Brevet FR2524080A1 — publié le 19830930

Groupe moto-pompe pour des installations conduisant de l'eau, en particulier pour des installations de chauffage et d'eau industrielle L'invention concerne un groupe moto-pompe pour des installations conduisant de l'eau, avec un moteur à gaine et une pompe centrifuge entraînée par ce moteur et dont la roue mobile est montée sur l'extrémité de l'arbre située à l'intérieur de la pompe, ledit arbre étant porté par deux paliers lisses radiaux prévus de part et d'autre de l'empi- lage de t 8 les, réalisé en céramique, au moins dans la zone de ces paliers lisses radiaux, et mobile dans le sens longi- tudinal par rapport aux coussinets en céramique des paliers lisses radiaux lorsque des forces agissent axialement sur la roue mobile, la distance maximale possible x de ce mouvement longitudinal étant limitée par deux paliers lisses axiaux. L'eau provenant du réseau de distribution publique contient, selon sa nature et le lieu son exploitation, des impuretés en quantités plus ou moins importantes qui peuvent entraîner la corrosion ou la pétrification de l'installa- tion Les perturbations du groupe moto-pompe sont alors conditionnées moins par la corrosion que par l'entartrage causé dans la plupart des cas par l'hydrogénocarbonate de calcium en solution dans l'eau Ca (HCO 3)2 qui, lors de l'échauffement de l'eau, se précipite sous forme de carbo- nate de calcium Ca CO 3 insoluble et constitue le dépôt dit de tartre. Ce carbonate de calcium se dépose également en couche sur le pourtour de l'arbre d'entraînement de la pompe de telle façon que, lors des mouvements axiaux de l'arbre, le dépôt est entraîné dans les paliers lisses radiaux qui -2- portent l'arbre, ce qui provoque souvent un blocage de l'arbre Par ailleurs, des mouvements de réglage de l'arbre dans le sens longitudinal sont inévitables dans les instai- lations d'eau industrielle Ils sont provoqués, par exemple, par l'ouverture brusque des robinets d'eau étant donné que les forces qui en résultent agissent par impulsions sur la roue mobile de la pompe et la déplacent conjointement avec l'arbre dans le sens axial, à savoir d'une position déter- minante pour le fonctionnement stationnaire vers une posi- tion non stationnaire de laquelle l'arbre retourne automati- quement dans la position de départ dès la fin de l'impulsion de force. Par ailleurs, le jeu axial de l'arbre entre les deux positions peut également résulter de la technique de fabrication respective et notamment de la compressibilité axiale des joints élastiques, et il est même nécessaire pour éviter des sollicitations exagérées de l'arbre Toutefois, la distance maximale possible du déplacement axial de l'arbre est fixée et limitée définitivement par deux paliers axiaux. Dans ces conditions, il n'est donc pas possible ici d'exclure le risque d'un blocage de l'arbre mentionné ci-dessus par le simple fait de ne pas admettre un jeu axial de l'arbre de telle façon que, pour les solutions proposées jusqu'ici, il faut toujours s'attendre à ce que, lors d'un déplacement axial de l'arbre, des dépôts voire des sédimen- tations sur le pourtour de l'arbre soient entraînés à l'in- térieur des paliers radiaux. La présente invention a pour objet de proposer une une solution simple et aussi bon marché au problème consis- tant à éviter un blocage de l'arbre dans les paliers lisses radiaux malgré les dépôts inévitables sur le pourtour de l'arbre. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, en partant du groupe moto-pompe du genre précité, celui-ci est réalisé de telle façon que l'arbre comporte respecitvement, immédiatement à côté des deux zones de paliers lisses radiaux, une rainure annulaire, à savoir respectivement contiguë à l'extrémité de ces zones de Da- liers orientée vers la roue mobile et que la distance maxi- male possible du mouvement longitudinal de l'arbre est inférieure à la largeur des paliers lisses radiaux et aussi à la largeur des rainures annulaires. En service stationnaire, les surfaces de glisse- ment des deux coussinets de paliers radiaux pourront s'ap- puyer pleinement sur la partie correspondante de la circon- férence de l'arbre sans qu'il faille s'attendre à ce que des particules contenues dans l'eau pénètrent d'une manière déterminante dans les jeux des paliers et provoquent des perturbations Toutefois, à gauche et à droite des paliers, un dépôt se formera sur l'arbre Mais en ce qui concerne le mouvement axial de l'arbre, seul peut devenir critique le dépôt qui, lors du mouvement de l'arbre, sera entraîné dans les jeux de paliers dans la direction déterminée par le passage du service stationnaire au service non stationnaire. Cependant, conformément à la solution proposée, ce dépôt se fixera dans les rainures annulaires et donc à un niveau qui, vu dans le sens radial, se situe plus bas voire plus vers le centre de l'arbre que la circonférence immédiatement voisine de l'arbre dans la zone du palier de telle façon que, lors d'un déplacement de l'arbre dans la direction considérée, aucun dépôt ne pénétrera dans les jeux de paliers. Etant donné qu'à l'état non stationnaire les rainures annulaires sont engagées, en partie, dans les coussinets des paliers radiaux, ces coussinets de paliers ne reposeront plus entièrement sur la circonférence de l'arbre de telle façon qu'il faut s'attendre à ce que les paliers radiaux travaillent non plus dans le domaine d'une lubrifi- cation hydrodynamique sans contact des surfaces de glisse- ment mais dans le domaine d'un frottement mixte Abstraction faite de ce que l'état de service non stationnaire n'inter- vient que temporairement, raison déjà suffisante pour ne pas craindre un endommagement des paliers, cet état offre encore l'avantage que des dépôts qui auraient pénétré malgré tout dans les jeux de paliers peuvent être broyés et finalement enlevés par l'eau. -4- La description qui va suivre, en regard des des- sins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettre de mieux comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 présente une coupe longitudinale schématique et simplifiée d'un groupe moto-pompe selon l'invention et la figure 2 présente, à plus grande échelle, le détail encerclé dans la fig 1. Le carter 1 du moteur à gaine comprend le stator et le rotor composés essentiellement du paquet de tôles 2 et des enroulements 3 avec les éléments associés Ceux-ci comprennent l'arbre 4 avec les paliers lisses radiaux 6, 7 qui le soutiennt de part et d'autre du paquet de t 8 les 5. Conformément au dessin, des rainures annulaires 4 a et 4 b sont prévues à gauche, à c 8 té des deux coussinets-voire paliers lisses radiaux 6, 7. La volute 10 de la pompe centrifuge entoure une chambre de pompage 11 dans laquelle débouche l'une des extrémités de l'arbre 4 sur laquelle est montée la roue mobile 12 Une séparation 13 est incorporée entre la chambre de pompage 11 et le moteur Le compartiment du rotor 14 rempli d'eau est séparé de manière étanche du compartiment sec du stator 15. L'eau est refoulée dans le sens des flèches A à travers la volute de pompe 10 Elle entre donc par la tubu- lure d'aspiration 10 a et passe, par l'intermédiaire de la roue mobile 12, à la tubulure de refoulement 10 b o elle sort de la volute de pompe Par ailleurs, les fonctions et les caractéristiques de construction des groupes moto-pompe de ce genre sont généralement connues et elles ne demandent donc pas une explication plus détaillée Dans ce contexte, il suffira donc de signaler les groupes moto-pompes bien connus tels qu'ils sont exposés et décrits, entre autres, dans les brevets allemands 25 16 575, 25 29 399 et 26 39 541. Pendant le fonctionnement normal stationnaire sans variations notables de la pression d'eau, l'arbre 4 occupe la position indiquée dans la fig 1 dans laquelle le coussi- -5- net 8 du palier axial côté pompe est appliqué contre la face frontale polie opposée du coussinet de palier radial 6. Entre l'autre coussinet de palier radial 7 et le coussinet de palier axial 9 monté sur le rotor, il y a alors une distance x qui est déterminée par les tolérances de fabrica- tion et par le tassement des garnitures plates 17 placées entre la volute de pompe 10 et la gaine du moteur 16 Cette distance x représente le déplacement maximum possible de l'arbre 4 vers la droite à partir de la position indiquée. Par ailleurs, le rapport efficace entre la largeur et le diamètre des paliers radiaux est de b/D, b étant la largeur des coussinets de paliers radiaux 6, 7 mesurée dans le sens axial et D le diamètre de l'arbre 4 dans la région des paliers. Il est bien connu que le prélèvement subit de l'eau dans des installations conduisant de l'eau entraîne l'apparition de forces impulsionnelles qui peuvent agir de telle façdn que la roue mobile 12 et donc aussi l'arbre 4 sont déplacés vers la droite (fig 1), la distance réelle- ment parcourue correspondant normalement à la distance x et le coussinet 9 s-' appuyant ainsi contre la face frontale opposée du coussinet 7 En même temps, les rainures annu- laires 4 a et 4 b aménagées dans l'arbre 4 passent, en partie, de la position valable dans la fig 1 pour le cas station- naire dans les coussinets de paliers radiaux 6, 7 sans que cela puisse provoquer l'entraînement des dépôts sur l'arbre dans les jeux de paliers précisément parce que les dépôts critiques pour ce cas se situent sur la surface de la rai- nure et, par conséquent, sur un niveau plus bas que celui du jeu de palier Par ailleurs, il y a maintenant par rapport au service stationnaire un nouveau rapport entre la largeur et le diamètre sur les paliers radiaux qui, dans le cas limite, sera de (b x)/D, à savoir si l'arbre 4 a été déplacé vers la droite de la totalité de la distance x. Alors qu'en service stationnaire suivant la fig 1 les paliers radiaux 6,7 peuvent porter sur toute la largeur des surfaces de glissement des coussinets et tourner, dans le domaine de la lubrification hydrodynamique, sans contact 252408-0 -6 des surfaces de glissement, les deux paliers radiaux fonc- tionneront en service non stationnaire, avec l'arbre 4 déplacé vers la droite, en frottement mixte du fait de la surface d'appui efficace moins grande Mais puisque l'arbre 4, au moins dans les zones de paliers, et aussi les coussi- nets 6, 7 doivent être réalisés en céramique oxydée dure, le fonctionnement à frottement mixte qui n'est que temporaire ne représente aucun danger pour les paliers Comme il a déjà été dit précédemment, le fonctionnement à frottement mixte offre encore, le cas échéant, des avantages en ce sens que des dépôts qui auraient pu se former malgré tout sur la surface de glissement 4 c de l'arbre 4 pendant le service normal stationnaire peuvent être écrasés entre les surfaces de glissement et entraînés par l'eau. Par ailleurs, il est évident que la distance x admise pour le mouvement axial de l'arbre 4 doit être infé- rieure à la largeur b des coussinets de paliers radiaux 6, 7 et aussi à la largeur voire à la longueur 1 des rainures annulaires 4 a, 4 b afin que, en service non stationnaire, il subsiste encore un recouvrement suffisant entre les surfaces de glissement desicoussinets et la circonférence de l'arbre. Pour le choix des distances et diamètres considérés, les conditions suivantes peuvent être retenues comme point de repère: 0,5 4 x/l 4 0,9 et 0,1 4 x/b mètre d mesuré au fond des rainures et pour le diamètre de l'arbre D dans la zone des paliers, la relation 0,5 6 d/D 45 0,9 peut être retenue. Pour terminer, il convient de signaler encore le fait que, en principe, la solution selon l'invention peut être appliquée à toutes les installations conduisant de l'eau dans la mesure o ces installations soulèvent des problèmes du genre précité Il en sera ainsi en particulier pour des installations de chauffage et d'eau industrielle. 7- Revend i ca t ons 1 Groupe moto-pompe pour des installations conduisant de l'eau, avec un moteur à gaine et une pompe centrifuge entraînée par ce moteur et dont la roue mobile ( 12) est montée sur l'extrémité de l'arbre ( 4) située dans le compartiment de pompage ( 11), ledit arbre étant porté par deux paliers lisses radiaux ( 6, 7) prévus de part et d'autre de l'empilage de t 8 les ( 5), réalisé en céramique au moins dans la zone de ces paliers lisses et mobile dans le sens longitudinal par rapport aux coussinets en céramique des paliers lisses radiaux ( 6, 7) lorsque des forces agis- sent axialement sur la roue mobile ( 12), la distance maxi- male possible x de ce mouvement longitudinal étant limitée par deux paliers lisses axiaux ( 8, 9), c a r a c t é r i S é p a r l e f a i t que l'arbre ( 4) comporte respectivement, immédiatement à c 8 té des deux zones de paliers lisses radiaux ( 6, 7), une rainure annulaire ( 4 a, 4 b) , à savoir respectivement contiguë à l'extrémité de ces zones de paliers orientée-wers la roue mobile ( 12), et que ladite distance x est inférieure à la largeur b des paliers lisses radiaux ( 6, 7) et à la largeur 1 des rainures annulaires ( 4 a, 4 b). 2 Groupe moto-pompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre d des rainures annulaires ( 4 a, 4 b) mesuré au fond des rainures, le diamètre D de l'arbre ( 4) dans la région des paliers lisses radiaux, ladite distance x, la largeur i des rainures annulaires ( 4 a, 4 b) et la largeur b des surfaces de glissement des paliers lisses radiaux ( 6, 7) satisfont aux conditions suivantes 0,5 0,1 4 x/b: 0,8.