Brevet FR2508982A1 — publié le 19830107

Groupe moto-pompe comportant une turbine d'entrainement d'une pompe principale La présente invention concerne un groupe moto-pompe comportant une turbine d'entrainement d'une pompe principale fonctionnant grace à la détente d'un fluide evoluant selon un cycle fermé comprenant un condenseur, une pompe de circulation dudit fluide et un évaporateur. On connaît des installations de ce genre. Mais l'invention a pour but de réaliser un matériel présentant la plus grande compacité possible, le moins de tuyaux possible, d'une grande simplicité, permettant néanmoins un démontage rapide des divers éléments et ne nécessitant normalement aucun entretien. L'invention consiste donc essentiellement dans son architecture. L'invention a donc pour objet un groupe moto-pompe comportant une turbine d'entramement 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, caractérisé en ce que le corps de la pompe de circulation est directement raccordé à la partie inférieure de l'évaporateur qui comporte des orifices de passage dudit fluide, le rotor de la pompe étant directement entrainé par le rotor de turbine situé au-dessus de l'évaporateur, par l'intermédiaire d'un arbre de transmission traversant l'évaporateur, le corps de la turbine étant directement fixé à la partie supérieure de l'é- vaporateur, le rotor de turbine comportant un arbre de sortie débouchant du corps de turbine à la partie supérieure de l'ensemble. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble corps de turbine, rotor de turbine et rotor de la pompe de circulation avec l'arbre de transmission le reliant au rotor de turbine est désolidarisable en un seul bloc de l'évaporateur par l'enlèvement des moyens de fixation du corps de la turbine à la partie supérieure de l'évaporateur. Selon une réalisation particulière, la turbine est une tur bine axiale à axe vertical, ledit arbre de transmission étant entouré d'un fourreau lié à sa partie supérieure au corps de turbine à sa partie située du côté admission, son extrémité inférieure traversant le fond dudit évaporateur et portant un palier de support radial de l'arbre de transmission, lesdits orifices de passage dudit fluide étant situés entre le fourreau et le raccordement du corps de pompe à la partie inférieure de l'évaporateur. Comme on le comprend aisément, cette disposition assure une grande compacité tout en permettant un démontage très simple de l'ensemble turbine et rotor de pompe de l'évaporateur. Un avantage supplémentaire de l'invention réside dans le fait que l'architecture ainsi proposée permet de réaliser d'une manière très simple, un groupe moto-pompe à énergie solaire sans aucune autre source d'énergie auxiliaire puisque la pompe de circulation étant directement entraînée par la turbine, l'arbre de sortie de la turbine située à la partie supérieure peut entraîner par l'intermédiaire d'une simple courroie la pompe principale utilisée pour le refroidissement du condenseur et une pompe auxiliaire pour la circulation d'eau chaude chauffée par des capteurs solaires, pour le chauffage de l'évaporateur. Sans la disposition de l'invention c'est-à-dire, entre autre, sans l'entralnement de la pompe de circulation du fluide située à la partie inférieure de l'ensemble directement par la turbine il est alors nécessaire, soit d'avoir un système de renvoi d'angle certe possible mais qui complique beaucoup, ou bien d'avoir de longues tuyauteries qui augmentent les pertes de charge et de plus, la compacité est moins grande puisque la pompe de circulation est séparée et ne peut plus former un bloc comme dans l'ensemble selon l'invention. L'invention sera bien comprise à la lumière d'un exemple de réalisation de l'invention, dans le cas d'une application particulière, non limitative, d'un groupe moto-pompe à énergie solaire sans aucune autre source d'énergie auxiliaire pour les équipements auxiliaires. Il est bien évident que l'invention s'applique également à d'autres cas que l'énergie solaire et également dans le cas où des sources d'énergies auxiliaires sont utilisées pour les équipements auxiliaires, l'exemple donné est simplement décrit comme l'application la plus intéressante. Les figures 1, 2 et 3 montrent respectivement une vue de face, de dessus et de gauche d'un groupe moto-pompe conforme à l'invention La figure 4 représente une partie des figures précédentes montrant le détail de l'invention. La figure 5 représente un détail de la figure 4. La figure 6 représente un autre détail de la figure 4. En se reportant aux figures 1, 2 et 3, l'ensemble 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- et les tubes, non représentés, 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 entraînée 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 fluide 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'éva- porateur retourne aux capteurs solaires 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 entralsée 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 4 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 entraîné 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 l'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 6 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 a son arbre de sortie 9 à la partie supérieure et deux paliers à roulement 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 5 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 buté contre la bague intérieure 45 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 4, est fermée par un couvercle 55 qui laisse passer l'arbre 9. On voit aisément qu'une fois que l'on a ôté les boulons de liaison, non représentés, de la bride 56 à l'échappement de la turbine, à la bride 57 (figure 1) d'entrée au condenseur, il suffit de dévisser les boulons de liaison 58 du corps de turbine 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 autre source auxiliaire pour le démarrage qui est réalisé de la manière décrite ciaprès grâce aux pompes à main 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, 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 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 opérations peuvent être menées simultanément . A titre illustratif nullement limitatif on peut donner l'exemple numérique suivant le fluide utilisé est du "réfrigérant 11" sa température à ltéva- porateur est de 6O0C sa pression de 3,1 bars. Au condenseur, sa température est de 4O0C et sa pression de 1,75 bar. Le débit et de 0,51 kg/s. Le condenseur est refroidie par l'eau que l'on veut pomper et qui est par exemple à 250C et elle ressort à 260C son débit étant de 30 litres par secondes. L'eau chaude de réchauffage de l'évaporateur, sort des capteurs solaires à 9O0C et y revient à 650C, son débit est de 0,9 kg/s. La turbine tourne à 6000 tours par minute. REVENDICATIONS 1/ Groupe moto-pompe comportant une turbine (2) d'entrainement d'une pompe principale (8) fonctionnant grâce à la détente d'un fluide évoluant selon un cycle fermé comprenant un condenseur (3) une pompe -(4) de circulation dudit fluide et un évaporateur (1), caractérisé en ce que le corps (27) de la pompe (4) de circulation est directement raccordé à la partie inférieure de l'évaporateur qui comporte des orifices (37) de passage du fluide, le rotor (29) de la pompe étant directement entraîné par le rotor (30) de turbine situé au dessus de l'évaporateur, par l'intermédiaire d'un arbre (31) de transmission traversant ltévapora- teur, le corps (33) de la turbine étant directement fixé à la partie supérieure de l'évaporateur, le rotor de turbine comportant un arbre de sortie (9) débouchant du corps de turbine à la partie supérieure de l'ensemble. 2/ Groupe moto-pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble : corps de turbine (33), rotor de turbine (30), et rotor (29) de la pompe de circulation avec l'arbre de transmission (31) le reliant au rotor de turbine est désolidarisable en un seul bloc de l'évaporateur par l'enlèvement des moyens de fixation du corps de la turbine à la partie supérieure de l'évapo- rateur. 3/ Groupe moto-pompe selon la revendication 2, caractérisé en ce que la turbine est une turbine axiale à axe vertical, ledit arbre de transmission étant entouré d'un fourreau (35) lié à sa partie supérieure au corps de turbine à sa partie (32) située du côté admission, son extrémité inférieure traversant le fond dudit évaporateur et portant un palier (36) de support radial de l'arbre de transmission (31), lesdits orifices (37) de passage dudit fluide étant situés entre ce fourreau et le raccordement du corps de pompe à la partie inférieure de l'évaporateur.