Brevet FR2008305A1 — publié le 19700116

La présente invention concerne un ensemble de-pompe immérsiblé équipé d'une pompe centrifuge et d'un moteur d'entratnement submersible, susceptible d'être solidarisé de celle-ci et pour le refroidissement duquel est prévu un circuit -fermé de refroidissement. commandé mdcaniquement. Dans les pompes immersiblès, qui sont de préférence utilisées pour l'extraction de boues, d'eaux usées et de matières fécales contenues dans des-puisards, le-refroidissement du moiteur d'entratnement pose un problème particulier. C'est pourquoi ces pompes et leurs moteurs d'entrainement étanches à l'eau, furent d'abord installés directement dans les matières à extraire, des ailettes supplEmentaires-ou des chemises réfrigérantes, disposées tout autour du carter du moteur, étant prévues pour améliorer le transfert aux matières à extraire de la chaleur due aux pertes du moteur.Etant donné que les fluides à extraire, tels que les eaux usées et les matières fécales sont chargés de papiers et de produits textiles à côté de saletés plus compactes, l'amélioration de l'évanlation de la chaleur au moyen d'ailettes et de chemises réfrigérantes s'avéra trèF vite inexistante, car ces dernières favorisaient le dépôt et l'incrustation des saletés sus-mentionnées contenues dans les matières à extraire ce qui accélérait l'obstruction des chemises réfrigérantes et, le cas échéant, celle des filtres intercalés, ainsi que la formation d1une-couche calorifuge tout autour des surfaces de refroidissement.En outre, selon une regle observée par l'homme de l'art, l'abaissement maximal du niveau du li-- quide ne devait pas descendre en dessous de la moitié de la hauteur du moteur vertical de la pompe immersible, parce que sinon le refrofdiqsement du moteur devenait insuffisant. On en vint donc alors à équiper les moteurs,de puissance toújouts- croissante, de leur propre dispositif de refroidissement sous forme d'un circuit de refroidissement pour les rendre indépendants du refroidissement dû à l'immersion dans les matières à extraire. Ce développement fut favorisé, en outre par la tendance d'installer le groupe moto-pompe à l'extérieur des puisards et fosses similaires, parce que l'épuration des pompes sorties des fluides à extraire, à des fins d'entretien et de nettoyage, représente un travail extrêmement dégoûtant que presque plus personne n'est disposé à accomplir.Par ailleurs, même pour les pompes disposées à l'extérieur des fosses, la pompe même doit être installée le plus bas possible, afin de pouvoir utiliser la hauteur de chute naturelle des matières à extraire et épargner aux pompes un travail d'aspiration nécessitant des puissances beaucoup plus élevées.Des stations d'épuration, des puisards, etc.. sont cepen dant également aménagés en des emplacements de terrain situés le plus bas-possible, en partie àu-dessous dù niveau- de la nappe hydrostatique pour utiliser la hauteur de chute naturelle des-eaux usées, de sorte que même les -groupes ou ensembles moto-pompes montés à- l'extérieur dès fosses-risquent en permanence d'être inondés. r L'évolution, plus récente, éconduisit donc à avoir des groupes moto-pompes submersibles ayant leur propre refroidissement, et pouvant;; de ce fait être aussi bien installés à l'extérieur- des fluides à extraire, qu'immergés dans ceux-ci mêmes.- Pour le refroidissement des moteurs d'en- trainement, t-ravaillant aujourd1hui à des puissances élevées et produisant de grandes déperditions caloriques, et selon des modes de réalisation main tenant connus, un agent réfrigérant approprié est, à l'aide d'une roue centrifuge montée sur l'arbre du moteur, pompé directement dans le compar timent du moteur et, par l'intermédiaire de canaux appropriés,çonduit le long d'une partie de la surface extérieure du carter de la pompe centri fuge, pour revenir dans le carter du moteur. Lå chaleur due aux pertes, accumulée dans le compartiment du moteur, est alors- transférée aux ma tières à extraire-p-ar l'intermédiaire de la face extérieure du carter de la pompe-centrifuge; Cette solution de la dissipation de la chaleur du réfrigérant s'-avère cependant désavantageuse en pratique, parce que, à chaque opération d'entretien et de nettoyage pour laquelle le moteur d'en traînement doit être dissocié de la pompe-centrifuge et de son carter, une interruption des canaux de tansport du réfrigérant est inévitable. Lors de- telles opérations, l'agent réfrigérant doit donc chaque fois être sou tiréet plus tard être réintroduit, un remplacement des joints aux raccords des canaux de transport étant souvent nécessaire. L'objectif de la présente invention consiste, tout en évitant les inconvénients sus-mentionnés-, à- réaliser' fln-- ensemble moto-pompe immersible et submersible, équipé d'un circuit de refroidissement, capable de transférer au fluide à extraire, le mieux et le plus uniformément possible, la chaleur due aux per tes dù moteur, et conformé en outre de telle maniere que le mdteur d'entrat- nement -soit démontable de la-pompe centrifuge et de son carter: à des fins d'entretien, de nettoyagé ou d'échange, sans que des canaux ou des conduites similiires servant à la circulation du réfrigérant soient interrompus. Conformément à l'invention, cet objectif est-attelnt, dlune' façon très générale, du fait que le ei-rcuit-de refroidissement passe à l'intérieur du moteur d'entrainement; par un radiateur qui est réuni avec les-autres parties du moteur d'entraînement en un bloc unitaire clos sur lui-même de façon étanche et rendu amovible de la pompe centrifuge et de son carter. L'invention tire profit, de façon particulièrement avantageuse, de la conformation des roues mobiles ou rotors modernes, dont la face tournée vers le moteur d'entraînement présente des aubes de renvoi qui ne laissent qu'un accès très étroit, en forme de fente, à l'espace compris entre cette face de la roue mobile et la face terminale inférieure du moteur d'entraînement, espace dans lequel ne peuvent pénétrer les constituants assez grossiers contenus dans le fluide à extraire.Bien plus, cet espace, situé entre la roue mobile à aubes de la pompe centrifuge et la face terminale inférieure du moteur d'entraînement tournée vers celle-ci, est traversé avec une turbulence élevée, par des constituants exclusivement très liquides du fluide à extraire, afin qu'entre la roue mobile à aubes et le côté inférieur immobile du moteur d'entrai- nement, aucune espèce de crasse ne puisse fixer,crasse qui gênerait le mouvement relatif entre ces deux parties.En raison de cette conformation, la paroi terminale inférieure du moteur convient, d'une façon particulièrement avantageuse, à la réalisation d'un radiateur pour le réfrigérant, étant donné que,entre la face extérieure de cette paroi terminale et la face de la roue mobile, face équipée d'aubes de renvoi et tournée vers le moteur d'entraînement, se trouve un liquide très fluide, à peu près exempt de crasses et de saletés et s'écoulant rapidement en raison de sa turbulence élevée, et qui peut, de ce fait, dissiper rapidement et régulièrement la quantité-de chaleur qui lui a été transmise. Selon un mode de réalisation préféré de ce radiateur, la face supérieure du radiateur tournée vers l'intérieur du moteur d'entraînement est munie de nervures qui assurent un guidage en spirale du réfrigérant à partir de l'arbre du moteur et tout autour de ce dernier, en utilisant toute la surface de refroidissement, jusqu'au pourtour extérieur du radiateur. Un tel parcours en spirale peut aussi être réalisé en bifilaire, de sorte que le réfrigérant entrant dans le filet en spirale au voisinage de l'arbre du moteur est conduit suivant une spirale jusqu'au pourtour extérieur de la face de refroidissement et-retourne à nouveau suivant une spirale à un canal de sortie aménagé également au voisinage de l'arbre du moteur, ou vice-versa. En outre, on peut prévoir un guidage du réfrigérant, en forme de méandres recouvrant l'ensemble de la face de refroidissement et constitué par des nervures radiales individuelles. Au lieu d'utiliser les nervures sus-mentionnées, le guidage du réfrigérant peut être assuré par des canaux de guidage correspondants ménagés dans le radiateur lors du moulage de ce dernier. Etant donné que le radiateur, en tant que partie du moteur d'entraînement, forme avec les autres parties de ce dernier un bloc unitaire compact clos sur lui-même, l'ensemble du moteur d'entraînement peut être séparé de la pompe proprement dite, sans que soit interrompu le circuit du refroidissement, s'étendant exclusivement à l'intérieur du moteur d'entratnement. Cette stricte subdivision en deux éléments du groupe motopompe, à savoir en un outil et un moteur rend possible la permutation mutuelle des deux éléments avec un minimum de travail nécessaire. Etant donné que ces ensembles de moto-pompes sont employés pour les fluides à extraire les plus divers, le moteur d'entraînement peut, de ce fait, être adapté en puissance à la capacité d'extraction nécessaire pour les cas les plus divers. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description suivante d'un exemple de réalisation non limitatif représenté sur le dessin annexé où - la figure 1 montre une coupe d'un ensemble moto-pompe immersible conforme à l'invention et, - la figure 2 montre une vue en plan de la face intérieure du radiateur pourvue d'un guidage pour le réfrigérant, de préférence en forme de spirale. Sur la figure 1 est représenté un exemple de réalisation de l'ensemble moto-pompe immersible conforme à l'invention. La référence 1 y désigne l'ensemble de la pompe centrifuge et la référence 2, le moteur d'entraînement clos sur lui-même par rapport à la pompe centrifuge, Le moteur d'entraînement 2 présente un carter 3 sur lequel sont montés de façon connue une anse de transport et de suspension 4, ainsi qu'une entrée de câble 5 pour l'alimentation en énergie électrique. Le carter 3 est fermé, sur sa face inférieure tournée vers la pompe centrifuge 1, par une plaque de refroidissement 6 conforme à l'invention.- Le moteur d'entraînement 2 constitué par un bloc unitaire fermé est relié, de manière amovible, à l'aide de boulons filetés 7, au carter 8 de la roue mobile, c'est-à-dire du rotor de la pompe centrifuge.La roue mobile à aubes 9 de la pompe centrifuge est, de manière connue, directement vissée sur l'arbre de mo- teur 10. L'espace intérieur 11 du moteur d'entraînement 2 est rempli avec une quantité d'huile de transformateur 12 telle que le stator 13 avec son enroulement 14 et le rotor 15 se trouvent complètement noyés dans le bain d'huile. Au-dessous de cet électromoteur est clavetée sur l'arbre 10 une roue centrifuge 16 qui, par sa rotation, aspire de l'espace intérieur l'huile de transformateur et la refoule à travers des canaux tubulaires traversant le carter d'étanchéité 18, prévu de manière connue, de sorte que le réfrigérant ne peut pas pénétrer dans ce carter d'étanchéité.Les canaux tubulaires 17 débouchent au-dessus de la face du radiateur 6, face tournée vers l'espace intérieur du moteur d'entraînement et pourvue de nervures 19 disposées en forme de spirale. La vue en plan sur la face intérieure du radiateur 6, représentée sur la figure 2, montre la disposition en forme de spirale des nervures 19. L'huile 12 dissipant la chaleur due aux pertes caloriques du moteur, et qui , pour cette raison, est chaude, parvient par les canaux tubulaires 17 sur le bord intérieur de la surface de refroidissement et est envoyée, dans le sens des flèches indiquées sur les figures, en suivant une spirale et en balayant la plus grande partie de-la surface du radiateur, jusqu'à sa périphérie, et quitte ledit radiateur par une ouverture 20 ménagée dans le carter 3. Grâce à ce guidage du réfrigérant dans le radiateur 6, on dispose d'une grande surface bonne conductrice de la chaleur, sur laquelle l'huile est très intensément refroidie, de sorte que-comme des essais l'ont prouvé même la chaleur due aux pertes de moteurs de pompes très puissants est dissipée avec certitude.Bien entendu, le guidage de l'huile chaude sur la surface de refroidissement n'est pas obligatoirement en forme de spirale. On peut tout simplement imaginer aussi, par exemple, des canaux se développant radialement ou des configurations en forme de serpentins. Selon la disposition des ouvertures d'amenée et d'évacuation, il est en outrè possible, par exemple, par une conformation en spirale bifilaire, de prévoir l'entrée et la sortie de l'huile très proches l'une de l'autre. Les nervures 19 de l'exemple dè réalisation précedent, très simple à réaliser en technique de fonderie, sont recouvertes par le carter d'étanchéité 18 monté au-dessus du radiateur 6, grâce à quoi est assuré le guidage sus-mentionné de l'huile à l'intérieur du radiateur. L'ouverture de sortie 20 établie dans le carter 3 communique avec un tuyau 21 conduisant à nouveau l'huile maintenant refroidie, au-dessus du moteur vers l'espace intérieur 11 du moteur d'entraînement, ce par quoi le circuit de refroidissement se referme sur lui-même. En état de marche entre le côté de la roue mobile centrifuge 9 tourné vers le moteur d'entraînement et le fond du moteur d'entraînement 2, c'est-à-dire dans le cas présent, le radiateur 6, est prévue une fente étroite annulaire 23 à travers laquelle seule une partie très liquide du fluide à extraire peut pénétrer dans l'espace 24 restant libre entre la roue mobile et le radiateur. Les aubes de renvoi 22 disposées de manière connue sur la roue mobile centrifuge 9 et faisant saillie dans l'espace 24 pourvoient à ce que l'espace 24 soit constamment traversé par un écoulement turbulent. Cette conformation entre la roue mobile à aubes 9 et le côté inférieur du moteur d'entraînement 2 évite, de ce fait, de façon certaine, une pénétration et, le cas échéant, un dépôt de crasse et de saletés sur les faces délimitant l'espace 24. La disposition conforme à l'invention du radiateur tire habilement profit de ces données, du fait que la face extérieure du radiateur réchauffé par l'huile constitue une partie de la surface de paroi délimitant l'espace 24, de sorte que la chaleur due aux pertes caloriques du moteur peut êtzetransmise, par l'intermédiaire de la face extérieure du radiateur, à la partie très liquide du fluide s'écouant en turbulence à travers espace 24 sans que l'on risque de dépôts calorifuges et d'incrustations sur la face extérieure du radiateur. Comme mesure supplémentaire pour éviter les dépôts de crasses, il est prévu de rendre lisse cette face extérieure du radiateur 6. Comme il ressort clairement de l'exemple de réalisation décrit et représenté, l'ensemble du circuit fermé de refroidissement fait exclusivement partie du moteur d'entratnement 2 ; le radiateur 6 est une partie intégrante solidaire du moteur d'entraînement 2, de sorte que, par dévissage des boulons filetés 7, le moteur d'entraînement formant une unité en soi peut être détaché sans autres façons de la pompe centrifuge 1. Grace à la disposition particulière du radiateur, est rendu possible le transfert au fluide à extraire de la chaleur due aux pertes, par l'intermédiaire d'une surface intermédiaire, qui est balayée par une partie très liquide du fluide à extraire en écoulement rapide continu, sans risque d'encrassement calo- rifuge de cette surface intermédiaire. La réalisation conforme à l'invention d'un groupe moto-pompe immersible n'est pas limitée à l'extraction de boues, d'eaux usées ou de matières fécales. Grâce à sa constitution étanche à liteau, et à une circulation de réfrigérant auto-propulsée, et en particulier, grâce à la possibilité offerte par l'invention, de séparer les deux éléments essentiels du groupe moto-pompe et de remplacer la pompe proprement diteoulemoteur d'entratnement, le groupe moto-pompe peut aussi être utilisé à poste mobile dans des travaux de fondation à grande profondeur et lors de catastrophes dues aux intempéries. Si l'obligation se présente d'extraire des fluides très chauds, on peut prévoir un radiateur supplémentaire à l'extérieur du moteur d'entraînement, par exemple dans le tuyau de refoulement 21. REVENDICATIONS 1 - Ensemble de pompe immersible équipé d'une pompe centrifuge et d'un moteur d'entraînement submersible susceptible d'être solidarisé de celle-ci, et pour le refroidissement duquel est prévu un circuit fermé de refroidissement commandé mécaniquement caractérisé en ce que le circuit de refroidissement passe à l'intérieur du moteur d'entraînement par un radiateur qui est réuni avec les autres parties du moteur d'entraînement en un bloc unitaire clos sur lui-même de façon étanche et rendu amovible de la pompe centrifuge. 2 - Ensemble conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur est monté sur une face du moteur d'entraînement tournée vers la pompe centrifuge. 3 - Ensemble conforme à l'une ou aux deux des revendications précédentes, caractérisé en ce que le côté du radiateur tourné vers du moteur d'entrainement présente une ou plusieurs nervures développées en forme de spirale et servant au refroidissement du réfrigérant. 4 - Ensemble conforme à l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le côté du radiateur opposé à l'intérieur du moteur d'entraînement présente une surface se trouvant en contact avec les matières à extraire de la pompe centrifuge, surface rendue, de préférence, lisse pour éviter un dépôt de crasses.