Brevet FR2285533A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne un dispositif de pompage amélioré et plus particulièrement, bien que de façon non exclusive, un dispositif utilisé pour pomper des matériaux fluides contenant des poches de gaz entratnées. De tels matériaux peuvent être, par exemple, des boues gazeuses et/ou des matériaux analogues qui dégagent des gaz lorsqu'ils circulent dans une pompe centrifuge, et également des liquides qui contiennent de l'air entraîné du fait, par exemple, de entrée d'air dans le tuyau d'aspiration d'une pompe centrifuge du fait de l'exposition de l'entrée de ce tuyau. On sait qu une pompe centrifuge à impulseur peut être bloquée par des gaz du fait de l'accumulation de poches de gaz autour des pales de l'impulseur, provenant, soit du gaz propre à l'intérieur du matériau pompé et dégagé du fait de l'agitation du matériau à l'intérieur de la pompe, soit du fait d'une entrée d'air inopportune dans l'aspiration de la pompe. C'est un but de la présente invention de procurer un dispo-. sitif de pompage amélioré comportant une pompe à impulseur centrifugue, dans lequel on réduit la tendance quota l'impulseur de la pompe à être bloqué par des poches de gaz formées à l'intérieur de celle-ci. En conséquence, la présente invention procure un dispositif de pompage comprenant une pompe centrifuge à impulseur à une seule entrée, et des moyens pour maintenir une pression réduite dans la volute de la pompe sur le c8té arrière de l'impulseur opposé à l'entrée unique jusqu'à l'entrée ou "oeil" de l'impulseur, lors du fonctionnement de la pompe. Dans un dispositif selon la présente invention, toutes les poches d'air formées à l'intérieur de la volute de la pompe autour des pales de l'impul ur, sur le c8té entrée de celui-ci, tendent à être aspirées autour de la périphérie de l'impulseur jusqu'à la zone de pression réduite à l'arrière de l'impulseur ; ainsi, la tendance au blocage de l'impulseur par les gaz est réduite. Un dispositif selon l'invention procure donc un moyen plus efficace de pomper des matériaux tels que des boues gazeuses, et est également susceptible de tenir compte des conditions de " ronflement" survenant lorsque le niveau d'un liquide aspiré par une pompe centrifuge tombe momentanément en dessous de l'extrémité d'un tuyau d'aspiration de la pompe, ce qui provoque l'admission dans celle-ci d'un mélange de liquide et d'air.De telles conditions surviennent fréquemment, par exemple, lors de travaux d'assèchement des sols. De préférence, la pression réduite maintenue sur le côté arrière de l'impulseur d'une pompe centrifuge provient d'une pompe à vide en marche continue et, dans ce cas, il est nécessaire que tout matériau liquide aspiré depuis le côté arrière de l'impulseur du fait de cette pression réduite, ne puisse atteindre la pompe à vide. Par ailleurs, il est souhaitable que tout liquide s accumu- lant à l'arrière de l'impulseur soit régulièrement évacué de la pompe, afin d'empêcher la constitution d'un joint d'étanchéité liquide sur l'arrière de l'impulseur. Un tel joint liquide empêcherait le passage des gaz depuis la zone entourant la périphérie des pales de l'impulseur jusqu'à la zone de pression réduite à l'arrière de cet impulseur. Selon une réalisation préférée de l'invention, les moyens pour maintenir la pression réduite comportent une chambre à liquide disposée pour se trouver, en service, au-dessus du niveau de la volute de la pompe centrifuge, cette chambre à liquide communiquant avec la volute sur le côté de l'impulseur opposé à l'unique entrée jusqu'à l'oeil de l'impulseur, un moyen d'obturation réglé en fonction du niveau du liquide dans cette chambre à liquide et disposé initialement pour raccorder l'intérieur de cette chambre à une source de vide et ensuite, lorsque le niveau du liquide s'élève à l'intérieur de la chambre, à l'atmosphère, et des moyens disposés, lorsque cette chambre à liquide est raccordée à l'atmosphère, pour faire évacuer par cette pompe centrifuge la chambre à liquide du liquide qui s'y trouve. Afin de permettre une évacuation plus efficace des gaz des zones à l'intérieur de la périphérie de l'impulseur, cet impulseur comporte de préférence des passages d'évacuation de gaz s'étendant à travers le disque de l'impulseur. De préférence, ces passages de gaz partent d'orifices disposés sur le côté basse pression des pales de l'impulseur, en se référant au sens de rotation de l'impulseur. De façon avantageuse, une multiplicité de tels orifices est disposée au voisinage de chaque pale de l'impulseur, sous forme de séries radiales. Au moins cette partie de chaque passage d'évacuation des gaz se trouvant au voisinage de la face de l'impulseur peut s'étendre radialement vers l'extérieur du côté de cette face, pour faciliter l'enlèvement par la force centrifuge de toute matière solide tendant à colmater ces passages. Selon une réalisation de l'invention, les moyens faisant évacuer par la pompe centrifuge la chambre à liquide du liquide qui s'y trouve comportent un tuyau de retour partant de cette chambre à liquide et allant jusqu'à la volute sur le côté de l'entrée unique de l'impulseur, ce tuyau de retour étant équipé d'un clapet unidirectionnel disposé pour être ouvert lorsque la pression à l'intérieur de la chambre à liquide est supérieure à celle sur le côté entrée de la pompe. En variante, ces moyens peuvent comporter une multiplicité de pales d'impulseur secondaires prévues sur le côté arrière de l'impulseur, la disposition étant telle que, lorsque la chambre à liquide est raccordée à l'atmosphère, ces pales d'impulseur secondaires servent à refouler le liquide de la chambre à liquide jusqu'au côté aspiration de l'impulseur. L'invention sera bien comprise dans la description détaillée, donnée ci-après, d'un exemple de réalisation, en liaison avec le dessin joint, sur lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation en coupe d'un dispositif de pompage selon l'invention - la figure 2 est une vue en élévation frontale de l'impulseur de la pompe centrifuge représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, de l'impulseur représenté sur la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue schématique en élévation et en coupe d'une variante de l'appareil selon l'invention. On se reporte maintenant au dessin ; un dispositif selon l'invention comprend une pompe centrifuge qui est d'un type classique à entrée unique, dans laquelle le fluide à pomper passe à travers un tuyau d'aspiration 2 jusqu a un oeil 3 de l'impulseur 4 de la pompe et est évacué par une sortie périphérique, non représentée. Le carter 1 de la pompe comporte un conduit de sortie 6 communiquant avec la volute de la pompe à l'arrière de l'impulseur. Par ailleurs, la pompe a un tuyau de retour 7 communiquant avec le côté aspiration de la pompe, et contrôlé par un clapet anti-retour 8. Les tuyaux 6 et 7 sont raccordés à une chambre à liquide 9 contenant une soupape à flotteur 10 pour régler le raccordement de la chambre 9, soit à une pompe à vide, soit à l'atmosphère. La pompe à vide, la chambre 9 et la soupape à flotteur associée 10 peuvent être de tout type classique utilisé pour l'amorçage des pompes à liquide centrifuges, voir par exemple les Brevets britanniques Nos. 755,249 et 1,342,086. L'impulseur 4 de la pompe centrifuge est d'un type classique comportant un disque d'impulseur 4a et des pales d'impulseur 4b en partant axialement ; mais l'impulseur est modifié par la présence de passages de gaz 13 s'étendant à travers le disque de l'impulseur et par de petites pales radiales 4c à l'arrière de l'impulseur (figure 3). Les passages de gaz peuvent, soit s'étendre totalement à travers le disque d'impulseur jusqu'à une zone de basse pression derrière le disque, soit, comme il est représenté plus en détail sur la figure 3, communiquer avec un passage radial 14 s'étendant depuis la région du moyeu du disque jusqu'à sa périphérie. Le disque d'impulseur 4a est doublé par une plaque de frottement 15 définissant un passage de gaz 15a faisant communiquer le tuyau 6 et le passage 14 à l'intérieur de l'impulseur.L'impulseur 4 est entraîné par un arbre 16 d'un moteur (non représenté) auquel la pompe est raccordée par une pièce de liaison 17. L'arbre 16 est fixé à étanchéité à l'intérieur du carter de pompe 1 au moyen d'un produit de garniture à base de graisse 18 maintenu à l'inté- rieur d'un support 19. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. La pompe 1 et la pompe à vide (non représentée) sont toutes deux disposées pour fonctionner en continu ; lors du démarrage de la pompe 1, la chambre à liquide 9 est vide de sorte qu elle est soumise à une dépression en provenance de la pompe à vide, la pompe 1 étant également soumise à une dépression par l'intermédiaire du tuyau 6. A ce moment, le clapet anti-retour 8 est fermé par la pression réduite qui règne à l'intérieur du tuyau 7. Le vide à l'intérieur de la pompe 1 facilite l'amorçage de cette dernière jusqu a ce que le matériau à pomper ait atteint l'oeil 3 de l'impulseur 4.La pompe 1 commence alors à pomper du matériau fluide depuis le tuyau d'aspiration 2 jusqu'à la sortie de refoulement, de la manière classique ; dans le cas d'un liquide aspiré de la pompe 1 jusqu'à la chambre à liquide 9 par le tuyau 6, la soupape à flotteur 10 fonctionne pour soumettre la pompe 9 à la pression atmosphérique. En conséquence, la pression atmosphérique règne à l'intérieur du tuyau 7 et le liquide sera aspiré de la chambre 9 à travers le tuyau 7 et le clapet anti-retour 8 du fait de l'aspiration à l'oeil de l'impulseur 3. Le liquide restant à l'arrière de l'impulseur 4 et à l'intérieur du tuyau 6 sera également refoulé sur le côté aspiration de la pompe par l'Intermédiaire des pales d'impulseur arrière 4c. Lorsque l'on pompe des boues de nature gazeuse, la boue tend à dégager le gaz qui s'accumule en poches 20 derrière les pales de l'impulseur dans les zones à basse pression (voir figure 3). Cependant, la pression réduite maintenue à l'arrière de l'impulseur par la pompe à vide fait que le gaz est évacué de ces poches par l'intermédiaire des passages 13 et 14, de sorte qu'on empêche effectivement le blocage de l'impulseur par les gaz. On empêche toute tendance au colmatage des passages 13 par des produits solides par l'inclinaison radiale vers l'extérieur de ces passages, cette inclinaison entratnant la projection des matières qui s'y trouvent vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge. Cependant, même au cas où ces passages 13 seraient bloqués, le gaz peut s'évacuer des poches autour de toute la longueur de la périphérie extérieure du disque de l'impulseur, de sorte que le rendement de la pompe dans le traitement des boues gazeuses est considérablement amélioré. L'évacuation des gaz entratnés de la manière décrite ci-dessus est également efficace lorsque l'on pompe des liquides qui peuvent contenir des gaz entraSnés, par exemple du fait de fuite d'air arrivant danse tuyau d'aspiration 2. En outre, le dispositif décrit permet l'amorçage initial de la pompe centrifuge à partir de l'arrière de l'impulseur plutôt que de l'avant, comme c'est classique dans le cas des pompes centrifuges horizontales ; ce fait est très avantageux pour empêcher des particules solides importantes de passer dans la chambre 9 et de s'y accumuler, ainsi que dans la réduction des conséquences de toute fuite désavantageuse de gaz à travers le joint d'arbre de l'impulseur.On envisage également que cet amorçage à partir de l'arrière de l'impulseur puisse s'appliquer à des pompes verticales exposées, c'est-à-dire dans lesquelles l'axe de l'impulseur est vertical ce qui peut permettre d'utiliser ces pompes dans des conditions exigeant jusqu'ici une pompe submersible. Sur la figure 4 est représentée une autre variante du dispositif selon l'invention, dans lequel la nécessité d'un tuyau de retour 7 et d'un clapet unidirectionnel 8 est évitée. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas où l'on désire pomper des matériaux contenant des solides qui peuvent venir gêner le fonctionnement du clapet 8. Dans la figure 4 les parties 5 dispositif correspondant à celles montrées sur la fifre 1 portent les mêmes références et ne sont pas décrites ici as snre plus détaillée.Dans ce dispositif, la suppression a tsa de retour 7 est rendue possible par le fait que 'cn pré-To arrfie're de l'impulseur des pales 4c pour effectuer l'évacuation du liquide se trouvant dans le tuyau 6 ainsi que dans la chambre 9 Jusqu'au côté entrée de la pompe, en passant dans l'espace entre les pales 4c. Cependant, afin de fournir un temps suffisant pour le pompage complet de la chambre 9 à l'aide de ces moyens, le mécanisme de soupape à flotteur usuel décrit en référence à la figure 1 est remplacé par un mécanisme de soupape à flotteur modifié construit de la façon suivante. Au-dessus du flotteur 10 se trouve une ouverture 27 communiquant avec une partie supérieure 28 de la chambre du flotteur qui contient une soupape à boulet 29 coopérant avec un orifice de soupape 30. L'orifice 30 communique avec une chambre secondaire 31 qui, dans un but pratique, peut être considérée comme une continuation de la chambre du flotteur 9. La chambre 31 communique d'une part, par l'intermédiaire d'une autre ouverture, d'un passage d'échappement comprenant une chambre de filtrage 34, un filtre 35 et une ouverture d'évacuation 36, avec une source de vide (non représentée) et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un passage 39, d'une chambre 43 et d'un orifice 45, avec l'atmosphère. La pompe comprend en outre un réservoir d'air 42 qui communique avec le passage 39 par l'intermédiaire d'un orifice d'écoulement d'air 41. Le flotteur 10 est relié à une tige 37 à laquelle sont fixées respectivement une première soupape 32 pour fermer l'ouverture 37 et une seconde soupape 38 pour ouvrir le récipient 45 à l'atmosphère. En outre, un organe en équilibre 40 monté sur la tige 37 et fixé à étanchéité au moyen d'une membrane 44, est disposé entre le réservoir d'air 42 et le passage d'échappement jusqu'à la source de vide. La tige 37 est montée à coulissement dans des paliers 46 et 47 > et le palier 47 est monté à étanchéité contre entrée d'air ou de liquide au moyen d'une membrane 48. Le palier 46 peut être monté à étanchéité de la même manière si nécessaire. Le fonctionnement de ce mécanisme de soupape est le suivant Lors du démarrage de la pompe avec le tuyau d'aspiration couvert, le système d'évacuation déplace l'air de la manière suivante : la pression est réduite à la source de vide, ce qui entrasse un courant allant du tuyau d'aspiration jusqu'au carter de la pompe L'air continue à être aspiré autour des pales arrières 4c de l'impulseur 4, celles-ci étant sèches à ce stade, et à travers le tuyau 6 jusqu'à la chambre du flotteur 9. En passant au-delà du flotteur 10 l'air passe à travers l'ouverture 27 ouverte et dans la partie supérieure 28 de la chambre dans laquelle tout liquide porté par l'air est arrêté avant que l'air passe au-delà de la soupape à boulet 29 et à travers l'orifice de soupape 30 jusque dans la chambre 31.L'air passe ensuite devant la soupape 32 à travers l'orifice de soupape 33 jusqu a la chambre de filtrage 34. I1 passe ensuite à travers le filtre 35 et continue jusqu'à la sortie d'évacuation par l'ouverture 36. A cause de la chute de la pression interne, le milieu pompé suit le chemin de l'air décrit ci-dessus > et une fois qu'il a dépassé l'oeil 3 de.l'impulseur 4, la pompe est amorcée. Le liquide continue à monter jusque dans la chambre du flotteur 9, cependant, et lorsqu'il a atteint le point de flottaison du flotteur 10, il fait monter celui-ci. Lors de la montée du flotteur 10, la soupape 32 est fermée contre l'orifice de soupape 33, qui ferme de manière étanche le système d'évacuation et la soupape 38 est amenée à s'ouvrir, permettant à l'air d'être admis à la pression atmosphérique.L'air atmosphérique passe ainsi à travers l'orifice 45 et le passage 39 jusqu'à la chambre 31 et de là > en passant par l'orifice de soupape 30, jusqu'à la partie supérieure 28 de la chambre du flotteur et recueille toute humidité résiduaire avant d'être évacué par l'ouverture dans la partie principale de la chambre 9 du flotteur, élevant ainsi la pression dans cette chambre. Cette augmentation de pression amène le liquide à tomber en dessous du point de flottaison du flotteur et à l'aide de l'action de pompage des pales 4c de l'impulseur 4, l'eau est extraite par pompage de la chambre du flotteur. Quand le flotteur s'élève et que l'élément de soupape 32 est fermé, la soupape 38 est ouverte et un vide maximum est produit dans le passage d'échappement. L'air atmosphérique est admis par l'orifice 45 et l'orifice 41 dans le réservoir 42 jusqu a un point au-dessus de l'élément 40 et par le passage 39 et la chambre 31 en un point en dessous de la soupape 32. Une chute de pression se produit ainsi à travers l'4lément en équilibre 40 et la soupape 32. En conséquence, en équilibrant les surfaces des éléments 32 et 4Q, il nty a pas de force étrangère agissant soit vers le haut soit vers le bas provoquant le mouvement de la tige 37, abstraction faite du poids de la tige 37 et des pièces constitutives qu'elle porte. Cependant, la présence de l'orifice 41 et du réservoir 42 stabilise initialement ce système de soupape équilibré pendant une courte période suivant la fermeture de la soupape 32 de sorte qu'un temps suffisant s'écoule pour que tout le liquide soit pompé de la chambre 9 du flotteur avant que le flotteur 10 et les soupapes 32 et 38 ne tombent. Ceci est obtenu par le fait que l'orifice 41 diminue la vitesse à laquelle l'air au-dessus de l'élément 40 dans la chambre 42 acquiert la pression régnant dans la chambre 31 en dessous de la soupape de sortie 32. En conséquence, il y a une force résultante due à la pression différentielle de chaque côté de la chambre 34 maintenant la soupape 32 fermée. Une fois que tout le liquide est pompé de la chambre 9 du flotteur, les passages à l'arrière de l'impulseur sont libres de liquide provenant de cette source et il y a à nouveau un passage libre pour l'air de7at être amené dans la chambre du flotteur. Aussitôt que l'équilibre du système de soupape est rétablit le flotteur 10 est libre de tomber et la source de vide est reliée à nouveau à la chambre 9 du flotteur en vue d'un réamorçage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage comprenant une pompe centrifuge à impulseur à une seule entrée, caractérisé en ce que cette pompe comporte des moyens pour maintenir une pression réduite dans la volute (1) de la pompe sur le côté arrière de l'impulseur (4) opposé à l'unique entrée jusqu'à l'oeil de l'impulseur, lors du fonctionnement de la pompe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir la pression réduite comprennent une chambre à liquide (9) disposée pour se trouver, en service, audessus du niveau de la volute (1) de la pompe centrifuge, cette chambre à liquide (9) communiquant avec la volute (1) sur le côté de l'impulseur opposé à l'entrée unique jusqu'à l'oeil (3) de l'impulseur, des moyens d'obturation (32, 38) réglés en fonction du niveau du liquide à l'intérieur de la chambre à liquide (9) et disposés pour raccorder initialement l'intérieur de cette chambre (9) à une source de vide et ensuite, lorsque le niveau du liquide s'élève à l'intérieur de la chambre (9), avec ltatmosphère, et des moyens (7, 8, 4c) disposés, lorsque la chambre à liquide (9) est raccordée à l'atmosphère, pour évacuer par la pompe centrifuge le liquide de cette chambre à liquide (9). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'impulseur (4) a des passages d'évacuation de gaz (13) s'étendant à travers le disque d'impulseur (4a) pour permettre l'évacuation des gaz depuis les zones à l'intérieur de la périphérie de l'impulseur (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les passages de gaz (13) s'étendent depuis des orifices disposés sur le côté basse pression des pales d'impulseur (4b), en se référant au sens de rotation de l'impulseur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une multiplicité de ces orifices est disposée au voisinage de chaque pale d'impulseur (4b), sous forme de séries radiales. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 > caractérisé en ce qu'au moins cette partie de chaque passage de gaz (13) au voisinage de la face de l'impulseur s'étend radialement vers l'extérieur du côté de cette face. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour évacuer par la pompe centrifuge le liquide situé à l'intérieur de cette chambre compren nent un tuyau de retour (7) s'étendant de la chambre à liquide (9) jusqu'à la volute (1) sur le côté de la seule entrée de l'impulseur (4), ce tuyau de retour (7) étant équipé d'un clapet unidirectionnel (8) disposé pour être ouvert lorsque la pression à l'intérieur de la chambre à liquide est supérieure à celle régnant sur le côté entrée de la pompe. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour évacuer par la pcmpe centrifuge le liquide de cette chambre à liquide comprennent une multiplicité de pales d'impulseur secondaires (4c) montées sur le côté arrière de l'impulseur (4), la disposition étant telle que, lorsque la chambre à liquide est raccordée à l'atmosphère, ces pales d'impulseur secondaires (4c) servent à refouler le liquide de la chambre à liquide jusqu'au côté aspiration de l'impulseur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (41, 42) pour retarder la réponse desdits moyens d'obturation à la chute du niveau du liquide à l'intérieur de la chambre à liquide, afin de permettre une évacuation complète du liquide de cette dernière.