Brevet FR2905148A1 — publié le 20080229

GROUPE MOTOPOMPE CENTRIFUGE À ABSORPTION DU COUP DE CLAPET La présente invention se rapporte aux groupes motopompes centrifuges ayant un circuit d'arrêt du moteur asynchrone et un gradateur de tension abaissant la tension d'alimentation du moteur en fonction du temps. Le phénomène de coup de clapet assimilable à un "coup de bélier" dans les installations de relevage, se produit principalement lors de l'arrêt de la pompe. Il est très dommageable pour le réseau hydraulique et particulièrement bruyant et gênant pour les utilisateurs. Il est engendré par la fermeture rapide du clapet anti-retour entraîné par la colonne d'eau en aval du clapet. C'est la combinaison du débit et de la contre-pression élevée qui déterminera la puissance du "choc". Pour pallier ce phénomène, plusieurs solutions industrielles existent, on peut citer les dispositifs mécaniques ou hydrauliques suivants : la soupape de décharge qui s'ouvre pour évacuer une partie de l'eau, le dispositif anti-coup de bélier composé d'une membrane et d'un ressort de compensation, les dispositifs faisant effet d'amortisseur hydraulique, les clapets avec fermeture asservie. Ou encore des dispositifs électriques. Le coup de bélier étant provoqué par l'arrêt rapide de la pompe, des dispositifs d'arrêt progressif du moteur de la pompe ont été développés. L'arrêt progressif du moteur permet de faire baisser la vitesse du moteur progressivement et ainsi de diminuer la pression et le débit afin d'obtenir une fermeture silencieuse du clapet. 2905148 2 Ce principe de ralentisseur est actuellement de plus en plus utilisé. Deux principes sont diffusés : le variateur de fréquence le gradateur de tension. 5 Le variateur de fréquence est très bien adapté pour les installations où le "process" nécessite des points de fonctionnement asservis, mais est trop coûteux pour les installations simples. Le gradateur de tension, quant à lui, ne permet 10 pas un contrôle continu de la vitesse, mais autorise ponctuellement une certaine variation de la vitesse suffisante lors de la mise en route et de l'arrêt de la pompe. Les dispositifs de gradateur connus sur le 15 marché disposent de pentes de réglage pré-établies pour permettre le contrôle du démarrage et du ralentissement du moteur. Ces dispositifs, bien qu'ayant une vocation universelle, se révèlent en fait peu efficaces. 20 L'invention pallie ces inconvénients par un groupe motopompe centrifuge qui absorbe le coup de clapet plus efficacement que jusqu'ici. Suivant l'invention, le gradateur est conçu de manière à abaisser la tension suivant une courbe, dont 25 la partie vers les temps les plus grands tourne sa convexité vers le haut dans le graphique où la tension (V) est portée en ordonnées et le temps (T) en abscisses. Ladite partie de la courbe est notamment de la 30 forme V = -axa + bx2 - cx + d, a étant compris entre 0,01 et 0,03 en étant égal, de préférence, à 0,015, b étant compris entre 0,02 et 0,04 en étant égal, de préférence, à 0,03, c étant compris entre 0,10 et 0,40 en étant égal, de préférence, à 0,25 et d étant compris 35 entre 2 et 10 en étant égal, de préférence, à 6,4 ; x représentant une fraction de la durée totale de l'arrêt du group motopompe soit 2905148 3 D n, D étant cette durée et n étant un nombre entier habituellement compris 5 entre 4 et 2C) à des fins de bon ajustement de la courbe. Alors que jusqu'ici ladite partie de la courbe tournait sa convexité vers le bas, en présupposant qu'il fallait abaisser la tension rapidement, puis plus 10 lentement au fur et à mesure que l'on se rapprochait de l'arrêt complet de la pompe, comme cela apparaît normal dans tout processus de freinage, l'invention prend le contre-pied de cette idée préconçue. Il convient, pour éviter un coup de clapet dans un groupe motopompe 15 centrifuge à moteur asynchrone, de commencer à abaisser lentement la tension du moteur en s'adaptant ainsi aux conditions hydrauliques de la pompe qui, au début, a un grand débit de refoulement et est donc susceptible de produire un grand coup de clapet. Ce n'est que vers la 20 fin de l'abaissement de la tension que l'on peut se permettre, si l'on veut ne pas avoir de coup de clapet, d'abaisser la tension plus rapidement, puisque alors le débit de refoulement est plus petit et qu'un coup de clapet n'est pratiquement plus à craindre. Suivant 25 l'invention, on fait correspondre les pentes de décélération aux lois hydrauliques régissant les pompes de relevage. Suivant un mode de réalisation très préféré permettant de conserver des temps d'arrêt du groupe 30 motopompe assez petits alors pourtant que ladite partie de la courbe mentionnée ci-dessus impose un temps d'arrêt relativement long, le gradateur est conçu de manière à abaisser brusquement la tension jusqu'au seuil de démagnétisation du stator du moteur asynchrone 35 à partir de la tension de fonctionnement nominale du moteur, par exemple en moins d'une seconde, notamment en moins de deux dixièmes de secondes. Le gradateur est 2905148 4 notamment conçu de manière à abaisser brusquement cette tension à la tension nominale divisée par ,/-3. En effet, dans cette partie de la courbe, abaisser la tension du moteur asynchrone lentement ne se traduit 5 pas par une diminution concomitante significative de la vitesse de rotation de la pompe. On peut donc parcourir cette partie de la courbe très rapidement pour gagner du temps et obtenir ainsi dans l'ensemble des temps d'arrêt de la pompe acceptables. 10 Suivant l'invention, le circuit d'arrêt comprend un microprocesseur de calcul d'une courbe d'abaissement de la tension en fonction du temps dont la forme est mémorisée dans une mémoire auquel le processeur est relié en lecture et un dispositif de 15 paramétrage de la durée d'abaissement en fonction du débit de la pcmpe. C'est ainsi, par exemple, que pour une pompe ayant un débit de 100 m3 à l'heure, il s'est avéré bon d'avoir une durée d'arrêt de 4 secondes. La durée d'arrêt pour une pompe ayant un autre débit est 20 proportionnelle à ce débit. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la figure 1 est une vue schématique générale d'un groupe motopompe suivant l'invention, 25 la figure 2 est un graphique illustrant l'abaissement de la tension du moteur asynchrone en fonction du temps lors d'un arrêt du groupe motopompe, la figure 3 est un schéma du circuit de commande du groupe motopompe. 30 La figure 1 représente un groupe motopompe de relevage dans une fosse F. Le groupe motopompe comprend une pompe 1 proprement dite sur le conduit 2 de refoulement duquel est monté un clapet anti-retour 3 destiné à empêcher l'eau de revenir lorsque la pompe 1 35 cesse d'aspirer du liquide contenu dans la fosse F et qui y arrive par un conduit 4. La tubulure 5 d'aspiration de la pompe est dirigée vers le bas. La 2905148 5 pompe 1 est du type centrifuge, sa roue 6 étant entraînée par un moteur 7 asynchrone alimenté en courant par un circuit 8 d'alimentation ayant pour chaque phase un triac 9 et un circuit 10 de commande à 5 microprocesseur, commandé par un interrupteur 11. La figure 3 représente de manière plus détaillée le circuit 10 de commande qui comprend une mémoire 12 de données, dans laquelle est mémorisée une courbe V = f (t), qui sera étudiée d'une manière plus 10 précise à l'aide de la figure 2. Un microprocesseur 13 peut lire la courbe dans la mémoire de données et, en fonction d'un paramètre de temps, qui correspond au débit de la pompe utilisée et qui est fourni par un dispositif 14 de paramétrage, le microprocesseur 13 15 peut établir une partie de la courbe de la figure 2 en ayant la durée totale de l'arrêt qui lui est fournie par le dispositif 14 et la forme de la dernière partie de la courbe qui lui est fournie par la mémoire 12, le dispositif 14 de paramétrage fournissant également les 20 éléments nécessaires à l'établissement de la première partie de la courbe. La courbe représentée à la figure 2 donne la tension V d'alimentation du moteur en fonction du temps. L'origine du temps correspond au début d'une 25 opération d'arrêt du groupe motopompe. A cet instant, la tension V est de 400 volts, elle diminue rapidement suivant une première partie 15 de la courbe jusqu'à une valeur de 230 volts atteinte à D, 20, D étant la durée totale de l'arrêt et x étant égal à D 20 30 35 2905148 6 puis elle diminue plus lentement suivant une deuxième partie 16 de la courbe, qui correspond à l'équation V = -0,015x3 + 0,03 xz - 0,25x + 6,4. Cette partie 16 de la 5 courbe tourne sa convexité vers le haut. La durée totale d'arrêt est de 4 secondes, la durée de l'abaissement de la tension suivant la courbe 15 étant inférieure ou égale à deux dixièmes de seconde. 10 REVENDICATIONS 1. Groupe motopompe asynchrone ayant un circuit (10) d'arrêt du moteur (7) asynchrone et un gradateur (8) de tension abaissant la tension d'alimentation du moteur (7), en fonction du temps, caractérisé en ce que le gradateur (8) est conçu de manière à abaisser la tension suivant une courbe, dont la partie (16) vers les temps les plus grands tourne sa convexité vers le haut dans le graphique où la tension (V) est portée en ordonnées et le temps (t) en abscisses. 2. Groupe motopompe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie (16) de courbe 15 est de la forme V = -axa + bx2 - x + d a étant compris entre 0,01 et 0,03 en étant égal, de préférence, à 0,015, b étant compris entre 0,02 et 0,04 en étant égal, de préférence, à 0,03, 20 c étant compris entre 0,10 et 0,40 en étant égal, de préférence, à 0, 25 et d étant compris entre 2 et 10 en étant égal, de préférence, à 6,4. x étant une fraction de la durée d'arrêt du 25 groupe motopompe. 3. Groupe motopompe suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gradateur est conçu de manière à abaisser brusquement la tension jusqu'au seuil de démagnétisation du stator du moteur asynchrone 30 à partir de la tension de fonctionnement nominale du moteur en moins de 1 seconde, et de préférence, environ de deux dixièmes de seconde. 4. Groupe motopompe suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gradateur est conçu de 35 manière à abaisser brusquement la tension à la tension nominale divisée par f3. 2905148 8 5. Groupe motopompe suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit d'arrêt comprend un microprocesseur (13) de calcul d'une courbe d'abaissement de la tension en fonction du 5 temps dont la forme est mémorisée dans une mémoire (12) auquel le processeur est relié en lecture et un dispositif (14) de paramétrage de la durée d'abaissement en fonction du débit de la pompe. 6. Groupe motopompe suivant l'une des 10 revendications précédentes ayant un temps d'arrêt de 4 secondes pour un débit de 100 m3/h de la pompe et la durée d'arrêt pour une pompe ayant un autre débit est proportionnelle à ce débit.