Brevet FR2597929A1 — publié le 19871030

La présente invention concerne une unité de pompage pour le transport d'un liquide, notamment un liquide fourni à ladite unité avec un débit variable et une faible charge, comme c'est par exemple le cas des condensats dans les circuits secondaires des centrales nucléaires, ou dans les circuits d'alimentation des géné- rateurs de vapeur, bien que l'unité de pompage selon l'invention puisse également être utilisée pour le transport de liquidesfournisdans d'autres conditions. Actuellement, on transporte les liquides fournis avec un débit variable et une faible charge au moyen de pompes d'extraction verticales en cuve, à vitesse fixe. Ces pompes comportent, à l'intérieur d'une cuve verticale reliée à une source de liquide à transporter, comme par exemple un bac de récupération de condensats dans un condenseur, plusieurs étages de pompage su perposés verticalement et branchés en série, entrainés par une ligne d'arbre verticalepour pomper le liquide à transporter au fond de la cuve et le refouler à la partie supérieure de celle-ci ; la ligne d'arbre verticale est entrainée par un moteur à vitesse constante disposé au-dessus de la cuve, et l'on effectue l'adaptation du débit de la pompe aux besoins effectifs en débit, c'està-dire au débit avec lequel le liquide à transporter est fourni à la cuve, au moyen d'une vanne de laminage placée au refoulement de la pompe d'extraction, c'està-dire de l'ensemble formé par la série d'étages de pompage superposés. Le choix de la vitesse de rotation et de la profondeur ae la cuve est dicté par le souci d'éviter toute cavitation, compte tenu de la faible charge avec la quelle le liquide à transporter est fourni à la pompe, ou charge nette disponible à l'aspiration" (NPSH) telle qu'elle est définie de façon normalisée. Pour obtenir la pression de refoulement désirée, il faut alors disposer un certain nombre d'étages en série. Ce nombre, largement supérieur à 2, conduit à une grande complexité et à un coût élevé de ces pompes connues, d'autant plus qu'il nécessite l'amdna- gement, généralement dans le sol, d'une cuve de profondeur correspondante= pouvant aller jusqu'à environ 10 m, ce qui entraîne des travaux de terrassement importants et la nécessité d'aménager un cuvelage conséquent ; en outre, la longueur de la ligne d'arbre verticale, ellemême fonction de ce nombre, peut atteindre des valeurs proches de 10 m, entrainant une grande flexibilité et un risque de mouvement relatif oscillatoire. D'autre part, le mode de réglage du débit de ces pompes connues, par laminage au refoulement, entraîne des pertes d'énergie importantespuisqu'il est indispensable que l'ensemble formé par les différents étages de pompe branchés en série fonctionne en permanence dans des conditions propres à fournir un débit excessif en comparaison avec les besoins, d'une part, et que le laminage pratiqué pour réaliser l'adaptation de débit auxhesoins réels entraîne nécessairement des pertes de charges également consommatrices d'énergie, d'autre part. Enfin, il apparaît que s'il est nécessaire de traiter le liquide transporté, ce traitement ne peut s'effectuer qu'au refoulement de l'ensemble formé par les étages de pompage, c'est-à-dire sous une haute pression de ce liquide, ce qui oblige à dimensionner de façon appropriée le poste de traitement, alors particu librement encombrant et coûteux. Le but de la présente invention est de proposer une unité de pompage remédiant à l'ensemble de ces inconvénients. A cet effet, l'unité de pompage selon l'invention, pour le transport d'un liquide et notamment d'un liquide fourni à ladite unité avec un débit variable à une faible charge, se caractérise en ce qu'elle comporte - une pompe nourricière comportant une volute d'axe déterminé, présentant une aspiration susceptible d'être raccordée à une source de liquide à transporter et un refoulement radial, ainsi qu'au moins une roue centrifuge montée à la rotation autour dudit axe à l'intérieur de la volute et raccordée, de façon so- lidaire à la rotation autour dudit axe, à une hélice de gavage placée à ladite aspiration. - une pompe principale comportant une volute d'axe déterminé, présentant une aspiration raccordée au refoulement de la pompe nourricière et un refoulement radial susceptible d'être raccordé à des moyens récepteurs de liquide transporté, ainsi qu'au moins une roue centrifuge montée à la rotation autour dudit axe à l'intérieur de ladite volute, - des moyens d'entrainement d'une part de la ou des roues centrifuges de la pompe nourricière avec ladite hélice de gavage et d'autre part de la ou des roues centrifunes de la pompe principale, à des vitesses de rotation respectives réglables et liées dans un rapport prédéterminé, la vitesse de rotation de la roue centrifuge et de l'hélice de gavage de la pompe nourricière étant inférieure à la vitesse de rotation de la roue centrifuge de la pompe principale. L'association de l'hélice de gavage à la roue centrifuge de la pompe nourricière et l'entraine- ment des roues centrifuges respectives des deux pompes à des vitesses différentes, liées dans un rapport prédéterminé, permet à la fois d'éviter les risques de cavitation même dans le cas d'une faible charge à l'aspiration de la pompe nourricière, et d'avoir recours à une pompe nourricière et à une pompe principale de type réputé simple, donc économique et fiable ; en outre, l'unité de pompage présente un encombrement considérablement réduit en comparaison avec celui des pompes d'extraction verticalesen cuve, avec les avantages non seulement d'encombrement mais également d'économie d'aménagement du site qui en rdsultst. Ces avantages se trouvent encore accrus par la possibilité d'utiliser des moyens d'entraînement communs pour la roue centrifuge de la pompe nourricière, avec l'hélice de gavage, et la roue centrifuge de la pompe principale ; alors, de façon particulièrement compacte et économique, la pompe nourricière et la pompe principale peuvent avantageusement être disposées respectivement de part et d'autre des moyens d'entraînement communs. En outre, l'utilisation de moyens d'entraînement à vitesse réglable, notamment communs et par exemple constitués par un moteur électrique à vitesse de ro tationréglable, en prise directe avec la roue centrifuge de la pompe principale et en prise avec la roue cen trifuge et l'hélice de gavage de la pompe nourricière par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, permet d'intervenir sur le débit de transport de liquide sans être obligé, à cet effet, de créer artificiellement des pertes de charges dans ce dernier, par un simple asservissement de la vitesse des moyens d'entraînement au besoins en débit, par exemple constaté par un détecteur de niveau de liquide à la source de liquide à transporter ainsi, ii n'est pas nécessaire de surdimensionner les moyens d'entraInement par rapport auxbesois réels, et d'opposer à l'écoulement du liquide des pertes de charge supplémentaires consommatrices d'énergie. Enfin, lorsque des moyens de traitement du liquide transporté doivent être prévus, ces moyens de traitement peuvent être disposés entre le refoulement de la pompe nourricière et l'aspiration de la pompe principale, pour travailler à une pression sensiblement inférieure à la pression régnant au refoulement de la pompe principale, ce qui permet d' avoir recours à des moyens de traitement plus simples et moins encombrants que lors de l'utilisation de pompes d'extraction verticalesen cuve. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un exemple de mise en oeuvre non limitatif, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. - La figure 1 montre un schéma simplifié d'une unité de pompage conforme à la présente invention, utilisée par exemple pour le transport des condensats d'une centrale nucléaire. - Les figures 2 et 3 illustrent, en des coupes axiales partielles, deux modes d'association d'une hélice de gavage et d'une roue centrifuge, dans la pompe nourricière. On se réfèrera en premier lieu à la figure 1, où l'on a désigné par 1 une unité de pompage conforme à la présente invention, destinée à transporter des condensats 2, en provenance d'un bac 3 de condenseur, jusqu'à une bâche alimentaire de dégazage 4. A cet effet, l'unité de pompage 1 comporte notamment une pompe nourricière 5 propre à prélever les condensats 2 dans le bac 3 et une pompe principale 6 ali mentée en condensats par la pompe nourricière 5 et destinée à refouler ces condensats dans la bâche 4. La pompe nourricière 5 ou pompe basse pression comporte, dans l'exemple illustré, une volute monocellulaire 7 d'axe horizontal 8, présentant une aspiration axiale 9 raccordée directement, par un tuyau 10, au fond du bac 3, et un refoulement 11 radial. A l'intérieur de la volute 7 est montée, à la rotation relative autour de l'axe 8, une roue centrifuge 12 de type connu-portant elle-même de façon solidaire, notamment à la rotation autour de l'axe 8, une hélice de gavage 13 placée à l'aspiration axiale 9 de la volute 7. Deux modes d'association solidaire de la roue centrifuge 12 et de l'hélice de gavage 13 ont été illustrés respectivement aux figures 2 et 3, où l'on retrouve pour désigner différentes parties de la pompe nourricière les mêmes références qu'à la figure 1, af fectées respectivement de l'indice a et de l'indice b. Dans le cas du montage illustré à la figure 2, une hélice de gavage 13a présentant un moyeu 14a dispose suivant l'axe 8a, est rapportée de façon solidaire, par ce moyeu 14a, sur une partie de moyeu 19a d'une roue centrifuge 12a traditionnelle : cette roue centrifuge 12a est elle-même assemblée de façon solidaire d un .arbre d'entraînement 15a disposé suivant l'axe 8a, dans le prolongement du moyeu 14a de l'hélice de gavage 13a, à l'opposé de cette hélice de gavage 13a par rapport à la partie de moyeu 19a de la roue centrifuge 12a ; pour assurer le guidage et l'entraînement conjoints de la roue centrifuge 12a et de l'hélice de gavage 13a à la rotation autour de l'axe 8a par rapport à la volute 7a, l'arbre 1Sa traverse par un palier étanche 16a une paroi 17a de la volute 7a, axialement à l'opposé d'un passage 9a d'axe 8a définissant l'aspiration de la volute 7a et logeant intérieurement l'hélice 13a ; à l'extérieur de la volute 7a, l'arbre 15a se raccorde de façon solidaire, au moins vis-à-vis d'une rotation autour de l'axe 8a, à un arbre de sortie de moyersd'entraî- nement, lequel a été désigné par la référence 15 à la figure 18, en tant qu'arbre de sortie des moyens d'entraînement 18 et arbre coaxial d'entraînement de la roue centrifuge 12 et de l'hélice 13 à la rotation autour de leur axe 8. Dans le cas du mode de réalisation illustré à la figure 3, la roue centrifuge 12b et l'hélice de gavage 13b, d'axe commun 8b, sont réalisées en une seule pièce comportant une partie de moyeu 19b limitée à une zone de cette pièce définissant la roue centrifuge 12b, alors que la zone de cette pièce définissant l'hélioe de gavage 13b est dépourvue de moyeu ; l'hélice 13b se présente sous la forme d'un filet radialement intérieur d'une paroi 20b de cette pièce, laquelle paroi 20b présente une forme générale de révolution autour de l'axe 8b et entoure localement, radialement vers l'extérieur, la partie de moyeu 19b au niveau du raccordement de l'hélios de gavage 13b et de la roue centrifuge 12b, en définissant avec la partie de moyeu 19b un passage 21b pour le liquide, à travers l'ensemble formé par l'hélice de gavage 13b et la roue centrifuge 12b, de l'admission de la pompe nourricière au refoulement de celle-ci. En variante, on pourrait naturellement prévoir de remplacer, dans la pompe nourricière 5, la roue centrifuge unique 12, 12a, 12b et l'hélice de gavage unique 13, 13a, 13b par deux ensembles coaxiaux comportant chacun une roue centrifuge et une hélice de gavage mutuellement solidaires notamment à la rotation autour de leur axe commun, ces deux ensembles étant accolés par les roues centrifuses et mutuellement solidaires à la rotation autour de leur axe commun ; la volute 7 présenterait alors une forme appropriée, et serait munie de deux admissions axiales, mutuellement opposées axialement, raccordées l'une et l'autre au tuyau 10 alors ramifié ; l'arbre d'entraînement commun des deux ensembles traverserait alors coaxialement la volute par 1 'une des admissions de celle-ci ou par les deux admissions de celle ci ; dans ce cas l'arbre du côté opposé à l'entrainement servirait à supporter le rotor par l'intermddiaire d'un palier étanche ; la réalisation d'un tel maltase est du domaine des aptitudes normales d'un Comme du métier, si bien qu'on ne l'a pas illustré. Dans l'exemple illustré, le refoulement 11 de la volute 7 est raccordé par un tuyau 21 à une entrée 22 de moyens 23 de traitement et par exemple d'épuration des condensats, lesquels moyens 23 sont branchés, con formdment à la présente invention, en série entre la pompe nourricière 5 et la pompe principale 6 t de tels moyens sont connus en eux-mêmes, et ne seront pas détaillés. La pompe principale 6,ou pompe haute pression, comporte comme la pompe nourricière 5 une volute 24 d'axe horizontal 25, laquelle volute 24 présente une aspiration axiale 26 reliée par un tuyau 27 à une sortie 28 des moyens de traitement 23 dans l'exemple illustré où de tels moyens sont prévus, ou encore directement au refoulement 11 de la volute 7 de la pompe nourricière 5 en l'absence de tels moyens, et d'un refoulement radial 29 relié par un tuyau 30 à la bache 4. A l'intérieur de la volute 24 est montée, à la rotation relative autour de l'axe 25, une roue centrifuge 31 de type traditionnel, simple dans l'exemple illustré mais qui pourrait également être double dans le cas d'une variante non représentée, dans laquelle la volute 24 présenterait deux aspirations axiales, axialement opposées, raccordées l'une et l'autre au tuyau 27 alors convenablement dédoublé ; un tel montage est du domaine des aptitudes normales d'un Homme du métier. Axialement à l'opposé de l'aspiration 26 ou, dans le cas où deux aspirations seraient ainsi prévues, à l'intérieur de 1' une de ces aspirations ou de ces deux aspirations comme on l'a décrit pré cedeanrent à propos de la pampre nourricière 5, la roue centrifuge 31 se raccorde de façon solidaire, notant vis-à-vis d'une rotation autour de l'axe 25, à un arbre coaxial d'entralnement, traversant de façon étanche une paroi de la volute 24 avec possibilité de rotation relative autour de l'axe 25 corme il a été dit à propos de l'arbre d'entraînement 15a de la roue centrifuge 12a et de l'hélice de gavage 13a, pour se raccorder à l'extérieur de la volute 24, de façon solidaire au moins vis-à-vis d'une rotation autour de l'axe 25, à un autre arbre de sortie 32 des moyens d'entraînement 18 précités, lesquels sont communs d'une part à la roue centrifuge 12, 12a, 12b et à l'hélice 13, 13a, 13b de la pompe nourricière 5, et d'autre part à la roue centrifuge 31 de la pompe principale 6, et sont de préférence disposés à cet effet, comme il est illustré, entre les deux pompes 5 et 6. Conformément à la présente invention, les moyens d'entraînement 18 sont propres à assurer d'une part à l'ensemble formé par la roue centrifuge 12, 12a, 12b et l'hélice de gavage 13, 13a, 13b de la pompe nourricière 7 et d'autre part à la roue centrifuge 31 de la pompe principale 6 des vitesses de rotation respectives réglables mais liées dans un rapport déterminé, la vitesse de rotation de la roue centrifugé et de l'hélice de gavage de la pompe nourricière 5 étant inférieure à la vitesse de rotation de la roue centrifuge de la pompe principale 6 ; ce rapport prédéterminé, de même oue les caractéristiques de la roue centrifuge et de l'hélice de gavage de la pompe nourricière ainsi que de la roue centrifuge de la pompe principale sont choisis par un Homme du métier en fonction des caractéristiques du liquiee à transporter, constitué par des condensats d'eau dans l'exemple illustré mais qui pourrait être d'une autre nature dans le cas d'autres applications de la présente invention, et en fonction des possibilités d'implantation de l'unité de pompage 1, de la source de liquide à pomper constituée dans cet exemple par le bac de condenseur 3, et des moyens récepteurs de liquide transporté constitués dans cet exemple par la bâche 4, de façon à assurer le transport de liquide sans cavitation. De préférence, mais à titre d'exemple non limitatif, les moyens d'entraSnement 18 comportent un moteur électrique 33 à vitesse de rotation réglable, dont l'arbre 32 en prise directe avec la roue centrifuge 31 de la pompe principale 6 constitue un arbre de sortie, alors que l'arbre 15 constitue un arbre de sortie d'un réducteur 34 à rapport de réduction constant, éventuellement réglable, présentant un arbre d'entrée 35 quant à lui en prise directe avec l'arbre de sortie 32 du moteur 33, par exemple à l'opposé de la pompe principale 10 par rapport à ce moteur 33, entre ce dernier et la pompe nourricière 5. De préférence, des moyens sont prévus pour asservir la vitesse, réglable, de rotation de l'arbre de sortie 32 du moteur 33, c'est-à-dire les débits respectifs des deux pompes 5 et 6, auxbesoinsen débit de transport, constatés par des moyens 36 de type connu, surveillant par exemple le niveau de condensats 2 à l'intérieur du bac de condenseur 3 pour augmenter la vitesse de rotation de l'arbre 32 du moteur 33 si ce niveau dépasse un seuil prédéterminé, et réduire cette vitesse de rotation si ce niveau parvient en dessous de ce seuil prédéterminé ; naturellement, d'autres modes d'asservissement de la vitesse de rotation de l'arbre 32 de sortie du moteur 33, c'est-d-dire des vitesses respectives de rotation de la roue centrifuge et de l'hélicede gavage de la pompe nourricière 5 et de la roue centri fuge de la pompe principale 6, aux besoins en débit pourraient être adoptés sans que l'on sorte pour autant du cadre de la présente invention. Un Homme du métier comprendra aisément que l'unité de pompage 1 conforme à la présente invention est plus particulièrement adaptée à des applications dans lesquelles le liquide à transporter est fourni à l'unité de pompage avec un débit essentiellement variable, et sous une- faible charge, bien que l'on puisse également utiliser une unité de pompage conforme à la présente invention dans d'autres applications. A titre d'exemple non limitatif, on destine plus particulièrement l'unité de pompasse selon l'invention à des cas où le débit de liquide doit être supérieur à 0,1m3/s, avec des pressions au refoulement 29 de la pompe principale 6 pouvant aller d'une valeur de l'ordre de 5 ou 6 1CSPa à une valeur de l'ordre de 100 ou 200 105Pa , et une vitesse spécifique d'aspiration supérieure à 300, où l'on définit cette vitesse spécifique d'aspiration S de la façon suivante où N est la vitesse de rotation de la roue centrifuge 12 et de l'hélice 13 de la pompe nourricière 5, exprimée en tr/min, Q est le débit de cette pompe nourricière 5 exprimé en m3/s, et NPSHr3 le NPSH (ou charge nette absolue à l'aspiration) requis par la pompe nourricière 5 pour une chute de caractéristique de 3%. Naturellement, ces chiffres sont indiqués à titre d'exemple non limitatif. REVENDICATIONS 1. Unité de pompage pour le transport d'un liquide, notamment un liquide fourni à ladite unité (1) avec un débit variable et une faible charge, caractérisde en ce qu'elle comporte - une pompe nourricière (5) comportant une volute (7) d'axe déterminé (8), présentant une aspiration (9) susceptible d'être raccordée à une source (3) de liquide (2) à transporter et un refoulement (11) radial, ainsi qu'au moins une roueUcentrifuge (12) montée à la rotation autour dudit axe (8) à l'intérieur de la volute (7) et raccordée, de façon solidaire à la rotation autour dudit axe (8), à une hélice de gavage (13) placée à ladite aspiration(9), - une pompe principale (6) comportant une volute (24) d'axe déterminé (25), présentant une aspiration (26) raccordée au refoulement (11) de la pompe nourricière (5) et un refoulement radial (29) susceptible d'être raccordé à des moyens (4) récepteurs de liquide transporté, ainsi au'au moins une roue centrifuge (31) montée à la rotation autour dudit axe (25) à l'intérieur de ladite volute (24), - des moyens (18) d'entraînement d'une part de la roue centrifuge (12) de la pompe nourricière (5) avec ladite hélice de gavage (13) et d'autre part de la roue centrifuge (31) de la pompe principale (6), à des vitesses de rotation respectives réglables et liées dans un rapport prédéterminé, la vitesse de rotation de la roue centrifuge (12) et de l'hélice de gavage (13) de la pompe nourricière (5) étant inférieure à la vitesse de rotation de la roue centrifuge (31) de la pompe principale (6). 2. Unité de pompage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (36) d'asservissement desdites vitesses de rotation réglables audit débit variable. 3. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens d'entraînement (18) sont communs à la roue centrifuge (12) de la pompe nourricière (5), avec l'hélice de gavage (13),et à la roue centrifuge (31) de la pompe principale (6). 4. Unité de pompage selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement (18) comportent un moteur électrique (33) à vitesse de rotation réglable, en prise directe avec la roue centrifuge (31) de la pompe principale (6) et en prise avec la roue centrifuge (12) et l'hélice de gavage (13) de la pompe nourricière (5) par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (34). 5. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la pompe nourricière (5) et la pompe principale (6) sont disposées respectivement de part et d'autre des moyens d'entraînement communs (18). 6. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit axe (8) de la pompe nourricière (5) est horizontal. 7. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit axe (25) de la pompe principale (6) est horizontal. 8. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la roue centrifuge (12) de la pompe nourricière (5) est une roue centrifuge simple (12), raccordée auxdits moyens d'entraînement (18) à l'opposé de l'hélice de gavage (13). 9. Unité de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (23) de traitement du liquide transporté, entre le refoulement (11) de la pompe nourricière (5) et l'aspiration (26) de la pompe principale (6).