Brevet FR2914373A1 — publié le 20081003

La présente invention concerne un appareil autonome qui protège les pompes centrifuges des circuits hydrauliques des phénomènes physiques que sont le vortex, la cavitation, les coups de bélier, sans capteur d'état ni automate. Le vortex, à l'aspiration des pompes centrifuges, permet à l'air ambiant de pénétrer dans le rouet de la pompe, ce qui provoque une réduction de son débit et de sa pression de refoulement. La cavitation, transformation d'un liquide en gaz dans le rouet d'une pompe par baisse de sa pression etlou augmentation de sa température, provoque une baisse du débit et de la pression de refoulement et une destruction du rouet à moyen terme. Les coups de bélier, violentes perturbations pouvant déplacer un circuit, sont engendrés par une variation trop rapide de la pression ayant pour origine le démarrage d'une pompe, la vaporisation d'un liquide, la condensation d'un gaz en liquide. Les protections contre le vortex , la cavitation et le coup de bélier sont actuellement inexistantes. Les parades actuelles consistent à instrumenter les circuits hydrauliques de nombreux capteurs, afin de définir l'état du fluide, les références à respecter, les marges de sécurité à ne pas franchir. Cette démarche ne garantit pas le franchissement des seuils, la complexité des circuits et les différent états successifs que peut prendre un fluide. Les protections existantes d'une pompe centrifuge ne peuvent porter le nom d'anti-cavitation et/ou d'anti-vortex et/ou d'anti-coup de bélier. L'appareil selon l'invention permet de mémoriser les données hydrauliques d'un circuit composé d'une cloche cylindre dans laquelle les informations sont emmagasinées dans le fluide gazeux sous forme de pression statique de référence, d'un piston cylindrique percé de part en part par un ou plusieurs circuits d'équilibrage, d'une ou plusieurs cavités réceptacles de la ou des sphères. Ce ou ces circuits possèdent des orifices calibrés pour équilibrer les pressions de chaque côté du piston plus ou moins la perte de charge du circuit d'équilibrage et la masse relative de la sphère. L'appareil, selon l'invention, permet à lui seul de protéger les pompes centrifuges des risques de cavitation, de vortex et de coup de bélier. La mémorisation de l'état physique du circuit hydraulique dans sa globalité, (circuit, fluide, pompe) à la mise en service, permet à l'appareil d'interagir sur le débit et sur la pression de refoulement de la ou des pompes pour éviter ou arrêter les vortex, la cavitation, ou les coup de bélier. Elle permet également de rétablir le débit et la pression après disparition du ou des phénomènes, sans autre automate ou capteur d'état du fluide. L'appareil se compose de plusieurs éléments. La figure illustre l'invention. A la mise en service de la pompe ou des pompes centrifuges, le liquide pénètre dans l'appareil par l'entrée (3) du demi-corps inférieur (2). Le piston (5) repose sur son siège 2 (10), se soulève sous l'effet de la pression de refoulement de la pompe et comprime le gaz de la cloche cylindre (9) du demi-corps supérieur (1). La ou les sphère(s) (8) du ou des circuit(s) (6) d'équilibrage, posée dans la cavité (7), se soulève pour la même raison et laisse passer du liquide par le ou les orifice(s) calibré(s) (11), dans la cloche cylindre (9) pour équilibrer la pression de chaque côté du piston. Le gaz ernprisonné dans la cloche cylindre (9) constitue la pression statique de référence du circuit. Ceci compense les fuites de liquide qui transitent de la partie supérieure du piston (5), passent entre ce-dit piston et l'intérieur du corps supérieur (1) et s'évacuent vers la sortie (4) où la pression est inférieure à celle du refoulement de la pompe et est égale à la pression statique du circuit, tant que la partie inférieure du piston n'a pas dégagé la chambre inférieure (12) du corps (2) de l'appareil. C'est durant cette phase que nous avons la montée lente de la pression et du débit à la sortie de l'appareil, par ouverture progressive du débit par le piston (5). Lorsque la partie basse du piston (5) dégage la chambre inférieure (12) vers la sortie (4), la pression de refoulement de la pompe chute à la pression statique du réseau. Ceci engendre une rupture de l'alimentation du circuit d'équilibrage (6), la chute de la sphère (8) dans la cavité (7) obstrue le circuit (6), la baisse de la pression dans la cloche cylindre (9), et crée un nouvel équilibre. Le gaz piégé dans la cloche du cylindre (9) est à une pression correspondant à celle du circuit, dans les condition normales du fluide liquide. Cette pression est représentative des caractéristiques hydrauliques du circuit, de sa pression, de son débit (les pertes de charge du circuit sont proportionnelles au carré du débit), de l'état du fluide (masse volumique) de la pression et du débit de refoulement de la pompe. Le débit et la pression du circuit sont identiques a ceux mesurés sans l'appareil, suite à des essais du prototype. Si l'un de ces paramètres se dégrade, l'équilibre est rompu et le piston (5) descend, poussé par la différence de pression engendrée par cette évolution. La descente du piston (5) réduit le débit jusqu'à la destruction du vortex. Dès la disparition du vortex, le débit reprend, sans capteur d'état ou d'automate. La diminution du débit due à la baisse du piston (5) induit l'augmentation de la pression dans le rouet de la pompe centrifuge. Cette montée de la pression écarte le liquide de sa courbe de saturation, coflapse la bulle de vapeur et arrête la cavitation. Dès la disparition de la cavitation, le débit reprend, sans capteur d'état ni automate. Le débit minimum mécanique doit dans ce cas être refroidi pour le transformer en débit minimum hydraulique, et participe alors à l'arrêt de la cavitation par baisse de la température de l'admission à l'aspiration de la pompe. Si l'équilibre ne peut être atteint, le piston (5) descend et arrête le débit vers la sortie (4), jusqu'à ce que les paramètres du liquide retrouvent leur conditions normales. 3 Pour les très gros diamètres, l'appareil est installé sur un circuit auxiliaire et sert de pilote à l'installation . Les essais du prototype ont vérifié l'efficacité de l'appareil à réaliser une montée lente de la pression et du débit , et à arrêter le vortex et la cavitation. REVENDICATIONS 1) Appareil autonome permettant de protéger une ou plusieurs pompes centrifuges d'un ou des circuits hydrauliques des phénomènes physiques que sont les coups de bélier, le vortex, et la cavitation, sans capteur d'état ni automate. Appareil caractérisé par la présence d'un piston cylindrique (5) dans une cloche cylindre (9). Ce piston est percé de part en part par un ou plusieurs circuits d'équilibrage (6). Chaque circuit d'équilibrage (6) possède un orifice calibré (11), une cavité réceptacle de sphère (7) et une sphère (8). 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisée par le fait de conserver les données hydrauliques d'un circuit grâce à une cloche cylindre (9) dans laquelle les informations sont emmagasinées dans un fluide gazeux sous la forme de pression statique de référence. 3) Appareil selon la revendication 1 caractérisée par le fait que l'appareil, pour les circuits de très gros diamètres, est installé sur un circuit auxiliaire et sert de pilote à l'installation.