Brevet FR2606094A1 — publié le 19880506

1. 2606094 Pompe centrifuge en tant que pompe de circu- lation pour des installations de chauffage L'invention concerne une pompe centrifuge en tant que pompe de circulation pour des installations de chauffage, avec un séparateur d'air intégré au corps de pompe, avec un volume de stabilisation prévu du côté aspiration auquel succède une chambre de séparation pour l'air à évacuer dans l'atmosphère, et avec un diviseur de courant qui sépare le fluide pénétrant dans le corps de pompe en deux courants partiels amenes dans le volume de stabilisation. Un fonctionnement correct des installations de chauffage n'est possible que lorsque l'eau à mettre en circulation par la pompe est exempte d'air. Lorsque des bulles d'air se trou- vent dans le courant de l'eau de circulation, il faut s'atten- dre à l'apparition de bruits d'écoulement; les paliers de la pompe peuvent être endommangés par fonctionnement à sec, et des problèmes de corrosion et autres surgissent. Jusqu'ici, un grand nombre de pompes à séparateur d'air intégré ont été mises au point de telle façon que ces pompes permettent d'effectuer une ventilation de l'eau lors de la circulation. Un premier groupe de ces pompes à séparation d'air met en oeuvre des séparateurs basés sur le principe cen- trifuge tel qu'il est décrit, par exemple dans les publica- tions DE-PS 30 22 420, DE-GM 81 02 303 et US-PS 3 290 864. Un deuxième groupe de pompes à séparation d'air comprend des sé- parateurs fonctionnant d'après le principe de gravité décrit, par exemple dans les publications DE-OS 19'37 119 et 31 09 918 ainsi que DE-PS 23 46 286. 2 2606094 Les séparateurs d'air fonctionnant d'après le principe centrifuge provoquent une perte de pression relativement im- portante et diminuent de ce fait le rendement de la pompe. Les séparateurs d'air basés sur le principe de gravité présentent l'inconvénient d'un mauvais pouvoir séparateur qui diminue avec le débit. Le deuxième groupe de pompes à séparation d'air se dis- tingue par un volume de stabilisation situé en avant du rotor de pompe dans lequel on cherche à agir sur l'eau en circula- tion et contenant des bulles d'air, par l'insertion d'organes tels que des tamis en vue d'éliminer les bulles d'air. La présente invention a pour objet de perfectionner une pompe centrifuge du genre précité de telle facon que le dispo- sitif agissant, à l'intérieur du volume de stabilisation, sur l'eau en circulation permet une meilleure séparation de l'air dans l'eau en circulation. La solution apportée à ce problème est basée sur la pompe centrifuge précitée et caractérisée en ce que le diviseur de courant imprime aux deux courants partiels un mouvement de ro- tation qui se superpose au mouvement de translation et qu'il dévie les courants partiels radialement aussi bien qu'axiale- ment dans le sens opposé à l'ouverture d'aspiration du rotor de pompe. Un mode de réalisation préféré du diviseur de courant consiste en ce qu'il présente une surface de soufflage incli- née. Cette surface de soufflage peut être constituée, par exemple, par une demi-enveloppe conique dont le rayon supé- rieur est dirigé vers le rotor de pompe. Il est également pos- sible de conformer la surface de soufflage à partir d'une sur- face composite, à savoir à partir d'une demi-surface de tronc de cône et d'une demi-surface de cylindre, la demi-surface de tronc de cône étant dirigée vers le rotor de pompe et l'axe central de la tubulure d'aspiration de la pompe coupant la 3 2606094 ligne de pénétration entre les surfaces cylindrique et tron- conique. Cette solution apporte une purge d'air considérablement améliorée de l'eau de chauffage traversant la pompe de circu- lation. Cela est essentiellement dû au fait que les bulles d'air contenues dans le courant sont repoussées, du fait du mouvement de rotation imprimé aux deux courants partiels, vers le centre de rotation et qu'elles sont amenées ainsi à une plus grande distance de l'ouverture d'aspiration du rotor de pompe. Il en résulte que, à l'intérieur du volume de stabili- sation, elles sont acheminées vers une zone dans laquelle la vitesse de l'eau en direction du rotor de pompe est inférieure à la vitesse de suspension de bulles d'air de telle façon que celles-ci peuvent monter beaucoup plus facilement, sûrement et aussi rapidement dans la chambre de séparation. Il est donc particulièrement avantageux que les deux courants partiels s'éloignent davantage non seulement dans le sens radial mais aussi dans le sens axial de l'ouverture d'aspiration du rotor de pompe en vue de la purge d'air. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente une coupe axiale de l'exemple de réalisation; la figure 2 représente une coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1. En ce qui concerne la pompe de circulation représentée dans les deux figures, il s'agit.d'une version "inline" telle qu'elle est généralement utilisée dans les installations de chauffage actuelles. La pompe se compose d'un corps de pompe l, d'une cloison 2 qui divise l'intérieur du corps en un côté d'aspiration et un côté refoulement, d'un couvercle 3 qui ferme le corps 1 vers l'extérieur, d'un arbre 4 pour le moteur 4 2606094 d'entraînement non représenté sous forme d'un moteur par voie humide, et d'un rotor de pompe 5 sous forme d'une roue centri- fuge montée sur l'extrémité intérieure de l'arbre 4 dans le compartiment de refoulement du corps de pompe. De la manière habituelle, l'ouverture d'aspiration 6 forme avec la cloison 2 une boîte à labyrinthe sans contact entre les côtés aspiration et refoulement du corps de pompe. L'eau du circuit de chauffage d'une installation de chauffage qui contient de l'air et doit être mise en circula- tion pénètre par la tubulure d'aspiration 7 du corps de pompe 1 à l'intérieur dudit corps et rencontre un diviseur de cou- rant 8 lequel divise le courant entrant en deux courants par- tiels 9a et 9b et provoque, en raison de sa forme, un mouve- ment de rotation dans chaque courant partiel, les deux mouve- ments de rotation se faisant en sens opposé l'un par rapport à l'autre. De plus, le diviseur de courant est conformé de telle façon que les deux courants partiels sont déviés par rapport à l'ouverture d'aspiration 6 du rotor de pompe 5, à savoir de telle façon qu'ils s'éloignent dans le sens axial de l'ouver- ture d'aspiration 6 comme cela est indiqué par la flèche A dans la fig. 1. Les particules de liquide des courants partiels 9a, 9b se déplacent ainsi respectivement de manière hélicoïdale autour d'un centre de rotation, chaque centre de rotation coïncidant à peu près avec l'axe de la section du canal d'écoulement constitué respectivement par le corps de pompe 1 et le divi- seur de courant 8 pour les courants partiels 9a et 9b. Du fait de la conformation axiale du diviseur de courant 8, la trajec- toire longitudinale du centre de rotation de chaque courant partiel est également déviée dans le sens axial. Il en résulte que les bulles d'air des courants partiels qui, selon une loi physique, sont acheminées vers le centre de rotation respectif sont poussées vers le milieu des deux canaux d'écoulement et amenées en plus, du fait de la composante de déviation axiale des canaux d'écoulement conduisant les courants partiels, à une plus grande distance axiale de l'ouverture d'aspiration du 2606094 rotor de pompe que celle réalisable sans diviseur de courant 8 ou avec le diviseur de courant bien connu en soi. Etant donné que la vitesse de l'eau aspirée par le rotor de pompe 5 diminue avec le carré de la distance par rapport à l'ouverture d'aspiration 6, et que la vitesse de l'eau descend à une valeur qui est inférieure à la valeur de suspension des bulles d'air, les bulles d'air ne pénètrent plus dans le rotor de pompe 5. De ce fait, elles montent dans une chambre de sé- paration 10, et l'air accumulé ici est évacué du corps de pompe 1 par un évent 11. L'eau de circulation aérée voire li- bérée des bulles d'air quitte la pompe par l'intermédiaire de la tubulure de refoulement habituelle 12. Le diviseur de courant 8 peut présenter différentes formes. Comme il ressort des fig. 1 et 2, il se compose, de préférence, d'un élément demi-coque avec une surface tron- conique 8a et une surface cylindrique 8b, la surface tron- conique étant dirigée vers le rotor de pompe 5 et l'axe cen- tral 7a de la tubulure d'aspiration 7 coupant la ligne de pé- nétration 8c entre les surfaces tronconique et cylindrique. De plus, le diviseur de courant 8 recouvre l'ouverture d'aspi- ration 6 du rotor de pompe 5 par rapport à la section d'admis- sion de la tubulure d'aspiration 7 à l'intérieur d'une plage angulaire a, cette plage angulaire se situant généralement entre 90 et 240 et s'étendant de préférence, suivant la fig. 2, sur au moins 180 .De plus, le diviseur de courant 8 présente une dimension radiale telle que la section d'écoule- ment des canaux d'écoulement mentionnés plus haut, c'est-à- dire la section délimitée par le diviseur de courant, d'une part, et par la face intérieure de la paroi du corps de pompe, d'autre part, est plus grande que la section d'admission de la tubulure d'aspiration 7 du corps de pompe. Le rapport des grandeurs se situe entre deux et huit, la section citée en premier étant, de préférence, généralement quatre à six fois plus grande que la deuxième section d'écoulement. 6 2606094 Des essais ont démontré qu'un diviseur de courant dimen- sionné à l'intérieur de ces limites se distingue par un excel- lent rendement de séparation d'air et assure une formation fiable des courants partiels avec les paramètres d'écoulement désirés, le diviseur de courant présentant, également dans des conditions de services défavorables, un rendement de sépara- tion d'air considérablement accru. Dans d'autres modes de réa- lisation du diviseur de courant 8, celui-ci peut être conformé de telle façon que - vu en coupe transversale - il se compose d'une seule surface tronconique en forme de demi-coque, le rapport entre le grand rayon et le petit rayon se situant à peu près entre 1,2 et 3,0 et, de préférence, à environ 2. Une autre possibilité de profilage pour le diviseur de courant consiste en ce que, au moyen d'un contour parabolique ou hy- perbolique du profil du diviseur de courant, le courant d'eau entrant par la tubulure d'admission 7 est dévié en sens opposé à l'ouverture d'aspiration 6 du rotor de pompe 5. Outre les différents contours de profil précités pour le diviseur de courant, l'homme de l'art peut également concevoir d'autres contours de profil susceptibles de provoquer la déviation axiale voulue des deux courants partiels 9a et 9b. 7 2606094 REVENDICATIONS 1. - Pompe centrifuge en tant que pompe de circulation pour des installations de chauffage, avec un séparateur d'air intégré au corps de pompe, avec un volume de stabilisation prévu du côté aspiration auquel succède une chambre de sépara- tion pour l'air à évacuer dans l'atmosphère, et avec un divi- seur de courant qui sépare le fluide pénétrant dans le corps de pompe en deux courants partiels amenés dans le volume de stabilisation, c a r a c t é r i s é e e n c e que le diviseur de courant (8) imprime aux deux courants partiels (9a, 9b) un mouvement de rotation superposé à leur mouvement de translation et qu'il dévie les courants partiels (9a, 9b) radialement aussi bien qu'axialement dans le sens opposé à l'ouverture d'aspiration (6) du rotor de pompe (5). 2. - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diviseur de courant (8) présente une surface de souf- flage inclinée, par exemple conique, dont le rayon supérieur est dirigé vers le rotor de pompe (5). 3. - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diviseur de courant (8) présente une surface tron- conique (8a) et une surface cylindrique (8b) et que l'axe cen- tral (7a) de la tubulure d'aspiration (7) de la pompe coupe la ligne de pénétration (8c) entre les surfaces cylindrique et tronconique. 4. - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la section d'écoulement entre le di- viseur de courant (8) et la paroi du corps de pompe (1) qui lui fait face est, de préférence, beaucoup plus grande que la section d'admission de la tubulure d'aspiration (7) de la pompe, ladite section d'écoulement étant généralement deux à huit fois plus grande que ladite section d'admission. 8 2606094 5. - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le diviseur de courant (8) recouvre l'ouverture d'aspiration (6) du rotor de pompe (5) à l'inté- rieur d'une plage angulaire (a) comprise entre 90 et 240 .