Brevet FR2888622A1 — publié le 20070119

Pompe à eau à chicane. L'invention concerne le domaine des pompes centrifuges utilisées par exemple dans des véhicules automobiles, notamment à titre de pompes centrifuges pour circuits de refroidissement de moteurs thermiques. Dans ce domaine, la demande de brevet JP 4 362 297 (CALSONIC) a proposé une pompe à eau munie d'une roue à aubes avec un guide présentant un diamètre central par où l'eau est aspirée. La pompe présente un jeu entre le guide et le corps de pompe. L'espace entre le guide et le corps de pompe forme une nappe par où de l'eau peut s'écouler depuis la sortie des aubes, en relative surpression, jusqu'au diamètre central d'aspiration. Cette eau, qui a déjà été comprimée par la roue à aube et revient inutilement vers l'entrée, représente un débit de fuite qui dégrade le rendement hydraulique de la pompe. La pompe décrite tente de réduire le débit de fuite en forçant les fuites à passer dans une nappe de faible épaisseur et de grande longueur. L'écoulement du débit de fuite se fait dans une épaisseur sensiblement constante, selon une direction d'écoulement variant progressivement. L'inconvénient de ce type de pompe est que la réduction du débit de fuite impose des tolérances serrées pour l'usinage des parties du guide et du corps de pompe en regard ainsi que pour leur positionnement par rapport à l'axe de rotation de la roue à aubes. L'invention propose une pompe centrifuge qui réduit les inconvénients précédents et notamment qui réduit le débit de fuite avec des moyens simples convenant pour une production industrielle. Selon un mode de réalisation, la pompe centrifuge, notamment pour véhicule automobile est équipée d'une roue à aube montée à rotation autour d'un axe dans un corps de pompe entourant la roue à aube. La roue à aube comprend un flasque d'aspiration présentant une ouverture centrale destinée à aspirer un fluide et une jupe axiale entourant l'ouverture centrale. Le corps de pompe présente un premier décrochement périphérique à l'intérieur duquel pénètre la jupe axiale de la roue à aube avec un premier jeu radial et un premier jeu axial, de manière à former une première chicane. Dans une telle pompe, la perte de charge que voit le débit de fuite est due à la chicane, c'est à dire à l'angle de raccordement entre la nappe de fluide traversant le jeu radial et celle traversant le jeu axial. Ainsi, grâce à la chicane, une même réduction du débit de fuite peut être obtenue avec une nappe d'écoulement plus épaisse. Le corps de pompe et la jupe de la roue à aube peuvent présenter des tolérances de fabrication plus larges, compatibles avec une production industrielle de grande de série. Avantageusement, le corps de pompe reçoit un tube d'aspiration dont une extrémité pénètre à l'intérieur de l'ouverture du flasque d'aspiration et dont une surface cylindrique extérieure présente un deuxième jeu radial par rapport à une surface cylindrique intérieure de la jupe, formant une deuxième chicane. L'extrémité du tube peut être guidée en translation par un joint d'étanchéité comprimé entre le tube et un alésage du corps de pompe, l'immobilisation du tube par rapport au corps de pompe étant assuré par un moyen de fixation situé à distance de l'extrémité du tube. Avantageusement, la roue à aube comprend un flasque d'entraînement relié à un arbre monté à rotation par rapport au corps de pompe, les aubes étant reliées au flasque d'entraînement et au flasque d'aspiration. Avantageusement, les jeux radiaux sont supérieurs au centième du diamètre de l'ouverture du flasque d'aspiration. Cette caractéristique correspond à des pompes de grande série et de petites dimensions. Ce domaine de la technique est très différent de celui des turbines de barrage hydroélectriques ou des pompes pour centrales nucléaires, pour lesquels des tolérances de quelques dixièmes de millimètres pour une roue à aubes de plus d'un mètre de diamètre sont envisagées. Selon une variante, le corps de pompe comprend un deuxième décrochement périphérique, décalé axialement et radialement par rapport au premier décrochement périphérique, la jupe axiale présentant avec un même jeu radial, deux surfaces cylindriques concentriques en regard du premier et du deuxième décrochement, lesdites surfaces cylindriques étant raccordées par un épaulement présentant un deuxième jeu axial par rapport au deuxième décrochement de manière à former une autre chicane. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: -la figure 1 est une coupe selon un plan axial d'une pompe selon l'invention; -la figure 2 est une vue de détail des chicanes de la pompe, montrant une variante de réalisation. Comme illustré sur la figure 1, la pompe centrifuge comprend une roue à aube 1 logée dans un corps de pompe 2 et montée à rotation sur un support de pompe 3. Un arbre d'entraînement 4 traverse de manière étanche le support de pompe 3 et reçoit d'un côté la roue à aube 1 et de l'autre une poulie d'entraînement 5. Un tube d'alimentation 6 est branché sur le corps de pompe 2 dans l'alignement de l'axe de la roue à aube 1. Le corps de pompe 2 comprend une zone collectrice 7 en forme de volute entourant la roue à aube 1. Une des applications des pompes centrifuges pour véhicules automobiles consiste à mettre en circulation un fluide de refroidissement d'un moteur thermique que l'on désignera par de l'eau dans la suite de la demande. Dans ce cas, le corps de pompe 2 est intégré au bâti du bloc moteur, la zone collectrice 7 est reliée à des conduits de refroidissement ménagés à l'intérieur du bloc moteur. Le corps de pompe 2 présente un alésage 8, de diamètre supérieur au diamètre extérieur de la roue à aube 1, de sorte que l'ensemble comprenant le support de pompe 3 et la roue à aube 1 peut être introduit à l'intérieur du corps de pompe 2. La poulie 5 peut être entraînée par une courroie, non représentée, à un arbre entraîné par le moteur. La roue à aube 1 possède un flasque d'entraînement 9, monté fixe sur l'arbre d'entraînement 4 et s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement 4. Une pluralité d'aubes 10 s'étendent perpendiculairement au flasque d'entraînement 9. Les sommets des aubes sont reliés par un flasque d'aspiration 11, profilé, sensiblement conique autour de l'axe de la roue à aube 11. Le flasque d'aspiration 11 présente une ouverture centrale 12 et une jupe axiale 13 entourant l'ouverture centrale 12. Lorsque la roue à aube 1 tourne dans un sens donné, l'eau est aspirée depuis l'ouverture centrale 12 et projetée vers l'extrémité radiale de la roue à aube 1. La zone collectrice 7 est en relative surpression par rapport à l'ouverture 12. La roue à aube 1 est positionnée axialement grâce à une butée axiale 28 de l'arbre d'entraînement 4 sur le support de pompe 3, et à une collerette 29 du support de pompe 3 faisant butée sur le corps de pompe 2. L'étanchéité de la pompe centrifuge est assurée par un joint d'étanchéité 3a entre le support de la pompe 3 et le corps de pompe 2, ainsi que par un joint d'étanchéité 6a entre un diamètre de centrage 6b du tube d'alimentation 6 et un alésage 25 du corps de pompe 2. Une patte de fixation élastique 30 reçoit une partie distale 31 du tube située à distance de l'extrémité du tube 6 pénétrant dans le corps de pompe 2. La patte 30 est fixée rigidement sur le corps de pompe 2. Un logement 30a de la patte de fixation 30 permet de positionner la partie distale 31 par rapport au corps de pompe 2. La distance entre le joint d'étanchéité 6a et la partie distale 31 est de cinq à dix fois le diamètre du tube 6. La distance entre l'extrémité du tube 6 et le joint d'étanchéité 6a est inférieure au rayon du tube 6. Comme illustré sur la figure 2, la jupe axiale 13 comprend une surface cylindrique extérieure 14, une surface cylindrique intérieure 15 et une face dressée 16 reliant les surfaces cylindriques extérieure 14 et intérieure 15. Le corps de pompe 2 comprend un décrochement périphérique 17 comprenant un lamage 18, un alésage 19 et reçoit la jupe axiale 13. La face dressée 16 est en regard du lamage 18 avec un premier jeu axial 20. L'alésage 19 est en regard de la surface cylindrique extérieure 14 avec un premier jeu radial 21. Le flasque d'aspiration 11 présente une surface extérieure 22 en regard d'un fond 23 du corps de pompe 2. Le tube d'alimentation 6 traverse l'alésage 25 du corps de pompe 2 et pénètre à l'intérieur de la jupe axiale 13, de sorte qu'une partie de la surface cylindrique intérieure 15 de la jupe axiale 13 est en regard d'une surface cylindrique extérieure 26 du tube d'alimentation 6 avec un deuxième jeu radial 27. Une nappe d'écoulement de fuite 24 est constituée par le liquide s'écoulant depuis la zone collectrice 7 vers l'espace entre la surface extérieure 22 et le fond 23, puis entre la surface cylindrique extérieure 14 et l'alésage 19, puis entre la face dressée 16 et le lamage 18, puis entre les surfaces cylindriques 26 et 15, jusqu'à l'ouverture 12 de la roue à aube 1. Le flasque d'aspiration 11 permet de séparer deux flux d'eau, un flux principal s'écoulant à l'intérieur de la roue à aube 1 depuis l'ouverture 12 jusqu'à la zone collectrice 7 en passant entre les aubes 10 et un flux de fuite s'écoulant à l'extérieur de la roue à aube 1 entre le flasque d'aspiration 11 et le corps de pompe 2. Le premier jeu radial 21 est la résultante de la tolérance de fabrication de la surface cylindrique extérieure 14, de la tolérance de positionnement de cette surface cylindrique extérieure 14 par rapport à l'arbre d'entraînement 4, de la tolérance de positionnement de l'arbre d'entraînement 4 par rapport à l'alésage 8 du corps de pompe 2 et enfin de la tolérance de positionnement de cet alésage 8 par rapport à l'alésage 19 du corps de pompe 2. Le premier jeu axial 20 est la résultante de la tolérance de fabrication de la face dressée 16, de la tolérance de positionnement de cette face dressée 16 par rapport à la butée axiale 28, de la tolérance de positionnement de cette butée axiale 28 par rapport à la collerette 29, et enfin la tolérance de positionnement de cette collerette 29 par rapport au lamage 18 du corps de pompe 2. La concentricité du diamètre extérieur 26 par rapport au diamètre de centrage 6b du tube 6 résulte de la tolérance de positionnement de la partie distale 31 par rapport au corps de pompe 2 divisée par le rapport des distances axiales de la partie distale 31 et du diamètre extérieur 26 par rapport au diamètre de centrage 6b. Ainsi, le deuxième jeu radial 27 est la résultante de la concentricité du diamètre extérieur 26 par rapport au diamètre de centrage 6b, de la tolérance de centrage effectuée par le joint d'étanchéité 6a, de la tolérance de concentricité de l'alésage 25 et de l'alésage 8 du corps de pompe 2 et de la tolérance de positionnement de la paroi cylindrique intérieure 15 par rapport à l'alésage 8. Tout autre moyen de fixation de la partie distale 31 du tube 6 permettant de centrer l'extrémité du tube par rapport au corps de pompe, convient également. La dégradation du rendement hydraulique de la pompe en raison de l'écoulement de fuite dans la nappe 24, est réduite en introduisant dans la nappe d'écoulement de fuite 24 des chicanes provoquant une perte de charge. Une première chicane de la nappe d'écoulement de fuite est constituée par le raccordement sensiblement à angle droit entre le premier jeu radial 21 et le premier jeu axial 20. Une deuxième chicane de la nappe d'écoulement de fuite est constituée par le raccordement entre le premier jeu axial 20 et le deuxième jeu radial 27. Des angles de raccordement de 60 à 120 conviennent également pour réaliser des chicanes, dès lors que le raccordement de deux portions de la nappe 24 se fait avec une variation brusque d'angle d'écoulement, ou avec une variation brusque de l'épaisseur d'écoulement. Dans un mode de réalisation particulier, le diamètre de l'ouverture centrale 12 de la roue à aube 1 est de l'ordre de 38 mm, les premiers jeux axial 20 et radial 31 sont de l'ordre de 1,5 mm et le tuyau 6 pénètre à l'intérieur de la roue à aube 1 sur une distance de 3 à 7 mm. Grâce à la présence de la première chicane, améliorée par la deuxième chicane, de tels jeux sont suffisants pour réduire le débit de fuite à travers la nappe d'écoulement 24. Ces jeux sont suffisamment larges pour permettre des tolérances d'assemblage et d'usinage des pièces convenant à une fabrication industrielle de grande série des pompes centrifuges. On va maintenant décrire une variante visible uniquement sur la figure 2. Le corps de pompe 2 comprend un deuxième décrochement périphérique 32, décalé axialement et radialement par rapport au premier décrochement périphérique 17 en regard d'une deuxième surface cylindrique 33 de la jupe axiale 13. Les surfaces cylindriques 14 et 33 sont concentriques et présentent un même jeu radial par rapport au premier 17 et au deuxième 32 décrochement périphérique. Un épaulement 34 raccorde les deux parois cylindriques extérieures 14 et 33 et présente un deuxième jeu axial 35 en regard du deuxième décrochement périphérique 32. Cela permet de réaliser une autre chicane. Dans le mode de réalisation décrit, la jupe axiale 13 se trouve à proximité radiale de l'ouverture 12. Dans une variante de réalisation, la jupe axiale pourrait se situer à n'importe quel diamètre sur la surface extérieure 22 du flasque d'aspiration 11, dès lors que la forme de la jupe axiale et du corps de pompe 2 forme au moins une chicane, réduisant le débit de fuite entre la zone collectrice 7 et l'ouverture 12. REVENDICATIONS 1 -Pompe centrifuge, notamment pour véhicule automobile équipée d'une roue à aube (1) montée à rotation autour d'un axe dans un corps de pompe (2) entourant la roue à aube (1), laquelle roue à aube (1) comprend un flasque d'aspiration (11) présentant une ouverture centrale (12) destinée à aspirer un fluide et une jupe axiale (13) entourant l'ouverture centrale (12), caractérisée par le fait que le corps de pompe (2) présente un premier décrochement périphérique (17) à l'intérieur duquel pénètre la jupe axiale (13) de la roue à aube (1) avec un premier jeu radial (21) et un premier jeu axial (20), de manière à former une première chicane. 2 -Pompe selon la revendication 1, dans laquelle le corps de pompe (2) reçoit un tube d'aspiration (6) dont une extrémité pénètre à l'intérieur de l'ouverture (12) du flasque d'aspiration (11) et dont une surface cylindrique extérieure (26) présente un deuxième jeu radial (27) par rapport à une surface cylindrique intérieure (15) de la jupe (13), formant une deuxième chicane. 3 -Pompe selon la revendication 2, dans laquelle l'extrémité du tube (6) est guidée en translation par un joint d'étanchéité (6a) comprimé entre le tube (6) et un alésage (25) du corps de pompe (2), l'immobilisation du tube (6) par rapport au corps de pompe (2) étant assurée par un moyen de fixation (30) situé à distance de l'extrémité du tube (6). 4 -Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la roue à aube (1) comprend un flasque d'entraînement (9) relié à un arbre (4) monté à rotation par rapport au corps de pompe (2), les aubes (10) étant reliées au flasque d'entraînement (9) et au flasque d'aspiration (11). -Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les jeux radiaux (21, 27) sont supérieurs au centième du diamètre de l'ouverture (12) du flasque d'aspiration (11). 6 -Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le corps de pompe (2) comprend un deuxième décrochement périphérique (32), décalé axialement et radialement par rapport au premier décrochement périphérique (17), la jupe axiale (13) présentant avec un même jeu radial (21), deux parois cylindriques concentriques (14, 33) en regard du premier (17) et du deuxième (32) décrochement, lesdites surfaces cylindriques (14, 33) étant raccordées par un épaulement (34) présentant un deuxième jeu axial (35) par rapport au deuxième décrochement (32) de manière à former une autre chicane.