Brevet FR2602552A1 — publié le 19880212

POMPE CENTRIFUGE CONVENANT PARTICULIEREMENT POUR POMPER LES FLUIDES A FORTE TENEUR EN GAZ. La présente invention concerne une pompe centrifuge qui, en 5 permettant de minimiser le phénomène de séparation des phases liquide et gazeuse, rend possible le pompage efficace des fluides, même et avant tout s'ils contiennent de forts pourcentages en volume de gaz. Dans l'état actuel de la technique, on connaît déjà de nombreuses formes de réalisation de pompes centrifuges mais toutes 10 ces pompes, de type traditionnel, c'est-à-dire conçues pour pomper des liquides, ne sont pas toutes aptes à pomper des mélanges liquide/ gaz présentant une forte teneur en gaz dans la mesure ou, entre les aubes du rotor, il se produit une séparation des deux phases, ce qui rend non valable les principes sur lesquels est basé le fonctionne15 ment d'un rotor de pompe centrifuge, à savoir la décélération du fluide au cours du mouvement relatif entre l'entrée et la sortie des canaux délimités par les aubes, et l'effet de la force centrifuge sur la pression augmente. En fait, en raison de l'impact du mélange liquide/gaz contre le 20 bord avant des aubes du rotor et en raison du poids spécifique différent des deux composants du mélange, il se produit une séparation de ces composants et, sur le côté basse pression de ces bords, il se forme une bulle de gaz (air) qui, en réduisant la superficie de section droite réelle traversée par le composant 25 liquide, entraîne une augmentation de la vitesse de sortie W à laquelle le fluide pompé quitte les aubes du rotor et il s'ensuit une diminution considérable de la composante tangentielle CU de la résultante C de la vitesse de sortie W et de la vitesse périphérique U dudit rotor, à laquelle la valeur de la pression susceptible d'être obtenue est proportionnelle. En outre, dans le diffuseur, en aval du rotor, la transformation 5 de l'énergie cinétique du fluide sous pression est rendue difficile par la présence du gaz car, comme cela a lieu dans le rotor, il se produit une séparation des phases, ce qui empêche la décélération du fluide, et l'augmentation consécutive de la pression. Le but de la présente invention est précisément de remédier aux 10 inconvénients mentionnés ci-dessus et de fournir, par conséquent, une pompe centrifuge dans laquelle est contracarrée efficacement la séparation des phases, ce qui permet de pomper également des fluides contenant une grande quantité de gaz. On parvient à ce résultat en perçant un trou raccordé à chaque 15 entrée entre les pales du rotor, qui est la zone la plus délicate et la plus critique et celle o sont engendrés les gradients de pression les plus élevés qui créent la séparation ou stratification des phases. En fait, de cette façon, on détruit les bulles de gaz qui, comme on l'a déjà dit, sont la cause principale de l'absence de 20 décélération du fluide et, par conséquent, de l'absence d'augmentation de pression. D'autre part, afin de maintenir aussi homogène que possible le fluide à l'intérieur des canaux définis par les aubes, on équipe le rotor avec des aubes présentant une charge dynamique de fluide très 25 faible par rapport à celle des aubes des rotors classique, c'est-àdire avec des aubes disposées de façon moins divergente les unes par rapport aux autres et, en outre, en séparant deux parties de chaque aube en l'interrompant par une entaille verticale approximativement le long du milieu de son développement. Ces entailles constitue en 30 fait des fentes de passage qui permettent à la phase liquide d'un canal de se mélanger avec la phase gazeuse du canal adjacent en rendant ainsi l'écoulement plus homogène. Dans la même optique d'une meilleure homogénéisation du courant, le rotor est aussi pourvu d'au moins un petit trou percé dans le 35 disque à l'intérieur de chaque canal, ce petit trou ayant pour but de permettre à la phase liquide de se disperser à l'intérieur de la chambre du corps de pompe situé derrière le rotor de pénétrer de nouveau dans le canal et de se mélanger avec le fluide effluent. Enfin, le diffuseur est pourvu d'un grand nombre de canaux 5 d'écoulement de sortie de petites dimensions qui ont pour double rôle de minimiser le phénomène de séparation des phases et de permettre l'utilisation efficace de la force vive importante de la phase liquide du courant associé au poids spécifique élevé de ce liquide pour comprimer la phase gazeuse et, de ce fait, expulser les bulles 1O de gaz. Pour résumer, la pompe centrifuge pour pomper les fluides contenant un gaz, pompe qui comprend un rotor muni d'aubes divergeant les unes par rapport aux autres de manière à définir des canaux d'écoulement de sortie pour le fluide ainsi qu'un diffuseur muni 15 également de canaux d'écoulement de sortie de fluide, est caractérisée, selon la présente invention, par le fait qu'avec l'entrée de chacun des canaux d'écoulement de sortie définis par les aubes du rotor est raccordé un trou traversant percé dans le disque de ce rotor et qu'au moins un petit trou est percé dans le rotor à 20 l'intérieur de chaque canal d'écoulement de sortie, les aubes du rotor étant disposées de façon à ne pas diverger beaucoup les unes par rapport aux autres et chaque aube étant divisée en deux parties par une fente verticale disposée approximativement le long du milieu de son développement, tandis que les canaux d'écoulement de sortie du 25 diffuseur sont constitués par un grand nombre de canaux de petites dimensions. Sur les dessins: la figure 1 montre le diagramme vectoriel de la vitesse à la sortie d'un canal d'écoulement de sortie; et la figure 2 est une vue en perspective fragme-taire et partiellement en coupe d'une pompe centrifuge réalisée selon la présente invention.. En se référant aux figures, on voit que la pompe centrifuge référencée 1 dans son ensemble est constituée essentiellement par le 35 rotor 2 et le diffuseur 3. Le diffuseur fait partie intégrante du corps 4 de la pompe qui forme une chambre 5 à l'intérieur de laquelle le rotor 2, rendu solidaire de l'arbre 6 par la clavette 7, tourne dans le sens de la flèche "w". Le rotor 2 est muni d'un ensemble d'aubes, référencées respectivement 8, 9... 18..., qui, comme on peut 5 le voir sur la figure 2, divergent les unes par rapport aux autres et définissent des canaux correspondants 19, 20... 29... d'écoulement de sortie de fluide. Comme on peut le voir clairement sur la figure 1, en présence d'un fluide présentant une teneur importante en gaz, il se produit à 10 l'intérieur du canal de sortie 19, délimité par les aubes 8 et 9, une séparation entre la phase gazeuse 30 et la phase liquide 31, la phase gazeuse, par suite de son poids spécifique différent et de la rotation du rotor dans le sens de la flèche "w" se trouvant fortement pressée contre l'aube sous- jacente 9. La réduction consécutive de la 15 superficie de section droite du passage pour la phase liquide, laquelle superficie n'est plus la superficie totale de la section droite du canal 19 mais une fraction seulement de cette superficie, a pour effet d'augmenter la vitesse à laquelle la phase liquide quitte les pales de la valeur "wl,, à la valeur plus faible "w2", de sorte 20 que la résultante de cette vitesse et de la vitesse périphérique U du rotor 2 est un vecteur C2 différent de C1, tant en ce qui concerne son intensité que sa direction, et sa composante tangentielle CU2 qui est proportionnelle à la pression pouvant être engendrée, est considérablement plus faible que CU1, c'est-à-dire la valeur qui 25 serait obtenue en l'absence de gaz. Pour résumer, plus la teneur en gaz du fluide est importante plus le vecteur résultant C se rapproche de la direction radiale 32, condition dans laquelle la valeur de composante tangentielle CU est nulle et dans laquelle par conséquent aucune pression n'est 30 engendrée. C'est pourquoi pour éviter l'effet nuisible de la séparation des phases et pour maintenir le fluide aussi homogène que possible, on perce dans le rotor 2, et conformément à la présente invention, des trous traversants 33 qui sont raccordés avec les entrées des canaux 35 19,... 29,... d'écoulement de sortie ainsi que de petits trous 34 à l'intérieur de chaque canal d'écoulement de sortie; on dispose les aubes 8,... 18,... de manière qu'elles ne divergent pas trop les unes par rapport aux autres et, en outre, on les découpe le long de la partie médiane de leur développement dans le but de créer des fentes 5 35 de passage qui permettent au fluide de passer d'un canal au canal adjacent et, enfin, on forme dans le diffuseur 3 un grand nombre de canaux 36 d'écoulement de sortie de petites dimensions. REVENDICATION 1. Pompe centrifuge pour pomper des fluides contenant un gaz, cette pompe comportant un rotor (2) muni d'aubes (8,...9,...18) qui divergent les unes par rapport aux autres de manière à définir des 5 canaux (19, 20... 29...) d'écoulement de sortie pour le fluide et un diffuseur (3) muni, lui aussi, de canaux d'écoulement de sortie de fluide, caractérisée par le fait qu'à l'entrée de chacun des canaux d'écoulement définie par les aubes du rotor est raccordé un trou traversant (33) percé dans le disque de ce rotor et qu'au moins un 10 petit trou (34) est percé dans ce disque à l'intérieur de chaque canal d'écoulement de sortie, les aubes du rotor étant disposées de manière à ne pas diverger beaucoup les unes par rapport aux autres et chaque aube étant divisée en deux parties par une fente verticale (35) située approximativement le long de la partie médiane de son 15 développement, tandis que les canaux d'écoulement de sortie du diffuseur sont constitués par un grand nombre de canaux de petites dimensions.