Brevet FR2500891A1 — publié le 19820903

La présente invention concerne une roue mobile de pompe centrifuge, comprenant des joints hydrauliques d'étanchéité disposes dans l'espace situé sur le côté de la roue et séparant la zone d'aspiration de la zone de pression, les joints étant disposés les uns derrière les autres avec interposition de chambres respectives entre eux, en particulier pour pompes centrifuges acheminant des matières solides. Pëndant le transfert hydraulique de matières solides telles que des minerais, du charbon et autres , réalisé au moyen de pompes centrifuges, les sollicitations qui provoquent l'usure la plus importante appaissent dans les joints htrau- liques d'étanchéité des roues individuelles. Une partie des particules soudes les plus petites qui sont entraînées par le courant s'écoule, du fait de la différence de pression, de l'enceinte de pression vers l'enceinte d'aspiration, passe par le joint hydraulique d'étanchéité et y provoque une usure permanente.A mesure que s'écoule le temps, l'usure augmente la surface transversale utile de l'interstice du joint hydraulique d'étanchéité, et il en résiste une réduction importante de la capacité de refoulement du gaupe moto-pompe, Des solutions connues prévoient des garnitures d'étanchéité élastiques qui sont ajoutées aux joints hydrauliques d'étanchéité, mais dans de telles conditions de fonctionnement que leur durée de vie est également très limitée. Il est également connu par le DE-PS 592 528 d'envoyer de l'eau dans l'interstice à rendre étanche et de fermer au moyen d'eau claire la section transversale de l'interstice. Mais ceci entratne l'utilisation d'un dispositif additionnel pour créer une pression nécessaire àà l'eau de l'intercepteur hy- draulique. L'objet de l'invention est de réduire l'usure du joint hydraulique d'étanchéité de la roue mobile qui est provoquée par des particules solides lorsqu'il s'agit de pompes centrifuges utiliaées pour acheminer des matières solides. Pour résoudre le problème, on part de la constation selon laquelle l'usure à l'intérieur du joint hydraulique d'étanchéité qui est une usure par frottement augmente approximativement selon le cube de la vitesse des matières solides. A cet effet, dans la roue mobile selon l'invention, etqui est du type précité, une chambre ou plusieurs chambres et le passage de la roue mobile où circule le courant sont reliés les uns aux autres au moyen d'une ou plusieurs ouvertures d'é quilibrage de pression pratiquées dans le disque de recouvre- ment de la roue mobile; entre la chambre ou les chambres et la partie de l'espace situé sur le côté de la roue et qui est d'accès libre a partir de l'enceinte de pression règnent des différences de pression approximativement égales, et les ouvertures d'équilibrage de pression sont prévues sur les rayons du disque de recouvrement de la roue mobile au niveau desquels règne une pression a l'intérieur du passage où circule le courant qui correspond a celle de la chambre respee,tive. Du fait de la disposition selon l'invention de plusieurs joints hydrauliques d'étanchéité disposés les uns derrière les autres et traversés par le courant et du fait de la subdivision de la chute de pression totale de la roue mobile qui se produit dans l'espace situé sur le côté de la roue ainsi que dans lesschambres selon des différences de pression approximativement égales, la vitesse du courant dans les interstices se trouve ainsi réduite dans une mesure telle que l'usure qui se produit dans tous les points où il y a un joint d'étanchéité peut être réduite d'une valeur comprise entre la moitié et les deux tiers de l'usure d'un unique joint hydraulique d'étanchéité.Dans ce cas, les alésages d'équilibrage de pression qui sont prévus dans le disque de recouvrement de la roue mobile déterminent la hauteur de la pression dans les chambres de l'espace situé sur le côté de la roue et de ce fait l'égalité désirée des dif férences de pression entre les chambres et la partie de l'espa- ce situé sur le côté de la roue qui est d'accès libre à partir de l'enceinte de pression. Il est vrai que leEDE-PS 12 64 957 décrit des ouvertures pratiquées dans le disque de recouvrement de la roue mobile, mais leur fonction est {6talement différente. En fonctionnement en charge partielle, le fluide refoulé, qui est dans ce cas un carburant qui provient de la conduite d'aspiration en passant par des canalisations particulières, s'écoule par ces ouvertures dans la roue mobile. Grâce à ce type de régulation, seule la section externe des aubes de la roue mobile est utilisée pour refouler une faible quantité de carburant et la section interne des aubes est en quelque sorte mise hors service. Partant de l'hypothèse qu'une particule de matière so- lide se trouvant entre l'anneau rotatif et l'anneau immobile d'un joint hydraulique d'étanchéité circule à la moitié de la vitesse périphérique, la particule de matière solide circulera alors à la vitesse relative de Dans cette formule c désigne la vitesse dans le joint hydraulique d'étanchéité qui s'établit du fait de la baisse de pression entre le début et la fin de l'interstice, et u représente la vitesse périphérique de l'interstice annulaire. La vitesse relative w dépend donc aussi bien de l'importance de la chute de pression que du diamètre du joint hydraulique d'étanchéité. Si l'on utilise un unique joint hydraulique d'étanchéité, on peut effectivement lui donner un diamètre relativement petit, mais la vitesse du courant est en général nettement plus importante du fait de la totalité de la chute de pression de la roue mobile qui doit êfre diminuée ; l'usure en résultant est alors opproximativement proportionnelle au cube de la vitesse relative v et on la considérera comme égale à 100X pour établir une comparaison avec les conditions du mode de réalisa- tion selon l'invention. La mise en place d'un second joint hydraulique d'étant chéité disposé en série a d'abord pour conséquence que ce second interstice formant le joint a un diamètre plus important et de ce fait une vitesse périphérique u plus importante; du fait de la répartition de la chute de pression de la roue mobile, qui doit être réduite, en deux parties déterminées appro ximativemeit égales, et qu'une pression déterminée prédominant à l'intérieur de la roue motrice déterminé la pression régnant dans la chambre entre les deux joints hydrauliques d'étanchéité grâce aux ouvertures 'équilibrage de pression qui sont prévues dans le disque de recouvrement de la roue mobile, les vitesses c du courant circulant dans les deux joints hydrauliques d'étanchéité sont alors fortement réduites. Selon la formule ci-dessus, on obtient des vitesses relatives et également des taux d'usure, par comparaison avec la première solution ne comprenant qu'un unique joint hydraulique d'étanchéité, dont l'ordre de grandeur est compris entre 50X et 654. En fonctionnement pratique, ceci signifie presque le doublement de la durée de vie des joints, ce qui a d'ailleurs été confirmé par 1 'expérience. On peut donc ainsi connaitre le diamètre déterminé avec précision sur lequel doivent être pratiquées les ouvertures d'équilibrage de pression dans le disque de recouvrement de la roue mobile et sur lequel doit être disposé un second joint hydraulique détanchéité monté en série et permettant de ré- duire l'usure. En disposant un autre joint hydfaulique d'étanchéité monté en série et en subdivisant la chute de pression totale de la roue mobile qui doit tre réduite dans l'espace situé sur le côté de la roue en trois parties approximativement égales, on peut réduire encore plus le taux de l'usure, mais on augmente dans le meme temps le coût du dispositif. Il faut donc déterminer dans chaque cas quel est le nombre de joints hydFau- liques 'étanchéité qui est le plus avantageux. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins annexés et seront maintenant décrits en détail. Sur les dessins t la figure 1 représente un joint hygraulique d'étanchéité de type connu et simple, la figure 2 représente un mode de réalisation comprenant deux joints montés en série et comportant des interstices parcourus par le courant en direction axiale, et la figure 3 représente un autre mode de réalisation comprenant trois joints hydrauliques d'étanchéité montés en série et dont les interstices sont parcourus radialement par le courant. A la figure l, une roue mobil~e-{l')est disposée à l'intérieur d'un corps de pope (2) et elle est parcourue par le courant depuis l'enceinte d'aspiration (3) en direction de l'enceinte de pression (4). Le disque de recouvrement (5) de la roue mobile constitue avec le corps (2) un Joint hydraulique d'étanchéité (6) parcouru par le courant en direction axiale, qui sépare l'enceinte de pression (4) de l'enceinte d'aspiration (3). La chute de pression totale de la roue mobile se détend dans le joint hydraulique d'étanchéité (6) et il en résulte a ce niveau une vitesse axiale relativement importante, alors que la vitesse périphérique de la roue mobile reste relativement faible au niveau du joint. A la figure 2, le dispositif comprend en plus des éléments de la figure 1 un second joint hydraulique d'étanchéité fonctionnant selon le même principe que le joint (6). La chambre (8) qui est formée entre les deux joints hydrauliques d'étanchéité (6,7) est reliée par un certain nombre d'ouvertures d'équilibrage de pression (9) avec le passage (10) de la roue mobile où circule le courant de manière que sa pression interne règne également dans la chambre (8). La chute de pression totale dans ltespace situé sur le côté de la roue du côté aspiration entre l'enceinte de pression (4) et l'enceinte d'aspiration (3) est alors divisée en deux zones. Ceci provoque dans les joints hydrauliques d'étanchéité (6 et 7) des vitesse axiales déterminées.Conjointement avec les vitesses périphéri- ques régnant en ces endroits, il s'établit de ce fait des vitesses relatives w plus faibles qui sont alors déterminantes pour l'usure. Si la pression dans la chambre (8) correspond approximativement à la moitié de la pression produite par la roue mobile, on peut alors limiter l'usure à l'intérieur du Joint hydraulique d'étanchéité, en fonction de la vitesse rotative spécifique de la roue mobile, à une valeur comprise entre 50% et 654 de l'usure de la roue mobile selon la figure 1. Les ouvertures d'équilibrage de pression 9) doivent être prévues dans ce cas dans des endroits du disque de recouvrement (5) où règne dans le passage (10) où circule le courant la moitié de la pression que doit produire la roue mobile (1). Le mode de réalisation de la figure (3) est différent de celui de la figure (2) d'une part du fait que l'on prévoit trois joints hydrauliques d'étanchéité (6,7,11) ainsi que les ouvertures d'équilibrage de pression associées (9, 12) et les chambres (8,13) qui les séparent, et d'autre part du fait que les joints hydrauliques d'étanchéité (6,7 et 11) sont parcourus par le courant non en direction axiale mais en direction radiale.Les deux modifications par rapport au mode de réalisation de la figure 2 peuvent être réalisées au choix et indépendamment l'une de l'autre. On peut également prévoir trois joints hydrauliques d'étanchéité montés les uns derrière les autres et parcourus par un courant axial, ou selon une autre forme de réalisation, deux joints hydrauliques d'étanchéité parcourus par un courant radial. Si on prévoit par exemple trois joints hydrauliques d'étanchéité montés les uns derrière les autres, les positions des ouvertures d'équilibrage de pression (9,12) destinées à la transmission de la pression dans les chambres (8,13) doivent être choisies de manière que la chute de pression totale de la roue mobile entre l'enceinte de pression (4) et l'enceinte d'aspiration (3) soit subdivisée en trois pressons différentielles ayant approximativement la même importance. Ceci dans la mesure où il faut que les vitesses périphériques élevées au niveau des joints hydrauliques d'étanchéité (7,11) soient ap proximativement équilibrées par des chutes de pression plus faibles et correspondantes dans leurs interstices pour que les vitesses relatives w atteignent la meme importance dans les trois interstices et qu'elles réduisent l'usure au minimum. Les différences de pression s'établissent entre la partie (t4) de l'espace situé sur le côté de la roue qui est d'accès libre en partant del'enceinte de pression (4) et la chambre 113), entre la chambre (13) et la chambre (8) , et entre la chambre (8) et l'enceinte d'aspiration (3)0 - REVENDICATIONS 1. - Roue mobile de pompe centrifuge, comprenant des joints hydrauliques d'étanchéité disposés dans l'espace situé sur le côté de la roue et séparant l'enceinte d'aspiration et l'enceinte de pression, les joints étant disposés les uns derrière les autres avec interposition de chambres respectives entr*^eus, en particulier pour pompes centrifuges acheminant des matières solides, caractérisée en ce qu'une chambre (8) ou plusieurs chambres (8,13) et le passage (10) de la roue mobile (1) où circule le courant sont reliés les uns aux au- tres au moyen d'une ou plusieurs ouvertures d'équilibrage de pression (9,12) pratiquées dans le disque de recouvrement (5) de la roue mobile, en ce qu'entre la chambre (8) ou les cham- bres (8,13) et la partie de l'espace (14) situé sur le côté de la roue et qui est d'accès libre a partir de l'enceinte de pres- sion (4) règnent des différences de pression approximativement égales, et en ce que les ouvertures d'équilibrage de pression (9,12) sont prévues sur les rayons du disque de recouvrement (5) de la roue mobile au niveau desquels règne une pression a l'intérieur du passage (10) où circule le courant qui corres- pond à celle de la chambre respective. 2. - Roue mobile de pompe centrifuge selon la revendication 1,caractérisée en ce que les joints hydrauliques d'etan- chéité (6,7,11) de chaque étage sont parcourus par le courant les uns après les autres en direction radiale et/ou en direction axiale, ou simultanément dans les deux directions.