Brevet FR2524578A1 — publié le 19831007

Pompe de circulation pour des installations de chauffage L'invention concerne une pompe de circulation pour des installations de chauffage dont le moteur peut être réglé par paliers, par commutation des enroulements, sur au moins deux vitesses de rotation prédéterminées N 1, N 2 ni, la vitesse minimale N 1 étant prévue pour le fonctionnement de l'installation en régime économique et chaque vitesse supérieure N 2 n étant associée à un autre régime de fonctionnement de l'installation. Dans la plupart des cas, les pompes de circulation fonctionnent à vitesse constante indépendamment de la puis- sance respectivement demandée à l'installation de chauffage. Ce mode de fonctionnement constitue cependant un gaspillage d'énergie électrique étant donné qu'il serait parfaitement possible de réduire le courant d'alimentation pour le fonc- tionnement à charge partielle de l'installation de chauffage, ce qui est facile à réaliser par l'abaissement de la vitesse de rotation de la pompe La possibilité d'une économie considérable d'énergie électrique devient particulièrement évidente si l'on tient compte du fait que dans les machines hydrodynamiques la puissance d'entraînement est proportion- nelle à la troisième puissance de la vitesse de rotation. Cela signifie donc que, par exemple, une réduction de la vitesse de rotation de la pompe de 20 % à 80 % permet d'abaisser la puissance d'entraînement électrique à environ 50 %. Mais cette possibilité d'économie d'énergie of- ferte dans le cas d'une machine hydrodynamique ne peut être utilisée convenablement que si l'on choisit un moteur élec- trique dont la vitesse de rotation peut être variée autant -2- que possible sans pertes Un tel système d'entraînement est réalisé par le moteur électrique dont la vitesse de rotation peut être réglée, par commutation des enroulements, sur différentes valeurs fixes prédéterminées, mais dont l'incon- vénient réside dans le fait que la vitesse peut être commu- tée uniquement par pas et qu'il n'est pas possible de la régler arbitrairement sur une vitesse de travail optimale déterminée qui se situe entre les valeurs fixes prédétermi- nées. Certes, il existe des moteurs électriques ré- glables en continu, par exemple des moteurs avec changeur de fréquence Mais dans le cas des groupes moto-pompes de circulation avec les puissances du moteur relativement faibles, ces systèmes d'entraînement ne sont pas utilisables pour des raisons économiques, et cela d'autant moins que leur prix s'élève à un multiple du prix de la pompe. De plus, on connait des commandes par déphasage pour le réglage en continu de la vitesse du moteur qui, par rapport aux systèmes de réglage de vitesse avec changeur de fréquence, sont d'un prix beaucoup plus avantageux, mais qui présentent l'inconvénient que le rendement du système d'en- traînement baisse avec la réduction de la vitesse de telle façon que des commandes de ce genre ne peuvent être utili- sées facilement pour le réglage d'un moteur de pompe si l'on recherche notamment une économie d'énergie électrique. La présente invention a pour objet de créer une pompe de circulation pour des installations de chauffage dont la vitesse de fonctionnement peut être réglée en conti- nu et avec un bon rendement, dans l'ensemble de la plage de vitesse de rotation prédéterminée, sur la valeur respective- ment optimale en fonction des conditions de service de l'ins- tallation. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que dans la pompe de circulation du genre précité la vitesse du moteur peut être réglée en continu, à savoir d'une vi- tesse prédéterminée plus grande en direction de la vitesse immédiatement inférieure, sur une vitesse de travail adaptée aux conditions de service respectives de l'installation. -3- Ainsi, en fixant, lors de la conception d'une pompe de circulation, une plage de vitesse de rotation s'étendant de N O pour la vitesse zéro à ni pour la vitesse maximale possible, cette plage est divisée en échelons de commutation voire en vitesses déterminés, par exemple en plages N O à ni, N 1 à N 2 ni_ 1 à ni, les vitesses supé- rieures de ces plages N 1, N 2 ni pouvant être réglées de la manière habituelle, avec un bon rendement, par commuta- tion des enroulements Selon l'invention, il doit donc être possible, en partant d'une telle vitesse prédéterminée, d'effectuer un réglage en continu en direction de la vitesse immédiatement inférieure jusqu'à ce que la vitesse de tra- vail N située dans la plage de vitesse correspondante soit x atteinte. Le réglage en continu n'est donc respectivement nécessaire que pour franchir un échelon de commutation ou de vitesse donné, c'est-à-dire une plage de vitesse relative- ment petite Cela offre l'avantage de pouvoir utiliser d'une part des moteurs électriques bon marché avec commutation des enroulements et conservation d'un bon rendement et de limi- ter, d'autre part" la diminution inévitable du rendement lors du réglage en continu dans l'un ou l'autre échelon de commutation étant donné que le réglage ne doit pas couvrir l'ensemble de la plage de vitesse de rotation possible de n à N 1 voire N 0. Dans ce cas, il est donc parfaitement possible de recourir, pour le réglage en continu de la vitesse, à la commande par déphasage relativement bon marché étant donné que les pertes de rendement résultant d'une diminution de la vitesse de rotation de l'entraînement peuvent être main- tenues à l'intérieur de certaines limites à condition de déterminer les plages de vitesse à régler d'une manière convenable, c'est-à-dire de ne pas choisir des plages de vitesse exagérément grandes. Par exemple, en partant d'une vitesse de rotation prédéterminée N 2, la vitesse de travail nx peut être réglée manuellement et/ou automatiquement en réduisant la vitesse en direction de N 1 jusqu'à la vitesse de travail La vitesse _ 4- à choisir parmi les vitesses prédéterminées comme valeur de départ pour le réglage en continu et l'ampleur de la réduc- tion de la vitesse en direction de la vitesse fixe prédéter- minée immédiatement inférieure jusqu'à l'atteinte de nx sont déterminées par les conditions de service respectives de l'installation, les paramètres de service, les influences extérieures dues aux conditions atmosphériques, etc Ainsi, le réglage en continu de la vitesse de rotation dans une installation de chauffage peut être déter- miné, par exemple, par la température de l'air extérieur, par la température aller ou le débit de l'eau dans le cir- cuit de chauffage, par les conditions de pression sur la pompe de circulation, etc Donc, en cas d'abaissement de la température de l'air extérieur ou d'augmentation du débit, le système de commande réglera la vitesse de travail nx sur une valeur plus élevée et effectuera également, le cas échéant, une commutation sur l'une des vitesses fixes supérieures qui servira alors de valeur de départ pour le réglage en continu de la vitesse de travail N Inversement, x on pourrait également partir immédiatement de l'une des vitesses fixes inférieures dans la mesure o cela paraît opportun, par exemple du fait d'une augmentation de la température aller ou de la différence de pression sur la pompe. Enfin, le système de réglage selon l'invention permet également d'exclure dans une large mesure les bruits d'écoulement dans l'installation de chauffage De tels bruits apparaissent souvent lorsque des différences de pression déterminées règnent à des vitesses de rotation définies, par exemple sur les soupapes de radiateurs ou sur d'autres robinets de réglage, ce qui entraîne à ces endroits une circulation rapide de l'eau de chauffage avec, pour conséquence, des bruits d'écoulement Il est facile à com- prendre que les pompes de circulation dont la vitesse de rotation peut être variée uniquement par paliers, ne laissent qu'une faible marge pour la localisation et le réglage de la vitesse à laquelle des bruits d'écoulement ne se produisent pas et qui permet néanmoins à la pompe de fournir la puis- -5- sance désirée Or, une telle vitesse optimale peut être trouvée et réglée sans difficulté avec un réglage en conti- nu. La description qui va suivre, en regard des des- sins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 présente une coupe longitudinale d'une pompe de circulation la figure 2 présente un diagramme avec des courbes caractéristiques de la pompe pour deux vitesses fixes et une vitesse de travail réglable en continu; la figure 3 présente un schéma bloc pour la com- mande en continu d'une pompe de circulation dans une plage entre deux vitesses fixes; la figure 4 présente un diagramme avec des courbes caractéristiques de la pompe pour trois vitesses prédéter- minées et la figure 5 présente un schéma bloc pour le ré- glage en continu d'une pompe de circulation dans plusieurs plages entre des-vitesses fixes prédéterminées. La pompe de circulation représentée à la fig 1 est généralement connue en ce qui concerne sa construction fondamentale et sa fonction Des pompes de ce genre sont présentées et décrites, par exemple, dans les brevets alle- mands 25 16 575, 25 29 399 et 26 39 541 Il suffira donc de décrire ici quelques éléments de construction de cette pompe qui revêtent une importance dans le cadre de la présente invention. Les enroulements 1 du moteur de la pompe sont reliés par leurs extrémités à des contacts placés dans une moitié voire prise femelle 2 fixe d'un connecteur élec- trique à fiches, à côté d'autres contacts auxquels sont reliés les extrémités des conducteurs du câble de réseau 3. L'autre moitié voire la prise 4 de ce connecteur fait partie d'un module de réglage 5 et présente des fiches qui sont disposées dans une configuration déterminée par rapport aux contacts de la prise femelle 2 et reliées à une -6 _ combinaison de ponts 6 appartenant au module 4 de telle façon que, selon la position de la prise 4 par rapport à la prise femelle 2, les enroulements du moteur sont commutés et reliés de différentes manières, par exemple montés en étoile ou en triangle Ainsi, la vitesse de rotation est réglée par paliers sur des valeurs fixes prédéterminées N 1, N 2 n. Du fait de la disposition des contacts dans la prise 4 par rapport aux contacts de la prise femelle 2 et du câblage de la combinaison de ponts 6, le module 5 est préprogrammé de manière fixe pour des vitesses déterminées, la vitesse finalement réglée dépendant alors de la position dans la- quelle le module 5 voire sa prise 4 est enfiché sur la prise femelle 2 Une solution analogue est proposée dans le brevet allemand 27 00 116 auquel il est fait référence ici pour éviter des répétitions. Le module de réglage 5 comprend également la commande électronique 7 pour le réglage en continu de la vitesse Comme il a déjà été dit, il convient d'utiliser pour la commande 7 une commande par déphasage qui est accor- dée aux caractéristiques du moteur de la pompe Cette com- mande peut être activée à l'aide d'un afficheur de consigne ou d'un régulateur de vitesse 8 ordinaire pour le réglage manuel ou automatique de la vitesse de travail N Une autre solution consiste à raccorder au module 5 voire à la com- mande 7 un afficheur de consigne 9 par l'intermédiaire d'une entrée séparée. La fig 2 montre-deux courbes caractéristiques de la pompe, à savoir la dépendance mutuelle de la hauteur de refoulement H et du refoulement Q pour les deux vitesses N 1 et N 2, la vitesse inférieure N 1 pouvant être envisagée, par exemple, pour le fonctionnement de l'installation de chauf- fage pendant la nuit ou en été Le montage correspondant des enroulements du moteur 1 par l'intermédiaire du connecteur 2, 4 et de la combinaison de ponts 6 est indiqué dans la partie supérieure de la fig 3 Dans ce cas, les trois paires d'enroulements sont branchées, par exemple, en mon- tage de Dahlander. -7- La commutation par paliers à la vitesse supérieure n 2 peut être effectuée de la manière décrite par le change- ment de place du module 5 de telle façon que le câblage de la combinaison de ponts 6 et la commande 7 avec le régula- teur de vitesse 8 sont branchés de la manière indiquée dans la partie inférieure de la fig 3. Dans ce cas, la pompe tourne à la vitesse supé- rieure N 2 et elle peut être réglée, comme il a déjà été dit, à partir de cette vitesse en direction de la vitesse infé- rieure N 1 et aussi en sens contraire, sur la vitesse de travail nx favorable pour le régime considéré en agissant sur le régulateur de vitesse 8 Le parcours possible de la variation en continu de la vitesse est indiqué par une flèche dans la fig 2. L'exemple de réglage et de montage représenté aux fig 4 et 5 se rapporte à une pompe de circulation à trois étages avec trois vitesses de rotation fixes prédéterminées n 1, N 2 et,3 Le diagramme de la fig 4 indique les courbes caractéristiques associées et signale par des flèches les plages de réglage en continu possibles. Dans ce; cas aussi, les vitesses fixes respective- ment prédéterminées N 1, N 2 et N 3 peuvent être réglées par un enfichage correspondant du module 5 sur la moitié inférieure du connecteur 2 afin de pouvoir brancher les enroulements 1 du moteur en fonction du câblage de la combinaison de ponts 6 préparé en conséquence, de la manière représentée à la fig 5 pour deux vitesses A la plus petite vitesse N 1 cor- respond le montage en triangle des enroulements de moteur 1 indiqué dans la partie supérieure de la fig 5. Pour le réglage de la vitesse immédiatement supé- rieure N 2, le module 5 doit être déplacé en conséquence. Pour passer à la vitesse N 3, la combinaison de ponts 6 branche les conducteurs d'amenée vers les enroulements de moteur 1 de la manière indiquée dans la partie inférieure de la fig 5 o l'encadrement en traits mixtes 6 (n 3) indique les connexions valables pour ce cas Les enroulements de moteur sont alors montés en étoile Les exemples de montages pour d'autres vitesses fixes prédéterminées N 4 ni n'ont -8 _ pas été représentés à la fig 5 D'une manière générale, de tels montages sont bien connus en soi et ils ne demandent donc pas une explication plus détaillée En ce qui concerne le niveau actuel de la technique, il est ici fait référence au brevet allemand 25 13 164. En admettant, pour l'exemple de réalisation indi- qué dans les fig 4 et 5, que la vitesse N 2 est réglée par le montage de Dahlander des enroulements de moteur 1, il est possible, par l'intermédiaire de la commande par déphasage 7 et de l'afficheur de la valeur de consigne de la vitesse 9, de varier la vitesse en direction de la vitesse N 1 et inver- sement pour parvenir à la vitesse de travail nx, la plage de réglage donnée pouvant comprendre toutes les valeurs situées entre N 1 et N 2 D'une manière analogue, il est possible de régler la vitesse également dans la plage comprise entre les vitesses N 3 et N 2 après avoir réglé au préalable la vitesse fixe prédéterminée N 3 Enfin, un réglage en continu à partir de la vitesse N 1 en direction de la vitesse zéro peut égale- ment être réalisé d'une manière analogue. Même s'il faut accepter, pour ce type de régula- tion, certaines pertes en ce qui concerne le rendement et même si de telles pertes sont d'autant plus grandes que l'on s'approche davantage, à partir de l'une des vitesses pré- déterminée, de la vitesse immédiatement inférieure, l'avan- tage essentiel de pouvoir régler en continu l'ensemble de la plage de vitesse sans être pour autant obligé d'accepter les pertes de rendement élevées qui résulteraient d'un réglage en continu et en un seul passage de l'ensemble de cette plage de vitesse, par exemple au moyen d'une commande par déphasage, l'emportera malgré tout. Par ailleurs, la solution selon l'invention offre également la possibilité de travailler avec d'autres com- mandes connues pour les réglages de vitesse qui, autrement, ne conviendraient pas nécessairement pour le réglage de la pompe de circulation sur l'ensemble de la plage de vitesse prévue sans entraîner des pertes de rendement importantes. -9 _ Re vend i cat i on s 1 Pompe de circulation pour des installations de chauffage dont le moteur peut être réglé par paliers, par commutation des enroulements, sur au moins deux vitesses de rotation prédéterminées (n 1, N 2 ni), la vitesse minimale (n 1) étant prévue pour le fonctionnement de l'installation en régime économique et chaque vitesse supérieure (n n) étant associée à un autre régime de fonctionnement de l'ins- tallation, c a r a c t é r i S é e p a r 1 e f a i t que, en partant de l'une des vitesses supérieures prédéterminées (n 2 ni), la vitesse du moteur peut être réglée en continu, en direction de la vitesse immédiatement inférieure (n 1 ni), sur une vitesse de travail (n) qui est adaptée aux conditions de fonctionnement respectives de l'installa- tion. 2 -Pompe de circulation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la vitesse de travail (n X) respective peut être réglée, au choix, manuellement et/ou automatiquement en fonction des conditions de fonctionnement voire des paramètres de commande variables de l'installation, par exemple en fonction de la température extérieure, de la température aller, des pressions et du débit. 3 Pompe de circulation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la vitesse de travail (n x) peut être réglée au moyen d'une commande par déphasage ( 7, 8) bien connue en soi.