Brevet FR3073259A1 — publié le 20190510

Pompe à hélice pourvue de paliers de guidage Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des équipements de pompage. Plus précisément, l'invention concerne la conception et la fabrication d'une pompe à hélices. Les pompes à hélices permettent l'aspiration d'un liquide, notamment pour l'élever depuis un premier niveau à un second niveau supérieur au premier. Classiquement, ces pompes comprennent un corps de pompe tubulaire réalisé dans un matériau métallique ou, depuis plusieurs années, dans un matériau composite qui offre plus de légèreté par rapport au matériau métallique. Ces corps de pompe comprennent une partie d'aspiration et une partie d'éjection, reliées l'une à l'autre par une partie intermédiaire. Les parties du corps de pompe sont indépendantes les unes des autres et reliées les unes aux autres par boulonnage par exemple. Le corps de pompe, ainsi formé, est traversé par un arbre au bout duquel est montée au moins une hélice venant se positionner dans ou au voisinage de la partie d'aspiration. Lors du fonctionnement de la pompe, l'arbre est soumis aux forces générées par le flux de liquide aspiré qui traverse le corps de pompe de la partie d'aspiration vers la partie d'éjection. Ces forces génèrent des vibrations dans l'arbre qui peuvent à terme le fragiliser jusqu'à rupture. De même, ces forces génèrent un effort de compression de l'arbre qui peut le faire flamber, voire rompre. Pour éviter la rupture, il est connu d'augmenter la section de l'arbre pour le rendre plus résistant. Toutefois, une augmentation de la section de l'arbre entraîne, de fait, une augmentation du poids de l'arbre. Une telle augmentation de poids est notamment nuisible pour le montage de la pompe. En outre, l'augmentation de poids de l'arbre demande des moyens moteurs adaptés pour la mise en rotation de l'arbre. Pour éviter la rupture de l'arbre, il peut également être prévu des opérations de maintenance préventive visant à remplacer l'arbre avant rupture. De telles opérations de maintenance préventive sont longues et nécessitent l'arrêt de la pompe, ce qui diminue son rendement et donc sa rentabilité. Par ailleurs ces opérations se basent sur des estimations de l'usure de l'arbre qui, par définition, ne reflètent pas l'usure réelle de l'arbre. Ainsi, un arbre peut 2 être remplacé alors qu'il présente une faible usure ou, au contraire, rompre avant que son remplacement ait été effectué. Pour réduire la récurrence des maintenances préventives, il est connu d'utiliser des moyens de guidage en rotation de l'arbre. 5 De tels moyens de guidage sont généralement intégrés à la partie intermédiaire du corps de pompe. La partie intermédiaire se présente alors sous la forme d'un tube, généralement de section circulaire, à l'intérieur duquel s'étend une cloison pourvue d'un perçage pour le passage de l'arbre. La cloison s'étend sur toute la largeur, c'est-à-dire sur le diamètre du tube, et sur toute la hauteur du tube. 10 La cloison délimite alors deux canaux dans lesquels le liquide aspiré s'écoule. Cette partie intermédiaire présente néanmoins certains inconvénients. Tout d'abord, les efforts transmis à l'arbre sont nuisibles au fonctionnement de la pompe. 15 Par ailleurs, la partie intermédiaire réduit la section utile par laquelle le liquide peut s'écouler dans le corps de pompe. Ensuite, dans le cas d'un écoulement tourbillonnaire du liquide, il est nécessaire que les canaux s'étendent selon un profil hélicoïdal pour ne pas perturber l'écoulement tourbillonnaire, ce qui induit une fabrication complexe et onéreuse. 20 Enfin, la présence de la paroi implique une augmentation du poids de la partie intermédiaire. Ainsi, lors de l'installation de la pompe ou de ses opérations de maintenance, la manipulation de la partie intermédiaire requiert soit l'usage d'une grande force de la part de l'opérateur, soit l'usage de machines de levage et/ou de déplacement. 25 L'invention a notamment pour objectif de répondre aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une pompe de liquide à hélice, qui limite l'usure de l'arbre. L'invention a également pour but de proposer une telle pompe de liquide dont le guidage en rotation de l'arbre a peu d'incidences sur l'écoulement du liquide à l'intérieur de la pompe. 30 Enfin, l'invention a pour objectif de proposer une telle pompe à liquide qui est : - simple de fabrication ; - simple d'installation et de maintenance, et - peu coûteuse. 3 Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une pompe à liquide comprenant : - un corps de pompe composé : - d'une partie d'aspiration, 5 - d'une partie d'éjection, et - d'au moins une partie intermédiaire intercalée entre la partie d'aspiration et la partie d'éjection, - un dispositif motopompe comprenant : - au moins un arbre traversant chacune des parties du corps, 10 - des moyens moteurs reliés à une première extrémité de l'arbre, et - au moins une hélice montée à une seconde extrémité de l'arbre et située dans la partie d'aspiration, la partie d'aspiration, la partie d'éjection et la ou les parties intermédiaires comportant 15 chacune des brides aptes à permettre leur solidarisation deux à deux, caractérisée en ce que la pompe comprend également au moins un premier élément de guidage intercalé entre la partie d'aspiration et la partie intermédiaire et un deuxième élément de guidage intercalé entre la partie intermédiaire et la partie d'éjection, les paliers comprenant chacun : 20 - un palier, - une couronne apte à venir se loger entre deux des brides, - au moins deux bras reliant le palier à la couronne. Une telle pompe permet ainsi d'assurer un bon guidage de l'arbre du dispositif motopompe sans générer de perturbations importantes de l'écoulement de 25 liquide dans la pompe. En effet, l'arbre ne peut pas entrer en vibration, ni flamber puisqu'il est guidé en rotation par les différents éléments de guidage. Avantageusement, la couronne présente une première surface apte à venir au contact d'une première bride, et une seconde surface opposée, apte à venir au 30 contact d'une seconde bride, le palier de l'élément de guidage faisant saillie d'au moins une des surfaces de la couronne. Ainsi, le guidage de l'arbre peut être réalisé sur une hauteur supérieure à la hauteur sur laquelle s'étend la couronne. Il en résulte alors un guidage efficace de l'arbre. 4 Selon un mode de réalisation particulier, la pompe comprend un châssis monté sur la partie d'éjection de la pompe, pour supporter les moyens moteurs. Le châssis permet de positionner correctement les moyens moteurs de sorte qu'ils soient axialement alignés avec l'arbre, cela au bénéfice de la durée de vie de 5 l'arbre. De préférence, la partie d'éjection du corps de pompe présente une forme coudée. La forme coudée permet d'orienter le flux de liquide en sortie de la pompe, notamment pour un raccordement à une canalisation par exemple. 10 Selon un mode préféré de réalisation, la partie d'éjection du corps de pompe comprend un piquage pour le passage de l'arbre. Outre le passage de l'arbre, le piquage permet également de guider l'arbre lors de sa rotation. Dans un mode de réalisation avantageux, la pompe comprend plusieurs 15 parties intermédiaires aboutées. Il est ainsi possible d'adapter la position de la partie d'éjection par rapport à la partie d'aspiration en fonction du besoin. Avantageusement, la pompe comprend un élément de guidage entre chaque partie intermédiaire. 20 La multiplication des éléments de guidage assure un bon guidage de l'arbre dans le corps de pompe, au bénéfice encore de sa durée de vie. Dès lors, il est à noter que la modularité de la pompe, c'est-à-dire l'ajout ou la suppression de parties intermédiaires, n'affecte pas le guidage de l'arbre puisqu'un palier sera intercalé entre les parties intermédiaires. 25 De préférence, l'une au moins des parties du corps de pompe est réalisée en un matériau composite. L'utilisation d'un matériau composite permet de faciliter l'assemblage et la maintenance de la pompe. En effet, un matériau composite peut être tout autant résistant qu'un matériau métallique tout en présentant un poids bien inférieur à celui 30 de l'acier. En outre, l'utilisation d'un matériau composite permet de s'affranchir des contraintes de corrosion du corps de la pompe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel 5 de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'une pompe selon l'invention , 5 - la figure 2 est une vue éclatée de la pompe selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe latérale de la pompe selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un palier de guidage de la pompe selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe du palier, selon l'axe V-V de la figure 4, 10 et - la figure 6 est une vue en coupe d'un boîtier de roulement de la pompe selon l'invention. Telle que représentée sur la figure 1, une pompe à liquide 1 selon l'invention comprend un corps de pompe 2 s'étendant le long d'un axe A d'écoulement du liquide 15 dans la pompe 1, et un dispositif motopompe 3 monté sur le corps de pompe 2. Par convenance, la description de la pompe 1 est faite lorsque la pompe 1 est dans sa position d'utilisation, c'est-à-dire pour aspirer un liquide à un premier niveau et l'éjecter à un second niveau supérieur au premier niveau. Ainsi, le terme « vertical » s'entend d'une orientation parallèle au 20 déplacement du liquide aspiré dans la pompe 1, du premier niveau vers le second niveau, parallèlement à l'axe A. De même, le terme « horizontal » s'entend d'une orientation perpendiculaire à la direction verticale telle que définie ci-avant. Le corps de pompe 2, visible sur les figures 1 à 3, est tubulaire et est composé : 25 - d'une partie d'aspiration 21, - d'une partie d'éjection 22, et - d'au moins une partie intermédiaire 23 intercalée entre la partie d'aspiration 21 et la partie d'éjection 22. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur les figures, la pompe 30 1 comprend deux parties intermédiaires 23 aboutées. L'une au moins des parties 21, 22, 23 du corps 2 est réalisée en un matériau composite. De préférence, toutes les parties 21, 22, 23 du corps 2 sont réalisées en matériau composite. 6 La partie d'aspiration 21 présente une forme tronconique dont une première extrémité, ayant le plus grand diamètre, est destinée à venir en appui sur un sol, et forme une entrée 211. La seconde extrémité, opposée à la première extrémité, comprend une bride annulaire 212 qui s'étend sensiblement perpendiculairement à 5 l'axe A et comprend des lumières s'étendant parallèlement à l'axe A. La partie d'éjection 22 présente une forme coudée à 90°. Une première extrémité de la partie d'éjection 22 comprend une bride 221 qui s'étend perpendiculairement à l'axe A et comprend des lumières s'étendant parallèlement à l'axe 1. Une seconde extrémité de la partie d'éjection 22, opposée à la première 10 extrémité, comprend une bride 222 qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe A et comprend des lumières s'édentant perpendiculairement à l'axe A. Telle qu'illustrée, la partie d'éjection 22 comprend, à proximité de la bride 221, une portion qui s'étend verticalement, et, à proximité de la bride 222, une portion qui s'étend horizontalement. 15 A la jonction entre la portion verticale et la portion horizontale, la partie d'éjection 22 présente une portion courbe dans laquelle un piquage est réalisé. Le piquage se présente sous la forme d'un tube vertical 223 débouchant dans la partie d'éjection 22 pour mettre en communication l'intérieur de la partie d'éjection 22 avec l'extérieur. 20 Le piquage comprend, à une extrémité opposée à celle par laquelle il débouche dans la partie d'éjection 22, une platine 224 qui s'étend horizontalement. Le rôle du piquage sera détaillé ci-après. Chaque partie intermédiaire 23 s'étend linéairement et présente une première extrémité qui comprend une bride 231 s'étendant perpendiculairement à 25 l'axe A et comprenant des lumières s'étendant parallèlement à l'axe 1. Une seconde extrémité de la partie intermédiaire, opposée à la première extrémité, comprend une bride 232 qui s'étend perpendiculairement à l'axe A et comprend des lumières s'édentant parallèlement à l'axe A. Les parties intermédiaires 23 s'étendent verticalement et joignent la partie 30 d'aspiration 21 et la partie d'éjection 22. L'assemblage d'une partie intermédiaire 23 sur la partie d'aspiration 21, des deux parties intermédiaires 23 entre elles, et de la partie d'éjection 22 sur l'autre partie intermédiaire 23 est réalisée par boulonnage, c'est-à-dire au moyen d'un écrou et d'une vis traversant chaque lumière des brides 212, 221, 222, 231, 232. 7 Le dispositif motopompe 3 comprend : - un arbre 31 traversant chacune des parties du corps 2, - des moyens moteurs 32 reliés à une première extrémité de l'arbre 31, - une hélice 33 montée à une seconde extrémité de l'arbre 31 et située 5 dans la partie d'aspiration 21, et - un boîtier de roulement 34 interposé entre les moyens moteurs 32 et l'arbre 31. Bien que les figures 2 et 3 représentent une pompe 1 ayant une seule hélice 33, le dispositif motopompe 3 peut comprendre plusieurs hélices 33. 10 L'arbre 31 est ici un arbre composé de deux tronçons 311, 312 aboutés. Un premier tronçon 311 solidaire des moyens moteurs 32 et traverse le boîtier de roulement 34. Un second tronçon 312 s'étend dans le prolongement du premier tronçon 311 et porte l'hélice 33 (ou les hélices 33 le cas échéant). Les deux tronçons 311, 312 sont raccordés l'un à l'autre par un 15 accouplement claveté 313 pour les rendre ensemble solidaires en rotation. Le boîtier de roulement 34, particulièrement visible en figure 6, comprend des roulements à rouleaux 341 traversés par le premier tronçon 311 de l'arbre 31. Cela permet notamment un bon guidage de l'arbre 31 en sortie des moyens moteurs 32. 20 Lorsque le dispositif motopompe 3 est monté sur la pompe 1, l'arbre 31, et plus particulièrement le premier tronçon 311, traverse le tube 223 du piquage de sorte que les moyens moteurs 32 soient à l'extérieur du corps de pompe 2 et que l'hélice 33 soit à l'intérieur du corps de pompe 2, dans la partie d'aspiration 21. Afin d'éviter une fuite du liquide aspiré par la pompe 1, le dispositif 25 motopompe 3 comprend un presse-étoupe 35 monté sur la platine 224 du piquage. La pompe 1 comprend également un châssis 4 monté sur la partie d'éjection 22 de la pompe 1, pour supporter les moyens moteurs 32. Le châssis 4 comprend une armature 41 sur laquelle est montée une chaise 42 portant les moyens moteurs 32. 30 L'armature 41 comprend une paroi de fond 411 et une paroi de dessus 412 reliées l'une à l'autre par quatre parois latérales 413. L'armature 41 forme ainsi un caisson protecteur à l'intérieur duquel le piquage et le boîtier de roulement 34 sont logés et protégés des éléments extérieurs tels que la pluie les rayons solaires et la poussière. 8 L'une des parois latérales 413 et la paroi de fond 411 présentent chacune une ouverture traversée par la partie d'éjection 22 du corps de pompe 2. La paroi latérale 413 et la paroi de fond 411 présentant l'ouverture sont également réalisées en deux tronçons aboutés, pour permettre le montage de 5 l'armature 41 sur la partie d'éjection 22. La paroi de fond 411 repose sur la bride 221 de la partie d'éjection et est fixée à cette dernière par boulonnage par exemple. La chaise 42 se présente sous la forme d'un tube comprenant des fenêtres permettant l'accès à l'intérieur du tube. La chaise 42 est montée sur la paroi de 10 dessus 412 et laisse, par ses fenêtres l'accès à la jonction entre l'arbre 31 et les moyens moteurs 32 ou entre le premier tronçon 311 et le deuxième tronçon 312 de l'arbre 31, pour les solidariser ou les désolidariser en rotation. Lorsqu'il est entrainé par les moyens moteurs 32, l'arbre 31 nécessite un guidage en rotation. 15 Pour cela, la pompe 1 comprend des paliers 5 intercalés entre deux parties 21, 22, 23 assemblées deux à deux. Plus précisément, un premier élément de guidage 5 est intercalé entre la partie d'aspiration 21 et la première partie intermédiaire 23, un second élément de guidage 5 est intercalé entre les deux parties intermédiaires 23, et un troisième 20 élément de guidage 5 est intercalé entre la seconde partie intermédiaire 23 et la partie d'éjection 22. Chaque élément de guidage 5 comprend : - un tube creux 51, - un palier 52, en l'espèce une bague de friction, solidaire du tube 51, 25 - une couronne 53 apte à venir se loger entre deux des brides 212, 221, 222, 231, 232, et - au moins deux bras 54 reliant le tube 51 à la couronne 53. Selon une variante illustrée en figure 5, le palier est une bague de friction 52 comprenant une bague externe 521 solidaire du tube 51 et une bague interne 522 30 solidaire de l'arbre 31. Lors de la fabrication, la bague de friction 522 est montée en force par pressage dans la bague externe 521 et la bague externe 521 est vissée dans le tube 51. 9 Comme représenté sur les figures, le tube 51 s'étend parallèlement à l'axe A et la couronne 53, de forme annulaire, s'étend perpendiculairement à l'axe A. La couronne 53 présente une première surface 531 apte à venir au contact d'une première bride 212, 221, 222, 231, 232, et une seconde surface 532 opposée, 5 apte à venir au contact d'une seconde bride 212, 221, 222, 231, 232. La couronne 53 présente en outre des lumières 55 s'étendant parallèlement à l'axe A et débouchant chacune sur la première surface 531 et sur la seconde surface 532. Tel qu'illustré sur les figures, le tube 51 de l'élément de guidage 5 fait saillie 10 de chacune des surfaces 531, 532 de la couronne 53. Toutefois, selon un mode de réalisation non représenté, le tube 51, ou le palier 52, pourrait ne faire saillie que d'une seule des surfaces 531, 532 de la couronne 53. Les éléments de guidage 5 comprennent trois bras 54 reliant le tube 51, ou 15 le palier 52, à la couronne 53, les bras 54 s'étendant dans un plan parallèle à celui de la couronne 53. Les bras 54 présentent une hauteur faible par rapport à la hauteur du tube 51 et du palier 52. La hauteur est en l'espèce mesurée verticalement le long de l'axe A. 20 Comme on le voit sur la figure 4, chaque bras 54 présente une forme de portion de disque délimitée transversalement par la couronne 53 et le tube 51 ou le palier 52, et circonférentiellement par deux bords 541. En outre, chaque bras 54 s'étend sur une faible plage angulaire. Par exemple, chaque bras s'étend circonférentiellement, c'est-à-dire entre ses deux bords 25 541, sur un angle compris entre 1100 et 120°. Ainsi, les trois bras 54 forment ensemble un secteur angulaire empêchant le passage de liquide, d'au maximum 10°. Les éléments de guidage 5 sont solidarisés aux parties 21, 22, 23 du corps 2 par les boulons servant à l'assemblage de deux parties entre elles, les boulons 30 traversant alors les lumières 55 de la couronne 53. Par ce montage, l'élément de guidage 5 est bloqué en rotation autour de l'axe A. 10 Lors du fonctionnement de la pompe 1, les moyens moteurs 32 du dispositif motopompe 3 entraînent en rotation l'arbre 31 qui entraine l'hélice 33 de sorte à créer une dépression dans la partie d'aspiration 21, permettant l'aspiration du liquide. Le liquide circule alors depuis la partie d'aspiration 21 vers la partie d'éjection 5 22 via les parties intermédiaires 23, ce cheminement étant représenté par la flèche F sur la figure 3. Durant sa rotation, l'arbre 31 est maintenu vertical par les éléments de guidage 5 qui l'empêchent de vriller et l'empêchent de s'abîmer de façon anticipée. Grâce à la pompe 1 selon l'invention, l'écoulement de liquide obtenu en 10 sortie de la pompe 1 est peu perturbé. En effet, par leur configuration, les éléments de guidage 5 assurent un bon guidage de l'arbre 31 sans gêner l'écoulement du liquide puisque les trois bras 54 présentent chacune une faible hauteur et, ensemble, REVENDICATIONS1. Pompe à liquide (1) comprenant : - un corps de pompe (2) composé : d'une partie d'aspiration (21), d'une partie d'éjection (22), et d'au moins une partie intermédiaire (23) intercalée entre la partie d'aspiration (21) et la partie d'éjection (22), - un dispositif motopompe (3) comprenant : un arbre (31) traversant chacune des parties du corps (2), des moyens moteurs (32) reliés à une première extrémité de l'arbre (31), et une hélice (33) montée à une seconde extrémité de l'arbre (31) et située dans la partie d'aspiration (21), la partie d'aspiration (21), la partie d'éjection (22) et la ou les parties intermédiaires (23) comportant chacune des brides (212, 221, 222, 231, 232) aptes à permettre leur solidarisation deux à deux, caractérisée en ce que la pompe (1) comprend également au moins un premier élément de guidage (5) intercalé entre la partie d'aspiration (21) et la partie intermédiaire (23) et un deuxième élément de guidage (5) intercalé entre la partie intermédiaire (23) et la partie d'éjection (22), les éléments de guidage (5) comprenant chacun : - un palier(52), - une couronne (53) apte à venir se loger entre deux des brides (212, 221, 222, 231,232), - au moins deux bras (54) reliant le tube (51) à la couronne (53). 2. Pompe (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne (53) présente une première surface (531) apte à venir au contact d'une première bride (212, 221, 222, 231, 232), et une seconde surface (532) opposée, apte à venir au contact d'une seconde bride (212, 221, 222, 231, 232), le tube (51) de l'élément de guidage (5) faisant saillie d'au moins une des surfaces (531, 532) de la couronne (53). 12 3. Pompe (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un châssis (4) monté sur la partie d'éjection (22) de la pompe (1), pour supporter les moyens moteurs (32). 5 4. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie d'éjection (21) du corps de pompe (2) présente une forme coudée. 5. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisée en ce que la partie d'éjection (22) du corps de pompe (2) comprend un piquage (223) pour le passage de l'arbre (31). 6. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs parties intermédiaires (23) 15 aboutées. 7. Pompe (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément de guidage (5) entre chaque partie intermédiaire (23). 20 8. Pompe (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une au moins des parties (21, 22, 23) du corps de pompe (2) est réalisée en un matériau composite.