Brevet FR2009970A1 — publié le 19700213

La présente invention concerne en général les pçmpes centrifuges et en particulier des arrangements nouveaux et perfectionnés de refroidissement et de lubrification pour les joints des arbres d'entraînement de pompe. La lubrification et la dissipation adéquates de la chaleur engendrée par 5 les joints des arbres d'entrainement de pompeonfctoujours constitué un problème affectant l'effioacité et la longévité des pompes centrifuges. La lubrification et le problème associé de dissipation de la chaleur sont tout particulièrement importants dans les installations à eau chaude domestiques d'importance relativement faible et à grande vitesse de oiroulation. Dans les pompes oentri-10 fuges du type à roue mobile à oeil unique habituellement utilisées dans ces installations domestiques, les gaz entrainés ont tendance à s'accumuler autour des surfaces du joint par suite de l'action oentrifuge et oentripète de la pompe sur le liquide et les gaz pompés. En conséquence;, l'action de la pompe provoque l'établissement d'un gradient de pression dans la oavité du joint. La 15 pression est maximale à la périphérie extérieure de la roue mobile et minimale à l'arbre d1entrainement de la pompe. Plus particulièrement, la masse relativement faible des gaz mélangés au liquide circulant dans la pompe provoque l'expulsion de ces gaz du courant liquide et leur acoumulation dans la zone à basse pression tandis que par suite de sa masse relativement élevée, le liquide i 20 tend à se déplacer vers la périphérie extérieure de la roue mobile. Par suite de oes tendanoes, le joint de la pompe se trouve environné par du gaz plutôt que par le liquide pompé. De oe fait, les pompes de la technique antérieure fonctionnent sans 8tre correctement lubrifiées. L'absenoe d'un élément conducteur efficace de la chaleur près du joint de l'arbre d'entrainement 25 de la pompe provoque une usure prématurée de oe joint. Ces problème^ ainsi que d'autres, ont été résolus par un dispositif décrit dans le brevet des Etats Unis 3.340.813. Dès son introduction sur le marché, le dispositif de cette invention a connu un succès commercial instantané. Cependant, quel qu'ait été son suocès, il est susceptible de perfectionnements. 30 Par exemple la construction décrite dans oe bsovet eat comparativement coûteuse puisqu'elle implique quatre éléments séparés, soudés ensemble par points et nécessitant un grand nombre d1.opérations de fabrioation. La roue mobile tend à présenter certains problèmes d'équilibrage} elle est parfois attaquée par le liquide pompé et elle nécessite plus d'énergie qu'il n'est réellement néeessai-35 re. En conséquenoe, l'un des objets de la présente invention est d& prévoir une roue mobile d'un type nouveau et perfectionné pour les pompes centrifuges. En particulier, un objet de l'invention est d'éliminer l1ensemble des défauts de la roue mobile conçue suivant le • ' brevet précité , sans sacrifier 40 aucun de ses avantages, 8AD ORIGINAL 69 175T0 200997© . 2 Plus particulièrement, l'un des oojets de la présente invention est de . prévoir des roues mobiles mieux équilibrées, plus légères et moins coûteuses et dont les joints sont correctement lubrifiés. Un autre objet de l'invention qui découle du précédent est de prévoir des 5 roues mobiles peu coûteuses, dans lesquelles est assuré un écoulement positif et continu du fluide à travers la cavité du joint et auprès du joint lui-même. Un autre objet de l'invention est d1empêoher la formation de poches isolantes gazeuses autour du joint de l'arbre d'entraînement. Suivant l'une des caractéristiques de l'invention, la roue mobile est 10 constituée par deux pièoes moulées simples. Un bandage avant comporte une série d'aubes à ailettes doubles qui y sont montées en position fixe. Un bandage arrière comporte des orifices d'entrée donnant aooès aux intervalles entre les ailettes doubles. En montant simplement les deux parties sur un arbre claveté, on peut les adapter l'une à l'autre pour constituer un ensemble de roue mobile 15 d'une pompe centrifuge, do manière que le mélange de liquide et de gaz ne soit pas séparé dans la cavité du joint mais soit positivement pompé sur les surfaces du joint. Ainsi, le joint est lubrifié en permanenoe. Cet arrangement permet de fabriquer des roues mobiles peu coûteuses, ayant un fonctionnement silencieux, une plus grande longévité, un poids plus faible et un meilleur é-20 quilibrage que les roues mobiles fabriquées selon le procédé décrit dans . l.e brevet mentionnée ci-dessus. Les objets et caractéristiques, de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans 25 lesquels : La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une pompe centrifuge à roue mobile à oeil unique, du type prévu dans le brevet suè-mentionné. La figure 2 est une vue en coupe de la roue mobile de la figure 13 montrant à la fois des bandages avant et arrière. 30 La figure 3 est une vue en plan frontale de la roue mobile de la figure 2. La figure 3a est une vue en coupe montrant le passage formé par la partie arrière de l'ailette de roue mobile et le bandage arrière. La figure 4 montre une vue en coupe de l'ailette de la roue mobile des figures précédentes sans les bandages. 35 La figure 5 montre une vue en plan frontale de la roue mobile de la figu re 4 et du bandage arrière qui est utilisé pour former tin passage. La figure 6 est une vue en perspective de la roue mobile comportant les perfectionnements apportés par la présente invention par rapport à la roue mobile représentée aux figures 1 à 5» 40 Li figure 7 est une vue en perspective d'une pièce comprenant le bandage 6AD ORIGINAL 69 17510 2009970 arrière avec la roue mobile à ailettes doubles. La figure 8 est une vue en perspective de l'autre pièoe comprenant le bandage arrière avec les orifioes d'admission pour la lubrification du joint de l'arbre. 5 La figure 9 est une vue en plan arrière montrant comment s'adaptent l'une à l'autre les pièces des figures 7 s 8, pour constituer une roue à double aspiration prévue pour pomper un liquide et dégazer un joint, tout à la fois. Les figures 1 à 5 sont des photocopies des dessins du brevet mentionné ci-dessus. Il est jugé souhaitable de présenter ces figures et la description qui 10 les aocompagne, du fait qu'une parfaite compréhension de l'invention,qui a fait l'objet dudit brevet, est nécessaire pour permettre d'apprécier les perfectionnements apportés par la présente invention. Cependant, du fait que l'on peut se proourer ladite demande de brevet pour une étude plus approfondie, on ne donnera qu'une brève description des figures 1-5. 15 La figure 1 représente une pompe centrifuge 11 du type à colleoteur, à roue mobile à oeil unique. La pompe se compose d'une enveloppe 12 dont un orifice d'aspiration 13 communique avec un oeil 15de la roue mobile 16 par un passage d'aspiration 14. La roue mobile 16 comprend le moyeu 17 qui est claveté à un arbre d'entrainement tournant 18 fixé par un écrou 19. L'arbre d'entrai-20 nement 18 est mû par un moteur électrique (non représenté) mais fixé à un support d'accouplement 20. L'arbre d'entrainement 18 se prolonge à travers la plaque de fermeture 21 qui constitue la paroi arrière de l'enveloppe de collecteur 12 dans laquelle est formée une cavité de joint A. Le ressort en spirale 23 est comprimé de manière à exercer une foroe contre une bague d'étanchéité de la ca- 25 vite 24. La roue mobile 16 aspire le fluide par le passage d'aspiration 14? l'oeil 15 et le refoule par le passage d'évacuation 27 et l'orifioe d'évacuation 28. Pour réaliser oette opération, la roue mobile (figures 2 et 3) comporte un bandage avant 35 dont la forme épouse les lignes d'écoulement du fluide et s'adap-30 te à l'oeil 15 formé par la structure de paroi de la plaque d'étanchéité 21a (figure 1). Un bandage arrière 38 est juxtaposé à la partie arrière de l'ailette de roue mobile 36 qu'elle enveloppe afin de constituer un passage 39 qu'emprunte le fluide. Le fluide pénétrant dans l'oeil est contraint de s'écouler dans l'espace B entre le bandage avant et les ailettes de. roue mobile 36» 35 Une autre section 38b du bands-ge arrière 38 ceint le joint de manière .3- former un passage 39 qu'emprunte le fluide. Le fluide contenu dans la cavité A est mis en circulation dans le passage 39&s contigK au joint, et - il est ensuite pompé à travers le passage 39 (comme indiqué par la flèche c des-figures 1 et 3) et dans le passage d'évacuation 27 du collecteur. Le bandage, arrière 33 est 40 prévu pour comprimer le fluide dans la cavité A sur le joint 24-26 de manière à BAD ORIGINAL 69 17510 2009978 le lubrifier, à entrainer toute accumulation de gaz autour-de l'arbre d'entraînement et à dissiper la chaleur engendrée par le frottement entre, le. joint 24 et la garniture 26. • Selon les figures 4 et 5» la roue moMle 36 comporte cin%.ailettes égale-5 ment espacées. L'action principale de pompage se produit quand le.fluide emprisonné dans la zone B entre les ailettes est refoulé vers l'extérieur par les forces centrifuges. Le fluide emprisonné acquiert de la pression par suite de la foroe centrifuge engendrée par la rotation de la roue mobile. Une certaine partie du fluide s'épanche au-delà de la roue mobile dans la cavité A (com-10 me le montrent les flèches c) et il est refoulé, par le passage 39j" ûans le passage principal d'évacuation 27. La vitesse de circulation du fluide dans ce circuit secondaire est gouvernée par des éléments tels que le jeu entre le "bandage 38 et le joint. L'arrangement de "bandage arrière refoule ainsi le fluide sur le joint de 15 manière à assurer la luferification correote de oelui-ci et à dissiper la chaleur engendrée par frottement. En l'absence d'un bandage arrière, le joint est environné par des gaz. Ainsi, par suite du manque de lubrification entre lé joint tournant 24 et la garniture fixe 26, le frottement augmente entre le joint et la garniture. Le frottement accru engendre un échauffement nuisiMe, 20 provoque une usure excessive du joint et, par conséquent, une usure accrue de la pompe et une réduotion de sa longévité, de môme qu'il rend son fonctionnement bruyant. L'invention contenue dans le brevet précité,telle qu'elle est décrite jusque là, comprend quatre éléments-s le bandage avant 35, l'ailette 36, le 25 bandage arrière 38 et le moyeu 17. Les éléments 35s 36, 38 sont soudés les tins aux autres par soudure par points, par exemple en 40» Le. palier du moyeu 17 doit être usiné. On se trouve donc en présence d'un assemblage assez couteux. La structure obtenue est soumise à des tolérances de fabrication, oe gui fait que la roue mobile n'est pas toujours parfaitement équilibrée. Les quatre piè— 30 ces sont en acier, oe qui fait que la roue mobile est lourde et nécessite'une -quantité relativement importante d'énergie. Elle est sujette à la rouille ou à toute autre action corrosive du fluide pompé. L'acier est un matériau élastique qui engendre des sons aussi bien qu'il les -transmet ce qui contribue à r-endre l'ensemble bruyant.".'- . .. ~ 35 Selon la présente invention, ces problèmes,ainsi que de" nombreux autres, sont surmontés grâce à l'utilisation de deux pièces simples qui peuvent être fabriquées par un procédé de moulage par injection à partir d'une-matière' plastique légère et homogène;,, (par exemple- celle vendue sous- la marque commerciale "Oleform" qui est un matériau à base -de polypr opjtène contenant -une:-chargé-cL'a— 40 miante, qui supporte des températures extr êmeteant-'"é 1 e vées). Le moule peut être v- . -y bad original 69 17510 2009970 fabriqué avec une grande précision de manière que la roue moMle obtenue soit parfaitement équilibrée et que le palier du moyeu sjajuste automatiquement aveo précision et soit totalement exempt de dandinement et de jeu. Les deux pièces s'adaptent 1'une à l'autre en alignement parfait en raison du moulage 5 et d'un alignement précis des fentes de clavette ménagées dans les moyeux des deux imités. Plus précisément, la roue mobile prévue selon l'invention se compose des pièces avant et arrière 50 (figure 6) et 51 (figure 8) qui s'adaptent l'une à l'autre comme le montre la figure 6. Le fluide pénètre dans la pompe en 52, 10 pour être mis en tourbillonnement entre les bandages avant et arrière 53, 54s et refoulé vers l'extérieur par la force centrifuge, comme en 55 Par exemple. Le tourbillonnement est provoqué par la rotation des aubes à ailettes doubles (telles que 56) qui séparent le fluide en cinq oourants mobiles, d'une manière qui apparaitra mieux à l'examen de la figure 6. 15 Plus précisément, la pièoe frontale 5° comprend le bandage 53 se termi nant à une extrémité par un collier vertical 58 qui s'adapte dans l'oeil de la pompe et à l'autre extrémité dans la périphérie d'une jupe évasée. La forme en jupe évasée épouse généralement les oourants naturels réguliers et unifor-més d'un fluide en circulation se déplaçant à la vitesse de pompage. Cinq au-20 bes à ailettes doubles 56-60 à 63 -moulées sont placées verticalement, sur la face inférieure du bandage avant 50 dont elles sont solidaires. Chacune des ailettes épouse également les contours réguliers de la jupe évasée 53. Les clou:., ailettes de ohaque paire d'aubes présentent entre elles un faible écartement comme il est montré en 65. Les intervalles entre les ailettes doubles sont iden-25 tiques au conduit 39 (figure 3) utilisé pour conduire les courants lubrifiants et refroidissants représentés par les flèches o sur les diverses figures. La pièce arrière 51 (figure 8) comprend le bandage arrière 54 comportant une seotion de moyeu 70 communiquant avec une jupe évasée J14 dont les contours épousent ceux de la jupe 53 de la figure 7• Un collier 71s solidaire du banda-30 ge 50 constitue la forme générale de la jupe 38b (figure 2). Des bras 72 centrent le moyeu 70 dans le bandage 54 et forment un certain nombre de passages dans lesquels circule le fluide lubrifiant G. Chaque bras 72 est en retrait dans le bandage 54 d'une distance 74» Le bandage avant 53 présente également un moyeu oentral 75 relié à la ju-35 P© évasée par des bras formés à partir des aubes à ailettes doubles 56560-65. lin bras est représenté en 76 à la figure 6. Les intervalles entre les bras forment cinq • conduits, tels que 77? par lesquels le courant principal 55 pénètre et sort de la roue mobile. Le moyeu 75 sur la pièce frontale est en saillie par ?ort aux ailettes 56, 60-63 d'une distance 78 (figure 7) qui est égale 40 à la distance en retrait 74 sur la pièce 51• Ainsi, quand les deux moyeux fO, BAD ORIGINAL 69 17510 2009970 6 75, sont placés sur 1g même arbre., la pièce 50 s'emboîte parfaitement dans la pièce 51 pour faciliter la stabilisation de l'ajustage mécanique. Pour faciliter l'alignement des différentes pièces, chaque moyeu comprend une fente de clavette 80, 81, Si l'on compare les figures 1, 6, 7j 8, il est évident que l'ensemble de roue mobile de la figure 6 peut être constitué en plaçant le bandage arrière 51 » puis le bandage avant 50 sur l'arbre 18, les fentes de clavette 80, 01, étant en alignement. Ensuite l'écrou 19 est bloqué sur l'extrémité filatée de l'arbre 18 pour maintenir en position les pièces 5°, 5*1». Le fonctionnement de la roue mobile à double aspiration doit maintenant apparaître clairement. L'unité toute entière étant mise en rotation par un moteur agissant sur l'arbre 18, le fluide 52 pompé pénètre dans l'oeil 15 de la pompe, parcourt les cinq, conduits (tels que 77) formé par les bras 76 sur la pièce frontale 50 pour être expulsé entre les aubes 56, 60 - 63 (comme en 55 >l$ par exemple). Ceci constitue la première aspiration réalisée par la roue mobile. La seconde aspiration est provoquée par le courant figuré par les flèches o. Ainsi, à la figure 6, une faible partie du courant principal 55 se répand autour de la jupe 54, est aspirée autour du collier 71, puis dans l'espace 65 ..(o entre chaque paire d'ailettes constituant les aubes à ailettes doubles 56, 60- 63. Sur la vue arrière (à la figure 9 ®t à la figure 3a) une petite "marque x" c1 représente l'empennage des flèches c_ indiquant que le fluide s'écoule dans les conduits formés par les bras 72. Ces courants g s'écoulent vers le haut dans l'espace 65 entre les ailettes doubles poiir ressortir âu-dessus du banda— ge arrière 54 comme indiqué à la figure 8. Ainsi que le montre la figure 7s °es courants _ç s'écoulent entre la double ailette et ressortent pour rejoindre le courant principal représente par les flèches 55• "-'our faciliter l'identification du parcours du courant secondaire des flèches cs on a représenté un passage type (figure 9) par des hachures, entre des lignes en trait mixte représen-tant les aubes à ailettes doubles ry6. Les orifices d'admission d'autres canaux semblables entre les ailettes doubles sont représentés en hachures à la figure 9. Ces orifices d'admission sont moulés dans la partie de la pièce qui forme le moyeu frontal 50. Le fonctionnement du dispositif prévu selon l'invention et ses avantages 5 3 doivent maintenant apparaître clairement. En premier lieu, la roue mobile de l'invention est "beaucoup moins couteuse et d'une fabrication plus facile. Le moule destiné à former les pièces peut être fabriqua avec une précision beaucoup plus grande- qu'il ne serait possible avec les pièces embouties de la forme d'origine décrite aux figures 1 à 3 et correspondant à la demande de brevet tiïi précitée. La roue mobile est ainsi mieux- équilibrée. Enfin, le r.atoriau plastique est homogène;,, léger et insensible à la corrosion provoquée par le liquide pompé. -iiien :"ae les principes de la -présente invention aient été décrits oi—des— s sus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra J clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portee de l'invention. v, .. .. . BAD ORIGINAL 69 17510 200997Û 7 SE VTiîïIi ICATIQIÎ3 1°) Roue mobile à double aspiration comprenant des pièces avant et arrière moulées dans un matériau léger et homogène, la pièce avant comprenant un "bandage se terminant à une extrémité dans un collier vertical et à l'autre ex-5 trémité dans une jupe évasée, une série d'aubes à ailettes doubles moulées dans ledit "bandage avant, un moyeu maintenu par les extrémités intérieures desdites aubes et formant entre celles-ci une série de conduits destinés à recevoir le courant principal du fluide pompé par la roue mobile, et la pièce arrière occupant une surface en forme de jupe s'étendant sur la face des aubes et compre-10 nant des moyens à "bandage pour compléter une première série de conduits entre lesdites aubes et une seconde série de conduits entre les ailettes, cette seconde série de conduits étant formée pour aspirer un fluide pompé, depuis ladite première série de conduits, autour de la seconde pièce et jusque dans ladite seconde série de conduits, les oourants desdits premier et second conduits 15 se confondant à leurs sorties. 2°) Roue mobile selon la revendication 1°), caractérisée en ce que l'écoulement à travers lesdlts seoonds oonduits comprend des moyens pour lubrifier et refroidir ledit moyeu. 3°) Roue mobile selon la revendication 1°), caractérisée en eê que le oou-20 rant à travers lesdits seconda conduits comprend des moyens pour dégazer lesdits fluides. 4°) Roue mobile selon la revendication 1°), caractérisée en ce que ladite première pièce comprend l'oeil d'une roue mobiie à oeil unique èt des moyens formant enveloppe enfermant ladite roue mobile et constituant une pompe oentri— 25 fuge du type à collecteur, 5°) Roue mobile selon la revendication 4°), caractérisée en ce que lesdits bandages sont conçus pour constituer un ohemin de fuite entre ladite jupe de ladite pièce arrière et ladite enveloppe. 6°) Ilontage de roue mobile caractérisé en ce qu'il comprend deux pièces 30 moulées séparées, présentant des bandages généralement complémentaires, chacun desdits bandages étant joint à un moyeu occupant une position centrale par 1' intermédiaire de bras formant des conduits d'admission pour le fluide pompé par ladite roue mobile, lesdits bandages étant séparés par des aubes à ailettes doubles, lesdites aubes à ailettes doubles et lesdits conduits d'admission ayant 35 une forme permettant de pomper un courant principal de fluide dans un oeil, d' un côté de ladite roue mobile et vers l'extérieur entre lesdits bandages et lesdites aubes, en direction de la périphérie desdits bandages,, et un courant secondaire de fluide dans l'autre partie de.ladite roue 'mobile et vers' l'extérieur entre lesdites ailettes doubles vers la périphérie desdits bandages. 40 7°) Montage selon la revendication 6°), caractérisé en oe que chacun des— SAP ORIGINAL. 17510 2009970 8 dits moyeux comporte une fente-.de clavette pour g-ligner lesdites pièces. a>SS0CX6> 8°) Montage selon la revendication 6°)?/ à un/boitier comportant un orifice d'admission pour le-liquide, un passage d'aspiration, une chambre à pression et un orifice pour l'évacuation-du-liquide, ladite chambre comprenant une cham— Tare d'étanchéité communiquant autour dudit "bandage avec ladite chambre à pression, et une "bague d'étanchéité, autour d'un "arbre dans ladite ohambre d'étanchéité, ledit courant secondaire passant de ladite chambre à pression à ladite chambre d'étanchéité et dans l'espaoe entre lesdites ailettes doubles. 8AD ORIGINAL