Brevet FR2295273A1 — publié le 19760716

La présente invention se rapporte à une pompe centrifuge dans laquelle la ou les roues montées déplaçables dans le sens axial dans des limites déterminées sont,pour la compensation de la poussée axiale,soumises à l'action de forces axiales de même grandeur,mais de sens opposés,dont une est une force de poussée variable dont la grandeur est réglée en fonction de la position axiale de la roue de la pompe de sorte que cette roue se voit appliquer une force de rappel augmentant à mesure qu'elle s'écarte de sa position médians. aette force de poussée variable est engendrée dans une chambre de fluide de pression qui,d'une par*,par un étranglement amont est, raccordée au cJté haute pression de la pompe et qui,d'autre part, par une fente d' étrangIement dont la section transversale varie en fonction de la position axiale de la roue,débouche dans une zone voisine de la sortie de la roue, ces deax étranglements servant en même temps à assurer l'étanchéité de la roue et de l'arbre de cette dernier par rapport au côté haute preesion(brevet R.F.A. 205 314). Pour réduire autant que possible la perte de rendement de la pompe provoquée par l'écoulement en retour qui est nécessaire à la stabilisation dynamique de la poussée axiale et qui s'offectue par les deux étranglements,il est en outre connu(deaande de brevet R.F.A. 1.403 878) de disposer le point de soutirage du courant de retour à la sortie de la roue directrice montée immédiatement en aval de la roue proprement dite,si bien que la perte effective d'énergie reste faible.Cet agencement diminue toutefois la différence de pres- sion qui règne dans la chambre de fluide de pression et qui est produite par un déplacement de la roue par rapport à sa position médiane, et réduit du mdme coup la force de rappel opérant la stabilisation. L'invention a par conséquent pour objet de perfectionner une pompe centrifuge du type précité de façon que la stabilisation automatique de la roue au moyen d'un fluide de pression s'effectue avec une grande sensibilité de réponse et en mdme temps avec de faibles pertes d'écoulement. Âvec la pompe centrifuge selon l'irvention dans laquelle 1 t étranglement amont présente une section transversale de passage variable en raison inverse de cellê de la fente d' étranglement,on obtient,lors d'un déplacement de la roue,une montée et une chute rapides de la pression dans la chambre de fluide de pression ainsi qu'une stabilisation extrêmement sensible de la roue,et on dispose en plus pour cette stabilisation,d'une plage essentiellement plus grande de pressions différentielles entre le point de seuitirage,en amont de l'étranglement, et le point de retour en aval de la fente d'étranglement,si bien qu'il est possible d'utiliser la différence de pression relativement faible existant entre la sortie de la roue directrice et celle de la roue principale et d'obtenir cependant de façon extrêmement simple un montage dynamique sûr de la roue.Comme un élargissement de la fente d'étranglement s'accompagne toujours d'un rétrécissement de l'étranglement amont,la quantité moyenne de fluide nécessaire à la stabilisation et qui représente malgré tout une perte,re dépasse jamais une certaine valeur moyenne. Pour obtenir une stabilisation de la roue à peu près symétrique des deux côtés,l' étranglement amont et la fente d' étrangle- ment aval présentent avantageusement,dans la position médiane de la roue,une section tranavervale de passage à peu près de la mSme gran- deur.Il est en outre,recommsndé de disposer l'étranglement amont à proximité de l'axe et la fente d'étranglement aval dans la zone radialement externe de la roue,de manière que la surface sur laquelle s'exerce la pression dans la chambre de fluide de pression soit la plus grande possible et que l'écoulement en retour s2çffec- tue radialement de l'intérieur vers l'extérieur dans le sens de la force centrifuge.Ians un mode de construction particulièrement simple et efficace,l'étranglement amont et la fente d'étranglement aval sont de préférence respectivement délimités par une surface d'étranglement disposée radialement et solidaire du déplacement axial de la roue et par une surface correspondante opposée solidaire du corps de la pompe,les surfaces d'étranglement mobiles étant tournées l'une vers l'autre et les surfaces opposées fixes tournées dans le sens opposé l'une de l'autre. I1 est,certes,poseible en principe de placer des deux cotée de la roue la chambre de fluide de pression servant à produire la force de poussée variable,mais compte tenu des économies de construction considérables que cela représente,il est hautement préfé- rable de placer la chambre de fluide de pression et la fente d'étranglement aval sur le dos de la roue et d'installer ltétrangle- ment amont entre une douille d'arbre accompagnant la roue dans son déplacement axial et une paroi du corps de la pompe. Pour utiliser l'effet d'étanchéité permanent des points dtétranglement montés l'un derrière l'autre et de section transversale variable en sens inverse,l'étranglement amont et/ou la fente d'étranglement montée en aval de ce dernier sont réalisés sous forme de joints glissants assurant l'étanchéité de la roue. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'ur mode de réalisation pris comme exemple,mais non limitatif,et illustré par le dessin annexé,représentant en coupe un étage d'une pompe centrifuge réalisée selon l'invention. Dans la pompe centrifuge à plusieurs étages représentée, les différentes roues sont , pour l'équllibrqe de la poussée axiale, placées symétriquement le long des plans médians s et montées de façon à pouvoir se déplacer librement dans le sens axial et dans des limites déterminées sur un arbre commun 10 sur lequel ellee sont maintenues à leur distance respective par des douilles 18.En aval de la roue 12 de chaque étage sont disposés un diffuseur 14 et une roue directrice 16.En un point de soutirage 30,derrière la roue directrice 16,débute un trajet de courant de retour qui, passant par un étranglement amont 28 voisin de l'axe ,une chambre 20 de fluide de pression disposée radialement entre le dos de la roue et une paroi 36 du corps et une fente d'étranglement aval 22 placée dnnn la zone radialement externe de la roue l2,aboutit à un point de retour situé entre la sortie de la roue et le diffuseur 14. la fente d'étranglement 22 se trouve entre une surface d'étranglement radiale 24 sur le dos de la roue et une surface correspondante opposée 26 solidaire du corps,tandis que l'étranglement amont 28 est délimité par une surface d'étranglement radiale 32 de la douille 18 et une surface correspondante 34 opposée de la paroi 36 du corps .Les surfaces d'étranglement 24 et 32 sont tournées l'une vers l'autre et ont une distance axiale réciproque plus grande que les surfaces opposées fixes 26 et 34 qui sont tournées dans le sens opposé ltune de l'autre,la différence de cette distance axiale correspondant au jeu axial admissible de la roue dans tenir compte du débit centrifuge dans la chambre 20 de fluide de pression,il règne dans cette chambre une pression qui, dans la position médiane de la roue 12,se situe approximative- ment à mi-chemin entre la pression régnant au point de soutirage derrière la roue directrice 16 et celle régnant au point de retour dans la zone de la sortie de la roue.la force de poussée produite dans la chambre 20 est normalement égale à la poussée résiduelle de la roue agissant en sens opposé et non équilibré par l'agencement symétrique de la roue En plus de l'équilibrage des forqes vxiales,la chambre 20 de fluide de pression sert également,en liaison avec les étranglements 22,28, à la stabilisation de ia roue 12 dans sa position mé diane.Si en effet,la roue 12 se déplace vers la gauche,la section transversale de passage de l'étranglement amont 28 entre la surface d'étranglement 32 et la surface opposée correspondante 34 diminue tandis que la fente d'étranglement aval 22 stélargit.La pression dans la chambre 20 décroît et se rapproche rapidement de celle régnant à la sortie de la roue la mdme façon ,la force de poussée produite dans la chambre 20 diminue et la roue 12 cherche å nouveau à retourner vers la droite dans Sa position initiale. Lors d'un déplacement de la roue 12 vers la droite,donc à l'encontre de la force de poussée exercée par la chambre 20,la fente d'étranglement 22 se rétrécit et la section transversale de passage de l'étranglement amont 28 s' élargit dans le même rapporte La pression dans la chambre 20 augmente donc rapidement et se rapproche finalement de la pression régnant au point de soutirage 20.11 s'ensuit que la force de poussée produite dans la chambre 20 augmente et que la roue 12 est repoussée dans sa position médiane. Si,donc,la roue 12 quitte Sa position médiane pour aller à gauche ou à droite,le trajet d'écoulement,contenant la chambre 20 de fluide de pression et lee deux étranglements 22,28 de section transversale variable,exerce sur la roue 12 une force de rappel croissante qui augmente rapidement et constamment et assure une stabilisation extremement sensible de la roue . Comme la différence de pression entre la sortie de la roue directrice et celle de la roue proprement dite suffit,par suite de la configuration spéciale du trajet du courant de retour,à la stabilisation de la roue et que les deux points d'étranglement montés l'un derrière l'autre sont réalisée de façon qusà l'ouverture de l'un l'autre soit fermé,et inversement, les pertes d'écoulement sont,en outre,toujours très faibles si bien que le trajet de courant de retour,peub,comme indiqué,servir avan tageusement à assurer en même temps l'étanchéité du dos de la roue et de l'arbre.Pour augmenter l'étanchéité de la roue 12,on peut prévoir un joint supplémentaire sur son côté aspiration dans la fente comprise entre la sortie et l'entrée de la roue. REVENDICATIONS 1.-Pompe centrifuge avec équilibrage de la poussée axiale et au moins une roue montée axalement déplaçable dans des limites déterminées,pompe dans laquelle il est prévu,pour la stabilisation axiale automatique,une chambre de fluide ds pression qui appliqua à la roue une force de poussée variable et,par l'intermédiaire d'une fente d'étranglement dont la section transversale varie en fonction du déplacement axial de la roue,débouche dans une zone proche de la sortie de la roue et reçoit le fluide de pression à partir d'un point de soutirage placé an aval de la roue directrice montée der rière la roue proprement dite,caractérisée par le fait qu'un étran- glement amont dont la section transversale de passage varie en sens inverse de celle de la fente d'étranglement est installé entre le point de soutirage et la chambre de fluide de pression. 2.-Pompe centrifuge selon la revendication 1,caractérisé par le fait que l'étranglement a.ont et la fente d'étranglement aval présentent une section transversale de passage à peu près de même grandeur lorsque la roue occupe sa position médiane. 3.-Pompe centrifuge selon la revendication 1,et 2,caractérisée par le fait que l'étranglement emont est disposé au voisinage de l'axe et la fente d'étranglement aval dans la zone radialement externe de la roue. 4.-Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 33 caractérisée par le fait que l'étranglement amont et la fente d'étranglement aval sont respectivement délimités par une surface d'étranglement disposée radialement et solidaire du ddpla- cement de la roue dans le sens axial et par une surface correzpon- dante opposée solidaire du corps de la pompe et que les surfaces d'étranglement mobiles sont tournées l'une vers l'autre tandis que les surfaces correspondantes opposées solidaires du corps sont tournées dans le sens contraire l'une de l'autre. 5.-Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications I à 4,caractérisée par le fait que la chambre de fluide de pression et la fente d'étranglement sont placées sur le dos de la roue,tandis que l'étranglement amont est dispesé entre une douille d'arbre déplaçable arialement an même temps que la roue,et une paroi du corps de la pompe. 6.-Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 5,caractérisée par le fait que l'étranglement amont et/ ou la fente d'étranglement montée en aval de ce dernier sont réalisés sous la forme de Joints glissants assurant l'étanchéité de la roue par rapport à la pression élevée régnant derrière la roue directrice,