Brevet FR3008747A1 — publié le 20150123

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une pompe d'eaux usées comprenant un moteur réversible entraînant un rotor garni de pales, logé dans une chambre de pompe à entrée axiale et sortie tangen- tielle. Etat de la technique Il existe de nombreux types de pompes d'eaux usées ou eaux chargées destinées à traiter les difficultés de l'encombrement du rotor par des produits qui s'enroulent autour des pales. Il est également connu de manière générale d'équiper de telles pompes de moteurs réversibles, en général des moteurs électriques de façon à pouvoir démêler les écheveaux de produits entourant les pales du rotor tournant normalement en sens direct, c'est-à-dire dans le sens de pompage du fluide. Mais la réversibilité du rotor ne permet pas toujours de désencombrer la chambre de pompe de sorte qu'il faut démonter la pompe ou le capot de la chambre pour nettoyer le rotor. On connaît également une pompe équipée d'un système de cisaillement rapprochant les pales de couteaux fixes pour cisailler les éléments filaires véhiculés par les eaux usées. Mais la pratique a mon- tré que ce type de système demande un jeu fonctionnel impossible à tenir dans le temps pour le pompage d'effluents contenant du sable, ce qui est généralement le cas, si bien que ce système de cisaillement n'a qu'une efficacité très limitée dans le temps. Lorsque l'efficacité du cisail- lement disparaît, on retrouve les inconvénients des pompes connues, c'est-à-dire la réduction du rendement fluidique de la pompe ou la surconsommation d'énergie. Dans tous les cas, le moteur de la pompe connue doit être surdimensionné sans que cela ne résolve tous les problèmes. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une pompe d'eaux usées permettant de décoincer ou de désencombrer facilement le rotor encombré de filasses ou de fibres sans nécessiter de système de cisaillement fragile, ni de moteur surpuissant pour garantir un rendement hydraulique constant, sans entraîner de surconsommation d'énergie. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet une pompe d'eaux usées du type défini ci-dessus caractérisée en ce que le rotor est un plateau portant des pales pivotantes montées chacune sur un axe radial porté par le rotor, entre une position active relevée selon le sens de rotation direct du rotor et une position escamotée contre le plateau pour le sens de rotation inverse du rotor, chaque pale étant composée d'une plaque portant un noeud d'articulation, engagé sur l'axe et d'un couteau au dos de la plaque formant une béquille soutenant la plaque en position active lors de la rotation du rotor en sens direct, et le couteau venant en saillie dans la direction périphérique lorsque le rotor tourne en sens inverse, la plaque étant appliquée contre le plateau, une couronne fixe entourant le plateau et portant au moins un couteau. La pompe selon l'invention a l'avantage de permettre de décoincer facilement et rapidement le rotor encombré de tissus et de filasses et sans être sensible à l'abrasion du sable véhiculé par les eaux usées. Il suffit de faire tourner pendant quelques instants la pompe en sens inverse pour couper tous les éléments filaires, tissus, écheveaux qui encombrent la chambre du rotor. De plus, comme les pales sont pratiquement escamotées, le refoulement de liquide en sens inverse est négligeable. La pompe selon l'invention est particulièrement résistante à de telles eaux usées chargées de sable puisqu'elle ne nécessite pas de respect de jeu fonctionnel strict. Grâce à l'efficacité du démêlage du ro- tor, la pompe conserve toute son efficacité hydraulique sans nécessiter de moteur surpuissant ou entraînant une surconsommation d'énergie par suite de l'encombrement du rotor. Le déchiquetage des produits encombrants par le rotor facilite également le traitement des eaux en aval de la pompe. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le plateau du rotor comporte des fenêtres logeant les axes d'articulation des plaques et recevant chacune le noeud d'une plaque. Cette réalisation du rotor est particulièrement simple car les axes sont engagés dans des paliers aux deux extrémités de chaque fenêtre entre l'extrémité radiale intérieure et l'extrémité radiale extérieure ; le noeud de chaque plaque est escamoté dans la fenêtre, ce qui réduit l'encombrement ou le relief sur le dessus du plateau lorsque la pale est en position active ; cela facilite aussi l'escamotage de la plaque de chaque pale en position abaissée. Dans ce contexte et de manière particulièrement avantageuse, le noeud d'articulation s'étend sur le milieu du bord de la plaque, le noeud étant décalé par rapport au plan de la plaque pour que celle-ci vienne à plat sur le plateau lorsqu'elle est en position abaissée. Dans ce contexte et de manière particulièrement avanta- geuse, le noeud et sa fenêtre sont dimensionnés pour qu'en position relevée et en position abaissée, le noeud s'appuie contre le bord aval respectif de la fenêtre selon le sens de rotation du rotor. Cette combinaison de la dimension du noeud et de la fenêtre permet d'assurer un excellent support de la pale à la fois en po- sition relevée et en position abaissée, lorsque dans cette dernière position, la pale reçoit les efforts exercés sur la béquille fonctionnant comme couteau. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la lon- gueur radiale de la fenêtre et de son axe dans la fenêtre est égale à la longueur radiale du noeud, au jeu de fonctionnement près. Cette concordance dimensionnelle entre la longueur ra- diale du noeud et la longueur radiale de la fenêtre permet un excellent appui de la pale dans la direction radiale évitant les déformations lo- cales de l'axe et du côté d'appui (côté extérieur) de la fenêtre sous l'effet de la rotation du rotor. De plus, comme le mouvement de pivotement des pales se fait au démarrage lors de l'inversion du sens de rotation (du sens direct vers le sens inverse ou réciproquement), les frottements engendrés par le mouvement de la pale sur le côté radialement extérieur de la fe- nêtre sont particulièrement limités alors qu'à plein régime, la pale est immobile par rapport à la fenêtre. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le plateau comporte un moyeu en relief et le bord de chaque plaque de pale épouse le profil du moyeu lorsque la plaque est en position active. Cette forme du plateau avec son moyeu assure une bonne tenue du moyeu sur l'extrémité de l'arbre du moteur tout en étant arrondie pour offrir le moins de prise possible aux objets filiformes chargeant les eaux usées. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le cou- teau fixé au dos de la plaque d'une pale a une arête brisée formant le tranchant, avec un premier segment d'arête côté plaque, à la base de la dent se poursuivant par un segment d'arête incliné rejoignant le sommet en forme de pointe du couteau. Cette forme d'arête, en particulier d'arête de coupe brisée, favorise l'effet de découpe et de dégagement des matières fibreuses entourant le cas échéant le rotor. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation d'une pompe d'eaux usées selon l'invention représenté dans les dessins annexés dans les- quels : la figure 1 est une vue isométrique d'un mode de réalisation de la pompe selon l'invention sans le capot de la chambre de pompe, la figure 2 est une vue en coupe axiale de la chambre de la pompe de la figure 1 et son capot, la figure 3 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 2 mais sans le rotor, la figure 4 est une vue en coupe axiale du rotor de la pompe en position retournée par rapport à celle des figures précédentes, les figures 5A, 5B montrent schématiquement et en vue isomé- trique deux positions des pales du rotor de la pompe : * la figure 5A montre les pales en position active de pompage pour le sens de rotation direct du rotor, * la figure 5B montre la position rabattue des pales pour le sens de rotation inverse du rotor. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention a pour objet une pompe d'eaux usées 100 composée d'un moteur réversible 110, ici un moteur électrique non détaillé. Le moteur 110 se termine en partie basse selon l'orientation de la figure 1, par une bride périphérique ou socle 120 por- tant le capot 140 de la chambre de pompe 150 non représenté dans cette figure. L'extrémité 111 de l'arbre du moteur 110 porte un rotor 160 formé d'un moyeu 161 avec un plateau 165 muni des pales pivo- tantes 170 occupant la position représentée pour le sens de rotation direct D qui est le sens de pompage. Le rotor 160 avec son plateau 165 tourne à l'intérieur d'une couronne fixe 130 portant un couteau périphérique 135 à double arête de coupe, de forme triangulaire avec une arête avant 136a et une arête arrière 136b brisées, chacune à deux segments d'arête de coupe. Selon la figure 2, la chambre de la pompe 150 est fermée par un capot 140 fixé à la bride 120 du moteur 110 et entourant le rotor 160 et la couronne fixe 130. Le capot 140 a une entrée axiale (EA) suivant l'axe xx du rotor 160 et une sortie tangentielle (ST) 152 à la pé- riphérie du volume torique 150 dans lequel tourne le rotor 160. L'entrée (EA) 151 du capot 140 est formée d'un manchon 142 et d'une couronne intérieure 143, dans un plan perpendiculaire à l'axe xx, pour former la paroi de la chambre 150 en regard de la couronne fixe 130 et délimitant ainsi la forme torique de la chambre dans laquelle tourne le rotor 160. Le capot 140 se termine par un bord de fixation 141 pour être assemblé à la bride 120 du moteur 110. La forme du capot 140 et des parties fixes de la pompe à l'intérieur du capot apparaissent mieux à la figure 3 montrant l'extrémité 111 de l'arbre du moteur sur laquelle est fixé le rotor 160 enlevé ici, ainsi que la couronne fixe 130 et la couronne circulaire inté- rieure 143 du capot. Selon la figure 4, le rotor 160 représenté en position re- tournée par rapport à la position des figures 1 et 2, se compose d'un moyeu 161 de section globalement tronconique arrondie se poursuivant par un manchon 162 et ayant en son centre, un perçage 163 pour le passage de la vis 164. Le manchon 162 s'engage sur l'extrémité 111 de l'arbre du moteur 110 en étant serré par la vis 164, elle-même bloquée par un moyen anti-dévissage évitant le desserrage sous l'effet de l'inversion du sens de rotation du rotor. Ce moyeu 161 porte un plateau circulaire 165 équipé de quatre pales pivotantes 170, d'orientation globalement radiale, constituées chacune par une plaque 171 portant un noeud d'articulation 175 engagé sur un axe radial 167 logé dans l'épaisseur du plateau. L'axe 167 traverse radialement une fenêtre rectangulaire 166 découpée dans le plateau 165 pour recevoir le noeud d'articulation 175, lui-même décalé par rapport au plan de la plaque 171 au bord 171a de celle-ci. Ainsi, en position relevée, active de la plaque 171, le noeud 175 qui se situe au milieu du bord 171a de la plaque ferme l'intervalle entre la plaque 171 et le plateau 165 et en position pivotée, le noeud 175 forme également une rampe déflectrice. La figure 4 montre à droite la pale 170 en position active et à gauche, en position rabattue contre le plateau 165. Le noeud 175 a de préférence une longueur égale à la moitié de celle du bord 171a de la plaque 171 pour répartir au mieux les efforts sur l'axe d'articulation 167 tout en tenant l'articulation dans la direction radiale. La plaque 171 de chaque pale 170 a une face avant, dégagée dans le sens de rotation direct D et au dos, un couteau 172 soudé formant une béquille 172. Selon la partie droite de la figure 4, la béquille 172 a de préférence un tenon 172c de section rectangulaire lo- gé dans une découpe rectangulaire 171 de forme correspondante de la plaque 171 qui assure son maintien en plus de la soudure de façon à donner à la béquille fonctionnant comme couteau une orientation précise comme le montre la partie gauche de la figure 4 : la bé- quille/couteau 172 est incliné(e) et orienté(e) vers l'extérieur par rapport au plan du plateau 165. Cette béquille 172 soutient la plaque 171 pour qu'elle reste en position relevée pour la fonction de la pale, de préférence perpendiculaire au plan du plateau 165 lorsque le rotor 160 tourne dans le sens direct D (figure 1 et figure 5A) de façon que la pale 170 communique au liquide une poussée radiale sans composante sui- vant l'axe xx pour le rendement maximum de la pompe. Lorsque le rotor 160 tourne en sens inverse R (figure 5B), la plaque 171 pivote autour de son axe 167 du plateau 165 pour se rabattre et venir s'appliquer à plat contre le plateau de sorte que la béquille 172 devient un couteau venant en saillie du dos de la plaque 171 (figure 5B). De façon avantageuse, comme l'axe de pivotement 167 et le noeud 175 de la pale sont logés dans une fenêtre 166 du plateau 165, la plaque portant un noeud 175 décalé venant dans la fenêtre, les efforts tant dans la direction radiale que dans la direction périphérique sont repris grâce à l'appui du noeud 175 contre l'extrémité extérieure 166b de la fenêtre 166 (dans la direction radiale) et contre le bord « aval » qui est le bord radial 166a en position aval selon le sens de rotation direct (D) ou le sens de rotation inverse (R), grâce aux dimensions adaptées du noeud 175 et de la fenêtre 166. Ces appuis soulagent efficacement l'axe d'articulation 167 malgré les efforts importants et violents qui peuvent être exercés sur la pale 170 et sur le couteau 172. La surface 175a du noeud qui est sa surface d'attaque, côté avant lorsque le rotor 160 tourne dans le sens inverse (R), est de préférence inclinée pour dévier le flux de liquide passant sur le dessus du plateau 165 et des plaques 171 rabattues (figure 5B). Les pales 170 étant à plat ou pratiquement à plat appliquées contre le dessus du plateau 165, elles n'entraînent pas le liquide en sens inverse et ne créent pas d'aspiration du liquide en sens contraire du sens de pompage. Le refoulement de liquide pour la rotation en sens inverse du rotor est négligeable. La béquille formant couteau 172 a une arête de coupe 173, brisée, composée d'un premier segment 173a relativement droit, à la base du couteau et se poursuivant par un second segment relativement incliné rejoignant la pointe du couteau. La forme du couteau 172 bénéficie de l'efficacité de l'arête de coupe, principalement du premier segment 173a sans que cette arête de coupe ne risque de retenir trop longtemps les fibres entraînées puisque celles-ci sont éjectées du couteau 172 par le second segment 173b relativement incliné. Le couteau 172 est de préférence orienté dans la direction périphérique. En outre, en position de béquille, le couteau 172 a un ef- fet de désencombrement de l'arrière de la pale 170, évitant que des pro- duits filaires ne risquent d'envelopper directement la plaque 171 formant le corps de la pale. Selon notamment les figures 1, 4 et 5A, le bord de la plaque 17 lb, au voisinage du moyeu 161 du rotor, épouse ce contour relativement étroitement lorsque la plaque 171 est en position active de pale. Lorsque la pompe tourne en sens direct (D), les éléments filaires qui chargent les eaux usées peuvent s'enrouler autour des pales 170 et rester enroulés tout en étant coupés en périphérie par le passage sur la première arête 136a du couteau fixe 135 (figure 1). La masse de fibres ainsi accrochées autour des pales du rotor 160 ne peut être déga- gée par la seule force centrifuge et le couteau fixe 135 en périphérie. En inversant alors le sens de rotation (R), même encombrées de produits filaires, les pales 170 basculent progressivement autour de leur axe 167 par réaction au fluide. Les couteaux 172 viennent progressivement en saillie à mesure que les pales 170 s'inclinent et coupent les produits filaires qui encombrent les pales en coopérant avec le couteau fixe en périphérie. Ce dégagement est rapide et permet de libérer le rotor 160 sans générer de surconsommation perceptible de courant.15 NOMENCLATURE 100 Pompe 110 Moteur 111 Extrémité de l'arbre du moteur 112 Taraudage 113 Joint tournant 120 Bride/socle du moteur 121 Boulon/vis 130 Couronne fixe 135 Couteau fixe 136a Arête de coupe 136b Arête de coupe 140 Capot 141 Bord de fixation 142 Manchon 143 Couronne intérieure 150 Chambre de pompe/volume torique 151 Entrée 152 Sortie 160 Rotor 161 Moyeu 162 Manchon 163 Perçage 164 Vis 165 Plateau 166 Fenêtre 166a Bord radial 166b Côté extérieur 167 Axe 170 Pale pivotante 171 Plaque 171a Bord 171b Bord 171c Découpe 172 Couteau/béquille 172a Tenon 173 Arête de coupe 173a Premier segment de l'arête de coupe 173b Second segment de l'arête de coupe 174 Arête arrière 175 Noeud d'articulation 175a Surface d'attaque inclinée du noeud EA Entrée de la chambre de pompe CT Sortie de la chambre de pompe REVENDICATIONS1°) Pompe d'eaux usées comprenant un moteur réversible entraînant un rotor garni de pales, logé dans une chambre de pompe à entrée axiale (EA) et sortie tangentielle (ST), pompe caractérisée en ce que le rotor (160) est un plateau (165) portant des pales pivotantes (170) montées chacune sur un axe radial (167) porté par le rotor, entre une position active relevée pour le sens de rotation direct (D) du rotor et une position escamotée contre le plateau pour le sens de rotation inverse (R) du rotor, chaque pale (170) étant composée d'une plaque (171) portant un noeud d'articulation (175), engagé sur l'axe et d'un couteau (172) au dos de la plaque, formant une béquille soutenant la plaque en position active lors de la rotation du rotor (160) en sens direct (D), et le couteau (172) venant en saillie dans la direction périphérique lorsque le rotor (160) tourne en sens inverse (R), la plaque (171) étant appliquée contre le plateau (165), une couronne fixe (130) entoure le plateau et porte au moins un couteau (135). 2°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau (165) du rotor comporte des fenêtres (166) logeant chacune un axe d'articulation (167) d'une plaque (171) recevant le noeud (175) d'articulation de la plaque. 3°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 2, caractérisée en ce que le noeud d'articulation (175) s'étend sur le milieu du bord (171a) de la plaque (171), le noeud étant décalé par rapport au plan de la plaque pour que celle-ci vienne à plat sur le plateau (165) lorsqu'elle est en position abaissée. 4°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 2, caractérisée en ce quele noeud (175) et sa fenêtre (166) sont dimensionnés pour qu'en position relevée et en position abaissée, le noeud (175) s'appuie contre le bord aval (166a) respectif de la fenêtre (166) selon le sens de rotation du rotor (160). 5°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 2, caractérisée en ce que la longueur radiale de la fenêtre (166) et de son axe (167) dans la fenêtre est égale à la longueur radiale du noeud (175) au jeu de fonction- nement près. 6°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau (165) comporte un moyeu (161) en relief et le bord de chaque plaque (171) de pale épouse le profil du moyeu (161) lorsque la plaque (171) est en position active. 7°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 1, caractérisée en ce que le couteau (172) fixé au dos de la plaque (171) d'une pale (170) a une arête de coupe (173) brisée formant le tranchant, avec une première arête (173a) côté plaque se poursuivant par une arête inclinée (173b) rejoignant le sommet en forme de pointe de l'arête de coupe. 8°) Pompe d'eaux usées selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyeu (161) a une forme tronconique.30