Brevet FR2485112A1 — publié le 19811224

j. L'invention concerne une turbopompe formée par une section pompe centrifuge comprenant une entrée et une sor- tie et une section turbine montée sur le même arbre et pourvue de sa propre entrée et de sa propre sortie. On connait des turbopompes destinées à de grosses installations de pompage à exploitation en accumulation dans lesquelles une roue de pompe et une roue de turbine sont accouplées sur un arbre commun. On connaît par ailleurs des turbopompes dans lesquelles des pompes centrifuges multicellulaires sont accouplées à des étages radiaux, qui peuvent travailler en exploitation en turbine. La section pompe et la section turbine sont dispo- sées sur un arbre commun. Ces ensembles sont utilisés avant tout pour mettre en oeuvre des procédés de lavage et de net- toyage. Dans les procédés de ce type, on a besoin d'un fluide à haute pression alors que simultanément les eaux usées du circuit doivent être détendues et amenées à une basse pres- sion. On peut alors envoyer en dérivation des courants de produit du circuit de la pompe de manière que la section turbine ait à sa disposition des quantités plus faibles à des pressions plus réduites que la hauteur de refoulement de la pompe. Pour maintenir l'ensemble du circuit en mouvement, il est nécessaire que la section pompe produise la pression de refoulement nécessaire. L'énergie additionnelle que l'on doit fournir obligatoirement du fait du courant de produit envoyé en dérivation et des pertes inévitables est habituel- lement obtenue au moyen d'un moteur électrique ou de tout autre dispositif. Ce dispositif est relié à l'ensemble au moyen d'un accouplement. Une caractéristique essentielle des ensembles de ce type est cependant que l'énergie fournie qui est nécessaire au fonctionnement du circuit mais qui n'est plus utile au courant de produit est récupérée direc- tement sous forme d'énergie d'entraînement. On connait par la demande de brevet européen O 008 260 une turbopompe dans laquelle la section pompe et la section turbine sont accouplées l'une à l'autre du côté de leurs extrémités haute pression. Ce montage en sens contraire sert à équilibrer les forces axiales de la section pompe et de la 24 8 5 11 2 section turbine. L'inconvénient de cette disposition vient de la nécessité d'avoir recours à une pièce intermédiaire coûteuse et étudiée du point de vue de sa résistance pour résister à une pression élevée. L'invention a pour objet une turbopompe du type men- tionné dans le préambule, pouvant fonctionner avec une pièce intermédiaire peu coûteuse, mais permettant cependant un 6qui- libre total de la course axiale. Selon l'invention, ce problème est résolu au moyen d'une partie basse pression accouplant l'une à l'autre la section pornpe et la section turbine et commune aux deux sections. La séparation qu'il faut réaliser au niveau d'une partie basse pression de ce type entre la section pompe et la section tur- bine est simple du fait de la faible différence de pression entre l'ouverture d'aspiration de la pompe et la sortie de la turbine. De plus, les pertes sont faibles. Du fait que cette partie basse pression n'est prévue que pour une faible pression, sa fabrication et la forme qui lui est donnée sont simples. Dans une turbopompe selon l'invention, l'équilibrage total des forces axiales est obtenu du fait qu'un piston d'allègement est disposé respectivement sur le côté haute pression de la pompe centrifuge et de la turbine, le diamè- tre des pistons d'allègement étant adapté aux diverses forces axiales. L'ensemble peut donc fonctionner avec des paliers à roulement à faibles pertes. Les courants de détente qui sont déterminés par les pistons d'allègement peuvent être utilisés simultanément dans des buts de régulation, à savoir l'adaptation des carac- téristiques de la turbine aux caractéristiques de la pompe. Du fait que des pompes multicellulaires entraînées en tant que turbines doivent être régulées du point de vue de leur débit de dimensionnement, il faut réaliser une adaptation optimale du point de fonctionnement dynamique de la section pompe et de la section turbine, et ce résultat est obtenu ici simplement au moyen d'une conduite de régulation. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, les tubulures montées sur la partie basse pression de la turbopompe, à savoir la tubulure d'entrée de la section pompe et la tubulure de sortie de la section turbine sont disposées sur le même axe. L'invention sera maintenant expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation à l'appui du dessin joint dont l'unique figure est une vue en coupe d'une turbo- pompe constituée selon l'invention. La turbopompe comprend une section pompe centrifuge 1 et une section turbine 2. La section pompe centrifuge 1 et la section turbine 2 sont reliées l'une à l'autre par une partie basse pression commune 3. La partie basse pression 3 comprend la tubulure d'entrée 4 de la section pompe centri- fuge i et la tubulure de sortie 5 de la section turbine 2. En outre, la section pompe centrifuge I comprend une sortie de pompe 6 et la section turbine 2 comprend une entrée de turbine 7. Sur les côtés haute pression respectifs des sections 1 et 2 de l'ensemble sont disposés les dispositifs d'équi- librage des forces axiales. Dans la section pompe centrifuge est prévu un piston d'allègement 8, alors que la section turbine 2 comprend un piston d'allègement 9. En outre, on prévoit des conduites d'allègement 10, 11 pourvues de sou- papes d'étranglement 12, 13. L'étanchéité de l'arbre 14 qui est commun à l'ensemble est réalisée au moyen de joints d'ar- bre normaux qui ne sont pas représentés. Des paliers à roule- ment 15 sont prévus pour le montage de l'arbre 14. Entre la section haute pression et la section basse pression de la turbine 2 est prévue une conduite de liaison 17 équipée d'un dispositif de régulation 16. Le fluide parvient dans la tubulure d'entrée 4 de la section pompe centrifuge 1 à une pression d'entrée PpE. Après avoir reçu une énergie de pression à l'intérieur de la sec- tion pompe centrifuge 1, le fluide sort de la section pompe centrifuge 1 par la sortie de pompe 6 à la pression de sortie PpA* Une partie du fluide qui n'est plus nécessaire au pro- cédé et dont la pression pTE est diminuée des pertes,est in- troduite dans la section haute pression de la section turbine Z485 1 12 2 et, de là, envoyée vers la sortie 5 de la turbine o le fluide est à la pression pTA. L'énergie dégagée pendant la traversée de la turbine 2 est envoyée directement à la sec- tion pompe centrifuge 1 par l'intermédiaire de l'arbre 14. La partie d'énergie qui a été fournie au courant utile du procédé et qui provient des pertes de frottement est rempla- cée par un dispositif non représenté tel qu'un moteur élec- trique. Une soupape d'étranglement rigide servant de sépara- tion entre la section pompe centrifuge 1 et la section tur- bine 2 est soumise à un fluide ayant une pression différen- tielle PpE - pTA régnant entre l'entrée 4 de la pompe et la sortie 5 de la turbine. On obtient ainsi simultanément un support additionnel, comme dans toutes les autres zones d'é- tanchéité de l'ensemble de l'installation. Du fait des pres- sions différentes qui règnent dans la section pompe centri- fuge 1 et dans la section turbine 2, des forces axiales agis- sent sur l'arbre 14. Ces forces sont équilibrées par le pis- ton d'allègement 8 de la pompe centrifuge et le piston d'al- lègement 9 de la turbine. Du fait que les pistons d'allège- ment 8, 9 sont disposés aux extrémités respectives de la turbopompe qui sont d'accès facile, ils peuvent être facile- ment remplacés quand ils sont usés, par un simple démontage des paliers à roulement 15. La possibilité de choisir des diamètres différents pour les dispositifs d'allègement per- met d'adapter la turbopompe à des conditions de pression diverses. On obtient ainsi des possibilités d'utilisation avec d'autres fluides et pour d'autres applications, et avec des différences de pression importantes entre la section pom- pe centrifuge et la section turbine. En choisissant les soupapes d'étranglement 12, 13 montées dans les conduites d'allègement 10, 11, on peut déterminer une pression à l'avant du dispositif d'étanchéité de l'arbre évitant le dégagement de gaz d'un fluide et de ce fait des difficultés au niveau des joints. En fonction du rapport entre le courant utile et le courant total, on peut déterr:'iner un rendement optimal de la section turbine 2 par le choix du courant de dérivation passant par la soupape de régulation 16. 24 8 5 1 1 2 REVENDICATIONS 1. Turbopompe form6e par une section pompe centrifuge comprenant une entrée et une sortie et une section turbine montée sur le même arbre et pourvue de sa propre entrée et de sa propre sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend une partie basse pression (3) accouplant la section pompe centri- fuge (1) et la section turbine (2) l'une à l'autre, et com- nMnne aux deux sections. 2. Turbopompe selon la revendication 1, caract6risée en ce qu'un piston d'allègement (8,9) est monté respective- ment sur les côt6s haute pression de la section pompe cen- trifuge (1) et de la section turbine (2), les diamètres des pistons d'allègement (8,9) étant adaptés à des forces axiales diverses. 3. Turbopompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une liaison (16,17) règlable et dispo- sée entre le côt6 haute pression et le c6té basse pression de la section turbine (2). 4. Turbopompe selon la revendication 1, caractéris6e en ce que les tubulures qui sont mont6es sur le côté basse pression (3) de la turbopompe, à savoir la tubulure d'entrée (4) de la section pompe centrifuge (1) et la tubulure de sortie (5) de la section turbine (2) sont disposées sur le meme axe.