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DISPOSITIF POUR DIMINUER LES FUITES INTERIEURES ET L'USURE DANS LES POMPES CENTRIFUGES ET LES TURBINES
TRAVERSEES PAR DES LIQUIDES BOUEUX.
Cette invention se rapporte aux pompes centrifuges et aux turbines traversées par des eaux boueuses ou par des sehlammes, et elle a pour objet un dispositif ayant pour but de réduire au minimum les fuites à travers le joint entre le rotor et le stator , et par suite l'usure des parois du joint et des parties directement adjacentes.
A titre explicatif les figures 1 à 4 du dessin annexé montrent quelques-unes des formes les plus usuelles de joints employées dans les pompes centrifuges et turbines pour s'opposer aux fuites intérieures, c'est-à-dire à l'écoulement en retour du liquide de la zone morte de haute pression h vers la zone de basse pression b. (aspiration) de la pompe.
Dans tous ces dispositifs connus on s'est principalement attaché à créer une résistance aussi grande que possible à l'écou-
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lement de la fuite, soit par un jeu très faible dans le joint, soit par une disposition en V (fig. 3) ou en chicanes (fig. 4).
D'autre part, dans ces mêmes dispositifs, donnés comme exemples classiques par C. Pfleiderer dans son ouvrage 'Les pompes centrifuges" (Berlin, édition 1932), le joint est toujours formé par un encastrement de la roue-turbine r ou rotor de la pompe dans la bague ou anneau de joint a solidaire du stator s, de sorte que le joint comprend une partie parallèle à l'axe de la pompe avec entrée d à arêtes vives.
Or, le même ouvrage émet l'opinion qu'on ne peut pas compter sur un freinage efficace de la fuite dans cette partie parallèle à l'axe, pour diverses raisons parmi lesquelles son grand développement circonférentiel et peut- être aussi à cause d'un excenrage pouvant provenir d'une flexion de l'arbre de la pompe, de sorte que c>est principalement dans le joint f perpendiculaire à l'axe que le freinage sera efficace, c'est-à-dire là où un jeu très faible entre le rotor et l'anneau de joint est plus facile à réaliser.
Ces divers dispositifs connus donnent néanmoins des résultats satisfaisants autant qu'ils sont appliqués à des pompes convoyant de l'eau pure*
Mais il en est autrement dans les pompes et les turbines à eaux boueuses ou schlammes, car les impuretés se créent inévitablement un chemin à travers le joint, et alors il faut compter avec leur action abrasive qui est particulièrement forte dans les parties de joint à faible jeu dont les surfaces sont très rapprochées l'une de l'autre, soit en pratique de 2 à 3 dixièmes de millimètres dans une pompe neuve. Il en résulte donc une usure assez rapide avec augmentation de la fuite.
En opposition avec tous les dispositifs connus tendant à freiner l'écoulement de la fuite par un étranglement du joint impliquant, dans la zone morte et dans le voisinage du joint, un mouvement relativement lent des parties solides'contenues dans
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même zone un déplacement très actif de ces parties solides et à les canaliser de telle sorte qu'elles se rassemblent à l'entrée du joint pour former à cet endroit un obturateur s'opposant aux fuites.
Ce résultat est obtenu par une conformation particulière de la bague ou anneau de joint (stator) et de la partie de rotor adjacente, avec élargissement simultané du jeu dans le joint, cette conformation étant telle qu'elle détermine dans la partie de la zone morte voisine du joint un mouvement de giration extrê- mement rapide du liquide et des impuretés qu'il contient, groupant ou rassemblant celles-ci sous la forme d*un anneau ou d'un tore qui constituera l'obturateur précédemment mentionné.
Les figures 5 et 6 du dessin montrent deux variantes de réalisation du dispositif. Le rotor n'est pas encastré dans l'an- neau a du stator ; lejoint entre rotor et stator est perpendi- culaire à l'axe de la pompe et son entrée est évasée au moyen de deux arrondis, l'un g sur le rotor, l'autre p sur le stator et se prolongeant par une surface directrice rejoignant la paroi k.
La sortie du joint dans la région de basse pression b sera aussi de préférence évasée par le moyen d'arrondis g1,p1.
L'effet du dispositif est le suivant : suite de la di- rection radiale du joint et de'la disposition décrite des surfaces g, p, i, le contact de l'eau avec le rotor en mouvement va déterminer dans la zone morte une circulation du liquide, et avec giration particulièrement rapide dans la région voisine de l'entrée du joint, mouvement auquel participent évidemment les impuretés contenues dans le liquide. La surface directrice i oblige les parties solides à entrer en contact avec le rotor, et à acquérir de ce fait une vitesse et une énergie cinétique.
Au contact du rotor, les impuretés sont soumises à la force centrifuge combinée à un effort d'entraînement dans le sens de la circulation du liquide, ce qui a pour effet de rassembler ces impu-
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retés, par'suite d'un phénomène d'essorage, en un anneau ou tore m constitué en majeure partie par les impuretés les plus denses.
Ce tore est animé d'un mouvement de rotation rapide sur lui-même, avec glissement circonférentiel par rapport à la turbine; il est alors en état d'équilibre dans le milieu, se régénère continuellement et, étant maintenu, grâce à la surface directrice 1 et à la pression, au contact du rotor r, il ferme l'orifice d'entrée et assure le joint. Il est à remarquer en outre que la giration rapide du liquide dans la région voisine du joint, a pour effet de produire un fort abaissement de la pression statique du liquide, donc également un état d'équilibre avec le liquide qui remplit le joint, ce qui contribue aussi à supprimer la fuite.
Dès lors la question d'un jeu très faible dans le joint, qui est importante avec les dispositifs connus, devient ici secondaire et la largeur du jeu peut sans inconvénient être portée jusqu'à 1 et même 2 millimètres, au lieu de 0,2 à 0,3 mm, comme pratiqué jusqu'ici. On doit même considérer cet élargissement du jeu comme favorable car il exclut, dans le liquide remplissant le joint, des mouvements parasitaires qui pourraient se produire dans un joint trop resserré et nuire à la formation de l'anneau m.
Dans la figure 5, les parois du joint sont planes et la surface directrice i est à génératrice rectiligne. Cette forme n'est cependant pas absolue et, comme représenté par exemple dans la variante (fig. 6), la surface directrice i peut être à génératrice courbe et les surfaces du joint peuvent être bombées, donnant au joint une forme franchement bi-conique.
De la description qui précède, il ressort que l'invention appliquée aux pompes à schlammes, comme aussi aux turbines motrices traversées par des eaux et liquides quelconques chargés d'impuretés, réalise l'effet qui peut paraître paradoxal, de réduire au minimum les fuites intérieures par élargissement du jeu
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les parties solides en suspension dans le liquide, qui, tandis qu'elles constituent un élément nuisible dans les dispositifs connus, forment ici un joint automatique et auto-régénérateur. Les avantages de l'invention se traduisent, ainsi qu'on le comprend, par un meilleur rendement de la pompe, l'absence d'usure au joint et par suite une plus longue durée.
Les petites diffusions qui pourraient cependant se produire à travers le joint sont sans importance au point de vue de l'usure, car il ne filtrerait à travers le joint que des parties très peu denses non retenues dans l'anneau m et qui trouveraient un passage très libre à travers le jeu élargi du joint.
REVENDICATIONS.
1. Un dispositif pour diminuer les fuites intérieures et l'usure dans les pompes centrifuges et les turbines traversées par des eaux boueuses ou liquides quelconques chargés d'impuretés, oonsistant en ce que le joint entre le rotor et le stator de la @ pompe, dirigé radialement sans encastrement de ces parties l'une dans l'autre, présente du côté de la zone morte de haute pression une entrée évasée formée par des arrondis du rotor et du stator, se prolongeant sur le stator par une surface directrice convergeant vers l'entrée du joint, dans le but de provoquer dans la zone morte un déplacement actif du liquide avec les parties solides en suspension, de créer une giration particulièrement rapide au voisinage de l'entrée du joint et de rassembler dans cette région les parties solides en un anneau formant obturateur à l'entrée du joint.
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