Brevet FR2630787A1 — publié le 19891103

Pompe mécanique combinée pour fluides électromagnétiques. La présente invention concerne une pompe mécanique combinée, dans laquelle un inducteur est monté au niveau d'une entrée de fluide à une pompe à flux radial et dans laquelle une pompe à flux axial est prévue à l'intérieur de l'inducteur pour augmenter préalablement la vitesse du courant de fluide avant que celui-ci pénètre dans la pompe à flux radial, permettant ainsi de réduire la dimension de la pompe mécanique et bien augmenter le rendement. De façon plus particulière, l'invention concerne la pompe mécanique combinée décrite ci-dessus, dans laquelle la cavitation du fluide circulant dans l'inducteur est minimisée. Dans les surrégénérateurs rapides, on emploie du sodium-liquide comme fluide de refroidissement et on prévoit des pompes à fluide à la fois dans le système de refroidissement et le système de circulation du sodium liquide. Ces pompes d'alimentation en fluide comportent une pompe- électromagnétique et une pompe mécanique-adaptées pour amener le sodium liquide au moyen d'un rotor et d'un aubage. En général, les pompes électromagnétiques ont un faible rendement de pompage et entraînent des coûts de fonctionnement élevés; pour cette raison, elles ne conviennent pas comme pompes à grand débit. D'autre part, il existe une limitation de la vitesse de rotation de la pompe mécanique du fait du risque de cavitation. Lorsqu'on augmente le débit de la pompe, la dimension de la pompe augmente de façon correspondante. Afin d'éliminer ces inconvénients, on propose dans la technique une pompe mécanique combinée du type inducteur, dans laquelle un inducteur tubulaire est monté au niveau de l'entrée de flui de de la pompe mécanique à flux radial et dans laquelle un rotor d'une pompe à flux axial ayant un aubage inducteur est monté à l'intérieur de l'inducteur. Dans une telle pompe mécanique combinée de type inducteur, la vitesse du courant de fluide circulant à travers l'orifice d'aspiration de la pompe mécanique à lux radial est augmentée préalablement par l'aubage inducteur fonctionnant en tant que pompe à flux axial, ce qui augmente :a vitesse du courant de fluide considérée dans son ensemble et permet de réduire la dimension de la pompe mécanique tout en atteignant un rendement élevé. Toutefois, le problème de la cavitation se rencontre dans cette pompe mécanique combinée de type inducteur comme dans la pompe mécanique conventionnelle. En effet, une telle cavitation est produite lorsque la vitesse de rotation de l'aubage inducteur est augmentée afin d'augmenter le débit de la pompe. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "cavitation" désigne un phénomène dans lequel un gaz contenu dans le sodium liquide se manifeste sous forme de nombreuses bulles d'air résultant d'une diminution de pression provoquée par l'augmentation de la vitesse du courant de sodium liquide. Ces bulles d'air se détruisent à un endroit où la vitesse du courant de sodium liquide diminue pour augmenter la pression, avec l'impact produit à ce moment et contribuant à éroder le rotor. Ces bulles d'air entraînent également une diminution du rendement de la pompe. Pour cette raison, les pompes mécaniques combinées conventionnelles de type inducteur fonctionnent à une vitesse de rotation qui ne produit pas de cavitation, exactement comme dans le cas des pompes mécaniques non équipées d'inducteur . Ceci signifie que la pompe mécanique combinée de type inducteur comporte également des limitations en ce qui concerne la réduction de la dimension de la pompe et l'amélioration du rendement de celle-ci. La présente invention vise à résoudre les problèmes précités de la technique antérieure et son but est de procurer une pompe mécanique combinée pour un fluide électromagnétique, ayant un aubage inducteur dans laquelle on utilise simultanément la fonction de la pc- > pe à fluide électromagnétique pour supprimer l'apparition de cavitations et de ce fait pour obtenir un débit supérieur avec une pompe de plus petite dimension. Selon la présente invention, le but précédent est atteint en procurant une pompe mécanique combinée pour un fluide électromagnétique, caractérisée en ce que l'inducteur est adapté pour tourner à l'unisson avec l'aubage inducteur, un aimant est prévu dans l'inducteur et un fluide électromagnétique est utilisé comme fluide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant une réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue à grande échelle montrant des parties essentielles de la figure 1; et - les figures 3a, 3b et 3c montrent divers états fonctionnels de la réalisation de la figure 1. On va maintenant décrire en détail une réalisation préférée de la présente invention en se reportant aux figures 1 à 3. La figure 1 montre une pompe mécanique 1 pour amener du sodium liquide prévu dans le système de refroidissement d'un surrégénérateur rapide. Comme dans la pompe mécanique combinée de type inducteur, cette pompe mécanique 1 a une structure combinant une pompe à flux radial et une pompe à flux axial. Sur la figure 1, un orifice d'aspira- on 3 pour le sodium liquide, servant de fluide de refroidissement, est formé à l'extrémité inférieure du carter 2 de la pompe 1, un orifice d'évacuation 4 pour le sodium liquide est formé au niveau du côté inférieur du carter 2, et un arbre 5 descend longitudinalement dans le carter 2 pour tourner à l'intérieur de ce carter. Un rotor principal 6 pour la pompe à flux radial est prévu à un endroit où l'arbre 5 est en vis-à-vis de l'orifice d'évacuation 4. Le rotor principal 6- est disposé dans un plan horizontal déterminé. Un rotor tubulaire magnétique 8, ayant un aubage inducteur incorporé 7, est monté au niveau de l'orifice d'aspiration de la pompe à flux radial, au niveau de l'extrémité inferieure de l'arbre 5. L'aubage inducteur 7 est monté en descendant axialement de l'arbre 5 et tourne à l'unisson avec celui-ci pour constituer une pompe à flux axial. Le rotortubulairemagnétique 8 est monté pour tourner à l'unisson avec l'arbre 5 pour constituer une pompe à flux axial avec l'aubage inducteur 7. Comme on le voit également sur la figure 2, le rotor tubulaire magnétique 8 a la forme d'un tube enfermant l'aubage inducteur 7 et s'étendant vers le bas jusqu a l'orifi- ce d'aspiration 3. Le rotor tubulaire magnétique de la présente réalisation comporte un aimant permanent ou est équipé d'un tel aimant. Toutefois, on peut remplacer l'aimant permanent par un électroaimant si on le désire. Le rotor tubulaire magnétique 8 fonctionne pour empêcher la cavitation d'apparaître à l'intérieur de l'aubage inducteur 7, comme il apparaîtra ci-après dans la description de son fonctionnement. Dans le fonctionnement de la présente réalisation réaliséecomme indiqué ci-dessus, la rotation de l'arbre 5 fait tourner à l'unisson le rotor principal 6, l'aubage inducteur 7 et le rotor tubulaire magnétique 8. Le sodium liquide, qui est un fluide magnétique, est aspiré par l'orifice d'aspiration 3 dans l'intérieur du rotor tubulaire magnétique 8 pour circuler vers -le haut à l'intérieur de ce rotor 8. Le sodium liquide est expulsé radialement au niveau du rotor principal 6 de façon à être évacué par l'orifice d'évacuation 4. Le fonctionnement décrit ci-dessus est similaire à celui de la pompe combinée du type inducteur bien connu. Toutefois, selon la présente invention, le fonctionnement du rotor tubulaire magnétique 8, en tant que pompe électromagnétique, empêche également la cavitation d'apparaître au niveau de l'aubage inducteur 7.On va maintenant décrire ce fonctionnement en se reportant à la figure 3. La figure 3a montre la répartition des vitesses dans la direction radiale du sodium liquide à l'intérieur du rotor tubulaire magnétique 8 dans le cas où le rotor 8 est fixe et seul l'aubage inducteur 7 tourne, comme dans la pompe mécanique combinée de type inducteur conventionnelle. (Aucun aimant n'est en fait prévu dans le rotor 8.) A l'intérieur de ce type de rotortubulaire magnétique- 8, le sodium liquide est fluidisé sous la forme d'un courant giratoire, la répartition des vitesses du courant de sodium liquide étant telle que le débit est faible au centre de l'aubage inducteur 7 et augmente progressivement en direction de sa périphérie extérieure. De ce fait, lorsque. la vitesse de rotation augmente, une cavitation risque davantage d'apparaître au niveau de la périphérie extérieure où le sodium liquide circule à une vitesse plus élevée. Pour cette raison, on maintient la vitesse de rotation suffisamment faible pour éviter cette cavitation au niveau de la périphérie extérieure. Il en résulte que le débit total de la pompe est réduit de façon correspondante. D'autre part, la figure 3b montre la répartition des vitesses du courant dans le cas où il n'y a, pas d'aubage inducteur et que seul le rotor tubulaire magnétique 8 tourne. Du fait de la rotation du rotor 8, une induction électromagnétique survient entre le magnétisme du rotor 8 et le sodium liquide qui est un fluide magnétique et qui présente une conductibilité électrique. I1 en résulte que le sodium liquide circule sous forme d'un courant giratoire dans le sens de rotation du rotor 8. La densité du flux magnétique imputable au rotor 8 est plus élevée vers le centre, de sorte que le courant giratoire provoqué par le phénomène d'induction électromagnétique devient également plus fort en direction du centre. De façon plus spécifique, la distribution des vitesses du courant dans l'aubage inducteur 7 est telle que la vitesse du courant tend à augmenter vers l'extérieur à partir du centre, tandis que la répartition des vitesses du courant dans le rotor 8 est telle que la vitesse du courant tend à diminuer vers l'extérieur à partir du centre. I1 résulte de ces distributions de vitesses de courant que des vitesses de courant en opposition sont induites dans le courant de sodium liquide. Selon la présente ihvention, l'action de l'aubage inducteur est combinée avec celle due au rotor tubulaire magnétique de sorte que, comme on le voit sur la figure 3c, la répartition des vitesses du courant dans la direction radiale à l'intérieur du rotor 8 devient plus uniforme. Le résultat en est qu'il n'existe pas de région où la vitesse du courant est plus élevée, de sorte qu'il devient possible d'obtenir une vitesse de courant moyenne plus élevée, considérée dans son ensemble, et un débit de pompe plus élevé, en même temps qu'on empêche l'apparition de cavitations. La présente invention n'est pas limitée à la réalisation décrite ci-dessus, qui n'est donnée qu'à titre purement d'illustration. Par exemple, il n1 est pas essentiel que le rotor tubulaire magnétique tourne d'un seul tenant avec l'arbre. Au contraire, il peut être prévu pour pouvoir tourner librement indépendamment de l'arbre. On peut également adopter une structure dans laquelle le rotor tubulaire magnétique et l'aubage inducteur tournent indépendamment de l'arbre. Le fluide employé- peut également être tout autre fluide électromagnétique que le sodium liquide. On doit noter que, du fait qu'on peut obtenir un fonctionnement en tant que générateur électrique si le rotor tubulairemagnétique est fixe et si le rotor tourne, la présente invention peut également être employée comme fonctionnant à la fois comme pompe et comme générateur. La présente invention permet d'obtenir les avantages suivants Du fait qu'on fait une moyenne de la distribution des vitesses de courant du fluide à l'intérieùr de la pompe à flux axial de la pompe mécanique combinée constituée par la pompe à flux axial et par une pompe à flux radial, il devient possible d'augmenter la vitesse du courant dans son ensemble et de supprimer le risque d'apparition de cavitations. I1 en résulte que le débit de la pompe peut être augmenté, sa dimension réduite et que son rendement peut être également augmenté. Du fait qu'il suffit de changer le matériau dans la pompe mécanique combinée de type inducteur conventionnelle, il n'est pas nécessaire d'apporter des changements substantiels à son dessin. L'utilisation de la pompe est également simple. Du fait que de nombreuses réalisations apparemment très différentes de la présente invention peuvent être envisagées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de celle-ci, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à des réalisations spécifiques, autres que celles définies dans les revendications jointes. Revendications. 1. Pompe mécanique combinée de type inducteur (1) pour un fluide électromagnétique, caractérisée en ce qu'elle comprend - un inducteur tubulaire (8) prévu au niveau d'un orifice d'aspiration de fluide d'une pompe mécanique à flux radial (6) et un aubage inducteur (7) monté pour tourner à l'intérieur de l'inducteur (8), cet aubage inducteur formant une pompe mécanique à flux axial et cet inducteur provoquant une augmentation préalable de la vitesse du courant de fluide, cet inducteur tournant à l'unisson avec l'aubage inducteur et ayant un aimant, un fluide électromagnétique étant utilisé en tant que fluide. 2. Pompe mécanique combinée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distribution du flux magnétique produit par l'aimant prévu dans l'inducteur est telle que la densité de flux magnétique est plus élevée en direction du centre de l'inducteur.