FR2824366A1 - Appareil de support pour element mobile et pompe - Google Patents
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Abstract
Un objet de l'invention est de proposer une pompe de construction simple avec des paliers n'ayant pas besoin de lubrifiant. Un passage d'écoulement (2) pour un frigorigène (de l'ammoniaque) est formé dans un boîtier (3) de manière à établir une communication entre un orifice d'aspiration (33) et un orifice de refoulement (43), et des éléments formant paliers de coulissement (5) formés en carbone amorphe sont prévus dans le bottier (3) pour être montés sur le passage d'écoulement (2) afin de supporter un arbre rotatif (4). Le moyen d'entraînement pour la mise en rotation de l'arbre rotatif (4) est constitué d'un induit (7), qui est monté dans le passage d'écoulement (2) et monté sur l'arbre rotatif tournant (4), et d'un inducteur, qui est agencé en dehors du boîtier (3) de manière à entourer l'induit (7). Un organe de pompage est prévu au milieu du parcours du passage d'écoulement (2) et est relié à l'arbre rotatif (4) afin de pomper un fluide.
Description
faciliter le remplacement du joint (78).
APPARElL DE SUPPORT POUR ÉLÉMENT MOBILE ET POMPE
ARRIERE-PLAN DE L' INVENTION
DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne un appareil de support doté d'un élément assurant le support mobile d'un élément
mobile, tel qu'un arbre rotatif, et une pompe.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
Les équipements spatiaux tels que des satellites artificiels, des stations spatiales et analogues, ainsi que les équipements utilisés dans l'espace extraterrestre, comprennent de nombreux types de mécanismes d'entraînement, dans lesquels un appareil de support, par exemple des roulements, vis à billes, guides linéaires et analogues, dans le but d' assurer le support mobile d'un élément mobile est utilisé. De la graisse au fluerure est utilisée comme lubrifiant dans un appareil de support destiné à un usage terrestre, mais elle s'évapore si elle est utilisée dans l'espace, causant la contamination de divers équipements et une décomposition sous l'effet de rayons cosmiques ionisants, raisons pour lesquelles elle ne peut y être utilisée. Dans un appareil de support pour un équipement à usage spatial, on utilise du dioxyde de molybdène, du plomb ou de l'argent, lesquels sont stables et produisent un couple résistant peu , eleve. Les équipements évoqués plus haut utilisés dans l'espace, en particulier ceux qui sont exploités pour une longue durée à l'intérieur de satellites artificiels, de stations spatiales ou analogues, sont particulièrement difficiles à pourvoir en pièces de rechange et doivent donc être de très grande durabilité. Un appareil de support d'un élément mobile dans un tel équipement doit de préLérence être de construction simple pour minimiser le taux de défaillance et doit être réalisé de manière à se dispenser de lubrifiant afin de prévenir toute détérioration de la performance par
suite d'une dégradation du lubrifiant.
RÉSUMÉ DE L' INVENTION
Un objet de la présente invention est de proposer un appareil de support qui soit de construction simple et n'ait
pas besoin de lubrifiant.
Un autre objet de l' invention est de proposer une pompe qui soit de construction simple et équipée d'une structure de paliers pour le support d'un arbre rotatif qui n'ait pas
besoin de lubrifiant.
L' invention propose en outre un appareil de support mobile d'un élément mobile comprenant des éléments de coulissement destinés à supporter l'élément mobile de manière coulissante, les dits éléments de coulissement étant formés
en carbone amorphe.
Selon la présente invention, un élément mobile peut être
supporté par des éléments de coulissement en carbone amorphe.
Le carbone amorphe possède une haute résistante à l' abrasion ainsi que la propriété d'occasionner un frottement très réduit connue sous le nom de propriété autolubrifiante. Des éléments de coulissement en carbone amorphe sont donc utilisés dans le but d'entrer en relation de coulissement sans frottement avec un élément mobile, supportant cet élément mobile afin qu'il puisse être déplacé en douceur. Il est donc possible de réaliser un appareil de support qui soit de construction simple et supporte un élément mobile sans l' usage d'un lubrifiant afin d'accroître la durabilité de
l'appareil de support.
Dans la présente invention, l'élément mobile comprend de préférence un arUre rotatif et les éléments de coulissement sont des éléments formant paliers de coulissement destinés à
supporter l'arbre rotatif en relation tournante.
Selon l'invention, les éléments formant paliers de coulissement en carbone amorphe peuvent supporter l'arbre rotatif. I1 est ainsi possible de réduire un jeu entre l'arbre rotatif et les éléments formant paliers de coulissement et de supporter l'arbre rotatif en relation tournante afin d' assurer la rotation stable de l'arUre
rotatif.
Dans la présente invention, les éléments formant paliers de coulissement sont de préférence disposés dans un espace
contenant un fluide.
Selon l' invention, les éléments de coulissement sont fabriqués en carbone amorphe et possèdent une résistance chimique telle qu'ils ne subissent pas d'altération chimique par l'effet d'unfluide même quand ils sont placés dans un espace contenant également un fluide. En outre, même si le fluide est. à la manière d'un acide fort ou d'une base forte, susceptible d' affecter chimiquement tout élément en contact avec lui, les éléments de coulissement ne sont pas exposés à une modification chimique par le fluide. Les éléments de coulissement peuvent donc conserver leur fonction d'éléments de coulissement pendant une longue durée sans être endommagés par le fluide. Il s'ensuit que les éléments de coulissement peuvent Atre avantageusement utiliss dans des passages
d'Acoulement de fluide.
Dans la prAsente invention, le jeu entre l'AlAment mobile et les AlAments de coulissement est de prAtArence dimensionnA de maniAre permettre le passage du fluide par capillaritA. Selon la prAsente invention, un fluide dans ledit jeu pAnAtre entre l'A#Ament mobile et les lAments de coulissement. Les AlAments de coulissement mobiles fabriquAs en carbone amorphe ne sont soumis aucune restriction dans le choix de lubrifiant, par contraste avec des AlAments de coulissement en mAtal, mais peuvent au contraire Atre luErifiAs par une grande variAt de fluides. Comme indiquA plus haut, si l'emploi d'un luErifiant est essentiellement non nAcessaire, il offre toutefois un moYen de support de l'AlAment mobile avec encore moins de frottement. I1 est donc possible d'utiliser un fluide l'intArieur du jeu comme lubrifiant pour instaurer un Atat de support assurant le
dAplacement sans frottement de l'AlAment mobile.
Dans la prAsente invention, ce fluide est de prAfArence
de l'ammoniaque.
Selon la prAsente invention, les AlAments de coulissement possident une rAistance chimique et ne sont pas soumis une altAr ion chimique mme quand le fluide est de l'ammonique, de sorte qu'ils peuvent conserver la fonction d'AlAments de coulissement pendant une longue dure. En outre, il est possible d'utiliser avantageusement de l'ammoniaque comme luDrifiant. De ce fait, les AlAments formant paliers de coulissement peuvent Atre avantageusement utiliss dans un
espace contenant de l'ammoniaque.
Dans la présente invention, la pompe s'installe de
préLérence sur un équipement utilisé dans l'espace.
Selon l' invention, le moyen de support reçoit une durabilité accrue de manière à convenir à une utilisation dans des équipements, tels que satellites artificiels, stations spatiales ou analogues, utilisés dans l'espace et
dont les pièces composantes sont difficiles à remplacer.
L' invention propose une pompe comprenant un arbre rotatif, des éléments formant paliers de coulissement fabriqués en carbone amorphe destinés à supporter l'arUre rotatif en relation tournante, des moyens d'entraînement pour entraîner l'arUre rotatif en rotation, et une pempe reliée à
l'arbre rotatif pour assurer le pempage d'un fluide.
Selon la présente invention, le moyen d'entraînement est utilisé pour entraîner l'arbre rotatif afin d'entraîner la
pompe reliée à l'arbre rotatif en vue de refouler un fluide.
L'arbre rotatif est supporté en relation tournante par un appareil de support comprenant des éléments formant paliers de coulissement. Les éléments formant paliers de coulissement sont fabriqués en carbone amorphe. Le carbone amorphe possède une résistance élevée à l'abrasion et une propriété de frottement réduite appelée propriété autolubrifiante. Des éléments formant paliers de coulissement en carbone amorphe sont utilisés pour coulisser sans frottement par rapport à un arbre rotatif sans utiliser du lubrifiant, assurant le support dudit arbre rotatif en relation tournante sans froLtement. De ce fait, il est possible de réaliser un appareil de support qui soit de construction simple et qui supporte l'arbre rotatif sans faire appel à un lubrifiant et accroître ainsi la durabilité de l'appareil de support, et
par conséquent la durabilité de la pompe.
De préférence, dans la présente invention, la pompe comprend en outre un boîtier comprenant un passage pour l'écoulement fluidique assurant la communication entre un orifice d' aspiration et un orifice de refoulement, l'arbre rotatif est disposé dans le boîtier, les éléments formant paliers de coulissement sont placés dans le passage d'écoulement fluidique à travers le boîtier, le moyen d'entraînement comprend un induit de moteur électrique placé dans le passage d'écoulement fluidique et monté sur l'arbre rotatif, un inducteur de moteur électrique est placé en deRors du boîtier afin d'entourer l'induit, et la pompe est
situce au milieu du parcours du passage d'écoulement.
Selon l' invention, le moyen d'entrainement sert à faire tourner l'arbre rotatlf de rotation de manière à entraîner la pompe reliée à l'arbre rotatif de sorte qu'un fluide aspiré par un orifice d' aspiration soit amené à s'écouler le long du passage d' écoulement afin d' être expulsé par un orifice de refoulement. Dans cette pompe, l'arbre rotatif, les éléments formant paliers de coulissement et l'induit sont installés dans le passage, d'écoulement. La mise en place de l'arbre rotatif, des éléments formant paliers de coulissement et de l'induit dans le passage d'écoulement élimine la nécessité de prévoir des éléments tournants à la fois dans et en dehors du passage d'écoulement à travers le boîtier, de sorte que la pompe dans son ensemble puisse être rendue très étanche aux fuites de fluide, sa construction hermétique puisse être rendue simple, et la pompe puisse être de faible
encombrement.
Dans une telle construction, les éléments formant paliers de coulissement sont en carbone amorphe et possèdent une résistance chimique de manière à ne pas être soumis à une altération chimique sous l'effet d'un fluide même quand ils sont placés dans un espace contenant un fluide. En outre, même si le fluide, à la manière d'un acide fort ou d'une base forte, est susceptible d' affecter chimiquement un élément en contact avec lui, les éléments de coulissement ne sont pas exposés à un changement chimique par le fluide. Par ce moyen, les éléments formant paliers de coulissement peuvent préserver leur fonction d'éléments formant paliers de coulissement pendant une longue durée sans être endommagés
par le fluide.
Dans la présente invention, il est préférable de dimensionner un jeu entre l'arbre rotatif et les éléments formant paliers de coulissement de manière à permettre la
pénétration du fluide par capillarité.
Selon la présente invention, un fluide dans le passage d'écoulement pénètre entre l'arbre rotatif et les éléments formant paliers de coulissement. Étant en carbone amorphe, les éléments formant paliers de coulissement ne sont pas restreints dans 1'emploi de lubrifiant comme le sont les éléments formant paliers de coulissement en métal, mais peuvent au contraire utiliser une grande variété de fluides comme lubrifiant. Comme indiqué plus haut, si l'emploi d'un lubrifiant est essentiellement non nacessaire, il peut néanmoins assurer le support de l'arbre rotatif dans une relation mobile et avec encore moins de frottement. De ce fait, le fluide dans le passage d'écoulement peut servir de ludrifiant de sorte qu'il soit possible de réaliser une pompe capable d' assurer une rotation encore plus réqulière de
l'arbre rotatif.
Dans la présente invention, la pompe est de préLérence une pempe de circulation d'un frigorigène et le fluide est de préférence de l'ammoniaque en tant que frigorigène. Selon l' invention, les éléments formant paliers de coulissement possèdent une résistance chimique et ne subissent par d'altération chimique même quand le fluide est de l'ammoniaque, de sorte qu'ils peuvent conserver leur fonction d'éléments formant paliers de coulissement au cours d'une longue période. En outre, les éléments formant paliers de coulissement peuvent avantageusement recevoir de l'ammoniaque comme lubrifiant. Parce qu'elle permet de ne pas utiliser du fréon dans l'intérêt de la protection environnementale de la planète, l'ammoniaque s'utilise
avantageusement comme réfrigérant, entraîné par ladite pompe.
En outre, l'ammoniaque comme frigorigène peut être utilisé pour refroidir l'arbre rotatif, les éléments formant paliers de coulissement, et l'induit afin d' assurer la
performance stable de la pompe.
Dans la prés ente invent ion, le s élément s de déplacement
sont de préférençç fabriqués en carbone amorphe..
Selon la présente invention, les éléments de déplacement sont fabriqués en carbone amorphe et présentent une grande résistance aux influences chimiques, ce qui permet de réaliser une pompe conservant la fonction d'éléments de
déplacement au cours d'une longue période.
Dans la présente invention, les éléments formant paliers de coulissement sont de préférence des éléments formant paliers radiaux supportant la charge radiale de l'arbre g rotatif, et les éléments de déplacement sont réalisés en carbone amorphe de manière à supporter la poussce de l'arUre rotatif. Selon la présente invention, la construction des éléments de déplacement en carbone amorphe peut permettre aux éléments de déplacement d' assurer la fonction de rondelle de butée supportant la poussée de l'arbre rotatif. La charge sur les éléments formant paliers de coulissement peut ainsi être réduite. La charge est donc appliquée aux éléments de 1 0 déplacement pour permettre une diminution de la tail le des éléments formant paliers de coulissement et accroître la
durabilité de la pompe.
Dans la présente invention, la pompe est de préférence
montée sur un équipement utilisé dans l'espace.
Selon la présente invention, la pompe peut recevoir une durabilité accrue la rendant utilisable pour un équipement, par exemple un satellite artificiel, une station spatiale ou analogue, s'utilisant dans l'espace et dont les pièces
composantes sont difficiles à échanger.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ainsi que d'autres seront rendus plus explicites
dans la description détaillée qui va suivre, illustrée par
les dessins sur lesquels: la figure 1 montre une vue en coupe de la pompe 1 selon un mode de réalisation de l' invention; la figure 2 montre une vue en coupe de la pompe de la figure 1, vue d' en haut; la figure 3 montre une vue du côté gauche de la pompe 1 vue à partir de la gauche de la figure 1 i la figure 9 montre une vue du côté droit de la pompe 1 vue à partir de la droite de la figure 1; la figure 5 montre une vue avant du corps cylindrique 11 faisant partie du boîtier 3; la figure 6 montre une vue du côté droit du corps cylindrique 11 de la figure 5, vu de la droite i la figure 7 montre une vue en coupe du corps de pompe 12 faisant partie du boîtier 3; la figure 8 montre une vue en plan du corps de pompe 12
de la figure 7, vu d' en haut;.
la figure 9 montre une vue du côté gauche du corps de pompe 12 de la figure 7, vu de la gauche; la figure 10 montre une vue du côté droit du corps de pompe 12 de la figure 7, vu de la droite; la figure 11 montre une coupe de l'orifice d' aspiration 13 faisant partie du boîtier 3; la figure 12 montre une vue du côté gauche de l' orifice d' aspiration 13 de la figure 11, vu de la gauche; la figure 13 montre une vue du côté droit de l' orifice d' aspiration 13 de la figure 11, vu de la droite; la figure 14 montre une vue en coupe de l' orifice de refoulement 14 faisant partie du boîtier 3; la figure 15 montre une vue du côté droit de l' orifice de refoulement de la figure 14, vu de la droite; la figure 16 montre une vue avant d'un arbre rotatif 4; la figure 17 montre une vue du côté gauche de l'arbre rotatif 4 de la figure 16, vu de la gauche; la [igure 18 montre une vue en coupe des Alments formant paliers de coulissement 5; la figure 19 monte une vue du cat gauche des AlAments formant paliers de coulissement 5 de la figure 18, vus de la gauche; la figure 20 montre une vue avant d'un rotor intArieur 60; la figure 21 montre une vue en coupe selon le plan mAdian 521-S21 de la figure 20; la figure 22 montre une vue avant d'un rotor extArieur 61; la [igure 23 montre une vue en coupe selon le plan mAdian S23-S23 de la figure 22; la figure 24 montre une vue en coupe d'un organe de pompage 10 plus grande Achelle; la figure 25 montre une vue en coupe des AlAments de dAplacement 10 de la figure 24, vus de la gauche; la figure 26 montre une vue Aclate en perspective des AlAments de dAplacement 10; la figure 27 montre une vue en coupe d'un appareil pour la mesure du coefficient de frottement; les figure 28A et 28B montrent des graphiques repro isant les rAsultats d'essais de mesure de coeffiients de froCtement; la figure 29 montre une vue en coupe d'un appareil pour la mesure de l'usure dans l'air; les figures 30A et 30B montrent des graphiques reproduisant les rAsultats d'essais de mesure de l'usure dans l' air; la figure 31 montre une vue en coupe d'un appareil pour la mesure de l'usure dans l'eau i les figures 32A et 32B montrent des graphiques reproduisant les résultats d'essais de mesure de l'usure dans l'eau; la figure 33 montre un graphique reproduisant les coefficients d'usure de différents matériaux, y compris le carbone amorphe; la figure 34 montre un graphique reproduisant les coefficients de dilatation thermique de différents matériaux, y compris le carbone amorphe; la figure 35 montre un graphique reproduisant les densités apparentes de différents matériaux, y compris le carbone amorphe; la figure 36 montre un graphique reproduisant les points de fusion ou les températures de déformation thermique de différents matériaux, y compris le carbone amorphe; la figure 37 montre un graphique reproduisant la relation entre pression de refoulement et débit de la pompe 1 en utilisant de l'eau à 5,5 C; la figure 38 montre un graphique reproduisant la relation entre pression,de refoulement et débit de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique; la figure 39 montre un graphique reproduisant la relation entre pression de refoulement et débit de la pompe 1 en utilisant de l'ammoniaque à 8 C; la figure 40 montre un graphique reproduisant la relation entre pression de refoulement et débit de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique à 10 C; la figure 41 montre un graphique reproduisant la relation entre puissance fournie à un moyen d'entraînement et déLit de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique à 10 C i et la figure 42 montre un graphique reproduisant la relation entre le régime et le débit de la pompe 1 en utilisant de
l'éther éthylique à 10 C.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Des modes de réalisation préférés vont maintenant être
décrits en faisant référence aux dessins.
La figure 1 montre une vue en coupe illustrant une pompe 1 selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre une vue en coupe de la pempe de la figure 1, vue d' en haut. La figure 3 montre une vue du côté gauche, et la figure
4, une vue du côté droit de la pompe 1 de la figure 1.
Destinée à véhiculer un fluide, la pompe 1 se monte par exemple sur un équipement spatial tel qu'un satellite artificiel, une station spatiale ou analogue, et un équipement utilisé dans l'espace extérieur à la stratosphère et s'utilise pour faire circuler un frigorigène donnant lieu à un échange thermique avec d'autres appareils montés sur l'équipement. La pompe 1 comprend un boîtier 3 formé avec un passage d'écoulement de frigorigène 2, un arbre rotatif 4 situé dans le boîtier 3, un palier 6 comprenant les éléments formant paliers de coulissement 5 qui supportent l'arUre rotatif 4 en relation tournante, un moteur électrique 9 ayant un induit 7 et un inducteur 8, et un organe de pompage 10 relié à l'arbre rotatif 4. Pour contribuer à la conservation de l'environnement global, le frigorigène n'est pas du fréon,
mais de l'ammoniaque.
Un corps cylindrique 11, illustré sur les figures 5 et 6, un corps de pompe 12, illustré sur les figures 7, 8, 9 et 10, un orifice d' aspiration 13, illustré sur les figures 11, 12, et 13, et un orifice de refoulement 14, illustré sur les figures 14 et 15, composent ensemble le boîtier 3. Le corps cylindrique 11 est à parois minces et comporte sur la circonférence de ses extrémités axiales 15 et 16 plusieurs,
par exemple trois, trous traversants respectifs 17 et 18.
Le corps de pompe 12 comporte à son extrémité axiale 19 un creux de montage axialement ouvert 20 dans lequel un corps de pompe 22 ayant une surface périphérique intérieure cylindrique est formée de manière adjacente à l'autre extrémité axiale 21 du corps de pompe 12. Le creux de montage est coaxial avec un axe L12 d'un élément formant corps de pompe 12, et la chambre de pempe 22 a un diamètre qui est inférieur à celui du creux de montage 20 et se trouve
décentré par rapport à l'axe L12 du corps de pompe 12.
Le corps de pompe 12 comprend à son autre extrémité axiale 21 un logement de palier 23 coaxial avec l'axe L12 de corps de pompe 12 et avec un trou d' insertion d'arbre rotatif 24, qui traverse le corps de pompe 12 selon l'axe L12 pour assurer la commu,nication entre la chambre de pempe 22 et le creux_de montage 23. En outre, le corps de pompe 12 comporte un orifice interne de chambre de pempe 25, adjacent à la chambre de pompe 22 sur le côté de l'extrémité axiale 21, et un passage d'écoulement interne 26, décentré par rapport à l' axe L12 du corps de pompe 12 et s'étendant parallèlement à l'axe L12. L' orifice interne de chambre de pompe 25 prend la forme d'un arc s'étendant autour d'un axe de la chambre de pompe 22, c'est-à-dire autour d'un axe L22 d'une surface périphérique intérieure de la chambre de pompe 22, le passage d'écoulement interne 26 étant ouvert axialement sur l'autre
extrémité axiale 21 du corps de pempe 12.
Ledit corps de pompe 12 s'insère dans le corps cylindrique 11 par son extrémité axiale 21. I1 se monte sur l'extrémité axiale 15 du corps cylindrique 11 en posant des boulons 28 à travers les trous de passage 17 et en les
vissant au corps de pompe 12 à l'aide de trous taraudés 27.
Un joint torique 31 est disposé entre le corps cylindrique 11 et le corps de pompe 12, se posant dans une gorge annulaire formée sur la partie extérieure périphérique de l'extrémité axiale 21 du corps de pompe 12 afin d'obtenir un
joint étanche.
Dans l' orifice d' aspiration 13 sont situés un orifice d' aspiration 33 axialement ouvert, disposé à une extrémité axiale 32 de manière à être décentré par rapport à l'axe L13 de l' orifice d' aspiration 13, et un passage d' aspiration 34 adjacent à l'orifice d' aspiration 33 de manière à s'étendre dans le sens axial parallèlement à l' axe L13 de l' orifice d' aspiration 13, le passage d' aspiration 34 étant axialement ouvert au niveau de l'autre extrémité axiale 35 de l' orifice d' aspiration 13., Le corps de pompe 12 comprend également, à son autre extrémité axiale 35, un logement de palier axialement ouvert 36, coaxial avec l'axe L13 de l' orifice d' aspiration 13, et un logement d' insertion d'arbre rotatif 37 adjacent au logement de palier 36 s'étendant selon l'axe L13 vers une position proche du centre de l' orifice
d' aspiration 13.
L'orifice d' aspiration 13 s'insère dans le corps cylindrique 11 par son extrémité axiale 35, et se monte sur l'extrAmit axiale 16 du corps cylindrique 11 en insArant les boulons 38 travers les trous traversants respectifs 18 et en vissant ces boulons l' orifice d' aspiration 13 l'aide des trous tarauds 39. Un joint torique 41 est prAvu entre le corps cylindrique 11 eL l'oifice d' aspiration 13. Posi dans une gorge annulaire 40 [orme sur une partie pAriphArique extArieure de l'extrAmit axiale 35 de l' orifice d' aspiration
13, il assure un joint Atanche.
Dans l'orifice de retoulement 14 est amAnag un orifice de refoulement ouvert axialement 43 disposA sur une extrAmit 42 de l' orifice de refoulement 14 et dAcentrA par rapport l' axe L14 de ce dernier. L' orifice de refoulement 14 comporte Agalement son autre extrAmit axiale 44 et dans une position dAcentre par rapport son axe L14, un orifice externe de chambre de pempe 45. L' orifice externe de chambre de pompe 45 est situA en correspondance avec l' orifice de refoulement 43 et s'Atend de maniAre incurve et circonfArentielle. En outre, l' orifice de refoulement 14 comprend un passage de refoulement 46 dAcentrA par rapport l'axe L14 de l' orifice de refoulement 14 et s'6tendant
travers ce dernier paralllement l'axe L14.
L'autre extrmit aziale 44 de l' orifice de refoulement s'ins\lle dans le creux de montage 20 du corps de pompe 12 afin de boucher axialement la chambre de pompe 22. Le corps de pompe 12 est dot son extrAmit axiale 19 d'une bride 47 qui s'Atend radialement vers l'extArieur est qui comporte plusieurs (par exemple 4) trous tarauds 46, tandis que l' orifice de refoulement 14 est pourvu son extrAmit axiale 42 d' une bride 49 s' Atendant radialement vers l' extArieur et comportant plusieurs (par exemple quatre), trous de passage 48. Les boulons 50 insérés par les trous de passage 48 se vissent dans la bride 47 au moyen des trous taraudés 46, l' orifice de refoulement 14 étant ainsi assemblé au corps de pompe 12 alors que son autre extrémité axiale 44 est installée dans le creux de montage 20. A l'état ainsi assemblé, un joint torique 52 est posé entre le corps de pompe 12 et l'orifice de refoulement 14 dans une gorge annulaire 51, laquelle est ménagée sur une partie périphérique situce à l'autre extrémité axiale 44 de
l'orifice de refoulement 14, assurant ainsi un joint étanche.
De cette manière le boîtier 3 est réalisé de telle sorte que l' axe L11 du corps cylindrique 11, l' axe L12 du corps de pompe 12, l'axe L13 de l'orifice d' aspiration 13, et l'axe L14 de l' orifice de refoulement 14 correspondent à l'axe L3 du boîtier 3. Une chambre d'induit 55 est formée dans le boîtier 3 de manière à être disposée entre le corps de pempe 12 et l' orifice d' aspiration 13, de manière à ce que le passage d' aspiration 34 et le passage d'écoulement interne 26 soient en communication avec la chambre d'induit 55. De ce fait, l' orifice d' aspiration 33 et l' orifice de refoulement 43 sont formés dans le boîtier 3 et le passage d'écoulement 2 est formé de manière à communiquer avec les dits orifices 33, 43. Le passage d'écoulement 2 d'un liquide frigorigène est aménagé en reliant à tout le moins et dans l'ordre: le passage d' aspiration 34, la chambre d'induit 55, le passage d'écoulement interne 26, l' orifice interne de chambre de pompe 25, la chambre de pompe 22, l' orifice externe de chambre de pompe 45 et le passage de refoulement 46. Un tel
boîtier peut être construit par exemple en acier inoxydable.
L'arbre rotatif 4 est situé dans le boîtier 3. Cet arbre rotatif illustré sur les figures 16 et 17 est supporté en relation tournante par les éléments formant paliers de coulissement 5, qui sont les éléments de support illustrés sur les figures 18 et 19. L'arbre rotatif 4 est fabriqué en acier inoxydable selon une forme en colonne, et son extrémité axiale 69 est partiellement usince sur la circonférence de manière à être dotée d'une section ovale permettant son emmanchement. Dans ce mode de réalisation, deux éléments formant paliers de coulissement S sont fournis en carbone
amorphe et faconnés en cylindres courts. Les éléments formant paliers de coulissement respectifs S sont emmanchés à
la presse dans le logement de palier 23 du corps de pompe 12 et dans le logement de palier 36 de l' orifice d' aspiration 13 de manière à ce que l'axe L5 soit aligné sur l'axe L3 du boîtier 3. De cette manière, les éléments formant pal iers de coul is sement 5 sont fixés dans le boîtier 3 et exposés à la chambre d'induit 55, qui fait partie du passage d'écoulement 2. Lorsqu'il est inséré dans les éléments formant paliers de coulissement respectifs 5, l'arbre rotatif s'insère dans le trou d' insertion 24 du corps de pompe 12, un,e de ses extrémités axiales étant disposée dans la chambre de pompe, et l'autre extrémité 56 étant
insérée dans le logement d' insertion d'arbre rotatif 37.
L'arbre rotatif 4 est ainsi supporté en relation tournante selon l'axe L3 et maintenu radialement au moyen des éléments formant paliers de coulissement S. l' axe L4 étant aligné sur l'axe L3 du boîtier 3. Les éléments formant paliers de coulissement respectifs 5 constituent donc des éléments formant paliers de coulissement radiaux supportant l'arbre rotatif 4 dans le sens radial. Lorsque l'arbre rotatif 4 a un diamètre extérieur de 2 mm, par exemple, un jeu radial entre l'arbre rotatif 4 et les éléments formant paliers de coulissement 5 est de 0,75 m au minimum, et de 2 m au maximum, le diamètre intérieur des éléments formant paliers de coulissement 5 étant au moins de 2,015 mm et au plus de 2,004 mm. Un tel jeu est dimensionné de manière à permettre à un frigorigène dans la chambre d'induit 55 de pénétrer dans celle-ci par capillarité. Le jeu ménagé est donc minime et permet ainsi de supporter l'arUre rotatif 4
d'une manière stable.
Dans la chambre de pompe 22 sont installés, comme l'illustrent les figures 24 et 25, un rotor intérieur 60 illustré sur les figures 20 et 21, et un rotor extérieur 61 illustré sur les figures 22 et 23. Le rotor extérieur 60 est agencé à sa périphérie avec plusieurs (par exemple quatre) labes 62. Le rotor extérieur 61 est essentiellement de forme cylindrique et agencé, sur sa périphérie intérieure, avec des lobes 63 dont le nombre dépasse à raison de un celui des
lobes 62 du rotor intérieur 60.
Comme le montre la figure 26, le rotor intérieur 60 est fixé à l'extrémité 69 de l'arUre rotatif 4 au moyen d'une douile entretoise 65 ayant sensiblement la forme d'un cylindre elliptique, laquelle est emmanchée à la presse sur une extrémité 55 de l'arbre rotatif 4, le rotor intérieur 60 étant à son tour emmanché sur la douille entretoise 65. Par ce moyen, l'axe L60 du rotor intérieur est aligné sur l'axe L3 du boîtier 3. Le rotor extérieur 61 est monté de manière à s'engrener sur le rotor intérieur 60. Le rotor extérieur 61 possède un diamètre extérieur légèrement inférieur à la périphérie interne de la chambre de pompe 22 i son axe L61 est aligné sur l'axe L22 de la chambre de pompe, et décentré
par rapport à celui par rapport au rotor intérieur 60.
Le rotor intérieur 60, le rotor extérieur 61 et une partie entourant la chambre de pompe 22 constituent une pompe volumétrique, dans laquelle les éléments de déplacement 10 constituent une pompe à engrenage trochoïdal. Sur les éléments de déplacement 10, plusieurs chambres de pression sont définies entre le rotor intérieur 60 et le rotor extérieur 61 de sorte que, pendant la rotation du rotor intérieur 60 animé par l'arbre rotatif 4, le rotor extérieur 61 tourne de manière correspondante afin de faire varier les volumes des chambres de pression. Ces dernières sont en communication avec l' orifice interne de chambre de pompe 25 dans un état o les volumes deviennent grands, et sont amenés en position adjacente à l' orifice externe de chambre de pempe
dans un état o ces volumes deviennent petits.
Le rotor intérieur 60 et le rotor extérieur 61 sont fabriqués en carbone amorphe. Le rotor 60 fait également office de rondelle de butée, supportant l'arbre rotatif 4 axialement. L'induit 7 monté sur l'arbre rotatif 4 est composé d'un aimant et situé dans la chambre d' induit 55, et l' inducteur 8 est monté en une position entourant l'induit 7 extérieurement au boîtier 3. Le moyen d'entraînement 9 est constitué par l'induit et par l'inducteur. L'inducteur 8 comprend un bobinage qui est excité électriquement en vue de conférer un couple à l' induit 7 par l' action magnétique entre l' inducteur 8 et l'induit 7, amenant ainsi l'arbre rotatif 4 à faire tourner le rotor intérieur 60 pour entraîner les éléments de déplacement 10. Les éléments de déplacement 10 provoquent ainsi l'aspiration d'un frigorigène à partir de l'orifice d' aspiration 33, l'amenant à s'écouler par le passage d'écoulement 2 pour être expulsé par l' orifice de
refoulement 43.
Le carbone amorphe (désigné ci-après "CA") est également appelé carbone vitreux. I1 s'agit d'un carbone amorphe caractérisé par un coefficient de froLtement peu élevé. Les figures 28A et 28B montrent les résultats d'un essai dans lequel le coefficient de frottement a été mesuré, par exemple, en faisant coulisser une éprouvette stationnaire 70 en CA, illustrse sur la figure 27, sur la périphérie d'une éprouvette tournante 71 fabriquée dans un acier anti froLtement au chrome à haute teneur en carbone (SUJ2) ou dans du nitrure de silicium (Si3Ni4). Dans les essais de ce type, les éléments en carbone amorphe montrent de bas coefficients de froLtement même en l' absence de lubrifiant entre ces éléments et d'autres, et affichent en outre des coefficients de frottement particulièrement bas quand un lubrifiant est
utilisé, quel que soit le type de ce lutrifiant.
En outre, de,s éléments en CA sont caractérisés en ce qu'ils possadent de bas coefficients de froLtement._ Les figures 30A et 30B montrent les résultats d'un essai dans lequel la profondeur dune usure peu prononcée à sévère fut mesurce en tournant, poussant, et en faisant coulisser un artre rotatif d'essai 74 formé en acier inoxydable et possadant à son extrémité une pointe hémisphérique, par
exemple l'éprouvette stationnaire 73 en CA de la figure 29.
Les figures 32A et 32B montrent les résultats d'un essai dans lequel l'usure, variant de peu prononcée à sévère, et la rugesité de surface furent mesuréss en tournant, poussant, et en faisant coulisser une éprouvette 75 en céramique d'alumine sur une éprouvette en CA ou en plusieurs autres composés A, B et C dans de l'eau à 50 C comme illustré sur la figure 31. Comme l'indiquent les résultats de ces essais et le graphique de la figure 33, les éléments en carbone amorphe montrent un coefficient de frottement peu élevé par comparaison avec d'autres éléments dans d'autres matériaux, et résistent donc bien à l' abrasion et présentent une rugosité de surface peu
élevée même quand ils accusent une certaine usure..
En outre, les éléments en CA montrent un coefficient de dilatation thermique peu élevé, comme l'indique la figure 34, une densité apparente peu élevoe, comme l'indique la figure 35, et un point de fusion ou une température de déformation thermique élevée, et donc une forte résistance à la chaleur,
comme l'indique la figure 36.
Le tableau 1 présente les propriétés combinées du CA et d'autres matériaux. Le tableau 2 présente les propriétés du CA. Le tableau 3 montre la teneur en impuretés des éléments formant paliers de coulissement 5, du rotor intérieur 60 et du rotor extérie,ur fabriqués en CA, et le tableau 4 montre la résistance à l'acide fluorhydrique des éléments formant paliers de coulissement 5, du rotor intérieur 60 et du rotor
extérieur 61 fabriqués en CA.
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to . C É E US Comme le font ressortir les résultats d'essai évoqués plus haut et les tableaux 1 à 4, le CA possède des propriétés telles que légèreté, bas coefficient de dilatation thermique, haute rigidité, haute réaistance à la chaleur, imperméabilité aux gaz, grande dureté, réaistance à l'abrasion, bas coefficient de frottement, compacité et homogénéité structurales, résistance chimique et absence de pertes de poudre de carbone, etc., et convient très bien pour des éléments appelés à coulisser l'un sur l'autre. Autrement dit, le CA convi ent tout part icul i èrement comme mat é riau pour le s
éléments formant paliers de coulissement évoqués plus haut.
La figure 37 montre un graphique reproduisant la relation entre pression de refoulement et débit de la pompe 1 travaillant avec de l'eau à 5,5 C. La figure 38 montre un graphique reprodui sant la relation entre press ion de refoulement et débit de la pompe 1 utilisant de l'éther éthylique, et la figure 39 montre un graphique reproduisant la relation entre la pression de refoulement et le débit de la pompe 1 utilisant de l'ammoniaque à 8 C. De plus, la figure 40 montre un graphique reproduisant la relation entre la pression de refoulement et le débit de la pompe 1 utilisant de l'éther éthylique à 10 C. La figure 41 montre un graphique reproduisant la relation entre puissance fournie au moyen d'entraînement et débit de la pompe 1 utilisant de l'éther éthylique à 10 C. La figure 42 montre un graphique reproduisant la relation entre régime et déUit de la pompe 1 utilisant de l'éther éthylique à 10 C. En outre, les figures à 42 montrent les résultats obtenus en cherchant à faciliter la manipulation de l'éther éthylique, les auteurs de la présente demandant confirmant que des résultats
semblables peuvent être obtenus en utilisant de l'ammoniaque.
Le tableau 5 montre les résultats de l'essai de performance de la pompe 1 utilisant de l'éther éthylique à la température de 10 C. Le tableau 6 montre les résultats de l'essai de performance de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique à la température de 20 C. Le tableau 7 montre les résultats de l'essai de performance de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique à la température de 40 C. Le tableau 8 montre les résultats de l'essai de performance de la pempe 1 utilisant de l'éther éthylique à la température de C. Les tableaux 9 et 10 montrent les résultats de-l'essai de performance de la pompe 1 en utilisant de l'éther éthylique à la température de 60 C. Les tableaux 11 à 13 montrent les résultats de l'essai de performance de la pompe
1 en utilisant de l'ammoniaque à 8 C.
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_ : {:S La pompe 1 fait usage des éléments formant paliers de coulissement 5 fabriqués dans du CA tel que susmentionné en vue de supporter l'arUre rotatif 4, et il est donc possible, avec la construction évoquée plus haut, de réaliser une pompe de grand rendement n'impliquant qu'une consommation de puissance réduite pour l' exploitation, comme cela est
représenté sur les figures 37 à 42 et les tableaux 5 à 13.
Avec ladite pompe 1, le moyen d'entraînement 9 entraîne l'arUre rotatif 4 pour entraîner les éléments de déplacement 10 reliés à l'arbre rotatif 4 de sorte que le frigorigène aspiré par l' orifice d' aspiration 33 puisse être amené à s'écouler le long du passage d'écoulement 2 afin d'être exqulsé par l' orifice de refoulement 43. L'ardre rotatif 4 est supporté en relation tournante par le palier 6 comportant les éléments formant paliers de coulissement 5. Les éléments formant paliers de coulissement 5 sont fabriqués en carbone amorphe, qui possède les propriétés susmentionnées et peut supporter l'arbre rotatif 4 de manière à lui permettre de tourner sans frottement. En outre, le carbone amorphe possède une résistance chimique élevoe et se trouve protogé de tout dommage même s'il est installé dans le passage d'écoulement de fluide. Par ailleurs, l'arbre rotatif 4, les éléments formant paliers de coulissement 5 et l'induit 7 sont installés dans le passage d'écoulement 2. Le jeu entre l'arbre rotatif 4 et les éléments formant paliers de coulissement 5 est aménagé de manière à être minime, comme décrit plus haut, afin d'ajouter encore à la stabilité de
rotation de l'arbre rotatif 4.
Un tel jeu aussi minime permet la pénétration d'ammoniaque, utilisé comme frigorigène, grâce aux phénomène de la capillarité. Etant donné que le CA présente une résistance chimique élevée, il est dépourvu de tout endommagement même lorsque celui-ci est placé dans le passage d'écoulement de fluide. En outre, les éléments formant paliers de coulissement 5 en CA sont façonnés quel que soit le type de fluide utilisé, raison pour laquelle de l'ammoniaque liquide convient comme lubrifiant. Il s'ensuit que la pompe rend possible l' introduction d'un frigorigène en tant que lubrifiant et la réalisation d'une rotation réqulière de l'arbre rotatif. En outre, comme le palier 6 peut être formé au moyen des éléments formant paliers de coulissement, il peut être agencé de manière simple et
enregistrer un moindre taux de défaillance.
En outre, l'emploi du CA prévient, grâce au coefficient de froLtement peu élevé, la génération de chaleur lors de la rotation de l'arbre rotatif 4 et, par conséquent, la dilatation dudit arbre rotatif 4 et des éléments formant paliers de coulissement 5. D'ailleurs, même si une chaleur est dogagée par frottement, la stabilité de rotation peut être maintenue parce que le coefficient de dilatation thermique du CA est peu élevé et parce que le jeu entre l'arbre rotatif 4 et les éléments formant paliers de
coulissement 5 n'enregistre pas de variation dimensionnelle.
En outre, le CA présente un bas coefficient de frottement, de sorte que même avec le petit jeu susmentionné, une rotation réqulière est réalisée même pour des fluides de haute viscosité telle que de l'ammoniaque. De ce fait, grâce à une usure minime, la contamination du fluide par de la poudre abrasive est empêchée méme lors d'une utilisation de longue durce, et toute modification dimensionnelle du jeu est également empêchée, de sorte qu'une rotation réqulière et stable peut être assurée pendant une longue durée en l' absence de maintenance. De ce fait, la pompe se monte de prétérence sur un équipement utilisé dans l'espace, au-delà de la stratosphère, afin d'améliorer la durabilité de cet équipement. La mise en place de tels éléments tournants dans le boîtier 3 favorise l'étanchéité de la pompe et en facilite la construction, permettant ainsi de réduire l'encombrement de la pompe 1. Il est également possible de refroidir l'arbre rotatif 4, les éléments formant paliers de coulissement 5 et l'induit 7 afin d' assurer la stabilité de performance de la pempe. En outre, le corps cylindrique 11 est à parois minces pour réaliser un effet de refroidissement sur l'inducteur 8 entourant la chambre d'induit 55. Par ailleurs, le moyen d'entraînement 9 comprenant les éléments formant paliers de coulissement 5 et l'induit 7 est situé en amont des éléments de déplacement 10 dans le sens du flux du frigorigène, de sorte que les éléments formant paliers de coulissement 5 et l'induit 7 peuvent être refroidis avant l'étape de la compression par les éléments de déplacement 10, de sorte qu'un effet de' refroidissement stable et favorable soit obtenu-. Il est de la sorte possible de réaliser une pompe 1
d'un degré d' excellence aussi élevé.
Les éléments de déplacement 10 sont fabriqués dans du carbone amorphe essentiellement insensible aux influences chimiques du fluide, et conserve sa fonction d'organe de pompage pendant une longue durce, contribuant à réaliser une pompe avantageuse 1. En outre, le fait que les éléments de déplacement 10 soient en carbone amorphe peut leur permettre d' assurer une fonction de rondelle de butée et de supporter la charge axiale de l'arbre rotatif 4. Il est par ce moyen possible de réduire la charge sur les éléments formant paliers de coulissement 5. Cela permet d'appliquer une charge sur les éléments de déplacement 10 pour permettre une réduction de la taille des éléments formant paliers de
coulissement 5 et d'accroître la durabilité de la pompe.
Le mode de réalisation qui précède ne constitue qu'un exemple de l' invention et peut être modifié dans les limites de l'étendue de l' invention. C'est ainsi que les éléments formant paliers de coulissement 5 peuvent être au nombre de un, trois, ou plus. De la même manière, un autre fluide que
de l'ammoniaque peut être utilisé.
De même, l'appareil de support et la pompe peuvent être utilisés sur d'autres équipements, par exemple des
équipements médicaux, que ceux utilisés dans l'espace extra-
stratosphérique. La présente invention peut être mise en oeuvre sous d'autres formes particulières sans s'écarter de l' esprit ou des caractéristiques essentielles de l'invention. Les présents modes de réalisation ont donc un but illustratif et non restrictif, 'Q'étendue de l' invention étant détini-e par le s revendi cat ions qui vont suivre plutôt que par l a
description qui précède, de sorte que toutes modifications
tombant dans le cadre du sens et de l'étendue de
l'équivalence des revendications soient considérses comme
étant comprises dans la présente invention.
Claims (13)
1. Appareil de support (6) pour supporter de manière mobile un élément mobile (4) comprenant: des éléments de coulissement (5) pour supporter de manière coulissante l'élément mobile (4), les éléments de coulissement (5) étant formés en carbone amorphe.
2. Appareil de support (6) selon la revendication 1, o l'élément mobile (4) comprend un arbre rotatif (4) et o les éléments de coulissement (5) sont des éléments formant paliers de coulissement (5) pour supporter l'arbre rotatif de
manière tournante.
3. Appareil de support (6) selon la revendication 1, o les éléments de coulissement (5) sont disposés dans un espace
(2) dans lequel un fluide est contenu.
4. Appareil de support (6) selon la revendication 3, o un jeu () entre l'élément mobile (4) et les éléments de coulissement (5) est dimensionné de manière à permettre la
pénétration de fluide par effet de capillarité.
5. Appareil de support (6) selon la revendication 3, o
le fluide est de l'ammoniaque.
6. Appareil de support (6) selon la revendication 1, o
la pompe est montée sur un équipement utilisé dans l'espace.
7. Pompe (1) comprenant; un artre rotatif (4); des éléments (5) formant paliers de coulissement en carbone amorphe, pour supporter l'artre rotatif de manière tournante (4); un moyen d'entraînement (9) pour assurer la rotation de l'arbre rotatif (4); et un organe de pompage (10) relié à l'arbre rotatif (4),
pour pomper un fluide.
8. Pompe (1) selon la revendication 7, comprenant en outre; un boîtier (3) ayant un passage découlement de fluide (2) assurant la communication entre un orifice d' aspiration et un orifice de refoulement (43), dans laquelle l'arbre rotatif (4) est disposé dans le boîtier (3), les éléments formant paliers de coulissement (5) sont situés dans le passage d'écoulement du fluide (2) dans le boîtier (3), le moyen d'entraînement (9) comprend un induit (7) placé dans le passage d'écoulement de fluide (2), installé sur l'arbre rotatif (4), et un inducteur (8) installé en dehors du boîtier (3) de manière à entourer l'induit (7), et les éléments de déplacement (10) sont aménagés au milieu
du parcours de fluide à travers la pompe (2).
9. Pompe (1) selon la revendication 8, dans laquelle un jeu () entre l'artre rotatif (4) et les éléments formant paliers de coulissement (5) est dimensionné de manière à permettre le passage de fluide grâce au phénomène de capillarité.
10. Pompe (1) selon la revendication 9, dans laquelle la pompe (1) est une pompe de circulation d'un frigorigène et le
fluide est de l'ammoniaque utilisée comme frigorigène.
11. Pompe (1) selon la revendication 10, dans laquelle les éléments de déplacement (10) sont formés en carbone
amorphe.
12. Pompe (1) selon la revendication 7, dans laquelle les éléments formant paliers de coulissement (5) sont des paliers radiaux supportant la charge radiate de l'arbre rotatif (4), et les éléments de déplacement 110) sont en carbone amorphe de manière à supporter la poussée de l'arbre
rotatif (4).
13. Pompe (1) selon la revendication 7, dans laquelle la
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