Brevet FR2934879A1 — publié le 20100212

La présente invention concerne la réduction du bruit créé par les pompes à accélération périphérique, par mise en oeuvre d'une pompe spécifique et d'un procédé de réduction de bruit d'une telle pompe. Les piscines modernes comportent des installations complexes ayant de nombreuses fonctions, notamment une fonction de filtration de l'eau de la piscine, qui met en oeuvre des débits importants à une faible pression, et des fonctions de nettoyage, de commande d'accessoires, etc. qui nécessitent des débits beaucoup plus faibles mais une pression nettement plus élevée. Pour obtenir une telle pression élevée, on pourrait envisager d'utiliser des pompes volumétriques, dont le débit est pratiquement indépendant de la différence de pression, ou des pompes centrifuges, dont la pression varie beaucoup avec le débit. Plus précisément, la caractéristique pression-débit des pompes volumétriques présente une très forte pente, comme l'indique la courbe A de la figure 7, alors que les pompes centrifuges ont une caractéristique pression-débit très étalée, comme l'indique la courbe B de la figure 7. Dans le cas des installations des piscines, dans lesquelles la pression nécessaire est modérément élevée (quelques bars), ces deux types de pompes sont relativement mal adaptées, de sorte qu'on a déjà essayé d'utiliser des pompes dites "à accélération périphérique", aussi parfois appelées "pompes tourbillonnaires". Ces pompes ont une caractéristique pression(P)-débit(Q) qui est intermédiaire par rapport à celles des pompes volumétriques et des pompes centrifuges, comme l'indique la courbe C de la figure 7. Bien qu'elles présentent l'inconvénient de ne pas être autoamorçantes, ces pompes ont l'avantage de posséder un rendement élevé lorsqu'elles pompent l'eau de piscine telle qu'elle sort du filtre. Dans ces conditions d'utilisation, ces pompes à accélération périphérique ont un rendement supérieur aussi bien à celui des pompes centrifuges qu'à celui des pompes volumétriques. Dans cette application aux piscines, les personnes qui se reposent autour d'une piscine sont souvent dérangées par le bruit du système de pompage. Il est donc nécessaire que le système de pompage crée le moins de bruit possible. On sait déjà depuis longtemps que les pompes à accélération périphérique posent un problème de bruit excessif dans certaines applications, par exemple comme pompe de carburant dans une automobile. On a déjà essayé de réduire ce bruit, comme décrit par exemple dans le document US-4 844 621. L'invention concerne ce problème de réduction du bruit d'une installation de pompage, notamment dans le domaine des piscines. Dans ce contexte, l'invention a pour objet de mettre à disposition des pompes à accélération périphérique qui présentent un bruit nettement réduit par rapport aux pompes couramment utilisées, et évitent donc l'utilisation de systèmes volumineux et coûteux d'insonorisation. Selon l'invention, on a déterminé qu'une partie importante du bruit d'une pompe à accélération périphérique était créée à la périphérie du rotor à accélération périphérique, et dépendait en particulier du diamètre du rotor. On s'est rendu compte en particulier que plus le rotor est grand et plus le bruit augmente, pour une même vitesse de rotation. L'invention repose sur cette constatation et a pour objet l'utilisation de rotors de petit diamètre, et notamment le remplacement d'une pompe à rotor unique de diamètre relativement grand par une pompe à deux rotors (ou plus) de diamètre plus petit. Plus précisément, l'invention concerne une pompe à accélération périphérique à bruit réduit, qui comprend une entrée et une sortie de liquide et au moins deux chambres de pompage reliées en série entre l'entrée et la sortie, et deux rotors au moins à accélération périphérique, disposés chacun dans l'une des chambres et montés directement sur un même arbre d'entraînement. Selon une réalisation, elle comporte un premier et un deuxième étages, ainsi qu'une pièce de séparation positionnée entre les deux étages, les chambres étant délimitées chacune par un étage et la pièce de séparation. De préférence, la pompe comporte deux rotors identiques. Dans un mode de réalisation, chaque rotor a une forme inscrite dans un cylindre dont la périphérie possède, à chaque face radiale, des cavités de section radiale triangulaire de part et d'autre du plan médian du cylindre, les cavités étant séparées par des ailettes radiales, les cavités étant telles que les deux côtés du triangle autres que l'hypoténuse sont aux limites du cylindre. De préférence, les ailettes radiales alternent des deux côtés du rotor. L'invention concerne aussi un procédé de réduction du bruit de pompage créé par une pompe à accélération périphérique qui comprend un rotor unique à accélération périphérique entraîné dans une chambre à une vitesse déterminée de rotation, et qui pompe un débit nominal de liquide à une pression nominale ; selon l'invention, le procédé comprend le remplacement de la pompe à accélération périphérique à rotor unique par une pompe à accélération périphérique qui possède deux rotors à accélération périphérique entraînés à la même vitesse de rotation que le rotor unique, exprimée en nombre de tours par unité de temps, les deux rotors ayant chacun un diamètre inférieur à celui du rotor unique et étant disposés dans deux chambres reliées de manière que le fluide circule successivement dans les deux chambres, le diamètre de chacun des deux rotors étant tel que, à ladite vitesse de rotation, la pompe donne pratiquement le débit nominal à la pression nominale. De préférence, les deux rotors ont le même diamètre, et le diamètre des deux rotors est de l'ordre du diamètre du rotor unique multiplié par l'inverse de la racine carrée de deux (1/'I_,2). L'invention présente donc l'avantage de permettre une réduction efficace du bruit (par exemple de 5 à 10 dB), pour une augmentation limitée du coût de fabrication, bien que la pompe comporte deux rotors au lieu d'un seul et que le corps de pompe soit plus compliqué. En effet, dans le cas d'une pompe à deux rotors, un corps de pompe de forme cylindrique débouchant à ses deux extrémités peut être réalisé à un coût modéré, si bien que l'augmentation de coût de la pompe fait plus que compenser le coût des systèmes d'insonorisation qui devraient être ajoutés si une pompe à un seul rotor à accélération périphérique était utilisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une pompe à 15 accélération périphérique selon l'invention avec son moteur ; la figure 2 est une coupe de la pompe de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective du premier étage de la pompe et du rotor à accélération périphérique placé du 20 côté opposé au moteur ; la figure 4 est une vue en perspective du deuxième étage de la pompe et du rotor placé du côté du moteur ; la figure 5 est une vue en perspective éclatée de la pompe ; 25 la figure 6 est une vue en perspective éclatée de la pompe et de l'arbre moteur sur lequel les rotors sont installés ; et la figure 7 est un diagramme représentant les caractéristiques pression-débit de divers types de pompe. 30 Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. Une pompe à accélération périphérique peut être rattachée de façon générale à la famille des pompes centrifuges, dont elle se distingue par une courbe 35 caractéristique pression-débit à pente très élevée, par rapport à celle des pompes centrifuges (voir figure 7). En plus de l'inconvénient de ne pas être auto-amorçante, comme indiqué précédemment, une pompe à accélération périphérique ne convient pas aux liquides ayant des particules en suspension. Cependant, cette propriété n'est pas gênante lorsque cette pompe est utilisée pour une piscine et est alimentée en eau prélevée en aval du filtre. La figure 1 représente en perspective un dispositif de pompage selon l'invention. Ce dispositif de pompage 10 possède un moteur électrique 12 qui entraîne une pompe à accélération périphérique 14. Le dispositif de pompage 10 est normalement manipulé à l'aide de poignées 16 qui permettent une utilisation souple dans le contexte d'une piscine. Cette pompe 14 comporte un premier étage 22 fixé au corps de la pompe et un deuxième étage 24 formant un couvercle de la pompe destinés à accueillir chacun un rotor 34, 36 de la pompe. Une entrée 18 et une sortie 20 d'eau sont réalisés dans l'étage 22 formant couvercle. La figure 2 est une coupe de la pompe 14 et de la partie adjacente du moteur 12. L'arbre 30 du moteur, guidé par deux paliers dont un seul 32 est représenté, porte deux rotors identiques 34, 36, mieux représentés sur les figures 3 à 6, qui tournent dans des chambres 38 et 39. Chacune de ces chambres 38, 39 est délimitée par un des étages 22, 24 et une pièce 25 de séparation positionnée entre les deux étages. Ainsi la chambre 38 est délimitée par l'étage 22 et la pièce 25 de séparation ; tandis que la chambre 39 est délimitée par l'étage 24 et la pièce 25 de séparation. La pompe est facilement réalisable puisqu'il suffit de mouler les étages 22 et 24 qui comportent chacun une chambre 38, 39 et de réaliser par injection la pièce 25 constituant la séparation entre les chambres 38 et 39. La figure 3 représente l'aspect de la pompe lorsque l'étage 24 formant couvercle a été retiré. Le rotor 34 le plus éloigné du moteur apparaît clairement. On note que le rotor 34 comprend, à sa périphérie, des cavités de section triangulaire, les deux côtés autres que l'hypoténuse étant disposés d'une part à une face radiale d'extrémité du rotor et d'autre part à la face cylindrique, alors que l'hypoténuse se trouve du côté intérieur (elle peut d'ailleurs être courbe). Chaque cavité est ainsi séparée de ses voisines par des ailettes qui, dans ce mode de réalisation, sont parfaitement radiales. Dans la pompe 14, la pièce 25 de séparation délimite un canal 44 de liaison des chambres des deux rotors 34, 36, et un canal 46 de sortie du liquide guidant le liquide vers la sortie 20 de la pompe. Du côté du moteur 12, comme indiqué sur la figure 4, l'autre rotor 36 est tout à fait analogue au rotor 34. En outre, comme indiqué sur la figure 2, un joint d'étanchéité 40 est disposé entre la pompe 14 et le moteur 12. Comme cela est mis en évidence sur les vues éclatées des figures 5 et 6, l'assemblage de la pompe est effectué en réalisant les étapes suivantes : fixer le premier étage 22 au moteur 12, installer le rotor 36 à l'intérieur de la chambre 39, positionner la pièce 25 de séparation sur le rotor 36, positionner le rotor 34 sur la pièce 25 et fermer l'ensemble au moyen de l'étage 24 formant couvercle, les rotors 34, 36 et la pièce 25 de séparation étant ici retenus sur l'arbre 30 du moteur au moyen d'une vis et d'une rondelle référencées 34. Dans une comparaison des deux types de structure de pompe, une pompe classique à un seul rotor et une pompe selon le mode de réalisation ainsi décrit sont réalisées avec des dimensions telles que, lorsque les pompes sont entraînées chacune par un moteur électrique tournant à 3000tr/min, elles présentent un débit nominal (Qn) et une pression nominale (Pn) sensiblement les mêmes. Chaque pompe est réalisée afin qu'elle travaille alors pratiquement à son rendement maximal pour ce débit nominal et cette pression nominale. Ces propriétés presque équivalentes sont obtenues lorsque le rotor unique a un diamètre de l'ordre du diamètre des rotors 34 et 36 multiplié par racine de deux ('_,2). On peut alors déterminer que la pompe à deux rotors provoque, par rapport à la pompe à un seul rotor, une réduction de bruit de l'ordre de 5 à 10 dB (suivant les conditions de REVENDICATIONS1. Pompe à accélération périphérique à bruit réduit, caractérisée en ce qu'elle comprend : une entrée (18) et une sortie (20) de liquide, au moins deux chambres de pompage (38, 39) reliées en série entre l'entrée et la sortie, et au moins deux rotors à accélération périphérique (34, 36) disposés chacun dans l'une des chambres (38) et montés 10 directement sur un même arbre d'entraînement (30). 2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte un premier et un deuxième étages {22, 24), ainsi qu'une pièce (25) de séparation positionnée entre les 15 deux étages (22, 24), les chambres (38, 39) étant délimitées chacune par un étage (22, 24) et la pièce (25) de séparation. 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en 20 ce que la pompe comporte deux rotors identiques (34, 36). 4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque rotor (34, 36) a une forme inscrite dans un cylindre dont la périphérie possède, à chaque face radiale, 25 des cavités de section radiale triangulaire de part et d'autre du plan médian du cylindre, les cavités étant séparées par des ailettes radiales, les cavités étant telles que les deux côtés du triangle autres que l'hypoténuse sont aux limites du cylindre. 30 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que les ailettes radiales alternent des deux côtés du rotor (34, 36). 35 6. Procédé de réduction du bruit de pompage créé par une pompe à accélération périphérique qui comprend un rotor unique à accélération périphérique entraîné dans une chambre à une vitesse déterminée de rotation, et qui pompe un débitnominal de liquide à une pression nominale, caractérisé en ce qu'il comprend le remplacement de la pompe à accélération périphérique à rotor unique par une pompe à accélération périphérique qui possède deux rotors à accélération périphé- rique (34, 36) entraînés à la même vitesse de rotation que le rotor unique, exprimée en nombre de tours par unité de temps, les deux rotors (34, 36) ayant chacun un diamètre inférieur à celui du rotor unique et étant disposés dans deux chambres (38) reliées de manière que le fluide circule successivement dans les deux chambres (38), le diamètre de chacun des deux rotors (34, 36) étant tel que, à ladite vitesse de rotation, la pompe donne pratiquement le débit nominal à la pression nominale. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux rotors (34, 36) ont le même diamètre, et le diamètre des deux rotors (34, 36) est de l'ordre du diamètre du rotor unique multiplié par l'inverse de la racine carrée de deux (1/V_,2).