Brevet FR2356024A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne un perfectionnement aux pompes du tyne centrifuges comprenant une nartie fixe appelée stator, et une partie mobile, appelée rotor, disposée coaxialement au stator et intérieurement a celui-ci et comportant une série d'aubes mobiles reliées, narallelement au sens d'écoulement du fluide entre les aubes, selon deux de leurs côté opposés, n deux flasques, l'un extérieur et l'autre intérieur solidaire de l'arbre de rotation, les-deux flasques délimitant entre eux rm espace déterninant leurs deux extrémites, une section d'entrée du fluide annulnire sensiblement perpendiculaire l'axe de rotation et une section de sortie sensiblenent cylindrique circulaire et coaxiale à l'axe de rotation de la machine, ladite section de sortie débouchant dans une partie du stator appelée diffuseur. Dans de telles machines, les frottements cnntre les flasques des couches de fluide voisines de ces flasques, anpelées couches limites, occasionnent un ralentissement de la vitesse relative TT2' de ces couches limites de fluide nar rapport aux flasque mobiles.Il en résulte que les vitesses absolues V2 a la sortie des aubes mobiles de ces couches limites sont modifiées nar ranport aux coiiches centrales, et cela aussi hien en grandeur qu'en direction. il s'ensuit un mauvais fonctionnement du diffuseur spécialement au niveau du bord d'attaque des aubes fixes du diffuseur dans le cas d'non diffuseur a aubes, et au niveau du ou des becs de la volute.Il se produit en effet des décollements de la veine fluide ce oui est particulièrement néfaste dans un canal diffuseur destine n ralentir les vitesses et à augnenter les pressions. Le diffuseur étant par ailleurs calculé pour le résine nominal, ce mauvais fonctionnement est aggravé aux faibles débits. Ce défaut, supportable dans les machines tournant à faible vitesse, ne l'est plus dans les machines actuelles pouvant tourner à 6 > no tours par minute car il entraîne des détériorations importantes par les chocs et vibrations qu'ils produisent. En général, toutefois, certaines atténuations à ces difficultés peuvent être constatées, lorsque tout ou partie de ces couches limites est évacuée. C'est le cas lorsque cette évacuation est fournie naturellement par une fuite, indispensable au fonctionnement de la machine, soit vers l'ouie d'entrée entre le flasque extérieur et le stator soit vers l'extérieur le lonp de l'arbre entre le flasque interieur et le stator. Mais on nontrera par la suite que cela n > est pas toujours le cas et notarrient dans les nappes à deux ourles d'entrées et dans les pompes rtulticellulaires. La présente invention a pour but de nallier ces inconvénients et a pour objet un perfectionnenent a une pompe centrifuge du type tel que défini ci-dessus caractérisé en ce que la distance séparant l'axe de la machine du bord de fuite des aubes mobiles est plus grande an voisinage dudit flasque intérieur qu'au voisinage du flasque externe. Selon une réalisation Particulière de la présente invention ladite distance évolue linéairement depuis lé flasque externe jusqu au flasque interne. D'autres avantages et caractéxistiques de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de rise en oeuvre de l'invention, faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel La figure I montre le triangle des vitesses à la sortie des aubes mobiles dans le cas d'une pompe centrifuge classique. Les figure 2a, 2b, 2c et 2d sont des représentations schématiques montrant diverses catégories de volutes. Les figures 3a et 3h montrent schématiquement en coupe axiale respectivement une portion de copine à une ouie multicellulaire et une i'empe à deux oules. La figure 4 est une courbe représentative des pressions en fonction des débits. La figure 5 montre, en coupe axiale, une nortion de nompe à deux oules selon l'invention. La figure 6 montre, dans un plan nerpendieulaire à l'axe de la paripe, une partie du flasque intérieur et quelques aubes. La figure 7 représente un autre exemple, montrant dans un plan perpendiculaire à l'axe de la pompe, la différence de courbure d'une aube près du flasque interne et près d'un flasque externe. Sur la figure I on a représenté schématici,nrient une aube I d'une pompe centrifuge. La tangente n. son bord de fuite 2 fait un angle ss 2 avec la tangente au même point à la circonférence 3 décrite par le bord de fuite 2 de l'aube 1. A la sortie de l'aube, on neut construire le triangle des vitesse : soit U2 la vitesse périphérique de la roue ; la vitesse relative du fluide par rapport aux aubes : W, sort tangentiellement au bord de fuite de l'aube, v2 la vitesse 2 ahsolue. En reportant la vitesse Ti2 on construit le triangle -U2 V2 W2. Aux extrémités latérales de l'aube, la vitesse relative W'? du fluide est diminuée par les frottements du fluide contre les flasques de la roue, il s'ensuit que la vitesse absolue de sortie Xt'2 près des flasques est modifiées en grandeur et en direction d'où une mauvaise attaque des aubes fixes 4 du diffuseur dans le cas d'un diffuseur n aubes (figure 2 d) ou dii (ou des) becs 5 dans le cas d'une volute à un bec figure 2a ou à plusieurs becs (figure 2b, 2c). Il en résulte des décollements de la veine fluide mi niveau du ou des becs de la volute ou des aubes fixes dans le cas d'un diffuseur à aubes. L'effet de ces décollements, provoquées nar les couches limites du fluide pries des flasques est de provoquer un mauvais fonctionnement du diffuseur ou des narties formant diffuseur dans les volutes à deux ou plusieurs becs. Eien entendu, ce mauvais fonctionnement s'accroît lorsoue le diffuseur est davantage sollicité, ce qui se produit lorsque le débit est réduit il en résulte des formes de courhes de fonctionnement débit/pression (,P figure 4) ayant des bosses, ce qui conduit aux débits correspondants à des instabilités de marche nuisibles. En plus, lorsque les machines ne sont pas symétriques, c'est le cas des pompes à une ourle (figure 3a) monocellulaire et surtout multicellulaires, les différences de pression entre les deux côtés peuvent provoquer des écarts de poussée sensibles qui peuvent être considérables. Les figures 3a et 3b montrent respectivement, schématiquement en coupe une portion de pompe à une ouvre et à deux ouïes. La pompe comporte, figure 3a, un carter fixe fi formant stator et à l'intérieur du stator un rouet 7 comprenant un flasque intérieur 8, un flasque extérieur 9 et une série d'aubes telles que 10 solidaires des flasques 8 et o par ses côtes 11 et 12. Les aubes comportent un bord d'attaque 13 et un bord de fuite 14. Le rotor 7 tourne autour d'un axe de rotation représenté en 15. Le fluide entre dans le rotor sensiblement axialement selon la floche A et en sort selon la flèche B, suivant l'inclinaison V2 (figure1) pour attaquer le bord d'attaque 16 d'une aube fixe du diffuseur. Dans le cas d'une Dompte multicellulaire, un deuxième rouet solidaire du premier rouet 7, fait suite à ce premier rotor. Dans le cas d'une telle pompe, la couche limite de fluide située pr Q peut s' évacuer naturellement en emoruntant le chemin indiqué par les flèches 17. I1 n'en est pas de même de la couche limite située près du flasque interne 8 et dans le cas d'une pompe multicellulaire il y a même iine rentrée de fluide selon les floches 1q ce qui accroit les difficultés. La figure 3b représente une pompe à deux ouïes, le fluide entrant selon les floches A et C et ressortant selon les fleebos ". Dans ce cas, il existe dev1x flasques extérieurs 9 et deux séries d'aubes 1. Ici aussi, les couches limites des flasques externes peuvent être evacuées, mais il n'en est pas de même des couches limites voisines du flasque interne 8. La figure 5 montre une pompe à deux ouïes selon l'invention comportant les nemes éléments que la pompe représentée figure 3h mais dont la distance D, qui sépare le bord de fuite d'une aube au voisinage du flasque interne 8, de l'axe 15 de la pompe, est supérieure a cette distance mesurée pres du flasque externe . Cette distance peut nar exemple varier linéairement des flasques externes 9 au flasque interne 8, ceci a pour effet d'augmenter la vitesse relative des filets fluides à la sortie de l'aube pres du flasque interne et d'améliorer considérablement le fonctionnement de diffuseur qui suit en régularisant le champ de pression sur toute la largeur des aubes. Bien entendu, on a représenté ici une pompe à deux ouïes d'entrée mais on fait exactement la même chose avec une pompe à une seule ouTe d'entrée : on augmente la longueur de l'aube au voisinage du flasque interne 8. Cette modification est réalisée tout en conservant tout le long du bord de fuite de l'aube un même angle ss2 (figure 1). En même temps on peut réaliser une échancrure 19 dans le flasque intérieur 8 entre deux aubes successives comme on le voit mieux sur la figure 6. Ceci n'est possible évidemment que dans les pompes à deux ouïes d'entrée. An lieu d'augmenter la hauteur des aubes on peut modifier au contraire, ou même faire l'un et l'autre à la fois, l'angle ss2 au voisinage du flasque interne 8, on augmente cet angle voir figure 7. il est préférable également de diminuer les jeux entre le stator et le rotor. L'invention s'applique particulièrement aux pompes d'alimentation des chaudieres de centrales électriques. REVENDICATIONS 1/ Perfectionnement aux nonnes du type centrifuges comprenant une partie fixe anpelée stator, et une partie mobile, appelée rotor, disposée coaxialement au stator et intérieurement à celui-ci et comportant une série d'aubes mobiles reliées, parallèlement au sens d'écoulement du fluide entre les aubes, selon deux de leurs côtés opposés, à deux flasques, i l'lm extérieur et l'autre intérieur solidaire de l'arbre de rotation, les deux flasques delimitant entre eux un esnace déterminant à leurs deux extrémités, une section d'entrée du fluide annulaire sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation et une section de sortie sensiblement cylindrique circulaire et coaxiale l'axe de rotation de la machine, ladite section de sortie débouchant dans une partie du stator appelée diffuseur caracterise en ce que la distance séparant l'axe de la machine du bord de fuite des aubes mobiles est plus Brande au voisinage dudit flasque intérieur qu'au voisinage du flasque externe. 2/ Perfectionnement aux pompes du type centrifuges, selon la revendication 1 caractérise en ce que ladite distance évolue linéairement depuis le flasque externe jusqu flasoue interne. 3/ Perfoctionnement aux nommes du type centrifuaes selon l'une des revendications I ou 2 connortant deux flasques extérieurs symétriquement disposés par rapport au flasoue intérieur et délimitant deux espaces, recevant chacun une serie d'aubes mobiles reliées respectivement, l'une au flasque interne et à l'un des flasques externe, et l'autre au flasque interne et à l'autre flasque externe, caractérisé en ce que la périphérie dudit flasque interne présente, entre une aube et la suivante, une échancrure diminuant entre deux aubes la distance séparant l'axe de la machine de la périphérie dudit flasque.