Brevet FR2461835A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un groupe motopompe immergeable, do genre comprenant un moteur électrique accouplé coaxialement à une pompe prévue pour être immergée dans un liquide à pomper. Ces appareils demandent, comme tous les moteurs électriques, à être refroidis. Or, il n'est pas possible d'opérer ce refroidissement par une ventilation utilisant l'air extérieur, car le moteur est susceptible d'être immergé lui aussi et il est muni d'un carter étanche. I1 est connu de refroidir un tel moteur en réalisant une certaine circulation de l'air à l'intérieur du carter étanche, au voisinage de l'extrémité du moteur qui jouxte la pompe. Cette circulation, qui n'est plutôt qu'un simple brassage, provoque un échange de chaleur entre l'air et la paroi du carter qui, par conduction, se trouve refroidie par le liquide circulant dans la pompe. Mais cette solution ne donne pas entièrement satisfaction. En effet, la chaleur est dégagée essentiellement au niveau du rotor, qu'il s'agisse de courants de Foucault, ou de pertes fer, ou encore de pertes ohmiques principalement localisées à la surface du rotor dans le cas d'un rotor à cage d'écureuil. La ventilation localisée en bout du moteur est donc déficiente. La présente invention vise à réaliser un groupe moto-pompe dans lequel le refroidissement soit effectué de manière beaucoup plus efficace, sans pour autant nuire au rendement mécanique de la machine ni grever son cout. Suivant l'invention, le groupe moto-pompe immergeable comprend un moteur électrique constitué notamment d'un rotor et d'un stator sous carter étanche et accouplé coaxialement à une pompe prévue pour être immergée dans un liquide à pomper. La ligne d'arbre est, en fonctionnement, verticale, et le moteur est situé au-dessus de la pompe. Ce groupe est caractérisé en ce que le carter comprend des moyens pour le remplir d'un liquide caloporteur, des canaux de circulation étant ménagés entre le stator et le carter et une saignée hélicoldale pour la circulation du liquide étant pratiquée à la périphérie du rotor. Sous l'effet de la rotation du rotor, la saignée hélicoïdale provoque un déplacement du liquide parallèlement à l'axe de la ligne d'arbre, avec retour par la périphérie du stator.Le liquide transporte ainsi la chaleur développée dans le rotor jusqu'à la partie froide du carter. D'autre part, la saignée procure un effet de "patte d'araignée" en alimentant continuellement l'entrefer en liquide et évite les cisaillements du film de liquide qui se traduiraient par des points chauds. L'invention prévoit avantageusement, eu égard à la vitesse de rotation usuelle du moteur, de donner à l'hélice un pas compris entre 0,2 et 0,5 fois le diamètre du rotor, ce qui donne le meilleur effet de circulation. De préférence, la profondeur de la saignée est comprise entre 0,5 fois et 1 fois la valeur de l'entrefer entre rotor et stator mesurée sur le rayon, et sa largeur est comprise entre 0,1 et 0,2 fois le pas de l'hélice. On a observé que ces caractéristiques donnaient une circulation suffisante sans que la saignée provoque un effet indésirable notable sur le rendement et le facteur de puissance du moteur. Suivant une réalisation préférée de l'invention, le sens de l'hélice relativement au sens de rotation normal du moteur est tel que la rotation du rotor provoque un déplacement longitudinal du liquide dans le sens allant de la pompe vers le moteur à travers l'entrefer. De cette façon, le liquide vient balayer le moteur immédiatement après s'être refroidi au voisinage de la pompe. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, la figure unique est une vue en coupe longitudinale d'un groupe moto-pompe conforme à l'invention, la partie pompe étant supposée démontée. En référence à cette figure, le moteur comprend un stator l fixé sur des nervures 2 d'une virole 3, et un rotor 4 calé sur un arbre 5 porté par un palier 6 logé dans un couvercle 7 relié à la virole 3 par des vis 8 avec interposition d'un joint d'étanchéité annulaire 9. L'arbre 5 est également porté par un palier 11 logé dans un demi-corps de pompe 12 fixé à la virole 3 par des vis 13 avec interposition d'un joint annulaire 14, et cet arbre 5 sort dans le corps de pompe par un joint d'étanchéité 15. L'autre demi-corps de pompe, ainsi que le rotor de la pompe, ne sont pas représentés. I1 résulte de ce qui vient d'être dit que les parties essentielles du moteur sont situées dans un carter étanche formé de la virole 3, du couvercle 7 et du demicorps de pompe 12. Un bouchon amovible 16 permet de remplir ce carter d'un liquide caloporteur tel qu'une huile. Sur la périphérie du rotor 4 est pratiquée une saignée hélicoïdale 17, suivant un pas compris entre 0,2 et 0,5 fois le diamètre du rotor. La profondeur de cette saignée est comprise entre 0,5 fois et 1 fois la valeur de l'entrefer entre rotor et stator mesurée sur le rayon, et sa largeur est comprise entre 0,1 et 0,2 fois le pas de l'hélice. Quand le rotor 4 tourne dans le sens normal de fonctionnement du moteur, la saignée 17 provoque un effet de pompage qui tend à faire déplacer le liquide dans l'entrefer parallèlement à l'axe de rotation. Le sens de l'hélice est choisi pour que ce déplacement s'effectue dans le sens de la flèche F, c'est-à-dire de la pompe vers le moteur. Le retour du liquide s'effectue à la périphérie du stator, entre les nervures 2 de la virole 3. En fonctionnement, le liquide, en descendant par la périphérie commence à se refroidir un peu au contact de la virole 3, mais surtout au contact du corps de pompe 12 qui baigne dans le liquide pomper. Ce liquide refroidi remonte alors dans l'entrefer sous l'effet du pompage produit par la saignée 17 et emporte la chaleur développée dans le stator eut surtout dans le rotor, cette chaleur étant d'origine ohmlque ou électro-magnétique. Le liquide reprend ensuite le circuit précité. Outre l'effet de pompe, la saignée 17 agit comme une patte d'araignée de coussinnet et assure un apport continu de liquide en tout point de l'entrefer, évitant les ruptures de film qui seraient à l'origine de points chauds . On a d'autre part constaté que le respect des dimensions indiquées pour la saignée permettait de n'observer aucune baisse notable en rendement ni du facteur de puissance du moteur. Enfin, ce dispositif est à la fois treks efficace et très économique à réaliser. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'exemple décrit mais couvre toute variante mineure à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Groupe moto-pompe immergeable, comprenant un moteur électrique constitué notamment d'un rotor et d'un stator sous carter étanche et accouplé coaxialement à une pompe prévue pour être immergée dans un liquide à pomper, la ligne d'arbre étant, en fonctionnement, verticale, et le moteur étant situé au-dessus de la pompe, caractérisé en ce que le carter comprend des moyens pour le remplir d'un liquide caloporteur, des canaux de circulation étant ménagés entre le stator et le carter, et une saignée hélicoïdale pour la circulation du liquide étant pratiquée à la périphérie du rotor. 2. Groupe moto-pompe conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le pas de l'hélice est compris entre 0,2 et 0,5fois le diamètre du rotor. 3. Groupe moto-pompe conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la profondeur de la saignée est comprise entre 0,5 et 1 fois la valeur de l'entrefer entre stator et rotor mesurée sur le rayon. 4. Groupe moto-pompe conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur de la saignée est comprise entre 0,1 et 0,2 fois le pas de l'hélice. 5. Groupe moto-pompe conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le sens de l'hélice relativement au sens de rotation normal du moteur est tel que la rotation du rotor tende à entraîner le liquide caloporteur dans le sens allant de la pompe vers le moteur à travers l'entrefer.