FR2516178A1 - HYDRAULIC PUMP WITH ROLLERS - Google Patents
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Abstract
Description
Pompes à liquide
La présente invention se rapporte à une pompe à rouleaux du type comprenant un rotor et un stator, le stator définissant une cavité généralement cylindrique dans laquelle est placé le rotor, l'axe de rotation du rotor étant décalé de l'axe de la cavité, la cavité ayant des parois extrêmes, un certain nombre de fentes s'étendant vers l'extérieur, qui sont formées dans le rotor et un certain nombre de rouleaux dans les fentes respectivement, les axes desdits rouleaux étant disposés sensiblement parallèlement aux axes précédemment mentionnés et deux orifices communiquant avec ladite cavité, l'un desdits orifices, en utilisation, étant un orifice d'entrée et étant connecté à une source de liquide et l'autre desdits orifices étant un orifice de sortie du liquide déplacé par la pompe lors de la rotation du rotor.Liquid pumps
The present invention relates to a roller pump of the type comprising a rotor and a stator, the stator defining a generally cylindrical cavity in which the rotor is placed, the axis of rotation of the rotor being offset from the axis of the cavity, the cavity having end walls, a number of outwardly extending slots which are formed in the rotor and a number of rollers in the slots respectively, the axes of said rollers being arranged substantially parallel to the previously mentioned axes and two orifices communicating with said cavity, one of said orifices, in use, being an inlet orifice and being connected to a source of liquid and the other of said orifices being an outlet orifice for the liquid displaced by the pump during the rotor rotation.
La pratique habituelle consiste à prévoir que les fentes soient radiales, c'est-à-dire que les côtés d'une fente se trouvent parallèles mais espacés du plan radial qui contient l'axe longitudinal du rouleau et l'axe de rotation du rotor. Avec cet agencement, dès qu'un rouleau a passé l'orifice d'entrée, la pression du liquide agissant sur le rouleau a tendance à forcer le rouleau de façon qu'il établisse un contact avec la face arrière de la fente et également avec la surface intérieure de la cavité. Des joints sont par conséquent établis et le rouleau contribue à l'action de pompage. L'action de pompage n'est obtenue que si le rouleau est en contact avec la surface inférieure de la cavité et ce contact est initialement obtenu par l'action de la force centrifuge.Si la vitesse à laquelle la pompe est entraînée est insuffisante pour solliciter les rouleaux vers l'extérieur, on ne peut obtenir aucune action de pompage. The usual practice is to provide that the slots are radial, that is to say that the sides of a slot are parallel but spaced from the radial plane which contains the longitudinal axis of the roller and the axis of rotation of the rotor. . With this arrangement, as soon as a roller has passed the inlet, the pressure of the liquid acting on the roller tends to force the roller so that it makes contact with the rear face of the slot and also with the inner surface of the cavity. Seals are therefore established and the roller contributes to the pumping action. The pumping action is only obtained if the roller is in contact with the lower surface of the cavity and this contact is initially obtained by the action of centrifugal force. If the speed at which the pump is driven is insufficient for stress the rollers outwards, no pumping action can be obtained.
La présente invention a pour objet une pompe mentionné ci-dessuS sous une forme simple et pratique. The present invention relates to a pump mentioned above in a simple and practical form.
Selon l'invention, dans une pompe du genre men tionné , la face arrière de chaque fente est inclinée en s'éloignant du plan radial qui contient l'axe longitudinal du rouleau et l'axe de rotation du rotor, ainsi tandis que le rotor tourne, il y a une tendance naturelle à ce que le rouleau roule vers l'extérieur dans la fente, vers la surface interne du stator. According to the invention, in a pump of the mentioned type, the rear face of each slot is inclined away from the radial plane which contains the longitudinal axis of the roller and the axis of rotation of the rotor, as well as the rotor turns, there is a natural tendency for the roller to roll outward in the slot, towards the internal surface of the stator.
Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins certains rouleaux comprennent un moyen élastique servant à solliciter les extrémités des rouleaux en contact de frottement avec les parois extrêmes de la cavité. According to another characteristic of the invention, at least certain rollers comprise an elastic means serving to urge the ends of the rollers in frictional contact with the end walls of the cavity.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suivra, de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
La Figure 1 illustre, en élévation latérale, une pompe selon l'art antérieur ;
La Figure 2 est un schéma se rapportant à l'exemple de la Figure 1 ;
La Figure 3 est une vue semblable à la Figure 1 montrant la pompe modifiée selon l'invention
La Figure 4 est une vue en coupe faite à travers un rouleau et montrant une modification de la pompe ; et
La Figure 5 montre une autre modification.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the description which follows, of several exemplary embodiments, given by way of indication but in no way limiting, with reference to the appended drawings in which
Figure 1 illustrates, in side elevation, a pump according to the prior art;
Figure 2 is a diagram referring to the example of Figure 1;
Figure 3 is a view similar to Figure 1 showing the modified pump according to the invention
Figure 4 is a sectional view made through a roller and showing a modification of the pump; and
Figure 5 shows another modification.
En se référant à la Figure 1 des dessins, la forme connue de pompe comprend un stator dans lequel est définie une cavité généralement cylindrique 10 qui a des parois extrêmes (non représentées), l'axe de la cavité est indiqué en 11. Dans la cavité est monté un rotor 12 dont le diamètre est plus petit que la cavité 10 et dont l'axe de rotation est indiqué en 13, décalé de l'axe 11. Referring to Figure 1 of the drawings, the known form of pump comprises a stator in which is defined a generally cylindrical cavity 10 which has end walls (not shown), the axis of the cavity is indicated at 11. In the cavity is mounted a rotor 12 whose diameter is smaller than the cavity 10 and whose axis of rotation is indicated at 13, offset from the axis 11.
Dans la cavité s'étendent un orifice d'entrée 14 et un orifice de sortie 15, ces orifices ayant une longueur circonférentielle appréciable et étant formés dans la paroi cylindrique de la cavité. In the cavity extend an inlet orifice 14 and an outlet orifice 15, these orifices having an appreciable circumferential length and being formed in the cylindrical wall of the cavity.
Dans le rotor sont formées quatre fentes radiales 16 qui sont équi-angulairement espacées, et coulissant dans ces fentes respectivement, des rouleaux 17. Les faces latérales des fentes s'étendent parallèlement aux plans contenant l'axe de rotation du rotor et les axes longitudinaux des rouleaux 17, mais elles en sont espacées. La direction de rotation du rotor dans la cavité est indiquée par la flèche 18A. Pour décrire le fonctionnement de la pompe, on supposera que le rotor est entraîné à une vitesse qui est suffisante pour garantir que, par l'action de la force centrifuge, les rouleaux 17 sont sollicités vers l'extérieur, en contact avec la surface interne de la cavité afin d'établir un contact de ligne avec elle.Un tel contact de ligne crée un joint et il est prévu que les extrémités des rouleaux se trouvent très près des parois latérales de la cavité afin d'établir d'autres joints. En se référant à la Figure 2, le rouleau 17 est illustré comme étant considérablement plus petit que la fente dans laquelle il est placé, uniquement pour l'illustration, et on peut voir que le contact de ligne est établi avec la surface cylindrique, ce contact étant indiqué par la lettre B et un contact de ligne est également établi avec la face arrière de la fente, ce contact étant indiqué par la flèche A. In the rotor are formed four radial slots 16 which are equiangularly spaced, and sliding in these slots respectively, rollers 17. The lateral faces of the slots extend parallel to the planes containing the axis of rotation of the rotor and the longitudinal axes rollers 17, but they are spaced therefrom. The direction of rotation of the rotor in the cavity is indicated by arrow 18A. To describe the operation of the pump, it will be assumed that the rotor is driven at a speed which is sufficient to guarantee that, by the action of centrifugal force, the rollers 17 are biased outward, in contact with the internal surface of the cavity in order to establish a line contact with it. Such a line contact creates a seal and it is expected that the ends of the rollers are very close to the side walls of the cavity in order to establish other seals. Referring to Figure 2, the roller 17 is illustrated as being considerably smaller than the slot in which it is placed, for illustration only, and it can be seen that line contact is made with the cylindrical surface, this contact being indicated by the letter B and a line contact is also established with the rear face of the slot, this contact being indicated by the arrow A.
Le rouleau est sollicité à cette configuration par la chute de pression entre la sortie et l'entrée et la force résultante agissant sur le rouleau est dans la direction indiquée par la flèche X. Tandis que le rotor tourne, le rouleau 17 entraîne le liquide vers l'orifice de sortie et le liquide est attiré par l'orifice d'entrée, dans la partie de la cavité en forme de croissant car celle-ci croit en volume tandis que le rouleau se déplace vers la position la plus élevée. Dans la description ci-dessus, on a suppose que le rouleau 17 était en contact avec la surface cylindrique de la cavité et on a mentionné précédemment que la force centrifuge permet d'effectuer le contact initial.Si le rotor tourne lentement, alors un tel contact peut ne jamais être établi ou s'il est initialement établi, le poids du rouleau et les forces du liquide agissant sur lui peuvent ne-pas être suffisants pour le maintenir en contact avec la surface tandis que le rotor tourne.The roller is stressed in this configuration by the pressure drop between the outlet and the inlet and the resulting force acting on the roller is in the direction indicated by the arrow X. As the rotor turns, the roller 17 drives the liquid towards the outlet orifice and the liquid is attracted by the inlet orifice, in the part of the crescent-shaped cavity because it increases in volume while the roller moves towards the highest position. In the above description, it is assumed that the roller 17 was in contact with the cylindrical surface of the cavity and it was mentioned previously that the centrifugal force makes it possible to make the initial contact. If the rotor turns slowly, then such a contact may never be made, or if it is initially made, the weight of the roller and the forces of the liquid acting on it may not be sufficient to keep it in contact with the surface while the rotor is rotating.
En se référant maintenant à la Figure 3, le rotor 18 est modifié afin que les fentes 19 ne soient plus radiales et en particulier, les faces arrière 20 des fentes ne sont plus parallèles aux plans qui contiennent l'axe de rotation 11 et les axes longitudinaux des rouleaux. L'angle d'inclinaison est indiqué par la flèche C. Cette modification a pour effet que, tandis que le rotor tourne, les rouleaux ont une tendance naturelle à rouler vers l'extérieur, en contact avec la surface 10. Dans l'agencement représenté sur la Figure 3, les côtés menants de la fente, comme la fente n'est plus radiale, disparaissent virtuellement. La pompe peut ainsi fonctionner de façon satisfaisante à une vitesse plus lente que la pompe représentée sur la Figure 1 du fait de la tendance naturelle qu'ont les rouleaux à rouler vers l'extérieur. Referring now to Figure 3, the rotor 18 is modified so that the slots 19 are no longer radial and in particular, the rear faces 20 of the slots are no longer parallel to the planes which contain the axis of rotation 11 and the axes longitudinal rollers. The angle of inclination is indicated by the arrow C. The effect of this modification is that, while the rotor is turning, the rollers have a natural tendency to roll outwards, in contact with the surface 10. In the arrangement shown in Figure 3, the leading sides of the slot, as the slot is no longer radial, virtually disappear. The pump can thus operate satisfactorily at a slower speed than the pump shown in Figure 1 due to the natural tendency of the rollers to roll outward.
L'action de roulement est améliorée en modifiant les rouleaux comme le montre la Figure 4. Sur cette vue, sont illustrées les parois extrêmes 21 de la cavité et un rouleau est indiqué en 22. Chaque rouleau a un renfoncement dans lequel se trouve un patin coulissant de pression 23 qui est sollicité vers l'extérieur, en engagement de frottement avec la paroi extrême de la cavité par un moyen élastique ayant la forme d'un ressort à boudin de compression 24 qui est placé dans le renfoncement. Le fait que le patin 23 soit sollicité contre une paroi extrême signifie que l'extrémité opposée du rouleau est également sollicitée contre la paroi adjacente. Par cette modification, la tendance qu'a le rouleau à se déplacer vers l'extérieur, est améliorée et de plus, l'engagement de frottement avec les parois extrêmes de la cavité diminue le risque que les rouleaux tombent aux extrémités internes des fentes où ils sont reçus, sous l'action de la gravité. The rolling action is improved by modifying the rollers as shown in Figure 4. In this view, the end walls 21 of the cavity are illustrated and a roller is indicated at 22. Each roller has a recess in which there is a shoe sliding pressure 23 which is biased outward, in friction engagement with the end wall of the cavity by an elastic means having the form of a compression coil spring 24 which is placed in the recess. The fact that the shoe 23 is urged against an end wall means that the opposite end of the roller is also urged against the adjacent wall. By this modification, the tendency of the roller to move outwards is improved and, moreover, the engagement of friction with the extreme walls of the cavity reduces the risk that the rollers fall at the internal ends of the slots where they are received, under the action of gravity.
La pompe décrite en se référant aux Figures 1 et 2 peut fonctionner dans chaque direction, mais la pompe représentée sur la Figure 3 ne présente les avantages décrits que lorsque le rotor tourne dans une direction. Afin d'obtenir les avantages ci-dessus, les fentes peuvent être configurées comme le montre la Figure 5 où les faces latérales 25 des fentes divergent vers l'extérieur, l'une de l'autre. La
Figure 5 illustre également une autre modification, cette fois au contour de la surface généralement cylindrique de la cavité. La partie 26 de la surface de la cavité qui se trouve entre les orifices d'entrée et de sortie et où le rotor est proche de la paroi de la cavité, est agencée de façon à constituer une partie d'arc de cercle à partir du centre de rotation du rotor.Par une conception et une construction soigneuses, il est possible de prévoir que le rouleau ait un contact de ligne en trois positions, la première de celles-ci étant avec la surface interne de la cavité, et les seconde et troisième avec les faces latérales 25 de la fente.The pump described with reference to Figures 1 and 2 can operate in each direction, but the pump shown in Figure 3 has the advantages described only when the rotor turns in one direction. In order to obtain the above advantages, the slots can be configured as shown in Figure 5 where the side faces 25 of the slots diverge outward from each other. The
Figure 5 also illustrates another modification, this time to the contour of the generally cylindrical surface of the cavity. The part 26 of the surface of the cavity which is between the inlet and outlet orifices and where the rotor is close to the wall of the cavity, is arranged so as to form a part of an arc from the center of rotation of the rotor.By careful design and construction, it is possible to provide that the roller has line contact in three positions, the first of these being with the internal surface of the cavity, and the second and third with the lateral faces 25 of the slot.
Cependant, dans la pratique, le contact de ligne ne sera obtenu qu'en deux positions, mais le jeu à la troisième position sera petit. Cette modification présente le bénéfice que, quand le rouleau s'éloigne de l'orifice de sortie, la force de pression qui agit sur lui le sollicite contre la paroi latérale opposée de la fente et pendant ce mouvement, il y a un déplacement du liquide. De même, il existe un trajet de fuite entre les rouleaux et les parois latérales de la fente. Cela a pour résultats une perte de l'efficacité volumétrique de la pompe. Avec l'agencement illustré sur la
Figure 5, dès que le rouleau quitte l'orifice de sortie 15, l'engagement à deux positions ci-dessus mentionné, se produit avec un déplacement minimum du rouleau au loin de l'orifice de sortie. Par ailleurs, la partie de fuite du rouleau est petite.In practice, however, the line contact will only be obtained in two positions, but the clearance in the third position will be small. This modification has the advantage that, when the roller moves away from the outlet orifice, the pressure force which acts on it urges it against the opposite side wall of the slot and during this movement, there is a displacement of the liquid. . Likewise, there is a leakage path between the rollers and the side walls of the slot. This results in a loss of the volumetric efficiency of the pump. With the arrangement illustrated on the
Figure 5, as soon as the roller leaves the outlet 15, the two-position engagement mentioned above occurs with minimum displacement of the roller away from the outlet. Furthermore, the trailing part of the roller is small.
Les patins 23 ne sont pas essentiels et les ressorts 24 peuvent porter contre la paroi extrême adjacente de la cavité. Il est essentiel, dans cette modification, que les parois extrêmes soient lisses et ne présentent aucune discontinuité, mais on comprendra cependant que les orifices d'entrée et également l'orifice de sortie peuvent être formés dans les parois extrêmes. The pads 23 are not essential and the springs 24 can bear against the adjacent extreme wall of the cavity. It is essential, in this modification, that the end walls are smooth and have no discontinuity, but it will however be understood that the inlet orifices and also the outlet orifice can be formed in the end walls.
On a trouvé que l'efficacité d'une pompe où sont par exemple incorporés huit rouleaux du type indiqué sur la
Figure 4, peut être accrue si certains des rouleaux sont remplacés par des rouleaux lisses. It has been found that the efficiency of a pump in which, for example, eight rollers of the type indicated on the
Figure 4, can be increased if some of the rollers are replaced by smooth rollers.
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