Brevet FR2315619A1 — publié le 19770121

La présente invention se rapporte aux pompes centrifuges à caractéristique pression-débit réglable, notamment celles utilisées dans les installations de chauffage central pour la circulation de lteau chaude. Ces pompes sont communément constituées par un corps de pompe comportant une conduite draspiration, une conduite de refoulement, une chambre de diffusion dans laquelle est montée une turbine entrainee par un moteur. Le réglage de la caractéristique pression-débit est habituellement réalisé au moyen dTun canal de décharge mettant en communication l'aspiration et le refoulement et dont on obture partiellement ou totalement la section de passage à l'aide d'un variateur. Les pompes connues de ce genre diffèrent les unes des autres essentiellement par la position, la forme et la commande du variateur. Toutefois, elles sont pratiquement toutes à chambre de diffusion radiale périphérique en forme de spirale, cette chambre de diffusion, communément appelée volute, permettant la transformation de lténergie cinétique de l'eau à la sortie de la turbine de la pompe, en pression. Du fait de leur conception et de la position de la volute, l'encombre- ment en diamètre de ces pompes est relativement important. La fabrication de ces pompes est le plus souvent réalisée par moulage. Toutefois, l'opération de démolllage présente des eontraintes que l'on sait résoudre mais qui restent délicates. I1 faut en effet, utiliser un "noyau réductible" à reconstituer pour chaque corps de pompe à fabriquer. De plus, avec ce type de pompe à volute radiale périphérique, il n'est pas possible de mouler le corps de pompe en matière plastique. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et propose une nouvelle pompe centrifuge caractérisée essentiellement en ce que la chambre de diffusion est disposée latéralement par rapport à la turbine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le canal de refoulement prolongeant la chambre de diffusion est disposé latéralement par rapport à la turbine, ltensemble canal de refoulement-chambre de diffusion étant situé dans le même espace cylindrique du corps de pompe que celui à intérieur duquel est montée la turbine. Ainsi, le diamètre du corps de pompe est à peine supérieur à celui de la turbine et on obtient une pompe à faible encombrement, tout en conservant les mêmes caractéristiques de débit et de pression. Etant donné la forme cylindrique du corps de pompe, il est alors possible de ltobtenir par démoulage naturel sans noyau. D'autres carac-téristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous, faite en référence avec le dessin ci-annexé. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'è titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 illustre très schématiquement une pompe centrifuge de type classique. La figure 2 illustre schdmatiquement le principe d'une pompe centrifuge selon la présente invention. La figure 3 représente en perspective et partiellement en coupe, un exemple de réalisation d'un corps de pompe selon la présente invention. La figure 4 illustre en perspective un exemple de réalisation d'un variateur, destiné à coopérer avec le corps de pompe de la figure 3. La figure 5 est une courbe montrant le profil développé de la section de la chambre de diffusion. Pour bien faire apparaître la conception nouvelle de la pompe centrifuge selon la présente invention, il est tout d'abord représenté, très schémati- quement, sur la figure 1, une pompe centrifuge classique. Cette pompe comporte une turbine 10, entraînez par un moteur 11. La chambre de diffusion 12, appelée souvent volute, entoure, en forme de spirale, la turbine 10 pour aboutir dans le canal de refoulement 13. Dans ces pompes connues, la turbine, la chambre de diffusion et le canal de refoulement se trouvent sensiblement dans un même plan, perpendiculaire à l'axe de la turbine. Dans la figure 2, illustrant la présente invention, on retrouve la turbine 10, entraînez par le moteur 11 mais la chambre de diffusion 14 est disposée latéralement au bord de la turbine 10. De même, le canal de refoulement 15 qui prolonge la chambre de diffusion 14 est également disposé latkra- lement. Ainsi, dans la pompe, objet de la présente invention, la chambre de diffusion 14 prolongée par le canal de refoulement 15, est disposé sensiblement dans un cylindre dont l'axe coïncide avec celui de la turbine. L'un des principaux avantages de cette nouvelle conception de pompe apparaît directement en comparant les figures 1 et 2. En effet, le diamètre extérieur D1 des pompes centrifuges actuelles est nettement supérieur au diamètre D2 de la nouvelle pompe centrifuge pour une caractéristique pressiondébit identique. La différence d'encombrement, c'est-à-dire la différence entre les diamètres Dl et D2, correspond à l'espace occupé par la chambre de diffusion 12 et le canal de refoulement 13. Cet avantage est particulièrement appréciable lorsqu'il est nécessaire de monter la pompe dans un espace disponible réduit de l'installation. Afin d'illustrer ce qui précède, il va être décrit un exemple de réalisation d'un corps de pompe, mettant en oeuvre la conception illustrée sur la figure 2. Ce corps de pompe 16, de forme générale cylindrique, comporte une conduite d'aspiration cylindrique 77 et une conduite de refoulement 18 également cylindrique, ces deux conduites ayant le même axe 19 qui est perpendiculaire à l'axe 20 du corps de pompe. Cet axe 20 est en fait l'axe principal de la pompe, puisqu'il est également celui de la turbine et du moteur. Le corps de pompe 16 comporte un espace cylindrique 21, destiné à recevoir la turbine et de diamètre légèrement supérieur à celui-ci. Il comporte une cavité cylindrique intérieure 22, de diamètre inférieur à l'espace 21, mais légèrement supérieur au diamètre des conduites d'aspiration et de refoulement. Le raccordement entre la cavité cylindrique intérieure 22 et l'espace cylindrique 21 est obtenu à l'aide dVune surface sensiblement perpendiculaire à l'axe du corps de pompe. Cette surface du fait de sa fonction est également appelée embase. Cette dernière constitue l'une des faces de la chambre de diffusion et son dessin est approprié à la gamme de caractéristiques pressiondébit recherchée. La surface de cette embase comporte une première partie 23 plane et située dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps de pompe. Cette première surface 23 s'étend sensiblement sur une demi-circonférence, depuis le rebord 24 jusqu'au trait pointillé 25. La seconde partie 26 de la surface de cette embase est sensiblement hélicofdale. Cette seconde surface 26 s'étend pratiquement entre le premier trait pointillé 25 et le second trait pointillé 27. Sur toute cette surface, la pente de l'hélice est sensiblement la meme. La troisième partie 28 de la surface de l'embase permet le raccordement de la seconde surface 26 avec l'orifice interne 29 de la conduite de refoulement 18 et sa forme est sensiblement bélicodale. Les extrémités des conduites d'aspiration et de refoulement peuvent être terminées, soit par des embouts filetés, comme représenté sur la figure 3, soit par des brides. D'autre part, la distance entre ces embouts filetés peut être à peine supérieure au diamètre extérieur du corps de pompe, ce qui représente un encombrement minimal. Ainsi, le rapport entre la distance D2 et le diamètre de turbine est minimal. Le corps de pompe 10 représenté sur la figure 3, reçoit un variateur cylindrique creux 30, dont un exemple de réalisation est représenté sur la figure 4. Ce variateur 30 est monté pivotant dans la cavité cylindrique 22 et est interposé entre les conduites d'aspiration et de refoulement. Il comporte une paroi latérale 31 de diamètre extérieur à peine inférieur au diamètre de la cavité cylindrique intérieure 22 du corps de pompe, juste suffisamment inférieure pour permettre le pivotement du variateur 30 dans la cavité 22. La paroi latérale cylindrique 31 présente une ouverture 32 de dimension sensiblement supérieure à elle de l'orifice intérieur 33 de la conduite d'aspiration. La base du variateur située du côté de la turbine est ouverte et la paroi latérale 31. comporte de ce entre, une collerette 33, pratiquement semi-circulaire. Le diamètre extérieur de cette collerette correspond au diamètre de l'espace cylindrique 21 du corps de pompe. La face 34 de cette collerette, située du côté opposé à la turbine, est dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps de pompe. La face 35, située du côté de la turbine, est sensiblement hélicordale et la pente de I'hélice correspond à celle de la portion de surface 26 de l'embase du corps de pompe. L'extrémité 43 de la paroi latérale 31 située au-delà de la collerette 33 du côté de la turbine, aboutit sur la turbine 10 autour de son ouverture d'alimentation 10a comme le montre schdmatiquement la figure 2. La base du variateur située du côté opposé à la turbine, comporte un tourillon 36, traversant le fond 37 du corpe de pompe et destinée à recevoir une commande manuelle (représentée en 42 sur la figure 2) ou automatique, permettant de régler, à volonté, la position du variateur 30 à l'intérieur du corps de pompe 16. Cette commande, ainsi que la turbine et le moteur, ne sont pas explicités sur le dessin, étant donné qu'ils sont de type classique. Le fonctionnement de cette pompe est le suivant : le fluide est admis dans le corps de pompe 16, au travers de la conduite d'aspiration 17, pénètre à l'intérieur du variateur 30 par l'orifice 32 qui est situé en regard de l'orifice 33 d'aspiration et cela sous l'action d'entraînement de la turbine. Le fluide est ensuite rejeté à grande vitesse dans la chambre de diffusion (représentée schématiquement en 14 sur la figure 2). Cette dernière est délimitée entre la paroi de l'espace cylindrique 21 du corps de pompe et l'extrémité 43 de la paroi latérale du variateur, d'une part, par le bord de la turbine 10 et, d'autre part, par la surface hélicoldale 35 de la collerette et la surface de l'embase 26, 28 et partiellement 23 selon la position du variateur. Le fluide ressort ensuite de la chambre de diffusion par la conduite de refoulement 18. A cet effet, le profil de la portion de surface 28 est adapté pour permettre un guidage du fluide vers la conduite de refoulement avec le minimum de turbulence. La chambre de diffusion a ainsi une face perpendiculaire à l'axe du corps de pompe puisqu'elle est constituée par le bord de la turbine tandis que la face opposée, formée par les surfaces hélicofdales 35, 26 et 28 a une section croissant sensiblement -régulièrement à mesure que le fluide se dirige vers la eonduite de refoulement. En fait, le profil des sections de la chambre de diffusion tout au long du trajet du fluide est fonction de la position du variateur 30 à l'intérieur du corps de pompe. Ainsi, la chambre de diffusion 14 forme une sorte d'anneau dont l'axe coïncide sensiblement avec celui de la turbine 10. La section de cette chambre de diffusion est sensiblement rectangulaire et croit régulièrement dans le sens d'écoulement du fluide. Trois côtés du 'treetangle" de la section restent sensiblement fixes, ce sont ceux correspondant au bord latéral de la turbine 10, à ltextrémité 43 du variateur et à la paroi de espace cylindrique 21 du corps de pompe. Seul le côté du "rectangle" correspondant aux surfaces hélicoidales 35, 26 et 28 se déplace si l'on considère le trajet d'écoulement du fluide.On obtient ainsi une sorte de "rectangle" déformable sur un seul côté, La figure 5 illustre cette caractéristique, en montrant le développement du profil de la chambre de diffusion. Le segment de droite 38 correspond au plan du bord latéral de la turbine. Le segment de droite 39 correspond au développement de la surface hélicofdale 35 de la collerette. Le segment de droite 40 correspond au développement de la surface 23 du corps de pompe et sa longueur est fonction de la position du variateur. Les segments de droite 41a, 4'lob et 41c correspondent au développement de la portion utile de la surface 26 selon la position du variateur. Ainsi, la section initiale de la chambre de diffusion SO reste constante, alors que la section de sortie S1 de la chambre de diffusion détroit en fonction de l'ouverture du variateur. Dans cette pompe, le mise en communication de la conduite d'aspiration avec la conduite de refoulement est assurée quelle que soit la position du variateur. Lorsque l'ouverture 32 découvre complètement l'orifice 33 de la conduite d'aspiration, on obtient ie régime de fonctionnement maximal et le fluide, venant de la conduite d'aspiration est entièrement entraîné par la turbine. Il traverse la chambre de diffusion avec la section de sortie SM maximale pour ressortir par la conduite de refoulement. A cet effet; les positions relatives de la collerette 33 et de l'ouverture 32 ménagée dans la paroi latérale 31 du variateur sont déterminées de manière que, lors du régime de fonctionnement maximal de la pompe, l'axe de l'ouverture 32 corresponde- à celui de l'orifice 33 et le bord le plus épais 33a de la collerette soit en regard du bord 24 de l'embase. Pour l'autre position extrême du variateur, il existe un passage direct du fluide entre la conduite d'aspiration et la conduite de refoulement, au travers de l'ouverture 32 et de l'espace intérieur de la paroi latérale 37 à l'intérieur de la cavité cylindrique 22, l'ouverture 32 decouvrant alors simultanément une partie de l'orifice d'aspiration 33 et de l'orifice de refoulement 29. Ainsi, les règles de sécurité sont conservées. Cette communication directe entre la conduite d'aspiration et la conduite de refou- lement au travers de l'ouverture 32 et de l'espace intérieur du cylindre 31 remplit la fonction du canal de décharge de la pompe avec l'obtention de la caractéristique souhaitée pression-débit. La conception rationnelle et compacte du corps de pompe 16 composé de cylindres sans recoin, permet une fabrication facile par moulage et, dans ce cas, l'opération.de démoulage s'effectue naturellement. Cette nouvelle structure permet une fabrication en grande série, avec démoulage automatique et conservation du noyau de démoulage. Cette conception permet avantageusement de réaliser le corps de pompe en matière plastique avec tous les avantages que cela comporte. -Un avantage supplémentaire de cette nouvelle pompe réside en ce qu'on obtient une variation de débit efficace et plus silencieuse que dans toutes les pompes à variation hydraulique, étant donné que l'on peut directement agirsur la section de sortie delta chambre de diffusion. La présente invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisation décrits et représentés mais en couvre au contraire toutes les variantes en ce qui concerne, en particulier, la réalisation du corps de pompe et celle du variateur. REVENDICATIONS 1. Pompe centrifuge dont le corps de pompe comporte une conduite d'aspiration, une conduite de refoulement, une chambre de diffusion associée à une turbine entraînée par un moteur, caractérisée en ce que la chambre de diffusion est disposée latéralement par rapport à la turbine. 2. Pompe centrifuge selon la revendication 1 caractérisée en ce que le canal de refoulement prolongeant la chambre de diffusion est disposé latéralement par rapport à la turbine, l'ensemble canal de refoulement chambre de diffusion étant situé dans le même espace cylindrique du corps de pompe que celui à l'intérieur duquel est montée la turbine. 3. Pompe centrifuge selon la revendication 1 caractérisée en ce que la chambre de diffusion forme une sorte d'anneau dont l'axe coïncide sensiblement avec celui de la turbine, dont la section sensiblement rectangulaire croît régulièrement dans le sens d'écoulement du fluide. 4. Pompe centrifuge selon la revendication 3 caractérisée én ce qu'en considérant le trajet d'écoulement du fluide, la section sensiblement rectangulaire de la chambre de diffusion est déformable sur un seul côté. 5. Pompe c-entrifuge selon la revendication 1 caractérisée en ce que - les conduites d'aspiration et de refoulement sont dans le prolongement l'une de l'autre et leur axe est perpendiculaire à l'axe de la turbine et du corps de pompe ; - elles aboutissent dans une cavité cylindrique, intérieure au corps de pompe, le diamètre de cette cavité étant inférieur au diamètre de l'espace cylindrique dans lequel est montée la turbine, mais supérieur à celui des conduites - Le raccordement entre la cavité cylindrique et l'espace cylindrique est réalisé par une embase s'étendant sur presque toute la circonférence, une partie de l'embase étant située dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps de pompe, tandis que l'autre partie est hélicoïdale et aboutit à l'entrée de la conduite de refoulement. 6. Pompe centrifuge selon la revendication 5 caractérisée en ce que le réglage de la caractéristique pression-débit de la pompe est obtenu au moyen d'un variateur cylindrique creux, - monté pivotant dans la cavité cylindrique du corps de pompe, - dont la base, située du côté de la turbine, est ouverte et aboutit à cette dernière autour de son ouverture d'alimentation, - dont la paroi latérale présente du côté opposé à la turbine une ouverture plus grande que l'orifice correspondant de la conduite d'aspiration et du côté de la turbine, une collerette semi-circulaire - dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de 1 1espace cylindrique, - dont la face située du côté de la turbine est hélicoïdale et, - dont la face située du côté opposé à la turbine est plane et est en contact avec la partie plane de l'embase du corps de pompe. 7. Pompe centrifuge selon la revendication 6 caractérisée en ce que les positions relatives de la collerette et de l'ouverture ménagée dans la paroi latérale du variateur , sont déterminées de manière que lors du régime de fonctionnement maximal de la pompe, l'axe de l'ouverture corresponde à celui de la conduite d'aspiration et le bord le plus épais de la collerette soiten regard du bord de la partie plane de l'embase, situé au voisinage de la conduite de refoulement. 8. Pompe centrifuge selon la revendication 6 caractérisée en ce que la chambre de diffusion est délimitée par la paroi de l'espace cylindrique du corps de pompe, le bord latéral de la turbine, la paroi latérale du variateur et la face réglable constituée par la collerette et l'embase du corps de pompe.