Groupe motopompe hydraulique. La présente invention a pour objet un groupe motopompe hydraulique sans presse- étoupe, comprenant une pompe rotative et un moteur électrique dont les parties tournantes fiaignent dans le liquide à pomper et sont reliées par un arbre tournant dans des pa liers aménagés dans un support, lequel est fixé au corps de pompe et sur lequel est. fixé le stator du moteur, et une calotte passant dans l'entrefer du moteur de manière à assu rer l'étanchéité entre le rotor et le stator, cette calotte étant fixée audit support.
Dans un tel groupe motopompe, que la roue de la pompe soit une roue à hélice ou une roue centrifuge, une poussée axiale est toujours exercée sur l'arbre. Cette poussée dans les pompes connues du type ci-dessus est généralement absorbée par un palier de butée, par exemple à patins multiplés, dis posé généralement entre l'induit du moteur et l'extrémité correspondante du support.
Or, de tels paliers de butée à patins doi vent être exécutés avec précision, ce qui rend leur fabrication coûteuse. D'autre part, la charge que peut supporter un tel palier est limitée, ce qui exclut la possibilité de cons truire des pompes dépassant une certaine pression, la réaction hydraulique sur la roue étant-directement,proportionnelle à la pression.
Le groupe motopompe, objet de l'invention, vise à remédier aux inconvénients précités; il est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une chambre d'équilibrage limitée, d'une part, par une partie tournante et, d'autre part, par une partie fixe du groupe, au moins deux passages pour chaque cham bre d'équilibrage dont au moins un est de section variable, faisant communiquer ladite chambre, d'une part, avec le côté aspiration de la pompe et, d'autre part, avec le côté refoulement de cette dernière, la section du- dit passage de section variable se modifiant selon les déplacements axiaux desdites par ties tournantes,
de faon que tout déplace ment de ces parties tournantes dû à une force axiale soit compensé automatiquement par une modification de la pression dans la dite chambre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes et variantes d'exécution du groupe motopompe hydrau lique objet de l'invention.
Les fig. 1 à 6 sont des coupes axiales schématiques de six formes et variantes d'exécution.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, le groupe motopompe comprend une pompe rotative à roue centrifuge 1 tournant dans un corps de pompe 2 et fixée sur un arbre tubulaire 3. Cet arbre tubulaire 3 tourne dans des paliers 4 et 5 prévus sur un support 6 lui-même tubulaire. Ce support 6 présente une bride 7 par laquelle il est accouplé au moyen de vis 13 au corps de pompe 2. Sur la. bride 7 de ce support et au moyen d'autres vis 13 est fixé le carter 8 du moteur électrique servant à l'entraînement de la roue. de pompe 1. Ce moteur comprend un rotor 9 enfermé dans. une calotte 10 fixée par des vis 11 au support. tubulaire 6.
Cette ca lotte 10 passe donc dans l'entrefer du mo teur de manière à assurer l'étanchéité entre le rotor 9 et le stator 12.
Entre le rotor 9 du moteur et la. face ad jacente 15 du support 6 est disposé un disque d'équilibrage 14 limitant avec ladite face 15 une chambre d'équilibrage 16. Un passage de section constante, en l'occurrence l'orifice 17, fait communiquer la chambre 16 avec le côté refoulement de la pompe par l'intermédiaire de l'intérieur du support 6, des trous 18 et du jeu périphérique 19 séparant la roue de pompe du corps de pompe 2. Le jeu axial 20, séparant la face 15 du disque 14, relie la chambre 16 au côté aspiration de la pompe par l'intermédiaire de l'alésage central 21 de l'arbre 3 et du passage existant dans l'entrefer entre la calotte 10 et le rotor 9 du moteur.
L'arbre tubulaire 3 prend appui dans les paliers 4 et 5 par l'intermédiaire de douilles de frottement 22 maintenues en position axiale correcte par des bagues élastiques fen dues 23 engagées dans des rainures 24 de l'arbre 3.
Le fonctionnement du groupe motopompe décrit ci-dessus est le suivant Lorsqu'on connecte le moteur électrique au réseau d'alimentation en courant, la roue de pompe 1 entraînée par le rotor 9 du mo teur aspire le liquide par le canal 25 et le refoule à une pression supérieure P dans la bâche spirale 26.
L'équilibre de la poussée axiale sur la roue est réalisé comme suit: Sur les deux surfaces de diamètre D-d situées de part et d'autre de la roue 1 agit la pression de refoulement P, étant donné la présence du jeu périphérique 19. Ces deux surfaces sont par conséquent équilibrées. Les deux surfaces de diamètre d, situées aussi de part et d'autre de la roue 1, sont, l'une, à la pression d'aspiration p du canal 25 et, l'autre, à la pression de refoulement P, d'où il résulte une poussée axiale dans le sens de la flèche 27 de valeur F=
EMI0002.0002
(P-p) (en négligeant le diamètre intérieur de l'arbre).
Dans la chambre d'équilibrage 16, dont le diamètre C est un peu plus grand que d, règne la. pression P qui se transmet dans cette chambre 16 par les trous 18 et l'orifice 17, dimensionné en conséquence. D'autre part, dans la chambre 28, constituée par la calotte 10 et le rotor ou induit 9, règne la pression p, qui se transmet dans cette chambre 28 par l'alésage 21 de l'arbre 3.
La résultante des poussées agissant sur le disque 7.4 et l'induit 9 est représentée par <I>Fi =
EMI0002.0005
</I> (1'-p). Comme C est plus grand que d, on obtient une force Fl plus grande que F. Le rotor va donc chercher à se dé placer dans le sens de la force FI, mais alors le disque 14, en s'écartant de la face 15, crée une fuite qui fait baisser la pression dans la chambre 16, ce qui fait diminuer la forge Fl jusqu'au moment où Fl est égale à F. Un écoulement continu de liquide se produit donc à travers le jeu 20 et se propage dans l'entrefer puis revient à l'aspiration de la pompe par l'alésage 21 de l'arbre 3.
Il est. de toute nécessité que cet alésage 21 soit grand par rapport à l'orifice 17, afin que la chute de pression à travers l'arbre 3 soit. négli geable et que la pression dans la chambre 28 soit bien égale à p. Ainsi, le liquide opérant l'équilibrage assure également le renouvelle ment de l'eau des paliers et le refroidisse ment du rotor 9.
En variante, au lieu d'un seul orifice 17, on pourrait en prévoir plusieurs, disposés, par exemple, en cercle autour de l'arbre 3.
Dans la variante d'exécution de la, forme d'exécution montrée à la fig. 1, représentée à la fig. 2, le disque d'équilibrage 14 a été supprimé et c'est le rotor 9 lui-même qui fait fonction de disque d'équilibrage.
La chambre d'équilibrage est donc, dans ce cas, limitée par la face<B>1.5</B> du support 6, la face 29 du rotor et la bague de court-circuit 30 de la cage d'écureuil.
Comme dans la première forme d'exécu tion décrite, dans cette variante la chambre d'équilibrage 16 communique avec le côté refoulement de la pompe par l'orifice 17, les trous 18 et le jeu périphérique 19 alors que le jeu axial 20 existant entre la face 15 et le côté du rotor 9, ou plus exactement la bague 30, relie la chambre 16 au côté aspiration de la pompe. Ainsi, toute variation du jeu 20 due à une force axiale provoque une variation de pression dans la chambre 16, ce qui donne naissance à une force compensatrice rétablis sant l'équilibre.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3, la chambre d'équilibrage 16 est )imitée par la face intérieure 31 du corps de pompe 2 et par un disque 32 solidaire de l'extrémité de l'arbre 3 opposée à celle por tant le rotor 9. -Un canal 33 est prévu dans le corps de pompe 2 pour faire communiquer la chambre 16 avec le côté refoulement de la pompe. Le jeu axial 34 existant entre la péri phérie du disque 32 et la partie en regard 35 du corps de pompe relie la chambre 16 au côté aspiration de la pompe.
Comme on le voit d'après le dessin, toute variation du jeu 34, due à une force axiale agissant sur l'arbre 3, provoquera une varia tion de la pression dans la chambre 16, don nant naissance à une force compensatrice ré tablissant l'équilibre.
La fig. 4 représente une variante d'exé cution dans laquelle la chambre d'équilibrage 16 est limitée par un disque 36 solidaire du support. 6 et disposé parallèlement à la face 37 de la roue 1 limitant elle-même la chambre 16 sur un côté. Un anneau 38, solidaire de la roue 1, entoure la périphérie du disque 36. Un canal 39, percé à travers la roue 1, fait communiquer la chambre 16 avec le côté aspi ration de la pompe. Le jeu axial 40 séparant la face intérieure 41 de l'anneau 38 du disque 36 permet à la pression P du côté refoule ment de la pompe de se faire sentir dans la chambre 16. Ainsi lorsque ce jeu 40 a ten dance à diminuer, la pression P ne pouvant plus agir intégralement dans la chambre 16, la pression dans celle-ci diminue.
La face 37 de la roue 1 a alors tendance à se rapprocher du disque 36, ce qui rétablit un jeu 40 normal.
La fig. 5 représente une forme d'exécu tion, qui comprend une roue centrifuge double 1. Ce genre de roue ne donne aucune poussée axiale, les mouvements de l'eau de part et d'autre de la roue étant symétriques. Par contre, il peut se produire de petites réac tions axiales dues, par exemple, à un déséqui- librage magnétique ou à une réaction hydrau lique sur l'induit 9 du moteur. Aussi a-t-il été prévu deux chambres d'équilibrage 42 et 43 disposées de part et d'autre de la roue 1. Chacune de ces chambres est limitée par une face de la roue 1 et par une face en regard du corps de pompe 2.
Le jeu 19 prévu entre la périphérie de la roue 1 et le corps de pompe 2 fait communiquer le côté refoule ment de la pompe avec les chambres 42 et 43 alors que les jeux axiaux 44 et 45, prévus entre chacune des ouïes d'entrée 46 et 47 du liquide dans la roue 1 et les parties voisines 48 et 49, du corps de pompe 2, relient les chambres 42 et 43 au côté aspiration de la pompe.
En fonctionnement normal, les pressions dans les chambres 42 et 43 ont une valeur intermédiaire entre les pressions d'aspiration et de refoulement de la pompe. Lorsque les jeux 44 et 45 sont les mêmes, les pressions en 42 et 43 sont les mêmes également. Si la roue 1 est tirée du côté du moteur par exemple, le jeu 44 augmente, ce qui fait tomber la pression en 42, tandis que le jeu 45 di minue et fait monter la pression en 43. Cette augmentation de la pression dans la chambre 43 pousse la roue 1 du côté opposé au moteur jusqu'à ce qu'il y ait équi libre entre les forces cherchantyà déplacer la roue 1. L'équilibre s'établit donc automa tiquement.
Dans la forme d'exécution représentée partiellement à -la fig. 6, la chambre d'équi librage 16 est limitée par la face 37 de la roue 1 et par une face 50 du corps de pompe 2 située en regard. Un canal 51 traverse la roue de pompe 1 et débouche dans un jeu axial 52 prévu entre<B>le</B> moyeu 53 de la roue 1 et la face en regard 50 du corps de pompe \?. Ce canal 51 fait communiquer la chambre 16 avec le côté aspiration de la pompe.
La roue 1 présente en outre un rebord périphérique 54 délimitant, avec un épaule ment 55 du corps de pompe 2, un passage 56 dont la section varie selon les déplacements axiaux des parties tournantes 1, 3 et 9 du groupe. Ce passage 56 relie la chambre 16 du côté refoulement de la pompe.
Comme cela est clairement visible sur le dessin, à chaque augmentation de la section du passage 56 correspond une diminution du jeu axial 52 prévu entre le moyeu 53 et la face 50, d'où une augmentation de la pres sion dans la chambre 16 ramenant les parties tournantes à leur position axiale normale. Ainsi, toute variation dans la position axiale des parties tournantes 1, 3 et 9, due à une force axiale, provoque une variation de la pression dans la chambre d'équilibrage 16 donnant naissance à une force compensatrice rétablissant l'équilibre.
Dans toutes ces différentes formes et va riantes d'exécution, un dispositif est prévu pour contrôler le sens de rotation de la pompe, son nombre de tours et pour per mettre éventuellement le déblocage de la roue de pompe.
Ce dispositif comprend un doigt 57 sus ceptible de coulisser axialement dans une douille 58 solidaire du corps de pompe 2 pour venir s'engager dans l'écrou 59 de fixa tion de la roue de pompe. Un bouchon 60 est. en outre prévu pour assurer l'étanchéité du corps de pompe 2 après le contrôle.
A la fig. 3, ce dispositif est simplifié en ce sens que le doigt 57 est solidaire de l'arbre 3 et traverse simplement un alésage 61 du corps de pompe 2. Un bouchon 60 est cepen dant prévu pour assurer l'étanchéité du corps de pompe.
Hydraulic pump unit. The present invention relates to a hydraulic pump unit without a gland, comprising a rotary pump and an electric motor, the rotating parts of which lie in the liquid to be pumped and are connected by a rotating shaft in bearings arranged in a support, which is attached to the pump body and on which is. fixed the stator of the motor, and a cap passing through the air gap of the motor so as to ensure the seal between the rotor and the stator, this cap being fixed to said support.
In such a pump unit, whether the pump wheel is a propeller wheel or a centrifugal wheel, axial thrust is always exerted on the shaft. This thrust in known pumps of the above type is generally absorbed by a thrust bearing, for example with multiple pads, generally placed between the armature of the motor and the corresponding end of the support.
However, such pad thrust bearings must be executed with precision, which makes their manufacture expensive. On the other hand, the load that such a bearing can support is limited, which excludes the possibility of constructing pumps exceeding a certain pressure, the hydraulic reaction on the wheel being directly proportional to the pressure.
The pump unit, object of the invention, aims to remedy the aforementioned drawbacks; it is characterized by the fact that it comprises at least one balancing chamber limited, on the one hand, by a rotating part and, on the other hand, by a fixed part of the group, at least two passages for each chamber balancing unit, at least one of which has a variable section, making said chamber communicate, on the one hand, with the suction side of the pump and, on the other hand, with the discharge side of the latter, the section of said passage of variable section changing according to the axial displacements of said rotating parts,
so that any displacement of these rotating parts due to an axial force is automatically compensated by a change in the pressure in said chamber.
The appended drawing represents, by way of example, several forms and variant embodiments of the hydraulic pump unit which is the subject of the invention.
Figs. 1 to 6 are schematic axial sections of six forms and variants.
In the embodiment shown in FIG. 1, the pump unit comprises a rotary centrifugal impeller pump 1 rotating in a pump body 2 and fixed on a tubular shaft 3. This tubular shaft 3 rotates in bearings 4 and 5 provided on a support 6 which is itself tubular. This support 6 has a flange 7 by which it is coupled by means of screws 13 to the pump body 2. On the. flange 7 of this support and by means of other screws 13 is fixed the casing 8 of the electric motor serving to drive the wheel. pump 1. This motor comprises a rotor 9 enclosed in. a cap 10 fixed by screws 11 to the support. tubular 6.
This caster 10 therefore passes through the air gap of the motor so as to ensure the seal between the rotor 9 and the stator 12.
Between the rotor 9 of the motor and the. Adjacent face 15 of the support 6 is disposed a balancing disc 14 limiting with said face 15 a balancing chamber 16. A passage of constant section, in this case the orifice 17, communicates the chamber 16 with the side. delivery of the pump via the inside of the support 6, the holes 18 and the peripheral clearance 19 separating the pump impeller from the pump body 2. The axial clearance 20, separating the face 15 from the disc 14, connects the chamber 16 on the suction side of the pump via the central bore 21 of the shaft 3 and the passage existing in the air gap between the cap 10 and the rotor 9 of the motor.
The tubular shaft 3 is supported in the bearings 4 and 5 by means of friction bushings 22 held in the correct axial position by elastic rings 23 engaged in grooves 24 of the shaft 3.
The operation of the pump unit described above is as follows When the electric motor is connected to the power supply network, the pump wheel 1 driven by the rotor 9 of the motor sucks the liquid through channel 25 and delivers it at a higher pressure P in the spiral tarpaulin 26.
The axial thrust on the wheel is balanced as follows: On the two surfaces of diameter Dd located on either side of the wheel 1, the discharge pressure P acts, given the presence of the peripheral clearance 19. These two surfaces are therefore balanced. The two surfaces of diameter d, also located on either side of the wheel 1, are, one, at the suction pressure p of the channel 25 and, the other, at the discharge pressure P, d 'where there results an axial thrust in the direction of arrow 27 of value F =
EMI0002.0002
(P-p) (ignoring the inner diameter of the shaft).
In the balancing chamber 16, the diameter C of which is a little larger than d, reigns. pressure P which is transmitted into this chamber 16 through the holes 18 and the orifice 17, dimensioned accordingly. On the other hand, in the chamber 28, formed by the cap 10 and the rotor or armature 9, the pressure p prevails, which is transmitted into this chamber 28 through the bore 21 of the shaft 3.
The resultant of the thrusts acting on the disc 7.4 and the armature 9 is represented by <I> Fi =
EMI0002.0005
</I> (1'-p). As C is greater than d, we obtain a force Fl greater than F. The rotor will therefore seek to move in the direction of the force FI, but then the disc 14, moving away from the face 15, creates a leak which lowers the pressure in the chamber 16, which causes the forge Fl to decrease until the moment Fl is equal to F. A continuous flow of liquid therefore occurs through the clearance 20 and propagates in the air gap then returns to the pump suction through bore 21 of shaft 3.
It is. of any need that this bore 21 is large compared to the orifice 17, so that the pressure drop across the shaft 3 is. negligible and that the pressure in chamber 28 is indeed equal to p. Thus, the liquid operating the balancing also ensures the renewal of the water in the bearings and the cooling of the rotor 9.
As a variant, instead of a single orifice 17, several could be provided, arranged, for example, in a circle around the shaft 3.
In the variant embodiment of the embodiment shown in FIG. 1, shown in FIG. 2, the balancing disc 14 has been omitted and it is the rotor 9 itself which acts as the balancing disc.
The balancing chamber is therefore, in this case, limited by the face <B> 1.5 </B> of the support 6, the face 29 of the rotor and the short-circuit ring 30 of the squirrel cage.
As in the first embodiment described, in this variant the balancing chamber 16 communicates with the discharge side of the pump through the orifice 17, the holes 18 and the peripheral clearance 19 while the axial clearance 20 existing between the face 15 and the side of the rotor 9, or more exactly the ring 30, connect the chamber 16 to the suction side of the pump. Thus, any variation in the clearance 20 due to an axial force causes a variation in pressure in the chamber 16, which gives rise to a compensating force reestablishing the equilibrium.
In the embodiment shown in FIG. 3, the balancing chamber 16 is) imitated by the inner face 31 of the pump body 2 and by a disc 32 integral with the end of the shaft 3 opposite to that for the rotor 9. -A channel 33 is provided in the pump body 2 to communicate the chamber 16 with the delivery side of the pump. The axial clearance 34 existing between the periphery of the disc 32 and the facing part 35 of the pump body connects the chamber 16 to the suction side of the pump.
As can be seen from the drawing, any variation in clearance 34, due to an axial force acting on the shaft 3, will cause a variation in the pressure in the chamber 16, giving rise to a compensating force reestablishing the 'balanced.
Fig. 4 shows an alternative embodiment in which the balancing chamber 16 is limited by a disc 36 integral with the support. 6 and arranged parallel to the face 37 of the wheel 1 itself limiting the chamber 16 on one side. A ring 38, integral with the impeller 1, surrounds the periphery of the disc 36. A channel 39, pierced through the impeller 1, communicates the chamber 16 with the suction side of the pump. The axial clearance 40 separating the inner face 41 of the ring 38 of the disc 36 allows the pressure P on the discharge side of the pump to be felt in the chamber 16. Thus when this clearance 40 tends to decrease, the pressure pressure P no longer being able to act fully in chamber 16, the pressure therein decreases.
The face 37 of the wheel 1 then tends to move closer to the disc 36, which restores normal play 40.
Fig. 5 shows an embodiment, which comprises a double centrifugal wheel 1. This type of wheel does not give any axial thrust, the movements of the water on either side of the wheel being symmetrical. On the other hand, small axial reactions can occur due, for example, to a magnetic imbalance or to a hydraulic reaction on the armature 9 of the motor. Also, two balancing chambers 42 and 43 have been provided, arranged on either side of the wheel 1. Each of these chambers is limited by a face of the wheel 1 and by a face facing the body of the wheel. pump 2.
The clearance 19 provided between the periphery of the impeller 1 and the pump body 2 makes the discharge side of the pump communicate with the chambers 42 and 43 while the axial clearances 44 and 45, provided between each of the inlet openings 46 and 47 of the liquid in the impeller 1 and the neighboring parts 48 and 49, of the pump body 2, connect the chambers 42 and 43 to the suction side of the pump.
In normal operation, the pressures in the chambers 42 and 43 have an intermediate value between the suction and discharge pressures of the pump. When the clearances 44 and 45 are the same, the pressures at 42 and 43 are also the same. If the wheel 1 is pulled from the side of the motor for example, the clearance 44 increases, which drops the pressure at 42, while the clearance 45 decreases and increases the pressure at 43. This increase in the pressure in the chamber 43 pushes the wheel 1 on the side opposite the motor until there is a free equilibrium between the forces seeking to move the wheel 1. The equilibrium is therefore established automatically.
In the embodiment shown partially in FIG. 6, the balancing chamber 16 is limited by the face 37 of the impeller 1 and by a face 50 of the pump body 2 located opposite. A channel 51 passes through the pump wheel 1 and opens into an axial clearance 52 provided between <B> the </B> hub 53 of the wheel 1 and the facing face 50 of the pump body \ ?. This channel 51 communicates the chamber 16 with the suction side of the pump.
The wheel 1 also has a peripheral rim 54 delimiting, with a shoulder 55 of the pump body 2, a passage 56, the section of which varies according to the axial displacements of the rotating parts 1, 3 and 9 of the group. This passage 56 connects the chamber 16 on the discharge side of the pump.
As is clearly visible in the drawing, with each increase in the section of the passage 56 corresponds a reduction in the axial play 52 provided between the hub 53 and the face 50, hence an increase in the pressure in the chamber 16 bringing the rotating parts in their normal axial position. Thus, any variation in the axial position of the rotating parts 1, 3 and 9, due to an axial force, causes a variation in the pressure in the balancing chamber 16 giving rise to a compensating force restoring the balance.
In all these different forms and variants of execution, a device is provided to control the direction of rotation of the pump, its number of revolutions and to possibly enable the pump wheel to be released.
This device comprises a finger 57 capable of sliding axially in a bush 58 integral with the pump body 2 in order to engage in the nut 59 for fixing the pump wheel. A cap 60 est. furthermore provided for sealing the pump body 2 after the check.
In fig. 3, this device is simplified in that the finger 57 is integral with the shaft 3 and simply passes through a bore 61 of the pump body 2. A plug 60 is however provided to seal the pump body.