Brevet FR2500086A1 — publié le 19820820

La présente invention a pour objet une installation pour la réalisa- tion d'une différence élevée de pression entre deux points, comprenant deux étages de compression dont le premier est constitué par une pompe à anneau liquide. On sait que les pompes à vide à anneau liquide, simple étage, per- mettent d'atteindre des taux de compression de 9 environ, sans baisse sensible de la capacité volumétrique. Par contre, des taux de compression plus élevés ne peuvent être obtenus qu'avec une baisse importante de la capacité volumé- trique, et partant, du rendement de ces pompes à vide. Pour remédier à ces inconvénients, il est notamment connu d'utiliser une pompe à anneau liquide, double étage, ou une pompe à anneau liquide, simple étage, associée à un éjecteur à vapeur disposé en amont de cette pompe. Toutefois, bien que ces dispositif et installation permettent 1'ob- tention de taux de compression élevés sans baisse sensible du rendement, ils présentent d'autres inconvénients. Ainsi, dans le cas des pompes à vide à anneau liquide, double étage, il est difficile d'obtenir des jeux axiaux corrects et ces jeux se détériorent à la longue. En outre, ces pompes sont d'un prix élevé. Ces dernières présen- tent néanmoins l'avantage de réaliser une montée en vide rapide et de n'absor- ber qu'une puissance relativement faible. Dans le cas de l'association pompe à vide à anneau liquide simple étageéjecteur de vapeur en amont, la montée en vide est très lente (environ trois fois moins rapide) à égalité de puissance absorbée par rapport à la montée en vide obtenue avec une pompe à vide à anneau liquide double étage. La présente invention a donc pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients susmentionnés, tout en conservant les avantages évoqués dans les deux cas ci-dessus. Pour ce faire, elle propose une installation qui se carac- térise en ce que le deuxième étage de la pompe à vide est constitué par un éjec- teur à jet de liquide (eau par exemple) dont l'arrivée en liquide moteur est reliée au conduit de refoulement d'une pompe centrifuge alimentée en ce liquide. Pour bien montrer les avantages apportés par cette installation, nous allons comparer ci-après ses performances à celles d'une pompe à vide à anneau liquide, double étage, qui est un dispositif des plus performants parmi ceux évoqués ci-dessus. Il convient tout d'abord de rappeler que la puissance absorbée par une pompe à vide à anneau liquide simple étage est donnée par la formule p = 098. PVa. log nép. p2 dans laquelle: P désigne la puissance absorbée en Watts, P désigne la pression absolue à l'aspiration en Pa, V1 désigne le volume d'aspiration en m3, P2 désigne la pression absolue de refoulement en Pa, )P 2 désigne le taux de compression, P I a désigne un paramètre dépendant essentiellement du vide réalisé (0,15 dans l'exemple choisi ci-après). Il est à noter que le produit P!V1 est une constante et qu'en consé- quence la puissance absorbée P est fonction du log nép. du taux de compression P9, PI On rappellera également que la puissance totale absorbée par une pompe à vide à anneau liquide. double étage, est éga!e à la puissance absorbée par une pompe à vide a auneau liquide, simple étage, ayant un taux de compres- sion égal à la so=e des taux de compression partiels de chaque étage. Supposons maintenant, à titre d'exemple, que l'on veuille aspirer un cubage horaire de 0,055 m3/s d'air sous ernviron 810 3 Pa pour le refouler à environ 100.103 Pa avec un vide intermédiaire en sortie du premier étage de 24.103 Pa. Dans ces conditions, une pcnipe à Ride à anneau liquide, double étage, absorbera naturellement une puissance totale égale à la somme de celle absorbée par le premier étage (environ 3200 Watts) et de celle absorbée par le second étage (environ 4150 Watts), soit environ 7350 Watts. Si conformément à la présente invention, on substitue au second étage de cette pompe à anneau liquide, double étage, un éjecteur à jet d'eau, dont le fonctionnement est assuré par de l'eau sous pression issue du refoulement d'une pompe centrifuge, il en résultera que pour refouler de 24.103 Pa à 100.103 Pa, l'éjecteur à jet d'eau devra avoir un débit d'environ 22 m3/h d'eau sous 500.103 Pa environ de pression. Les pompes centrifuges pouvant atteindre un rendement de 0,70 à 0,75 environ, la puissance absorbée par l'éjecteur à jet d'eau sera dans ces condi- tions de 3300 Watts environ contre les 4150 Watts précédemment mentionnés. Il apparaît donc que l'installation objet de la présente demande est non seulement de conception simple et de fabrication beaucoup plus aisée qu'une pompe à anneau liquide, double étage, mais permet en outre une montée en vide aussi rapide que cette dernière avec l'avantage supplémentaire de réaliser une économie de puissance de l'ordre de 10 à 30 % environ au second étage par rap- port à la puissance consommée au second étage de la pompe à anneau liquide de comparaison, selon le vide intermédiaire désiré. Avantageusement, la pompe centrifuge est entraînée sur la même ligne d'arbre que celle de la pompe à anneau liquide. La pompe centrifuge peut en particulier être entraînée par le même arbre que celui de la pompe à anneau liquide. Selon une des nombreuses variantes possibles, la pompe centrifuge est montée en bout de l'arbre de la pompe à anneau liquide et accolée à cette der- nière, le liquide de la pompe centrifuge faisant dans ce cas joirt hydraulique contre les rentrées d'air nuisibles dans la pompe à anneau liquide. Il est à noter que l'intérieur de l utilisée, après sa sortie de l'éjecteur, en tout ou partie dans la pompe cen- trifuge. Par ailleurs, le conduit de refoulement-de l'éjecteur à jet de li- quide peut déboucher dans un séparateur liquide-gaz comportant des moyens reliés au conduit d'aspiration de la pompe centrifuge et assurant le retour de tout ou partie du liquide recueilli dans le séparateur, vers ladite pompe centrifuge. Dans un souci d'économie de liquide, le séparateur pourra être cons- titué par un bac à deux compartiments, l'un alimenté en liquide de réfrigéra- tion et relié à la canalisation d'alimentation en liquide de réfrigération, le débit du liquide de réfrigération alimentant ledit compartiment étant supérieur à celui du liquide de réfrigération dans ladite canalisation d'alimentation, l'autre recevant d'une part, le mélange liquide-gaz issu de l'éjecteur à jet de liquide, et d'autre part, par surverse le trop-plein de l'autre comparti- ment. Afin d'éviter les coups de bélier risquant de perturber le fonction- nement de la pompe à anneau liquide, le niveau de liquide du compartiment relié à cette dernière se trouvera de préférence à hauteur de l'axe de la pompe. Le niveau de liquide dans le cc2apartiment relié à la pompe à anneau liquide sera de préférence nettement au-dessus du niveau de liquide dans le compartiment recevant le mélange liquide-gaz issu de l'éjecteur à jet de liquide. Selon une variante, la canalisation d'alimentation en liquide de ré- frigération peut être en relation avec une source continue de liquide de ré- frigération, comme le réseau de distribution d'eau par exemple. Dans ce cas toutefois, ladite canalisation porte une vanne qui se ferme ou s'ouvre, auto- matiquement, respectivement quand la pompe à anneau liquide s'arrête ou se met en marche. En plus de cette vanne, ou à la place de cette vanne, il est possi- ble également de prévoir à la base de la pompe a anneau liquide, un moyen d'évacuation du liquide de réfrigération qui se met en action ou au repos respectivement quand ladite pompe s'arzrte ou se met en marche. Ca moyen pourra par exemple âtre constitué par un conduit en communication avec l'intérieur de la pompe à anneau liquide et portant une vanne qui s'ouvre ou se ferme, auto- matiquement, respectivement quand ladite pompe s'arrête ou se met en marche. Grâce à l'arrangement particulier décrit juste ci-dessus, on dispose d'une source commode de liquide de réfrigération, qui ne nécessite aucun entre- tien et aucune surveillance, et il est en outre possible d'arrêter à volonté la pompe à anneau lIqnuie sans que pour autant cette dernière se remplisse de liquide de réfrigération, ce qui aurait un effet néfaste quand la pompe à anneau liquide est remise en marche (rupture des aubes de la pompe h anneau liquide). L'éjecteur à jet de liquide comportera avantageusement des moyens de réglage du diamètre de la tuyère. L'arrivée en liquide moteur de l'éjecteur à jet de liquide ou le conduit de refoulement de la pompe centrifuge pourront de même comporter des moyens de réglage du débit, tels une vanne. Il sera ainsi possible d'ajuster le vide à la valeur désirée et de régler la puissance absorbée en fonction de la capacité volumétrique de l'ins- tallation. Enfin, la pompe centrifuge comportera de préférence des moyens assu- rant sa mise en relation avec le vide créé par la pompe à anneau liquide, cette mise en relation se faisant de préférence automatiquement quand ce vide atteint une valeur prédéterminée. Ainsi, si le vide désiré peut être obtenu avec un rendement optimum, c'est-à-dire avec un taux de compression relativement faible (inférieur à 9), par la seule mise en oeuvre de la pompe à anneau liquide (ce sera le cas si le vide recherché est ifférieur h environ 24.103 Pa)- il est évident qu'il est inutile de faire fonctionner l'éjecteur à jet de liquide; les moyens assurant la mise en relation automatique de la pompe centrifuge avec le vide créé par la pompe à anneau liquide seront alors réglés pour qu'ils soient inopérants à cette valeur du vide. Dans ces conditions, il n'y aura pas amorçage de cette pompe centrifuge et elle restera inopérante. Par ailleurs, la mise en relation automatique de la pompe centrifuge avec le vide créé par la pompe à anneau liquide (c'est-à-dire l'amorçage de ladite pompe centrifuge) au cours de la montée en vide permet de limiter la puissance absorbée par l'installation. Plusieurs variantes de la présente invention sont représentées, à titre d'exemple, sur le dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est la représentation schématique en coupe d'une pompe à vide à anneau liquide simple étage; - la figure 2 est la représentation schématique d'un groupe à vide monobloc (moteur à flasque-bride), la pompe à vide à anneau liquide et la pompe centrifuge étant situées du même côté du moteur; - la figure 3 est la représentation schématique d'un groupe à vide monobloc (moteur à deux flasques-brides), la pompe à vide à anneau liquide et la pompe centrifuge étant disposées de part et d'autre du moteur; et - la figure 4 est la représentation schématique d'un groupe à vide (moteur séparé), la pompe à vide à anneau liquide étant sur double palier à billes et la pompe centrifuge étant en bout d'arbre. Une pompe à vide à anneau liquide, simple étage 1 comprend de manière connue en soi, un corps cylindrique 2 partiellement rempli d'eau (ou tout autre liquide peu volatil et de faible viscosité) et dans lequel tourne sans frotte- ment une roue à aubes 3 dont le moyeu 4 est emmanché sur un arbre 5 excentré et mis en rotation par un moteur 6. Cette eau, mise en mouvement par la roue à aubes 3, est projetée contre le corps 2 et forme une sorte d'anneau 7 qui dé- termine un alvéole 8 avec le moyeu 4. Les aubes en rotation se déplacent dans cet alvéole 8 en délimitant des espaces de volume variable, espaces dont le volume augmente dans la zone A (zone de droite) et diminue dans la zone B (zone de gauche). Le gaz ou l'air à véhiculer est de ce fait aspiré par un conduit d'as- piration 9 qui débouche dans une chambre d'aspiration 10 (zone claire sur la figure 1) communiquant avec la zone A, et refoulé par un conduit de refoulement 11 qui débouche dans une chambre de refoulement lOa (zone sombre sur la figure 1) communiquant avec la zone B. A chaque rotation de la roue à aubes3, il y a ainsi une aspiration suivie d'un refoulement, ce qui permet d'aspirer en con- tinu sous pression réduite une certaine quantité de gaz-ou d'air et de le refouler en continu à une pression supérieure. L'arbre 5 se prolonge et traverse les chambres d'aspiration et de refoulement 10, lOa et porte à son extrémité la turbine 12 d'une pompe centri- fuge 13 solidaire de la pompe à anneau liquide 1. Le conduit de refoulement il de cette dernière est raccordé à l'aspi- ration d'un éjecteur à jet d'eau 14 muni d'un conduit 15 d'amenée en eau motrice relié par une vanne 16 au conduit de refoulement 17 de la pompe centrifuge 13. Ce même éjecteur à jet d'eau 14 comporte d'autre part un conduit de refoulement 18 aboutissant au-dessus du compartiment 19 constituant l'un des deux comparti- ments 19, 20 d'un bac 21, Les deux compartiments 19, 20 sont séparés par une cloison verticale 22 dont l'extrémité supérieure se trouve à hauteur de l'axe de la pompe 1. Le compartiment 20 est alimenté en eau de réfrigération par un conduit 23 pourvu d'une vanne de réglage de débit 24, le trop-plein de ce com- partiment 20 s'écoulant par surverse dans le compartiment 19 o l'eau est main- tenue à un niveau inférieur à celui dans le compartiment 20, par un dispositif de trop-plein 25 prévu sur la paroi latérale du bac 21. Le compartiment 20 est pourvu à sa base d'un conduit 26 muni d'une vanne de réglage de débit 27, en relation avec le corps de la pompe à anneau liquide 1. Par ailleurs, le conduit d'aspiration 28 de la pompe centrifuge 13 plonge dans l'eau du cbmpartiment 19. L'installation ainsi définie fonctionne de la manière suivante Le gaz (air), par exemple à &.10 Pa, aspiré par le conduit 9 est refoulé par le conduit Il (par exemple à 24.103 Pa) puis aspiré, en même temps que la fraction entraîne de l'eau de réfrigération de la pompe à anneau liqui- de, par l'éjecteur à jet d'eau 14 fonctionnant grâce à l'eau sous pression issue du conduit de refoulement 17 de la pompe centrifuge 13. Le mélange gaz (air)-eau issu de l'éjecteur 14 est ensuite refoulé par le conduit 18 jusque dans le compartiment 19 (à la pression atmosphérique) o il y a séparation de l'air (gaz) et de l'eau. Cette dernière, mélangée à l'eau de réfrigération pro- venant du compartiment 20 et éventuellement d'un conduit d'appoint en eau de réfrigération (non représenté), est ensuite aspirée par le conduit d'aspiration 28 de la pompe centrifuge 13 dont l'amorçage peut être obtenu par l'ouverture, de préférence automatique, d'une vanne 29 disposée sur un conduit 30 reliant la pompe centrifuge 13 au conduit.d'aspiration 9. Il est à noter par ailleurs que le débit d'eau de réfrigération cir- culant dans le conduit 26 est réglé par la vanne 27 de manière à économiser l'eau de réfrigération d'une part, et/ou à minimiser la puissance absorbée par la pompe à anneau liquide d'autre part. L'ajustement du vide désiré ou la régulation de la puissance absor- bée en fonction de la capacité volumétrique de l'ensemble peut être réalisée de manière très simple à l'aide de la vanne 16 manuelle ou automatique ou bien encore par variation, manuelle ou automatique, du diamètre de la tuyère de l'éjecteur à jet d'eau 14. Comme indiqué précédemment, la vanne 29 et le conduit 30 permettent l'amorçage de la pompe centrifuge 13. Plus précisément, la vanne 29 s'ouvre, de préférence automatiquement, quand le vide créé dans le conduit 9 atteint un certain seuil, ce seuil étant choisi pour limiter la puissance absorbée par l'installation lors de la montée en vide. De même, pendant la montée en vide, il est avantageux que la vanne 16 soit fermée. Il est à noter que le conduit 30 possède un diamètre très faible de manière à ce que, une fois l'amorçage de la pompe centrifuge 13 réalisé, il ne s'échappe par ce conduit qu'une quantité d'eau suffisamment faible pour ne pas perturber le fonctionnement de l'installation et notamment de la pompe à anneau liquide. Il est à remarquer enfin qu'il est possible de modifier l'installation qui vient d'être décrite, sans aucunement en affecter les performances, en sup- primant le compartiment 20, en reliant le conduit 25 au réseau de distribution d'eau et en disposant une vanne sur cette conduite 26, vanne qui se ferme auto- matiquement quand la pompe à anneau liquide 1 s'arre;Le et s'ouvre, toujours automatiquement, quand la pompe à anneau liquide I se remet en marche. En plus ou à la place de cette vanne, on peut prévoir à la base de la pompe à anneau liquide, un conduit d'évacuation du liquide de réfrigération, conduit qui porte une vanne dont d'ouverture se fait automatiquement quand ladite pompe s'arrête et qui se ferme, toujours automatiquement, quand cette pompe se remet en marche. L'installation de la figure 3 est identique à celle de la figure 2, si ce n'est que la pompe centrifuge 13 n'est plus accolée à la pompe à vide à anneau liquide 1, que le moteur 6 comporte de part et d'autre un flasquebride 31, 31a, le premier 31 prolongé par un élément de liaison ou c6ne de jonction 32 rendant le moteur 6 solidaire de la pompe centrifuge 13 et le second 31a rendant ce même moteur solidaire de la pompe à vide à anneau liquide 1, et que l'arbre traverse le moteur 6 de part en part, la pompe à anneau liquide 1 et la pompe centrifuge 13 étant montées chacune en bout de cet arbre 5. L'installation de la figure 4 se distingue de celle de la figure 2 en ce que la pompe à vide à anneau liquide 1 est montée sur double palier à billes 33, 33a, et est entraînée en rotation par un moteur 6 accouplé à l'une des extrémités de l'arbre 5 de la pompe à anneau liquide 1 par un prolongateur 34, la pompe centrifuge 13 étant montée sur l'autre extrémité de l'arbre 5 et solidarisée avec le support 35 de la pompe à anneau liquide 1 par l'élément de liaison 36. REVENDICATIONS 1. Installation pour la réalisation d'une différence élevée de pres- sion entre deux points, comprenant deux étages de compression dont le premier est une pompe à anneau liquide (l, caractérisée en ce que le deusxièn étage est constitué par un éjecteur à jet de iiquide (14) dont l'arrivée en liquide moteur (15) est reliée au conduit de refoulement (17) d'une pompe centrifuge (13) alimentée en ce liquide. 2. Installation selon la revendication 1. caractérisée en ce que la pompe centrifuge (13) est entraînée sur la mème ligne d'arbre que celle de la pompe à anneau liquide (1)o 3. Installatio.n s1lon la revendication 2, caractérisée en ce que la pompe centrifuge (12) ect entr-.née par le m8me arbre (5) que celui de la pompe à anneau liquide (1). 4. installation selon la revendication 3; caractérisée an ce que la pompe centrifuge (13) est montée en bout de l'arbre (5) de la pompe à anneau liquide (1) et accolée à cette derniàreo 5. Installation selon lune quelconque des revendication 1 à 4, ca- ractérisée en ce que l'intérieur de la pompe à anneau liquide (1) est en rela- tion avec une canalisation d'alimentation (26) en liquide de réfrigération. 6.- Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le refoulement (11) de la ponpe à anneau liquide (1) est relié directement à l'aspiration de l'éjecteur à jet de liquide (14), 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le conduit de refoulement (18) de l'éjecteur à jet de liquide (14) débouche dans un séparateur liquide-gaz (21) comportant des moyens reliés au conduit d'aspiration (28) de la pompe centrifuge (13) assurant le retour de tout ou partie du liquide recueilli dans ce séparateur (21), vers ladite pompe centrifuge (13). - 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le séparateur liquide-gaz (21) est constitué par un bac à deuz compartiments, l'un (20) alimenté en liquide de réfrigération et relié à la canalisation d'alimen- tation (26), le débit du liquide de réfrigération alimentant le compartiment (20) étant supérieur au débit du liquide de réfrigération dans la canalisation (26), l'autre (19) recevant d'une part, le mélange liquide-gaz issu de l'éjec- teur à jet de liquide (14) et d'autre part, par surverse le trop-plein de l'autre compartiment (20). 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le niveau de liquide dans le compartiment (20) se trouve à hauteur-de l'axe de la pompe à anneau liquide, et au-dessus du niveau du liquide du compartiment (19). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la canalisation d'alimentation (26) est en relation avec une source continue de liquide de réfrigération. ll.Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la canalisation d'alimentation (26) porte une vanne qui se ferme ou s'ouvre, auto- matiquement, respectivement quand la pompe à anneau liquide (1) s'arrête ou se met en marche. 12. Installation selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la pompe à anneau liquide (1) comporte à sa base un moyen d'évacuation du liquide de réfrigération qui se met en action ou au repos respectivement quand ladite pompe s'arrête ou se met en marche. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le moyen d'évacuation est constitué par un conduit en communication avec l'inté- rieur de la pompe à anneau liquide et portant une vanne qui s'ouvre ou se ferme, automatiquement, respectivement quand ladite pompe s'arrête ou se met en marche. 14. Installation selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que l'éjecteur à jet de liquide (14) comporte des moyens de réglage du diamètre de la tuyère. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisée en ce que l'arrivée en liquide moteur (15) de l'éjecteur à jet de liquide (14) ou le conduit de refoulement (17) comporte des moyens de réglage du débit tels une vanne (16). 16. Installation selon l'une quelconque des revendciations précéden- tes, caractérisée en ce que la pompe centrifuge (13) comporte des moyens (29) assurant sa mise en relation, de préférence automatique, avec le vide créé par la pompe à anneau liquide (1) quand ce vide atteint une valeur prédéterminée.