Machine volumétrique, notamment pompe à vide
La présente invention a pour objet une machine à cycle volumétrique, telle que pompe à vide ou autre dont l'étanchéité par soufflet est intégrale vis-à-vis de l'extérieur et dont les parties actives se débattent entre elles suivant un cycle de translation circulaire exacte et engendrée, sans aucun frottement ni lubrification.
I1 est connu que pour isoler totalement de l'extérieur par soufflet métallique ou membrane, un mobile à cycle tournant, placé à l'intérieur d'une enveloppe fixe, un moyen très efficace est de réaliser ce cycle tournant suivant une translation circulaire exacte et engendrée,
L'organe d'étanchéité étant alors lié d'une part au mobile et d'autre part à l'enveloppe fixe. Par la translation circulaire exacte et engendrée, le mobile décrit un cycle tournant à orientation rigoureusement constante et l'organe d'étanchéité qui lui est lié est ainsi mis à l'abri de tout effort de torsion fonctionnel ou accidentel.
Dans un tel appareil, outre la protection des organes d'étanchéité contre les effets de torsion, on doit impérativement maintenir la constance du très faible jeu radial ou latéral entre les parties actives de pompage de façon à éviter tout contact accidentel et à obtenir les meilleures performances de pompage. Pour cela, et compte tenu de leurs formes géométriques et des réactions résultant du travail de pompage, ces parties actives doivent donc se débattre entre elles avec le minimum de jeu radial et latéral.
La solution avantageusement choisie pour obtenir ce résultat est la mise en translation circulaire exacte et engendrée des parties mobiles par trois excentriques synchronisés, la synchronisation pouvant être réalisée, soit par le mobile lui-même, soit par une pièce de transfert liée au mobile, dans les deux cas, un des arbres excentriques étant moteur. Avec cette construction à trois excentriques synchronisés, les parties mobiles sont latéralement maintenues dans des plans bien définis et radialement le débattement en translation circulaire peut être réalisé avec le maximum de précision mécanique.
La machine volumétrique, notamment une pompe à vide, objet de la présente invention, est du type absolument étanche et sec et sans frottement interne, et est caractérisée en ce qu'elle comporte un corps fixe ayant une entrée et une sortie pour un fluide de travail, un ensemble mobile pour déplacer le fluide de travail de ladite entrée à ladite sortie, un passage pour le fluide de travail s'étendant entre ladite entrée et ladite sortie, un mécanisme ayant au moins trois manivelles d'excenricité égales et accouplées ensemble en synchronisme pour déterminer un mouvement de translation circulaire dudit ensemble mobile, ledit ensemble mobile ayant au moins un organe en forme d'anneau fendu ou de spirale tandis que ]es parois dudit passage sont conformées pour épouser la configuration de l'enveloppe de l'espace balayé par ledit organe,
un très petit jeu constant étant ménagé entre ledit organe et les parois les plus adjacentes dudit passage en toute position de l'ensemble mobile, et un dispositif de soufflet étanche ayant des extrémités fixées respectivement à l'ensemble mobile et au corps fixe pour isoler ledit passage de l'atmosphère.
Dans une forme d'exécution avec anneau spirale il peut être utilisé deux anneaux spirale identiques, avec chacun un flasque latéral, tous deux mobiles calés à 1800 I'un de l'autre et se débattant l'un dans l'autre de façon à constituer l'ensemble de la partie active de pompage. Cette solution permet d'obtenir par construction un équilibrage parfait et d'engendrer un volume de pompage double pour un même déplacement latéral des soufflets d'étanchéité.
Les moyens de liaison entre le mobile et le corps fixe ou entre les deux mobiles comportent, pour chaque mobile, au moins trois manivelles de même orientation et d'égale excentricité et synchronisées par le mobile luimême, au moins une des manivelles étant motrice.
Lorsque le mobile en forme d'anneau ouvert est de dimensions appropriées, il peut être prévu creux, les manivelles d'entraînement sont alors montées traversantes à l'intérieur de l'anneau et des moyens de soufflet ou de membranes étanches, en forme de manchons en toute matière telles que métallique ou plastique, sont disposés dans l'anneau creux et entourant les manivelles en ayant une de leurs extrémités attelée au corps fixe et l'autre extrémité à l'anneau. Cette construction est équilibrée au point de vue réaction axiale résultant de la pression.
Dans les autres cas où l'on utilise des mobiles minces, c'est-à-dire d'épaisseur réduite, le montage de ces mobiles se fait sur un flasque, lequel reçoit suivant un montage latéral l'action des moyens de liaison avec le corps pour sa mise en translation circulaire exacte. Cette construction réalisable avec trois soufflets l'est également avec un seul soufflet central à l'intérieur duquel est situé l'organe de liaison rigide qui solidarise le mobile à la pièce de transfert de mouvement (fig. 9).
Bien entendu, ces différents modes de construction peuvent être utilisés en combinaison entre eux.
La conformation des mobiles et de leurs courbes enveloppes est étudiée pour éviter les retours de fluide du refoulement vers l'aspiration ainsi que le vidage complet de la chambre de pompage en fin de refoulement.
On notera à ce sujet les propriétés remarquables obtenues avec la construction à deux anneaux spirale identiques, soit qu'ils soient tous deux mobiles, soit que l'un soit fixe et l'autre mobile. En partant du centre des anneaux spirale et en limitant leur développement angulaire à 3600, on constate qu'en fin du temps d'aspiration on emprisonne un volume V lequel est totalement et progressivement expulsé après un seul cycle de translation circulaire, la séparation entre l'échappement et l'aspiration étant constamment maintenue par les contacts progressifs et permanents (au jeu fonctionnel près) entre chacun des mobiles spirale.
Toujours en partant du centre des anneaux spirale et avec un développement angulaire des volutes égal à deux fois 3600 le volume V1 emprisonné à l'aspiration est ramené au bout d'un cycle de translation circulaire et d'une façon progressive au volume V de valeur inférieure à V1 il est alors repris au cours d'un second cycle de translation circulaire par la première portion de 3600 de développement angulaire de l'anneau spirale pour être totalement expulsé. Le fonctionnement d'un anneau spirale à deux fois 3600 de développement angulaire devient celui d'une pompe à deux étages. La séparation continue entre l'aspiration et le refoulement étant constamment et doublement assurée par deux contacts continus sur chaque spirale.
On peut ainsi multiplier le nombre d'étages de la pompe, chaque étage assurant une compression progressive indépendante avant d'arriver au volume V d'aspiration du dernier étage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution de la machine, objet de la présente invention.
La fig. I est une vue schématique perpendiculaire à l'axe d'une pompe à un étage avec mobile épais traversé par les trois manivelles d'entraînement et trois soufflets d'étanchéité et avec masse d'équilibrage statique et dynamique;
la fig. 2 est une vue de cet appareil, en coupe suivant la ligne brisée II-II de la fig. 1;
la fig. 3 est une vue schématique montrant le fonctionnement d'anneaux spirale à un étage;
les fig. 4 et 5 sont des vues schématiques montrant le fonctionnement d'anneaux spirale à deux étages;
la fig. 6 est une vue schématique perpendiculaire à l'axe d'une pompe à deux étages avec deux anneaux spirale mobiles et montage auto-équilibré;
la fig. 7 est une vue de cet appareil en coupe suivant la ligne brisée VII-VII de la fig. 6;
;
la fig. 8 est une vue schématique perpendiculaire à l'axe d'une pompe à deux étages avec un anneau spirale fixe et l'autre mobile, le montage étant réalisé latéralement avec un seul soufflet central et équilibrage par masse additionnelle;
la fig. 9 est une vue de cet appareil en coupe suivant la ligne axiale IX-IX de la fig. 8.
La pompe (fig. I et 2) comporte un corps fixe 10 se composant d'une paroi cylindrique externe 11, d'une paroi cylindrique interne 12, concentrique à la précédente, et de deux parois latérales de fermeture 13 et 14.
L'axe A des parois cylindriques 1 i et 12 du corps 10 est représenté par un point à la fig. 1 et par un trait mixte à la fig. 2. Les parois 11 et 12 définissent entre elles une cavité de forme générale annulaire, désignée dans son ensemble par 15.
La pompe comporte également un mobile 16, engagé dans la cavité 15, et qui est constitué par un anneau circulaire fendu en 17 et ayant une forme de boîte creuse de manière à loger librement les manivelles 18 qui, dans cet ensemble non limitatif, constituent les moyens de liaison avec le corps fixe pour engendrer une course de translation circulaire exacte.
La face de la fente 17 de l'anneau mobile 16 qui est située du côté de l'aspiration 27 est plane et radiale et présente au voisinage de la paroi cylindrique intérieure fixe 12 un appendice 1.9 en forme de colonnette semicylindrique coopérant avec une encoche ménagée dans ladite paroi 12 pour éviter toute intercommunication entre le refoulement et l'aspiration lorsque le mobile est au contact avec la paroi externe 1 1 suivant la position instantanée de la fig. 1. Côté refoulement, le mobile se termine par une partie cylindrique dont la courbe enveloppe est constituée par la cloison 30. L'espace 17 est en communication avec l'aspiration 27.
Les moyens de liaison entre le mobile 16 et le corps 10 comportent trois moyens d'excentriques disposés à 1200 et consistant chacun en une manivelle 18. Celle-ci présente une partie 20 montée tournante par rapport au corps 10 et maintenue par le canon 21 à l'aide de roulements et de butées. La partie 18 excentrée de la valeur E est également maintenue par un canon de guidage 22 solidaire du mobile 16. Par ce montage on évite au maximum les effets de flexion sur les arbres manivelles 18. Des systèmes de blocage des roulements de butée 36 assurent la répartition des jeux fonctionnels entre les faces latérales du mobile et du corps. La valeur d'excentration E désignée à la fig. 1 définit le rayon de translation circulaire exacte du mobile 16.
L'entraînement se fait à partir de l'arbre central 26 sur lequel est calée la masse d'équilibrage 25. Une pièce d'attelage 24 assure la solidarisation par embiellage à excentriques des arbres manivelles 18 avec l'arbre central 26. Il est à noter que cette solidarisation est nécessitée par la présence de la masse d'équilibrage 25, les arbres manivelles 18 se trouvant déjà synchronisés entre eux par le mobile 16.
Des soufflets d'étanchéité 23, en forme de manchons, sont également logés dans l'anneau 16 et entourent les manivelles 18. Chaque soufflet 23 est attelé rigi dement par une extrémité 28 au canon 21 solidaire du corps 10 et par l'autre extrémité 29 au canon 22 solidaire du mobile 16.
Chaque soufflet 23 est soustrait à tout effort de torsion grâce au montage des trois manivelles 18 générateur d'une translation circulaire exacte du mobile et a seulement un léger mouvement d'ondulation ne procurant qu'une fatigue négligeable. Les soufflets peuvent être choisis en toute matière appropriée, métallique, plastique ou autre et assurent une étanchéité rigoureuse.
On appréciera que la mise en translation circulaire exacte et engendrée de la pièce 16 est effectuée par une pluralité (trois au minimum et non alignées) de manivelles 18 d'excentricité E et synchronisées par la pièce 16 elle-même. Sans la masse d'équilibrage statique et dynamique 25 la pièce de solidarisation 24 pourrait être supprimée, la pompe fonctionnant alors par la seule attaque d'un des arbres 18.
Comme pour toutes les figures qui suivent, le sens de marche correspond à une rotation des excentriques suivant les flèches 30.
La paroi 11 comporte un orifice 27 d'admission de fluide tandis que la face 14 peut comporter deux soupapes de refoulement 31 et 32 communiquant respectivement avec les parties internes et externes de la cavité.
En considérant la fig. 1 on voit que pour un cycle de fonctionnement le volume engendré par l'action des parois cylindriques interne et externe de l'anneau 16 avec leurs courbes enveloppes est théoriquement égal à la différence de volume entre la cavité 15 et l'anneau 16.
Dans la position instantanée du mobile tel que représenté à la fig. 1 on voit nettement, côté refoulement, que le contact n'est jamais interrompu entre le mobile 16 et ses courbes enveloppes de la cavité 15. Dans cette même position instantanée le fluide comprimé à l'extérieur du mobile 16 s'échappe en partie par la soupape 32, le volume non expulsé passant alors dans la chambre côté face interne du mobile 16 pour être ensuite totalement refoulé par la soupape 31, la séparation entre les refoulements et l'aspiration étant constamment maintenue grâce, en particulier, à la pièce 19.
On notera que le volume parasite situé à l'intérieur de l'anneau et à l'extérieur des soufflets métalliques peut être mis facilement en communication avec la seule aspiration, il est alors soumis à la pression de l'enceinte à pomper.
On se réfèrera aux figures schématiques 3, 4 et 5 qui montrent le déroulement des cycles de pompage avec un mobile en forme d'anneau spirale se débattant en translation circulaire exacte à l'intérieur d'une partie fixe constituée par une courbe enveloppe de tracé spirale identique.
Suivant la fig. 3 on voit un mobile 16 dont le développement angulaire est de 360o et dont la courbe enveloppe 12, solidaire du corps 10, a un tracé spirale identique avec point de départ situé en B.
Le tracé de spirale mobile est avantageusement réalisé par des parties demi-cylindriques dont les centres sont en M1 et M2, les centres de la spirale fixe étant en
M3 et M4. La mise en translation circulaire du mobile est assurée par trois excentriques tournant dans le sens des flèches 30 avec un rayon d'excentration égal à E.
L'aspiration suivant 27 se prolonge entre l'extérieur de l'anneau mobile 16 et la paroi du corps 10 jusqu'au point B où débute la partie active de pompage. Le refoulement se fait au centre par l'orifice 31 non représenté sur les fig. 4 et 5 pour la clarté du dessin.
Suivant la position instantanée du mobile 16 sur la fig. 3, on voit que l'aspiration est en cours alors que le refoulement dans la partie centrale du volume emprisonné lors du cycle précédent est également en cours.
En se reportant fig. 4, on voit que pour la portion d'anneau spirale de 3600 de développement angulaire, comme représenté fig. 3, l'aspiration est terminée lorsque les contacts B1 et B2 sont établis, les deux volumes
V emprisonnés lors du cycle précédent étant alors totalement expulsés.
Pour un tel anneau, un seul cycle de translation circulaire permet d'isoler deux volumes V, lesquels sont ensuite réunis et progressivement comprimés pour être totalement expulsés par l'orifice 31. La séparation entre les deux zones d'aspiration 27 et le refoulement 31 est constamment assurée par le déplacement continu des contacts B1 et B2 (voir fig. 5) qui reviennent à la position de la fig. 4 lorsque s'établit le contact B3 de fin de refoulement.
Le fonctionnement d'un anneau spirale de 3600 de développement angulaire correspond à celui d'une pompe à vide à un seul étage.
Considérons à nouveau l'ensemble de la fig. 4 où le mobile 16 a un développement angulaire de deux fois 3600. Dans la position instantanée de cette figure on voit que par les contacts B4 et B5 on vient d'isoler, en fin du temps d'aspiration, deux volumes V1. Au bout d'un premier cycle de translation circulaire, les deux volumes V1 sont progressivement comprimés jusqu'à la valeur V inférieure à V1. Cette compression progressive, dont la fig. 5 représente une position intermédiaire, est possible par le déplacement continu des contacts de séparation (au jeu près) amenant B4 en B1 et B5 en B2.
Au cours d'un second cycle de translation circulaire les deux volumes V sont d'abord réunis puis progressivement comprimés et expulsés par l'orifice 31 comme expliqué précédemment.
La fig. 5 montre à ce suiet une position intermédiaire où, par rapport à la fig. 4, le mobile 16 s'est déplacé d'une portion de cycle correspondant à une rotation suivant 30 d'un angle a des excentriques de commande. Dans cette position, l'aspiration suivant 27 est en cours, les deux volumes V1 de la fig. 4 étant devenus V2 et les deux volumes V de la même fig. 4 étant réunis en V3 suivant une position du mobile 16 précédant le refoulement total. On voit que les barrières B1, B2, B4 et B5 tout en occupant de nouvelles positions réalisent toujours la séparation entre les volumes de chacun des étages et également entre les volumes V2 et l'aspiration.
On constate ainsi que le fonctionnement d'un anneau spirale de deux fois 3600 de développement angulaire fonctionne comme une pompe à vide à deux étages.
Chaque étage réalise d'une façon progressive sa propre compression par le fait de la séparation permanente (au jeu fonctionnel près) entre l'aspiration et le premier volume comprimé d'une part et d'autre part entre ce premier volume et le second volume expulsé suivant le cycle de la fig. 3.
On saisira tout l'intérêt de cette construction qui permet, notamment dans l'application aux pompes à vide, de multiplier le nombre d'étages avec un seul appareil où les parties actives de pompage sont, soit l'une fixe et l'autre mobile, soit toutes deux mobiles et calées à 1800
I'une de l'autre.
Les fig. 6 et 7 montrent à titre d'exemple non limitatif une pompe dont la partie active est constituée par deux mobiles identiques se débattant l'un dans l'autre pour former un ensemble à deux étages auto-équilibré statiquement et dynamiquement.
Le corps 10, relié à l'enceinte à vider par la paroi 13 et le conduit d'aspiration 27, est fermé à l'opposé par la paroi 14. Ce corps isole, par l'intermédiaire des six soufflets 23 et du soufflet 34, la partie active de pompage de l'ambiance extérieure.
Les deux mobiles identiques 1 6a et 16b, ayant un développement angulaire de deux fois 3600, possèdent chacun un flasque latéral respectivement en 35a et 35b.
Le mobile 16b.est relié à sa pièce de transfert 33b au moyen des trois liaisons rigides 22b passant à l'intérieur des soufflets 23. Ces soufflets 23 sont solidaires du corps fixe 10 en 28 et du flasque 35b en 29. La pièce de transfert 33b est entraînée en translation circulaire exacte par la rotation des trois manivelles 1 8b appartenant aux trois arbres 20 centrés dans le corps 10 par les moyens de paliers situés, suivant la fig. 6, à 1200 I'un de l'autre.
Les moyens de liaison entre le mobile 16a et sa pièce de transfert 33a, non visibles sur les figures, sont montés de façon strictement identique et symétrique à ceux du mobile 16b. La pièce de transfert 33a du mobile 16a est entraînée en translation circulaire exacte par l'action des trois excentriques 1 8a appartenant également aux arbres 20, ces excentriques 18a étant calés chacun à 1800 par rapport à chacun des excentriques 18b.
Le réglage du jeu latéral entre un mobile et le flasque de l'autre mobile est obtenu par des moyens de butée 36.
Les deux parties actives 16a et 16b étant mobiles, le refoulement 31 est relié au corps 10 par un moyen de soufflet ou membrane 34.
La construction avec la partie active de pompage constituée par deux anneaux spirale mobiles, outre la facilité d'équilibrage statique et dynamique, permet, pour un même déplacement latéral des soufflets 23, de doubler l'amplitude de débattement des deux anneaux spirale l'un par rapport à l'autre et ceci comparativement à la solution avec un anneau spirale fixe et l'autre mobile.
Bien entendu, la construction peut être envisagée avec le mobile 16a solidaire du corps fixe 10, le mobile 1 6b étant entraîné par simplement trois manivelles suivant une construction comparable à celle de la fig. 2.
Dans ce cas, le soufflet 34 est inutile et le conduit d'aspiration 27 peut être placé comme sur la fig. 2. Cette construction nécessite l'adjonction de masses d'équilibrage statiques et dynamiques.
Les fig. 8 et 9 se rapportent à une pompe avec un mobile 16 à anneau spirale de deux fois 3600 de développement angulaire se débattant à l'intérieur d'une partie fixe constituée par un anneau spirale identique 12 appartenant au corps 10.
L'anneau spirale mobile 16 comporte un flasque latéral 35 rendu solidaire de la pièce de transfert 33 par la pièce de liaison rigide 22 située à l'intérieur du soufflet unique 23.
La pièce de transfert 33 est mise en translation circulaire exacte par l'action des trois manivelles 18 appartenant aux trois arbres 20 centrés sur le corps 10 par des paliers disposés périphériquement à 1200 l'un de l'autre. Des moyens de butée 36 permettent le réglage du jeu fonctionnel latéral entre le mobile 16 et les parties actives correspondantes du corps 10.
L'aspiration est suivant 27 le refoulement se situant en 31 avec une soupape.
L'équilibrage dynamique et statique est réalisé à l'aide d'une masse additionnelle 25 mise en translation circulaire par les trois excentriques 37 calés sur l'arbre 20 avec 1800 de décalage par rapport aux manivelles 18.
Cette construction convient de préférence aux pompes à faible débit.
Comme pour les fig. 6 et 7, la mise en translation circulaire exacte est engendrée à partir de la rotation d'un des arbres 20.
Volumetric machine, in particular vacuum pump
The present invention relates to a volumetric cycle machine, such as a vacuum pump or the like, the gusset seal of which is integral with respect to the outside and the active parts of which move between themselves according to a translation cycle. circular exact and generated, without any friction or lubrication.
I1 is known that to completely isolate from the outside by metal bellows or membrane, a rotating cycle mobile, placed inside a fixed envelope, a very effective means is to achieve this rotating cycle in an exact circular translation and engendered,
The sealing member then being linked on the one hand to the mobile and on the other hand to the fixed casing. By the exact circular translation generated, the mobile describes a rotating cycle with a strictly constant orientation and the sealing member which is linked to it is thus protected from any functional or accidental torsional force.
In such a device, in addition to protecting the sealing members against the effects of torsion, it is essential to maintain the constancy of the very low radial or lateral play between the active pumping parts so as to avoid any accidental contact and to obtain the best possible pumping performance. For this, and taking into account their geometric shapes and the reactions resulting from the pumping work, these active parts must therefore struggle with each other with the minimum of radial and lateral play.
The solution advantageously chosen to obtain this result is the exact and generated circular translation of the mobile parts by three synchronized eccentrics, the synchronization being able to be carried out either by the mobile itself or by a transfer part linked to the mobile, in both cases, one of the eccentric shafts being the motor. With this construction with three synchronized eccentrics, the moving parts are laterally maintained in well-defined planes and radially the displacement in circular translation can be achieved with the maximum of mechanical precision.
The volumetric machine, in particular a vacuum pump, object of the present invention, is of the absolutely sealed and dry type and without internal friction, and is characterized in that it comprises a fixed body having an inlet and an outlet for a fluid of work, a movable assembly for moving working fluid from said inlet to said outlet, a passage for working fluid extending between said inlet and said outlet, a mechanism having at least three equal eccentricity cranks and mated together in synchronism for determining a circular translational movement of said movable assembly, said movable assembly having at least one member in the form of a split ring or spiral while] the walls of said passage are shaped to match the configuration of the envelope of the space swept by said organ,
a very small constant clearance being provided between said member and the most adjacent walls of said passage in any position of the movable assembly, and a sealed bellows device having ends fixed respectively to the movable assembly and to the fixed body to isolate said passage of the atmosphere.
In one embodiment with a spiral ring, it is possible to use two identical spiral rings, each with a lateral flange, both movable wedged 1800 from each other and swinging one inside the other so as to constitute the whole of the active pumping part. This solution makes it possible to obtain by construction a perfect balance and to generate a double pumping volume for the same lateral displacement of the sealing bellows.
The connecting means between the mobile and the fixed body or between the two mobile include, for each mobile, at least three cranks of the same orientation and of equal eccentricity and synchronized by the mobile itself, at least one of the cranks being a drive.
When the mobile in the form of an open ring is of suitable dimensions, it can be provided hollow, the drive cranks are then mounted through the inside of the ring and the bellows means or waterproof membranes, in the form of a sleeves in any material such as metal or plastic, are arranged in the hollow ring and surrounding the cranks having one of their ends coupled to the fixed body and the other end to the ring. This construction is balanced from the point of view of axial reaction resulting from the pressure.
In the other cases where thin moving parts are used, that is to say of reduced thickness, the mounting of these moving parts is done on a flange, which receives the action of the connection means with the body for its exact circular translation. This construction, which can be produced with three bellows, is also possible with a single central bellows inside which the rigid connection member is located which secures the mobile unit to the movement transfer part (fig. 9).
Of course, these different construction methods can be used in combination with one another.
The conformation of the moving parts and their envelope curves is studied to avoid the return of fluid from the discharge to the suction as well as the complete emptying of the pumping chamber at the end of the discharge.
On this subject, the remarkable properties obtained with the construction with two identical spiral rings, either that they are both mobile, or one is fixed and the other mobile, will be noted. Starting from the center of the spiral rings and limiting their angular development to 3600, it can be seen that at the end of the suction time a volume V is trapped which is completely and progressively expelled after a single cycle of circular translation, the separation between l 'exhaust and suction being constantly maintained by progressive and permanent contacts (except for functional play) between each of the spiral moving parts.
Always starting from the center of the spiral rings and with an angular development of the volutes equal to twice 3600, the volume V1 trapped at the suction is reduced at the end of a circular translation cycle and in a progressive manner to the volume V of value less than V1, it is then taken up during a second cycle of circular translation by the first portion of 3600 of angular development of the spiral ring to be completely expelled. The operation of a spiral ring with two 3600 angular development times becomes that of a two-stage pump. The continuous separation between the suction and the discharge being constantly and doubly ensured by two continuous contacts on each spiral.
It is thus possible to multiply the number of stages of the pump, each stage ensuring independent progressive compression before reaching the suction volume V of the last stage.
The appended drawing represents, by way of example, various embodiments of the machine, object of the present invention.
Fig. I is a schematic view perpendicular to the axis of a single-stage pump with a thick mobile through which the three drive cranks and three sealing bellows and with static and dynamic balancing mass;
fig. 2 is a view of this apparatus, in section along the broken line II-II of FIG. 1;
fig. 3 is a schematic view showing the operation of single-stage spiral rings;
figs. 4 and 5 are schematic views showing the operation of two-stage spiral rings;
fig. 6 is a schematic view perpendicular to the axis of a two-stage pump with two movable spiral rings and self-balancing assembly;
fig. 7 is a view of this apparatus in section along the broken line VII-VII of FIG. 6;
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fig. 8 is a schematic view perpendicular to the axis of a two-stage pump with a fixed spiral ring and the other mobile, the assembly being carried out laterally with a single central bellows and balancing by additional mass;
fig. 9 is a view of this apparatus in section along the axial line IX-IX of FIG. 8.
The pump (fig. I and 2) comprises a fixed body 10 consisting of an external cylindrical wall 11, an internal cylindrical wall 12, concentric with the previous one, and two closing side walls 13 and 14.
The axis A of the cylindrical walls 11 and 12 of the body 10 is represented by a point in FIG. 1 and by a dashed line in FIG. 2. The walls 11 and 12 define between them a cavity of generally annular shape, generally designated by 15.
The pump also comprises a mobile 16, engaged in the cavity 15, and which is constituted by a circular ring split at 17 and having the shape of a hollow box so as to freely accommodate the cranks 18 which, in this non-limiting assembly, constitute the means of connection with the fixed body to generate an exact circular translation stroke.
The face of the slot 17 of the movable ring 16 which is located on the suction side 27 is flat and radial and has in the vicinity of the fixed inner cylindrical wall 12 an appendage 1.9 in the form of a semicylindrical column cooperating with a notch provided in said wall 12 to avoid any intercommunication between the discharge and the suction when the mobile is in contact with the outer wall 1 1 according to the instantaneous position of FIG. 1. On the delivery side, the mobile ends with a cylindrical part, the envelope curve of which is formed by the partition 30. The space 17 is in communication with the suction 27.
The connecting means between the mobile 16 and the body 10 comprise three eccentric means arranged at 1200 and each consisting of a crank 18. The latter has a part 20 mounted to rotate relative to the body 10 and held by the barrel 21 to using bearings and thrust bearings. The eccentric part 18 of the value E is also maintained by a guide bush 22 integral with the mobile 16. By this assembly, the effects of bending on the crank shafts 18 are avoided as much as possible. Locking systems for the thrust bearings 36 ensure the distribution of the functional clearances between the lateral faces of the mobile and the body. The eccentricity value E designated in fig. 1 defines the exact circular translation radius of the mobile 16.
The drive takes place from the central shaft 26 on which the balancing mass 25 is wedged. A coupling piece 24 ensures the connection by eccentric linkage of the crank shafts 18 with the central shaft 26. It is Note that this joining is required by the presence of the balancing mass 25, the crank shafts 18 already being synchronized with each other by the mobile 16.
Sealing bellows 23, in the form of sleeves, are also housed in the ring 16 and surround the cranks 18. Each bellows 23 is rigidly coupled by one end 28 to the barrel 21 integral with the body 10 and by the other end. 29 to the barrel 22 integral with the mobile 16.
Each bellows 23 is subtracted from any torsional force by means of the mounting of the three cranks 18 generating an exact circular translation of the mobile and has only a slight undulating movement providing only negligible fatigue. The bellows can be chosen from any suitable material, metal, plastic or other, and ensure a rigorous seal.
It will be appreciated that the exact and generated circular translation of the part 16 is effected by a plurality (three at least and not aligned) of cranks 18 of eccentricity E and synchronized by the part 16 itself. Without the static and dynamic balancing mass 25, the securing part 24 could be omitted, the pump then operating by the sole attack of one of the shafts 18.
As for all the figures which follow, the direction of travel corresponds to a rotation of the eccentrics according to the arrows 30.
The wall 11 comprises an orifice 27 for admitting fluid while the face 14 may include two discharge valves 31 and 32 communicating respectively with the internal and external parts of the cavity.
Considering fig. 1 we see that for one operating cycle the volume generated by the action of the internal and external cylindrical walls of the ring 16 with their envelope curves is theoretically equal to the difference in volume between the cavity 15 and the ring 16.
In the instantaneous position of the mobile as shown in FIG. 1 it is clearly seen, on the discharge side, that the contact is never interrupted between the mobile 16 and its curves enveloping the cavity 15. In this same instantaneous position, the fluid compressed outside the mobile 16 escapes in part through the valve 32, the non-expelled volume then passing into the chamber on the internal face of the mobile 16 to then be completely discharged by the valve 31, the separation between the discharges and the suction being constantly maintained thanks, in particular, to the part 19 .
It will be noted that the parasitic volume located inside the ring and outside the metal bellows can easily be placed in communication with the single suction, it is then subjected to the pressure of the chamber to be pumped.
Reference will be made to schematic figures 3, 4 and 5 which show the course of the pumping cycles with a mobile in the form of a spiral ring struggling in exact circular translation inside a fixed part formed by a curve envelope of the trace identical spiral.
According to fig. 3 we see a mobile 16 whose angular development is 360o and whose envelope curve 12, integral with the body 10, has an identical spiral outline with starting point located at B.
The mobile spiral trace is advantageously produced by semi-cylindrical parts whose centers are in M1 and M2, the centers of the fixed spiral being in
M3 and M4. The mobile is placed in circular translation by three eccentrics rotating in the direction of the arrows 30 with an eccentric radius equal to E.
The following suction 27 extends between the outside of the movable ring 16 and the wall of the body 10 up to point B where the active pumping part begins. The delivery takes place in the center through the orifice 31, not shown in FIGS. 4 and 5 for clarity of the drawing.
Depending on the instantaneous position of the mobile 16 in FIG. 3, it can be seen that the suction is in progress while the delivery in the central part of the volume trapped during the previous cycle is also in progress.
Referring to fig. 4, it can be seen that for the spiral ring portion 3600 of angular development, as shown in FIG. 3, the aspiration is complete when contacts B1 and B2 are made, both volumes
V imprisoned during the previous cycle being then totally expelled.
For such a ring, a single circular translation cycle makes it possible to isolate two volumes V, which are then brought together and gradually compressed to be completely expelled through the orifice 31. The separation between the two suction zones 27 and the discharge 31 is constantly ensured by the continuous movement of contacts B1 and B2 (see fig. 5) which return to the position of fig. 4 when the discharge end contact B3 is established.
The operation of a 3600 spiral ring of angular development corresponds to that of a single stage vacuum pump.
Consider again the whole of fig. 4 where the mobile 16 has an angular development of twice 3600. In the instantaneous position of this figure we see that by the contacts B4 and B5 we have just isolated, at the end of the suction time, two volumes V1. At the end of a first cycle of circular translation, the two volumes V1 are progressively compressed to the value V less than V1. This progressive compression, of which fig. 5 represents an intermediate position, is possible by the continuous displacement of the separation contacts (with the play close) bringing B4 in B1 and B5 in B2.
During a second cycle of circular translation, the two volumes V are first brought together and then gradually compressed and expelled through the orifice 31 as explained above.
Fig. 5 shows this suiet an intermediate position where, with respect to FIG. 4, the mobile 16 has moved by a portion of a cycle corresponding to a rotation along 30 of an angle to the control eccentrics. In this position, the following suction 27 is in progress, the two volumes V1 of FIG. 4 having become V2 and the two volumes V of the same FIG. 4 being united in V3 according to a position of the mobile 16 preceding the total discharge. It can be seen that the barriers B1, B2, B4 and B5 while occupying new positions still achieve the separation between the volumes of each of the floors and also between the volumes V2 and the suction.
It can thus be seen that the operation of a spiral ring of twice 3600 of angular development works like a two-stage vacuum pump.
Each stage gradually achieves its own compression by the fact of the permanent separation (except for functional play) between the suction and the first compressed volume on the one hand and on the other hand between this first volume and the second volume expelled according to the cycle of FIG. 3.
We will understand the interest of this construction which allows, especially in the application to vacuum pumps, to multiply the number of stages with a single device where the active pumping parts are either one fixed and the other mobile, both mobile and set at 1800
Each other.
Figs. 6 and 7 show, by way of non-limiting example, a pump whose active part is constituted by two identical moving parts which swing one inside the other to form a two-stage assembly which is statically and dynamically self-balanced.
The body 10, connected to the enclosure to be emptied by the wall 13 and the suction duct 27, is closed on the opposite side by the wall 14. This body insulates, by means of the six bellows 23 and the bellows 34 , the active pumping part of the outdoor environment.
The two identical mobile units 16a and 16b, having an angular development of twice 3600, each have a lateral flange at 35a and 35b respectively.
The mobile 16b. Is connected to its transfer part 33b by means of three rigid connections 22b passing inside the bellows 23. These bellows 23 are integral with the fixed body 10 at 28 and the flange 35b at 29. The transfer part 33b is driven in exact circular translation by the rotation of the three cranks 1 8b belonging to the three shafts 20 centered in the body 10 by the bearing means located, according to FIG. 6, 1200 i from each other.
The connecting means between the mobile 16a and its transfer part 33a, not visible in the figures, are mounted in a strictly identical and symmetrical manner to those of the mobile 16b. The transfer part 33a of the mobile 16a is driven in exact circular translation by the action of the three eccentrics 1 8a also belonging to the shafts 20, these eccentrics 18a each being wedged at 1800 with respect to each of the eccentrics 18b.
The adjustment of the lateral play between a mobile and the flange of the other mobile is obtained by stop means 36.
The two active parts 16a and 16b being mobile, the discharge 31 is connected to the body 10 by means of a bellows or membrane 34.
The construction with the active pumping part constituted by two mobile spiral rings, in addition to the ease of static and dynamic balancing, allows, for the same lateral displacement of the bellows 23, to double the displacement amplitude of the two spiral rings one compared to the other and this compared to the solution with a fixed spiral ring and the other mobile.
Of course, the construction can be envisioned with the mobile 16a integral with the fixed body 10, the mobile 16b being driven by simply three cranks according to a construction comparable to that of FIG. 2.
In this case, the bellows 34 is unnecessary and the suction duct 27 can be placed as in fig. 2. This construction requires the addition of static and dynamic balancing masses.
Figs. 8 and 9 relate to a pump with a mobile 16 with a spiral ring of two times 3600 of angular development struggling inside a fixed part constituted by an identical spiral ring 12 belonging to the body 10.
The movable spiral ring 16 comprises a lateral flange 35 made integral with the transfer part 33 by the rigid connecting part 22 located inside the single bellows 23.
The transfer part 33 is put in exact circular translation by the action of the three cranks 18 belonging to the three shafts 20 centered on the body 10 by bearings arranged peripherally at 1200 from each other. Stop means 36 allow the adjustment of the lateral functional play between the mobile 16 and the corresponding active parts of the body 10.
The suction is following 27 the discharge being located at 31 with a valve.
The dynamic and static balancing is achieved using an additional mass 25 set in circular translation by the three eccentrics 37 wedged on the shaft 20 with 1800 offset from the cranks 18.
This construction is preferably suitable for low flow pumps.
As for fig. 6 and 7, the exact circular translation is generated from the rotation of one of the shafts 20.