Brevet FR2645916A1 — publié le 19901019

Roue directrice pour pompes centrifuges La présente invention concerne une pompe centrifuge à un ou plusieurs étages avec au moins une roue mobile, avec une roue directrice disposée-à la suite de la roue mobile, dans le sens d'écoulement, et présentant plusieurs pales directrices; et avec une chambre annulaire disposée à la suite de la roue directrice et présentant une ouverture de sortie. De telles pompes centrifuges, qui sont connues tant du type à un étage que du type à plusieurs étages, sont fréquemment employées dans des centrales électriques et elles y sont exposées à des conditions de service très pénibles. Une grande disponibilité de la pompe est ici une condition impérative, afin de garantir la disponibilité de la centrale électrique. C'est pourquoi il faut, entre autres, que la fiabilité de la pompe vis-à-vis des attaques de cavitation soit très élevée, afin de garantir une longévité importante à la pompe et une exploitation sans problèmes de la centrale électrique. Dans les pompes du type en question, les phénomènes de cavitation apparaissent dans la région d'admission de la roue directrice et ce pour les roues directrices qui présentent une chambre annulaire à la suite desdites roues. La présente invention a donc pour but, pour des pompes centrifuges soumises à un type de sollicitation qui prévoit également un fonctionnement largement dans la zone de surcharge, d'empêcher l'apparition de cavitation et les dégradations éventuelles des pales de roue directrice qui en résultent. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les canaux de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie, présentent une section assurant un plus grand débit de passage que les autres canaux de la roue directrice, ou par le fait que les pales de roue directrice des canaux de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie, présentent un plus grand angle d'attaque de pale de roue directrice que les autres pales de la roue directrice. En augmentant la section de passage ou encore l'angle d'attaque de pale de roue directrice dans la partie de la roue directrice qui est disposée dans la région de l'ouverture de sortie, on réalise une adaptation au débit de passage respectif. D'une manière étonnante, lors de la résolution du problème, on a constaté que, pour des roues directrices avec une chambre annulaire à la suite de la roue et une ouverture de sortie dans la chambre, lors d'une exploitation de la pompe dans une plage de surcharge étendue, l'ouverture de sortie avait une influence extrêmement négative sur le débit de passage de la roue 2 2- directrice. En augmentant la section de passage ou encore en augmentant l'angle d'attaque de pale de roue directrice, les canaux de roue directrice exposés sont mieux adaptés au débit de passage qui y prévaut et le comportement, vis-à-vis de la cavitation, des différentes pales de roue directrice en est influencé d'une manière positive. On empêche ainsi l'apparition de dégâts dûs à la cavitation sur les différentes parties de pales surchargées. Le comportement en exploitation de l'ensemble de la pompe en matière de capacité de passage, de hauteur de refoulement et de rendement ne subit pas de modification mesurable par rapport à une roue directrice de configuration symétrique. Les solutions décrites selon des caractéristiques supplémentaires de l'invention présentent différentes possibilités d'adaptation de la roue directrice ou encore des pales directrices constituant la roue directrice. Cette adaptation peut être réalisée en modifiant l'angle d'attaque des pales de roue directrice par rapport au flux et/ou en modifiant la section de passage à l'entrée de la roue directrice. Les avantages de la configuration selon l'invention sont les suivants les plus grandes superficies de section des canaux de roue directrice dans la région de l'ouverture de sortie de la chambre annulaire diminuent la vitesse d'écoulement dans ces canaux de roue directrice et les adaptent au débit de passage local. Sans cette mesure, les canaux directeurs situés en dessous de l'ouverture de sortie sont traversés par un flux de vitesse d'écoulement supérieure à la vitesse moyenne, ce qui engendre de fortes chutes de pression et, pai suite, des phénomènes de cavitation. Mais cela se traduirait par une sollicitation supérieure des pales de roue directrice en cas d'exploitation dans la plage de surcharge. La défaillance prématurée des pales de roue directrice serait accompagnée d'une diminution du rendement de l'ensemble de la pompe et d'éventuelles ruptures -de pales, ce qui nécessiterait à nouveau une réparation prématurée. A l'aide de l'augmentation de l'angle d'attaque de la roue directrice pour les pales de roue directrice qui se trouvent dans la région de l'ouverture de sortie, les pertes respectives, par à-coups, peuvent être réduites. Les deux mesures permettent ainsi une augmentation de la fiabilité de fonctionnement, qui est due à la suppression des phénomènes de cavitation. L'exposé qui suit décrit plus en détails des exemples de réalisation de l'invention qui sont représentés sur le dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente une roue directrice avec des superficies de -3 section d'admission différentes, et la figure 2 représente une roue directrice avec des angles d'admission différents. La figure I représente un carter de pompe centrifuge I qui contient une roue directrice 2 à la suite de laquelle est disposée une chambre annulaire 3. La roue directrice est constituée de plusieurs pales directrices 4, un canal de roue directrice 5 étant, chaque fois, formé entre deux pales directrices 4 voisines. La chambre annulaire 3 présente, ici, une ouverture de sortie 6, qui est reliée à une tubulure de refoulement 7. Les pales directrices 8, qui sont en vis-à-vis de l'ouverture de sortie 6 et délimitent des canaux de roue directrice 9 tournés en direction de l'ouverture de sortie 6, présentent un plus grand pas d'aubage t2 que les autres pales directrices 4, les angles de pales directrices étant constants. La roue directrice 2 dispose ainsi d'un pas d'aubage asymétrique, le plus grand pas d'aubage t2 étant présent dans la région de l'ouverture de sortie 6. On obtient ainsi, pour les canaux directeurs 9 disposés dans la région de l'ouverture de sortie 6, une largeur de passage a2, mesurable à l'entrée de la roue directrice, qui est plus grande que la largeur de passage al des autres canaux 5 de la roue directrice. La superficie de section de la roue directrice se calcule en multipliant la section d'admission par le nombre de pales, ou en multipliant la largeur de passage par la hauteur de la roue directrice. La figure 2 représente, dans un carter de pompe correspondant à celui de la figure 1, une autre roue directrice 2 dont les pales 4, 10 sont disposées en étant réparties uniformément sur la périphérie. Toutefois, les pales 10 situées en vis-à-vis de l'ouverture de sortie 6 présentent ici un angle d'attaque de pale de roue directrice alpha2* qui est plus grand que l'angle d'attaque de pale de roue directrice alpha2 des autres pales 4 de la roue directrice. Le plus grand angle d'attaque de pale de roue directrice alpha2* peut être obtenue par une courbure différente de la pale, un biseautage ou une autre forme de pale. Selon la solution utilisée, le pas d'aubage t peut alors être réalisé constant ou différent. Sur les deux figures, la flèche directionnelle désignée WU indique le sens de rotation de la roue mobile qui n'est pas représentée ici. Le carter de pompe 1 peut être employé tant pour des pompes à un étage que pour des pompes à plusieurs étages; pour ces dernières, il sera habituellement employé dans la région du dernier étage de la pompe. Mais il est aussi possible, par exemple pour des pompes centrifuges à soutirage intermédiaire, de prévoir - 4 - également la configuration selon l'invention dans la région du soutirage intermédiaire REVENDICATIONS 1 - Pompe centrifuge à un ou plusieurs étages avec au moins une roue mobile, avec une roue directrice disposée à la suite de la roue mobile dans le sens d'écoulement et présentant plusieurs pales directrices, et avec une chambre annulaire disposée à la suite de la roue directrice et présentant une ouverture de sortie, caractérisée en ce que les canaux (9) de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie (6) sont agencés pour assurer un plus grand débit de passage que les autres canaux de la roue directrice. 2.- Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que les canaux (9) de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie (6) présentent une section assurant un plus grand débit de passage que les autres canaux (5) de la roue directrice. 3.- Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pales (10) de la roue directrice des canaux (9) de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie (6) présentent un plus grand angle d'attaque de pale de roue directrice (alpha 2*) que les autres pales (4) de la roue directrice. 4.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que les canaux (9) de la roue directrice qui sont orientés en direction de l'ouverture de sortie (6), présentent une plus grande largeur de passage (a2). 5.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que les pales de roue directrice (8, 10) disposées en vis-à-vis de l'ouverture de sortie (6), ou les pales de roue directrice (8, 10) des canaux de roue directrice (9) orientés en direction de l'ouverture de sortie (6), présen- tent un plus grand pas d'aubage (t2). 6.- Pompe centrifuge selon l'une des revendications I à 3, caractérisée en ce que les pales de roue directrice (8, 10) qui se trouvent dans la région de l'ouverture de sortie (6), ou les pales de roue directrice (8, 10) des canaux de roue directrice (9) orientés en direction de l'ouverture de sortie (6), présen- tent une autre forme de pales. 7.- Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce qu'une roue directrice réglable pour les pales de roue directrice disposées en vis-à-vis de l'ouverture de sortie, ou pour les pales de roue directrice des canaux de roue directrice orientés en direction de l'ouverture de sortie, présente un réglage de pales de r6ue directrice assurant un plus grand débit de passage.