Brevet FR2906579A1 — publié le 20080404

La présente invention concerne le domaine des pompes, telles par exemple les pompes destinées à aspirer du gaz liquéfié, ces dernières comportant généralement une roue centrifuge. La présente invention concerne plus particulièrement un étage d'aspiration pour une pompe ayant au moins une roue centrifuge, l'étage d'aspiration comprenant un inducteur rotatif muni d'un moyeu et disposé en amont de la roue centrifuge, l'étage d'aspiration comprenant en outre un redresseur disposé entre l'inducteur et la roue centrifuge, le redresseur comprenant une pluralité d'aubes. Une telle pompe à roue centrifuge est déjà connue. Considérée selon la direction d'aspiration du fluide, la pompe à roue centrifuge comporte successivement un étage d'aspiration, la roue centrifuge et des conduites pour guider le fluide aspiré jusqu'à l'extrémité aval de la pompe d'où il est refoulé. L'inducteur est la pièce rotative située le plus en amont de la pompe et qui permet l'aspiration du fluide. De manière connue, l'inducteur comporte des pales formant une hélice, son moyeu étant entrainé en rotation par un arbre rotatif fixé au rotor du moteur de la pompe. En aval de l'inducteur se trouve le redresseur dont la fonction est de réduire la composante rotationnelle du fluide refoulé par l'inducteur avant son entrée dans la roue centrifuge. Dans les étages d'aspiration déjà connus, les aubes du redresseur sont fixes par rapport à un carter de la pompe et s'étendent radialement pratiquement jusqu'à l'arbre de rotation de la pompe, les extrémités des aubes situées du côté de l'arbre de rotation étant reliées entre elles par l'intermédiaire d'une couronne entourant l'arbre de rotation. Il est de plus généralement prévu une pièce de guidage, tel un palier, entre la couronne et l'arbre de rotation pour guider en rotation ce dernier. On comprend que la réalisation d'un redresseur comprenant une 30 telle couronne est complexe et qu'au surplus, la présence d'un palier rend l'étage d'aspiration particulièrement onéreux. Un but de la présente invention est de fournir un étage d'aspiration qui est en grande partie exempt des inconvénients mentionnés ci-dessus. Ce but est atteint par le fait que le moyeu présente une surface 35 aval s'étendant axialement en convergent vers la roue centrifuge, et par le fait que les aubes du redresseur ont des extrémités libres, lesdites aubes 2906579 2 faisant radialement saillie vers ladite surface aval de telle sorte que les extrémités libres des aubes viennent affleurer ladite surface aval. Au sens de la présente invention, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens d'aspiration de la pompe, tandis que les 5 termes axial et radial sont définis par rapport à l'axe de rotation de la pompe. En outre, par surface convergente, on entend une surface dont la courbe génératrice converge vers l'axe de la pompe. On comprend donc que le moyeu comprend une portion aval dont 10 la section radiale se réduit en direction de la roue centrifuge. Par extrémités libres, il faut entendre que ces extrémités ne sont pas reliées entre elles, contrairement à l'art antérieur, si bien que le redresseur selon la présente invention, ne comprenant pas de couronne, est plus simple et donc moins couteux à fabriquer. 15 En outre, l'absence avantageuse de pièce de guidage de l'arbre de rotation dans l'étage d'aspiration simplifie encore sa réalisation. Enfin, la réduction du nombre de pièces nécessaires à la réalisation de l'étage d'aspiration confère à ce dernier une fiabilité supérieure à celle des étages d'aspiration déjà connus. 20 Au sens de l'invention, on entend par affleurer le fait qu'il subsiste un léger jeu entre chacune des extrémités libres des aubes et la surface aval du moyeu. De manière préférentielle, chacune des extrémités libres des aubes affleure la surface aval sur toute sa longueur. 25 Avantageusement, le redresseur entoure la surface aval du moyeu de l'inducteur, améliorant ainsi la compacité de l'étage d'aspiration. On comprend donc que le moyeu de l'inducteur s'étend dans l'intérieur du redresseur. Avantageusement, les aubes du redresseur sont fixées à une virole extérieure qui converge axialement vers une entrée de la roue centrifuge. Ainsi, le fluide aspiré est avantageusement dirigé au plus près de l'axe de rotation de la roue centrifuge, ce qui permet de réduire le diamètre de cette dernière afin d'améliorer encore la compacité de la pompe. De manière préférentielle, la virole extérieure du redresseur constitue une portion aval d'une virole extérieure de l'étage d'aspiration, 2906579 3 cette dernière ayant en outre une portion amont constituant une virole extérieure pour l'inducteur. De manière préférentielle, l'espace situé entre la surface aval du moyeu et la virole extérieure du redresseur définit une veine annulaire 5 permettant le passage d'un fluide refoulé, cette veine annulaire présentant une hauteur radiale sensiblement constante sur toute la longueur axiale du redresseur. Il en résulte que l'extension radiale des aubes est sensiblement constante sur toute la longueur axiale du redresseur. 10 La présente invention concerne également une pompe comprenant un étage d'aspiration selon la présente invention. La présente invention concerne en outre un inducteur pour un étage d'aspiration d'une pompe à roue centrifuge, l'étage d'aspiration comprenant un redresseur disposé en amont de la roue centrifuge, le 15 redresseur comportant des aubes ayant des extrémités libres, l'inducteur étant disposé en amont du redresseur et comportant un moyeu présentant une surface aval que les extrémités libres des aubes du redresseur sont aptes à venir affleurer, ladite surface aval s'étendant axialement en convergeant vers la roue centrifuge. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure annexée représentant la partie amont d'une pompe à roue centrifuge comportant un étage d'aspiration 25 selon la présente invention. La figure unique montre une pompe 10 à roue centrifuge destinée préférentiellement mais non exclusivement au pompage de fluide tel du gaz liquéfié. Cette pompe 10 peut par exemple être utilisée pour vider les cuves de méthaniers. 30 Dans la description détaillée qui suit, les adjectifs axial et radial sont définis par rapport à l'axe de rotation A de la pompe 10, tandis que les adjectifs amont et aval sont définis par rapport au sens d'aspiration du fluide. Considérée selon la direction d'aspiration schématisée ici par des 35 flèches, la pompe 10 comprend successivement un étage d'aspiration 12, 2906579 4 une roue centrifuge 14 et une conduite annulaire 16 permettant le refoulement du fluide aspiré. L'étage d'aspiration 12 selon l'invention comporte un inducteur 18 rotatif muni d'un moyeu 20 entraîné en rotation par un arbre de rotation 5 22 de la pompe 10, l'arbre de rotation 22 étant quant à lui entrainé par un moteur électrique 24 disposé en aval de la roue centrifuge 14. Comme on le constate sur la figure, le moteur électrique 24 est bordé par la conduite de refoulement 16. On constate aussi que l'arbre de rotation 22 entraîne également en 10 rotation la roue centrifuge 14. On comprend à l'aide de la figure que le fluide est aspiré par l'étage d'aspiration, accéléré par la roue centrifuge 14 puis guidé vers l'aval par la conduite de refoulement 16. Le moyeu 20 de l'inducteur 18 présente une surface extérieure 15 comprenant une surface amont 20a s'étendant vers l'amont de la pompe 10 en convergent, ainsi qu'une surface aval 20b s'étendant avantageusement en convergent vers la roue centrifuge 14, de telle sorte que le moyeu 20 présente un diamètre plus grand dans sa partie médiane qu'à ses extrémités. 20 Par surface convergente, on entend que la génératrice de cette surface tend à se rapprocher de l'axe A de la pompe. Comme on l'a montré sur la figure, la surface amont 20a du moyeu porte des pales 28 s'étendant radialement vers une virole extérieure 30 entourant le moyeu 20, tandis que la surface aval 20b du moyeu est 25 sensiblement lisse. On comprend que lors de la rotation de l'inducteur 18, le fluide aspiré par l'inducteur s'écoule dans la veine annulaire V définie par l'espace situé entre la surface extérieure du moyeu 20 et la virole extérieure 30, vers la surface aval 20b du moyeu 20. 30 Conformément à l'invention, l'étage d'aspiration 12 comporte en outre un redresseur 34 qui est disposé entre l'inducteur 18 et la roue centrifuge 14. La fonction du redresseur 34 est de réduire la composante rotationnelle du fluide provenant de l'inducteur 18 avant son entrée dans 35 la roue centrifuge 14, cette dernière ayant une entrée 32 située en sortie du redresseur 34. 2906579 5 Pour ce faire, le redresseur 34 comporte une pluralité d'aubes 36 de redressement faisant saillie depuis une portion annulaire 30a de la virole extérieure 30 vers la surface aval 20b du moyeu 20, ces aubes 36 présentant des extrémités libres situées du côté opposé à la virole 5 extérieure 30. A l'aide de la figure, on voit que le redresseur 34 entoure la surface aval du moyeu de l'inducteur, c'est-à-dire que le moyeu 20 de l'inducteur 18 s'intègre dans une cavité délimitée par les extrémités libres des aubes 36. 10 D'une manière particulièrement avantageuse, chacune des aubes 36 est conformée de telle sorte que son extrémité libre affleure la surface aval 20b du moyeu 20, de préférence sur toute la longueur de ladite extrémité libre, c'est-à-dire qu'il demeure néanmoins un jeu faible entre l'extrémité libre de chacune des aubes 36 et la surface aval 20b. 15 Comme on le constate sur la figure, la portion annulaire 30a de la virole extérieure 30 présente une longueur axiale sensiblement égale à la longueur axiale de la surface aval 20b d'une part, et s'étend axialement en convergent vers la roue centrifuge 14 d'autre part. L'espace délimité entre la surface aval 20b et la portion annulaire 20 30a définit donc une veine annulaire convergente pour l'écoulement du fluide, ce dernier étant par conséquent dirigé vers la roue centrifuge 14 tout en se rapprochant de l'axe A de la pompe du fait de la convergence de la veine annulaire. Un intérêt de faire entrer le fluide dans la roue centrifuge 14 le plus 25 près possible de l'axe de rotation de cette roue réside dans le fait que l'on peut réduire avantageusement le diamètre de la roue centrifuge et, par voie de conséquence, améliorer encore la compacité de la pompe 10. Grâce à la présente invention, on comprend que la virole extérieure 30 peut avantageusement être moulée d'une seule pièce avec les aubes 30 36 du redresseur 34 ce qui simplifie la fabrication de la pompe et améliore sa fiabilité. On conçoit donc que l'étage d'aspiration 12 selon la présente invention peut avantageusement être constitué de deux pièces moulées, à savoir la virole extérieure munie des aubes 36 du redresseur d'une part, et 35 de l'inducteur 18 d'autre part. REVENDICATIONS 1. Etage d'aspiration (12) pour une pompe (10) ayant au moins une roue centrifuge (14), l'étage d'aspiration comprenant un inducteur rotatif (18) muni d'un moyeu (20) et disposé en amont de la roue centrifuge, l'étage d'aspiration comprenant en outre un redresseur (34) disposé axialement entre l'inducteur et la roue centrifuge, le redresseur comprenant une pluralité d'aubes (36), l'étage d'aspiration étant caractérisé en ce que le moyeu (20) présente une surface aval (20b) s'étendant axialement en convergent vers la roue centrifuge (14), et en ce que les aubes (36) du redresseur (34) ont des extrémités libres, lesdites aubes faisant radialement saillie vers ladite surface aval (20b) de telle sorte que les extrémités libres des aubes viennent affleurer ladite surface aval. 2. Etage d'aspiration selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redresseur (34) entoure la surface aval (20b) du moyeu (20) de l'inducteur (18). 3. Etage d'aspiration selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les aubes (36) du redresseur (34) sont fixées à une virole extérieure (30) qui converge axialement vers une entrée (32) de la roue centrifuge (14). 25 4. Etage d'aspiration selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espace situé entre la surface aval (20b) et la virole extérieure (30) du redresseur (34) définit une veine annulaire (V) permettant le passage d'un fluide aspiré, la veine annulaire présentant une 30 hauteur radiale sensiblement constante sur toute la longueur axiale du redresseur. 5. Etage d'aspiration selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur axiale du redresseur (34) est 35 sensiblement égale à la longueur axiale de la surface aval (20b) du moyeu de l'inducteur. 2906579 7 6. Pompe comprenant un étage d'aspiration (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 5 7. Inducteur (18) pour un étage d'aspiration d'une pompe (10) à roue centrifuge, l'étage d'aspiration (12) comprenant un redresseur (34) disposé en amont de la roue centrifuge (14), le redresseur comportant des aubes ayant des extrémités libres, l'inducteur (18) étant disposé axialement en amont du redresseur et étant 10 caractérisé en ce qu'il comporte un moyeu (20) présentant une surface aval (20b) que les extrémités libres des aubes (36) du redresseur (34) sont aptes à venir affleurer, ladite surface aval s'étendant axialement en convergeant vers la roue centrifuge (14).