proportionelle (si l'on néglige la poussée axiale qui pourrait exister sur l'arbre 2 au cas pù pression d'aspiration et pression extérieure à la pompe seraient différentes) au produit de cette surface par la différence entre haute et basse pression. It can also be seen that holes 47 and 49 communicate the chambers 48 and 50 respectively with the volume surrounding the pinion, volume at low pressure, which ensures that the axial thrust on the piston 39 is indeed limited to the surface of this piston and is proportional (if one neglects the axial thrust which could exist on the shaft 2 in the case where suction pressure and pressure outside the pump would be different) to the product of this surface by the difference between high and low pressure.

En choisissant convenablement le diamètre du piston 39 on peut rendre aussi petite que l'on veut la résultante axiale de poussée supportée par le palier 4. By suitably choosing the diameter of the piston 39, it is possible to make the axial thrust resultant supported by the bearing 4 as small as desired.

L'on remarquera qutil est essentiel que les deux cônes extrêmes aient des surfaces sensiblement équivalentes ; sinon, l'on pourrait équilibrer axialement la vis en moyenne, mais la poussée changeant au cours de la rotation dans l'intervalle entre deux filets, l1on aurait sur le palier 4 des poussées oscillantes à la fréquence du nombre de filets si cette variation de poussée est faible ctest-à-dire si les deux cônes ont des surfaces très voisines, cette poussée oscillante peut être acceptable; mais si les surfaces sont très différentes et si la variation de poussée devient importante, il en résulte un martèlement source d'une part de bruit, d'autre part d'usure accélérée du roulement du palier 4. It will be noted that it is essential that the two extreme cones have substantially equivalent surfaces; otherwise, the screw could be axially balanced on average, but the thrust changing during rotation in the interval between two threads, there would be on the bearing 4 oscillating thrusts at the frequency of the number of threads if this variation in thrust is weak, that is to say if the two cones have very close surfaces, this oscillating thrust may be acceptable; but if the surfaces are very different and if the variation in thrust becomes significant, this results in a hammering source on the one hand of noise, on the other hand of accelerated wear of the bearing of the bearing 4.

L'on voit sur la figure 6 une coupe schématique de la vis de la figure 1 et en pointillé le profil d'une vis complètement cylindrique comme suggéré par le brevet US 3.708.249. L'on a représenté en simple hachure la surface de la section utile de la vis suivant l'invention, et en double hachure celle du brevet US;lr'on voit que ces surfaces oui sont en première approximation proportionnelles à la cylindrée de la vis sont près de trois fois plus importantes dans le cas de la présente invention que dans l'art antérieur sans toutefois qu'il en résulte une augnentation de même importance des lignesdefuDec'est-à-dire des lignes de contact entre vis et carter, vis et dent de pignon, dent de pignon et carter.La conséquence en est non seulement une beaucoup plus grande puissance massae et donc une réduction du poids et duprix pour un débit donné mais aussi une amélioration sensible du rendement. We see in Figure 6 a schematic section of the screw of Figure 1 and dotted the profile of a completely cylindrical screw as suggested by US Patent 3,708,249. The surface of the useful cross-section of the screw according to the invention is shown in single hatching, and in that of the US patent in double hatching; we see that these surfaces yes are in first approximation proportional to the displacement of the screw are almost three times greater in the case of the present invention than in the prior art without however resulting in an increase of the same importance of the lines of fuDe i.e. lines of contact between screw and housing, screw and pinion tooth, pinion tooth and casing. The consequence is not only a much greater power massae and therefore a reduction in weight and price for a given flow rate but also a significant improvement in efficiency.

L'on notera que dans l'exemple donné ci-dessus, la pompe a été présentée avec deux pignons symétriques mais la suppression de la poussée axiale et l'amélioration de débit et donc de rendement pour un même encombrement seraient atteints de la même manière en construisant la pompe avec un seul pignon, comme présentée dans le brevet US 3.708.249. It will be noted that in the example given above, the pump was presented with two symmetrical pinions but the suppression of the axial thrust and the improvement of flow and therefore of efficiency for the same size would be achieved in the same way by building the pump with a single pinion, as presented in US Patent 3,708,249.

L'avantage d'utiliser deux signons est de supprnner aussi la poussée radiale et de doubler le débit par tour puisque la vis est balayée deux fois par tour au lieu d'une fois.The advantage of using two signs is also to suppress the radial thrust and to double the flow rate per revolution since the screw is scanned twice per revolution instead of once.

également
L'on rotera/cue l1on a représenté un exemple o-à le profil extérieur de la vis est constitué d'un cylindre entre deux cônes. Mais on pourrait obtenir une poussée constante en utilisant un profil quelconque tel cue représenté figure 7 pour autant que les extrémités des filets de la vis 41 et 42 soient situées sur des diamètres sensiblement égaux.also
The rota / cue l1on has shown an example o-the external profile of the screw consists of a cylinder between two cones. However, a constant thrust could be obtained by using any profile such as that shown in FIG. 7, provided that the ends of the threads of the screw 41 and 42 are located on substantially equal diameters.

L'on notera également que la présente invention a été décrite avec une vis engrenant avec des pignons plans mais qu'elle pourrait être réalisée aussi bien avec des pignons coniques ou même cylindriques tels que présentés dans le brevet 1.586.832. It will also be noted that the present invention has been described with a screw meshing with planar gears but that it could be produced both with bevel gears or even cylindrical gears as presented in patent 1,586,832.

L'on a représenté figure 8 la coupe d'une solution préférentielle de l'invention et figure 9 un graphique permettant de calculer le débit instantané de la pompe en fonction de l'angle de rotation CL de la vis. FIG. 8 shows the section through a preferred solution of the invention and FIG. 9 shows a graph making it possible to calculate the instantaneous flow rate of the pump as a function of the angle of rotation CL of the screw.

Ce graphique est établi en calculant pour les différentes valeurs que peut prendre le produit de la surface S d'une dent de pignon exposée à la pression par la distance R du centre de gravité de cette surface à l'axe de la vis ; il est en effet connu que ce produit est la dérivée du volume du filet en fonction de l'angle ou ce qui revient au même que le produit SRdd correspond au volume balayé par la dent quand la vistourne de l'angle dck . Le produit SR peut être aussi qualifié de débit instantané d'une dent. This graph is established by calculating for the different values that the product of the surface S of a pinion tooth exposed to the pressure can take by the distance R from the center of gravity of this surface to the axis of the screw; it is indeed known that this product is the derivative of the volume of the thread as a function of the angle or what amounts to the same as the product SRdd corresponds to the volume swept by the tooth when the vistourne of the angle dck. The SR product can also be described as instantaneous flow of a tooth.

Sur un tel graphique, il est alors aisé de représenter le volume balayé par les différentes dents engrenant avec la vis ; l'on a représenté par exemple figure 9 par les segments 44, 45 et 46 les débits instantanés engendrés par trois dents successives coopérant simultanément avec la vis ; la différence d'abcisse entre ces trois segments est l'intervalle angulaire compris entre les dents soit par exemple, 60 degrès si la vis comporte 6 filets. On such a graph, it is then easy to represent the volume swept by the different teeth meshing with the screw; FIG. 9 shows for example by segments 44, 45 and 46 the instantaneous flow rates generated by three successive teeth cooperating simultaneously with the screw; the difference in abscissa between these three segments is the angular interval between the teeth, for example, 60 degrees if the screw has 6 threads.

L'on peut montrer par ailleurs que pour une vis cylindrique se terminant par deux cônes dont les génératrices coincident approximativement avec le flanc de la dent lorsque celle-ci quitte le cône, le produit
SR se présente sensiblement comme un plateau précédé et suivi de deux montées presque rectilignes qui couvrent un angle voisin de l'angle entre deux filets successifs, soit 600 dans le cas précité. Le plateau et ses deux flancs rectilignes ont été représentés en trait pointillé,les valeurs exactes correspondant au tracé de la figure 8 étant représentées en trait plein.It can also be shown that for a cylindrical screw ending in two cones whose generatrices coincide approximately with the flank of the tooth when it leaves the cone, the product
SR appears substantially as a plateau preceded and followed by two almost straight climbs which cover an angle close to the angle between two successive threads, ie 600 in the aforementioned case. The plate and its two rectilinear sides have been shown in dotted lines, the exact values corresponding to the plot of Figure 8 being shown in solid lines.

il est alors aisé de constater que si le plateau couvre également un angle égal à l'angle entre deux filets successifs, la somme des trois segments 44, 45 et 46 est pratiquement une constante et ne varie pas lorsque l'on déplace ensemble ces trois segments, le segment 45 restant en effet sensiblement constant le long des 600 du plateau et les segmens 44 et 46 ayant leur total constant et sensiblement égal au segment 45. it is then easy to note that if the plate also covers an angle equal to the angle between two successive threads, the sum of the three segments 44, 45 and 46 is practically a constant and does not vary when one moves these three together segments, segment 45 indeed remaining substantially constant along the 600 of the plateau and segments 44 and 46 having their total constant and substantially equal to segment 45.

Comme cette somme représente le débit instantané des différentes dents engrenées dans la vis, il en résulte que le débit instantané est pratiquement stable, qu'il est très peu pulsé.As this sum represents the instantaneous flow of the different teeth engaged in the screw, it follows that the instantaneous flow is practically stable, that it is very little pulsed.

Cette caractéristique est particulièrement importante pour une pompe car elle conditionne le bruit, et les vibrations dans les canalisations sous pression ; une absence de pulsation permet en particulier d'éliminer tout appareil pneumatique d'absorption des pulsations. This characteristic is particularly important for a pump because it conditions noise and vibrations in pressurized pipes; an absence of pulsation makes it possible in particular to eliminate any pneumatic device for absorbing pulsations.

On notera que le fait.que le plateau couvre un angle égal à l'intervalle entre deux filets successifs est équivalent à dire que la longueur de la partie cylindrique de la vis est choisie pour que deux dents successives du pignon soient complètement engagées dans cette partie cylindrique et ne débordent donc pas les cônes d'extrémité. It will be noted that the fact that the plate covers an angle equal to the interval between two successive threads is equivalent to saying that the length of the cylindrical part of the screw is chosen so that two successive teeth of the pinion are completely engaged in this part. cylindrical and therefore do not extend beyond the end cones.

A titre d'exemple numérique l'on a ainsi expérimenté une pompe figurée en coupe sur la figure 8 constituée d'une vis de six filets de diamètre 140 mm terminée par deux cônes dont les génératrices font un angle de 400 avec l'axe de la vis, la longueur de la génératrice de la partie cylindrique étant de 38 mm ; cette vis coopère avec deux pignons symétriques de 140 mm de diamètre à Il dents chacun; dents dont la largeur est de 16 mm, la distance entre l'axe de la vis et l'axe du pignon étant de 88 mm. By way of a digital example, a pump shown in section in FIG. 8 was thus experimented with, consisting of a screw with six threads of 140 mm diameter terminated by two cones whose generatrices make an angle of 400 with the axis of the screw, the length of the generator of the cylindrical part being 38 mm; this screw cooperates with two symmetrical pinions 140 mm in diameter with 11 teeth each; teeth whose width is 16 mm, the distance between the axis of the screw and the axis of the pinion being 88 mm.

L'on constate tout d'abord que deux dents du pignon peuvent coopérer avec la vis dans la partie cylindrique sans déborder, (de façon précise, l'angle de rotation de la vis, pendant laquelle une dent ne déborde pas à l'éxtérieur d'un cône et correspondant au plateau 43 est de 670) que les parties rectilignes de part et d'autre du plateau s'étendent chacune sur environ 490. Ces valeurs de .670 et 490 sont bien du même ordre de grandeur que l'angle de 600 qui est l'angle entre deux filets, les écarts entre ces valeurs et 600 s'expliquant par le fait que le plateau de la figure 9 n'est pas rigoureusement plat et les bords du plateau pas rigoureusement rectilignes. It is noted first of all that two teeth of the pinion can cooperate with the screw in the cylindrical part without overflowing, (precisely, the angle of rotation of the screw, during which a tooth does not overflow outside of a cone and corresponding to the plate 43 is 670) that the rectilinear parts on either side of the plate each extend over approximately 490. These values of .670 and 490 are indeed of the same order of magnitude as the angle of 600 which is the angle between two threads, the differences between these values and 600 being explained by the fact that the plate of FIG. 9 is not strictly flat and the edges of the plate not strictly rectilinear.

L'on constate ensuite en construisant le graphique SR et en sommant les trois segments 44, 45 et 46 que la variation de débit est de + 1 X ce qui est extrêmement faible. It is then noted by constructing the graph SR and by summing the three segments 44, 45 and 46 that the variation in flow rate is + 1 X which is extremely small.

De fait les mesures sur une telle pompe effectuée à 1000 tours par minute où elle balaye alors 374 litres par minute ont donné un niveau de bruit inférieur à 70 phones à un mètre, valeur particulièrement remarquable. In fact the measurements on such a pump carried out at 1000 revolutions per minute where it then sweeps 374 liters per minute gave a noise level lower than 70 phones at one meter, a particularly remarkable value.

Claims

REVEEDICATIOXYS

1. Volumetric machine such as a pump or hydraulic motor comprising in combination a screw provided with several threads, rotating inside a fixed casing and meshing with at least one pinion 7suni of teeth disposed in said casing, at least one low orifice pressure and at least one high pressure orifice disposed in the casing on either side of the pinion, the zone of the casing comprised between a low pressure orifice and a high pressure orifice permanently throwing in substantially sealed contact with the top of at least a thread of the screw over the entire length of said thread, said zone of the casing being further arranged so that when it is in tight contact with the tops of two successive threads, no pinion tooth is engaged between these two threads and characterized in that the threads terminate on either side of the screw on substantially equal diameters and have in the center a swollen portion with an outside diameter larger than at the ends of the nets.

2. Volumetric machine such as a pump or hydraulic motor comprising in combination a screw provided with several threads, rotating inside a fixed casing and meshing with two pinions provided with teeth arranged in the casing symmetrically with respect to the axis of rotation of said screw, a low pressure orifice and a high pressure orifice being disposed in the casing on either side of each pinion, the zones of the casing situated between the low pressure and high pressure orifices contiguous to two different pinions being permanently in substantially sealed contact with the top of at least one thread of the screw over the entire length of said thread, said zones of the casing being also arranged so that when they are in sealed contact with the tops of two successive threads, no tooth of pinion is engaged between these two threads and characterized in that the threads end on either side of the screw on diameters substantially equal and present at the c between the screw a swollen portion, of larger diameter than at the ends of the threads.

3. Machine according to claim 2 characterized in that the bulged portion consists of a cylinder terminated by two cones symmetrical with respect to the plane passing through the centers of the pinions and perpendicular to the axis of rotation of the screw.

4. Machine according to claim 3 characterized in that in addition means are provided to create on the screw a proportional axial re-thrust e to a difference this session between high and low pressure.

5. Savart machine claim 2 characterized in that These hubs comprise on the end faces of the screw pockets placed in communication by pipes with low pressure and a piston secured to the screw closing a chamber which is in communication by a pipe with high pressure.

6. Machine according to claim 3 characterized in that the cylindrical zone includes substantially two saccessive teeth of the pinion and in that the generatrix of the aforementioned cones is substantially parallel to the edge of the tooth when the latter leaves the screw.