Brevet FR2674293A1 — publié le 19920925

POMPE CENTRIFUGE A JOINT ANNULAIRE DE ROUE PERFECTIONNE. L'invention de rapporte à un joint annulaire de roue pour des pompes centrifuges destinées au pompage de boues et plus particulièrement de boues abrasives Un problème dans le pompage des boues, comprenant des matières solides abrasives en suspension, est l'action abrasive des matières solides en suspension est l'usure consécutive des composants de la pompe Cette usure entraîne un agrandissement du jeu entre les éléments rotatifs et fixes avec une fuite consécutive du fluide pompé qui repasse entre le jeu entre le joint annulaire et les pertes sérieuses consécutives de charge et de rendement, et la réduction dans la durée de vie des pièces d'usure, en particulier de la roue et des pièces du carter ou des revêtements de carter adjacentes à cette zone de la roue. Des moyens antérieurs couramment utilisés pour résoudre ce problème sont illustrés sur la figure 1 et procurent un faible jeu ou joint annulaire 1 entre la roue 2 et les revêtements latéraux ou le carter 3 qui agit de façon à empêcher le fluide dans la zone haute pression 4 de la périphérie de la roue de revenir vers la zone basse pression 5 adjacente à l'admission 6 Le joint annulaire 1 est annulaire et concentrique à l'orifice d'aspiration de la roue L'usure consécutive des composants est concentrée sur cette zone annulaire du fait des vitesses relativement élevées du fluide en retour ou qui repasse 9 et de la turbulence consécutive générée. Le fluide s'échappant à travers le joint annulaire 1 entre la roue 2 et le revêtement latéral 3 rejoint l'écoulement principal 7 du fluide se déplaçant dans l'entrée de la pompe jusque dans l'entrée de roue 6 Du fait que ce fluide en retour 9 a une grande vitesse, il tend à distordre la masse de l'écoulement dans la roue 2, conduisant à la formation de tourbillons 8 et d'une turbulence qui entraîne à son tour une usure excessive du bord d'attaque 13 des aubes de la roue. De nombreuses conceptions de joints annulaires existent, toutes avec deux buts principaux: ( 1) procurer la plus forte restriction d'écoulement, et ( 2) minimiser l'usure Dans ce but, des pompes utilisées pour le pompage de matières solides abrasives en suspension ont connue une difficulté particulière dans l'obtention d'une durée de vie satisfaisante dans cette zone d'usure annulaire. Le problème avec les joints annulaires de l'état de la technique est que le fluide en retour 9 se mélange à l'écoulement principal de fluide suivant un angle important (habituellement sensiblement perpendiculaire) par rapport à cet écoulement principal 7 et dans certains cas est incliné jusqu'à s'écouler dans le sens inverse de l'écoulement principal 7 Avec un tel angle important, le décollement de l'écoulement principal 7 de la paroi de conduite est inévitable et un tourbillon 8 de fluide à grande vitesse se forme juste à l'intérieur de l'entrée 6 de la roue 2 en aval du joint annulaire 1 Cette formation de tourbillons est l'une des causes principales de l'usure au niveau du bord d'attaque d'aube de roue 13. Les pompes existantes ont, du fait de cette usure localisée, subi des difficultés particulières dans l'obtention d'une durée de vie satisfaisante dans cette zone annulaire entourant l'orifice d'aspiration de la roue. La présente invention vise à améliorer ce problème existant en prévoyant une conception de joint annulaire qui minimise l'usure globale à la fois sur la roue et sur le revêtement adjacent de la pompe à boue centrifuge. Au sens large, l'invention comporte: une pompe centrifuge comportant: une roue ayant deux éléments rotatifs sensiblement parallèles alignés de façon à tourner autour d'un axe commun de rotation et définissant une ouverture d'admission centrale dans l'un des éléments rotatifs alignée avec l'axe de rotation, plusieurs aubes principales s'étendant sensiblement radialement qui s'étendent entre les éléments rotatifs, et qui s'étendent généralement radialement par rapport à l'axe de rotation de façon à, lorsque ladite roue est installée dans un carter de pompe, pomper du liquide à travers la pompe, et une zone annulaire autour de l'ouverture d'admission centrale de la roue, ladite zone ayant sa surface au moins adjacente à l'ouverture d'admission qui est inclinée en direction de l'ouverture d'admission dans la direction de l'écoulement du fluide suivant un angle entre O et 600 par rapport à l'axe de rotation de la roue; et un revêtement ou un carter de pompe enfermant ladite roue et ayant une entrée alignée avec l'ouverture d'admission centrale dudit élément rotatif, dans laquelle le revêtement ou carter de pompe possède une zone annulaire recouvrant et sensiblement complémentaire en forme à ladite zone annulaire de la roue afin de former ainsi un joint annulaire d'un jeu minimum entre ces deux zones. La présente invention va maintenant être décrite à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 illustre une pompe centrifuge de l'état de la technique; La figure 2 illustre une pompe centrifuge selon une forme de réalisation de la présente invention; La figure 3 illustre une pompe centrifuge selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention; La figure 4 illustre une pompe centrifuge selon une autre forme de réalisation de la présente invention; et La figure 5 illustre une roue selon une autre forme de réalisation de la présente invention. Il a été constaté lors d'essais que l'angle suivant lequel le fluide en retour 9 rejoint l'écoulement principal 7 est critique pour le contrôle du retour et de l'usure consécutive adjacente à l'entrée de la roue par les fluides en retour 9 provenant de la zone haute pression 4 et allant vers la zone basse pression 5 au niveau de l'entrée 6 de la roue 2. Il a été constaté par l'inventeur, en réduisant l'angle d'entrée du jeu du joint annulaire 1 par rapport à l'axe de rotation dirigé vers l'ouverture d'entrée 6 de la roue 2 (c'est-à-dire avec la direction d'écoulement dans la roue), qu'il y avait une réduction d'usure sur le revêtement du carter 3 et la roue 2 comparée à l'usure qui se produit dans les pompes antérieures. Le profil du jeu du joint annulaire 10 et 11 peut être droit, comme cela est représenté sur les figures 2, 4 et 5, ou courbe comme cela est représenté sur la figure 3, et l'angle d'intersection de la sortie de ce jeu avec l'ouverture d'admission est de préférence entre 10 et 300 Les joints annulaires 1, , 11 ont été mis en évidence par souci de clarté. En réduisant ainsi l'angle suivant lequel le fluide en retour 9 rejoint le fluide principal 7 l'usure sur la roue 2 est fortement réduite du fait que le fluide principal 7 reste collé à la paroi de conduite d'entrée et que la formation de tourbillons au niveau du bord d'attaque d'aube 13 est réduite ou éliminée. Les essais expérimentaux ont montré que J)usure de roue est réduite de manière significative lorsque l'angle du fluide en retour est entre 10 et 600 par rapport à l'axe L'angle préféré est entre 20 et 450. La longueur maximum du joint formé n'est pas critique Toutefois, comme cela est représenté sur la figure 5, la largueur minimum du joint ne doit de préférence pas être inférieure à un vingtième du diamètre de l'ouverture d'admission 6 de la roue 2 pour une étanchéité efficace Cette forme de construction du joint annulaire peut être utilisée avec n'importe quelle autre construction de pompe comprenant des aubes de renvoi radiales 12 adjacentes au carter 3, comme cela est représenté sur la figure 4. Il est évident pour les gens du métier que des modifications et des changements peuvent être apportés au joint annulaire décrit ci-dessus sans sortir de l'esprit et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS. 1 Pompe centrifuge comportant: une roue ( 2) ayant deux éléments rotatifs sensiblement parallèles alignés de façon à tourner autour d'un axe commun de rotation et définissant une ouverture d'admission centrale ( 6) dans l'un des éléments rotatifs alignée avec l'axe de rotation, plusieurs aubes principales s'étendant sensiblement radialement qui s'étendent entre les éléments rotatifs, et qui s'étendent généralement radialement par rapport à l'axe de rotation, et un revêtement ou carter ( 3) enfermant ladite roue ( 2) et ayant une entrée alignée avec l'ouverture d'admission centrale dudit élément rotatif, caractérisée par: une zone annulaire autour de l'ouverture d'admission centrale de la roue ( 2) ayant sa surface au moins adjacente à l'ouverture d'admission qui est inclinée en direction de l'ouverture d'admission dans la direction de l'écoulement du fluide suivant un angle entre 0 et 600 par rapport à l'axe de rotation de la roue ( 2); et le revêtement ou carter de pompe ( 3) ayant une zone annulaire recouvrant et sensiblement complémentaire en forme à ladite zone annulaire de la roue ( 2) afin de former ainsi un joint annulaire ( 10, 11) d'un jeu minimum entre ces deux zones. 2 Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit joint annulaire ( 10, 11) a sa sortie faisant un angle entre 100 et 600 avec l'axe de rotation de la roue ( 2) dans la direction de l'écoulement du fluide dans l'entrée de la roue ( 2). 3 Pompe centrifuge selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit joint annulaire ( 10, 11) a sa sortie faisant un angle entre 200 et 450 avec l'axe de rotation de la roue ( 2) dans la direction de l'écoulement du fluide dans l'entrée de la roue ( 2). 4 Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit joint annulaire ( 10) a sa surface dans la zone annulaire qui est de profil plat. 5 Pompe centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit joint annulaire ( 11) a sa surface dans la zone annulaire qui est de profil courbe. 6 Pompe centrifuge selon la revendication 4, caractérisée en ce ledit élément rotatif a des aubes de renvoi ( 12) situées sur sa surface adjacente au revêtement ou carter ( 3). 7 Pompe centrifuge selon la revendication 5, caractérisée en ce ledit élément rotatif a des aubes de renvoi ( 12) situées sur sa surface adjacente au revêtement ou carter ( 3).