Brevet FR2627815A1 — publié le 19890901

Cette invention se rapporte à une pompe centri- fuge et, plus particulièrement, à un ensemble palier pour un type de pompe centrifuge connu sous le nom de "pompe sans joint". Une pompe sans joint est une pompe centrifuge du type dans lequel le rotor et l'ensemble palier sont isolés du mécanisme d'entraînement du rotor par une cloi- son séparatrice qui isole le mécanisme de -pompage de l'environnement et supprime la nécessité d'utiliser des joints rotatifs pour empêcher le fluide pompé de fuir le long de l'arbre. Ce type de pompe est particulièrement avanta- geux pour le pompage de fluides corrosifs ou toxiques qu'il serait dangereux de laisser fuir. Le mécanisme d'entraînement est couplé au rotor de la pompe par des ensembles d'aimants placés respectivement des deux côtés opposés de la cloison séparatrice et qui transmettent le couple du mécanisme d'entratnement au rotor par couplage magnétique. Une pompe centrifuge sans joint doit nécessaire- ment comprendre un ensemble palier du rotor qui soit in- dépendant des paliers du moteur d'entraînement et il faut donc que l'ensemble palier du rotor supporte toute la charge imposée au rotor, y compris les efforts ra- diaux et de poussée axiale. Dans la technique antérieu- re, l'auteur du projet de ce type de pompe utilisait gqé- néralement un rotor fermé, de manière à ramener l'effort de poussée axiale exercé sur l'ensemble palier à une va- leur qu'il est capable de supporter. Toutefois, l'utili- sation d'un rotor fermé est indésirable lorsqu'on pompe des fluides charges de débris ou autres matériaux soli- des, parce que ce rotor se bouche plus facilement et est plus difficile à nettoyer qu'un rotor ouvert. Un but de l'invention est de réaliser une pompe centrifuge du type sans joint possédant un rotor semi-ou- vert et un ensemble palier capable de supporter l'effort créé par le rotor semi-ouvert sans risque de défaillance prématurée. Un autre but de l'invention est de réaliser une pompe centrifuge du type sans joint qui possède un nou- veau dispositif de lubrification des paliers. Un autre but de l'invention est de réaliser une pompe centrifuge du type sans joint qui possède un dispositif de lubrifi- cation des paliers utilisant le fluide pompé comme lubri- fiant et comme liquide de refroidissement pour l'ensem- ble palier. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale d'une pompe centrifuge prise selon l'axe du rotor, et comprenant l'ensemble palier selon l'invention; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1, qui montre la structure de palier de bu- tée axiale à l'extrémité arrière de l'arbre du rotor. La pompe centrifuge sans joint représentée sur les dessins comprend un carter de pompe 1 qui présente une entrée axiale 2, une chambre de pompage 3 et une sor- tie 4, tous ces éléments étant interconnectés par des passages qui traversent le carter. Le carter 1 comprend en outre un pied de monta- ge 5 et une bride annulaire 6 qui entoure la chambre de pompage 5. La bride annulaire 6 est adaptée pour rece- voir un couvercle de carter 7 qui encercle une cartouche de pompe 10 contenant un certain nombres de composants, qui comprennent eux-mêmes un arbre 11 s'étendant axiale- ment, qui porte un rotor de pompe semi-ouvert 12 qui tourne dans la chambre de pompage 6 pendant le fonction- nement de la pompe. La cartouche 10 sera décrite en détail dans la suite. Le rotor semiouvert 12 comprend un flasque 13 et une série de pales 14 dont un bord est solidaire du flas- que 13. Un bloc d'entratnement 16 coiffe la cartouche et est fixé au carter 1 et au couvercle 7 du carter par une série de vis 17 disposées en un cercle sur l'ex- térieur de la bride 6. Le bloc d'entraînement 16 com- prend en outre un pied de montage 18 adapté pour donner appui à la pompe, en combinaison avec le pied de montage du corps 1. Un arbre d'entraînement 19 est monté rota- tif dans le bloc d'entraînement 16, au moyen d'une paire de paliers 20 et 21 espacés axialement, fixés dans le bloc 16, de part et d'autre d'une chambre de paliers adaptée pour contenir un lubrifiant pour les paliers 20 et 21. L'extrémité extérieure de l'arbre 19 est adaptée pour être accouplée à un moteur d'entraînement (non re- présenté) à l'aide de moyens d'accouplement classiques. Le couvercle 7 du carter.est un élément annulai- re qui s'emmanche télescopiquement dans un évidement du' carter 1, en encerclant la chambre de pompage 3 et il présente une lèvre 25 qui recouvre- la bride 6 et est mu- nie de trous qui reçoivent les vis 17. La lèvre annu- laire 25 est interposée entre la bride 6 et une bride. annulaire 26 prévue sur l'extrémité ouverte du bloc d'entraînement 16, les vis 17 servant à maintenir le cou- vercle 7 du corps et le bloc d'entraînement 16 sur le carter 1. Le corps 30 de la cartouche s'ajuste dans le couvercle 7 du carter et possède un épaulement annulaire 31 qui s'appuie contre la face extérieure du couvercle 7 du carter, pour limiter la distance dont le corps de la cartouche pénètre dans le couvercle 7 du carter. Le corps 30 de la cartouche présente à ses deux extrémités des évidements qui entourent respectivement des coussi- nets de paliers avant et arrière 33 et 34. L'arbre 11 du rotor traverse les coussinets 33 et 34 et porte des ba- gues de portée 36 et 37 qui tournent des les coussinets 33 et 34 respectivement. Les bagues 36 et 37 sont emman- chées sur l'arbre 11, avec interposition d'un manchon en- tretoise 39 entre ces bagues. L'extrémité avant de l'arbre 11 porte une colle- rette 41 en saillie vers l'extérieur, cependant qu'une bague de butée 42 est en appui contre la collerette 41 et contre l'extrémité avant du coussinet avant 33. La ba- gue 42 limite le déplacement axial de l'arbre 11 vers l'arrière. Le rotor 12 porte un élément fileté 44 vissé dans un trou fileté de l'extrémité avant de l'arbre 11 et il s'appuie contre la collerette 41 de l'arbre. L'extrémité arrière de l'arbre 11 porte plu- sieurs éléments, dont un jeu de cales 46, une bague de butée 47 et une bague de centrage 48, tous ces élément étant montés coulissants sur l'arbre 11. Un support d'ai- mants 50 est claveté sur l'arbre 11, au moyen d'une cla- vette 51, dans une position telle qu'il s'appuie contre la face arrière de la bague de centrage 48, et il est maintenu en place par un écrou 52 vissé sur l'extrémité arrière de l'arbre 11. L'écrou 52 bloque tous les compo- sants rotatifs de la cartouche 10 en place sur l'arbre 11 gui est contenu dans le corps 30 de la cartouche et traverse les coussinets 33 et 34. L'épaisseur du jeu de cales limite le jeu en bout de l'arbre 11 dans le corps 30 de la cartouche. La bague de butée 47 sert de palier de butée et glisse sur l'extrémité arrière du coussinet arrière 34, tout à fait de la même façon que la bague de butée avant 42 glisse sur l'extrémité avant du coussinet avant 33. Toutefois, la bague de butée arrière 47 est montée libre- ment sur l'arbre 11 et peut prendre des positions excen- triques par rapport à l'axe de l'arbre. La face arrière 54 de la bague de butée 47 est chanfreinée selon un an- gle de 45 degrés par rapport à l'axe de l'arbre 11 et el- le est attaquée par la portée avant arrondie 55 de la ba- gue de centrage 48. La face arrondie de la portée 55 suit un rayon situé dans un plan qui est parallèle à l'axe de l'arbre 11 et qui contient cet axe. La portée 55 et la face arrière chanfreinée 54 de la bague de butée 47 sont dimensionnées de telle ma- nière que la bague de portée 47 puisse venir prendre si nécessaire une position excentrée pour que la face avant de la bague de butée 47 s'appuie à plat contre l'extrémi- té arrière du coussinet arrière 34. Cet agencement per- met à la bague de butée 47 de venir prendre une position qui corrige tout décentrage entre l'arbre 11 et les pa- liers lisses composés des bagues 36 et 37 et les coussi- nets 33 et 34. La bague de butée 47 est clavetée pour tourner avec le support d'aimants 50 par plusieurs che- villes 57 qui sont fixées à la face arrière de la bague de butée 47 et s'étendent vers l'arrière pour se loger avec jeu dans des trous correspondants ménagés dans la face avant du support d'aimants. Les trous sont assez grands pour donner aux chevilles 57 suffisamment de jeu pour permettre à la bague de butée 47 de se déplacer d'une distance suffisante par rapport à l'axe de l'arbre pour régler le centrage de la bague de butée 47 sur l'ex- trémité arrière du coussinet adjacent 34. La périphérie du support d'aimants 50 porte une série d'aimants 58 qui peuvent tourner à proximité immé- diate de la face interne d'une coquille 59 relativement mince, en forme de godet, qui recouvre le support d'ai- mants 50 et les autres parties de la cartouche 10. Le bloc d'entraînement 16 contient un support d'aimants extérieur 61 fixé à l'arbre d'entraînement 19 et qui tourne avec cet arbre autour de la coquille 59 en forme de godet à proximité immédiate de celle-ci. Le support d'aimants extérieur 61 porte une série d'aimants 62 espacés le long de sa surface interne et qui sont accouplés magnétiquement aux aimants 58 portés par le support d'aimants 50 pour transmettre le couple du support d'aimants extérieur 61 à l'arbre 11 du rotor de la pompe. Ce mode d'entraînement d'un rotor de pompe à l'aide d'aimants est bien connu dans la technique des pompes sans joint. Le couvercle de carter 7 renferme un passage de fluide 64 qui s'étend de sa face avant à sa face arriè- re, pour conduire le fluide pompé de la chambre de pompa- ge 33 à l'espace qui contient le support d'aimants 50. Ce fluide atteint le palier de butée qui comprend la ba- gue de butée 47, et il traverse ce palier de butée puis s'écoule vers l'avant le long de l'arbre 11 en traver- sant les paliers 10 qui comprennent les coussinets 33 et 34 et il sort du palier de butée 42 monté sur l'arbre 11 dans la région adjacente au rotor 12. Ce fluide sert à lubrifier et refroidir ces paliers. L'utilisation du fluide pompé comme lubrifiant est possible lorsque la na- ture du fluide pompé lui permet de jouer le rôle de lu- brifiant. Dans le cas o le fluide pompé ne peut pas ser- vir de lubrifiant, par exemple lorsqu'il est trop sale, l'extrémité avant du passage 64 peut être fermée par un bouchon fileté et le fluide lubrifiant est introduit de l'extérieur à travers le passage dérivé 65 qui débouche dans le passage 64 et qui est représenté fermé par le bouchon fileté 66. Normalement, ce fluide lubrifiant est le fluide pompé qu'on a fait passer à travers un disposi- tif de filtrage pour l'épurer. Dans la technique antérieure, les auteurs de projets de pompes sans joint introduisaient le fluide lu- brifiant dans l'ensemble palier à mi-chemin entre les pa- liers lisses, pour faire circuler le fluide lubrifiant dans les deux sens le long de l'arbre 11. On a constaté que ce type de procédé de lubrification ne donne pas de bons résultats avec ce type de pompe dans les conditions envisagées pour la pompe décrite dans le présent mémoi- re. La pression du fluide lubrifiant qui sort de l'extré- mité avant de l'arbre 11 est tellement élevée qu'elle ap- plique une contrainte excessive au rotor 12, ce qui pro- voque une défaillance rapide des paliers. On pourrait ré- duire ce grand effort de poussée en réalisant le rotor 12 sous la forme d'un rotor fermé, ce qui représente la démarche que les auteurs de projets antérieurs de ce type de pompes adoptaient lorsqu'ils étaient confrontés au même problème. Toutefois, les rotors fermés posent d'autres problèmes, tels que le fait qu'ils sont diffici- les à nettoyer. Il convient de mentionner que les surfaces de portée des paliers décrits dans le présent mémoire sont faites de carbure de silicium, qui donne une surface très dure, nécessaire pour supporter les efforts dans ce type de pompe. En dépit de cette mesure, ces paliers étaient incapables de durer jusqu'à l'invention du dis- positif selon l'invention, dans lequel on fait passer le fluide lubrifiant de l'intérieur, à travers le palier de butée 47, puis vers l'avant le long de l'arbre 11, à tra- vers les paliers lisses pour le faire sortir par la ba- que 42 du palier de butée qui est adjacente au rotor 12. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S i - Pompe centrifuge comprenant un carter (1) qui renferme une chambre de pompage (3), un passage d'en- trée de pompe qui part d'une entrée (2) prévue dans le carter et débouche dans la chambre de pompage, et un pas- sage de sortie de pompe qui s'étend de la chambre de pom- page à une sortie (4) prévue dans le carter; un arbre (11) monté rotatif dans ledit carter; un rotor de pompe (12) fixé à l'extrémité avant de l'arbre pour tourner avec l'arbre dans la chambre de pompage, ledit arbre étant monté dans au moins deux paliers (33, 36, 34, 37) espacés l'un de l'autre sur la longueur de l'arbre, ladi- te pompe étant caractérisée en ce que ledit carter (1) renferme un passage destiné à acheminer un fluide lubri- fiant à la partie de l'arbre (11) située en arrière des paliers (33, 36, 34, 37), relativement au rotor (12), et des moyens servant à faire circuler le fluide lubrifiant dans le sens de la longueur dudit arbre, en traversant les deux paliers (33, 36, 34, 37), avant qu'il ne sorte des paliers dans la région adjacente au rotor, de sorte que la pression du fluide lubrifiant est automatiquement abaissée par son passage à travers les paliers et que ce fluide est à une pression sensiblement réduite lorsqu'il sort des paliers dans la région adjacente au rotor. 2 - Pompe selon la revendication 1, caractéri- sée par un palier de butée (47, 48) placé sur l'arbre (11) en arrière des paliers (33, 36, 34, 37), les moyens servant à acheminer le fluide lubrifiant étant agencés pour faire passer le fluide lubrifiant à travers le pa- lier de butée (47, 48) avant que ce fluide ne soit ache- miné aux autres paliers (33, 36, 34, 37), de sorte que la pression agissant sur ce fluide est réduite par le passage en série à travers le palier de butée, puis à travers les autres paliers montés sur la longueur de l'arbre (11) du rotor. 3 - Pompe selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le fluide lubrifiant est pris sur le flui- de pompé. 4 - Pompe selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que le fluide lubrifiant est séparé du fluide pompé. - Pompe centrifuge du type sans joint, compre- nant un carter (1) qui contient une chambre de pompage (3), un passage d'entrée de pompe qui part d'une entrée (2) prévue dans le carter et débouche dans ladite cham- bre de pompage, et un passage de sortie de pompe qui s'étend de la chambre de pompage à une sortie (4) prévue dans le carter; un arbre (11) monté rotatif dans ledit carter; un rotor de pompe (12) fixé à l'extrémité avant de l'arbre pour tourner avec l'arbre dans la chambre de pompage; et un élément (50) fixé à l'arbre (11) et por- tant un premier moyen magnétique (58) adapté pour être accouplé magnétiquement à un deuxième moyen magnétique (62) qui est entraîné en rotation par un dispositif d'en- traînement rotatif, tel qu'un moteur électrique, ledit arbre (11) étant monté dans au moins deux paliers (33, 36, 34, 37) espacés l'un de l'autre sur la longueur de l'arbre (11); une coquille (59) qui entoure l'arbre (11) et les paliers (33, 36, 34, 37) pour isoler la pom- pe de l'extérieur et éviter que le fluide pompé ne fuie, ladite coquille (59) étant interposée entre les deux moyens magnétiques et étant capable de transmettre les forces magnétiques entre les deux moyens magnétiques pour accoupler magnétiquement les deux moyens magnéti- ques l'un à l'autre, ladite pompe étant caractérisée en ce que ledit carter (1) renferme un passage destiné à acheminer un fluide lubrifiant à la partie de l'arbre (11) située en arrière des paliers (33, 36, 34, 37), re- lativement au rotor (12), et des moyens servant à faire circuler le fluide lubrifiant dans le sens de la lon- gueur dudit arbre, en traversant les deux paliers (33, 36, 34, 37), avant qu'il ne sorte des paliers dans la ré- gion adjacente au rotor, de sorte que la pression du fluide lubrifiant est automatiquement abaissée par son passage à travers les paliers, et que ce fluide est à une pression sensiblement réduite lorsqu'il sort des pa- liers dans la région adjacente au rotor. 6 - Pompe selon la revendication 5, caractéri- sée par un palier de butée (47, 48) monté sur l'arbre (11), en arrière des paliers (33, 36, 34, 37) et à l'in- térieur de la coquille (59), les moyens servant à achemi- ner le fluide lubrifiant étant agencés pour faire passer le fluide lubrifiant à travers le palier de butée (47, 48) avant qu'il ne soit acheminé aux autres paliers (33, 36, 34, 37), de sorte que la pression de ce fluide est réduite par le passage en série à travers le palier de butée (47, 48), puis à travers les autres paliers (33, 36, 34, 37) montés sur la longueur de l'arbre (11) du ro- tor.