WO2003016024A1 - Pompe volumetrique - Google Patents

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Frédéric COTTAIS
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Definitions

  • the present invention relates to positive displacement pumps intended in particular for rubber mixtures and, more particularly, gear pumps.
  • volumetric gear pumps for high viscosity plastic materials such as that described in publication US 5 120 206.
  • a gear comprising a motorized toothed drive wheel, "driving wheel”, and a second wheel in engagement with the first and driven in rotation by the latter, as well as a booster screw which makes it possible to forcefully feed said pump of high viscosity plastic material.
  • the rubber mixtures also have a very high viscosity which causes a very high resistive torque on the driving wheel.
  • This resistant torque is all the more important when one seeks to achieve high flow rates by increasing the width of the toothed wheels.
  • the positive displacement pump in particular for rubber mixtures, comprising force-feeding means for discharging the material towards an enclosure opening onto an outlet orifice and in which two counter-rotating screws rotate meshing with one another by through the respective helical threads they carry, the axial length of the meshing zone of these screws being greater than or equal to the sum of the thread pitch of the threads and the pitch of the propeller multiplied by the number of threads of each screws multiplied by 2.
  • the counter-rotating screws are meshed without contact.
  • This embodiment makes it possible to ensure the volume of the pumping and the reliability of the pump by transmitting a motor torque to each screw.
  • FIG. 1 is a longitudinal section of the pump according to the invention along the plane passing through the axes of rotation of each of the screws,
  • FIG. 2 is a radial section of the pump according to the invention according to line II-II shown in Figure 1.
  • the gear pump 1 comprises a body 10 which carry two counter-rotating screws 2 and 3 with axes parallel to each other.
  • the free ends 24 and 34 of these two screws 2 and 3 cooperate with one another by means of their helical threads, inside an enclosure 11 carried by the body 10 so as to pump volumetrically. Note that only the screw threads of screw 3 have been shown in dotted lines in FIG. 1.
  • the ends 24 and 34 form an association of elements comparable to a gear although there is no contact between the ends 24 and 34, nor between their threads.
  • each screw 2, 3 thus comprises several zones whose function and environment are different, which will be called zones A, B, C and D in Figures 1 and 2 for clarity.
  • Each screw 2, 3 thus has:
  • a feeding zone B which follows zone A in the direction of advancement of a mixture during the rotation of the screws, in which the parts 22, 32 of each screw 2, 3 rotate in a common chamber 4 without, however, the threads of the screws being in contact, one of the screws 2 having in this zone a diameter greater than the other screw,
  • zone C for the transmission of material flows follows zone B where there has been a separation of the flows of mixtures arriving on the corresponding parts of screws 23 and 33, the chamber 4 having been divided into two chambers 42 and 43 In this area the two screws 2 and 3 have the same diameter.
  • Zone A corresponds to the motorization of the pump by the motorization of each of the screws 2 and 3.
  • a single motor is used with a specific reduction gear to drive each of the screws. This reducer imposes an angular clearance between the screws 2 and 3 which preserves from mechanical contact their free ends 24 and 34.
  • bilateral mechanical stops not shown , in zone A axially position the two screws 2 and 3.
  • the zone B for supplying the mixture is itself axially divided into a zone B 'and a zone B "delimited by the radial wall 6, the zone B' being delimited by the internal wall 15 of the body 10.
  • the chamber 4 located in zone B is supplied by a single supply orifice 5 disposed in zone B 'circumferentially in between the axes of the two screws 2 and 3 therefore at the level of parts 22' and 32 'of the two screw.
  • the zone 32 ′ of the screw 3 of smaller diameter plays the role of a feed roller for the other screw, this zone having no thread and its diameter bringing it into contact with the wall 15 of the body 10.
  • the passage of the mixture between the axes of the two screws to the chamber 4 is produced by a thread 16 cut in the body 10 which opens into the zone B ".
  • the difference in diameter in this zone B in general makes it possible to facilitate the supply of mixture and thus to make the force-feeding of the pump.
  • zone B "to zone C consists of a division in two of the chamber 4 and a conical part 23 'of the screw 3 in order to reduce its diameter to a diameter identical to that of the screw 3.
  • the screws 2 and 3 must indeed have same twist and same flow upstream of their free ends so that the pump can operate.
  • each screw has a conical zone respectively 24 'and 34' making it possible to increase their diameter to adjust the flow rate between zones C and D.
  • an interesting form is to use involutes of circles for the sides of the nets.
  • the enclosure 11 opens onto a system converging towards an outlet 17 as seen in FIG. 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne une pompe volumétique notamment pour des mélanges caoutchouteux, comportant des moyens de gavage pour refouler la matière vers une enceinte (11) débouchant sur un orifice de sortie (17) et dans laquelle tournent deux vis contra-rotatives (24, 34) engrenant l'une avec l'autre par l'intermédiaire des filets hélicoïdaux respectifs qu'elles portent, la longueur axiale de la zone engrenante de ces vis (24, 34) étant supérieure ou égale à la somme du pas d'hélice des filets et du pas d'hélice multiplié par le nombre de filets de chaque vis multiplié par 2.

Description

POMPE NOLUMETRIOUE
La présente invention concerne les pompes volumétriques destinées notamment aux mélanges caoutchouteux et, plus particulièrement, les pompes à engrenage.
II est connu d'utiliser des pompes volumétriques à engrenage pour des matériaux plastiques à haute viscosité telles que celle décrite dans la publication US 5 120 206. Une telle pompe utilise un engrenage comportant une roue dentée motorisée d'entraînement, « roue menante », et une deuxième roue en prise avec la première et entraînée en rotation par celle-ci, ainsi qu'une vis de gavage qui permet d'alimenter de façon forcée ladite pompe en matériau plastique à haute viscosité.
Les mélanges caoutchouteux présentent également une très haute viscosité qui provoque un couple résistant très important sur la roue menante. Ce couple résistant est d'autant plus important que l'on cherche à atteindre des débits importants en augmentant la largeur des roues dentées. Ces difficultés sont tellement importantes que, dans les applications de pompes à engrenage au caoutchouc, on constate de fréquentes ruptures des roues dentées.
Par ailleurs, l'atteinte de débit important pour les mélanges caoutchouteux est limitée par l'aspect thermique. En effet, l'augmentation de débit principalement fonction de l'augmentation de vitesse de rotation des roues dentées s'accompagnent d'une élévation importante de la température des mélanges caoutchouteux or cette température doit être à la fois maîtrisée et surtout son augmentation limitée pour éviter une vulcanisation anticipée de ces mélanges.
L'invention vise à pallier l'ensemble de ces inconvénients. Selon l'invention, la pompe volumétrique notamment pour des mélanges caoutchouteux, comportant des moyens de gavage pour refouler la matière vers une enceinte débouchant sur un orifice de sortie et dans laquelle tournent deux vis contra-rotatives engrenant l'une avec l'autre par l'intermédiaire des filets hélicoïdaux respectifs qu'elles portent, la longueur axiale de la zone engrenante de ces vis étant supérieure ou égale à la somme du pas d'hélice des filets et du pas d'hélice multiplié par le nombre de filets de chaque vis multiplié par 2. Les vis contra-rotatives sont engrenantes sans contact.
Cette réalisation permet de s'assurer de la volumétrie du pompage et de la fiabilité de la pompe par la transmission d'un couple moteur à chaque vis.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un exemple de réalisation d'une pompe volumétrique conforme à l'invention en référence au dessin dans lequel :
- la figure 1 est une coupe longitudinale de la pompe conforme à l'invention selon le plan passant par les axes de rotation de chacune des vis,
- la figure 2 est une coupe radiale de la pompe conforme à l'invention selon la ligne II-II représentée sur la figure 1.
Selon la figure 1, la pompe à engrenage 1 comprend un corps 10 qui portent deux vis contra-rotatives 2 et 3 d'axes parallèles entre eux. Les extrémités libres 24 et 34 de ces deux vis 2 et 3 coopèrent entre elles par l'intermédiaire de leurs filets hélicoïdaux, à l'intérieure d'une enceinte 11 porté par le corps 10 de sorte à pomper volumétriquement. Notons que seuls les filets de vis de la vis 3 ont été représentés en pointillés sur la figure 1. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, les extrémités 24 et 34 forment une association d'éléments assimilables à un engrenage bien qu'il n'y ait pas de contact entre les extrémités 24 et 34, ni entre leurs filets.
Ainsi chaque vis 2, 3 comporte ainsi plusieurs zones dont la fonction et l'environnement sont différents, que l'on nommera zones A, B, C et D sur les figures 1 et 2 pour plus de clarté.
Chaque vis 2, 3 possède ainsi :
- une extrémité 21, 31 reliée chacune à une motorisation permettant la rotation de la vis sur son axe et ainsi le fonctionnement de la pompe, les deux extrémités 21 et 31 étant localisés dans des logements distincts 12 et 13 portés par le corps 10, correspondant à la zone A,
- une zone d'alimentation B qui fait suite à la zone A dans le sens d'avancement d'un mélange lors de la rotation des vis, dans laquelle les parties 22, 32 de chaque vis 2, 3 tournent dans une chambre commune 4 sans toutefois que les filets des vis soient en contact, l'une des vis 2 ayant dans cette zone un diamètre supérieur à l'autre vis,
- une zone C de transmission des flux de matière, succède à la zone B où on a opéré une séparation des flux de mélanges arrivant sur les parties de vis 23 et 33 correspondantes, la chambre 4 s'étant divisée en deux chambres 42 et 43. Dans cette zone les deux vis 2 et 3 ont le même diamètre.
- Enfin une zone D de pompage volumétrique dans laquelle les deux extrémités libres 24 et 34 des vis 2 et 3 coopèrent dans une même enceinte qui est l'enceinte 1 1. La zone A correspond donc à la motorisation de la pompe par la motorisation de chacune des vis 2 et 3. Dans cette réalisation, on utilise un seul moteur avec un réducteur spécifique pour entraîner chacune des vis. Ce réducteur impose un jeu angulaire antre les vis 2 et 3 ce qui préserve du contact mécanique leurs extrémités libres 24 et 34. De plus, toujours afin d'éviter tout contact mécanique entre les extrémités 24 et 34, des butées bilatérales mécaniques, non représentées, dans la zone A positionnent axialement les deux vis 2 et 3. Ces dispositions rendent plus fiable et robuste la pompe puisque les extrémités libres des vis 24 et 34 qui constituent une sorte d'engrenage sont motorisées indépendamment l'une de l'autre, aucune des deux extrémités n'entraînant l'autre dans sa rotation.
La zone B d'alimentation en mélange est elle-même divisée axialement en une zone B' et une zone B" délimitées par la paroi radiale 6, la zone B' étant délimitée par la paroi intérieure 15 du corps 10.
La chambre 4 située dans la zone B", est alimenté par un unique orifice d'alimentation 5 disposé dans la zone B' circonférentiellement dans l'entre axes des deux vis 2 et 3 donc au niveau des parties 22' et 32' des deux vis.
La zone 32' de la vis 3 de plus faible diamètre joue un rôle de galet de gavage pour l'autre vis, cette zone ne présentant aucun filet et son diamètre la mettant au contact de la paroi 15 du corps 10. Le passage du mélange de l'entre axes des deux vis à la chambre 4 est réalisé par un filet 16 taillé dans le corps 10 qui débouche dans la zone B".
La différence de diamètre dans cette zone B en général permet de faciliter l'alimentation en mélange et ainsi de réaliser le gavage de la pompe.
Le passage de la zone B" à la zone C consiste en une division en deux de la chambre 4 et en une partie conique 23 ' de la vis 3 afin de réduire son diamètre à un diamètre identique à celui de la vis 3. Les vis 2 et 3 doivent en effet avoir même torsion et même débit en amont de leurs extrémités libres pour que la pompe puisse fonctionner.
A l'inverse dans la zone D, chaque vis possède une zone conique respectivement 24' et 34' permettant d'augmenter leur diamètre pour ajuster le débit entre les zones C et D.
Afin de réaliser une zone D qui soit volumétrique, les filets hélicoïdaux de chaque extrémité de vis 24, 34 doivent coopérer avec l'autre extrémité de vis 34, 24 sans contact en ayant cependant un très faible jeu entre eux et ces extrémités de vis 24 et 34 doivent être telles que leur longueur axiale L respective (figure 2) soit supérieure ou égale à la somme du pas d'hélice des filets et du pas d'hélice multiplié par le nombre de filets de chaque vis multiplié par 2.
On assure ainsi l'étanchéité dans la zone d'admission dans l'enceinte 11, en optimisant alors le nombre de filets hélicoïdaux sur chaque extrémité 24, 34 qui correspondra au minimum à un creux de filet en admission, un en refoulement et un entre les deux.
On peut choisir différentes formes pour la structure des filets hélicoïdaux. En particulier, une forme intéressante est d'utiliser des développantes de cercles pour les flancs des filets.
Pour avoir une pression suffisante au niveau de la pompe et assurer le gavage, il est intéressant de prévoir un surdimensionnement des vis avec un débit dans la zone d'alimentation B supérieur au débit dans la zone de travail C, lui-même supérieur à ce que l'on souhaite obtenir dans la zone D.
L'enceinte 11 débouche sur un système convergent vers un orifice de sortie 17 comme on le voit sur la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS
1) Pompe volumétrique notamment pour des mélanges caoutchouteux, comportant des moyens de gavage pour refouler la matière vers une enceinte (11) débouchant sur un orifice de sortie (17) et dans laquelle tournent deux vis contra-rotatives (24, 34) engrenant l'une avec l'autre par l'intermédiaire des filets hélicoïdaux respectifs qu'elles portent, la longueur axiale (L) de la zone engrenante de ces vis (24, 34) étant supérieure ou égale à la somme du pas d'hélice des filets et du pas d'hélice multiplié par le nombre de filets de chaque vis multiplié par 2.
2) Pompe selon la revendication 1, dans laquelle les vis contra-rotatives (24, 34) sont engrenantes sans contact.
3) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les deux vis engrenantes (24, 34) sont entraînées directement par un couple moteur identique.
4) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les moyens de gavage sont constitués par deux vis de gavage (2, 3) dont les extrémités libres forment les vis engrenantes (24, 34).
5) Pompe selon la revendication 4 dans laquelle les vis de gavage (2, 3) comporte une zone d'alimentation (B)dans laquelle elles sont montées dans une chambre d'alimentation commune (4), une zone de transmission (C) des flux de matière dans laquelle la chambre commune est divisée en deux chambres distinctes (42, 43) et la zone de pompage volumétrique (D) dans laquelle les chambres distinctes se réunissent pour former l'enceinte (11) dans laquelle tournent les vis engrenantes (24, 34). 6) Pompe selon la revendication 5, dans laquelle une des vis de gavage (3) joue le rôle de galet de gavage (32') pour l'autre vis (2) dans la zone d'alimentation (B).
7) Pompe selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle le diamètre des vis de gavage (2, 3) est déterminé dans les différentes zones d'alimentation (B), de transmission (C) et de pompage (D) de sorte que le débit dans la zone d'alimentation (B) soit supérieur au débit dans la zone de transmission (C) lui-même supérieur au débit dans la zone de pompage (D).
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