Brevet FR2308812A1 — publié le 19761119

L'objet de l'invention est un dispositif pour le réglage du débit de pompes centrifuges à axe vertical et vitesse constante. tes pompes centrifuges du genre susmentionné sont souvent utilisées dans les installations d'élévation d'eaux usées ou d'eaux de pluie. Sans un réglage de débit, les pompes centrifuges de telles installations devraient travailler de manière intermittente, ce qui n'est toutefois pas souhaitable, en particulier dans les installa suions d'épuration. On connaît diverses possibilités pour le réglage du débit. C'est ainsi qu'il est courant, par exemple, de réduire le débit par étranglement dans la conduite de refoulement de la pompe, auquel cas l'augmentation du degré d'étranglement entraîne une corotation croissante dans la conduite de la roue à aubes et une diminution du mouvement dans la direction d'écoulement de l'eau.On a aussi coutume d'abaisser le débit en produisant un écoulement giratoire au côté aspiration de la pompe; ce résultat est obtenu par un dispositif connu dans lequel une tubulure d'aspiration disposée avant l'entrée d'aspiration de la pompe plonge dans un réservoir de liquide, qui est relié à l'amenée d'eau et dans lequel un écoulement giratoire correspondant à la rotation de la pompe est produit en cas de baisse du niveau de liquide. Ce système permet d'obtenir dans la pratique une réduction jusqu' la moitié environ du débit maximal.Or il est souhaitable dans de nombreux cas d'opérer le réglage sur toute la gamme de débit, c'est-à-dire de O à la valeur maximale, ce qui n'était possible jusqu'a présent qufavec des moyens relativement importants; c'est pourquoi la présente invention vise à résoudre ce problème avec des moyens techniques simples. A cet effet, le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé par le fait que lrorifice d'aspiration du corps de pompe entourant l'entrée de la roue à aubes est immergé dans un réservoir ouvert à la partie supérieure et relié à l'amenée de liquide, réservoir comportant un système permettant de relier l'orifice d'aspiration de la pompe d une source d'air. Etant donné que l'orifice d'aspiration, et par conséquent l'entrée de la roue à aubes elle-mese, sont immergés dans le réservoir -contrairement à ce qui est le cas dans les dispositifs connus- la masse liquide retenue dans le réservoir, même en cas d'interruption de l'arrivée de liquide, est reliée à la roue à aubes qui lui confere ainsi un mouvement de rotation. De ce fait, il se forme dans la roue un anneau liquide rotatif avec noyau d'air central, relié aussi bien au liquide dans le réservoir qu'à la colonne liquide au caté refoulement, dont la vitesse de rotation est égale à la vitesse périphérique de la roue à aubes, si bien que tout refoulement de liquide est interrompu, c'est-à-dire que le débit est égal à O.Si cet équilibre est perturbé par l'apport de liquide dans le réservoir, le niveau dans ce dernier monte, ce qui entrain par conséquent une augmentation de l'épaisseur radiale de la masse liquide à mettre en mouvement par la roue à aubes de sorte qu'au mouvement de rotation vient s'ajouter un mouvement de refoulement de la masse liquide en direction axiale. Le débit et le niveau de liquide dans le réservoir sont fonction l'un de l'autre. Si l'amenée de liquide atteint le débit maximal de la pompe, la roue à aubes ne transmet pratiquement plus aucun mouvement rotatif au liquide dans le réservoir et le débit de la pompe est à son maximum I1 en-résulte la possibilité du réglage automatique progressif du débit entre O et le maximum. Une solution particulierement judicieuse a été trouvée sous la forme d'un réservoir cylindrique, dans lequel l'orifice d'aspiration de la pompe est immergé coaxialement et dans le fond duquel débouche, également coaxialement, un tuyau d'amenée d'air qui peut être relié à 11 atmosphère ou a une source appropriée, par exemple riglable, de pression d'air ou dé dépression. En outre, il est utilé de prévoir, pour l'apport de liquide au réservoir, une gouttière d'amenée tangente à la rotation de la pompe, en pente descendante de l'extérieur à,lfintErieur, qui favorise l'écoulement giratoire dans le réservoir. L'invention est représentée schématiquement au dessin annexe, or les figures suivantesmontrent : - les figures la et lb les coupes axiale et transversale de la pompe avec dispositif de réglage à débit maximal; - les figures 2a et 2b les coupes correspondant aux figures la et lb à débit partiel de la pompe; - les figures 3a et 3b les coupes correspondant aux figures la et lb à débit nul de la pompe; - la figure 4 un triangle de vitesse å l'entrde de la pompe centrifuge équipée du dispositif de réglage; - la figure 5 un diagra-e > e 8 montrant le courant giratoire dans le réservoir en fonction du débit de la pompe. Dans le dessin, 1 est la pompe centrifuge à axe vertical avec roue à aubes 2, dont la zone d'entrée est entourée par 11 orifice d'aspiration la du corps de pompe. Cet orifice la est coaxialement immergé,, dans un réservoir cylindrique 3 ouvert à la partie supérieure, qui est relié au dispositif d'amenée de liquide, par exemple un canal d'eaux usées, par une gouttière 4 disposée tangentiellement par rapport à la rotation de la roue à aubes et inclinée de l'extérieur à l'intérieur. Une conduite d'air 5, reliée à une source d'air non représentée, débouche au centre du fond du réservoir. Sur le dessin, la ligne zéro de la pression statique est désignée par P et le niveau d'eau de l'amenée par N. Les figures la et lb représentent les conditions en cas d'apport d'eau maximal; le niveau d'eau N est au-dessus du bord du réservoir, c'est-à-dire de la gouttière d'amenée. De ce fait, l'eau à refouler par la pompe parvient dans le réservoir 3 par-dessus les bords de ce dernier, tandis que la gouttière tangentielle 4, servant de moyen pour la production du mouvement giratoire, est pratiquement inopérante. Ainsi, il ne se forme dans le réservoir 3 aucun courant giratoire dt à l'apport de liquide et la pompe travaillant à vitesse constante refoule le débit d'eau maximal. Si le débit d'eau amené diminue (le niveau N s'abaisse), de telle manière que l'apport d'eau au réservoir 3 ne s'effectue plus que par la gouttière 4, il en résulte -comme on le Voit aux figures 2a et 2bun écoulement giratoire dans le réservoir 3 dans le sens de rotation de la roue à aubes 2. L'eau ne submerge plus le bord du réservoir et il se forme dans ce dernier une surface liquide en forme d'entonnoir, dans laquelle plongent l'orifice d'aspiration la et la zone d'entrée de la roue à aubes 2; cette dernière favorise ainsi le mouvement giratoire dans le réservoir. Une dépression prend naissance dans la zone centrale de l'orifice d'aspiration la, si bien qu'un noyau d'air 6 s'y forme grâce à la conduite de liaison 5 avec la source d'air. L'écoulement annulaire 7 (en vortex) qui intervient de cette manière dans l'orifice d'aspiration la tourne à une vitesse évidemment inférieure à la vitesse périphérique de la roue à aubes 2 (figure 4) ce qui provoque précisément une baisse correspondante du débit Qx. La diminution de l'apport d'eau s'accompagne d'une baisse du niveau du liquide dans le réservoir 3 et par conséquent d'une diminution de la chute dans la gouttière d'amenée 4, c'est-à-dire que, malgré la diminution de l'arrivée d'eau, la vitesse de rotation de la masse liquide dans le réservoir 3 augmente, la dépression dans le noyau 6, et par conséquent le diamètre de ce dernier, r s'accroissent également, tandis que l'épaisseur radiale de ltécoulement annulaire ou en vortex 7 et le débit diminuent.A cet égard, il convient d'observer que la roue à. aubes 2 plongeant dans l'ecoulement annulaire 7 favorise ou provoque de plus en plus la rotation du volume d'eau retenu dans le réservoir 3 à mesure que ce volume diminue, et assure entierement cette rotation, à elle seule, lorsque l'apport d'eau est interrompu, comme on le voit d'après les figures 3a et 3b. Le niveau d'eau dans le réservoir 3 a atteint sa position la plus basse (mais demeure encore au-dessus du bord de l'orifice d'aspiration la), tandis que le noyau d'air 6 possède sa plus grande extension. Ce noyau d'air permet un écoulement annulaire 7 radialement assez mince dans l'orifice d'aspiration la qui est entraîné dans un mouvement de rotation en même temps que la faible quantité d'eau contenue dans le récipient 3, parla roue à aubes 2 immergée dans celui-ci, cette rotation correspondant à sa vitesse périphérique. Il ressort des diagranmee selon les figures 4 et 5 que le débit est nul lorsque la vitesse de rotation de l'eau est égale à la vitesse périphérique u de la roue & aubes 2. Le réservoir 3 étant cylindrique et disposé coasiSbment par rapport à la roue à aubes 2, on obtient un mouvement giratoire pratiquement non freiné. tes explications qui précedent montrent que les mesures décrites permettent un réglage entièrement automatique du débit entre O et le maximum, réglage qui s'adapte automatiquement à l'apport d'eau, sans que la colonne d'eau dans le corps de pompe soit interrompue. Ainsi que les essais l'ont montré, la formation d'un noysu t'air impeccable en cas de débit réduit est particulierement importante. C'est pourquoi il est judicieux de régler la-pression de l'air affluant; ai l'on travaille par exemple avec une dépression de 0,5 m H20, il en résulte une élévation de la ligne de pression statique nulle et le niveau d'eau dans le rdser- voir s'abaisse. En cas de refoulement nul, cela pourrait avoir pour effet de libérer l'orifice d'aspiration la, de sorte que l'air pourrait pénétrer entre ce dernier et la surface de lteau, il serait possible d'y remédier par un épaississement radial correspondant (vers l'extérieur) de l'orifice d'aspe ration. En revanche, la hauteur du réservoir 3 pourrait être reduite. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour le réglage du débit de pompes centrifuges à axe vertical et vitesse constante, caractérisé par le fait que L'orifice d'aspiration du corps de pompe entourant l'entrée de la roue à aubes est immergé dans un réservoir cylindrique ouvert à la partie supérieure, disposé coaxialement par rapport à l'axe de la roue à aubes et relié à l'amenée de liquide par une conduite d'amenée d'air débouchant au centre du fond de ce réservoir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la conduite d'amenée d'air comporte des systèmes pour le réglage de la pression d'air. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la conduite d'amenée de liquide est une gouttière débouchant dans le réservoir tangentiellement par rapport à la rotation de la roue à aubes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la gouttière d'amenée descend de l'extérieur vers l'intérieur en direction du réservoir.