Brevet FR2485114A1 — publié le 19811224

Ltinvention concerne une pompe centrifuge à diffuseur démonta- ble pour la mise en circulation d'un fluide tel que le fluide de refroidis- sement d'un réacteur nucléaire. Dans les réacteurs nucléaires tels que les réacteurs nucléaires à eau sous pression, le fluide de refroidissement des assemblages combustibles constituant le coeur du réacteur est mis en circulation dans le circuit de refroidissement ou circuit primaire par des groupes moto-pompes comprenant une pompe hélicocentrifuge et un moteur d'entraînement de cette pompe. Une telle pompe centrifuge comporte une volute constituée par une enceinte généralement soudée sur les tuyauteries du circuit primaire, dans laquelle sont pratiquées des ouvertures pour l'entrée et la sortie du flui- de de refroidissement dans la pompe. Un conduit d'aspiration démontable prolonge l'ouverture d'entrée à l'intérieur de la volute et un rotor monté sur un arbre relié au moteur d'entraînement est disposé à l'intérieur de la volute, dans le prolongement du conduit d'aspiration pour la mise en circulation du fluide de refroidis- sement. Ce rotor est constitué par une roue à aubes qui est elle-même entou- rée par un diffuseur fixe portant des ailettes de guidage du fluide et so- lidaire à l'une de ses extrémités du conduit d'aspiration. Ce diffuseur est généralement relié de façon rigide et permanente avec la volute soit direc- tement soit uniquement par l'intermédiaire du conduit d'aspiration. Une ouverture est prévue dans la volute pour permettre le passage du rotor au moment du montage de la pompe, cette ouverture étant ensuite ob- turée par un passage étanche permettant la traversée de l'arbre du rotor entre l'intérieur de la volute et le moteur d'entraînement fixé sur la volu- te au-dessus de l'ouverture de passage du rotor. Le diffuseur disposé autour du rotor permet de guider le fluide de refroidissement mis en mouvement par la roue à aubes du rotor, à l'inté- rieur de la volute avant sa sortie par l'ouverture de sortie. De telles pompes qui ont un très grand débit, supérieur à 20.000 m3/heure, et qui réalisent la mise en circulation d'un fluide à haute pres- sion et à haute température sont soumises à des conditions d'utilisation par_ ticulièrement sévères. D'autre part, on demande une très grande fiabilité pour ces dispo- sitifs, si bien que des opérations de contrôle et d'entretien sont nécessai- res deux périodes d'utilisation continue de la pompe. Le groupe moto-pompe doit ainsi être conçu comme un ensemble amovible permettant l'examen de la surface intérieure de la volute et des soudures de raccordement. Par ailleurs, le diamètre de l'ouverture axiale supérieure de la volute au-dessus de laquelle est disposé le moteur d'enuainement de la pompe doit être aussi réduit que possible afin de limiter les efforts exer- cés en fonctionnement par exemple sur les brides d'assemblage entre la pom- pe et le moteur. Ces deux exigences concernant l'accessibilité des parties internes de la pompe et la dimension de l'ouverture axiale de la volute sont contra- dictoires car l'examen de la surface intérieure de la volute et des soudures suppose un démontage et une extraction du diffuseur par l'ouverture axiale de la volute. On a donc proposé d'utiliser un diffuseur possàdant un tracé axial facilitant les opérations d'examen et d'entretien de la volute à partir de l'ouverture axiale supérieure de celle-ci. Cependant, cette solution conduit à un tracé hydraulique défavorable et exige malgré tout un diamètre relati- vement important de l'ouverture de la volute. Si l'on adopte un tracé radial du diffuseur plus favorable du point de vue hydraulique, il faut prévoir une ouverture axiale supérieure de la volute encore plus importante et ceci présente des inconvénients qui ont été mentionnés ci-dessus. Le but de l'invention est donc de proposer une pompe centrifuge à diffuseur démontable pour la mise en circulation d'un fluide, comportant une volute constituée par une enceinte ayant des ouvertures pour l'entrée et la sortie du flutH, un conduit d'aspiration démontable fixé sur la volute au niveau de l'ouverture d'entrée du fluide et dirigé vers l'intérieur de celle-ci, un rotor disposé à l'intérieur de la volute fixé sur un arbre pas- sant par une ouverture prévue dans la paroi de la volute et permettant le passage du rotor, p ur le raccordement à un moteur d'entrainement ainsi qu'un diffuseur de forme annulaire ayant pour axe de symétrie de révolution l'axe de rotation du rotor, disposé autour du rotor à l'intérieur de la vo- lute et fixé sur le conduit d'aspiration à l'une de ses extrémités, les opé- rations d'examen et d'entretien des organes internes de la pompe, en parti- culier la surface interne de la volute et le diffuseur, pouvant être effec- tuées à l'aide d'appareils de contrôle appropiés introduits par l'ouverture de passage du rotor. Dans ce but, le diffuseur comporte au moins trois parties sépa- rables et raccordables suivant des surfaces de raccord traversant la to- talité du corps du diffuseur entre sa face interne disposée vers le ro- tor et sa face externe dirigée vers la surface intérieure de la volute et entre son extrémité de raccord avec le conduit dtaspiration munie de moyens de liaison démontables et son extrémité opposée, chacune de ces parties du diffuseur étant usinée suivant une portion de gorge annulaire à section trapézoïdale à son extrémité opposée à l'extrémité de raccord avec le con- duit d'aspiration et comportant une saillie formant une portion d'anneau, cependant que la volute comporte une gorge annulaire pour l'engagement des saillies annulaires de chacune des parties du diffuseur et qu'une pièce de centrage comportant une partie annulaire à section trapézoïdale est fixée de façon amovible sur la volute pour son engagement dans la gorge annulaire à section trapézoïdale constituée par les portions de gorge des parties du diffuseur, lorsqu'elles sont juxtaposées. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant dé- crire à titre d'exemples non limitatifs, en ee référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'une pompe centrifuge suivant l'in- vention, cette pompe étant du type utilisé sur le circuit primaire des ré- acteurs nucléaires à eau sous pression. La figure 1 représente une vue en élévation avec coupe partielle par un plan de symétrie, d'une pompe centrifuge du circuit primaire d'un ré- acteur nucléaire à eau sous pression, selon l'art antérieur. La figure 2 représente une vue selon A de la figure 1. La figure 3 représente une vue partielle en coupe par un plan ver- tical de symétrie d'une pompe centrifuge suivant. l'invention. La figure 4 est une vue de dessus schématique de la partie infé- rieure du diffuseur de la pompe représentée à la figure 3. La figure 5 est une représentation analogue à celle de la figure 3, d'un second mode de réalisation de la fixation du diffuseur sur le con- duit d'aspiration de la pompe. Sur les figures 1 et 2 on voit une pompe telle que celles utili- sées actuellement sur les circuits primaires des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportant un ensemble moteur 1 et un ensemble pompe 2. L'en- semble moteur 1 est raccordé à la. volute 3 de la pompe par l'intermédiaire d'un support 4 relié par des vis à la partie supérieure de la volute 3 au niveau de l'ouverture axiale supérieure 5 de cette volute. Le rotor 6 de la pompe est monté sur un arbre 7 relié à l'arbre 8 de sortie du moteur 1. L'ouverture 5 permet le passage du rotor 6 constitué par une roue à aubes lors du montage de la pompe et le passage étanche de l'arbre 7 par l'intermédiaire de joints et de paliers 9, lorsque le montage de la pompe est terminé comme représenté à la figure 1, la fermeture de ltouver- ture 5 étant assurée par une pièce de fermeture 10. Une barrière thermique 11 permet de limiter le transfert calo- rifique entre la volute et la partie supérieure de la pompe (palier, joints d'étanchéité...). Un volant d'inertie 12 est monté solidaire de la partie supérieure de l'arbre du moteur en partie haute de ce moteur. - La volute 3 est percée d'une ouverture d'entrée 14 et d'une ouver- ture de sortie constituant un conduit de refoulement 15 pour l'eau sous pression. L'ouverture 14 est prolongée par un conduit d'aspiration 16 dans la partie interne de la volute 3. Le conduit 16 est fixé sur la volute 3 et peut être démonté et extrait par l'ouverture 5. Le diffuseur 18 est relié à la sortie du conduit d'aspiration 16 à l'intérieur de la volute. Ce diffuseur fixe de forme annulaire entoure complètement le rotor 6 et réalise le guidage de l'eau dont le parcours dans la pompe est figuré par des flèches. Des pattes de fixation 19 relient la pompe à son système de sus- pension. Sur la figure 3, on voit une partie d'une pompe centrifuge selon l'invention comportant une volute 23 ayant une ouverture axiale supérieure par laquelle on peut introduire le rotor 26 constitué par une roue à au- bes 27. En se reportant à la fois aux figures 3 et 4, on voit que le dif- fuseur 21 de cette pompe fixé à sa partie basse sur le conduit d'aspiration 22 par l'intermédiaire de vis 30 est constitué de six parties 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f séparées par des découpes 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f. Les découpes 31 sont réalisées suivant des surfaces courbes tra- versant tout le corps annulaire du diffuseur 21 entre sa face interne 32 dirigée vers le rotor 26 et sa face externe 33 dirigée vers la surface in- térieure de la volute 33. Ces découpes 31 sont d'autre part réalisées sur toute la hauteur du diffuseur depuis sa partie de jonction avec le conduit d'aspiration 22 jusqu'à sa partie supérieure au niveau de l'ouverture axia- le supérieure de la volute 25. De cette façon les six parties 21a à 21f du diffuseur sont entiè- rement séparables les unes des autres lors du démontage du diffuseur. 248 511 4 Les découpes 31 sont d'autre part réalisées chacune entre deux aubages 35 successifs du diffuseur. Certaines des parties du diffuseur, comme la partie 21d sont réalisées de façon que l'ouverture dans la surface interne 32 du diffu- seur résultant de leur démontage soit d'une largeur supérieure à la face de la partie 21d constituant une portion de la surface 33 du diffuseur. Chacune des parties 21a à 21f du diffuseur comporte un ou pou- sieurs trous taraudés pour la fixation des vis 30 permettant de relier la partie basse du diffuseur au conduit d'aspiration 22. Dtautre part chacune de ces parties du diffuseur est usinée à sa partie supérieure suivant une gorge 36 de forme annulaire ayant pour axe de symétrie de révolution, l'axe de symétrie du diffuseur qui est confon- du avec l'axe yy' du rotor lorsque le diffuseur et le rotor sont en place dans la volute 23 de la pompe. Comme il est visible à la figure 3, la gorge 36 a une section trapèzoldale dont un côté est incliné vers l'axe de la pompe et vers le haut. Chacune des parties du diffuseur comporte d'autre part une sail- lie annulaire 37 ayant également pour axe de symétrie de révolution l'axe du diffuseur ou l'axe yy' de la pompe, lorsque le diffuseur est en place dans la volute. La paroi supérieure de la volute 23 comporte une rainure annulai- re 38 d'axe yy'. Enfin, une pièce de centrage 40 comportant une partie à section trapèzoldale 41 est réalisée sous forme d'un anneau dtaxe yy'. La pièce an- nulaire 40 est mise en position autour de l'ouverture 25, sur la volute 23 et fixée à cette volute par l'intermédiaire de vis 44 et de trous taraudés correspondants ménagés dans la paroi supérieure de la volute 23. La gorge 36 et la partie 41 de la pièce de centrage 40 ont des formes correspondantes ainsi qu'il est visible à la figure 3. La fabrication du diffuseur peut être réalisée par moulage mono- bloc de l'ensemble de ce diffuseur 21 puis par découpage et usinage de cet ensemble de façon à obtenir les différents tronçons 21a à 21f. Ce diffuseur pourrait être également obtenu par fabrication séparée des divers tronçons 21a à 21f. Les opérations de montage du diffuseur à l'intérieur de la volute 23 vont maintenant être décrites en détail en se référant aux figures 3 et 4. 248 5 114 Pendant le montage du diffuseur, l'ouverture 25 est entièrement dégagée et le rotor 26 ainsi que le conduit d'aspiration 22 n'ont pas en- core été introduits dans la volute. La pièce de centrage 40 n'est pas en- core en position sur la partie supérieure de cette volute. Les différents tronçons du diffuseur sont introduits à l'inté- rieur de la volute 23 par l'ouverture 25 selon une orientation permettant leur passage à travers cette ouverture 25. Ces parties du diffuseur sont introduites successivement et leurs saillies 37 sont mises en place dans la gorge 38, ce qui assure le maintien provisoire de ces différentes parties du diffuseur. On place ainsi les par- ties 21a, 21b, 21c, 21e et 21f, puis la partie 21d dont on introduit ta face externe dans l'espace subsistant entre les parties 21c et 21e. Cette partie 21d occupe la position 21'd représentée en tirets sur la figure 4. Il suffit alors de faire effectuer à cette partie 21d une rotation autour de l'axe vertical passant par le point O visible sur la figure 4, grâce à un outillage spécial permettant de saisir la-pièce 21d et d'effectuer la rotation, pour faire passer la pièce de sa position 21d à sa position défi- nitive 21d. Les différentes portions de gorge 36 usinées sur les faces supé- rieures deeifférentes parties du diffuseur 21 constituent alors une gorge annulaire continue dans laquelle on peut introduire la partie 41 de la piè- ce de centrage 40 pour réaliser la mise en place et le centrage du diffu- seur. Des vis 44 sont alors mises en place dans les trous taraudés 45 pour réaliser la fixation de la pièce 40 et le centrage définitif du dif- fuseur 21 dans la volute. On introduit le conduit d'aspiration 22 dans l'ouverture centrale et l'on assure sa fixation sur la volute. On effectue alors la fixation définitive du diffuseur dans la vo- lute par mise en place et serrage des vis 30 reliant la partie inférieure du diffuseur 21 au conduit d'aspiration 22. Le démontage du diffuseur peut être évidemment effectué par des opérations inverses. Sur la figure 5, est représentée une variante d'exécution de la fixation entre la partie inférieure du diffuseur 21 et la partie supéreure du conduit d'aspiration 22. Dans ce mode de fixation, la partie inférieure 48 du diffuseur 21 est constituée par un prolongement cylindrique venant coiffer la partie su- périeure du conduit d'aspiration 22. Il suffit alors de réaliser un blocage en rotation entre les pièces 21 et 22. 2485 1 14 On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'in- vention sont de permettre un démontage du diffuseur de la pompe pour l"exa- men de ce diffuseur et de la surface interne de la volute et des soudures, même si l'ouverture axiale supérieure de la pompe est de petit-diamètre. Dtautre part la conception proposée des différentes portions du diffuseur facilite sa mise en place à l'intérieur de la volute. Le posi- tionnement définitif- de ces pièces est réalisé de façon automatique lors de la mise en place de la pièce de centrage, ce qui permet d'éviter les erreurs de montage. Mais l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que le mode de fixation amovible de la partie infé- rieure du diffuseur sur le conduit d'aspiration peut être d'un type quelcon- que et que le découpage du diffuseur -en portions permettant son démontage n'est pas limité à la forme de réalisation qui a été décrite. D'autre part, l'invention s'applique à toute pompe centrifuge que ces pompes soient à diffuseur radial ou à diffuseur axial. Le domaine d'utilisation de ces pompes peut être évidemment tout-à-fait différent de la mise en circulation du fluide de refroidissement d'un réacteur nucléai- re. - 2485114 REVENDICATIONS 1.- Pompe centrifuge à diffuseur démontable pour la mise en cir- culation d'un fluide, comportant une volute (23) constituée par une encein- te ayant des ouvertures (14) et (15) pour l'entrée et la sortie du fluide, un conduit d'aspiration (22) démontable, fixé sur la volute (23) au niveau de l'ouverture d'entrée (14) du fluide et dirigé vers l'intérieur de celle- ci, un rotor (26) disposé à l'intérieur de la volute (23) fixé sur un arbre passant par une ouverture (25) prévue dans la paroi de la volute (23) et permettant le passage du rotor (26), pour le raccordement de cet arbre à un moteur dtentrainement ainsi qu'un diffuseur (21) de forme annulaire ayant pour axe de symétrie de révolution l'axe de rotation du rotor (26), disposé autour du rotor (26) à l'intérieur de la volute (23) et fixé sur le conduit d'aspiration (22) à lune de ses extrémités, caractérisée par le fait que le diffuseur (21) comporte au moins trois parties séparables et raccordables suivant des surfaces de raccord (31) traversant la tota- lité du corps du diffuseur entre sa face interne (32) disposée vers le rotor (26) et sa face externe (33) dirigée vers la surface intérieure de la volute (23) et entre son extrémité de raccord avec le conduit d'aspira- tion (22) munie de moyens de liaison démontables (30) et son extrémité op- posée, chacune de ces parties du diffuseur (21) étant usinée suivant une portion de gorge annulaire (36) à section trapézoïdale à son extrémité op- posée à l'extrémité de raccord avec le conduit d'aspiration (22) et compor- tant une saillie (37) formant une portion d'anneau, cependant que la volu- te (23) comporte une gorge annulaire (38) pour l'engagement des Millies annulaires (37) de chacune des parties du diffuseur (21) et qu'une pièce de centrage (40) comportant une partie annulaire à section trapézoïdale (41) est fixée de façon amovible sur la volute (23) pour son engagement dans la gorge annulaire à section trapézoïdale constituée par les portions de gorge (36) des parties du diffuseur (22), lorsqu'elles sont jux- taposées pour le montage de celui-ci. 2.- Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de liaison démontables entre l'extrémité du diffu- seur (21) et le conduit d'aspiration (22> sont constitués par des vis (30) . 3.- Pompe centrifuge suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de liaison démontables entre l'extrémité du diffu- seur et le conduit d'aspiration sont constitués par une partie cylindrique (48) prolongeant le diffuseur et venant coiffer une partie cylindrique correspondante du conduit d'aspiration. 4.- Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que les surfaces de raccord (31) en- tre les différentes parties du diffuseur sont des surfaces courbes situées par rapport au diffuseur entre deux aubages successifs (35) de celui-ci. 5.- Pompe centrifuge suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que l'une au moins des parties du diffuseur (21d) a une face exter- ne (33) dirigée vers la surface intérieure de la volute (23) d'une largeur inférieure à la largeur de l'espace resté libre entre les deux parties de diffuseur (21c et 21e) entre lesquelles elle stintercale, au niveau de la surface interne (32) du diffuseur (21) dirigée vers le rotor (26). 6.- Pompe centrifuge suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que la pièce de centrage (40) de forme annulaire est fixée sur la volute (23) à la périphérie de son ouver- ture axiale (25) prévue pour le passage du rotor (26).