Brevet FR3032243A1 — publié le 20160805

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des pompes centrifuges notamment, mais pas exclusivement, pour moteur fusée, ainsi qu'un moteur-fusée équipé d'une telle pompe et un engin spatial équipé 5 d'un tel moteur fusée. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les volutes de sortie de pompes centrifuges de l'état de la technique présentent généralement des parois externes ayant une forte épaisseur et sont équipées de renforts de manière à supporter tant les 10 efforts transmis d'un élément à l'autre au sein de la pompe que les efforts imposés par le fluide sous pression à l'intérieur de la volute. Le document FR 2 949 517 décrit une telle volute de l'état de la technique. Toutefois, ces fortes épaisseurs et ces renforts, en général des nervures externes, imposent des contraintes de conception et de 15 fabrication de la volute, et conduisent à des volutes lourdes, la masse des composants étant un paramètre particulièrement important, notamment dans le domaine spatial et aéronautique. PRESENTATION DE L'INVENTION Un mode de réalisation concerne un pompe centrifuge 20 comprenant une volute de sortie de pompe et un diffuseur distinct de la volute de sortie de pompe et disposé au moins en partie à l'intérieur de la volute de sortie de pompe, le diffuseur comprenant une pluralité d'aubes, l'espace entre deux aubes adjacentes formant un passage de fluide, la volute de sortie de pompe comprenant une paroi interne ajourée disposée 25 en aval du diffuseur, le fluide s'écoulant de l'amont vers l'aval au sein de ladite pompe centrifuge, le nombre de jours de la paroi interne étant égal au nombre de passages. Par la suite, et sauf indication contraire, par « pompe » on entend « pompe centrifuge » et par « volute » on entend « volute de sortie de pompe ». 30 On comprend que la pompe et la volute s'étendent selon une direction axiale, selon une direction radiale et selon une direction azimutale. De manière générale, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation du rotor de la pompe, tandis que la direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe. La direction azimutale 35 correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale. Les trois directions axiale, radiale et azimutale correspondent respectivement aux directions définies par la côte, le rayon et l'angle dans un système de coordonnées cylindrique. En outre, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) à travers la pompe. Le diffuseur est un élément connu par ailleurs qui sert à réguler l'écoulement de fluide à l'entrée de la volute. Le diffuseur est par exemple un diffuseur annulaire, coaxial avec l'axe de la pompe et de la volute. Le diffuseur est disposé en aval d'une roue à aubes, cette roue à aubes servant bien évidement à pomper le fluide et faisant partie du rotor de la pompe. En d'autres termes, le diffuseur permet d'optimiser le ralentissement du fluide entre la sortie de la roue à aubes et l'entrée de la volute. Ainsi, le fluide issu de la roue à aubes traverse ensuite le diffuseur. Bien entendu, les aubes de la roue à aubes sont distinctes des aubes du diffuseur. Notamment, les aubes de la roue à aubes sont entrainées en rotation tandis que les aubes du diffuseur sont immobiles. La volute comprend une paroi interne disposée en aval du diffuseur. On comprend que cette paroi interne est disposée à l'intérieur de la volute et sépare au moins en partie deux chambres à l'intérieur de ladite volute. La paroi interne étant ajourée, les deux chambres de la volute sont en communication fluidique au moins par les jours de ladite paroi interne. On comprend bien entendu que la volute présente une paroi externe, distincte de la paroi interne, cette paroi externe séparant l'intérieur de l'extérieur de la volute. La paroi interne est ajourée. En d'autres termes, des jours sont ménagés dans la paroi interne, ces jours formant des trous traversant. La paroi interne présente autant de jours que le diffuseur présente de passages inter-aubes (i.e. de passages de fluide formés entre deux aubes adjacentes). Bien entendu, chaque passage inter-aubes du diffuseur débouche sur un jour de la paroi interne. La paroi interne est disposée en aval du diffuseur. On comprend donc que la paroi interne est disposée, selon l'écoulement du fluide au sein de la pompe, entre le diffuseur et la sortie de la pompe. La paroi interne forme une seule et même pièce avec le corps de la volute. Par exemple, la paroi interne est fabriquée d'un seul bloc avec la volute, par exemple par fabrication additive ou par fonderie et est éventuellement usinée par la suite par exemple pour ménager les jours ; ou bien la paroi est fabriquée séparément du corps de la volute et est rapportée par la suite par soudage. Bien entendu tout autre procédé de fabrication peut être mise en oeuvre pour la fabrication d'une telle volute équipée d'une paroi interne selon le présent exposé. La paroi interne forme une armature interne de la volute, cette armature résistant aux différents efforts subis par la volute. Ainsi, il est possible de fabriquer une volute de pompe dont l'épaisseur de la ou des parois externes est au moins en partie plus petite que dans l'état de la technique sans que cela ne nuise à sa résistance mécanique. Une telle paroi externe est par exemple une paroi délimitant un conduit périphérique en forme de colimaçon collectant et conduisant le fluide issu du diffuseur vers la sortie de la volute. De même, il est possible de supprimer les nervures externes de renfort. Ceci permet de fabriquer une volute plus légère que celles de l'état de la technique, tout en autorisant une plus grande liberté de conception vis-à-vis de la forme de la volute, notamment du point de vue hydraulique. Enfin, la paroi interne disposée en aval du diffuseur comprenant autant de jours que de passages entre les aubes du diffuseur, ne perturbe pas, ou pas de manière significative le flux issu du diffuseur. Dans certains modes de réalisation, la section des jours est sensiblement égale à la section des passages. Par « sensiblement égale », on entend que les sections présentent globalement la même forme et environ les mêmes dimensions à 10% près. On améliore ainsi la neutralité de la paroi interne vis-à-vis de l'écoulement du fluide au sein de la volute (i.e. l'aptitude de la paroi à ne pas perturber l'écoulement fluide). Dans certains modes de réalisation, la forme des jours est sensiblement oblongue. Par « sensiblement oblongue » on entend toute forme ovoïde, oblongue, elliptique, polygonale allongée présentant des angles arrondis (ou congés), etc. Une telle forme est facile à réaliser et ne présente par de région susceptible de concentrer les contraintes de manière à favoriser l'apparition de criques et fissures fragilisant la paroi. Ceci permet d'assurer une grand fiabilité et durée de vie de la paroi interne, et donc de la volute. Par ailleurs, cette forme est particulièrement bien adaptée à la forme des passages inter-aubes du diffuseur. Dans certains modes de réalisation, la paroi interne jouxte les aubes du diffuseur. Dans certains modes de réalisation, la paroi interne forme un prolongement vers l'aval de chaque aube du diffuseur. Ces configurations, seules ou en combinaison, permettent d'améliorer la neutralité de la paroi interne vis-à-vis de l'écoulement du fluide au sein de la volute. Dans certains modes de réalisation, l'étendue azimutale de l'ensemble des jours de la paroi interne est inférieure à 50% de l'étendue azimutale totale de la paroi interne. On s'assure ainsi que selon la direction azimutale les jours s'étendent sur moins de la moitié de la paroi interne. Ceci permet de former une paroi interne suffisamment rigide et robuste pour reprendre l'ensemble des efforts subis par la volute, et ce sans risque d'altération. Dans certains modes de réalisation, la volute de sortie de 15 pompe présente une paroi externe, l'épaisseur de la paroi externe étant plus petite que l'épaisseur de la paroi interne. Par exemple, la paroi externe est une paroi délimitant un conduit périphérique en forme de colimaçon collectant et conduisant le fluide issu du diffuseur vers la sortie de la volute. Une telle configuration 20 des épaisseurs permet réduire la masse de la volute par rapport aux volutes de l'état de la technique tout en assurant la robustesse et la fiabilité de la volute grâce à l'épaisseur de la paroi interne. Un mode de réalisation concerne également un moteur-fusée comprenant une pompe centrifuge selon l'un quelconque des modes de 25 réalisation décrits dans le présent exposé. Un mode de réalisation concerne également un engin comprenant un moteur-fusée selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé. Par « engin », on entend notamment, mais pas uniquement, un 30 étage de lanceur spatial, un lanceur spatial comprenant un seul étage, une navette spatiale, une station orbitale, ou tout autre engin susceptible d'être équipé d'un moteur-fusée ou d'une pompe centrifuge. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture 35 de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente un engin comprenant un moteur-fusée équipée d'une pompe centrifuge, - la figure 2 représente la pompe centrifuge du moteur fusée de l'engin de la figure 1, - les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue en coupe axiale et en coupe radiale de la pompe centrifuge, selon les plans IIIA et IIIB de la figure 2, - les figures 4A et 4B représentent respectivement une vue en coupe radiale et en coupe axiale en perspective de la volute de pompe de la pompe de la figure 2, et - la figure 5 représente une variante de la pompe centrifuge. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION La figure 1 représente un engin, dans cet exemple un lanceur spatial 100, équipé d'un moteur-fusée 50 pourvu d'une pompe centrifuge 10, ladite pompe 10 étant représentée plus en détail sur les figures 2, 3A et 3B. La pompe 10 présente une direction axiale X, une direction radiale R et une direction azimutale Y. La pompe 10 comprend une volute de sortie de pompe 12 un carter d'entrée de fluide 14 et un capot 16, ce capot 16 étant traversé par un arbre d'entraînement 18. Le carter 14 et le capot 16 sont montés sur des côtés opposés selon la direction axiale de la volute 12. La pompe 10 comprend également une roue à aubes 20, entrainée en rotation par l'arbre d'entrainement 18. La roue à aubes 20 et l'arbre d'entraînement 18 forment dans cet exemple le rotor de la pompe 10. La pompe 10 présente également un diffuseur 22, ce diffuseur 22 comprenant une pluralité d'aubes 22a, ces aubes 22a étant fixes par rapport à la volute 12. Dans cet exemple, le diffuseur 22 est un diffuseur annulaire dans lequel les aubes 22a sont régulièrement réparties azimutalement. Des passages de fluide 22b, ou passages inter-aubes 22b, sont formés par l'espace entre chaque paire d'aube aubes 22a adjacentes. Comme cela est visible sur les figures 3A et 3B, le diffuseur 22 est distinct de la volute 12, et est disposé à l'intérieur de la volute 12. Bien entendu, le carter 14, le capot 16, l'arbre 18 et la roue à aubes 20, la volute 12 et le diffuseur 22 sont coaxiaux d'axe X, et s'étendent selon la direction axiale X, radiale R et azimutale Z. En d'autres termes, l'axe X de la pompe 10 est commun à l'ensemble de ces éléments. L'écoulement du fluide de l'amont vers l'aval au sein de la pompe 10 est représenté par les flèches en traits épais sur les figures 2, 5 3A et 3B. Le fluide entre dans la pompe 10 par le carter d'entrée 14, passe au travers de la roue à aubes 20, passe ensuite au travers du diffuseur 22, s'écoule dans le conduit périphérique 12a en forme de colimaçon de la volute 12, et est éjecté par la sortie 12b de la volute 12. La volute 12 présente une paroi interne ajourée 12c présentant 10 autant de jours 13 que le diffuseur 22 présente de passages inter-aubes 22b. Comme cela est visible sur la figure 3A, chaque passage inter-aubes 22b débouche sur un jour 13 de la paroi interne 12c. Dans cet exemple, la section de chaque jour 13 est supérieure à la section du passage 22b correspondant en sortie du diffuseur 22, de manière à s'assurer de ne pas 15 perturber l'écoulement de fluide en sortie du diffuseur 22. La forme des jours 13 est sensiblement oblongue (voir figure 4A) tandis que chacune des parois 23 délimitant les jours 13 est orientée radialement. Dans cet exemple, la paroi interne 12c jouxte les aubes 22a du diffuseur 22 (i.e. est disposée immédiatement en aval du diffuseur 22). 20 Selon une variante représentée sur la figure 5, la paroi interne forme un prolongement vers l'aval de chaque aube 22a du diffuseur. En effet, chacune des parois 23 délimitant les jours 13 est orientée tangentiellement, selon la même orientation que la paroi d'intrados ou d'extrados correspondante de l'aube 22a correspondante du diffuseur 22. 25 Dans cet exemple, en sortie de diffuseur, la section de chaque jour 13 est égale à la section du passage 22b correspondant. De plus, dans cette variante, l'étendue azimutale de l'ensemble des jours 13, c'est-à-dire la somme des étendues azimutales Z de chaque jour 13, est inférieure à 50% de l'étendue azimutale de la paroi interne 12c. Bien entendu cette 30 dernière caractéristique est indépendante de la forme des trous et de la paroi interne et pourrait être appliquée au mode de réalisation de la figure 3A. La paroi interne 12c forme une armature interne qui permet de transmettre les efforts mécaniques entre les parois annulaires 12d et 12e 35 respectivement reliées aux brides de montage 12f et 12g de la volute 12. La paroi interne 12c renforce et rigidifie la région de la volute comprenant le conduit périphérique 12a en forme de colimaçon. Cette paroi interne 12c, permet d'ajuster l'épaisseur el de la paroi externe 12h délimitant le conduit périphérique 12a à une valeur plus petite que l'épaisseur e2 de la paroi interne 12c, grâce à quoi la masse de la volute est réduite. Il est également possible de donner une section de forme prédéterminée à la paroi externe 12h, cette forme étant par exemple dictée par des impératifs hydrauliques et pas uniquement par des impératifs de comportement mécanique de l'ensemble de la volute, le comportement mécanique de l'ensemble de la volute étant notamment assuré par la paroi interne 12c. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. En particulier, les modes de réalisation décrits sont des pompes centrifuges où le diffuseur est de type radial (i.e. le flux s'écoule radialement en sortie du diffuseur) tandis que la volute est du type tangentiel (i.e. le fluide s'écoule perpendiculairement à la direction radiale en sortie de la volute), mais l'invention s'applique bien évidement à tout type de pompe centrifuge. REVENDICATIONS1. Pompe centrifuge (10) comprenant une volute de sortie de pompe (12) et un diffuseur (22) distinct de la volute de sortie de pompe (12) et disposé au moins en partie à l'intérieur de la volute de sortie de pompe (12), le diffuseur (22) comprenant une pluralité d'aubes (22a), l'espace entre deux aubes (22a) adjacentes formant un passage de fluide (22b), caractérisé en ce que la volute de sortie de pompe (12) comprend une paroi interne ajourée (12c) disposée en aval du diffuseur (22), le fluide s'écoulant de l'amont vers l'aval au sein de ladite pompe centrifuge (10), le nombre de jours (13) de la paroi interne (12c) étant égal au nombre de passages (22b). 2. Pompe (10) selon la revendication 1, dans laquelle la section des jours (13) est sensiblement égale à la section des passages (22b). 3. Pompe (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la forme des jours (13) est sensiblement oblongue. 4. Pompe (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la paroi interne (12c) forme un prolongement vers l'aval de chaque aube (22a) du diffuseur (22). 5. Pompe (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'étendue azimutale de l'ensemble des jours (13) de la paroi interne (12c) est inférieure à 50% de l'étendue azimutale totale de la paroi interne (12c). 6. Pompe (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la volute de sortie de pompe (12) présente une paroi externe (12h), l'épaisseur (el) de la paroi externe (12h) étant plus petite que l'épaisseur (e2) de la paroi interne (12c). 7. Moteur-fusée (50) comprenant une pompe centrifuge (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Engin (100) comprenant un moteur-fusée (50) selon la revendication 7.