Brevet FR2528124A1 — publié le 19831209

La présente invention concerne un groupe motopompe pour puits de forage, notamment utilisé pour le pompage d'hydrocarbures, ce groupe étant des- tiné à être immergé dans un milieu extérieur. L'invention concerne également un procédé de protection relatif à un tel groupe. Les appareils connus de ce genre comprennent un moteur logé dans une enceinte étanche et couplé axialement à une pompe logée dans un corps cylindrique et formée d'un certain nombre d'étages Un système d'étanchéité, généralement placé sur la sortie de l'ar- bre moteur au voisinage de l'accouplement avec la pompe, assure l'étanchéité de l'enceinte du moteur pour empêcher la pénétration, dans celle-ci, du fluide pompé dans lequel le groupe est immergé En effet, un manque d'étanchéité entraîne rapidement la destruction du moteur par deux phénomènes conjoints D'une part, la pénétration de particules solides du genre sable pro- voque l'usure puis le grippage des butées et paliers. D'autre part, la pénétration du fluide pompé, qui comporte généralement une proportion appréciable d'eau fortement chargée en sels, provoque une destruction des enroulements électriques. Or, le moteur, avec son système d'étanchéité est situé généralement audessous de la pompe Et le système d'étanchéité comporte généralement une garni- ture mécanique tournante dont une des parties coopé- rantes est en contact direct avec les particules en suspension dans le fluide pompé, lesquelles sont sus- ceptibles de venir s'accumuler au voisinage de la garniture et d'entraîner rapidement la détérioration des parties coopérantes. On a tenté de pallier cet inconvénient par diverses dispositions classiques telles que des joints labyrinthes ou des chambres successives entourant l'arbre, constituées par des garnitures mécaniques successives formant des passages en chicane ménageant entre eux des chambres de décantation pour les parti- cules Mais on ne fait que déplacer le problème, car ces chambres sont progressivement envahies De plus, l'efficacité d'une telle décantation suppose une dispo- sition du groupe voisine de la verticale. La présente invention vise à réaliser un groupe motopompe dans lequel la garniture mécanique tournante soit suffisamment préservée des dommages dus aux parti- cules solides pour que sa durée de vie soit au moins de l'ordre de l'intervalle entre deux opérations d'entre- tien courant du groupe. Ce résultat est atteint, conformément à l'in- vention au moyen d'un circuit de balayage reliant une zone de rayon moyen d'un étage intermédiaire de la pompe à des canaux d'éjection vers le milieu extérieur, ce circuit passant au voisinage du système d'étanchéité. Ce circuit réalise pendant le fonctionnement du groupe motopompe un balayage continu de la zone au voisinage du système d'étanchéité au moyen d'un fluide propre grâce au fait que le fluide balayage est prélevé sur un rayon moyen de la pompe, les particules solides du fluide pompé étant éliminées de la zone de prélève- ment par centrifugation. Suivant une réalisation avantageuse de l'in- ventionle circuit de balayage comprend un canal foré dans l'axe-de l'arbre de la pompe et passe par un espace annulaire ménagé par le jeu radial du palier portant cet arbre le plus proche du moteur. Ce passage à travers cet espace annulaire d'un palier joue un rôle de protection supplémentaire en per- mettant d'arrêter d'éventuelles particules. Suivant une réalisation préférée de l'invention, Le circuit de balayage comporte une partie annulaire, située autour des arbres et limitée extérieurement par une cheminée solidaire du corps de pompe, le circuit de fluide pompé étant également annulaire et situé à l'ex- térieur de la cheminée, de sorte que le circuit de balayage est totalement isolé du circuit du fluide pompé. Suivant une réalisation perfectionnée de l'in- vention, il est prévu à l'intérieur de la cheminée, une pièce de protection'calée sur l'arbre, située du côté de la pompe par rapport au système d'étanchéité, et d'un diamètre supérieur à celui dudit système. Dans le cas d'une disposition du groupe voi- sine de la verticale, cette pièce constitue, notamment pendant les périodes d'arrêt, un chapeau protecteur de la garniture en empêchant les particules de venir se déposer sur elle. La pièce de protection comporte avantageuse- ment un rebord périphérique s'étendant jusqu'à la paroi interne de l'enceinte du moteur, pour améliorer l'effi- cacité de la protection. D'autre part, le rebord de la pièce de protec- tion ménage, avec une pièce support de la garniture d'étanchéité, un espace annulaire situé en face des canaux d'éjection. Il se produit dans cet espace un effet centri- fuge de chasse sur le fluide de balayage. Suivant un second aspect de l'invention, le procédé de protection de la garniture d'étanchéité d'un groupe motopompe pour puits de forage est caractérisé en ce qu'on prélève une partie sélectionnée du liquide pompé dans un espace intermédiaire de la pompe pour le ramener et l'utiliser au voisinage du système d'étan- chéité du moteur comme liquide de lavage, puis l'éjecter dans le milieu extérieur. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: la figure i est une vue partielle en coupe longitudinale, d'un groupe motopompe conforme à l'in- vention; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1, montrant les canaux d'éjection; la f'igure 3 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1, montrant le palier traversé par le cir- cuit. En référence à la figure 1, le groupe motopompe comprend un moteur 1, logé dans une enceinte étanche 2 remplie de lubrifiant, et dont l'arbre 3 est accouplé au moyen d'un manchon 4 à l'arbre d'une pompe 6. L'arbre 3 sort de l'enceinte 2 par une garni- ture mécanique tournante 7 assurant l'étanchéité du pas- sage et composée d'une partie fixe 7 a fixée sur une pièce support 8 solidaire de l'enceinte 2 et d'une par- tie tournante 7 b fixée sur l'arbre et appliquée sur la partie fixe 7 a par un ressort 9. La pompe 6 comprend un certain nombre d'étages l 1 en série, composés chacun d'aubages mobiles lla cla- vetés sur l'arbre 5 et d'aubages fixes ilb solidaires d'un corps de pompe 12 sensiblement cylindrique boulonné à l'enceinte 2. Au voisinage de son raccordement au moteur, le corps de pompe 12 comporte un certain nombre de fenêtres périphériques 13 qui constituent les orifices d'aspira- tion de la pompe, par o le fluide pompé pénètre suivant les flèches P dans l'espace annulaire ménagé entre une cheminée 22 solidaire du corps de pompe 12 et celui-ci. L'arbre 5 est foré d'un canal axial 14 qui communique, vers la droite de la figure 1, avec un canal radial 15 pratiqué dans l'arbre 5 et dans une bague 16 entourant cet arbre en face d'un espace intermédiaire 10 de la pompe situé entre deux séries d'étages Vis-à-vis du canal 15 est situé un canal 17 coudé pour s'ouvrir dans une zone de rayon moyen de la pompe. Au droit de chacun des coussinets 19 situés en amont (par rapport au sens de pompage), l'arbre 5 pré- sente un canal radial 21 qui débouche dans le jeu radial entre le coussinet et la bague correspondante. Le dernier coussinet 19 vers l'extrémité de l'arbre 5 (mieux visible sur la figure 3) est porté par la cheminée 22 concentrique au corps de pompe 12 et soli- daire de ce corps par l'intermédiaire d'un évasement 23 qui s'élargit vers le moteur. A la hauteur de cet évasement, une pièce de protection 24 est calée sur l'arbre 3 du moteur par l'intermédiaire d'un manchon 25. La pièce 24, située du côté de la pompe par rapport à la garniture 7, présente un diamètre-supérieur à celui de cette garniture et elle comporte un rebord périphérique 26 qui s'étend jusqu'à la paroi interne de l'enceinte 2 du moteur ménageant un jeu 27 avec cette paroi (figure 2). Le rebord 26 ménage, avec la pièce 8 support de la garniture 7, un espace annulaire plat 28 en face duquel sont ménagés des canaux radiaux 29 d'éjection. Quand le moteur tourne, le liquide pompé, sous l'effet de la pression engendrée par la pompe dans l'es- pace intermédiaire 10, passe par le canal coudé 17 et par le canal radial 15 pour retourner vers l'amont par le canal axial 14 suivant les flèches L Au droit de chaque coussinet 19, une partie de ce liquide s'échappe par le canal 21 correspondant vers le jeu radial du cous- sinet pour le lubrifier, puis rejoint le flux de pompage. On remarquera que ce liquide prélevé est pro- pre, car il est prélevé sur un rayon moyen du fluide pompé en rotation Il est donc exempt des particules solides qui sont centrifugées vers la paroi du corps de pompe 12. Dans le dernier coussinet 19 situé du côté du moteur, le liquide qui s'échappe du jeu radial 19 a de ce coussinet du côté du moteur est canalisé dans l'espace annulaire 31 situé entre les arbres et la cheminée 22 pour atteindre le jeu 27 entre le rebord 26 de la pièce 24 et l'enceinte 2, et être éjecté par les canaux 29 sous l'effet de la force centrifuge provenant de l'effet de paroi du rebord 26. Cet effet de chasse par centrifugation s'appli- que aussi au liquide présent dans les espaces 32 et 28 situés entre le support 8 du grain fixe de la garniture 7 et de la pièce de protection 24, ce liquide provenant d'un très faible débit filtrant entre les deux pièces 7 a, 7 b de la garniture 7. Le circuit L de fluide prélevé, qui passe par 27 e O s'oppose à la pénétration et à l'accumulation de fluide pompé et de particules solidespermettant à l'es- pace annulaire 33 de rester rempli de fluide propre pro- venant du moteur. Si pour une cause quelconque, une particule provenant du circuit du fluide prélevé pénétrait dans l'espace 28, ou même remontait jusqu'à l'espace 32, elle se trouverait chassée par la force centrifuge. A l'arrêt, les particules se trouvant à l'in- térieur de la pompe décantent suivant un trajet inverse des flèches P et se retrouvent donc à l'extérieur de l'espace protégé Si certaines particules parviennent à passer à l'intérieur de la cheminée 22, elles se trouveront éjectées dès la remise en marche du moteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais couvre toute variante technolo- gique accessible à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Groupe motopompe pour puits de forage, comprenant un moteur logé dans une enceinte étanche ( 2) et couplé axialement à une pompe logée dans un corps cylindrique ( 12) et formée d'un certain nombre d'étages ( 11), et un système d'étanchéité ( 7) sur la sortie de l'arbre ( 3) du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de balayage (L) reliant une zone de rayon moyen d'un espace intermédiaire ( 10) de la pompe à des canaux ( 29) d'éjection vers le milieu extérieur, ce cir- cuit passant au voisinage du système d'étanchéité ( 7,24). 2 Groupe motopompe conforme à la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le circuit de balayage (L) comprend un canal ( 14) foré dans l'axe de l'arbre ( 5) de la pompe et passe par un espace annulaire ( 19 a) formé par le jeu radial du palier ( 19) portant cet arbre le plus proche du moteur. 3 Groupe motopompe conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de balayage (L) comporte une partie annulaire ( 31), située autour des arbres ( 3,5) et limitée extérieure- ment par une cheminée ( 22) solidaire du corps de pompe ( 12), le circuit (P) de fluide pompé étant également annulaire et situé à l'extérieur de la cheminée ( 22). 4 Groupe motopompe conforme à la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur de la cheminée ( 22), une pièce de protection ( 24) calée sur l'arbre ( 3), située du cÈté de la pompe par rapport au système d'étanchéité ( 7), et d'un diamètre supérieur à celui dudit système ( 7). Groupe motopompe conforme à la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la pièce de protection ( 24) comporte un rebord périphérique ( 26) s'étendant jusqu'à la paroi interne de l'enceinte ( 2) du moteur. 6 Groupe motopompe conforme à la revendica- tion 5, caractérisé en ce que le rebord ( 26) de la pièce de protection ( 24) ménage, avec une pièce ( 8) support du système d'étanchéité ( 7), un espace annulaire plat ( 28) situé en face des canaux d'éjection ( 29). 7 Procédé de protection du système d'étan- chéité d'un groupe motopompe pour puits de forage, caractérisé en ce qu'on prélève entre deux étages de la pompe une partie sélectionnée du liquide pompé pour le ramener et l'utiliser au voisinage du système d'étan- chéité du moteur comme liquide de lavage, puis l'éjecter dans le milieu extérieur.