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DISPOSITIF DE COMPENSATION DES POUSSEES AXIALES EXERCEES SUR L'ARBRE PORTANT LA ROUE DE LA TURBINE D UNE POMPE DE CIRCULATION.
On sait que, dans une pompe de circulation, l'arbre d'entraînement de la roue de la turbine est soumis à une poussée axiale non négligeable engendrée par les poussées exercées par le liquide sur la roue de la turbine.
En conséquence, il est nécessaire de prévoir une butée axiale de grandes dimensions et bien lubrifiée, capable de prendre cette poussée axiale.
La présente invention a pour objet un dispositif de compensation 'des poussées axiales exercées sur l'arbre-de la roue de la turbine d'une pompe de circulation alimentée par-un conduit d'aspiration et refoulant du liquide dans une conduite de refoulement. Ce dispositif se caractérise par'un disque porté par l'arbre de la roue de la turbine et disposé dans un passage reliant un espace en liaison avec le conduit d'aspiration avec un espace en liaison avec la conduite de refoulement.
Entre le disque et la paroi du passage peut exister une fente annulaire de fuite dont la longueur peut être une fonction de la position axiale du disque. Au moins lun des deux espaces limités par le disque peut être relié, par un passage calibré, à la conduite d'aspiration, respectivement à la conduite de refoulement, la section libre de ce passage pouvant aussi être réglée au moyen d'un dispositif de réglage. Toutefois, la section de la liaison reliant l'un des espaces limités par le disque à la conduite d'aspiration, respectivement à la conduite de refoulement, peut aussi être variable en fonction de la position axiale de l'arbre portant la roue de la turbine de la pompe de circulation.
Le disque peut être soumis à une poussée axiale statique engendrée par la différence des pressions régnant dans les espaces situés sur ses deux faces opposées, à laquelle s'ajoute une poussée axiale dynamique engendrée par un changement de direction des filets de liquide sortant de l'aubage de la turbine. Le dit espace limité par le disque peut être relié à la
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conduite d'aspiration par une fente annulaire constituée par une douille portée par le disque et tournant .dans un alésage. Dans ce cas, le disque'peut comporter des ouvertures reliant à la conduite de refoulement, l'espace limité par le disque et la douille.
Pour l'une des positions axiales extrêmes de l'arbre portant la roue de la turbine, ladite douille peut être située entièrement en dehors du dit alésage, tandis que pour l'autre position axiale extrême de l'arbre, la face frontale de la douille peut être pratiquement en contact avec le fond de l'alésage.
Le dessin annexé montre,schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution d'une pompe de circulation munie du dispositif de compensation objet de l'invention.
La fig. 1 en est une vue en coupe partielle.
La fig. 2 en est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fige 3 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution.
La pompe de circulation représentée au dessin est du type à paliers lubrifiés par le liquide à mettre en circulation, le rotor du moteur d'entraînement de la turbine baignant dans ce liquide, mais il est évident que l'invention peut être appliquée à d'autres types de pompes de circulation dont la pompe est constituée par une turbine.
Selon les fig. 1 et 2 du dessin annexé, la pompe de circulation comporte, à l'instar d'autres pompes de circulation connues, un axe horizontal 1 tournant dans des paliers 2, 3, aménagés dans un support central 4 venu de fonderie. Sur l'une des extrémités de cet arbre, est fixé le rotor d'un moteur électrique dont le stator 6 est porté par un carter 1 fixé au support central. L'autre extrémité de cet arbre 1 porte d'une part la roue 8 de la turbine et d'autre part un disque 9. La roue de la turbine est alimentée par une conduite d'aspiration 10 en forme de volute et refoule le liquide dans une conduite de refoulement 11. Cette dernière est en liaison avec un espace 12 relié à la volute d'aspiration 10 par un passage 13 obturé par le disque 9.
La face A de ce disque est donc soumise à la pression p1 régnant dans la volute d'aspiration 10, tandis que la face B de ce disque est soumise à la pression p3 régnant dans la chambre 12. Or, cette dernière étant en liaison avec la conduite de refoulement, la pression régnant dans cette chambre 12 sera égale à la pression de refoulement p2. En conséquence, le disque est soumis à une poussée axiale alors que la composante axiale ± de la résultante des poussées agissant sur la roue de la turbine est de sens opposé. Ainsi la poussée f2 compense en partie au moins la poussée fl.
En modifiant le diamètre du disque 9 et celui du passage 13, on peut modifier la valeur de cette poussée f2 et faire en sorte qu'elle soit légèrement plus grande que la poussée !le Si, maintenant, on prévoit le passage 13 d'un diamètre légèrement supérieur à.celui du disque 2. on obtient tout autour du disque une fente annulaire 15 de fuite. Le débit de cette fuite tend à réduire la différence des pressions p1 et p3 et donc à diminuer la valeur de la poussée f2. On obtient- donc automatiquement une égalisation des deux poussées f2 et f1, pourvu que le débit de la fuite soit une fonction de la position axiale du disque 9 dans le passage 13. Or, ceci est facilement réalisable.
En effet, comme représenté à là figo 1, dès que le plan de la face A du disque 2. fait saillie sur le plan de l'arête circulaire a, la longueur de la fente de fuite 15 diminuant, le débit de fuite pour une même différence de pression augmente. On obtient ainsi automatiquement et très facilement la compensation complète des poussées axiales subies par l'axe d'entraînement de la roue de la turbine. Des essais pratiques ont montré que l'arbre de la turbine prend immédiatement une position axiale bien définie et qu'aucun effet de balancement n'est à craindre.
En vue de réduire dans la mesure du possible le débit de la fuite nécessaire à cette compensation, on peut relier la chambre 12 à la conduite de refoulement 11 par l'intermédiaire d'un conduit comportant un étranglement
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calibré 16. De cette manière une faible augmentation du débit de fuite' peut déjà provoquer une réduction sensible de la pression p3 puisque la chambre 12 ne peut être alimentée que par un débit limité par le calibre-16. Ainsi on peut prévoir un débit de fuite très faible pour réaliser la compensation automatique de sorte que le rendement total' de la pompe de circulation munie du dispositif de compensation n'en sera pas sensiblement affecté-.
La fige 3 du dessin annexé montre une seconde forme d'exécution du dispositif de compensation selon l'invention.
Dans cette figure, seule la partie turbine de la pompe de circulation a été illustrée, la partie moteur étant semblable à celle représentée aux fige 1 et 2. En outre, les éléments et organes déjà décrits sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
L'axe 1, actionné par le moteur (non représenté), porte la roue 8 de la turbine d'une part et d'autre part un disque 9. La roue 8 est alimentée par la conduite d'aspiration 10 et refoule le liquide dans la conduite de refoulement 11. Le disque 2.'tourne dans un passage 13 reliant la conduite d'aspiration à la conduite de refoulement, comme décrit en détail en référence aux fig. 1 et 2. Toutefois, dans cette seconde forme d'exécution, le disque 9 porte une douille 17 dont l'extrémité tourne à l'intérieur d'un alésage 18. En outre, le disque 9 comporte des ouvertures 1 .reliant la conduite de refoulement 11 à une chambre 20 limitée par le disque 9 et la douille 17 et en liaison avec la conduite d'aspiration 10 par l'intermédiaire d'une fente annulaire 21.
Selon la position axiale de l'arbre 1, la douille 17 est plus ou. moins profondément engagée dans l'alésage-18 de sorte que le débit traversant la fente annulaire 21 est, pour une même différence de pression, variable selon la position axiale de l'arbre la
Le fonctionnement de cette seconde forme d'exécution est le suivant :
La différence de pression p1. p2, engendrée par la turbine 8 exerce une poussée axiale f1 proportionnelle à la différence des pressions p1 et p2 et à la surface utile de l'aubage de la roue 8 augmentée de la perte de pression dans cet aubage. Le disque,2 est soumis non seulement à la poussée résultant de la différence statique des pressions p2,p3,mais également à une poussée dynamique engendrée par le changement de direction des filets du liquide sortant de la turbine.
Cette poussée dynamique est fonction de l'énergie cynétique du liquide refoulé par la turbine. La pression ±3 dans la chambre 20 est variable selon les dimensions de la fente annulaire 21 et donc selon la position axiale de l'arbre 1.Or, il est clair que p3 peut varier entre les deux limites extrêmes : p3 = p1 et p3 = p2
Pour obtenir une compensation complète de la poussée axiale f1, il faut donc faire en sorte que la somme f2 des poussées axiales dynamique et statique agissant sur le disque 9 soit égale et de sens opposé à la pous- 'sée f1.
Or, il est facile par construction de faire en sorte que pour l'une des positions axiales extrêmes de 'arbre 1 cette somme f2 des poussées dynamique et statique agissant sur le disque 2, ait une valeur plus grande que la poussée axiale :ci tandis que pour l'autre position axiale extrême de cet arbre 1 cette somme f2 des poussées dynamique et statique agissant sur le dis- que 2. ait une valeur plus petite que la poussée axiale f1.
Ainsi lors de la mise en marche-de la pompe de circulation, l'arbre 1 prend automatiquement uneposition axiale pour laquelle f1 = f2 et pour laquelle pl < p3 < p2.
Etant donné qu'il est possible de prévoir comme indiqué plus haut une très grande variation de la valeur de la poussée f2, il est possible à l'aide du dispositif décrit, non seulement de compenser la résultante axiale des poussées exercées sur la roue de la turbine, mais également au moins une
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partie du poids de la partie rotative de la pompe de circulation (lorsqué l'arbre n'est pas horizontal) et également au moins une partie de la traction magnétique axiale exercée sur le rotor du moteur électrique d'entraînement de l'arbre 1.
On peut faire en sorte que pour l'une des positions axiales extrêmes de l'arbre 1, la douille 17 soit située entièrement en dehors de l'alésage 18. Pour cette position de l'arbre 1, la fente 21 présente une très grande section de passage, et la pression 83 sera approximativement égale à p1.
En outre, on peut également faire en sorte que pour l'autre position axiale extrême de l'arbre 1, la face frontale e de la douille soit située à proximité immédiate du fond g de l'alésage 180 Pour cette position de l'arbre, la longueur de la fente 17 étant très grande et sa section de passage très petite, la pression p3 sera approximativement égale à la pression p2
Par construction, en choisissant les dimensions des divers éléments et organes du dispositif de compensation, on peut donc faire en sorte qu'un relativement petit déplacement axial de l'arbre 1, par exemple de quelques millimètres, engendre une très grande variation de la pression p3.
Cette particularité du dispositif décrit permet de réaliser une pompe de circulation dont l'arbre moteur se place automatiquement dans une position axiale d'équilibre stable.De plus, grâce au fait que la poussée f2 peut atteindre une valeur élevée, égale ou même supérieure à la somme des poussées axiales hydrauliques agissant sur la roue de la turbine et de la traction magnétique agissant sur le rotor du moteur, il est possible de compenser entièrement les poussées axiales subies par l'arbre d'une pompe de circulation. Dans une variante d'exécution du dispositif décrit, on pourrait inverser le sens de rotation de la turbine, l'aspiration s'effectuant par le centre comme dans la forme d'exécution représentée par les fig. 1 et 2.
Toutefois, dans ce cas, le disque 3. n'est plus soumis à la poussée dynamique engendrée par le changement de direction des filets de liquide sortant de la roue de la turbine. Il sera alors nécessaire de prévoir un disque 2 de diamètre plus grand pour obtenir une même poussée de compensation f2.
Le débit de fuite au travers de la fente 15 sera réduit dans toute la mesure du possible afin de rendre pratiquement nul le débit de cette fuite, de sorte que le rendement global de la pompe de circulation n'en est pas influencé.
Deux formes d'exécution de l'objet de l'invention ont été décrites ici à titre d'exemple et en référence au dessin schématique annexé, mais il est évident que de multiples variantes de construction et d'exécution peuvent être prévues sans sortir du cadre de la présente invention.
On pourrait, par exemple, former en regard de la face A du disque une chambre reliée à la volute d'aspiration par un passage calibré, de maniè-¯ re que la pression dans cette chambre augmente en fonction du débit de fuite.
Dans ce dernier cas, on obtient un effet semblable à celui obtenu grâce au calibre 16, de sorte'que ce dernier pourrait éventuellement être supprimé.
Pour permettre de tenir compte des différences pouvant se produire dans les cotes des pièces coulées-et éviter un contrôle exact de ces dimensions et éventuellement des usinages onéreux, on peut fort bien remplacer le calibre 16 par un conduit dont la section de passage peut être modifiée, choisie et fixée au moyen d'une vis pointeau par exemple ou de tout autre dispositif de réglage connu et utilisé aujourd'hui de manière courante.
REVENDICATIONS.
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