EP0008260B1 - Turbopompe - Google Patents

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EP0008260B1
EP0008260B1 EP79400510A EP79400510A EP0008260B1 EP 0008260 B1 EP0008260 B1 EP 0008260B1 EP 79400510 A EP79400510 A EP 79400510A EP 79400510 A EP79400510 A EP 79400510A EP 0008260 B1 EP0008260 B1 EP 0008260B1
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EP
European Patent Office
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pump
hydraulic turbine
turbine
communicates
chamber
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EP79400510A
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English (en)
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EP0008260A1 (fr
Inventor
Loic Robert Yves Goulvestre
Claude Marc Michel Lepert
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POMPES GUINARD DITE Ste
Original Assignee
POMPES GUINARD DITE Ste
Pompes Guinard SA
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven

Definitions

  • the invention relates to turbomachines comprising a pump, having an inlet and an outlet, and a hydraulic turbine which has an inlet and an outlet separate from those of the pump, which is mounted on the same shaft as the pump, the end of which high pressure is attached to the high pressure end of the pump and which communicates with it by their joined end.
  • a pump-turbine group called isogyre group
  • isogyre group of a great compactness
  • turbomachine gathers in the same assembly turning a turbine wheel and a pump wheel, leaning against each other, fixed on the same tree and served by the same entrance and the same exit.
  • Independent sleeve valves are arranged one at the inlet of the impeller, the other at the outlet of the pump wheel. These valves isolate one wheel when the other is working.
  • This group can operate either as a pump or a turbine, but not both.
  • turbopump according to the invention which is also very compact, differs radically from this prior type of pump-turbine group in that the operation in hydraulic turbine and that in pump takes place simultaneously, the operation in hydraulic turbine recovering energy, especially for the needs of the pump.
  • the turbomachine according to the invention is normally devoid of any means for interrupting the operation of the pump when the hydraulic turbine is operating or vice versa.
  • turbomachines of the type mentioned in the preamble to the main claim are described and intended to treat gases, in particular air.
  • turbomachines are not intended to treat liquids. In addition, they necessarily include bearings independently supplied with fluid, which complicates their manufacture and operation.
  • turbomachine of the type mentioned in the preamble to the main claim but intended to treat a liquid and characterized in that it comprises an intermediate part of revolution which defines, between an internal lateral face and an external lateral face , a pump volute and a hydraulic turbine cover on either side of a plane perpendicular to the lateral faces and which supports a hydrostatic bearing whose chamber communicates with the pump.
  • the liquid leaving the pump can go to a treatment installation and then return from it, possibly having a modified formulation and state, but while still under pressure, enter the hydraulic turbine to drive the shaft and therefore contribute during pump operation.
  • the turbomachine should only be made tight vis-à-vis the outside, in the axial direction, at its free ends being at low pressure.
  • the pumped liquid itself is used as the bearing fluid, which makes it possible to put a bearing in the most desired position in the center of the machine while also recovering the energy of the liquid necessary for the bearing on the hydraulic turbine. This greatly simplifies the bearing supply circuits whose lift is established by varying the pressure difference of the liquid at the outlet of the pump and at the inlet of the hydraulic turbine.
  • a driving machine providing additional energy for pumping can attack the common tree.
  • this machine is arranged on the side of the free end of the pump, so that the latter receives energy from both sides.
  • the turbomachine shown essentially comprises a shaft 1 driving in rotation impellers housed in a stationary pump 2 and turbine wheels housed in a stationary hydraulic turbine 3, these two elements being joined by their high pressure ends.
  • the pump 2 at the free end, has a radial inlet opening 4 opening out in front of an impeller 5 followed by a diffuser 6 of a first stage, which is followed by four identical stages, except that the scroll 7 forming the top stage diffuser is formed in an intermediate piece 8 of revolution having an external lateral face 9 and an internal lateral face 10.
  • a radial opening 11 at the outlet of the pump 2 opens into the volute 7.
  • the intermediate piece 8 also defines a cover 12, opening onto a first turbine wheel 13, symmetrical with the pump volute 7 with respect to a plane perpendicular to the 'axis of the shaft 1.
  • the fixed part 8 supports the shaft 1 by means of a hydrostatic bearing 14, the chamber 15 of which communicates by a labyrinth 16 with the adjoining end of the pump 2 and by a conduit 17 low pressure return with the adjoining end of the hydraulic turbine 3.
  • This opening 18 is diametrically opposite the opening 11 can be be perpendicular to it.
  • a radial opening 19 for output from the hydraulic turbine At the free end of the hydraulic turbine 3 is formed a radial opening 19 for output from the hydraulic turbine.
  • the entire hydraulic package 2, 3, 8 is held by fasteners 20, while at each free end of the turbomachine, oil bearings 21 and sealing parts 22 are provided.
  • Sea water arrives through the suction opening 4 of the pump 2 under a pressure Po. It passes through the pump 2 and exits through the opening 11 of the pump 2 discharge under a pressure P1> P0. It is sent to a reverse osmosis installation (not shown) from which it partially returns under a pressure P2> P to enter the hydraulic turbine 3 through the inlet opening 18. It emerges through the opening 19, after having passed through the hydraulic turbine 3, under a pressure P3 much lower than P2, thus having yielded energy, which makes it possible to drive the shaft 1 and thus contributes to operating the pump 2. The energy saving obtained can reach 50%.
  • a driving machine 23 drives the shaft 1 by a coupling 24.
  • the pump 2 is interposed with the hydraulic turbine 3 and the machine 23.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
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Description

  • L'invention concerne les turbomachines comprenant une pompe, ayant une entrée et une sortie, et une turbine hydraulique qui a une entrée et une sortie distinctes de celles de la pompe, qui est calée sur le même arbre que la pompe, dont l'extrémité haute pression est accolée à l'extrémité haute pression de la pompe et qui communique avec celle-ci par leur extrémité accolée.
  • On connaît un groupe pompe-turbine, dit groupe isogyre, d'une grande compacité, dont la turbomachine regroupe en une même ensemble tournant une roue de turbine et une roue de pompe, adossées l'une à l'autre, calées sur le même arbre et desservies par une même entrée et une même sortie. Des vannes-fourreaux indépendantes sont disposées l'une à l'entrée de la roue-turbine, l'autre à la sortie de la roue-pompe. Ces vannes permettent d'isoler une roue, lorsque l'autre travaille. Ce groupe peut fonctionner au choix en pompe ou en turbine, mais non les deux à la fois.
  • La turbopompe suivant l'invention, elle aussi d'une grande compacité, se distingue radicalement de ce type antérieur de groupe pompe-turbine en ce que le fonctionnement en turbine hydraulique et celui en pompe s'y effectue simultanément, le fonctionnement en turbine hydraulique récupérant de l'énergie, notamment pour les besoins de celui en pompe. La turbomachine suivant l'invention est normalement dépourvue de tout moyen pour interrompre le fonctionnement de la pompe quand la turbine hydraulique fonctionne ou vice-versa.
  • Au CH-A-87 088 et au US-A-3 105 632, on décrit des turbomachines du type mentionné dans le préambule de la revendication principale et destinées à traiter des gaz, notamment de l'air.
  • Ces turbomachines ne sont pas destinées à traiter des liquides. En outre, elles comportent nécessairement des paliers alimentés indépendamment en fluide, ce qui complique leur fabrication et leur fonctionnement.
  • L'invention pallie ces inconvénients par une turbomachine du type mentionné au préambule de la revendication principale mais destinée à traiter un liquide et caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce intermédiaire de révolution qui définit, entre une face latérale intérieure et une face latérale extérieure, une volute de pompe et une bâche de turbine hydraulique de part et d'autre d'une plane perpendiculaire aux faces latérales et qui supporte un palier hydrostatique dont la chambre communique avec la pompe.
  • Le liquide sortant de la pompe peut aller à une installation de traitement puis revenant de celle-ci, en ayant éventuellement une formulation et un état modifiés, mais en étant encore sous pression, entrer dans la turbine hydraulique pour entraîner l'arbre et donc contribuer au fonctionnement de la pompe. Comme la pompe et la turbine hydraulique sont accolées par leur extrémité haute pression, la turbomachine ne doit être rendue étanche vis-à-vis de l'extérieur, suivant la direction axiale, qu'à ses extrémités libres se trouvant à pression basse.
  • On utilise le liquide pompé lui-même comme fluide de paliers, ce qui permet de mettre un palier en la position la plus souhaitée au centre de la machine tout en récupérant d'ailleurs l'énergie du liquide nécessaire au palier sur la turbine hydraulique. Cela simplifie beaucoup les circuits d'alimentation du palier dont la portance s'établit en jouant sur la différence de pression du liquide à la sortie de la pompe et à l'entrée de la turbine hydraulique.
  • Pour que les pressions sur le palier soient équilibrées, il est bon d'interposer un labyrinthe entre la chambre du palier et la pompe.
  • Une machine menante fournissant un appoint d'énergie pour le pompage peut attaquer l'arbre commun. De préférence, cette machine est disposée du côté de l'extrémité libre de la pompe, de manière que celle-ci reçoive de l'énergie des deux côtés.
  • Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple:
    • la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une turbomachine suivant l'invention; et
    • la figure 2 est un schéma d'une variante.
  • La turbomachine représentée comprend essentiellement un arbre 1 entraînant en rotation des impulseurs logés dans une pompe 2 fixe et des roues de turbine logées dans une turbine hydraulique 3 fixe, ces deux éléments étant accolés par leurs extrémités haute pression.
  • La pompe 2, à l'extrémité libre, a une ouverture d'entrée 4 radiale débouchant devant un impulseur 5 suivi d'un diffuseur 6 d'un premier étage, lequel est suivi de quatre étages identiques, si ce n'est que la volute 7 formant le diffuseur du dernier étage est ménagée dans une pièce 8 intermédiaire de révolution ayant une face 9 latérale extérieure et une face 10 latérale intérieure. Une ouverture radiale 11 de sortie de la pompe 2 débouche dans la volute 7. La pièce 8 intermédiaire définit aussi une bâche 12, débouchant sur une première roue 13 de turbine, symétrique de la volute 7 de pompe par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 1. La pièce 8 fixe supporte l'arbre 1 par l'intermédiaire d'une palier 14 hydrostatique dont la chambre 15 communique par un labyrinthe 16 avec l'extrémité accolée de la pompe 2 et par un conduit 17 de retour basse pression avec l'extrémité accolée de la turbine hydraulique 3.
  • Celui-ci se poursuit par deux autres étages de turbine identiques au premier.
  • Dans la pièce 8 intermédiaire est ménagée une ouverture 18 radiale d'entrée dans la turbine hydraulique 3. Cette ouverture 18 est diamétralement opposée à l'ouverture 11 on peut lui être perpendiculaire.
  • A l'extrémité libre de la turbine hydraulique 3 est ménagée une ouverture 19 radiale de sortie de la turbine hydraulique.
  • L'ensemble du paquet 2, 3, 8 hydraulique est maintenu par des fixations 20, tandis que, à chaque extrémité libre de la turbomachine, sont prévus des paliers 21 à huile et des pièces 22 d'étanchéité.
  • De l'eau de mer arrive par l'ouverture 4 d'aspiration de la pompe 2 sous une pression Po. Elle passe dans la pompe 2 et sort par l'ouverture 11 de refoulement de la pompe 2 sous une pression P1 > P0. Elle est envoyée à une installation (non représentée) d'osmose inverse dont elle revient partiellement sous une pression P2 > P pour entrer dans la turbine hydraulique 3 par l'ouverture 18 d'admission. Elle ressort par l'ouverture 19, après avoir traversé la turbine hydraulique 3, sous une pression P3 très inférieure à P2, ayant ainsi cédé de l'énergie, ce qui permet d'entraîner l'arbre 1 et contribue ainsi à faire fonctionner la pompe 2. L'économie d'énergie obtenue peut atteindre 50%.
  • A la figure 2, une machine 23 menante entraîne l'arbre 1 par une accouplement 24. La pompe 2 est intercalée la turbine hydraulique 3 et la machine 23.

Claims (5)

1. Turbomachine comprenant une pompe (2), ayant une entrée (4) et une sortie (11), et une turbine hydraulique (3) qui a une entrée (18) et une sortie (19) distinctes de celles de la pompe (2), qui est calée sur le même arbre (1) que la pompe (2), dont l'extrémité haute pression est accolée à l'extrémité haute pression de la pompe (2) et qui communique avec celle-ci par leur extrémité accolée, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce (8) intermédiaire de révolution qui définit, entre une face (10) latérale intérieure et une face (9) latérale extérieure, une volute (7) de pompe et une bâche (12) de turbine hydraulique de part et d'autre d'une plan perpendiculaire aux faces (9, 10) latérales et qui supporte un palier (14) hydrostatique dont la chambre (15) communique ave la pompe (2).
2. Turbomachine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (15) communique avec la pompe (2) par un labyrinthe (16).
3. Turbomachine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre (15) communique avec la turbine hydraulique (3) par des canaux (17) de retour.
4. Turbomachine suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine menante (23) attaquant l'arbre (1).
5. Turbomachine suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la machine menante (23) est disposée du côté de l'extrémité libre de la pompe (2).
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