Brevet FR2670539A1 — publié le 19920619

POMPE MULTI-ETAGEE DESTINEE PARTICULIEREMENT AU POMPAGE D'UN FLUIDE MULTIPHASIQUE DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne de manière générale toutes les pompes multi -étagées utilisant un rotor de grande longueur équipé d'aubes et, en particulier les pompes axiales ou héLico-axiales utilisées pour le pompage des effluents à double phase Par exemple, on peut citer le pompage du fluide constitué d'un mélange de pétrole et de gaz de pétrole dans le cadre d'exploitation de gisements de pétrole, et en particulier de gisements en mer. ART ANTERIEUR Dans la mise en oeuvre d'un récent procédé d'exploitation des gisements marins, les effluents, contenant à la fois du pétrole liquide et du gaz de pétrole, ne sont plus traités sur une plateforme implantée à proximité immédiate, mais sont évacués directement vers la côte ou vers une plateforme existante située à distance Ces effluents étant composés d'un fluide multiphasique, il s'avère nécessaire de disposer de groupes motopompes capables d'évacuer à partir d'un gisement plusieurs dizaines de mètres cubes d'effluents par heure. Dans ce but, on utilise des pompes multi-étagées à double phase pouvant être associées à un groupe moteur, en vue de permettre l'évacuation à grand débit d'un fluide à double phase ou multiphasique tel que les effluents pétroliers. En référence à la figure 2, ces pompes sont constituées d'un rotor comprenant un arbre principal 100 sur lequel sont fixés des impulseurs 102. Comme le montre la figure 2, la fixation de chaque impulseur 102 se fait au moyen d'une clavette 106 introduite dans une fente pratiquée à cet effet dans l'arbre principal 100 Ceci entraîne la réalisation d'un ajustement précis de l'usinage du diamètre intérieur de l'impulseur 102 par rapport au diamètre extérieur de l'arbre 100 Cet ajustement précis coûte relativement cher Ce montage permet au rotor d'être démontable, mais par ce fait rend le rotor difficile à équilibrer après chaque changement d'impulseurs L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une pompe multi- étagée avec une conception différente concernant le rotor. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'objet principal de l'invention est une pompe multiphasique comprenant: un corps principal fermé à ses deux extrémités par une bride d'entrée et une bride de sortie; un arbre placé dans le corps principal et sur lequel sont solidarises des impulseurs; des redresseurs fixés à l'intérieur du corps principal et placés en alternance avec les impulseurs. Selon l'invention l'arbre et les impulseurs constituent un ensemble monobloc réalisé indépendamment Cette structure monobloc permet un montage simple et un équilibrage précis de l'ensemble de l'arbre et des impulseurs constituant le rotor de la pompe De plus, la partie centrale du corps principal est constituée d'au moins autant de rondelles qu'il y a d'étages. Dans une première réalisation de la pompe, l'ensemble constitué de l'arbre et des impulseurs est fabriqué à partir d'une seule et unique pièce dans laquelle les impulseurs sont usinés. Dans une deuxième réalisation de la pompe, les impulseurs sont constitués de couronnes frettées sur l'arbre. Dans un mode particulier de réalisation de la pompe selon l'invention, chaque redresseur est constitué de deux demi-couronnes inserées dans l'espace annulaire séparant deux impulseurs et maintenu en position axiale et angulaire par des rondelles dont l'empilage constitue le corps principal de la machine. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, les rondelles formant le corps principal sont maintenues en place entre les brides d'entrée et de sortie au moyen de goujons reliant ces brides. De préférence, l'arbre est un tube et est terminé à ses extrémités par deux tourillons permettant ainsi de monter l'arbre libre en rotation dans le corps principal par l'intermédiaire de paliers. La pompe selon l'invention est particulièrement destinée au pompage d'effluents à double phase. L'invention et toutes les caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description ci-après. LISTE DES FIGURES La description est accompagnée de différentes figures représentant respectivement: figure 1, en coupe, la pompe selon l'invention; figure 2, la structure de l'arbre des pompes multi-étagées double phase de l'art antérieur; figures 3 A et 3 B, la structure de l'arbre de la pompe selon l'invention; figure 4, en coupe détaillée, une partie de la pompe, pour expliquer le montage de celle-ci; figure 5, en schéma éclaté, le montage des redresseurs autour de l'arbre de la pompe selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION DE LA POMPE SELON L'INVENTION En référence à la figure 1, la pompe selon l'invention comprend un corps de pompe 2 qui est un assemblage, de forme cylindrique sur la majeure partie de sa longueur Le rotor de la pompe est constitué principalement d'un arbre 10 monté tournant autour de l'axe longitudinal 1 du corps 2 Ce dernier est fermé à ses extrémités par des brides (en l'occurrence une bride d'entrée 6 et une bride de sortie 20) Pour minimiser le poids du rotor, l'arbre 10 est réalisé sous la forme d'un tube Ses deux extrémités sont constituées de deux tourillons de support 16 et 18 au moyen desquels l'arbre 10 est monté tournant dans le corps 2 par l'intermédiaire de deux paliers respectifs 17 et 19. L'ensemble de la pompe est maintenu assemblé au moyen de goujons 4 vissés dans une bague de fixation 8 et serrés au moyen d'un écrou 5 prenant appui sur la bride d'entrée 6. La pompe est avantageusement complétée à une extrémité par un boîtier constitué d'une bague 22 et de la bague de fixation 8 sur Le diamètre intérieur duquel peut prendre appui le montage externe du palier 15 et de la butée 19 de ladite extrémité. A l'autre extrémité, la pompe peut être complétée d'une ogive 24, centrée sur l'axe 1 de la pompe. Sur le diamètre intérieur de cette ogive, peut s'appuyer la bague externe du palier 17 correspondant à cette extrémité. La force motrice est communiquée au fluide par la pompe au moyen des impulseurs 12 solidaires de l'arbre 10 et des redresseurs 14, solidaires du corps 2 et placés de manière intercalée entre les impulseurs 12 Le canal créé par l'intervalle entre le rotor constitué d'une part de l'arbre 10 et des impulseurs 12 et d'autre part du stator constitué du corps 2 et des redresseurs 14 délimite le parcours du fluide traversant la pompe. La bride de sortie 20 comprend une cavité 26 placée à la sortie de ce canal de manière à recueillir le fluide propulsé permettant ainsi de l'évacuer au moyen d'une conduite de sortie 28. Sur la figure 1, les impulseurs 12 du rotor selon l'art antérieur, ont été représentés, au moyen de hachures uniques, comme faisant partie intégrante de l'arbre 10 L'ensemble du rotor ainsi constitué est donc monobloc et indémontable Une fois que le rotor est monté tournant autour d'un axe quelconque de rotation, il est ainsi possible de l'équilibrer dynamiquement et statiquement, cet équilibrage restant figé pour toute la durée de vie du rotor. En référence à la figure 3 A, le montage des impulseurs 12 A sur l'arbre 10 A se fait par l'obtention d'un diamètre externe déterminé de l'arbre et par l'alésage de chaque propulseur 12 A à un diamètre égal au diamètre externe de l'arbre 10, de manière à ce que chaque impulseur 12 puisse être monté par glissement autour de l'arbre 10 au cours d'un frettage à chaud, les impulseurs 12 étant dilatés. Le refroidissement de ceux-ci assure leur fixation définitive. Cette structure monobloc permet au rotor, une fois équilibré, d'atteindre des vitesses de rotation supérieures à celles d'un rotor constitué d'impulseurs montés par clavetage, sans engendrer de vibrations On note que des vitesses allant jusqu'à 7 000 tours par minute peuvent être obtenues au moyen d'un tel arbre creux de diamètre extérieur de l'ordre de 240 mm. On note également que la structure d'un arbre en tube permet une économie de poids considérable tout en maintenant un moment d'inertie en rotation par rapport à l'axe longitudinal de la pompe très important. Le montage des tourillons de support 16 et 18 peut également être obtenu par frettage. En référence à la figure 3 B, les impulseurs 12 B peuvent faire partie intégrante de l'arbre l OB. Dans ce cas, ils sont façonnés par usinage d'un tube épais dont le diamètre initial est supérieur au diamètre externe des impu Lseurs 12 B Le rotor ainsi obtenu a évidemment une structure monobloc ayant les mêmes avantages que celles du rotor décrits en regard de la figure 3 A. Le corps 2 de la pompe est constitué de manière préférentielle de rondelles 3 solidarisées par les goujons 4. En référence à la figure 4, la conception de la pompe selon l'invention confère plusieurs avantages de montage de celle-ci. En effet, cette figure représente l'extrémité inférieure de la pompe, avec le rotor monté tournant dans la dernière rondelle 30 dans l'empilement du corps 2, par l'intermédiaire d'un palier quelconque. La bague extérieure de ce dernier prend appui sur la dernière rondelle 30, la bague intérieure de celui-ci prend appui sur un fourreau 32 fretté sur le tourillon support 16 L'ogive 24 fait office de couvercle à ce montage. Selon l'invention, les redresseurs 14 sont constitués chacun de deux demi-redresseurs 14 A et 14 B ayant chacun la forme d'un demi-cercle Ceci permet de monter chaque redresseur en positionnant de part et d'autre de l'arbre 10 chacun de ces demi-redresseurs 14 A et 14 B et de les rapprocher vers l'arbre 10, comme l'indiquent les deux flèches horizontales sur cette figure Chaque redresseur est ainsi intercalé entre deux impulseurs 12 Cette manoeuvre est mieux illustrée par la figure 5 o seuls les demi-redresseurs 14 A et 14 B sont représentés dans la position qui leur permet d'être insérés entre deux impulseurs 12 Cette figure représente également chacune des rondelles 3 constituant le corps 2 de la pompe. Lors du montage, une fois le rotor monté de manière à former un ensemble monobloc, celui-ci est entouré de tous les redresseurs 14 maintenus par les rondelles 3 de la manière qui vient d'être décrite. Ensuite, l'ensemble constitué du rotor complété des rondelles 3 contenant les redresseurs 14 est monté verticalement sur les pièces d'extrémité 6 et 8 par l'intermédiaire des paliers correspondants. Une rondelle 3 est alors enfilée sur le rotor, vient s'appuyer et se centrer sur celle qui la précède et immobilise en position les deux demi-redresseurs. Chaque rondelle 3 bloque en rotation le redresseur 14 correspondant au moyen d'un indexage angulaire. Ce type de montage est à la fois simple est sûr. La structure du rotor permet d'atteindre des vitesses égales à 7 000 tours par minute sans dépasser la vitesse critique maximale de ce rotor avec douze à quinze étages, ce qui rend la pompe selon l'invention particulièrement bien adaptée pour refouler du pétrole se présentant sous la forme d'une phase liquide et d'une phase gazeuse, avec des débits importants. REVENDICATIONS 1 Pompe multi-étagée comprenant: un corps principal ( 2) fermé à ses deux extrémités par des brides d'entrée ( 6) et de sortie ( 20); un arbre ( 10) placé dans le corps principal ( 2) et sur lequel sont solidarisés des impulseurs ( 12); des redresseurs ( 14) fixés à l'intérieur du corps principal ( 2) et placés en alternance avec les impulseurs ( 12), caractérisée en ce que l'arbre ( 10) et les impulseurs ( 12) constituent un ensemble monobloc et que la partie centrale du corps principal ( 2) est constituée d'au moins autant de rondelles ( 3) qu'il y a d'étages. 2 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble constitué de l'arbre ( 10 B) et des impulseurs ( 12 B) est fabriqué à partir d'une seule et unique pièce dans laquelle les impulseurs ( 12 B) sont usinés. 3 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les impulseurs ( 12 A) sont des couronnes frettées sur l'arbre ( 10 A). 4 Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque redresseur ( 14) est constitué de deux demi- couronnes ( 14 A, 14 B) insérées dans une rondelle ( 3), de manière à permettre leur montage autour de l'ensemble constitué de l'arbre ( 10) et des impulseurs ( 12). Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les brides ( 6) et ( 20) sont maintenues aux extrémités du corps principal au moyen de goujons ( 4). 6 Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre ( 10) est un tube et est terminé à ses extrémités par deux tourillons de supports ( 16, 18) permettant de monter l'arbre ( 10) libre en rotation dans le corps principal ( 2) par l'intermédiaire de paliers ( 17, 19). 7 Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinée au pompage d'effluents à double phase.