Brevet FR2537662A1 — publié le 19840615

Pompe centrifuge fonctionnant en turbine La présente invention est relative à une pompe centrifuge à un étage, du type radial et semi-axial, que l'on fait fonctionner en turbine, la tubulure à pression et la tubulure d'aspiration de la pompe centrifuge servant alors respectivement de tubulure d'entrée et de tubulure de sortie de la turbine. Dans le cadre des économies d'énergie ou d'une utilisation économique d'une énergie mise en oeuvre ou disponible, on recherche des procédés permettant, dans un système donné, de récupérer de l'énergie ou d'utiliser d'une manière économique l'énergie disponible, par exemple au moyen d'une pompe centrifuge fonctionnant en turbine. I1 arrive souvent, par exemple, dans les systèmes d'alimentation en eau, que l'énergie en excédent à l'intérieur du système soit une énergie de différence de pression. Il s'est avéré avantageux de récupérer cette énergie de différence de pression au moyen d'une pompe centrifuge standard utilisée comme une turbine, par exemple pour transformer l'énergie en électricité utilisable au moyen d'un générateur accouplé.La difficulté réside alors dans la caractéristique propre aux pompes centrifuges qui rend difficile l'adaptation aux conditions d'écoulement dans chaque cas. En effet, la rotation des aubes qui se produit d'habitude dans les pompes centrifuges de manière à produire un champ quadrillé reste sans effet dans le cas de la marche en turbine car, si la pente de la caractéristique peut être modifiée,les valeurs optimales sont en grande partie conservées. D'autre modifications que l'on peut apporter au mode de construction de l'enveloppe entraînent des frais élevés, de sorte que l'avantage économique que pourrait présenter l'utilisation comme turbines des nombreuses pompes centrifuges existantes est illusoire. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un dispositif simple et peu coûteux qui permette à des pompes centrifuges fonctionnant en turbine de s'adapter facilement et sans restrictions au différentes conditions d'écoulement du côté arrivée. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que la tubulure à pression de la pompe a la forme d'une prise ou d'un dispositif de maintien dans lequel est inséré une pièce, constituée par une ou plusieurs parties, qui modifie la répartition de l'énergie du courant qui traverse l'appareil. Cette disposition permet d'obtenir du côté arrivée de la pompe centrifuge fonctionnant en turbine et comportant cette pièce en une ou plusieurs parties, pour une même quantité de liquide, une augmentation de sa vitesse et/ou une modification de sa puissance d'impact. Compte tenu de la manière dont la forme de la pièce insérée agit sur le courant, on peut, par un simple changement de pièces ou par un réglage de la position de la pièce insérée pendant le fonctionnement, obtenir, avec une seule et même pompe fonctionnant comme turbine, un excellent rendement avec plusieurs caractéristiques de turbine décalées l'une par rapport à l'autre. Dans un mode de réalisation de l'invention, la pièce insérée peut être montée dans la tubulure à pression de la pompe à partir du côté de la bride. On peut donc en tenir compte en faisant le tracé de la pompe ou modifier celleci ultérieurement pour que la pièce insérée soit maintenue d'une manière très simple, par exemple par une simple pièce d'appui au niveau de la tubulure à pression. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'introduction de la pièce insérée dans la tubulure à pression de la pompe peut s'effectuer par des ouvertures séparées, ménagées dans la tubulure d'arrivée et accessibles de l'extérieur. Cette disposition permet, par exemple dans le cas d'une pompe centrifuge installée à poste fixe et utilisée comme turbine, de réaliser une adaptation à de nouvelles conditions d'écoulement sans avoir à démonter les canalisations tubulaires. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce insérée peut avoir une forme symétrique ou disymétrique par rapport à l'axe de symétrie de la tubulure à pression de la pompe. De ce fait, on peut réaliser très simplement des conditions d'écoulement optimales. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce insérée est constituée par un matériau é > las- tique et/ou est constituée par des éléments rigides ou flexibles et sa section est réglable de l'extérieur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce insérée a le profil intérieur et la section d'une buse ou comporte des parties de trajet que l'on peut modifier par usinage avec enlèvement de copeaux. On peut donc, par une simple opération d'alésage, par exemple en suivant les indications d'un tableau, obtenir d'une manière simple l'adaptation voulue aux conditions d'écoulement. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée en se référant au dessin joint La figure 1 représente un champ caractéristique de pompe centrifuge obtenu par rotation de l'aube; La figure 2 représente les caractéristiques correspondantes relatives au fonctionnement en turbine; La figure 3 représente la pièce insérée montée dans la tubulure à pression de la pompe centrifuge ou dans la tubulure d'arrivée de la turbine; la figure 4 représente le champ caractéristique que l'on peut obtenir par l'emploi de la pièce insérée; Les figures 5 à 7 représentent plusieurs formes possibles de pièces insérées. La figure 1 représente le diagramme habituel d'une pompe centrifuge mettant en évidence la relation existant entre le courant en volume Q et la hauteur d'élévation H au point de rendement optimal pour une vitesse de rotation n = constante. La caractéristique (1) correspond à l'aube originelle de diamètre extérieur maximal tandis que les caractéristiques (2 à 4) correspondent à une aube ayant effectué un mouvement de rotation et ayant un diamètre extérieur moindre. Cette multiplicité des caractéristiques possibles permet la réalisation-d'un champ caractéristique. La figure 2 représente, de la même manière, les caractéristiques d'une turbine; la ligne (1) correspondant-encore à l'aube originelle tandis que les caractéristiques (2 à 4), qui ne s'en distinguent que par une modification de pente, correspondent à des aubes ayant effectué un mouvement de rotation. La figure 3 indique le mode de montage des pièces insérées (7) dans une enveloppe de pompe centrifuge (5) contenant une aube (6). Les pièces insérées ont, en coupe, la forme d"un chapeau, leur bord (8) prenant appui sur la surface de joint (9) de la tubulure à pression ou de la tubulure d'arrivée de la turbine. Il est avantageux, pour l'utilisation des pièces insérées, que la tubulure à pression ait un tracé autant que possible rectiligne. La figure 4 représente le champ caractéristique~que l'on peut obtenir en utilisant les pièces insérées dans le cas d'une pompe centrifuge fonctionnant en turbine et donnant le diagramme Q-H de la figure 1. La courbe (1) de cette figure 4 correspond à la caractéristique de turbine relative au cas de l'aube originelle d'une pompe centrifuge non modifiée. La courbe (10) représente la caractéristique de turbine que permet d e ob- tenir la pièce insérée représentée sur la figure 3. Elle pourrait être la courbe limite pour laquelle une pompe centrifuge plus petite présente une caractéristique de turbine correspondante, mais elle pourrait également, par suite d'une modification ultérieure de la section de la pièce (7), se déplacer dans le diagramme Q-H. Le champ marqué de hachures entre les caractéristiques de turbine (1) et (10) est réalisé, dans cet exemple de réalisation et en partant de la courbe (1), en réduisant successivement la section intérieure de la pièce insérée (7). Sans modifier l'enveloppe de pompe (5) ni l'aube (6) on peut donc obtenir d'une manière simple un champ caractéristique de turbine. Les lignes (11) et (12),tracées en traits interrompus, qui limitent le champ, correspondent à des lignes de rendement à l'intérieur desquelles l'opération est économiquement avantageuse. La figure 5 représente une pièce à insérer (7) qui a la forme d'un solide de révolution et dont la section varie par paliers (13, 14, 15). A l'intérieur de la tubulure à pression, la pièce insérée (7) prend appui, par l'un de ses ressauts (16), sur une partie de forme correspondante de la tubulure à pression Pour adapter la pompe centrifuge utilisée comme turbine aux conditions imposées à l'installation, il suffit de réaliser les alésages par exemple suivant un tableau pour donner à la surface de la section de la pièce insérée (7) les dimensions voulues. La figure 6 représente une pièce insérée (7) métallique ou non métallique, réalisée par moulage, par matri çage ou par tout autre procédé simple, qui prend appui par son bord (8) sur la surface de joint de la tubulure à pression. Cette pièce permet, sans grands frais, d'obtenir une modification supplémentaire de la vitesse d'arrivée du liquide, en direction et en débit. La figure 7 représente une pièce insérée en matériau élastique qui est placée d'une manière dissymétrique par rapport à l'axe de symétrie de la tubulure à pression et dont la forme peut être modifiée par l'application d'une pression exercée de l'extérieur. Elle permet, pendant le fonctionnement, de modifier la section de passage du liquide et de régler la turbine. L'action de la pression sur la pièce insérée (7) s'exerce par l'alésage (17). - REVENDICATIONS 1. - Pompe centrifuge à un étage, du type radial et semi-axial, que l'on fait fonctionner en turbine, la tubulure à pression de la pompe centrifuge servant, dans la marche en turbine, de tubulure d'entrée de turbine et la tubulure d'aspiration de la pompe centrifuge servant, dans la marche en turbine, de tubulure de sortie de turbine, caractérisée en ce que la tubulure à pression de la pompe a la forme d'une prise ou d'un dispositif de maintien dans laquelle ou dans lequel ést insérée une pièce (7) en une ou plusieurs parties, qui modifie la répartition de l'énergie du courant traversant l'appareil. 2. - Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce à insérer (7) peut être introduite dans la tubulure à pression de la pompe du côté de la bride. 3. - Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce à insérer (7) peut être introduite dans la tubulure à pression de la pompe par des ouvertures distinctes ménagées dans la tubulure à pression de la pompe et accessibles de l'extérieur. 4. - Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pièce insérée (7) a une forme symétrique ou dissymétrique par rapport à l'axe de symétrie de la tubulure à pression de la pompe. 5. - Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce insérée (7) est en matériau élastique et/ou formée d'éléments flexibles, rigides et en ce que sa section est réglable de l'extérieur. 6. - Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la section de la pièce insérée (7) suit le tracé de la section d'une buse. 7. - Pompe centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce insérée (7) présente des sections de passage (13, 14, 15) que l'on peut modifier par usinage avec enlèvement de copeaux.