Brevet FR2486596A1 — publié le 19820115

La présente invention concerne un séparateur de crasses destiné à la protection de parties sensibles de turbomachi- nes, et en particulier de pompes centrifuges et de turbines, qui est disposé entre une zone o passe un fluide chargé d'im- puretés et une zone oli passe un fluide propre. Quand les turbomachines répondent à des fluides souillés, il est nécessaire de protéger les parties sensibles de la ma- chine, c'est-à-dire les joints ou les paliers, contre l'effet des particules d'impuretés contenues dans le fluide refoulé. Pour obtenir ce résultat, on dispose plusieurs dispositifs dé- viateurs des impuretés à l'aide desquels le courant est guidé de manière que les particules d'impuretés contenues dans le fluide refoulé passent en dérivation de l'enceinte à fluide à protéger. Ce résultat peut être obtenu en utilisant la force centrifuge et à l'aide de déviations ou de moyens analogues. Quand la machine est à l'arrêt ou quand le fluide ne circule pas, il faut alors faire en sorte que les particules contenues dans le fluide, qui tombent ou montent en fonction de leur poids spécifique par rapport à celui du fluide, soient égale- ment envoyées en dérivation par rapport à l'enceinte à protéger. Comme l'effet séparateur des moyens et des mesures connus jusqu'ici est imparfait et ne suffit pas dans de nombreux cas d'utilisation, il faut souvent envoyer en plus un fluide propre dans l'enceinte à protéger. Ce fluide propre peut être obtenu à partir d'un fluide d'arrêt provenant de l'extérieur, également nommé fluide d'injection ou de pulvérisation. Mais il est éga- lement possible de faire passer par des filtres le fluide se trouvant dans l'enceinte à protéger. Ce résultat peut être obtenu grâce aux différences de pression nécessairement pro- duites par la machine en marche ou par un dispositif de mise en circulation additionnel qui font passer le fluide par le dispositif de filtrage. Les procédés connus et utilisés dans ce cas se sont révélés valables dans les grandes lignes mais ils présentent, entre autres, l'inconvénient que, même s'ils purifient le fluide dans l'enceinte à protéger par une circu- lation directe ou un circuit accessoire, les impuretés doivent cependant d'abord nén6trer dans l'enceinte avant d'en être retenues par le filtre. Il peut donc y avoir déjà des dépôts de particules d'impuretés sur le parcours du courant. Dans les cas défavorables, les particules d'impuretés qui ont pénétré à l'intérieur peuvent être mises plusieurs fois en circulation, et donc provoquer une usure, avant qu'elles soient finalement éliminées. Le plus souvent, on ne peut faire cesser complètement l'échange entre l'enceinte à protéger et la zone oii se trouve le fluide souillé, car des fuites des joints par exemple pro- voquent des courants secondaires continus et lents ou bien des oscillations inévitables de la pression sont provoquées par la machine elle-même d'o il résulte des modifications de volume de courants compensateurs. Un autre inconvénient des dispositifs connus vient de ce que, d'une part, il faut un circuit important pour évacuer la chaleur de frottement apparaissant à l'intérieur de l'en- ceinte à protéger, et de ce que, d'autre part, les filtres doivent être très importants ou présenter une résistance éle- vée quand on veut atteindre un niveau de séparation suffisant. Ceci entraîne une consommation d'énergie relativement impor- tante pour maintenir le circuit interne, et la chaleur dégagée doit alors être envoyée au refroidisseur. L'invention a pour objet un séparateur de crasses du type précité et permettant une protection efficace et de coût ré- duit des parties sensibles de la machine contre les particules d'impuretés présentes dans le fluide refoulé. Selon l'invention, ce problème est résolu au moyen d'une chambre de séparation des crasses tournant avec l'arbre de la machine et d'une chambre tampon reliée à cette dernière par l'intermédiaire d'un canal, grâce à quoi le fluide souillé qui est amené à une vitesse périphérique voisine de la valeur de la vitesse périphérique locale est refoulé par les différences de pression régnant dans la turbomachine et/ou par un ou plu- sieurs dispositifs de refoulement, en passant par une ouvertu- re d'entrée dans la chambre de séparation des crasses et de là, d'une part, par l'intermédiaire d'une ouverture de sortie, directement dans la zone o se trouve le fluide souillé, et, d'autre part, en passant par le canal, la chambre tampon, une ouverture de sortie et la zone o se trouve le fluide propre dans la zone du fluide souillé. La chambre de séparation des crasses est équipée de pièces rapportées en forme de plateaux parcourues par le cou- rant de l'extérieur vers l'intérieur. Cette chambre peut être également pourvue de chicanes se présentant sous la forme de nervures radiales ou axiales, de disques, ou de disques pourvus de boutons. Suivant une forme de réalisation de linvention, le dis- positif de refoulement destiné au fluide souillé peut être cons- titué par un ou plusieurs filetages de refoulement disposés entre les parties tournantes et les parties fixes. Avantageusement, l'ouverture de sortie du fluide souillé hors de la chambre de séparation des crasses et l'ouverture de sortie de la chambre tampon sont disposées sur un diamètre plus important que celui o se trouve l'ouverture d'entrée dans la chambre de séparation des crasses pour refouler le fluide souillé. L'invention prévoit de monter un tube d'épuisement per- mettant de refouler le fluide souillé. En variante, on peut utiliser une roue auxiliaire dans le même but. Finalement, la chambre tampon peut se prolonger directe- ment dans la zone o se trouve le fluide propre. L'invention sera maintenant expliquée plus clairement à l'aide de quelques exemples de réalisation. Les figures 1 à 3 sont des vues en coupe de pompes centrifuges pourvues de sépa- rateurs de crasses constitués selon l'invention et différents les uns des autres du point de vue des dispositifs de refoule- ment utilisés et de la forme donnée à la chambre de séparation des crasses. Dans les trois variantes, un dispositif séparateur de crasses est disposé sur un arbre 1 avec interposition d'un moyeu 2. Le séparateur de crasses se trouve alors respective- ment entre une zone 3 o se trouve du fluide souillé et-une zone 4 o se trouve du fluide propre. La partie de la pompe à 33 protéger contre les impuretés est constituée par un inters- tice 5. Le séparateur de crasses représenté à la figure 1 est constitué par un logement 6 comprenant une chambre de séparation des crasses 7 et une chambre tampon 8. Les deux chambres sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un canal 22. La chambre de séparation des crasses 7 comprend des plateaux de tôle annulaires 9 qui sont maintenus par des boutons ou autres moyens analogues à une distance telle que le fluide souillé puisse passer entre elles. La chambre de séparation des cras- ses 7 est reliée à l'enceinte 3 contenant le fluide souillé par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée 10 prévue dans le logement 6. Ce logement 6 comprend en outre une ouverture de sortie 11 et une ouverture de sortie 12. Un étroit interstice formant joint est constitué entre la paroi externe du logement rotatif 6 et la paroi interne d'un anneau 13 relié au corps fixe de la pompe. Cet intersti- ce comprend deux filetages de refoulement 14 et 15 découpés sur un ou sur les deux côtés. Dans l'espace resté libre entre les filetages de refoulement 14, 15 débouchent l'ouverture de sortie 11 du séparateur de crasses. Les filetages de refoule- ment 14,15 maintiennent le circuit de fluide nécessaire à la séparation des crasses. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, on obtient l'effet de refoulement au moyen des ouvertures de sor- tie 16,17 qui sont disposées à une plus grande distance de l'axe de rotation du logement rotatif 18 que ne l'est son ou- verture d'entrée 19. Finalement, la figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel l'effet de refoulement est obtenu au moyen de ner- vures 20,21. Pour obtenir le refoulement du fluide souillé, ce sont avant tout les différences de pression régnant dans la turbo- machine qui agissent et qui, dans de nombreux cas, permettent de se passer complètement d'autres moyens de refoulement. Ce n'est que lorsque cela est nécessaire que l'on peut prévoir des moyens de refoulement plus complets et qui peuvent être combinés les uns avec les autres. Ceci est représenté sur les trois figures. Ceest ainsi que les trois modes de réalisation comprennent des nervures 20 prévues dans la chambre tampon 8. Dans la variante représentée à la figure 3, les filetages de refoulement 14,15 complètent l'effet de refoulement des nervures 20,21. On décrira maintenant le mode de fonctionnement du sé- parateur de crasses selon l'invention qui est fondamentale- ment de même type dans les trois exemples présentés, et ceci en se référant à l'exemple de la figure 1: Les filetages de refoulement 14,15 refoulent le fluide, lorsque l'arbre 1 tourne, de la chambre de séparation des cras- ses 7 et de la chambre tampon 8, en passant par la zone 4 o se trouve le fluide propre, dans la zone 3 o,' se trouve le fluide souille, oi a lieu un fort mouveriient d'échange avec le fluide de refoulement. Une quantité d'importance correspon- dant à celle du fluide souillé s'écoule de la zone 3 en pas- sant par l'ouverture d'entrée 10 dans la chambre de sépara- tion des crasses 7, o il reçoit la vitesse périphérique du logement 6. Pendant ce mouvement, les particules les plus im- portantes sont envoyées, par centrifugation, contre la paroi externe de la chambre 7. Les particules plus-petites parvien- nent par les interstices compris entre les paquets de plaques 9 ol elles sont séparées du fait du court parcours de sédimen- tation. Elles sont transportées vers l'extérieur le long du côté interne des plateaux et à l'encontre de la vitesse du courant central et elles sont également accélérées vers l'ex- térieur par les rebords des plateaux. Le principe de sépara- tion obtenu par le séparateur à plateaux est connu et a fait ses preuves. Les impuretés qui sont séparées dans la chambre de sépa- ration 7 sont envoyées par l'ouverture de sortie Il et le file- tage de refoulement 14 dans la zone 3 o se trouve le fluide souillé. Le fluide plus propre qui s'écoule sur le pourtour interne des plateaux 9 parvient par l'intermédiaire de la cham- bre tampon 8 et de l'ouverture de sortie 12 dans la zone 4 o se trouve le fluide propre. S'il contient encore des impuretés, elles sont diluées en cet endroit par les mouvements de mélan- ge qui s'y produisent, alors qu'une quantité de fluide corres- pondant à la quantité arrivée est refoulée par les filetages de refoulement 14 et 15 dans la zone 3. En fonctionnement normal, il n'y a dans l'interstice 5 à protéger qu'un faible échange de fluides. Comme cependant dans le cas oi il y a de fortes modifications de pression dans l'enceinte 3, l'espace situé à l'arrière de l'interstice 5 pré- sente une souplesse telle qu'il peut se produire des courants annexes importants, il faut prévoir une protection efficace contre la pénétration de fluide souillé dans cet interstice 5. Cette protection est obtenue en dimensionnant la zone 4 o se trouve le fluide propre et la chambre tampon 8 de manière que, lorsqu'il y a un fort courant annexe de fluide souillé à l'en- contre de la direction du fluide de refoulement prévu, les en- ceintes 4 et 8 puissent encore recevoir ces particules sans atteindre un degré de souillure mettant en danger l'intersti- ce 5. REVENDICATIONS 1. Séparateur de crasses destiné à la protection de par- ties sensibles de turbomachines, et en particulier de pompes centrifuges et de turbines, qui est disposé entre une zone o passe un fluide chargé d'impuretés et une zone o passe un fluide propre, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre (7) de séparation des crasses tournant avec l'arbre (1) de la ma- chine et une chambre tampon (8) reliée à cette dernière par l'intermédiaire d'un canal (22), grâce à quoi le fluide souillé qui est amené à une vitesse périphérique voisine de la valeur de la vitesse périphérique locale est refoulé par les différen- ces de pression régnant dans la turbomachine et/ou par un ou plusieurs dispositifs de refoulement, en passant par une ouver- ture d'entrée (10) dans la chambre (7) de séparation des cras- ses et de là d'une part, par l'intermédiaire d'une ouverture de sortie (11), directement dans la zone (3) o se trouve le flui- de souillé, et d'autre part en passant par le canal (22), la chambre tampon (8), une ouverture de sortie (12) et la zone (4) o se trouve le fluide propre dans la zone (3) du fluide souillée 2. Séparateur de crasses selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la chambre (7) de séparation des crasses est équipée de pièces rapportées (9) en forme de plateaux parcourues par le courant de l'extérieur vers l'intérieur. 3. Séparateur de crasses selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la chambre (7) de séparation des crasses est pour- vue de chicanes se présentant sous la forme de nervures (20,21) radiales ou axiales, de disques, ou de disques pourvus de bou- tons. 4. Séparateur de crasses selon larevendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif de refoulement destiné au fluide souillé est constitué par un ou plusieurs filetages de refoule- ment (14,15) disposés entre les parties tournantes et les par- ties fixes. 5. Séparateur de crasses selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'ouverture (11) de sortie du fluide souillé hors de la chambre (7) de séparation des crasses et l'ouverture (12) de sortie de la chambre tampon (8) sont disposées sur un diamè- tre plus important que celui o se trouve l'ouverture (10) d'entrée dans la chambre (7) de séparation des crasses pour refouler le fluide souillé. 6. Séparateur de crasses selon la revendication 1, carac- téris6 en ce qu'il comprend un tube d'épuisement servant à re- fouler le fluide souill6. 7. Séparateur de crasses selon la revendication 1, carac- t6ris6 en ce qu'il comprend une roue auxiliaire servant à refou- ler le fluide souillé. 8. S6parateur de crasses selon la revendication 1, carac- téris6 en ce que la chambre tampon (8) se prolonge directement dans la zone (4) o se trouve le fluide propre.