Brevet FR2508981A1 — publié le 19830107

Ensemble moto-pompe comportant une turbine d'entraînement d'une pompe principale La présente invention concerne un ensemble moto-pompe comportant une turbine d'entrainement d'une pompe principale fonctionnant grâce à la détente d'un fluide évoluant selon un cycle fermé comprenant un condenseur, une pompe de circulation dudit fluide et un évaporateur. On connait des ensembles de ce genre fonctionnant grâce à l'énergie solaire mais dans lequel la pompe de circulation du fluide de cycle est une pompe électrique pour laquelle il est nécessaire d'avoir une énergie auxiliaire telle qu'une batterie de même que pour le démarrage de l'ensemble. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de proposer un ensemble absolument autonome où la seule énergie est constituée par l'énergie solaire. Elle s'applique particulièrement, mais non limitativement, pour les ensembles de pompage d'eau dans des régions isolées, particulièrement ensoleillées où il y a des saisons sèehes suivies de saisons pluvieuses. L'invention a donc pour objet un ensemble moto-pompe comportant une turbine d'entrainement d'une pompe principale fonctionnant grâce à la détente d'un fluide évoluant selon un cycle fermé comprenant un condenseur, une pompe de circulation dudit fluide et un évaporateur chauffé grace à une circulation d'eau chaude chauffée par des capteurs solaires, le condenseur étant refroidi par une circulation d'eau froide, caractérisé en ce que la circulation d'eau chaude de l'évaporateur, la circulation d'eau froide du condenseur et la circulation du fluide de cycle sont assurées par des pompes mécaniques entrainées par la turbine, en ce que l'eau de refroidissement du condenseur est constituée par l'eau de pompage de la pompe principale et en ce que le démarrage de l'ensemble est assuré grâce à des pompes à main montées d'une part sur le circuit d'eau chaude de l'évaporateur et d'autre part sur le circuit d'eau froide du condenseur. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel La figure 1 donne un schéma de principe de l'installation. Les figures 2, 3 et 4 montrent respectivement en vue de face, de dessus et de gauche une réalisation préférée d'un ensemble moto-pompe conforme à l'invention. La figure 5 représente une partie des figures 2, 3 et 4 montrant des détails de l'ensemble. La figure 6 représente un détail de la figure 5. La figure 7 représente un autre détail de la figure 5. En se reportant à la figure 1, on voit un puits 101 dont il s'agit de pomper l'eau pour assurer, par exemple de l'irrigation. L'ensemble comprend un évaporateur 102, une turbine 103, un condenseur 104, une pompe de circulation 105 du fluide de cycle, des capteurs solaires 106 qui chauffent de l'eau pour le réchauffage de l'évaporateur, sa circulation étant assurée par une pompe mécanique 107. Le condenseur est refroidi par la circulation de l'eau du puits 101 assurée par une pompe mécanique 108. L'eau pompée est utilisable à la sortie 109 du condenseur 104. L'entrainement des pompes 105, 107 et 108 est assuré par l'arbre de sortie 111 de la turbine 103 par l'intermédiaire de pignons de renvoi 110, de poulies 112, 113, 114 appropriées aux vitesses de rotation nécessaire et de courroies 115 et 116. Afin d'assurer le démarrage de l'ensemble sans aucune énergie auxiliaire supplémentaire, une pompe à main 117 est installée sur le circuit d'eau de refroidissement du condenseur et une pompe à main 118 est installée sur le circuit d'eau de réchauffage de l'évaporateur. Une vanne 119 permet, étant ouverte, en régime permanent, d'isoler la pompe à main 118. Du côté du circuit d'eau froide, les tubes qui plongent dans le puits 101 sont munis de clapets de pied. l'actionnement des pompes à main 117 et 118 permet le démarrage de l'ensemble en créant une différence de pression entre l'amont et l'aval de la turbine 103 par le réchauffage de l'évaporateur 102 et le refroidissement du condenseur 104. Le fluide de cycle est par exemple le produit "réfrigérant 11", En se reportant maintenant aux figures 2, 3 et 4 on va décrire une réalisation préférée de l'invention qui comprend un évaporateur 1, une turbine 2, un condenseur 3, une pompe de circulation 4 du fluide de cycle et une conduite de liaison 5 du condenseur 3 à la pompe de circulation 4.Le condenseur 3 est un condenseur cylindrique à tubes, non représentés, et les tubes sont parcourus par le fluide de refroidissement du condenseur, ce fluide, dans l'application décrite est constitué par l'eau que l'on veut pomper, par exemple dans un puits non représenté. Ce circuit d'eau de pompage et de refroidissement du condenseur comporte donc une tuyauterie 6 munie d'un clapet de pied, plongeant dans le puits et dont on n'a représenté que l'extrémité supérieure suivie de la pompe principale 8 entrainée par la sortie d'arbre 9 de la turbine 2 par l'intermédiaire de poulies 10 et 11 et d'une courroie 12. Le refoulement de la pompe principale 8, est raccordé au condenseur 3 pour alimenter les tubes, L'eau pompée peut être utilisée à la sortie 13 du condenseur.Pour le démarrage, une pompe à main 7 aspire également dans le puits par une conduite 6A qui est munie d'un clapet de pied. De même, l'évaporateur 1 est cylindrique à tubes, les tubes, non représentés, étant parcourus, par le fuide de chauffage dans le cas de l'exemple, il s'agit d'eau chaude circulant en circuit fermé et chauffée par des capteurs solaires non représentés. Le circuit comprend une pompe auxiliaire 14 dont l'aspiration 15 est reliée, par une conduite non représentée, à la sortie des capteurs solaires et dont le refoulement 16 communique avec l'entrée des tubes de l'évaporateur. A la sortie des tubes, l'eau de l'évaporateur retourne au capteur solaire par une conduite de sortie 17. Sur cette sortie 17 est interposée une vanne 18 avec son volant de manoeuvre 19. Une pompe à main 21 avec son levier de manoeuvre 22, et une conduite coudée 23 sont placées en parallèle sur la vanne 18. Ces éléments sont utilisés pour le démarrage, la vanne 18 étant fermée.La pompe auxiliaire 14 est également entraînée par la courroie 12 grâce à une poulie 24. Afin que les trois poulies 10, 11 et 24 soient au même niveau, les arbres de rotation des pompes 8 et 14 sont prolongés et maintenus par des dispositifs de support et de paliers 25 et 26. La figure 5 représente une vue agrandie de l'ensemble comprenant l'évaporateur 1, la turbine 2 et la pompe de circulation 4. La pompe de circulation 4 est une pompe centrifuge dont le stator 27 est directement raccordé à l'évaporateur 1 par l'intermédiaire d'une pièce cylindrique 28 soudée à l'évaporateur. Le rotor 29 de la pompe 4 est entrainé directement sans démultiplication par le rotor 30 de la turbine 2 qui est une turbine axiale, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission 31 qui traverse l'évaporateur 1. Le corps de la turbine 2 qui comprend la partie côté admission 32 et la partie côté échappement 33 est raccordé à la partie supérieure de 11 évaporateur 2 par l'intermédiaire d'un bref tube cylindrique 34 soudé à l'évaporateur.Un tube 35 entoure l'arbre de transmission 31, il est soudé à sa partie supérieure à la partie du côté admission 32 du corps de la turbine et il reçoit à sa partie inférieure un palier 36. Le tube 35 traverse le fond de l'évaporateur 1. La figure 7 montre le détail de la partie inférieure de cet ensemble. Des orifices 37 sont percés dans le fond de l'évaporateur 1 entre la pièce 28 et le tube 35 pour assurer le passage du fluide de cycle pompé par la pompe de circulation 4. La turbine 2 a son arbre de sortie 9 à la partie supérieure de l'ensemble, et deux paliers à roulements maintiennent l'arbre entre le rotor 30 et la poulie 10 : un premier palier 38 et un second palier 39. Ces deux paliers baignent dans une réserve d'huile 40 constituée dans la partie 33 du côté de l'échappement du corps de turbine. La figure 6 montre le détail du palier inférieur 39 et du système d'étanchéité soumis, du côté supérieur à l'huile et du côté inférieur à la vapeur du fluide de cycle. Le palier 39 est immobilisé axialement par un support 41 fixé par des vis 42 à la partie 33 du corps de turbine. Un joint fixe 43 est interposé entre ce support 41 et la partie 33. Sur l'arbre de sortie de la turbine, est monté un manchon 44 avec l'interposition d'un joint 45. Ce manchon tourne avec l'arbre et vient en butée contre la bague intérieure 46 du roulement 39. La surface inférieure 47 de ce manchon est traitée de manière à être très dure. Un joint en carbone 48, lié à une rondelle support 49 est appliqué contre la surface 47 par un soufflet étanche et élastique 50. Ce soufflet prend appui à sa partie inférieure contre une pièce 51 reposant contre le support 41 avec l'interposition d'un joint fixe 52. Le support 53 qui reçoit tout ce dispositif est percé d'orifices 54 qui traversent également le support 41 Pour le passage de l'huile.La partie supérieure de l'ensemble, voir figure 5, est fermée par un couvercle 55 qui laisse passer l'arbre 9. On voit aisément qu'une fois que l'on a ôte les boulons de liaison, non représentés, de la bride 56 à l'échappement de la turbine, de la bride 57 (figure 2) d'entrée au condenseur, il suffit de dévisser les boulons de liaison 58, du corps de turbine 33 à l'évaporateur pour retirer d'un seul bloc le corps de turbine avec son rotor, le tube 35, l'arbre de transmission 31 et le rotor 29 de la pompe de circulation. Le condenseur 3 ne comporte pas de système de régulation de niveau.La pompe de cycle 4 est munie d'un pied éjecteur 59. L'ensemble ne comprend que les capteurs solaires, non représentés, comme source d'énergie, sans aucune source auxiliaire pour le démarrage qui est réalisé de la manière décrite ci-après grâce aux pompes à mains 7 et 21. On commence par assurer une circulation d'eau chaude dans les tubes de l'évaporateur par l'actionnement de la pompe à main 21 la vanne 18 étant fermée, cela a pour effet d'assurer la montée en température de l'ensemble et donc d'augmenter la pression, une fois que la pression a atteint une valeur suffisante par exemple trois bars, on assure une circulation d'eau froide dans les tubes du condenseur 3 par le moyen de la pompe à main 7 de manière à baisser la pression en aval de la turbine. S'il y a deux opérateurs sur les lieux, les deux opération peuvent être menées simultanément. Lorsque l'ensemble a démarré, on ouvre la vanne 18. A titre illustratif nullement limitatif, on peut donner l'exemple numérique suivant - le fluide utilisé est du "réfrigérant 11" - sa température à l'évaporateur est de 600C sa pression de 3,1 bars. Au condenseur, sa température est de 400C et sa pression de 1,75 bar. Le débit et de 0,51 kg/s. Le condenseur est refroidi par l'eau que l'on veut pomper et qui est par exemple à 250C et elle ressort à 260C, son débit est de 30 litres par secondes. L'eau chaude de réchauffage de l'évaporateur, sort des capteurs solaires à 900C et y revient à 650C, son débit est de 0,9 kg/s. La turbine tourne à 6000 tours par minute. REVENDICATION Ensemble moto-pompe comportant une turbine (103) d'entrainement d'une pompe principale (108) fonctionnant grâce à la détente d'un fluide évoluant selon un cycle fermé comprenant un condenseur (104), une pompe de circulation (105) dudit fluide et un évaporateur (102) chauffé grâce à une circulation d'eau chaude chauffée par des capteurs solaires (106), le condenseur étant refroidi par une circulation d'eau froide, caractérisé en ce que la circulation d'eau chaude de l'évaporateur, la circulation d'eau froide du condenseur et la circulation du fluide de cycle sont assurées par des pompes mécaniques (107, 108, 105) entraînées par la turbine, en ce que l'eau de refroidissement du condenseur (104) est constituée par l'eau de pompage de la pompe principale (108) et en ce que le démarrage de l'ensemble est assuré grâce à des pompes à main (118, 117) montées d'une part sur le circuit d'eau chaude de l'évaporateur et d'autre part sur le circuit d'eau froide du condenseur.