Brevet FR2668555A1 — publié le 19920430

i CARTOUCHE D'ETANCHEITE AVEC ROUES DE DECHARGE La présente invention concerne un système d'étanchéité pour pompe centrifuge, du type comportant des roues de décharge auxiliaires. Elle concerne plus particulièrement un tel système se présentant sous la forme d'une cartouche adaptable sur l'arbre de la pompe en remplacement des systèmes existants, à tresses ou à garnitures mécaniques. Parmi les systèmes d'étanchéité pour pompe centrifuge les plus utilisées sont les tresses, les garnitures mécaniques et les roues de décharge Le système à tresses nécessite un arrosage d'eau claire, ce qui constitue un inconvénient important dans la mesure o il est parfois incompatible avec le type de produit pompé et o il est une contrainte d'utilisation Le système à garnitures mécaniques n'est pas totalement fiable lorsque les produits pompés sont très abrasifs; il s'agit d'un système coûteux dont la durée de vie est limitée et dont la mise en oeuvre est délicate. On a proposé récemment un nouveau système d'étanchéité, dit à roues de décharge, basé sur l'atténuation de la pression régnant derrière la roue de la pompe, roue qui sera dénommée impulseur dans la suite du présent texte Cette atténuation de pression est obtenue en plaçant des ailettes de décharge sur J l'impulseur jusqu'à obtention d'un équilibre avec atmosphérique Ces ailettes garnissent la face l'impulseur lui-même et de deux roues de décharge qui en série dans deux chambres indépendantes Un tel décrit par exemple dans le mensuel CHIMIE MAGAZINE 1989 pages 157 et 158. Ses avantages sont indéniables: aucun risque ou de contamination du produit pompé, aucune L'arrière de la pression arrière de fonctionnent système est de décembre de dilution précaution particulière pour l'utilisateur, très longue durée de vie. Cependant dans son état actuel ce système d'étanchéité avec roues de décharge présente des inconvénients En premier lieu, il fait partie intégrante de la pompe, dont la construction doit être conçue en conséquence En second lieu, il consomme relativement plus d'énergie que les autres systèmes d'étanchéité. C'est l'objet de l'invention que de proposer un système d'étanchéité pour pompe centrifuge qui pallie ces inconvénients. Le système, de manière connue, comporte des roues de décharge auxiliaires Selon l'invention les roues de décharge et les chambres associées aux dites roues sont montées dans une cartouche interchangeable et adaptable sur l'arbre de la pompe. Ainsi il n'est plus indispensable d'équiper la pompe d'origine avec le système d'étanchéité; la cartouche selon l'invention peut même se substituer aux autres systèmes existants, du type à tresses ou à garnitures mécaniques. Avantageusement la cartouche selon l'invention comporte au moins quatre et de préférence six roues de décharge auxiliaires de diamètre très inférieur à celui de l'impulseur. Le faible diamètre des roues de décharge permet de diminuer la puissance consommée par la rotation desdites roues. La cartouche selon l'invention comporte par exemple a une chemise intérieure cylindrique, assortie d'un moyen de solidarisation avec l'arbre de la pompe; b N roues à ailettes, solidaires radialement de la chemise intérieure; c un boîtier cylindrique extérieur, ouvert à sa première extrémité destinée à faire face à l'arrière de l'impulseur, et fermé à sa seconde extrémité de manière étanche sur la chemise intérieure; d (n 1) flasques de séparation, fixés à l'intérieur du boîtier, chaque flasque étant placé dans l'intervalle entre deux roues à ailettes successives de manière à former une chambre indépendante. De préférence la chemise intérieure comporte un épaulement vers sa seconde extrémité, formant butée pour les roues à ailettes montées par vissage sur ladite chemise. De préférence chaque flasque de séparation comporte une partie radiale faisant office de cloison de séparation entre deux roues successives et une partie longitudinale de forme annulaire, dont les bords avant et arrière font office de surface d'appui lors du montage de la cartouche. Le bord avant de la partie longitudinale du premier flasque de séparation prend appui sur la face intérieure de l'extrémité fermée du boîtier, et le bord arrière de la partie longitudinale du dernier flasque de séparation prend appui sur un épaulement interne du boîtier vers l'extrémité ouverte de celui-ci. Le moyen de solidarisation de la chemise sur l'arbre de la pompe consiste par exemple en une clavette, apte à être placée dans un logement consistant en deux évidements pratiqués en regard l'un de l'autre dans la chemise et dans l'arbre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description du mode préféré de réalisation d'une cartouche d'étanchéité pour pompe centrifuge à six roues auxiliaires de décharge, illustré par le dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la cartouche, La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe centrifuge équipée d'une cartouche. La pompe 1 montrée sur la figure 2 est une pompe centrifuge traditionnelle, avec un corps de pompe 2 délimitant un espace intérieur dans lequel est placé l'impulseur 3, entraîné en rotation autour de l'axe 7 par l'arbre 4 L'impulseur 3 comporte sur sa face avant, c'est-à-dire celle qui est tournée vers l'aspiration du produit à pomper, des aubes 5 qui canalisent ledit produit vers la périphérie de l'impulseur 3 et vers la canalisation de refoulement 8 L'impulseur 3 comporte sur sa face arrière des ailettes de décharge 6 dont le rôle est de diminuer la pression régnant dans la zone arrière de l'impulseur 3, délimitée par le corps de pompe 2. Une cartouche d'étanchéité 9 entoure l'arbre 4, enserrée par la partie arrière 10 du corps de pompe 2 Il peut s'agir d'une cartouche contenant des tresses ou des garnitures mécaniques traditionnelles Selon l'invention la cartouche 9 contient six roues auxiliaires de décharge Le détail de la cartouche 9 est représenté sur la figure 1. La cartouche 9 a la même configuration extérieure qu'une cartouche qui contiendrait des garnitures mécaniques ou des tresses Elle est de dimensions suffisamment réduites pour s'adapter sur les pompes existantes, en remplacement des cartouches traditionnelles. Pour mieux comprendre les avantages procurés par le mode préféré de réalisation de la cartouche 9 selon l'invention, la description ci-après se fera dans l'ordre de montage des différents éléments pour constituer la cartouche. La chemise 10 est l'élément qui est destiné à être placé immédiatement autour de l'arbre 4 de la pompe 1 Il s'agit d'un cylindre métallique creux dont l'évidement central est d'un diamètre légèrement supérieur à celui de l'arbre 4 et qui présente vers une de ses extrémités 12 un épaulement 11 Pour faciliter le montage et l'extraction, un évidement central peut localement exister. La surface extérieure de la chemise 10 est filetée entre l'épaulement 11 et son autre extrémité 13. On introduit par vissage sur la chemise 10 une première roue 14 jusqu'à l'épaulement 11 qui fait office de butée pour ladite roue 14 Cette roue 14 est équipée d'ailettes 15 sur la face dirigée vers l'épaulement 11 La configuration des ailettes est telle que lesdites ailettes, n'occupant pas toute la surface de la roue 14, débordent au-dessus de l'épaulement 11. On place ensuite derrière la première roue 14, en la faisant coulisser le long de la chemise 10, une première flasque 16, qui est une pièce coudée, ayant une partie radiale 17 et une partie longitudinale 18, cette dernière débordant au-dessus et au-delà de la roue 14 et des ailettes 15, lorsque le flasque 16 est centré sur l'axe 7 de l'arbre 4. Une pièce annulaire 19 est glissée sur la chemise 10 sous le flasque 16 entre la face arrière de la roue 14 Cette pièce 19 forme entretoise entre deux roues successives. Les mêmes opérations sont répétées quatre fois, à savoir placement d'une roue 14, d'un flasque puis d'une entretoise 19. Enfin on garnit la face extérieure de la chemise 10 en vissant une dernière roue 20. La chemise 10 ainsi garnie de ses six roues à ailettes est introduite dans un boîtier cylindrique 21 dont l'évidement intérieur présente un épaulement 22 à l'une de ses extrémités. Comme cela découle de l'examen de la figure 1, le diamètre de l'évidement intérieur du boîtier 21 est tel, et l'introduction de la chemise 10 garnie des roues de décharge 14 et des flasques de séparation 16 se fait de telle sorte que le dernier flasque 23 placé sur la chemise 10 vient en butée sur l'épaulement 22 intérieur du boîtier 21 tandis que la dernière roue de décharge 20 se trouve-sous ledit épaulement 22. L'autre extrémité du boîtier 21, opposée à l'épaulement 22, est fermée par introduction dans le boîtier 21 et fixation par exemple au moyen de vis 24 d'une bague annulaire 25 prenant appui sur la partie longitudinale 18 du premier flasque 14. La bague 25 comporte, en regard et à la hauteur de l'épaulement 11 de la chemise 10, un évidement annulaire 26 qui sert de logement pour un joint à lèvres 27. Les flasques 16 sont parfaitement positionnés à l'intérieur du boîtier 21: leurs parties longitudinales 18 affleurent la face intérieure du boîtier 21, leurs parties radiales 17 sont placées entre deux roues de décharge 14 successives La rangée de flasques 16 est bloquée en position à deux extrémités par les butées formées d'une part par l'épaulement intérieur 22 du boîtier 21 et d'autre part par la bague de fermeture 25. La bague de fermeture 25 présente un évidement cylindrique intérieur dont le diamètre est supérieur à celui de l'évidement central de la chemise 10 Cette différence de diamètre forme un décrochement qui, lors du placement de la cartouche 9 de l'invention, coopère avec l'épaulement 28 existant sur l'arbre 4. Ainsi la face avant 12 de la chemise 10 vient en butée contre l'épaulement 28 de l'arbre 4. Les dimensions de la cartouche 9 sont choisies en fonction de la position de cet épaulement 28 sur l'arbre 4 et de la configuration de la partie arrière 10 du corps 2 de la pompe 1. Sur la périphérie du boîtier 21 est placé, dans un logement 29, un joint torique 30, pour assurer l'étanchéité avec le corps 2 de pompe. La chemise 10 comporte à l'extrémité 13, opposée -à l'épaulement 12, une rainure 32 qui, lors du placement de la cartouche sur l'arbre 4, est placée face à une encoche 33 pratiquée dans l'arbre 4 La solidarisation de la cartouche 9 et de l'arbre 4 est obtenue par l'introduction d'une clavette dans l'espace formé par la rainure 32 et l'encoche 33. La cartouche étant placée sur l'arbre 4, son fonctionnement est le suivant Le liquide pompé est entraîné par la rotation de l'impulseur 3 à travers les aubes 5 vers la canalisation de refoulement 8 et partiellement vers la zone arrière de l'impulseur 3 Le liquide entraîné vers cette zone arrière passe d'abord entre les ailettes 6 arrière de l'impulseur 3, puis dans la cartouche 9 par l'extrémité ouverte 31 du boîtier 21. La chemise 10 de la cartouche 9 étant solidaire de l'arbre 4 grâce à la clavette, la rotation de l'arbre 4 entraîne en rotation toutes les roues de décharge 16. Le liquide provenant de la zone arrière de l'impulseur 3 est tout d'abord centrifugé par la première roue 20 de la cartouche (qui est en fait la roue appelée dernière lors du montage de la cartouche) Cette roue assure une fonction de filtration dans la mesure o, du fait'de cette centrifugation, les particules solides en dispersion dans le liquide sont projetées vers l'extérieur et ont moins de facilité à pénétrer dans la cartouche 9. Le liquide pénètre ensuite dans les différentes chambres de décharge délimitées entre les flasques 16 L'action des ailettes de décharge tend à diminuer la pression d'une chambre à l'autre jusqu'à atteindre l'équilibre avec la pression atmosphérique La zone d'équilibre fluctue avec le point de fonctionnement de la 7 2668555 pompe sur sa courbe. Ainsi en fonctionnement le liquide n'atteint pas le fond de la cartouche 9, mais ne remplit que par exemple les quatre premières chambres en fonction des conditions opératoires Le joint à lèvres 26 n'est utile que pour assurer l'étanchéité lors de l'arrêt de la pompe. A titre d'exemple, pour un arbre de 42 mm, on a installé une cartouche comportant six roues de décharge 16 de 104 mm; la décharge obtenue à une vitesse de rotation de l'arbre 4 de 1450 tours/mn est de l'ordre du bar La puissance absorbée maximale par la cartouche est de l'ordre de 600 W, dans le cas o les six chambres de décharge sont remplies de liquide Comparativement la puissance absorbée par les systèmes traditionnels d'étanchéité est de plusieurs kilowatts Comme on l'a expliqué précédemment cette diminution de la puissance est due à la mise en oeuvre de roues de décharge ayant un diamètre plus réduit Un autre avantage réside dans une usure moindre du fait de la vitesse périphérique plus faible du liquide et du fait du rôle de filtre de la première roue 20. La cartouche 9 peut aussi être équipée d'un système facilitant son démontage Il peut être difficile d'enlever de l'arbre 4 une cartouche installée depuis un certain temps Aussi on a prévu dans la bague 25 de fermeture du boîtier 21 deux trous taraudés 34 dans lesquels sont vissées deux vis 35 Lors du placement de la cartouche, la tête 36 de la vis 35 doit affleurer la joue avant du palier de la pompe: lors du démontage on dévisse la vis 35 en sorte que la tête 36 prenne appui sur la joue avant du palier et, par force, entraîne un léger déplacement longitudinal de la cartouche 9 par rapport à l'arbre 4, facilitant ainsi la désolidarisation de l'un par rapport à l'autre. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple non exhaustif mais en couvre toutes les variantes En particulier il revient à l'homme du métier de déterminer, au cas par cas, les configurations et dimensions de la cartouche 9 en fonction du type de pompe, et donc le nombre de roues de décharge. REVENDICATIONS 1 Système d'étanchéité pour pompe centrifuge comportant des roues de décharge auxiliaires caractérisé en ce que les roues de décharge ( 14) et les chambres de décharge dans lesquelles tournent lesdites roues sont comprises dans une cartouche ( 9) interchangeable et adaptable sur l'arbre ( 4) de la pompe ( 1). 2 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre et de préférence six roues de décharge ( 14) auxiliaires de diamètre très inférieur à celui de l'impulseur. 3 Système selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la cartouche comporte: a une chemise intérieure cylindrique ( 10) assortie d'un moyen de solidarisation avec l'arbre ( 4) de la pompe ( 1); b N roues à ailettes ( 14) solidaires radialement de la chemise intérieure ( 10); c un boîtier cylindrique extérieur ( 21), ouvert à sa première extrémité destinée à faire face à l'arrière de l'impulseur ( 3), et fermé à sa seconde extrémité de manière étanche sur la chemise intérieure ( 10); d) (n 1) flasques de séparation ( 16), fixés à l'intérieur du boîtier, chaque flasque étant placé dans l'intervalle entre deux roues ( 14) à ailettes successives de manière à former une chambre indépendante. 4 Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que la chemise intérieure ( 10) comporte un épaulement ( 11) vers sa seconde extrémité ( 12), formant butée pour les roues à ailettes ( 14) montées par vissage sur ladite chemise ( 10). Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque flasque de séparation ( 16) comporte une partie radiale ( 17) faisant office de cloison de séparation entre deux roues successives ( 14) et une partie longitudinale ( 18) de forme annulaire, dont les bords avant et arrière font office de surface d'appui lors du montage de la cartouche ( 9). 6 Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen 9 2668555 de solidarisation de la chemise sur l'arbre de la pompe consiste en une clavette, apte à être placée dans un logement consistant en deux évidements ( 32,33) pratiqués en regard l'un de l'autre dans la chemise ( 10) et dans l'arbre ( 4). 7 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend deux vis ( 35) coopérant avec deux trous taraudés ( 34) dans l'extrémité fermée ( 25) du boîtier cylindrique ( 21), la tête ( 36) desdites vis ( 35) affleurant la zone avant du palier de la pompe.