EP0728948A1

EP0728948A1 - Pompe, notamment pompe à vide, à cycle de translation circulaire

Info

Publication number: EP0728948A1
Application number: EP96400386A
Authority: EP
Inventors: Daniel Pottier; Rémy Leclaire
Original assignee: S B P V Brevets P Vulliez Ste
Current assignee: ALEXIS VULLIEZ; ANTOINE VULLIEZ; FLORENCE GAUTIER NEE VULLIEZ; GUILLAUME VULLIEZ; JACQUES VULLIEZ
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: JP3914974B2; KR100383696B1; US6022202A; KR100383695B1; JP4088340B2; EP0728947A1; KR19980702432A; FR2731051B1; DE69605462D1; ES2140039T3; JPH11504692A; JPH11500804A; EP0728948B1; US5951268A; DE69605462T2; ES2140040T3; DE69605461D1; WO1996026367A1; DE69605461T2; EP0728947B1

Abstract

Pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe (100) ayant un disque fixe (114) qui présente sur au moins un de ses côtés une saillie (123) en forme de spirale, un disque mobile (131) opposé au disque fixe (114) et ayant également au moins une saillie (133) en forme de spirale intercalée avec la saillie (123) en forme de spirale du disque fixe (114) et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile (131) est relié audit corps (100) et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile (131) par rapport audit corps (100), des moyens moteurs (120) pour entraîner le disque mobile (131) par l'intermédiaire d'un arbre de pompe (140), ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire : ledit mécanisme comprend deux paliers (182,190) portés par l'arbre de pompe (140), qui est en position centrale par rapport au corps fixe (100) ; le dispositif limiteur de débattement de translation circulaire est constitué d'une couronne (201) ayant des dents (202) fixes entre lesquelles s'imbriquent des dents (212) solidaires du disque mobile (131) <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une pompe, notamment à vide, à cycle de translation circulaire.
Plus précisément, elle concerne une pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe ayant un disque fixe qui présente sur au moins un de ses côtés une saillie en forme de spirale, un disque mobile opposé au disque fixe et ayant également au moins une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie en forme de spirale du disque fixe et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile est relié audit corps et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile par rapport audit corps pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs pour entraîner le disque mobile par l'intermédiaire d'un arbre de pompe et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire guidant le disque mobile dans son mouvement de translation circulaire en évitant toute torsion.
Une pompe de ce type est par exemple décrite dans FR-A-2 141 402. Si une telle pompe selon ce document donne d'excellents résultats, elle présente toutefois l'inconvenient de comporter de nombreuses pièces et d'être encombrante notamment radialement compte tenu en particulier du fait que ledit mécanisme est constitué de trois manivelles accouplées de manière synchronisée les unes avec les autres et disposées à la périphérie de la pompe, ces manivelles assurant par elle-même la limitation du débattement de translation circulaire.
La présente invention a pour but de réaliser une pompe du type ci-dessus ne présentant pas ces inconvénients.
Ainsi, selon l'invention, une pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe ayant au moins un disque fixe qui présente sur un de ses côtés une saillie en forme de spirale, un disque mobile opposé au disque fixe et ayant également au moins une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie en forme de spirale du disque fixe et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile est relié audit corps et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile par rapport audit corps pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs pour entraîner le disque mobile par l'intermédiaire d'un arbre de pompe et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire, ledit mécanisme comprenant au moins un palier porté par l'arbre de pompe, caractérisée par le fait que ledit arbre de pompe est en position centrale par rapport au corps fixe, et le dispositif limiteur de débattement de translation circulaire est constitué d'une couronne ayant des dents fixes entre lesquelles s'imbriquent des dents solidaires du disque mobile.
Un dispositif limiteur ainsi conçu est capable d'assurer la fonction limitation du débattement, ou anti-torsion, même lorsque la pompe est dimensionnée pour engendrer des volumes importants pouvant aller jusqu'à 100 m³/h, voire 500 m³/h, et même au delà.
De préférence, les dents fixes sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe de la pompe et dont la section, par un plan perpendiculaire audit axe, est composée d'arcs de cercles de rayons R et r, respectivement, dont les centres sont sur un cercle de rayon R_p centré sur ledit axe, des arcs s'étendant à l'intérieur et des arcs s'étendant à l'extérieur dudit cercle des centres.
Avantageusement, les dents mobiles sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe de la pompe et dont la section, par un plan perpendiculaire audit axe, est composée d'arcs des mêmes cercles s'étendant à l'extérieur et à l'intérieur, respectivement, dudit cercle des centres.
De préférence, α étant l'angle entre deux dents fixes ou mobiles et E l'excentration, qui correspond au rayon du cylindre décrit par l'axe mobile autour de l'axe fixe de la pompe, ${R = R}_{p} Sin \frac{α}{4} + \frac{E}{4} {et r = R}_{p} Sin \frac{α}{4} - \frac{E}{2} .$
Avantageusement, le rayon de manivelle est réglable.
De préférence, l'axe du passage qui reçoit l'extrémité de l'arbre de pompe est légèrement décalé par rapport à l'axe de la surface extérieure du palier dans lequel est ménagé ledit passage et qui supporte le disque mobile par l'intermédiaire de roulements reçus par ladite surface extérieure ; avantageusement, la portée excentrée de l'arbre de pompe a son axe décalé par rapport à l'axe d'une bague qui l'entoure et qui reçoit un roulement pour un moyeu de palier.
De préférence, ledit mécanisme comprend deux paliers portés tous deux par l'arbre de pompe, et espacés axialement.
Avantageusement, la pompe comprend en outre un soufflet métallique d'étanchéité entourant l'arbre de pompe et dont une extrémité est solidaire du disque mobile et l'autre du corps fixe.
De préférence, la pompe ne comprend qu'une seule saillie en spirale sur le disque fixe et une seule saillie en spirale sur le disque mobile.
Avantageusement, les saillies en spirale du disque fixe et les saillies en spirale du disque mobile sont séparées par un petit jeu constant quelle que soit la position du disque mobile.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une pompe selon l'invention ;
la figure 2 est une vue en coupe selon ll-ll de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 1 ;
les figures 4 et 5 sont des schémas géométriques montrant la construction des dents du dispositif de la figure 3 ;
les figures 6 et 7 sont des coupes, à plus grande échelle, selon les lignes VI-VI et VII-VII, respectivement, de la figure 1.

En se reportant aux figures 1 à 7, une pompe selon l'invention comprend un corps fixe 100 constitué d'un manchon 111, d'une entretoise 112 et d'un flasque 114, assemblés par des vis telles que 115, avec interposition de joints d'étanchéité 116, 117 ; le flasque 114 présente, du côté dirigé vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le manchon 111, une saillie en forme de spirale 123, avec laquelle est intercalée une saillie en forme de spirale 133 de même amplitude angulaire présentée par un plateau mobile 131 d'un côté de ce plateau 131 ; de l'autre côté de ce plateau mobile, celui-ci supporte grâce à des vis 171 un fût 170 de forme générale cylindrique.
Les saillies en spirale 123 et 133 sont séparées par un petit jeu constant quelle que soit la position du disque mobile 131 ; sur la figure 3, ce jeu, en général de l'ordre de dizaines de microns, a été exagéré pour être visible.
Du côté de son extrémité par laquelle il est fixé au plateau 131, le fût 170 présente un rebord radial 181 prolongé vers l'intérieur du fût 170 par une bague 182 supportant des moyens de roulement 148 installés à l'intérieur de la bague 182 ; les moyens de roulement 148 entourent un palier 147 sur lequel ils sont montés, ledit palier 147 présentant intérieurement un passage 183 de forme tronconique dont l'ouverture de plus grand diamètre est située vers l'intérieur du fût 170.
Du côté opposé à celui qui coopère avec l'entretoise 112, le manchon 111 présente des bras radiaux 177 dirigés vers l'intérieur du manchon 111, par exemple trois bras radiaux 177 espacés de 120 degrés, un seul étant visible sur la figure 3 ; depuis l'extrémité intérieure des bras 177 s'étend axialement, selon l'axe 155 de la pompe, et à l'intérieur du manchon 111, un canon 180 de forme générale cylindrique, le canon 180 s'étendant également à l'intérieur du fût 170 ; au voisinage de son extrémité la plus intérieure par rapport au manchon 111, le canon 180 supporte par l'extérieur des moyens de roulement 184.
Extérieurement, les doigts radiaux 177 du manchon 111 supportent par des vis 176 un carter 174 reliant la pompe à un moteur 120 partiellement représenté dont on voit en 121 l'extrémité de l'arbre moteur ; le carter 174 présente un voile intérieur 175 portant un palier à roulement 173.
La pompe comporte un arbre de pompe 140 ; l'arbre de pompe 140 présente une extrémité tronconique 144, dont la forme est complémentaire de celle du passage 183 du palier 147 ; le palier 147 est solidaire de l'extrémité 144 de l'arbre de pompe 140 par emboîtement et serrage en 185 ; l'autre extrémité 172 de l'arbre 140 est destinée à l'entraînement en rotation de l'arbre 140 par le moteur 120 ; pour ce faire, l'arbre moteur 121 est solidaire, grâce à une clavette 122, en rotation d'une noix menante 129, l'extrémité 172 de l'arbre de pompe 140 étant solidaire, grâce à une clavette 188, en rotation d'une noix menée 186 ; les noix menante 129 et menée 186 portent des doigts respectivement 128, 187 reliés par un accouplement souple 149.
L'arbre de pompe 140 présente deux portées cylindriques ayant pour axe l'axe 155 de la pompe : une portée 179 dans sa région centrale coopérant avec les moyens de roulement 184 et une portée 189 proche de son extrémité 172 et supportée par le palier à roulement 173 ; l'extrémité tronconique 144 de l'arbre 140 a pour axe l'axe 165 qui est décalé par rapport à l'axe 155 tout en restant parallèle à lui, et qui est l'axe du fût 170.
Pour assurer le parallélisme rigoureux entre les axes 155 et 165, on peut, comme le montre la variante représentée, prévoir une autre portée 178 excentrée par rapport à l'axe 155 ; cette portée 178 d'axe 165 supporte un moyen de palier 190 relié au fût 170 par des bras radiaux 191 intercalés circonférentiellement entre les bras radiaux 177 solidaires du manchon 111.
Selon une particularité importante, il est prévu un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire 200 qui, selon l'invention, est constitué d'une couronne 201 ayant des dents 202 solidaires du bâti 100 entre lesquelles s'imbriquent des dents 212 ménagées à l'extrémité transversale libre du fût 170 mobile ; comme cela est mieux visible sur les figures 3 à 5, les dents fixes 202 et mobiles 212 ont des profils semi-circulaires construits à partir de cercles de rayons R et r dont les centres sont sur un cercle dit primitif de rayon R_p ; plus précisément, les dents fixes 202 sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe 155 et dont la section, par un plan perpendiculaire à l'axe 155, est composée d'arcs de cercles 203, 204 de rayons respectivement R et r, dont les centres sont sur un cercle 205 de rayon R_p et centré sur l'axe 155, les arcs 203 s'étendant à l'intérieur du cercle 205 et les arcs 204 à l'extérieur ; les dents mobiles 212 sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe 165 ou 155 et dont la section, par un plan perpendiculaire à ces axes, est composée également d'arcs de cercles 203, 204, les arcs 203 s'étendant à l'extérieur du cercle 205 et les arcs 204 à l'intérieur ; l'angle α entre deux dents 202, ou 212, dépend bien entendu du nombre N de dents : α= $\frac{2π}{N}$
; l'axe 155 est fixe et l'axe 165 décrit un cylindre, autour de l'axe 155, dont le rayon correspond à l'excentration E ; dans ce mouvement, en choisissant les rayons R et r en sorte que R = r + E, les dents 212 suivent le profil des dents 202 en sorte que le fût 170, donc le plateau 131, est guidé dans son mouvement de translation circulaire, sans aucune torsion. Comme cela ressort des figures 4 et 5, on voit que E, α, R_p, R et r sont reliés par la relation R_p. Sin $\frac{α}{4}$
= $\frac{1}{2}$
(R+r) qui combinée à la précédente donnant l'excentration conduit à ${R = R}_{p} Sin \frac{α}{4} + \frac{E}{2} {, r = R}_{p} Sin \frac{α}{4} - \frac{E}{2}$
L'invention prévoit également de permettre un réglage de l'excentration, comme le montrent les figures 6 et 7 ; selon la figure 6, l'axe de l'extrémité tronconique 144 de l'arbre de pompe 140, et donc l'axe du passage 183 qui la reçoit, est légèrement décalé par rapport à l'axe 165 de la surface extérieure 192 du palier 147 qui reçoit les roulements 148 qui supportent le fût 170 ; l'excentration E étant l'écart transversal entre cet axe 165 et l'axe 155 de la portée cylindrique 179 de l'arbre de pompe 140, mécaniquement liée à la partie tronconique 144, on voit qu'il suffit de tourner le palier 147 par rapport à elle pour que la distance entre l'axe 165 et l'axe 155, c'est-à-dire l'excentration E, varie.
Un montage analogue permet de régler d'autant l'excentration E au droit du moyen de palier 190 ; comme on le voit sur la figure 7, la portée excentrée 178 de l'arbre de pompe 140 a son axe décalé par rapport à l'axe d'une bague 193 qui l'entoure et qui reçoit le roulement du moyeu de palier 190 ; là également, en faisant tourner la bague 193 par rapport à l'arbre 140 on modifie la distance entre les axes 155 et 165.
La pompe qui vient d'être décrite présente un agencement tel que le plan d'inertie des masses en mouvement se situe axialement au droit de l'entretoise 112 ; ainsi, une seule masse d'équilibrage dynamique 197 située dans cette région, solidarisée au palier 147, suffit pour l'équilibrage de l'ensemble.
L'aspiration 156 de la pompe est prévue radialement dans l'entretoise 112 et le refoulement 157 est axial, en aval d'un clapet anti-retour 159.
Dès la mise en service de la pompe, le fluide pompé est soumis à l'effet continu et progressif de compression dû au débattement en translation circulaire des saillies en spirale mobiles par rapport aux saillies en spirale fixes.
Il est possible, si on le souhaite, d'isoler totalement l'enceinte de la pompe, où se réalise le vide, de l'extérieur et du reste de la pompe ; il suffit de disposer, comme le montre la figure 1, un soufflet métallique 160 autour du fût 170 ; une extrémité du soufflet 160 est fixée sur une collerette 196 ménagée à la surface extérieure du fût 170 au droit de son rebord radial 181 ; l'autre extrémité du soufflet 160 est fixée à une bague 194 solidarisée au corps fixe 100 par les vis 176 et des vis 195. Une telle disposition augmente le nombre d'applications possibles de la pompe qui fait ainsi partie des pompes dites sèches dont les parties actives sont isolées de l'extérieur et exemptes de tout lubrifiant, huile ou graisse.
Le soufflet métallique 160 utilisé pour réaliser l'étanchéité intégrale du système de pompage est ainsi positivement protégé contre tout effort de torsion fonctionnel ou accidentel du fait du dispositif limiteur 200; la durée de vie du soufflet 160 est dès lors pratiquement illimitée.
Une telle pompe destinée à engendrer des volumes pouvant aller jusqu'à 500 m³/heure ou au delà est avantageusement munie d'un circuit d'huile de refroidissement dont on voit l'entrée en 198 sur la figure 1.

Claims

Pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe (100) ayant au moins un disque fixe (ll 4) qui présente sur un de ses côtés une saillie (123) en forme de spirale, un disque mobile (131) opposé au disque fixe (114) et ayant également au moins une saillie (133) en forme de spirale intercalée avec la saillie (123) en forme de spirale du disque fixe (114) et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile (131) est relié audit corps (100) et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile (131) par rapport audit corps (100) pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs (120) pour entraîner le disque mobile (131) par l'intermédiaire d'un arbre de pompe (140) et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire, ledit mécanisme comprenant au moins un palier (182,190) porté par l'arbre de pompe (140), caractérisée par le fait que ledit arbre de pompe (140) est en position centrale par rapport au corps fixe (100), et le dispositif limiteur de débattement de translation circulaire est constitué d'une couronne (201) ayant des dents (202) fixes entre lesquelles s'imbriquent des dents (212) solidaires du disque mobile (131).
Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les dents fixes (202) sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe (155) de la pompe et dont la section, par un plan perpendiculaire audit axe (155), est composée d'arcs de cercles (203, 204) de rayons R et r, respectivement, dont les centres sont sur un cercle (205) de rayon R_p centré sur ledit axe (155), des arcs (203) s'étendant à l'intérieur et des arcs (204) s'étendant à l'extérieur dudit cercle des centres (205).
Pompe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les dents mobiles (212) sont limitées par des surfaces cylindriques d'axe parallèle à l'axe (155) de la pompe et dont la section, par un plan perpendiculaire audit axe (155), est composée d'arcs des mêmes cercles (203, 204) s'étendant à l'extérieur (203) et à l'intérieur (204), respectivement, dudit cercle des centres (205).
Pompe selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que a étant l'angle entre deux dents fixes (202) ou mobiles (212) et E l'excentration, qui correspond au rayon du cylindre décrit par l'axe mobile (165) autour de l'axe fixe (155) de la pompe, ${R = R}_{p} Sin \frac{α}{4} + \frac{E}{2} {et r = R}_{p} Sin \frac{α}{4} - \frac{E}{2} .$
Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le rayon de manivelle est réglable.
Pompe selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'axe du passage (183) qui reçoit l'extrémité de l'arbre de pompe (140) est légèrement décalé par rapport à l'axe (165) de la surface extérieure (192) du palier (147) dans lequel est ménagé ledit passage (183) et qui supporte le disque mobile (131) par l'intermédiaire de roulements (148) reçus par ladite surface extérieure (192).
Pompe selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la portée excentrée (178) de l'arbre de pompe (140) a son axe décalé par rapport à l'axe d'une bague (193) qui l'entoure et qui reçoit un roulement pour un moyeu de palier (190).
Pompe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que ledit mécanisme comprend deux paliers (182, 190) portés tous deux par l'arbre de pompe (140), et espacés axialement.
Pompe selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un soufflet métallique (160) d'étanchéité entourant l'arbre de pompe (140) et dont une extrémité est solidaire du disque mobile (131) et l'autre du corps fixe (100).
Pompe selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait qu'elle ne comprend qu'une seule saillie en spirale (123) sur le disque fixe (114) et une seule saillie en spirale (133) sur le disque mobile (131).
Pompe selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que les saillies en spirale (123) du disque fixe (114) et les saillies en spirale (133) du disque mobile (131) sont séparées par un petit jeu constant quelle que soit la position du disque mobile (131).