Brevet FR2545548A1 — publié le 19841109

DISPOSITIF D'AMORCAGE POUR POMPE CENTRIFUGE. La présente invention concerne un dispositif d'amorçage pour pompe, en particulier du type centrifuge. Elle trouve application notamment dans le domaine du pompage des eaux. Une pompe centrifuge comporte un moteur électrique dont l'arbre rotorique est connecté à une roue à ailettes qui tourne dans un corps de pompe. L'ensemble est dénommé pompe centrifuge. Pour transporter des liquides d'un point à un autre ou d'un niveau bas à un niveau haut, de telles pompes doivent préalablement être amorcées. II faut pour cela, si la pompe n'est pas en charge, chasser l'air contenu dans la canalisation d'aspiration de la pompe et amener progressivement un lien d'eau entre le réservoir de liquide à pomper et la canalisation de refoulement de la pompe centrifuge. Plusieurs solutions sont connues de l'art antérieur. On cite notamment le dispositif dit à clapet de pied ou encore celui à anneau liquide. La première solution amène des problèmes d'étanchéité au niveau du clapet. La seconde solution amène des contraintes de fabrication pour la roue de la pompe. D'autres solutions utilisent la technique des hydro-éjecteurs ou bien avec un pied hydro-éjecteur ou bien avec un hydro-éjecteur intégré à la pompe. Ces solutions nécessitent un temps d'amorçage pendant lequel aucun liquide n'est disponible au refoulement de la pompe centrifuge. Une autre solution a été proposée pour admettre immédiate ment du liquide pompé au refoulement de la pompe centrifuge. Une telle solution, qui utilise une capacité d'amorçage remplie initiale ment d'un liquide, entraîne un dégazage du liquide quand celui-ci est gazéifié : en cours de fonctionnement, la capacité tampon se remplit du gaz contenu dans le liquide au régime permanent. Il existe alors un risque de blocage conjoint de la roue de la pompe et du rotor du moteur électrique qui l'entraîne. Pour remédier à ces divers inconvénients de l'art antérieur, la présente invention- propose un dispositif - d'amorçage pour pompe d'aspiration de liquide gazéifié qui est du type à réservoir d'amor çage et comporte un moyen pour réintroduire dans la canalisation d'aspiration, notamment en haut du réservoir d'amorçage, le gaz du réservoir, qui s'est séparé du liquide pompé. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à l'aide de la description et des figures annexées qui sont: - la figure 1: un schéma d'un dispositif d'amorçage selon l'art antérieur, - la figure 2 : un schéma d'un dispositif d'amorçage selon l'invention pendant la phase d'amorçage, - la figure 3 : un schéma du même dispositif pendant le régime établi, - les figures 4 et 5 : des schémas de variantes de construction du réservoir d'amorçage, - la figure 6 : un schéma de dispositif de remplissage automatique du réservoir d'amorçage. A la figure 1, on a représenté un schéma d'un dispositif d'amorçage selon l'art antérieur. La pompe centrifuge I comporte une canalisation d'aspiration 35 et une canalisation de refoulement 36. La canalisation d'aspiration 35 est connectée à une réserve 2 de liquide 17 - se trouvant à un niveau inférieur à celui de la pompe - à pomper par l'intermédiaire d'une canalisation 3 connectée à la canalisation d'aspiration 35 par l'intermédiaire d'un réservoir d'amorçage 4. Avant le démarrage de la pompe, le réservoir 4 est rempli d'eau (dans le cas du pompage d'eau). Quand la pompe démarre, l'eau contenue dans le réservoir 4 traverse le corps de pompe et ressort immédiatement par la canalisation de refoulement 36.Le niveau de l'eau dans le réservoir d'amorçage 4 descend alors. I1 se crée dans le volume libre 31 une dépression qui crée une élévation du niveau d'eau 17 dans la canalisation 3. Arrivée à un certain niveau, la colonne d'eau 34 occupe toute la canalisation 3 et retombe dans le réservoir 4. L'amorçage est réalisé, le volume libre 31 étant fonction du volume de la canalisation 3 et de la hauteur d'aspiration. Un tel dispositif permet donc d'obtenir immédiatement de l'eau pompée dès la mise en marche de la pompe 1. Mais, au cours d'un fonctionnement prolongé, surtout si le réservoir 4 est de petites dimensions, I'air contenu dans l'eau en proportions importantes est aspiré par la dépression contenue dans le volume 31 libre du réservoir 4. La pression dans le volume libre 31 augmentant, le niveau de liquide 32 dans le réservoir 4 descend donc. Quand le niveau libre atteint le niveau 33 d'entrée des eaux dans la pompe 1, d'énormes poches d'air passent alors par l'aspiration 35 et peuvent détruire la pompe 1 par blocage de la roue. La présente invention propose un moyen simple pour empêcher la formation de telles poches d'air. Pour cela, elle propose de réintroduire dans le liquide de la canalisation d'aspiration le gaz qui s'est séparé du liquide pompé et qui a empli le réservoir d'amorçage. A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation selon l'invention au cours de la phase d'amorçage de la pompe. Par rapport à l'art antérieur, le réservoir d'amorçage 4 comporte deux modifications majeures. La première consiste à relier l'entrée et la sortie de liquide dans le réservoir. La seconde modification consiste à constituer un équilibre de pression entre le haut du réservoir et l'entrée de la canalisation 3 dans le réservoir. On distingue ici d'une part le liquide à pomper 17 contenu initialement dans un réservoir 2 au dessous de la pompe, et d'autre part un liquide d'amorçage qui remplit initialement tout - le réservoir d'amorçage 4. La canalisation 3 plonge dans le réservoir 4 et forme un coude tel que représenté dans les figures 2 et 3 de façon à aboutir à l'entrée d'aspiration de la pompe 1.Dans la partie horizontale présentant le point le plus bas de la canalisation à proximité de la pompe, on ménage une portion de tuyau ou pipe 11. En amont de la pipe 11, on dispose sur la génératrice horizontale supérieure de la canalisation 3, une lumière 10 de forme appropriée, en général rectangulaire. L'équilibrage des pressions entre la canalisation 3 et le haut du réservoir 4 est assuré ici par une canalisation 5. Avant l'opération d'amorçage, on remplit de liquide d'amorçage le réservoir 4 par une robinetterie 16. Une sonde 14 fonctionnant à l'exclusion de tout moyen gazeux, permet d'autoriser le démarrage du moteur quand le réservoir 4 est rempli complètement. Dès le début du fonctionnement du moteur, le liquide d'amor çage traverse le corps de pompe 1 et repart par le canal de refoulement 18. Une canalisation 5 réalise l'égalité des pressions entre le volume libre dans le haut du réservoir 4 et dans la canalisation d'aspiration 3, permettant dans la tuyauterie 3 une dépression qui fait monter le niveau 6 du liquide pompé du réservoir 17. Le niveau 7 du liquide d'amorçage dans le réservoir 4 sXabaisse tandis que le niveau 6 du liquide pompé monte dans la canalisation 3. Le niveau 7 de liquide d'amorçage descendra jusquià un niveau 8 correspondant à un volume utile libre dans le haut du réservoir 4 fonction du volume de la canalisation 3 et de la hauteur d'aspiration.Le niveau 9 représenté est celui à partir duquel une sonde 13 interdit le fonctionnement du moteur pour éviter le passage dans le corps de pompe 1 de gaz compris dans le volume utile. Quand la colonne liquide pompée redescend à l'intérieur de la canalisation 3 dans le réservoir 4, une poche d'air est chassée qui pénêtre à l'intérieur de la canalisation plongée dans le liquide d'amorçage restant. Cette poche d'air est évacuée par la lumière 10 percée à la partie supérieure de la canalisation 3 dans sa partie horizontale de raccord à l'entrée d'aspiration du corps de pompe 1. En effet, son transfert vers l'entrée d'aspiration du corps de pompe 1 est interdit par le débit liquide passant par la pipe 11. La poche d'air s'évacue donc en grosses bulles 12 qui viennent éclore à la surface libre au niveau Z - Quand la canalisation 3 est pleine de liquide pompé, le liquide pompe accède à l'aspiration du corps de pompe 1 en remplacement du: liquide d'amorçage. Le rôle de la pipe 1 1 est alors terminé. On note que l'avantage du passage immédiat de liquide dès le démarrage de la pompe centrifuge, avant son amorçage, est conservé. A la figure 3, on a représenté le fonctionnement normal, c'està-dire l'amorçage réalisé du mode de réalisation représenté à la figure 2. Le réservoir d'amorçage 4 est rempli jusqu'au. niveau 8 audessus du niveau de garde 9 de liquide d'amorçage. Le liquide du réservoir 17 est un liquide gazéifié. Il contient donc sous forme dissoute et sous forme de micro-bulles un mélange gazeux. Comme à la partie supérieure du réservoir 4 est constitué un volume libre en dépression par rapport à la pression au dessous du réservoir 2, le gaz, ou la partie gazeuse, inclus dans le liquide pompé a tendance à s'échapper par la lumière 10. Des micro-bulles 20 remontent, à une cadence dépendant du débit et des sections ainsi que de la dépression dans le réservoir 4, à la surface libre 8.La dépression diminuant par apport de gaz, le niveau 8 a tendance à redescendre ; s'il dépasse le niveau 9 la pompe s'arrêtera. En l'absence de la sonde 13 d'arrêt de sécurité, le niveau descendrait jusqu'au niveau de l'aspiration de la pompe 1. Une poche d'air serait alors admise dans la chambre de pompage ce qui, par déséquilibre, entraînerait une torsion de l'arbre rotorique. Il en découle toujours un blocage de la pompe et parfois même un claquage des enroulements du moteur électrique. Afin de porter remède à cet inconvénient, l'invention dispose en haut du volume utile inclus dans le réservoir 4 en cours de fonctionnement permanent un moyen pour réintroduire dans la canalisation d'aspiration 3 le gaz séparé du liquide pompé qui s'est accumulé dans le réservoir d'amorçage 4.Le moyen utilisé est un moyen déprimogène qui permet d'aspirer en totalité les gaz inclus dans la partie de réservoir au-dessus du niveau libre 8 de façon à les réintroduire dans la canalisation 3. Les différences de pression entraînent une introduction de gaz sous forme de micro-bulles dans le liquide pompé transporté par la canalisation d'aspiration 3. Ainsi même en l'absence de la sonde 13, il n'y aura pas de risque d'aspiration de poche d'air par la pompe. Dans la disposition des figures 2 et 3, le tube 5 est coudé avec une première section de direction verticale, parallèle à l'introduction de liquide pompé dans le réservoir d'amorçage 4, et se terminant dans le plafond de ce dernier, et une seconde section de direction horizontale et qui pénètre, par un ajutage, dans la canalisation 3 d'aspiration. Afin d'améliorer l'effet déprimogène, on peut augmenter la vitesse du liquide pompé localement au droit de la réintroduction des gaz par la canalisation 5 en disposant un diaphragme qui précède immédiatement l'accès de la canalisation 5 dans la canalisation 3 par rapport à la marche du liquide pompé.Le diamètre de l'ouverture du diaphragme ne peut pas, cependant, être de beaucoup inférieur au diamètre de la canalisation d'aspiration 3 afin de ne pas introduire une perte de charge rédhibitoire au fonctionnement de l'installation de pompage. Il faut noter que la pompe centrifuge accepte largement des liquides gazéifiés alors que c'est le dégazage à l'intérieur du réservoir d'amorçage qui limitait autrefois l'usage des réservoirs d'amorçage selon l'art antérieur représenté à la figure I. Une autre disposition de réinjection de gaz dans la canalisation 3 est représentée sur la figure 4. Dans cette variante on prévoit, à la place de la canalisation 5, un ou plusieurs trous 51 dans la partie de la canalisation 3 qui se trouve à l'intérieur du réservoir, à la partie supérieure de ce dernier. La réalisation représentée sur la figure 5 se distingue de celle décrite en relation avec les figures 2 à 4 par le fait que, dans le réservoir d'amorçage 4, on ne prévoit pas de partie verticale pour la canalisation 3. Ainsi le réservoir 4 ne contient qu'une canalisation horizontale avec la pipe Il et la fente 10, la canalisation 3 traversant ainsi la paroi latérale du réservoir 4 au même niveau que l'entrée d'aspiration de la pompe 1 alors que dans les autres réalisations cette canalisation traverse le plafond du réservoir. Toutefois, la partie de canalisation 3 à l'extérieur du réservoir 4 s'élève au-dessus de ce plafond. C'est cette partie de canalisation 3 audessus du plafond du réservoir 4 qui est reliée, par un conduit 5, audit réservoir, le conduit 5 débouchant, dans cet exemple, au centre du plafond du réservoir 4.Cette réalisation représentée sur la figure 5 peut être plus simple à fabriquer que celles décrites en relation avec les figures 2 à 4. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6 on prévoit un moyen de remplissage automatique du réservoir d'amor çage 4 après chaque arrêt de la pompe. A cet effet, un réservoir 43 est disposé au-dessus du réservoir 4 ; il est alimenté par la tuyauterie 46 de refoulement de la pompe. Le plafond de ce réservoir 43 est relié à la canalisation 50 de refoulement de l'installation par l'intermédiaire dune vanne anti-retour 49. Un conduit 47 présentant sur son trajet un diaphragme 45 est en dérivation de la partie 60 de canalisation qui relie le plafond du réservoir 43 à la vanne 49. L'extrémité inférieure de ce conduit 47 est au-dessus du réservoir 2. Le rôle de cette dérivation est de mettre la canalisation 60 à la pression atmosphérique lors de l'arrêt de la pompe afin que l'eau du réservoir 43 puisse être transférée, par gravité, dans le réservoir 4. Un conduit 70 relie la partie de la canalisation 3 se trouvant au-dessus du plafond du réservoir 4 à la canalisation 46 de refoulement de la pompe 1. Ce conduit 70 est de faible section. I1 débouche, en 71, dans la canalisation 46 au même niveau que le point le plus haut du plafond du réservoir 4. Le volume du réservoir 43 est au moins égal au volume du réservoir 4. Apres chaque arrêt de la pompe, I'eau contenue dans le réservoir 43 descend dans la pompe 41 et est réintroduite par la canalisation 55 dans le réservoir 4. Le volume du réservoir 43 étant au moins égal à celui du réservoir 4 ce dernier est rempli intégralement. A ce dernier résultat (remplissage intégral) contribue également le conduit 70 de faible section qui évite le siphonnage du réservoir 4 à l'arrêt de la pompe, c'est-à-dire qui évite la vidange, au -moins partielle, de ce réservoir par la canalisation 3 vers le réservoir 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amorçage du type à réservoir d'amorçage (4), pour pompe, notamment centrifuge, d'aspiration de liquide gazéifié, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (5 - 51) pour réintroduire, dans la canalisation d'aspiration (3), le gaz qui s'est séparé du liquide pompé et qui s'est accumulé en haut du réservoir d'amorçage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour réintroduire le gaz séparé du liquide gazéifié, dégagé dans le volume libre du réservoir d'amorçage (4) au-dessus du niveau de liquide (8), est un système déprimogène (5 ou axa). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système déprimogène (5 ou 51) réalise un équilibrage des pressions à l'amorçage entre le volume libre du réservoir au-dessus du liquide (8) et dans la partie de la canalisation (3) d'aspiration qui plonge dans le réservoir d'amorçage (4). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le système déprimogène comprend une canalisation (5) externe au réservoir (4) d'amorçage connectée d'une part à la partie supérieure du réservoir (4) au-dessus du liquide (8) et d'autre part à la canalisation d'aspiration (3) à proximité de son entrée dans le réservoir (4). 5. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le système déprimogène comprend au moins un trou (51) de la canalisation (3) d'aspiration immédiatement après son entrée dans le réservoir ( ) d'amorçage et qui débouche dans le haut du volume libre au-dessus du liquide d'amorçage. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation (3) d'aspiration comporte, à l'intérieur du réservoir, une lumière sur la génératrice horizontale supérieure en amont de la pompe centrifuge afin de permettre la remontée des bulles et poches gazeuses transportées par le flux liquide dans la canalisation (3). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la canalisation (3) d'aspiration est directement connectée à l'entrée d'aspiration de la pompe à la sortie du réservoir (4) d'amorçage et en ce que, à l'intérieur du réservoir (4), elle comporte une courte pipe (Il) qui permet la formation d'une veine de liquide d'amorçage s'opposant à l'entrée de bulles et poches gazeuses amenées dans la pompe (1). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, le liquide d'amorçage étant aussi le liquide à pomper, caractérisé en ce qu'il comporte, à un niveau supérieur à celui du réservoir d'amorçage et disposé sur la canalisation de refoulement de la pompe centrifuge, un second réservoir (43) garantissant un auto-amorçage du dispositif après un premier remplissage du réservoir (42) d'amorçage. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (70) reliant la canalisation d'aspiration (3) audessus du réservoir (4) à la canalisation (46) de refoulement de la pompe en amont du second réservoir (43) évitant, à l'arrêt de la pompe, le siphonnage du réservoir d'amorçage après son remplissage. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le conduit (70) débouche dans la canalisation (46) de refoulement de la pompe au même niveau que le point haut du plafond du réservoir d'amorçage (4). Il. Dispositif selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le volume du second réservoir (43) est au moins égal au volume du réservoir d'amorçage (4). 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'aspiration (3) pénêtre dans le réservoir d'amorçage (4) par son plafond et traverse ce dernier avec une partie verticale et une partie horizontale. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'aspiration pénêtre dans le réservoir d'amorçage (4) par une paroi latérale, la partie de cette canalisation se trouvant à l'intérieur dudit réservoir (4) étant horizontale.