Brevet FR2542385A1 — publié le 19840914

La présente invention se rapporte à une pompe à tourbillons o une roue mobile est abritée dans une chambre de roue mobile et une chambre à tourbillons est généralement un espace libre. On emploie usuellement une pompe à tourbillons pour pomper des liquides contenant une quantité sensible de matières étrangères comme des solides et/ou des substances fibreuses Cette sorte de matière étrangère bouche les pompes en fonctionnement Par conséquent, dans les pompes selon l'art antérieur, la roue mobile est généralement abritée dans une poche ou un chambre évidée et une chambre de tourbillons est agencée pour être généralement dépourvue d'éléments rotatifs, comme la roue mobile. Cependant, de telles pompes selon l'art antérieur ne sont pas satisfaisantes du point de vue efficacité et facilité de dégagement de l'air de la chambre de la roue mobile et autres Si l'on veut résoudre ces inconvénients en étendant la roue mobile à la chambre de tourbillons, cela pose un problème de blocage ou de bouchage de la pompe. En conséquence, il est souhaitable d'améliorer l'efficacité de pompage des pompes à tourbillons sans provoquer les inconvénients indiqués ci-dessus. Par conséquent, la présente invention a pour objet une pompe perfectionnée à tourbillons ayant une meilleure efficacité de pompage et la capacité d'admettre et de laisser passer des morceaux relativement grands de matières étrangères sans qu'elle ne se bouche. Cet objectif est atteint selon l'invention o certaines des ailettes de la roue sont plus larges, axialement, de façon qu'il y ait au moins deux groupes d'ailettes, l'un étant plus long en largeur axiale que l'autre afin que les ailettes plus larges s'étendent partiellement dans la chambre de tourbillons et que les ailettes plus courtes soient disposées totalement dans la chambre évidée de la roue. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, d'une pompe à tourbillons selon l'art antérieur; la figure 2 est une vue en coupe verticale d'une section de pompe selon la présente invention; la figure 3 montre une roue selon la figure 2 en regardant le long de la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 montre schématiquement une vue éclatée d'une fraction de la roue selon la présente invention; et la figure 5 est une illustration schématique des courbes permettant de comparer la présente invention et l'art antérieur, la présente invention étant indiquée par des A et l'art antérieur par des x, le refoulement étant indiqué sur l'axe des abscisses et l'efficacité sur l'axe des ordonnées, A montre les- courbes Q-H et B l'efficacité de la pompe. Avant de décrire la présente invention, il peut être pratique d'expliquer rapidement l'art antérieur et un exemple de la pompe selon l'art antérieur est illustré sur la figure 1. Sur cette figure 1, est montré un exemple d'une pompe à tourbillons de l'art antérieur utilisée comme pompe submersible, o 1 désigne un carter de pompe qui est couplé à un moteur 3 ' par un carter intermédiaire 2 '. Une roue 5 ' est montée au bout d'un arbre 4 ' du moteur afin d'être entraînée en rotation par le moteur 3 '. Le carter 1 comprend une chambre 6 ' de la roue, une chambre 7 ' de tourbillons et une jambe de support 8 '. La chambre 7 ' est pourvue d'une ouverture d'aspiration 10 ' et elle communique avec la chambre 6 ' de la roue à la partie opposée à l'ouverture 10 ', l'arbre 4 ' du moteur, la chambre 6 ' de la roue et l'ouverture d'aspiration 10 ' étant alignés sur l'axe central 9 '. La roue 5 ' comprend un capot principal ou une plaque principale 12 ' et un certain nombre d'ailettes 13 '. Dans cette pompe, afin de l'empêcher d'être bouchée par des matières étrangères, la relation de dimension des parties se rapportant à l'écoulement des liquides contenant les matières étrangères est considérée comme étant de préférence D's = C' = B'v = D'd o la signification des lettres respectives est notée ci-après. D's: diamètre de l'ouverture d'aspiration 10 ', C': distance entre un bout 14 ' d'une ailette 13 ' et une surface interne 15 de la paroi de la chambre de tourbillons 7 ' ayant l'ouverture d'aspiration 10 ' (simplement ci-après espace axial du bout de l'ailette), B'v: largeur axiale de la chambre de tourbil- lons 7 ' et D'd: diamètre d'une ouverture de refoulement 11 '. La relation ci-dessus doit généralement être recommandée; cependant, dans certains cas, la valeur de D's peut être plus importante que les autres, c'est-à-dire C', B'v et D'd afin d'éviter une perte à l'ouverture d'aspiration 10 ' de façon que L's = Cl = B'v = D'd o L's est la hauteur du fond de l'eau jusqu'à la surface inférieure de l'ouverture d'-aspiration 10 '. Dans tous les cas, la relation C' = B'v est maintenue de façon que les ailettes 13 ' de la roue ne s'étendent pas dans la chambre de tourbillons 7 ' et soient abritées dans l'espace de la chambre 6 ' de la roue. Comme on l'a rapidement indiqué dans l'explication de base, dans la pompe selon l'art antérieur telle que celle illustrée sur la figure 1, on peut observer les inconvénients qui suivent En effet: ( 1) La caractéristique Q-H n'est pas suffisante et l'efficacité de la pompe est faible. Dans la pompe à tourbillons illustrée sur la figure 1, le fluide dans la chambre de tourbillons n'est pas directement forcé à s'écouler par les ailettes 13 ' de la roue et c'est un écoulement tourbillonnaire induit le long des surfaces des ailettes qui guide l'écoulement du fluide. Par conséquent, la caractéristique Q-H se dégrade ce qui abaisse l'efficacité de la pompe. ( 2) Le dégagement du blocage d'air n'est pas facile. Quand le fonctionnement de la pompe est arrêté, l'air mélangé ou contenu dans le liquide, se sépare du liquide et reste à la partie supérieure de la chambre 6 ' de la roue Au début du fonctionnement de la pompe, l'air restant ainsi à la partie supérieure de la chambre 6 ' n'est pas facilement attiré ou mélangé au liquide, donc l'air a tendance à rester et à provoquer un blocage de l'air Afin d'empêcher un tel blocage, un trou a'évent 16 ' est prévu; cependant, la dimension du trou d'évent est généralement petite et, si du liquide très concentré est traité par la pompe, il n'est pas facile de permettre à l'air piégé de s'échapper à travers le trou d'évent 16 '. ( 3) Si l'on veut étendre les ailettes dans la chambre de tourbillons 7 ' afin d'éviter les inconvénients indiqués en ( 1) et ( 2) ci-dessus, la limite de dimension des matières étrangères diminue, ce qui augmente la possibilité d'un bouchage La présente invention permet de résoudre efficacement les inconvénients ci-dessus,ce que l'on expliquera ci-après. En se référant maintenant à la figure 2, une vue en section transversale d'une partie de carter de pompe selon l'invention est illustrée o les mêmes chiffres de référence que ceux de la figure 1 sont employés à l'exclusion des primes, dans chaque cas Ces références doivent être considérées comme étant équivalentes à celles de la figure 1 à moins que cela ne soit noté autrement. Une roue 5 est du type ouvert et elle comprend une plaque principale 12 et deux groupes d'ailettes, c'est-àdire les ailettes 13 a et les ailettes 13 b Les ailettes 13 a et 13 b sont agencées de façon que la largeur (Bb) des ailettes 13 b mesurée en direction axiale soit plus importante que la largeur (Ba) des ailettes 13 a, en direction axiale (pour la facilité, les ailettes 13 a sont appelées ailettes étroites et les ailettes 13 b sont appelées ailettes larges) En effet, il faut répondre à la relation qui suit: Bb > Ba Les ailettes 13 a ne s'étendent pas dans la chambre 7 et l'espace ou distance Ca entre le bord extrême ouvert 14 a de l'ailette étroite 13 a et la surface opposée 15 de la paroi de la chambre de tourbillons 7 est égal à la largeur axiale (Bv) de la chambre de tourbillons En effet: Ca = Bv, Par ailleurs, les ailettes larges 13 b sont étendues en direction axiale donc le bord extrême ouvert 14 b des ailettes respectives fait saillie dans la chambre de tourbillons 7 sur une dimension P. Par conséquent, la relation qui suit est établie Cb 4 Bv Cb et la surface 15. L'agencement, dans le plan, des ailettes 13 a et 13 b est illustré sur la figure 3 Dans ce mode de réalisa- tion, le nombre d'ailettes est de six et les six ailettes sont disposées équiangulairement les unes avec les autres par rapport à l'axe central, le nombre d'ailettes larges 13 b étant de deux et le nombre d'ailettes étroites 13 a étant de quatre, les ailettes larges 13 b étant placées afin de diviser la circonférence de la roue en deux. Le nombre total des ailettes ne doit pas être un nombre premier du point de vue équilibre dynamique et équilibre hydraulique de la roue, et on s'arrange pour que ce soit un multiple, par un nombre entierd'un certain nombre "n" o la circonférence de la roue est également divisée par 'ln" et l'ailette large est disposée toutes les "n Ièmes ailettes dans la direction circonfé- rentielle Pour le nombre ln"n' tout nombre peut être choisi, par exemple comme suit: Cependant, le nombre réel total d'ailettes est de préférence choisi de dix ou moins, du point de vue facilité de fabrication. Chacun des bords extrêmes ouverts 14 a et 14 b des ailettes comprend une partie parallèle 18 a, 18 b parallèle à la plaque principale 12 et une partie oblique 19 a, 19 b inclinée par rapport à la plaque principale 12, nombre total Nombre d'ailettes n d'ailettes larges 2 4 2 6 3 8 4 5 12 6 3 6 2 9 3 12 4 4 8 2 12 33 respectivement La longueur radiale (Ta) de la partie parallèle 18 a est de préférence égale à la longueur radiale (Tb) de la partie parallèle 18 b, ainsi la partie 19 a est disposée à un plus petit angle par rapport à la plaque principale 12 que la partie 19 b Cependant, Ta et Tb peuvent être de longueur différente mais l'angle d'incli- naison de la partie oblique 19 a est de préférence plus petit que celui de la partie oblique 19 b L'angle de cette inclinaison est de préférence de 450 ou moins pour l'ailette étroite 13 a et de 550 C ou moins pour l'ailette large 13 b. La relation entre Ba et Bb est de préférence donnée par l'équation qui suit: Bb = ( 1,2-2)Ba En ce qui concerne la dimension de P, qui est la distance sur laquelle les ailettes 13 b font saillie dans la chambre de tourbillons 7, elle est donnée par la relation qui suit par rapport à la largeur axiale Bv de la chambre 7, c'est-à-dire: P = ( 0,06-0,5)Bv La relation qui suit peut être préférable P = ( 0,1-0,5)Bv Plusieurs facteurs ou valeurs pour les ailettes sont déterminés comme suit. Pour les ailettes larges 13 b, leur nombre, leur largeur axiale Bb et la configuration du bord extrême ouvert 14 b (c'est-à-dire la longueur (Tb) de la partie parallèle 18 b et l'angle d'inclinaison de la partie oblique 19 b, etc) sont choisis sur la base qui suit, en supposant qu'une sphère d'un diamètre D 1 équivalent à l'espace Ca ne doit pas boucher, pendant le fonctionnement de la pompe, le passage de l'ouverture d'aspiration 10 à travers la chambre de tourbillons 7 vers l'ouverture de refoulement 11 Si toutes les ailettes sont formées avec une largeur Bb, respectivement, seule une sphère de diamètre D 2 ou moins peut passer par le passage. A la région proche de l'axe central de la roue 5, l'espace entre les ailettes adjacentes devient plus étroit donc la largeur de chacune des ailettes est plus étroite pour former une partie oblique 19 a ou 19 b et la partie oblique se confond avec la plaque principale 12 à un certain angle. La figure 4 illustre schématiquement une partie des ailettes de la roue en condition développée pour montrer la relation entre les dimensions concernées, comme Ca, Cb, D 1 X D 2 9 Ba et Bb o, pour la facilité, chaque ailette est illustrée comme étant de forme plate. Cependant, sur la figure 3, les ailettes 13 a et 13 b sont illustrées sous forme d'ailettes courbées Les parties hachurées sur la figure 3 sont les parties parallèles 18 b des ailettes larges 13 b qui,comme le montre la figure 3, sont plus hautes que les parties parallèles I 8 a des ailettes étroites 13 a La largeur Bb de l'ailetteet la forme des ailettes larges 13 b sont déterminées de façon qu'une sphère d'un diamètre Dl (=Ca) ayant passé par l'ouverture d'aspiration 10 jusqu'à la chambre de tour- billons 7 puisse entrer en collision avec l'ailette large 13 b mais ne puisse ainsi être gênée, mais passe librement dans l'espace d'écoulement entre les ailettes larges 13 b jusqu'à l'ouverture de refoulement 11 d'o elle est évacuée vers l'extérieur. Tandis que les deux groupes d'ailettes sont illustrés et expliqués par rapport auxmodesde réalisation des figures 2, 3 et 4, un autre groupe d'ailettes peut être prévu Par exemple, un groupe d'ailettes ayant chacune une largeur intermédiaire entre la largeur Bb et la largeur Ba peut être prévu De même, les ailettes étroites I 3 a peuvent être étendues axialement dans la chambre de tourbillons 7, en maintenant, bien entendu, la relation Bb > Ba Le bord côté admission de l'ouverture d'aspira- tion 10 débouchant directement vers le liquide est de préférence agencé pour être aigu Si ce bord est arrondi afin de réduire la résistance de l'écoulement du liquide, 2 r 42385 la puissance de l'arbre augmente car le refoulement augmente au-delà du refoulement spécifié et induit même une condition de surcharge de la pompe lorsque le refoulement augmente audelà d'une certaine valeur Si un conduit doit être connecté à l'ouverture d'aspiration, la même situation que ci-dessus est provoquée en ce qui concerne la puissance de l'arbre Si le bord côté admission de l'ouverture d'aspiration 10 est aigu, la puissance de l'arbre atteint la valeur maximum en un certain point au-delà du refoulement spécifié et cette pompe présente un fonctionnement dépourvu de surcharge pour toutes les conditions de fonctionnement par rapport à la caractéristique limitecharge Cela est dû au fait que l'ouverture d'aspiration 10 ayant le bord aigu ouvrant directement sur le liquide provoque une contraction de l'écoulement d'une façon quelque peu semblable à la situation dans un orifice, ce qui limite le débit à travers l'ouverture. Les avantages de la présente invention peuvent être résumés comme suit: (a) Bien que certaines des ailettes soient étendues dans la chambre 7, les limites de dimension des matières étrangères pouvant passer par la pompe ne sont pas réduites et des matières étrangères de la même dimension que celles pouvant précédemment passer avec toutes les ailettes de la même dimension que les ailettes 13 a peuvent encore passer. (b) Le liquide dans la chambre de tourbillons est directement entraîné par les parties des ailettes larges 13 b, la perte de la pompe est réduite et les caractéris- tiques Q-H ainsi que l'efficacité de la pompe sont améliorées. Comme exemple de cette amélioration, une comparai- sont entre la présente invention et l'art antérieur est illustrée sur la figure 5 Les courbes de la figure 5 ont été obtenues par des expériences entreprises en utilisant une pompe selon l'art antérieur et une pompe selon l'invention. Art antérieur Diamètre de la roue 269 mm Largeur des ailettes 25 mm Angle de sortie (/A 2): 450 Nombre d'ailettes 8 Présente invention: Diamètre de la roue 269 mm Angle de sortie (A 2): 450 Nombre d'ailettes 8 Ailette large ( 13 b): 2 Ailette étroite ( 13 a): 6 Largeur des ailettes Ailette large (Bb) 60 mm Ailette étroite (Ba); 25 mm Dimension en saillie (P): 35 mm On a utilisé le même carter de pompe pour les deux essais, ayant une dimension d'ouverture de 65 mm et une dimension d'ouverture de refoulement de 65 mm. La largeur axiale de la chambre de tourbillons (Ba) était de 65 mm. (c) Etant donné le fait que les parties des ailettes larges 13 b s'étendent dans la chambre de tourbillons 7 pour agir directement sur le liquide pour y induire fortement un écoulement tourbillonnaire, l'air piégé dans la chambre 6 est attiré dans l'écoulement tourbillonnaire afin d'être facilement évacué de la pompe et ainsi, le problème du blocage de l'air est résolu. (d) Comme l'angle d'inclinaison de la partie oblique 18 a par rapport à la plaque principale 12 est plus petit que celui de la partie oblique 18 b, les matières étrangères contactées par les ailettes larges 13 b peuvent s'échapper vers la partie oblique 18 a des ailettes étroites, empêchant ainsi la pompe de se boucher. De même, la longueur Tb est rendue sensiblement égale à Ta donc l'effet des ailettes larges agissant sur le liquide est sensible, contribuant ainsi à améliorer les caractéristiques de pompage et l'efficacité de refoulement -2542385 1 1 de l'air piégé est également améliorée. (e) Comme les parties obliques 18 a et 18 b sont prévues, on peut efficacement empêcher les articles allongés et étrangers comme des matières fibreuses de s'emmêler. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Pompe à tourbillons du type comprenant un carter de pompe comprenant une chambre de roue et une chambre de tourbillons communiquant avec ladite chambre de roue, ladite chambre de tourbillons étant pourvue d'une ouverture d'aspiration en une partie face à la chambre de roue et d'une ouverture de refoulement, ladite chambre de roue et ladite ouverture d'aspiration étant axialement alignées; un moteur supporté sur ledit carter et ayant un arbre, dont l'extrémité distale s'étend dans ladite chambre de roue en relation axialement alignée avec elle; et une-roue d'un type ouvert ayant une plaque principale et un certain nombre d'ailettes d'un côté de ladite plaque principale et montée à l'extrémité distale dudit arbre afin d'être disposée dans ladite chambre de la roue de façon que lesdites ailettes soient tournées vers ladite ouverture d'aspiration; caractérisée en ce que lesdites ailettes ( 13 a,13 b) sont groupées en au moins deux groupes,l'un étant un groupe d'ailettes larges ( 13 b) et l'autre un groupe d'ailettes étroites ( 13 a), la largeur axiale de chacune desdites ailettes larges étant plus importante que la largeur axiale de chacune desdites ailettes étroites de façon que les bords extrêmes ouverts desdites ailettes larges s'étendent dans la chambre de tourbillons ( 7). 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes larges et les ailettes étroites sont agencées circonférentiellement tout en maintenant une relation équiangulaire les unes avec les autres de façon à former un équilibre dynamique et hydraulique pour la roue ( 5) précitée, le nombre et la configuration des ailettes larges et étroites étant choisis et déterminés de façon qu'un passage d'écoulement soit formé de l'ouverture d'aspiration ( 10) i l'ouverture de refoule- ment ( 11) à travers la chambre de tourbillons ( 7) pour permettre le passage d'une sphère d'un diamètre équivalent à la distance entre les bords extrêmes ouverts des ailettes étroites et la surface interne de la paroi de la chambre de tourbillons pourvue de ladite ouverture d'aspiration. 3. Pompe selon la revendication 29 caractérisée en ce que chacune des ailettes est configurée pour avoir un bord extrême ouvert comprenant une partie parallèle ( 18 a, 18 b) parallèle à la plaque principale et une partie oblique ( 19 a, 19 _) inclinée vers le haut à partir d'une région proche du centre de la roue vers ladite partie parallèle, l'angle d'inclinaison de ladite partie oblique par rapport à ladite plaque principale ( 12) étant plus grand dans l'ailette large que l'angle de l'ailette étroite. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les ailettes étroites s'étendent également dans la chambre de tourbillons tout en maintenant la relation indiquée en largeur axiale entre les ailettes larges et les ailettes étroites. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'on a la relation P = ( 0,06-0,5)Bv o P est la dimension sur laquelle l'ailette large fait saillie dans la chambre de tourbillons et Bv est la largeur axiale de la chambre de tourbillons. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le nombre total d'ailettes est un multiple d'un nombre entier "n" et l'ailette large est disposée à chaque "n"ème position circonférentielle. 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le bord câté admission de l'ouverture d'aspiration ouvrant directement au liquide est agencé pour être un bord aigu. 8. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le facteur "n" est 2, 3 ou 4. 9 Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle des ailettes larges est de 550 ou moins et l'angle des ailettes étroites est de 45 ou moins. 10. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la longueur de chacune des parties parallèles des ailettes est sensiblement égale pour les ailettes larges et les ailettes étroites. 11. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 10, o la largeur axiale des ailettes répond à l'équation qui suit Bb = ( 1,2-2)Ba o Ba est la largeur axiale des ailettes étroites; et Bb est la largeur axiale des ailettes larges.