Brevet FR2558539A1 — publié le 19850726

Pompe centrifuge à étages multiples perfectionnée du type à couronne mobile fermée La présente invention concerne une pompe centrifuge à étages multiples perfectionnée du type à couronne mobile fermée, les présents perfectionnements donnant une effica- cité particulière aux pompes du type en question. Les pompes centrifuges à étages multiples à cou- ronne mobile fermée sont des dispositifs de dimensions limi- tëes, et donc d'encombrement réduit, utilisées en général pour déplacer des liquides sous pression. Il s'agit en par- ticulier de pompes de diamètre limité dont les étages se succèdent dans le sens de l'axe de la pompe, qui présente donc une forme sensiblement allongée. L'étage individuel des pompes de ce type est cons- titué par un couvercle comportant un trou central, de même axe que la couronne mobile, dans lequel l'arbre de la pompe passe de façon à pouvoir tourner d'un côté et un siège cor- respondant de la couronne mobile est logé de l'autre côté. Ce dernier est lui-même contenu dans une chambre délimitée par ledit couvercle et par le diffuseur. Bien entendu, la couronne mobile comme le diffuseur qui la suit comportent chacun un trou coaxial de logement de l'arbre de la pompe, le premier de ces trous constituant également l'entrée du liquide dans la couronne mobile. Pour des raisons de construction, les pompes de ce type présentent des jeux entre la couronne mobile et ledit couvercle, tant en sens axial qu'en sens transversal par rapport à l'axe principal de la pompe. En particulier, les jeux en sens transversal ser- vent à compenser les variations éventuelles de désaxage entre la couronne mobile et le couvercle, et donc à éviter le contact entre les bords circulaires en regard de la cou- ronne mobile et le couvercle, à cause des désalignements éventuels. Pour leur part, les jeux en sens axial ont pour rôle de compenser les variations de la distance axiale rela- tive entre les éléments des différents étages, lorsque le nombre de ces derniers augmente. En effet, lorsque le nombre d'étages augmente, et en l'absence du jeu de la couronne mobile indiqué, celle-ci pourrait arriver à exercer une poussée contre le couvercle ou contre le diffuseur, avec une force susceptible de produire un frottement qui, non seulement est dangereux en soi, mais pourrait également provoquer le blocage du rotor et, par suite, la mise hors d'usage de la pompe. La présence de ces jeux qui, comme on l'a dit, sont indispensables, permet cependant à des fractions importan- tes de liquide de passer ou de fuir par les intervalles formés par lesdits jeux, ce qui réduit dans une mesure non négligeable le rendement de la pompe. Plus précisément, les jeux transversaux et les jeux axiaux décrits précédemment provoquent la formation d'inter- valles respectivement entre le trou du couvercle et le siège correspondant de la couronne mobile, et entre cette dernière et la surface de la paroi du couvercle située vers ladite couronne mobile. Il y a, en outre, lieu d'observer que l'importance des jeux axiaux est assez marquée dans les pompes classiques qui viennent d'être décrites, dans la mesure o ils doivent permettre à la force de frottement entre la couronne mobile et le couvercle d'être telle que, non seulement elle ne gêne pas la rotation, mais en outre elle en permette le mou- vement sans effort excessif. On observe en effet que la surface de friction entre la couronne mobile et le couvercle correspond, dans les pom- pes classiques, à au moins toute celle qui fait partie de la surface de la couronne mobile située du côté du couvercle en amont dans le sens de déplacement du liquide. Pour des raisons de construction, l'importance des jeux de la couronne mobile par rapport au couvercle doit être d'autant plus grande que le nombre d'étages est impor- tant, de sorte que l'augmentation du nombre de ces derniers implique une augmentation correspondante des fuites, d'o il résulte une diminution égale du rendement d'ensemble de la pompe. Classiquement, sur leur côté de refoulement, les diffuseurs comportent des déflecteurs faisant saillie dans une mesure plus ou moins prononcée, qui ont pour rôle de guider les courants de liquide vers la couronne mobile de l'étage suivant. La forme des déflecteurs des pompes clas- siques de ce type est cependant à peine ébauchée, et les- dits déflecteurs ne sont donc guère prononcés et sont insuffi- samment délimités, au point de permettre la formation de turbulences, ce qui ne contribue guère à l'orientation et à l'acheminement corrects des filets de fluide. Il est donc nécessaire de réaliser une pompe du type conforme à la présente invention qui permette, toutes autres conditions (vitesse de rotation, nombre d'étages, dimensions, etc.) égales par ailleurs, d'obtenir des rende- ments meilleurs que ceux des pompes classiques, par réduc- tion des pertes décrites précédemment, tout en intervenant également sur l'orientation des filets de fluide sur le diffuseur. Ces exigences sont satisfaites par la pompe perfec- tionnée selon l'invention qui a donc pour objet de résoudre les problèmes liés aux pertes de rendement dues à la pré- sence des jeux sur la couronne mobile et à l'orientation incorrecte du courant de liquide dans le diffuseur. On résout ces problèmes, entre autres, selon l'in- vention, grâce à une pompe centrifuge à étages multiples, du type à couronne mobile fermée, dans laquelle chaque étage comprend: - un couvercle comportant un trou central; - une couronne mobile comportant des aubes et un siège cen- tral en saillie, comportant un trou central aligné avec celui du couvercle précité; et - un diffuseur comportant des aubes fixes, des déflecteurs du coté de refoulement et un trou central aligné avec les trous précités; caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité au liquide montés de façon à être interposés entre ledit couvercle et ladite couronne mobile, ces moyens étant en outre conçus pour permettre la présence de jeux entre le couvercle et la couronne mobile. Selon une autre caractéristique de la pompe selon l'invention, ledit diffuseur comporte des déflecteurs cons- titués par des épaisseurs de matière dont les profils, res- pectivement interne et externes sont en arc et présentent des courbures différentes, et sont susceptibles de délimi- ter une pluralité de canaux divergents dont l'allure suit le profil théorique des filets de liquide provenant des aubes du diffuseur et dirigés vers la couronne mobile de l'étage suivant. Le rendement de la pompe est amélioré, selon l'in- vention, en réduisant d'une façon sensible les pertes de liquide entre la couronne mobile et le couvercle et en rapprochant le profil des filets de fluide sur la section de refoulement du diffuseur du profil théorique auquel cor- respond le minimum de pertes de charge. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description détaillée qui va suivre d'un exemple d'exécution préféré non limitatif de la pompe selon l'invention, représenté au dessin annexé dont: La Fig. 1 représente la pompe selon l'invention, en cours de fonctionnement, immergée dans l'eau d'un puits; La Fig. 2 est une coupe longitudinale partielle de la section supérieure ou section active de la pompe de la Fig. 1; La Fig. 3 est une vue en coupe étalée d'un étage de la pompe de la Fig. 1; La Fig. 4 est une vue en plan du détail du couvercle et de la bague d'étanchéité; La Fig. 5 représente en plan, du côté de refoulement, le diffuseur de l'étage de la Fig. 3. En se référant à la Fig. 1, la pompe selon l'inven- tion est désignée, dans son ensemble, par la référence 1 et elle comprend un corps allongé dans lequel on distingue une section supérieure 2 destinée à loger les étages actifs, et une section inférieure dans laquelle sont contenus les organes moteurs. Dans la pompe 1, on distingue en outre la grille 4 d'aspiration de l'eau, le cable 5 d'alimentation électrique des organes moteurs cités, et le conduit 6 de refoulement de l'eau. Sur la Fig. 1, la pompe selon l'invention est repré- sentée comme étant immergée au-dessous du niveau L de l'eau d'un puits 7. Sur la Fig. 2, on voit entièrement la section supé- rieure 2 de la pompe de la Fig. 1, et une partie de la sec- tion inférieure 3 qui loge les organes moteurs 8. A l'intérieur de la section 2 sont logés les diffé- rents étages de la pompe, dont le premier est indiqué en plus gros traits. Le premier étage comprend un couvercle 9, la couronne mobile 10 et le diffuseur 11; l'étage suivant commence par le couvercle 12 appliqué sur la section de refoulement du diffuseur 11. Sur la Fig. 2, on distingue, en outre, l'arbre moteur 13, le séparateur 14 et la douille d'usure 15, du côté de refoulement. Les différents composants de chaque étage sont visi- bles sur la vue étalée de la Fig. 3. On distingue, sur la Fig. 3, non seulement les élé- ments 9, 10 et 11 précités, mais également la bague d'étan- chéité 17 et la rondelle d'usure 18. Comme le montrent clairement les figures, chacun des composants de l'étage individuel de la pompe comporte un trou central de passage de l'arbre moteur 13. Sur la Fig. 3, on a, en outre, indiqué en tirets le parcours de l'eau dans l'étage individuel. Dans les pompes de ce type, pour des raisons de construction et compte tenu du nombre important d'étages pré- sents, il faut réaliser des jeux relatifs, en sens transver- sal et en sens axial, entre la couronne mobile 10 et le cou- vercle 9. En particulier, les jeux en sens transversal ont pour rôle d'éviter que, surtout dans les derniers étages, le bord annulaire extérieur 19 de la pompe rotative 10 entre en contact avec le bord intérieur correspondant 20 du cou- vercle, situation qui compromettrait le mouvement correct du fluide dans l'étage, en plus de la liberté de mouvement de la couronne mobile. Les jeux axiaux sont, par contre, nécessaires pour éviter, surtout dans les derniers étages, que la couronne mobile frotte du côté d'aspiration 21 avec une force exces- sive sur la paroi intérieure correspondante 22 du couvercle 9, ce qui provoquerait, également en raison de l'étendue importante des surfaces en contact, le blocage des parties rotatives. On permet les jeux transversaux, dans les pompes classiques et dans la pompe selon l'invention, en formant sur le couvercle 9 un trou de diamètre intérieur D9 supé- rieur au diamètre extérieur D23 du siège correspondant de la couronne mobile 19. A ce sujet, on observe que cette dernière comporte, du côté d'aspiration, un siège en saillie 23 susceptible de s'insérer dans ledit trou du couvercle 9. On obtient, par contre, les jeux axiaux en délimi- tant entre le couvercle 9 et le diffuseur 11 une chambre relativement importante, destinée à loger la couronne mobile qui peut donc se placer au niveau désiré, pour des raisons de construction, le long de l'arbre 13. Ces jeux ont cependant pour inconvénient de définir des intervalles par lesquels le liquide a tendanceà s'échap- per, ce qui réduit le rendement de la pompe. Ces fuites se produisent, en particulier dans les intervalles entre la paroi intérieure du trou du couvercle 9 et la paroi extérieure du siège 23 de la couronne mobile et, de là, entre la paroi 22 du couvercle 9 et de la paroi correspondante 21 de la couronne mobile 10. La structure selon l'invention permet justement d'éviter ces fuites, tout en maintenant les jeux entre la couronne mobile et le couvercle qui, comme on l'a indiqué, sont nécessaires pour les raisons de construction indiquées. En effet, selon l'invention, on prévoit l'élément d'étanchéité annulaire 17 précité. Lorsqu'il est en fonctionnement, ce dernier est logé dans un siège correspondant 24 formé au fond du couvercle 9 et y est maintenu en position et de façon à assurer l'étan- chéité au liquide par la couronne mobile 10 qui est accouplée au couvercle 9, à travers la bague 17 et le trou du couvercle 9, par son siège en saillie 23. Pour des raisons d'étanchéité, le diamètre D23 de ce dernier est égal au diamètre intérieur D17 de la bague 17. Cette dernière est elle-même maintenue en position dans le siège 24 du couvercle 9 avec un certain jeu transversal d (Fig. 4). Selon le mode d'exécution préféré, le bord extérieur de la bague 17 a une forme polygonale dont les faces contac- tent des saillies 25 du siège 24, desquelles elles sont séparées par la distance d, la bague 17 étant centrée sur le trou du couvercle 9. Ainsi, la bague 17, solidaire de la couronne mobile au niveau du siège 23, permet le déplacement transversal relatif de ladite couronne mobile par rapport au couvercle 9 (du fait que le diamètre D21 est inférieur au diamètre D9), tout en exerçant, pendant ce déplacement, un effet d'étan- chéité au liquide entre les parties. On résout ainsi les problèmes liés aux fuites de liquide. Il y a, en outre, lieu d'observer qu'à la différence des solutions classiques, la paroi 21 de la couronne mobile du côté d'aspiration n'est plus complètement en contact de friction avec la paroi 22 du couvercle, mais seulement avec la portion de celle-ci qui s'appuie sur la surface 30 de la bague 17 (fixe par rapport au couvercle). La bague 17, qui est en matière anti-friction, réduit considérablement les dissipations dues au frottement et elle permet donc, par rapport aux solutions connues et pour les raisons précitées, de réduire les jeux transversaux et, de façon générale, les frottements. Sur la surface supérieure, ou du côté de refoulement, du diffuseur 11, on prévoit des déflecteurs 26 ayant chacun un profil intérieur Ri et un profil extérieur R2 présentant des courbures mutuellement différentes et variables selon l'allure des filets de liquide du côté de refoulement du diffuseur (Fig. 5) A la sortie du diffuseur sont ainsi définis une plu- ralité de canaux divergents 27 qui s'étendent pratiquement suivant le profil théoriquement désiré pour les filets de fluide du côté de refoulement du diffuseur. On réduit ainsi les turbulences du liquide sur le diffuseur, ce qui entratne la réduction des pertes de charge et l'augmentation du ren- dement de la pompe. IREVENDICATIONS 1. Pompe centrifuge à étages multiples, du type à couronne mobile fermée, dans laquelle chaque étage comprend: - un couvercle comportant un trou central; - une couronne mobile comportant des aubes et un siège cen- tral en saillie comportant un trou central aligné sur celui du couvercle précité; et - un diffuseur comportant des aubes fixes, des déflecteurs du côté de refoulement et un trou central aligné sur les trous précités; caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité au liquide (17) montés de façon à être interposés entre le couvercle (9) et la couronne mobile (10), ces moyens étant en outre conçus pour permettre la présence de jeux entre le couvercle et la couronne mobile. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité au liquide sont constitués par un corps de forme sensiblement annulaire (17), logé d'un côté dans un siège (24) correspondant formé à l'inté- rieur du couvercle (9) et, du côté opposé, sur le siège en saillie (23) de la couronne mobile (10), le corps annulaire présentant des jeux au moins vis-à-vis soit du couvercle, soit de la couronne mobile. 3. Pompe selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le siège (24) du couvercle (9) com- porte des éléments de butée (25), susceptibles de coopérer avec le corps annulaire pour l'empêcher de tourner par rap- port audit couvercle, lesdits éléments de butée devant être séparés du corps annulaire, lorsqu'il est centré sur le cou- vercle, de façon à provoquer la présence de jeux (d) entre le couvercle et le corps annulaire. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps annulaire est en matière antifriction et imperméable aux liquides. 5. Pompe centrifuge à étages multiples, du type à couronne mobile fermée, dans laquelle chaque étage comprend un couvercle comportant un trou central; - une couronne mobile comportant des aubes et un siège cen- tral en saillie comportant un trou central aligné sur celui dudit couvercle; et - un diffuseur comportant des aubes fixes, des déflecteurs du côté de refoulement et un trou central aligné sur les trous précités, caractérisée en ce que les déflecteurs (26) du diffuseur (11) précités sont constitués par des épaisseurs de matière dont les profils, respectivement interne et externe, sont en arc (R1 et R2), présentent des courbures différentes, et sont susceptibles de délimiter une pluralité de canaux divergents (27) dont l'allure suit le profil théorique des filets de liquide provenant des aubes du diffuseur et dirigés vers la couronne mobile de l'étage suivant.