Brevet FR2053325A1 — publié le 19710416

1. 2052325 L'invention concerne les pompes centrifuges à arrivée de fluide unique, ou à une ouïe, à un ou plusieurs étapes, à axe vertical ou éventuellement horizontal, dans lesquelles le fluide amené à la nompe par le conduit d'aspiration subit un changement 3 de direction avant l'entrée dans la roue mobile. Plus particulièrement, l'invention est relative à des perfectionnements apportés aux pompes centrifuges de ce type et concerne également les pompes ainsi perfectionnées, ces perfectionnements visant essentiellement è prévoir des moyens pour assurer l'accès et le 10 transfert du fluide, jusqu'à la section d'entrée de la roue mobile, dans les conditions fluido-dynamiques les plus favorables, afin d'obtenir un rendement élevé de la pompe et d'en améliorer les caractéristiques empêchant la cavitation. On sait que dans certaines applications particulières, par 15 exemple dans le chargement des pétroliers, ri est nécessaire d'envoyer le fluide à la section d'aspiration de la roue mobile par la vcie de conduites dont l'axe ne coïncide pas avec l'axe normal à ladite section, donc avec l'axe de la roue mobile, mais présente une inclinaison normalement voisine ou égale à 90°, ce 20 qui exige évidemment de faire subir au fluide un changement de direction correspondant;, afin qu'il puisse être alimenté régulièrement, dans la direction axiale, à la roue mobile. L'ix-.ter-position de coudes dans les conduites d'aspiration, pour provoquer ledit changement de direction du fluide, est possible ; 25 cependant, cette solution entraîne plusieurs problèmes et inconvénients dont la portée conduit souvent à y renoncer. En fait, les coudes à petit rayon de courbure provoquent des pertes considérables et créent des variations préjudiciables dans le régime de distribution des vitesses du fluide. D'autre part, 50 les coudes à grand rayon de courbure exigent un encombrement qui n'est pas toujours disponible et, dans le cas de pompes à axe vertical, augmentent la hauteur d'aspiration. Pour éviter les inconvénients ci-dessus et d'autres désavantages liés A des applications particulières, rencontrées surtout ^5 à bord des navires ou, de toute façon, dans lesquelles l'économie d'espace et la réduction de la hauteur d'aspiration jouent un rôle d'imnortance fondamentale, on a proposé l'emploi de pompes comportant, en amont de la section d'aspiration de la roue mobile, une chambre de stockage pour le fluide, où le fluide 40 entre à 90° par rapport à l'axe de la roue mobile et d'où il 70 27944 2. 2053325 est retiré dans la direction axiale. Cependant, si cette chambre permet de réduire les volumes totaux et la hauteur géométrique d'aspiration par rapport aux solutions comportant des conduites coudées, elle entraîne une distribution défavorable du fluide à 5 son intérieur, celui-ci étant assujetti à une turbulence considérable et arrivant par suite à la zone d'aspiration de la roue mobile dans des conditions de distribution irrégulière de ses vitesses, avec comme conséquence une réduction indésirable des caractéristiques fluido-dynamiques lors de la phase d'aspiration, 10 et une augmentation de la tendance de la pompe aux conditions de cavitation. Dans le cas d'application, déjà mentionné, au chargement de pétroliers, ou pour des emplois analogues, par exemple dans les procédés chimiques, dans lesquels le liquide pompé (brut 15 par exemple) contient des fractions légères et lourdes, et la pression d'aspiration varie entre une valeur maximale et une valeur minimale, il est d'importance essentielle que les gaz dissous et la portion des fractions légères qui est libérée pendant la diminution de la pression d'aspiration, soient éva-20 cués avant d'atteindre la roue mobile,' de manière que la pompe puisse être maintenue en état de marche. Dans les pompes du type susmentionné antérieurement connues, on a effectué l'élimination desdits gaz et/ou vapeurs au moyen d'un réservoir placé immédiatement en amont de la pompe, relié à une installation 25 séparée de pompes à vide qui aspirent les gaz et vapeurs recueillis dans ce réservoir. Cependant, cette installation est coûteuse et encombrante, surtout dans le cas d'utilisation à bord de navires, où l'espace joue un rôle d'importance vitale. Par conséquent, un but principal de la présente invention 30 est de réaliser des perfectionnements à apporter aux pompes centrifuges du type susmentionné, dont l'accès est dévié par rapport à l'axe de la roue mobile, ces perfectionnements permettant d'éliminer les inconvénients susmentionnés des systèmes antérieurement connus comportant des conduites coudées ou une 35 chambre en amont de l'aspiration, en prévoyant des moyens qui permettent d'amener le fluide à la roue mobile substantiellement sans en modifier l'écoulement uniforme ni la disposition uniforme des vitesses, et tout en réalisant une réduction avantageuse de l'encombrement, comparable à celle qui est obtenue 40 par l'adoption d'une chambre collectrice à l'aspiration. 70 27944 3. 2053325 Un autre but de l'invention est de réaliser une pompe centrifuge à arrivée de fluide unique, de type perfectionné, à un ou plusieurs étages, dans laquelle il est prévu des moyens permettant d'effectuer ladite déviation, de préférence sensiblement 5 de l'ordre de 90°, du courant de fluide depuis la conduite d'adduction à la section d'aspiration de la roue mobile, de sorte que ledit fluide puisse se présenter à ladite section d'aspiration de la roue mobile dans des conditions de distribution substantiellement uniforme de ses vitesses, et substantiellement 10 exempt de turbulence, indépendamment des irrégularités éventuelles subsistant dans le courant de fluide s'écoulant dans la conduite d'adduction. Un autre but de l'invention est de réaliser une pompe perfectionnée du type et aux caractéristiques d'adduction du fluide 13 en aspiration sus-spécifiés, dans laquelle ledit réservoir séparé pour recueillir les gaz et vapeurs libérés du fluide en phase d'aspiration, est éliminé. Un autre but de la présente invention est de réaliser une pompe centrifuge perfectionnée comportant des moyens d'aspira-20 tion qui possèdent les caractéristiques et particularités plus haut énoncées, et qui peuvent être réalisés d'une manière facile selon des systèmes techniques usuels. Pour atteindre ces buts et d'autres avantages de l'invention qui ressortiront à la lecture de la description suivante, 25 les perfectionnements selon l'invention, apportés aux pompes centrifuges, sont caractérisés essentiellement par la combinaison de moyens capables de conférer aux filets fluides amenés vers l'aspiration -une disposition suivant un trajet sensiblement circonférentiel, en spirale ou hélice par rapport à l'axe de la 30 roue mobile ; et de moyens aptes à effectuer le prélèvement graduel et continu desdits filets fluides dudit trajet, et leur conduite en direction radiale puis axiale vers la roue mobile, tout en éliminant de ces filets fluides la composante de vitesse tangentielle et leur assurant une distribution substantiellement 35 uniforme des vitesses axiales. Préférablement, les moyens précités sont constitués, dans une pompe centrifuge à arrivée de fluide unique, perfectionnée selon l'invention, par une volute ou colimaçon d'aspiration, formant un conduit en hélice ou spirale, et par au moins une 40 rangée radiale de palettes uniformément réparties dans la sec 70 27944 2053325 tion de sortie de ladite volute et telles qu'elles soient à même de prélever d'une façon graduelle et continue le fluide de cette volute, pour l'envoyer axialement à la roue mobile, en convertissant la composante de vitesse tangentielle de ce fluide 5 en composante axiale dans des conditions de distribution des vitesses substantiellement uniforme et d'absence de turbulence. En fait, la combinaison de ladite enveloppe à volute et desdites palettes radiales, permet au fluide d'être guidé convenablement tout le long de son trajet depuis l'entrée du corps de pompe 10 jusqu'à la roue mobile, tout en lui assurant la régulation de la distribution relative des vitesses, ce qui permet d'obtenir que la déviation nécessaire ait lieu sans turbulences ni irrégularités, donc de façon que le fluide se présente à la roue mobile dans les conditions les meilleures. 15 Selon un mode d'exécution particulièrement préféré, ladite volute, qui peut être constituée avantageusement à partir de deux moulages distincts, dont un porte les palettes, peut comprendre au moins une chambre séparée, indépendante, comme structure, de ladite volute, mais reliée pneumatiquement à la 20 zone supérieure ou ciel de celle-ci, de'façon que dans cette chambre puissent être recueillis les gaz ou les vapeurs séparées du fluide, qui sont écacués ensuite par l'entremise d'une installation de pompage particulière. Cette disposition permet d'éviter la nécessité d'un réservoir encombrant et coûteux, 25 placé en amont de la pompe dans les installations antérieurement connues. Toutes ces caractéristiques et d'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront au cours de la description suivante et à l'examen des dessins annexés qui 50 montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes d'exécution préférés de l'invention. Sur ces dessins : Fig. 1 montre schématiquement une réalisation selon l'invention, pour l'aspiration du fluide dans une pompe centrifuge dont l'entrée est placée à 90° par rapport à l'axe de la roue 35 mobile, Fig. 2 montre, en coupe axiale, un mode de réalisation de l'invention d'une pompe centrifuge à un étage, à arrivée de fluide unique et à axe vertical, Fig. 3 montre, en coupe axiale, un autre mode de réalisa-40 tion.de l'invention, d'une pompe à plusieurs étages, dont 70 27944 5- 2053325 l'arbre est supporté par des roulements à billes à ses deux extrémités, et Fig. 4 est une coupe suivant IV-IV de fig. J. On se référera tout d'abord à la fig. '1 qui montre schéma-5 tiquement le dispositif d'aspiration selon l'invention, dans le cas d'une pompe centrifuge dont l'entrée est orientée à 90° par rapport à l'axe de la roue mobile. Flus précisément, l'entrée a lieu suivant la flèche X, tandis que le liquide doit être successivement dévié de manière qu'il puisse sortir dans la direc-10 tion perpendiculaire au dessin, suivant l'axe de la roue mobile qui se trouve situé en Y. Selon l'invention, cette déviation est réalisée en obligeant tout d'abord le fluide, et plus précisément les filets fluides, à suivre un trajet circonférentiel ou en spirale par 15 rapport audit axe Y de la roue mobile, moyennant une enveloppe à volute ou colimaçon A, puis en prélevant d'une façon graduelle et continue le fluide de ce courant pour le faire dévier dans ladite direction axiale, avec les caractéristiques désirées pour ce qui concerne l'uniformité de la distribution et les direc-20 tions des vitesses. Ces prélèvement et distribution sont obtenus par l'action d'au moins une rangée radiale B de palettes (représentées schématiquement sur fig. 1 avec des indices) qui prélèvent les filets fluides individuels, ôtent à ces filets la composante de vitesse tangentielle, et les font dévier dans ladite 25 direction axiale d'une manière essentiellement uniforme pour chaque filet. Plus précisément, en se référant à la fig. 1, dans le colimaçon A, dont la réduction de la section a lieu radiale-ment par exemple, les filets fluides F^...Fq entrent tangentiel-lement et effectuent un mouvement sensiblement circulaire jus-30 qu'à ce qu'ils soient prélevés, dans la section C de sortie de la volute, par l'action d'une palette radiale correspondante B^...Bn, qui provoque ladite élimination de la comiosante tangentielle et ladite déviation vers l'axe. La distribution des filets fluides précités et leur prélèvement, comme illustré, 35 permettent avantageusement de faire dévier le fluide de la direction X vers l'axe puis suivant l'axe, en le maintenant dans lesdites conditions fluido-dynamiques appropriées. La fig. 2 montre une volute aspirante destinée particulièrement à l'application dans une pompe à axe vertical à un étage. 40 Dans cette volute, la section interne 10 décroît dans la direc 70 27944 6. 2053325 tion axiale, plutôt que dans la direction radiale comme dans la volute de fig. 1, le fluide étant prélevé ou entraîné dans la partie inférieure de la volute à travers une zone d'adduction 11 raccordant la section axiale de sortie 12 de ladite volute avec 5 le canal 13 d'amenée à la roue mobile, ladite zone 11 étant pourvue d'une pluralité de palettes radiales 14, conformées sensiblement comme les palettes de fig. 4 et dont l'action a lieu comme précédemment indiqué en relation à la fig. 1. D'une manière avantageuse, dans le cas de la pompe à axe 10 vertical illustrée, on a prévu, au-dessus de la partie supérieure de la volute 10, une chambre 15 dans laquelle les gaz et vapeurs entraînés par le liquide et libérés de celui-ci sont reçus à travers la fente annulaire 16 qui établit la communication pneumatique entre volute 10 et chambre 15» Cette chambre 15 qui permet d'éviter d'une manière avantageuse la nécessité du réservoir collecteur d'amont précité, peut être déchargée par l'ouverture 17, au moyen d'une installation prévue à cet effet, non illustrée sur le dessin. D'une façon également avantageuse, lesdites volute aspi-20 rante 10 et chambre 15 peuvent être réalisées à partir de deux moulages distincts 18 et 19 respectivement, dont le second comporte les palettes 14. Ces pièces moulées sont reliées l'une à l'autre, en 20 par exemple, de manière à former entre elles la rainure annulaire d'évacuation 16 précitée. 25 La pompe centrifuge avec volute aspirante selon l'inven tion, peut être pourvue, comme illustré sur fig. 2, d'une roue mobile auxiliaire d'alimentation 21, la présence de ladite volute aspirante étant dans ce cas particulièrement avantageuse. En fait, on a pu constater au cours d'essais que ces roues auxi-30 liaires sont extrêmement sensibles aux conditions de l'écoulement en phase d'aspiration. Cependant, il est évident que des avantages analogues, même s'ils sont quantitativement moins importants, sont obtenus en appliquait la volute aspirante à tout autre type de pompe, indépendamment de la présence d'une 35 roue auxiliaire. Enfin, la volute illustrée sur fig. 2 peut être utilisée, si elle est pourvue de pieds 22, comme élément de support pour la pompe. Sur les fig. 3 et 4, on a représenté l'application d'une 40 volute aspirante 10' à une pompe à plusieurs étages dont l'ar 70 27944 7. 2053325 bre 23, au lieu d'être monté en porte-à-faux comme dans le mode de fig. 2, est monté par ses deux extrémités dans des roulements à billes. Dans ce cas encore, l'entrée a lieu dans la direction X, le fluide étant guidé ensuite dans la direction Z, parai -5 lèlement à l'axe Y de la pompe. Dans la fig. 4, la conformation des palettes radiales 14', qui correspondent sensiblement aux palettes 14 de fig. 2, est mise particulièrement en évidence, ces palettes guidant le fluide sous les conditions précédemment mentionnées. Comme dans les modes précédents, la volute de fig. 10 3 peut être réalisée par l'assemblage de deux moulages 18', 19' dont le moulage 19' comporte les palettes 14' et peut constituer le logement pour l'un des roulements à billes de l'arbre 23. Pour le reste, la volute des fig. 3 et 4 correspond substantiellement à celle de fig. 2, et ses éléments constitutifs 15 ont été indiqués par les mêmes chiffres de référence affectés d'un prime. Dans cette réalisation aussi, la pompe peut être pourvue d'une roue 21', auquel cas les caractéristiques d'uniformité d'écoulement obtenues par la combinaison volute-palettes radiales sont particulièrement avantageuse. 20 En définitive, par conséquent, comme on a pu s'en rendre compte d'après la description précédente et les dessins annexés, les perfectionnements selon la présente invention permettent de réaliser une amenée substantiellement uniforme du fluide à l'entrée de la roue mobile, même sous les conditions d'alimentation 25 critiquas précitées, ce qui se traduit en une amélioration, par rapport aux réalisations antérieures, soit du rendement hydraulique de la machine considérée, soit des caractéristiques anti-cavitation de l'ensemble. De plus, ladite volute aspirante permet d'obtenir une réduction de 1'encombrement.tant par rapport 30 auxdites réalisations antérieures qu'en vue de l'élimination (cas des pompes à axe vertical) du réservoir à gaz et vapeurs précité, la volute étant susceptible, dans ce dernier cas, de fonctionner aussi en élément de support pour la pompe. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes 35 de réalisation décrits et représentés qui ont été donnés à titre d'exemples ; on peut y apporter de nombreuses modifications accessibles à l'homme de l'art sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. 70 27944 8. 2053325 REVENDICATIONS 1. Pompe centrifuge à arrivée de fluide unique, dans laquelle le fluide alimenté au corps de pompe subit un changement de direction avant d'entrer dans la roue mobile, caractérisée 5 par le fait qu'elle comporte : des moyens pour effectuer la distribution des filets fluides amenés à l'aspiration, le long d'un trajet sensiblement circulaire et/ou en spirale ou hélice par rapport à l'axe de la roue mobile ; et des moyens pour effectuer le prélèvement ou entraînement graduel et continu des-10 dits filets fluides hors dudit trajet, pour les amener en direction axiale vers la roue mobile, avec élimination de la composante de vitesse tangentielle, et distribution substantiellement uniforme des vitesses axiales. 2. Pompe centrifuge suivant la revendication 1, caracté-15 risée en ce qu'elle comprend une enveloppe aspirante à volute ou en colimaçon, et au moins une rangée de palettes radiale uniformément réparties dans la section de sortie de ladite volute, lesdites palettes étant propres à prélever ou entraîner d'une façon graduelle et continue le fluide hors de ladite volute et 20 à envoyer axialement ce fluide à la roue mobile, tout en convertissant la composante tangentielle de sa vitesse en composante axiale, sous des conditions dans lesquelles la distribution des vitesses est essentiellement uniforme et les turbulences sont substantiellement absentes. 25 Pompe centrifuge selon la revendication 2, caractérisée en ce que les palettes sont placées dans une zone d'adduction ou de guidage pour le fluide, dérivant radialement de la section circulaire de sortie de la volute et débouchant dans le canal axial d'entrée de la roue mobile. 50 4. Pompe centrifuge suivant la revendication 2, caracté risée en ce que la réduction de section de ladite volute a lieu dans la direction radiale. 5. Pompe centrifuge suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la section de ladite volute décroît dans la 35 direction axiale. 6. Pompe centrifuge suivant la revendication 2, en particulier à axe vertical, caractérisée en ce que la volute comporte à sa partie supérieure des moyens permettant de la relier pneu-matiquement à au moins une chambre séparée, destinée à recueil- 40 lir les gaz dissous ou les fractions volatiles tendant à se 70 27944 9. 2053325 séparer du fluide, ladite chambre étant reliée à des moyens qui permettent d'en évacuer lesdites substances gazeuses ou volatiles. 7. Pompe centrifuge suivant l'une des revendications pré-5 cédentes, caractérisée en ce que le corps de ladite volute est réalisé à partir de deux pièces moulées, une desdites pièces moulées comportant lesdites palettes radiales. 8. Pompe centrifurçe selon les deux revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le corps formant la volute et ladite 10 chambre est réalisé à partir de deux moulages séparés, réunis et rendus solidaires l'un de l'autre de manière à définir, à l'endroit de la partie formant paroi supérieure ou ciel pour la volute, une fente annulaire entre la volute et la chambre, la fente permettant de relier pneumatiquement la volute à la 15 chambre. 9- Pompe centrifuge suivant l'une des revendications précédentes, en particulier du type à axe vertical, caractérisée en ce que le corps de la volute sert d'éléments de support pour le corps de la pompe proprement dite.