Brevet FR2502260A1 — publié le 19820924

C L'invention concerne une pompe centrifuge conçue pour travailler à de hautes pressions et applicable en particulier dans les cas o il faut utiliser des pompes branchées en série. L'invention vise à apporter une unité de pompe centri- fuge qui soit capable de fournir une pression de refoulement nette- ment plus haute que celle pouvant être obtenue d'une pompe à un étage, qui puisse être utilisée en particulier comme une pompe à boue et dans laquelle les charges axiales' dues aux poussées de pompage soient autant que possible équilibrées hydrauliquement afin de réduire les charges axiales devant être supportées mécaniquement par les roulements ou autres paliers sur l'arbre de pompe. Pour pomper sous hauts pression des fluides propres, on emploie des pompes multicellulaires ou à étages multiples o un certain nombre de roues de pompe sont montées sur un arbre commun tournant dans un seul carter ou volute compartimenté. Chaque roue travaille dans son propre compartiment pour que les écoulements "de court-circuitage" restent limités et pour que les pressions restent confinées dans les compartiments. Cependant, des pompes à boue à étages multiples donnant satisfaction n'ont pas encore été mises au point en raison de difficultés pour réaliser les formes complexes en matériau résistant à l'abrasion et de diffi- cultés pour séparer les étages par des dispositifs d'étanchéité capables de résister à l'action abrasive de boues. Les pompes à boue centrifuges donnant le plus satis- faction sont du type à un étage et à aspiration simple (aspiration par une extrémité). Lorsqu'il faut des pressions de boue dépassant la capacité d'une pompe à boue à un étage> on utilise généralement plusieurs pompes A boue à un étage, que l'on branche en série et que l'on entraIne chacune par un moteur séparé. Chaque moteur demande des organes séparés de démarrage, de commande et de protec- tion et tous ces organes sont A verrouiller entre eux si le fonc- tionnement doit être automatique. L'invention réduit de moitié le nombre des moteurs d'entraînement et des organes nécessaires pour eux comparativement à cet état de la technique. Un autre problème posé par l'emploi d'un grand nombre de pompes à un étage couplées en série réside dans les fortes charges axiales dues aux pressions d'admission élevées dans les différentes pompes à un étage à aspiration simple. Le nombre de pompes à boue centrifuges à un étage susceptibles d'être branchées en série dans une station de pompage est souvent limité par la capacité des roulements de résister aux charges axiales engendrées par la pression d'admis- sion sur la roue de pompe du dernier étage. Les pompes pour fluides propres sont rendues aptes à supporter de hautes pressions à l'admission, ainsi que les fortes charges axiales qui en résultent, par l'emploi de roues de pompe à aspiration double, de pompes multicellulaires ou de pistons d'équi- librage hydraulique. Ces moyens ne sont cependant pas applicables aux pompes à boue devant transporter des mélanges abrasifs de solides et de liquide. Dans un sens large, une pompe centrifuge selon l'inven- tion comporte deux tét2s de pompe à un étage, montées chacune sur un bout de l'arbre d'un moteur à deux bouts d'arbre de sortie, un à chaque extrémité du moteur, et une tuyauterie reliant le c'té refou- lement d'une tête de pompe au côté aspiration de l'autre tête de pompe, de manière à former une pompe centrifuge à deux étages. Selon un mode de réalisation de l'invention, deux têtes de pompe à boue à un étage sont montées sur les bouts d'arbre d'un moteur électrique à deux bouts d'arbre de sortie, les roues des étages de pompe ainsi créés étant fixées chacune sur un bout de l'arbre du moteur. En prévoyant une tuyauterie adéquate pour relier le cbté refoulement de la tête de pompe à une extrémité du moteur au côté aspiration de l'autre tête de pompe, on obtient une pompe à boue centrifuge efficace à deux étages. Bien qu'un effet similaire puisse être obtenu en accouplant deux pompes à boue à un étage à un moteur à deux bouts d'arbre, directement par des accouplements ou par l'intermédiaire de transmissions à courroies par exemple, on n'obtiendrait pas l'effet le plus important de l'invention puisque les roulements de chaque pompe devraient pouvoir résister aux poussées axiales de leurs roues respectives. Avec des pompes à un étage, la charge axiale sur les roulements est déterminée par la pression d'admission du fluide. 2'502260 Donc, dans le cas d'un branchement en série d'un certain nombre de pompes à un étage, la poussée axiale - due à la pression - sur les roulements de chaque pompe augmente d'une pompe à l'autre tout au long du montage en série, à mesure que la pression d'admission sur chaque pompe croît. Dans une pompe selon l'invention, les charges axiales exercées par les deux roues de pompe se compensent en raison de la disposition opposée des roues et la seule charge axiale à suppor- ter par les roulements est la charge due à la différence entre les pressions d'admission des deux étages. Un nombre quelconque de ces unités à deux étages peuvent donc être rassemblés en une disposition en série o les charges axiales sur les roulements sont indépen- dantes du nombre des unités qui se suivent. Donc, quel que soit le nombre de pompes branchées en série, les roulements peuvent tous avoir la même capacité de charge ou charge nominale. Par exemple, s'il faut produire une pression de boue cor- respondant à douze étages développant chacun une hauteur de refoule- ment de 150 m de colonne d'eau et si les manchons d'arbre de pompe traversant la garniture d'étanchéité de l'arbre ont un diamètre de 190 mm, la poussée axiale due à la pression d'admission sur les roulements du douziène étage dans le cas d'un branchement en série de 12 unités à un étage correspondrait à 46 000 N. Par contre, avec 6 unités à deux étages selon l'invention, pour développer la même pression, la charge axiale à encaisser par les roulements de chaque uniité à deux étages ne serait que de 4 245 N. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descriptionqui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale partiellement en élévation d'une pompe à deux étages selon l'invention; et - les figures 2a et 2b sont respectivement une vue frontale et une vue de côté d'un exemple de montage en série de plusieurs pompes selon l'invention. Dans la forme de réalisation de l'invention représentée à titre d'exemple sur la figure 1, un moteur électrique, comprenant un stator 1 supporté dans une carcasse 2 qui contient des roulements 3 supportant l'arbre 4 sur lequel est monté le rotor 4, fait tourner deux roues de pompe 6 dans deux carters de pompe 7 fixés chacun à une extrémité de la carcasse 2 du moteur. Le côté refoulement 8 d'un carter de pompe 7 est relié au coté aspiration 9 de l'autre carter de pompe par une tuyauterie de liaison 10. Des presseétoupe 11 avec retour d'eau sont prévus aux endroits o l'arbre 4 du moteur traverse les carters de pompe 7. Les bouts d'arbre sont protégés dans la zone des presse-étoupe par des manchons d'arbre 12 résistant à l'abrasion et pouvant être remplacés. La figure 2 montre une disposition possible pour une pompe à boue à douze étages constituée d'un montage en série de 6 unités comme celle représentée figure 1, la sortie 13 d'une unité étant reliée chaque fois à l'entrée 14 de l'unité suivante. Comme mentionné dans ce qui précède, une telle disposition réduit de moitié le nombre des moteurs d'entraînement et des organes de démar- rage et autres nécessaires. Bien entendu, chaque moteur aura le double de la puissance d'un moteur dans un montage en série de pompes à un étage entraînées chacune par un moteur séparé mais le rendement d'un moteur électrique dans un montage selon l'invention est plus élevé que le rendement de deux moteurs de plus faible puissance; de plus, la disposition selon l'invention diminue forte- ment la poussée axiale devant être supportée par les roulements ou autres paliers des unités à deux étages. Les pompes selon l'invention peuvent être entraînées électriquement, hydrauliquement, par turbines ou tout autre dispositif approprié. Les pompes selon l'invention pourraient notamment être utilisées pour pomper des boues, des liquides tels que des acides mais aussi pour pomper de l'air par exemple. Il est possible aussi, à l'inverse, d'utiliser les unités selon l'invention comme des turbines entraînées par un fluide. L'ajustement axial des jeux de fonctionnement entre les roues de pompe et les garnissages adjacents peut être réalisé par des cales sur le moyeu de roue ou entre les brides du moteur et de la tête de pompe. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et que l'homme de l'art pourra y appor- ter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. 2502Ä60 R E V E N D I C A T I O N S 1 - Pompe centrifuge, caractérisée en ce qu'elle com- prend deux têtes de pompe (6, 7) à un étage, montées chacune sur un bout de l'arbre (4) d'un moteur (1, 2, 5) à deux bouts d'arbre de sortie, un à chaque extrémité du moteur, et une tuyauterie (10) reliant le côté refoulement (8) d'une tète de pompe au coté aspira- tion (9) de l'autre tête de pompe, de manière à former une pompe centrifuge à deux étages. 2 - Pompe centrifuge selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le moteur est un moteur électrique (1, 2, 5). 3 - Pompe centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le jeu axial entre les roues de pompe (6) et les garnissages adjacents est ajusté au moyen de cales sur le moyeu de roue ou entre des brides de la carcasse (2) du moteur et des brides des têtes de pompe.