Brevet FR2312669A1 — publié le 19761224

La présente invention concerne une pompe centrifuge multicellulaire compacte, munie de tuyaux disposés radialement, constituée par un étage prélrminaire à double flux muni d'une chambre collectrice montée en avaq d'un canal d'admission et de raccords de prise et une pompe principale munie de tuyaux et d'un canal d'amenée pour la réinJection du fluide transporté. On connaît déjà des pompes centrifuges multicellulaires, d'où l'on soutire le fluide transporté en aval de la pompe préli- minaire, par exemple pour l'épurer, lui faire subir un traitement athermique ou le traiter chimiquement et, ensuite, le réinfecter dans la partie halite pression de la pompe. Selles peuvent entre utilisées, par exemple dans les centrales à vapeur, comme pompes pour la vapeur condensée. Dans une forme de réalisation connue (voir brevet allemand N0 2 000 428), on suggère de raccorder, en aval de l'étage préli minaire, un carter de machine soudé et d'entourer ce dernier, dans la région de la chambre collectrice de cet étage préliminaire et du distributeur de la pompe principale, d'un second carter annulaire plus grand, lequel est subdivisé, par deux cloisons séparatrices orientées radialoient, en deux compartiments, dont l'un est en liaison avec la chambre collectrice de la pompe préliminaire et l'autre avec le distributeur de la pompe principale par des orifices de passage ménagés dans le carter de la machisme. Des tuyaux sont montés sur chacun des deux compartiments du carter extérieur pour l'introduction et la sortie du fluide trans port4. Les pompes centrifuges de ce type ont l'inconvénient d'avoir une longueur hors-tout relativement grande. Les chambres int6- rieures ne sont plus accessibles après l'assemblage par soudage, sont réalisées de façon désavantageuse du point de vue de ltécou- lement des fluides, donnent naissance à des espaces nuisibles et à des tourbillons dans le fluide, avec le risque de la formation de dépits indésirables, par exemple de corps étrangers et de produits de corrosion. Dans la forme de réalisation selon le brevet allemand N0 614 777, la chambre collectrice en aval de la pompe préliminaire et le distributeur ou la chambre d'entrée aboutissant à la partie haute pression sont réalisées essentiellement sous la forme, connue, de chambres annulaires fermées avec une hauteur ou une largeur constantes et montées en série, de sorte que la longueur de cette réalisation est égale à celle de la procédente son outre, les parois intérieures de ces chambres ne sont plus accessibles une fois le montage terminé, par exemple pour des opérations de nettoyage. La forme de réalisation décrite dans le brevet allemand NO 567 846 présente les mimes inconvénients. La présente invention a pour objet une pompe centrifuge multicellulaire compacte à arbre court qui possède, outre de bonnes caractéristiques d'aspiration, une grande régularité de marche, atteint de longues durées de fonctionnement sans incident et est utilisable pour les circuits des centrales nucléaires. Â cet effet, selon l'invention, un carter intermédiaire annulaire, monté entre les carters d'aspiration et le carter de refoulement, ou celui du premier étage, contient un des canaux d'amenée de l'étage préliminaire à double flux, la chambre collectrice en aval de l'étage préliminaire munie d'un canal d'admission et d'un tuyau de soutirage, le tuyau d'amenée, le canal d'amenée à la pompe principale pour la réinjection, les canaux et les chambres sus-mentionnés étant emboîtés les uns dans les autres de manière qu'ils remplissent à peu près complètement le volume du carter intermédiaire, les cloisons séparatrices étant réalisées de façon à donner naissance à un régime d'écoulement optimal pour le fluide transporté dans le carter intermédiaire, et comporte sur son axe longitudinal des organes jouant le rôle de supports intermédiaires d'organes de centrage automatique et d'amortisseurs des vibrations de l'arbre de la pompe. Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, les chambres sur les côtés des roues de l'étage préliminaire à double flux sont recouvertes par des chicanes ou des plaques d'usure qui donnent à ces chambres une structure telle que leurs largeurs diminuent de façon continue jusqu'à la circonférence extérieure du rotor et que les chambres sur les côtés des roues de la pompe principale présentent les mêmes caractéristiques. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu de lubrifier les paliers transversaux avec la matière transportée, de réaliser la plupart sous la forme de paliers à plusieurs portées et de mettre en place, en amont du palier transversal, du côté entrainement, un joint d'étanchéité à rainures filetées. Il est particulièrement avantageux de prévoir pour la douille d'étranglement placée dans le carter intermédiaire, plusieurs surfaces en forme de coin ou des alvéoles, également en forme de coin. On peut aussi, selon l'invention, supporter de manière étanche aux liquides cette douille d'étranglement, des deux côtés, dans le carter intermédiaire et prévoir un serre-joint annulaire dans ce carter intermédiaire, réunir cette douille à une instal- lation à eau sous pression, par exemple au premier étage de la partie haute pression et à une tuyauterie,et ménager en outre, dans la douille d'étranglement elle-même, des trous radiaux qui débouchent dans les alvéoles en forme de coin et à ltintérieur de cette douille, par conséquent prévoir des deux côtés des alvéoles des fentes d'étranglement avec des joints d'étanchéité à rainures filetées, dont les directions de transport sont orientées vers les alvéoles, de manière que des zones d'étranglement accentué, où règne une pression plus élevée, se forment à l'intérieur de ces alvéoles et où les forces composantes ont cependant un effet de centrage - et par conséquent de stabilisation - accru sur l'arbre de la pompe. A titre de variante selon l'invention, on peut disposer aussi dans la douille d'étranglement sus-mentionnée, des deux côtés des poches en forme de coin jouant le rôle d'étranglement, des bagues "flottantes" chambrées qui sont centrées au préalable par des joints toriques élastiques, ces bagues flottantes étant disposées axialement par rapport à leurs bottiers en forme de L qui entourent, à la manière de chambres, ces bagues flottantes, ont un faible jeu et dans lesquelles, de plus, plusieurs rainures orientées radialement sont ménagées dans leur face frontale coté haute pression0 Une pointe, qui est fiée à une paroi frontale d'une chambre, pénètre dans une de ces rainures et sert à empêcher toute rotation de la bague flottante0 n est prévu, selon une autre forme de réalisation de l'invention, d'utiliser un joint à anneaux glissants à double action, dont la partie médiane peut être bloquée sur l'arbre de la pompe de manière que les deux anneaux glissants soient soumis à la même précontrainte. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en se référant au dessin annexé, dans lequel La figure 1 représente une coupe longitudinale de la pompe centrifuge selon l'invention, la figure 2 représente une coupe simplifiée selon la ligne A-A de la figure 1, la figure 3 représente une coupe selon la ligne B-B de la figure 1, la figure 4 représente une coupe longitudinale d'une douille d'étranglement avec des bagues d'étanchéité flottantes (partie sunérieure) et une autre coupe longitudinale d'une ou lé d'étranglement avec des joints d'étanchéité à rainure filetée (partie inférieure), et la figure 5 représente une coupe suivant la ligne C-C de la ligure 4. La référence 1 désigne l'arbre de la pompe, les références 35 et 37 ses paliers transversaex, qui sont fixés au carter d'aspiration 2 et au carter de refoulement 30. L'ensemble du carter de la pompe centrifuge selon l'invention est constitué par le carter d'aspiration 2 muni du tuyau d'aspiration 3, le carter intermédiaire 20 muni du tuyau de soutirage 19 et du tuyau d'amenée 21, les carters 44 des étages (non représentés sur la figure 1) et le carter de refoulement 30 muni d'un tuyau de refoulement 31, toutes ces pièces étant réunies par plusieurs boulons 42 et 41 respectivement, étanches à la pression et aux li fluides, Un rotor 10 à double flux, associé à une couronne fixe 15, est disposé dans le carter d'aspiration 2 qui est complètement ouvert en direction du carter intermédiaire. Des chicane 32 et 33 sont disposées des deux côtés du rotor, et recouvrent les chambres latérales 13 et 14 des roues, qui sont par ailleurs plus grandes0 De plus, deux canaux adducteurs 4 et 5, partant du tuyau d'aspiration 3, sont disposés dans le carter d'aspiration 2. Le fluide transporté s'écoule uniformément par ces canaux en direction du rotor 10 à double flux. Ces deux canaux ont des dimensions géométriques égales mais sont toutefois disposées de manière symétrique par rapport à un plan à l'intérieur de la pompe. A titre d'exemple, le canal adducteur 4 est incurvé dans l'espace, comporte une nervure de guidage 6 et se termine en une nervure de séparation 70 Ces deux nervures se terminent près de l'arbre de la pompe et divisent ainsi géométriquement la bouche d'aspiration ll. Le canal adducteur 4 a une section transversale telle que le fluide en circulation est accéléré de façon continue et uniformément, et il est orienté de par la forme et la position de la nervure de guidage 6 et de la nervure de séparation 7 de manière à pénétrer , surtout radialement, dans la bouche d'aspiration ll du rotor 10. Par ailleurs, l'écoulement dans le canal 4 se trouve encore amélioré si la nervure de guidage 6 divise ce canal de façon asymétrique, à peu près dans le rapport 2/1 et si la nervure séparatrice 7 ntest pas placée en face de l'extrémité côté sortie de la nervure de guidage 6 mais, décalée en direction de la partie de section réduite. Les autres canaux adducteurs 5 et 22, qui sont disposés dans le carter intermédiaire 20, sont réalisés de manière analogue à ceux décrits ci-dessus. Ils comportent, comme cela a été expliqué pour le canal 4, des nervures de guidage 8 et 23 et des nervures séparatrices 9 et 24 et les formes géométriques - ou les allures - de leurs sections sont identiques pour le canal 5 ou, respectivement, pour le canal 22. Il est prévu, de plus, dans le carter intermédiaire 20, une chambre collectrice 16 se raccordant à la couronne fixe 15 pour le courant de refoulement de la pompe préliminaire, avec passage dans l'élargissement 17 et le canal d'admission 18, en direction du raccord de prise 19, l'extension, ou l'élargissement, radial maximal du canal 18 étant situé à peu près à la haut eur des nervures séparatrices 9 et 24. Une conduite partant du raccord de prise 19 aboutit à des groupes ou installations non représentés, dans lesquels le fluide transporté est, par exemple, purifié et soumis à un traitement thermique ou chimique. Après passage par des installations le fluide retourne à la pompe et arrive par le tuyau d'amenée 21 et le canal adducteur 22 dans la pompe principale, en vue d'une nouvelle augmentation de la pression. La partie haute pression comporte, en règle générale, plusieurs étages. On l'a pourtant représentée avec un seul étage sur la figure 1, car les carters d'étage 44 , les rotors 45, les couronnes fixes 46 et les plaques d'usure 47 ne présentent aucune particularité. Les rotors sont semblables au rotor 25 représenté, les couronnes fixes à la couronne fixe 29 et les plaques d'usure à la plaque d'usure 34. De plus, tous les rotors de la partie haute pression comportent, pour l'équilibrage des pousses, des joints à fente 48 et 49 connus, côtés aspiration et refoulement, ainsi que des "trous ou orifices d'équilibrage des pressions" 50, ces joints à fente pouvant être aussi réalisés sous la forme de joints à labyrinthe. Par ailleurs, ltensemble des chambres 27 et 28 sur les côtés des roues de la partie haute pression sont réalisées de manière qu'elles se rétrécissent uniformément et de façon continue en direction de la circonférence extérieure de la roue, la chambre 27 du côté aspiration du premier étage à haute pression étant limitée par une plaque d'usure 34 qui isole le carter intermédiaire 20o Il est prévu, dans le carter de refoulement 30, à peu près à la hauteur du tuyau de refoulement 31, un palier transversal 37 lubrifié par la matière transportée en amont duquel, si l'on considère le sens de l'écoulement, est placé encore un joint d'étanchéité 38 à rainures filetées. Le carter de refoulement 30 est isolé par le carter 54 d'étanchement de l'arbre,qui contient par exemple un point, connu, 40 à anneau glissant. De plus, une tuyauterie 39 servant à l'évacuation du lubrifiant est raccordée à ce carter 54 et renvoie, par exemple, le lubrifiant dans le canal adducteur 4 du carter d'aspiration 2. L'autre palier transversal 35 est disposé dans le carter d'aspiration 2 à côté du rotor 10 et reçoit son lubrifiant par la conduite d'arrivée 36 qui part de la chambre collectrice annulaire de l'étage préliminaire. On peut intercaler dans cette conduite 36 un filtre, non représenté, pour l'épuration de ce lubrifiant. On peut aussi raccorder la conduite 36 au premier carter d'étage 44, y prélever du fluide épuré pour l'utiliser comme lubrifiant, mais on doit alors prendre soin de réduire la pression0 Une courte fente d'étranglement 51 est encore raccordée au palier transversal 35, en aval dans le sens de l'écoulement. Les deux paliers transversaux 35 et 37 sont réalisés le plus souvent sous la forme de paliers à plusieurs portées. Il est prévu, dans le carter intermédiaire 20, entre l'entrée de la pompe préliminaire et l'entrée de la pompe principale, un étranglement 43 assez long, dans la douille d'étranglement 52 duquel sont ménagées plusieurs surfaces 53 en forme de coin, ou des alvéoles de forme semblable décalées du côté de la pression la plus élevée. On réalise, grâce à ces dispositifs, un soutien intermédiaire et un amortissement des vibrations de l'arbre de la pompe. Selon une autre forme de réalisation, le support intermédiaire de l'arbre de la pompe est constitué par les éléments ciaprès : une douille d'étranglement 56, dont l'intérieur est cylindrique, s'adapte dans des évidements appropriés du carter intermédiaire 20 et est rendue étanche par des joints toriques 58 insérés dans des gorges circulaires 57 ménagées dans sa surface extérieure, par rapport à une chambre annulaire 59 ménagée dans le carter intermédiaire. Une garniture 61 munie d'alvéoles 62 en forme de coin et - en avant et en arrière - plusieurs bottiers 63 en forme de L à bague flottante sont insérés entre la douille d'étranglement 56 et un manchon 60 de protection de l'arbre. Ces bottiers 63 sont étanchéifiés sur leur surface extérieure par des bagues d'étanchéité 64 insérées dans des rainures.On insère dans les évidements des bottiers 63 des bagues flottantes 65 qui sont centrées au préalable par des joints toriques élastiques 67 introduits dans des gorges annulaires 66 et ont un faible jeu lon gitudinal 74 dans les chambres de leurs bottiers 63. Plusieurs rainures 68 orientées radialement sont ménagées dans la face frontale des bagues flottantes 65. Une tige 69 pénètre dans une de ces rainures 68 pour empêcher toute rotation. La douille d'étranglement 56 comporte, en direction de la chambre annulaire 59 du carter intermédiaire 20, des alésages 70, la garniture 61 munie des alvéoles 62 en forme de coin à peu près à la hauteur des alésages 70, et des alésages 71 qui débouchent dans les alvéoles 62 en forme de coins. En marche, on introduit dans la chambre annulaire 59 du carter intermédiaire 20 un fluide sous pression élevée, provenant par exemple du premier étage haute pression, qui parvient - en passant par les alésages 70 et 7i-dans les alvéoles 62 et de là, par les joints d'étanchéité à bague flottante, suivant deux directions, dans la bouche d'aspiration du premier étage haute pression 26, ou dans la bouche d'aspiration 12 de l'étage préli vinaire. On peut aussi prévoir, des deux côtés de la garniture 61, à la place des joints d'étanchéité à bagues flottantes, des joints d'étanchéité à rainure filetée, dont les filets sont taillés de telle manière que le fluide se dirige sur les alvéoles. Dans le cas d'une exécution verticale de la pompe centrifuge selon l'invention, un accouplement rigide est intercalé entre l'arbre de la pompe et la base du moteur, dans la direction longitudinale et, par ailleurs, un palier de butée est mis en place dans la base du moteur et communique à l'arbre de la pompe, en fonctionnement, une certaine liberté de mouvement dans le sens longitudinal et supporte le ppids du rotor au repos. La pompe centrifuge multicellulaire compacte selon l'invention possède de nombreux avantages par rapport aux formes de réalisation connues. Ainsi, par exemple, la longueur axiale du carter intermédiaire est en réalité encore plus petite que ne l'indique la figure 1 étant donné que, par souci de clarté, tous les tuyaux ont été ramenés dans un plan sur cette figure alors que, dans la réalité, ils sont décalés les uns par rapport aux autres et ont donc une disposition encore plus ramassée. Ceci diminue la distance entre les paliers principaux ce qui, en liaison avec les caractéristiques ci-après, permet une marche prolongée sans pannes, régulière, de la pompe. De plus, grâce aux canaux, chambres collectrices et chanbres de passage pour la matière à transporter emboités les uns dans les autres, les trajets d'écoulement sont courts et de structure optimale du point de vue de l'écoulement, sans espaces nuisibles gênants et, par conséquent, avantageux. On obtient, en particulier, par la réalisation selon l'invention, outre une régularité de marche remarquable, des régimes d'écoulement optimaux pour les canaux d'amenée ou adducteurs, ainsi que pour les changements de direction en amont des rotors, où le fluide est soumis à une accélération uniforme et continue.Les paliers transversaux à plusieurs portées selon l'invention communiquent, en liaison avec la douille d'étranglement dans le carter intermédiaire comportant des surfaces en forme de coin, une grande régularité de marche à la pompe centrifuge. Ces éléments ont, dans le cas d'un montage vertical de la pompe, une action d'autocentrage et, par conséquent, de stabilisation sur l'arbre de celle-ci. La nouvelle forme de réalisation des chambres sur les côtés des roues, dont les largeurs diminuent de façon continue en direction de la circonférence du rotor, a aussi une action favorable sur la régularité de fonctionnement de la pompe, car on empê- che ainsi les filets de fluide de se décoller des parois et on supprime les tourbillons. De plus, cette disposition a une action stabilisatrice sur l'équilibrage interne des poussées axiales, car de très petits déplacements longitudinaux du rotor provoquent d'importantes variations de pression à l'intérieur de la pompe. Ceci modifie à son tour la répartition des forces, modification qui se manifeste principalement dans la région voisine de la circonférence extérieure du rotor. Une bonne accessibilité des espaces où circule le fluide est particulièrement importante dans le cas du carter intermédiaire. Les parois de ces espaces peuvent être facilement débarrassées de la pellicule de coulée et polies. Par ailleurs, ces parois peuvent, après un simple dévissage de la pompe, entre à tout instant débarrassées des dépôts ou polis à nouveau. On obtient, avec la réalisation selon l'invention, un guidage optimal du fluide au cours de sa circulation à l'intérieur de la pompe et on peut supprimer la totalité des espaces nuisibles et des poches créant des perturbations lors du tracé des conduites. Ceci s'oppose au dépôt de corps étrangers et de produits de corrosion et empOche la formation de tourbillons bruyants et réduisent le débit du transport. RE VENDI O ÂI ONS 1.- Pompe centrifuge multicellulaire constituée par un étage préliminaire à double flux muni d'un soutirage intermédiaire et une pompe principale, à réinjection, éventuellement multicellulaire, disposés dans un carter en plusieurs parties, maintenues par des boulons, et constitué lui-même par an carter d'aspiration, un carter intermédiaire, éventuellement un carter d'étage(s) et un carter de refoulement, caractérisée par le fait que le carter intermédiaire (20) de forme annulaire monté entre le carter d'aspiration (2) et le carter de refoulement (30) ou le carter du premier étage (44), contient un des canaux d'amenée (5) de l'étage préliminaire (10) à double flux, la chambre collectrice (16) en aval de l'étage préliminaire (in), munie d'un canal d'admission (18) et d'un tuyau de soutirage (19) le tuyau d'amenée (21), un canal d'amenée (22) à la pompe principale pour la réinjection, les canaux et chambres étant emboités les uns dans les autres de telle manière qu'ils remplissent à peu près com plètement le volume du carter intermédiaire, leurs cloisons séparatrices étant disposées de manière à obtenir un régime d'écoulement optimal du fluide à transporter dans le carter intermédiaire et celuici comporte suivant son axe longitudinal des supports intermédiaires pour l'arbre de la pompe et des moyens pour amortir les vibrations de ce dernier. 2.- Pompe centrifuge selon la revendication 1, dans laquelle les chambres sur les côtés des roues de l'étage préliminaire à double flux sont recouvertes, entre le carter d'aspiration (2) et le carter intermédiaire (20), par des plaques d'usure (32, 33) intercalées, lesquelles réduisent de façon continue les largeurs des chambres sur les c8tés des roues en direction de la circonférence extérieure de la roue, et la chambre (27) sur le côté de la roue de la pompe principale est recouverte d'une plaque d'usure (34) ayant les mimes caractéristiques, intercalée entre le carter intermédiaire (20) et le carter de refoulement (30). 3.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les paliers transversaux (35 et 37) de l'arbre de la pompe sont lubrifiés par le fluide transporté et un joint d'étanchéité (38) à rainure filetée est monté en amont du palier transversal (37) du c8té entrainement et aboutit au rotor, et les deux paliers transversaux (35 et 37) sont réalisés le plus souvent sous la forme de paliers à plusieurs portées. 4.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle une douille d'étranglement (52) est placée dans le carter intermédiaire (20) entre les chambres (5 et 22) et comporte de préférence, à l'intérieur, plusieurs surfaces (53) en forme de coin, ou des alvéoles de forme semblable, avec une pression croissant en direction de l'ardte. 5.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle la douille d'étranglement (52) disposée dans le carter intermédiaire (20) est constituée par une ou plusieurs pièces, es maintenue des deux cotés, à l'intérieur du carter intermédiaire, de manière étanche aux liquides (57 et 58) et comporte intérieurement, au voisinage du tiers de sa longueur, des alvéoles (62) en forme de coin, décalés en direction de l'extrémité où règne la pression la plus élevée, dans lesquels débouchent des alésages (71) orientés radialement, des fentes d'étranglement munies de joints (72) d'é tanchéité à rainures filetées (72 et 73) se raccordant des deux cOtés aux alvéoles, et le carter (20) intermédiaire forme, à la hauteur des trous (71 et/ou 70) orientés radialement, une chambre (59) annulaire fermée, qui est alimentée en fluide sous pression relativement élevée, à partir du premier étage haute pression. 6.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle une garniture (61) munie d'alvéoles (62) en forme de coin, ainsi que des bagues (65) flottantes-tournéee vers les deux côtés de cette garniture - placées dans dea boftiers (63) en forme de L, pour bagues flottantes, sont insérées dans la garniture (56) de la douille d'étranglerent, les bagues flottantes (65) étant préalablement centrées par des joints toriques élastiques (67), présentant un faible jeu (74) longitudinal par rapport à leurs bottiers (63) et comportant sur leur face frontale plusieurs rainures orientées radialement, cependant qu'une pointe (69) fixée à la face frontale de la chambre pénètre - pour empocher toute rotation - dans une de ces rainures et des alésages (70 et 71) sont ménagés dans la douille d'étranglement (56) ainsi que dans la garniture (61), et aboutissent dans les alvéoles (62) en forme de coin, la garniture de la douille d'étranglement (56) est isintenu des deux côtés (57 et 58) de manière étanche aux liquides dans le carter intermédiaire (20) et ce carter intermédiaire forme, à la hauteur des alésages (70) orientés radialement, une chambre annulaire (59) fermée, qui reçoit le fluide sous une pression relativement élevée. 7.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle est incorporé un joint d'étanchéité (40) à anneau glissant et à double effet, jouant le rôle de garniture d'étanchéité pour l'arbre du côté refoulement, dont la partie médiane est réunie au manchon (55) de l'arbre et est ainsi immobilisée sur l'arbre (1) de la pompe de manière étanche aux liquides et de façon à pouvoir se déplacer dans le sens de la longueur, afin de soumettre les deux bagues glissantes à la mEme précontrainte.