Brevet FR2005867A1 — publié le 19691219

i 2005867 69 10859 La présente Invention se rapporte, d'une manière générale, aux pompes centrifuges et concerne plus particulièrement une pompe centrifuge à amorçage automatique comportant un rotor qui est monté de façon excentrique dans une enveloppe et qui pré-^ sente plusieurs canaux radiaux communiquant avec l'intérieur de la pompe, un même nombre d'ouvertures axiales communiquant avec les canaux radiaux ce qui fait que des différences de. pressions spçit orééssc"daïisle rotor et à l'intérieur de la pompe, de sorte que l'air qui y est contenu peut être expulsé en évitant ainsi l'obligation d'amorcer la pompe à la main . Normalement, quand de l'air pénètre à l'intérieur d'une pompe centrifuge et, en particulier, dans le rotor d'une telle pompe, l'action propulsive du rotor sur le fluide cesse quand le contact entre ce fluide et la surface du rotor est intérim rompu. Après cela, on ne peut plus utiliser la pompe pour refouler le liquide, jusqu'à ce que la pompe ait été amorcée, c'est-à-dire , que l'air ait été évacué . Fréquemment, cette opération dpit être exécutée manuellement , afin de refouler l'air hors de la pompe et de son rotor .Or, dans de nombreuses applications, 20 cette façon de procéder est gênante et peu avantageuse. La technique s'est efforcée de réaliser une pompe centrifuge à amorçage automatique et capable de fonctionner aussi bien comme pompe à air que comme pompe à liquidé, tout en étant extrêmement efficace et particulièrement utile dans les applications où un 25 amorçage manuel est exclu . En conséquence, la présente Invention a pour objet une pompe centrifuge à amorçage automatique qui comprend une enveloppe creusé, une entrée et une sortie à cette enveloppe, ainsi qu'un rotor entraîné en rotation dans cette enveloppe, cette pompe étant 50 caractérisée en ce que ledit rotor comporte une entrée axiale centrale, udes'-toDgcetts:" tiflaissant des casssastx radiaux établissant une communication entre l'entrée et l'intérieur de l'eçtvelop-pe et des canaux axiaux secondaires faisant communiquer les canaux radiaux et l'intérieur de l'enveloppe . ■35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, dans lequel: la Flg.l est une vue en perspective à échelle réduite d'une pompe centrifuge c-pnforme à l'invention ; 40 la FIg.2 est une vue en coupe latérale suivant l'axe de ro- 69 10859 2 2005867 tation âe la pompe de la Fig.l ; la Flg.3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la Fig.2 et la Flg.4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 5 de ia Fig.2.et laFig.5 est une vue schématique de l'installation. En se référant à la Fig.l, une pompe à amorçage automatique conforme à l'invention, désignée dans son ensemble par la référence 10, comprend un corps creux 12 de forme générale cylindrique qui renferme un rotor 14 monté sur uni arbre 16 qui est 10 relié, à travers un palier étanch» l8 et par un accouplement 20 à un moteur extérieur 22. Comme représenté à la Fig.l, le moteur 22 est placé sur une plâque de montage 24 et ses pieds 26 sont disposés dans des douilles 28 situées sur le corps 12.La pompe comporte un orifice d'entrée ou d'admission 30 et un orifice 15 de sortie ou de refoulement 32. Un second palier 34 est Interposé entre cette entrée et le rotor afin de servir de base à la rotation de celui-ci .Des canaux appropriés sont prévus dans le palier 34 pour établir une communication entre l'orifice d'entrée 30 et le rotor 14. 20 Le corps 12 de la pompe comprend une paroi verticale 36, une paroi supérieure ou couvercle 38 et line paroi Inférieure ou base 40. Dans le mode de réalisation représenté, la base 40 et le couvercle 38 sont fixés à la paroi cylindrique 36 par des vis 42, le couvercle 38 et la base 40 ayant le même diamètre et 25 étant percés d'ouvertures coaxlales 44 et 46. Le rotor l4 est constitué par un corps cylindrique 48 pourvu d'un moyeu central cylindrique 50. Un cahal axial 52 est perT cé dans le moyeu 50. Un cahal transversal 54 est également prévu à travers le moyeu 50.Le canal 52 comporte une embouchure rela-30 tivement large 56 afin de fermer un épaulement 58. Un canal a-xlal central ou une entrée 60 est prévue dans le rotor et débouche à la surface Inférieure 62 de celui-ci . Des canaux radiaux 64 sont formés dans le corps 48 et comportent des sorties 66, le canal 60 constituant l'entrée commune des canaux radiaux 35 54. Plusieurs canaux axiaux secondaires 68 sont formés dans la surface Inférieure 62 du corps 48 et communiquant respectivement avec chaque canal radial 64. Les canaux axiaux secondaires 68 sont espacés vers l'intérieur, à partir de la périphérie du corps 48 du rotor, tout en étant cependant espacés radialement 40 de l'axe du rotor 14 de façon à former une âme 70.Le diamètre 69 10859 3 2005867 des canaux 68 est beaucoup plus petit que celui des canaux 64 et de l'entrée 60.L'arbre 16 comporte un prolongement de diamètre réduit %Z se terminant par une pointe 74.Le rotor est monté coaxialement par rapport aux ouvertures 44 et 46. Un palier 5 Inférieur 34 est Inséré dans l'ouverture 46 de la base 40 et se compose d'un coussinet Intérieur 76 vissé dans un support 78. Un joint approprié, tel qu'nne bague torique 80, est prévu pour assurer 1'étanchéité.Le coussinet 76 est creux et présente un canal 82. Une âme 84 bloque l'extrémité intérieure du canal 82, 10 à l'exception des canaux secondaires 86. La surface d'extrémité extérieuie de l'âme 84 présente un renfoncement conique 88. Le sommet du renfoncement 88 est coaxlal à l'arbre 16 et à son.pro-longement 72, de sorte que la pointe 7^ de ce prolongement Jé repose dans le renfoncement 88.Le support 78 du coussinet com-15 porte un canal axial 90 et une extrémité conique 92.L'intervalle entre l'âme 70 du corps 48 du rotor et l'extrémité conique 92 du support 78 est réglable grâce à la liaison par vissage entre le coussinet 76 et son support 78. Un collet 9^ est disposé dans l'extrémité extérieure du canal 82 et comporte un canal 96 déli-20 mitant l'orifice d'entrée 32 de la pompe .L'arbre 16 est fixé au moyeu 50 du tôtor par une goupille 98 traversant le canal 54 . L'ensemble supérieur de support et de guidage comporte une envelâppe extérieure 100 , un oousslnet Intérieur 102 et une garniture élastique 104 pour assurer l^étanchélté . Quand la pom-25 pe est en marche, la pointe 64 du prolongement de l'arbre est Maintenue au contact du fond du renfoncement 88 de l'âme 84. Un liquide peut passer à travers le palier Inférieur 34 grâce à l'orifice d'entrée 96, au canal 82, aux canaux secondaires 86, au canal 90 vers l'entrée centrale 60 vdu rotor 14. 30 Quand il n'y a pas d'air dans la pompe, la foret centrifuge développe une pression qui chasse le liquide dé l'entrée 60 à travers le canal radial 64 à l'intérieur du corps 12. Le liquide entourant le rotor 14 est également entraîné en rotation,mais pas aussi vite que le liquide qui se trouve au voisinage Immé-35 dlat du rotor 14, par suite des pertes par friction avec la surface intérieure de la paroi cylindrique 36 et avec les couches de liquide qui s'échelonnent vers l'extérieur du rotor 14. Le couvercle 38 est percé d'un canal horizontal 106 ayafat "une entrée 108 débouchant dans le canal 44. L'Extrémité extérieure 40 du canal 1P6 se terftlne par une sortie 32, l'entrée 108 cons 69 10859 4 2005867 tituant l'entrée de cette sortie . On présume que trois forces coopèrent pour produire l'action de pompage . Quand le rotor l4 tourne à grande vitesse, la force cen-5 trifuge agissant sur le liquide contenu dans les canaux 64, entre leurs sorties 66 et les canaux axiaux secondaires 68,projette le liquide vers l'extérieur, créant ainsi une élévation de pression . De plus, puisque le liquide tourne plus vite aux extrémités internes des canaux 68 qu'à leurs extrémités exter-10 nés, par suite des pertes par friction à l'extérieur, Il s'établit le long de ces canaux une différence de pression0 créant des courants de circulation indiqués en 120 sur la Flg.2. Ces courants de circulation, tendent par effet1 Bernouilli, à aspirer du liquide à partir du reste des canaux 64 compris entre 15 les canaux axiaux secondaires 68 et l'entrée 60.De plus, une force centrifuge s'exerce sur le liquide contenu dans les parties Intérieures des canaux 64, bien que plus petite à cause da_rayon plus petit . L'addition de ces forces oblige- le liquide à quitter le dispositif par la sortie 32, en même temps que du 20 liquide est aspiré par l'entrée 30 pour le remplacer .Du fait que le liquide tourne aussi dans le corps 12, il se produit une force centrifuge retardatrice, mais celle-ci est plus petite en raison de la vitesse plus faible due aux pertes par friction contre les parois de l'enveloppe et du fait que le diagram-25 me d'écoulement est interrompu par 1'èxcentricité du rotor . Si l'on suppose maintenant qu'tyaebulle d'air pénètre dans l'orifice d'entrée 30 à travers les canaux 96 et 82, etc.. ou que, pour toute autre raison, l'intérieur de l'enveloppe 12 , n'est pas complètement rempli de liquide par exemple à cause 30 d'une admission d'air préalable , comme l'indiquent les interfaces airHLlquide , 110 et 112 . Par suite de la rotation du rotor et en raison des forces de friction, le liquide resfc'e principalement confiné dans un tourbillon s'étendant le long des c$-tés de l'enveloppe 3- Du fait que l'axe de rotation est décalé 35 par rapport à l'axe du corps 12, c'est-à-dire, que la rotation est excentrique par rapport à l'intérieur du corps 12, le liquide est obligé de tourner à une plus grande vitesse sur le côté de l'arbre qui est le plus rapproché de la paroi 36, du fait que la section y est plus petite que de l'autre côté.Les flèches 40 Il4,ll6 et 118 et les flèches ll4', 116', ll8' illustrent les 69 10859 5 2005867 différentes vitesses de circulation, la grandeur de ces vitesses étant figurée par les différentes longueurs relatives de ces flèches .Si dans ces conditions, comme le montre la Fig.2, de l'air comme indiqué par la lettre A, est enfermé dans l'envelop-5 pe, le liquide L étafat confiné au voisinage de la paroi 36,l'entrée 108 est ainsi effectivement empêchée par l'air de venir au contact du liquide .En conséquence, lorsque de l'air pénètre dans le corps 12, il s'accumule autour de l'arbre et est expulsé le premier.On voit donc que le dispositif continue de pomper l'air 10 jusqu'à ce que celui-ci ait été complètement expulsé, avant de pomper le liquide .Etant donné que pour le reste, le corps de la pompe est rempli avec le liquide L, on est en droit d'admettre que le canal 64 est rempli lui aussi de liquide .En supposant qu'il y a du liquide entre les canaux 68 et l'extrémité 66 du 15 canal 64, ce liquide sera expulsé par l'action de la foroe centrifuge .Le liquide expulsé par l'extrémité 66 est réaspiré dans le canal 64 par les ouvertures 68, de sorte qu'un mouvement circulaire ou à peu près circulaire s'établit, comme l'indiquent les flèches de circulation 120, les flèches représentatives de la 20 plus grande vitesse étant celles passant par les ouvertures de petite section constituant les canaux 68. Etant donné que cette voie ne présente qu'une faible résistance à la circulation,celle-ci est appréciable et aux Interfaces air-liquide 112 du cahal 64 règne uhe pression réduite par suite de i'effet Bernouilli . 25 L'air aux interfaces 112 est aspiré dans ce courant de circulation 120 et est chassé hors des canaux 64 du centre du rotor 14.Après cela, l'air s'élève sous la forme de bulles vers la région remplie d'air A. A mesure que de l'air est aspiré par cette action, de l'air est évacué (Le la pompe par l'entrée 108, le canal 106 et 50 la sortie 32;Il est bien évident que quand il n'y a plus d'in- . terface air-liquide 112 et que seul du liquide entre dans la pompe, aucun liquide n'est expulsé de cette dernière par la sortie 32 avant que tout l'air ait été évacué . Si l'on monte un clapet anti-retour 122 dessiné en trait 35 mixte, à l'entrée 30, une certaine quantité de liquide reste dans l'enveloppe, de sorte que la pompe peut fonctionner aussi bien en pompe à air qu'en pompe à liquide, puisqu'une fois que le niveau du liquide a baissé au-dessous d'un niveau critique s'é-levant du niveau du rotor, le liquide ne peut plus être expulsé 40 de la pompe . ,„ar„ 6 2005867 69 10859 La pompe 10 peut avantageusement être utilisée dans une installation submersible d'échantillonnage et d'études pour l'exploration en haute mer , cette installation utilisant des équipements 'électroniques de comptage et de classement de par-5 ticules .Eçi général, des échantillons d'eau de mer sont obligés de passer à travers un passage de section réduite et les variations des caractéristiques électriques ou d'une propriété électrique de ce passage sont contrôlées et analysées par voie électronique .Les pompes 10 sont utiles dans la tête d'échantillonna 10 ge de 1*installation submersible représentée schématiquement sur la Fig.5. L'échantillon est prélevé en obligeant un courant d'eau de mer ^ passer à travers un fiJMbre 200 qui élimine les particules susceptibles d'obstruer l'installation de mesure . L'échantillon passe ensûite à travers une chambre d'échantillon-15 nage 202 par la voie 204,204' ou par une dérivation 206. La cham bre 202 comporte un tube à orifice 203 dont la paroi inférieure est percée d'une ouverture microscopique et des électrodes et des conneidons appropriées ( non représentées ) sont prévues conformément au brevet anglais N° 722 4l8. La différence de 20 pression peut être contrôlée avant l'immersion en reliant au manomètre à mercure ( non représenté) de part et d'autre de l'orifice à l'aide de vannes 208 et 210. L'eau de mer est aspirée par la pompe 10 à travers une soupape à pointeau 212 et est renvoyée dans la mer à travers une autre soupape à pointeau 214, 25 comme le montre la Fig.5. Une partie de l'eau de mer traverse la chambre 202 pour être dirigée dans un conduit 216, un conduit 2l8 et une chambre d'égouttage 220 à des fins d'isolation électrique et à travers une électro-vaniie 224 normalement ouverte dans un conduit 222.Une seconde pompe identique 10' fait circu-30 1er le liquide à travers la chambre d'échantillonnage par un con duit 228 et, de là, ce liquide rejoint le courant se rendant à la pompe 10 par un conduit 230. La soupape à pointeau 2l4 commande la contre-pression quand la vanne 224 est actionnée pour relier les conduits 222 et 231, par exemple pour balayer le tube 35 203 afin d'en déloger les débris qui peuvent s'être. accumulés dans son orifice qui constitue le passage à section réduite . Du fait que les pompes 10 et 10' s'amorcent automatiquement elles peuvent être utilisées dans une tête d'échantillonnage sub mersible et rendent ce procédé utilisable pour prélever des é-40 chantillons aux grandes profondeurs afin d'étudier la stratifica 69 10859 7 2005867 tîon des particules par classement et comptage aux diverses profondeurs qu'implique cette étude .L'utilisation de l'installation représentée sur la Fig.5 et de la pompe de l'invention permet une étude continue de la distribution des dimensions des 5 particules , par exemple, aux diverses profondeurs de l'océan . 2005867 69 10859 6 . REVENDICATIONS 1-Pompe centrifuge comprenant une enveloppe creuse,une entrée et une sortie èt cette enveloppe, ainsi qu'un rotor entraîné en rotation daçs cette enveloppe, cette pompe étant caractérisée 5 en ce que ledit rotor comporte une entrée axiale centrale, d®» définissant des canaux radiaux établissant une communication entre l'entrée et l'intérieur de l'enveloppe et des canaux axiaux secondaires faisant communiquer les canaux radiaux et l'intérieur de l'enveloppe . 1° 2-Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe de rotation du rotor est décalé par rapport à l'axe vertical de l'enveloppe . 3-Pompe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rotor est sensiblement plus petit que l'intérieur de l'enve- 15 loppe . ■ 4-Pompe suivant l'ine des revendications 1 ou 2, caractérisée, en ce que ladite sortie a une entrée qui est disposée excentrique-ment dans la direction de l'axe de rotation du rotor . 5-Pompe suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'un 20 trajet d'écoulement est défini à partir de l'entrée, à travers les canaux radiaux, vers l'entrée de la sortie, et un second trajet d'écoulement est défini par les seconds canaux axiaux, les canaux radiaux et l'intérieur de l'enveloppe au voisinage du rotor et retour, ce qui fait que les gaz sont aspirés vers le premier 25 trajet d'écoulement . 6-Pompe suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu un nombre égal de canaux radiaux et de canaux axiaux secondaires,chaque canal axial secondaire communiquant avec l'un desdits canaux radiaux . 7-Pompe suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les canaux radiaux et les canaux axiaux secondaires sont disposés symétriquement dans le rotor . 8-Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'un palier est disposé entre le rotor et l'entrée, ce palier compor- 35 tant une section extérieure et une section intérieure délimitait un support et un canal axial, ledit rotor étant monté fixe sur un arbre qui comporte un prolongement de diamètre réduit se terminant par vine extrémité conique et passant à travers ledit rotor et l'entrée axiale centrale de celui-ci, cette extrémité 40 conique prenant appui contre le support, et un dispositif étant 10859 t 2005867 prévu pour régler l'intervalle entre la section extérieure et'le rotor par réglage de l'extérieur de la pompe de la position relative desdites sections intérieure et extérieure 9-Pompe suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ledit support présente un renfoncement central coaxial à l'axe de rotation du rotor et la partie conique de l'arbre est disposée daçts ce renfoncement .