EP0009449B1 - Palier pour pompe centrifuge ambivalente - Google Patents

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EP0009449B1
EP0009449B1 EP79400651A EP79400651A EP0009449B1 EP 0009449 B1 EP0009449 B1 EP 0009449B1 EP 79400651 A EP79400651 A EP 79400651A EP 79400651 A EP79400651 A EP 79400651A EP 0009449 B1 EP0009449 B1 EP 0009449B1
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EP
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pump
stop member
motor
centrifugal pump
driven
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Claude Van Rossem
Jean-Claude Le Dall
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ELECTRO-HYDRAULIQUE SEH Ste
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ELECTRO-HYDRAULIQUE SEH Ste
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system

Definitions

  • the present invention relates to centrifugal pumps, in particular those of them which, constituted by a plurality of stackable pump elements driven by an incorporated electric motor, belong to the so-called multicellular type.
  • centrifugal pumps In the construction technique of centrifugal pumps, a distinction is made between pumps intended to operate in air and others capable of pumping a liquid in which they are immersed.
  • the electric motor driving the pump is cooled by the effect of a circulation, usually forced, of the fluid borrowed from the ambient medium: air for the first, the liquid to be pumped for seconds.
  • a centrifugal pump with an electric motor cooled by the pumped fluid is known from British Patent No. 410322. Since it involves conveying a flammable liquid and preventing air from entering the motor, the latter is enclosed in a housing sealed inside the pump body. To cool the bearings of the shaft driven by the motor, these are lubricated by a fluid using an auxiliary pump which feeds a network of pipes connected to the bearings. The construction of this pump is complicated due to the particular arrangement of its motor and its bearings. Such an arrangement is not required in a multicellular type pump for aqueous fluid where the risk of ignition of the fluid is by nature excluded. Also known is a fuel pump described by French patent 2175388 in which the electric motor is cooled by the fuel carried by the pump.
  • the cooling of the fluid and the lubrication of the bearings are carried out using a double wall assembly and a branch in which the fluid circulates in a direction opposite to the fluid conveyed by the pump.
  • a cooling system which is also complicated and expensive is not necessary when it comes to pumping a liquid which is inherently non-flammable, for example an aqueous liquid, as is the case when it is a question of pumping water. water from a pond, river or well.
  • the present invention aims to lower the cost price of such bearings and therefore of centrifugal pumps provided with these bearings.
  • This object has been achieved mainly by using inexpensive materials that do not require final machining, as well as by a judicious arrangement of these bearings allowing effective cooling of these, this arrangement excluding the use of auxiliary cooling means, such as those provided in the prior art mentioned above.
  • the invention provides uti 'lisation bearings each comprising a sleeve driven by a dog clutch, a pad cooperating with a stop carried by a stopper support and said stop being adapted to be driven in rotation and being provided with self-alignment means.
  • the central drive part M comprises an electric motor with a flooded rotor. This rotor is visible at 3, the motor stator is illustrated at 4, the motor windings at '5. In order to avoid a possible short circuit between metallic masses of the rotor and the stator by a pumped liquid which would be conductive, it is planned to isolate them according to the rules of the art.
  • the motor shaft 6 drives the pump elements, by means of the extensions 7, 7 'along the common axis of rotation R'R and on either side of the central drive part.
  • each of the pump parts P and P ′ is constituted by the stack of two pump elements, such as the stacks EP1 and EP2 of the right end of FIG. 1.
  • any pump element such as the stack EP1
  • a wheel capable of turning in a chamber such as the wheel 11 in the chamber 12 of the stack EP1, under the action of a driving driving force from the single engine.
  • the wheels such as the wheel 11, are included coaxially with the pump shaft.
  • the wheels of the various superimposed elements are rigidly assembled together by a dog clutch as has been described in FR-A-2342416.
  • the superimposed wheels are assembled by clutches by means of a fitting of dog teeth with trapezoidal profile eliminating any axial play, as described in the aforementioned patent.
  • the cavities 1'3 'and 13 are individually in communication with the chambers 12' and 12 via the elements 15 'and 15 usually designated each by the term "return channel", the pumped liquid existing in the cavity 13 'is routed along the arrow through the conduit 14 in the cavity 13.
  • the fgiure being of revolution, the circulation of liquids established by the conduit 14 continuously and constitutes a true coolant jacket of the engine.
  • FIG. 2 shows the detail arrangement of a bearing in the embodiment of the invention illustrated by Figure 1.
  • the shaft sleeve is designated by 8, the stop support by 9, the bearing by 10, the stop ring by 29, the O-ring by 19.
  • the stop is constituted by a piece in the form of a ring 29. On the perimeter of large diameter of this ring are hollowed out several notches, in the example described there are three notches at 120 ° relating to the thickness of the ring. On the other hand, the circumferential edge of small diameter of the stop ring 29 is chamfered on one of its planar faces, as is particularly visible in the sectional view of Figure 1.
  • the assembly between the support stop 9 and the shaft sleeve 8 is made by dog clutch.
  • the stop support 9 is made integral with the motor shaft by means of a pin fixing 90 visible in FIG. 1.
  • the O-ring 19 is introduced at the bottom of the low-cut part of the stop support 9.
  • the stop support 9 has on its large diameter periphery three flexible extensions, such as the extension 39 in the shape of a claw or tongue.
  • the abutment ring 29 is threaded, anchoring the flexible tabs in the notches provided, so that the chamfered edge comes to bear on the joint 19.
  • the dog clutch 8-9 is assembled.
  • the stop support 9 rotates the shaft sleeve 8 by dog clutch and by means of the three claws, in retaining tabs, the stop ring 29.
  • any alignment imperfection is erased by the recommended arrangement.
  • the parts: shirt, pad and stopper are made of a material of the ceramic type.
  • the stop support is made of a thermoplastic material of the noryl type, flexible and robust.
  • the recommended solution is economical since the arrangement is self-aligning without requiring machined surfaces with too narrow tolerances. It has the very great advantage of erasing the alignment imperfections or those of surfacing of the parts.
  • the two bearings, front and rear, are both lubricated by the pumped liquid.
  • the abutment face of the bearings has three grooves at 120 °, so as to maintain a constant liquid film, between the friction faces. These grooves are not shown in the figure.
  • Such a pump is designed to be used interchangeably in air: for example, in line, on a pipe, or in the liquid to be pumped in which it is immersed without damage.
  • the liquid to be pumped can for example be pure water or water containing salts or impurities such as to make it electrically conductive.
  • the liquid may be different from water, the adaptation to the liquid to be pumped being within the domain of a person skilled in the art.
  • the example described constitutes an ambivalent pump model of the "amphibious" type operating in both air and water.
  • It can be used to drain water by submerging it at the bottom of a pond, a river, a well, etc.

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Description

  • La présente invention concerne les pompes centrifuges, en particulier celles d'entre elles qui, constituées par une pluralité d'éléments de pompe empilables entraînés par un moteur électrique incorporé, appartiennent au type dit multicellulaire.
  • Dans la technique de construction des pompes centrifuges on distingue des pompes destinées à fonctionner dans l'air et d'autres aptes à pomper un liquide dans lequel elles sont immergées.
  • Dans un cas comme dans l'autre le moteur électrique d'entraînement de la pompe est refroidi par l'effet d'une circulation, ordinairement forcée, du fluide emprunté au milieu ambiant: l'air pour les premières, le liquide à pomper pour les secondes.
  • Mais cette disposition simple limite l'application de la pompe à un usage unique. Il s'ensuit que ces types de pompes sont seulement aptes à fonctionner dans le milieu pour lequel le constructeur les a prévues, cependant il existe pour des usages particuliers des pompes centrifuges non «spécifiques» du milieu ambiant, dans lesquelles le refroidissement du moteur électrique d'entraînement est lié au fluide à pomper et non pas au fluide emprunté au milieu ambiant.
  • Une pompe centrifuge à moteur électrique refroidi par le fluide pompé est connu par le brevet britannique n° 410322. Comme il s'agit de véhiculer un liquide inflammable et de prévenir une entrée d'air dans le moteur, ce dernier est enfermé dans un boîtier étanche disposé à l'intérieur du corps de pompe. Pour refroidir les paliers de l'arbre entraîné par le moteur, ceux-ci sont lubrifiés par un fluide à l'aide d'une pompe auxiliaire qui alimente un réseau de conduites reliées aux paliers. La construction de cette pompe est compliquée du fait de l'agencement particulier de son moteur et de ses paliers. Un tel agencement ne s'impose pas dans une pompe de type multicellulaire pour fluide aqueux où le risque d'inflammation du fluide est par nature exclu. On connait également une pompe à carburant décrite par le brevet français 2175388 dans laquelle le moteur électrique est refroidi par le carburant véhiculé par la pompe. Pour éviter la formation prématurée de bulles de gaz qui perturberaient l'écoulement du carburant, et due à une température trop élevée dans la pompe, le refroidissement du fluide et la lubrification des paliers sont effectués à l'aide d'un montage à double paroi et d'une dérivation dans laquelle le fluide circule dans un sens inverse au fluide véhiculé par la pompe. Un tel système de refroidissement qui est egalement compliqué et coûteux ne s'avère pas nécessaire quand il s'agit de pomper un liquide par nature ininflammable, par exemple un liquide aqueux, comme c'est le cas quand il s'agit de pomper l'eau d'une mare, d'une rivière ou d'un puits.
  • C'est pourquoi la présente invention a pour but d'abaisser le prix de revient de tels paliers et par consequent des pompes centrifuges munies de ces paliers. Ce but a été atteint principalement en utilisant des matériaux peu coûteux ne nécessitant pas d'usinage final, ainsi que par un agencement judicieux de ces paliers permettant un refroidissement efficace de ceux-ci, cet agencement excluant l'utilisation de moyens de refroidissement auxiliaires, tels que ceux prevus dans l'art anterieur mentionné ci dessus.
  • Ainsi, l'invention prévoit l'uti'lisation de paliers comprenant chacun une chemise entraînée par un crabot, un coussinet coopérant avec une butée, portée par un support de butée, et ladite butée étant apte à être entrainée en rotation et étant pourvue de moyens d'auto-alignement.
  • Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels:
    • la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale partielle d'une forme de réalisation de la pompe centrifuge ambivalente selon l'invention;
    • la figure 2 représente une vue en perspective de l'agencement de détail du palier avant, tel que signalé en D sur la figure 1.
  • Sur la vue en coupe partielle de la figure 1, dans la pompe 1 incluse en un corps monobloc 2, qui rassemble une partie motrice centrale M, encadrée par deux parties de pompe P' et P.
  • La partie motrice centrale M comprend un moteur électrique à rotor noyé. Ce rotor est visible en 3, le stator du moteur est illustré en 4, les enroulements du moteur en '5. En vue d'éviter un éventuel court-circuit entre masses métalliques du rotor et du stator par un liquide pompé qui serait conducteur il est prévu d'isoler ceux-ci selon les règles de l'art. L'arbre 6 du moteur entraîne les éléments de pompe, par l'intermédiaire des prolongements 7, 7' le long de l'axe de rotation commun R'R et de part et d'autre de la partie motrice centrale.
  • Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 1 chacune des parties de pompe P et P' est constituée par l'empilage de deux éléments de pompe, tels les empilements EP1 et EP2 de l'extrémité de droite de la figure 1.
  • Dans un élément de pompe quelconque, tel l'empilement EP1, on distingue: une roue apte à tourner dans une chambre telle la roue 11 dans la chambre 12 de l'empilement EP1, sous l'action d'une force motrice d'entraînement provenant du moteur unique.
  • Les roues, telle la roue 11, sont incluses coaxialement à l'arbre de la pompe. Les roues des différents éléments superposés sont assemblées rigidement entre elles par crabot comme cela a été décrit dans la FR-A-2342416. L'assemblage par crabots des roues superposées est procuré au moyen d'un emmanchement de dents de crabot à profil trapézoïdal éliminant tout jeu axial, ainsi qu'il est décrit dans le brevet précité.
  • On distingue dans le corps de pompe en 14 un conduit longitudinal de circulation du fluide de pompage qui met en communication entre elles les cavités avant 13' et arrière 13 des pompes. Dans la réalisation décrite, les conduits sont au nombre de quatre, un seul étant visible sur la figure 1.
  • Comme les cavités 1'3' et 13 sont individuellement en communication avec les chambres 12' et 12 par l'intermédiaire des éléments 15' et 15 usuellement désignés chacun par le terme «canal de retour», le liquide pompé existant dans la cavité 13' est acheminé selon la flèche par le conduit 14 dans la cavité 13. La fgiure étant de révolution, la circulation de liquides établie par le conduit 14 en continu et constitue une véritable chemise liquide de refroidissement du moteur.
  • La figure 2 montre l'agencement de détail d'un palier dans la forme de réalisation de l'invention illustrée par la figure 1. Sur ces deux figures les mêmes références numériques désignent le mêmes objets. La chemise d'arbre est désignée par 8, le support de butée par 9, le coussinet par 10, la bague de butée par 29, le joint torique par 19.
  • Selon l'invention la butée est constituée par une pièce en forme de bague 29. Sur le pourtour de grand diamètre de cette bague sont creusées plusieurs encoches, dans l'exemple décrit il s'agit de trois encoches à 120° intéressant le épaisseur de la bague. D'autre part, le bord circonférentiel de petit diamètre de la bague de butée 29 est chanfreiné sur l'une de ses faces planes, comme cela est particulièrement visible dans la vue en coupe de la figure 1. L'assemblage entre le support de butée 9 et la chemise d'arbre 8 se fait par crabot. Le support de butée 9 est rendu solidaire de l'arbre moteur au moyen d'une fixation par goupille 90 visible sur la figure 1. Le joint torique 19 est introduit au fond de la partie décolletée du support de butée 9. Le support de butée 9 comporte sur son pourtour de grand diamètre trois prolongements souples, tel le prolongement 39 en forme de griffe ou languette. Au montage, après avoir placé le joint torique en fond du décolletage de de la pièce support de butée, on enfile la bague de butée 29 en ancrant les languettes souples dans les encoches prévues, de manière à ce que le bord chanfreiné vienne en appui sur le joint 19. On assemble le crabot 8-9.
  • En fonctionnement, le support de butée 9 entraîne en rotation par crabotage la chemise d'arbre 8 et par l'intermédiaire des trois griffes, en languettes de retenue, la bague de butée 29.
  • Comme la bague de butée est constamment maintenue en appui sur le joint torique par son chanfrein et que le joint torique est fait d'un matériau élastomère, toute imperfection d'alignement est effacée par l'agencement préconisé.
  • Dans l'exemple décrit, les pièces: chemise, coussinet et butée sont faites d'un matériau du type céramique. Le support de butée est fait d'un matériau thermoplastique du type noryl, souple et robuste.
  • La solution préconisée est économique puisque l'agencement est auto-alignant sans nécessiter des surfaces usinées avec des tolérances trop étroites. Il présente le très grand avantage d'effacer les imperfections d'alignement ou celles de surfaçage des pièces.
  • Comme on le voit sur la figure 1, l'agencement du palier arrière est le même que celui du palier avant du moteur, détaillé en D.
  • D'autre part, les deux paliers, avant et arrière, sont lubrifiés l'un et l'autre par le liquide pompé. La face de butée des coussinets comporte trois rainures à 120°, de manière à maintenir un film liquide constant, entre les faces de frottement. Ces rainures ne sont pas représentées sur la figure.
  • Dans la forme de réalisation décrite, les éléments de pompe empilables sont au nombre de quatre, leur répartition est symétrique de part et d'autre de la partie centrale motrice: deux à l'avant et deux à l'arrière. Une telle disposition est avantageuse pour la répartition des efforts et du poids.
  • Cependant, il est possible de prévoir un nombre impair d'éléments. Par exemple, dans le cas de trois éléments de pompe, on préférera monter un élément d'un côté du moteur et les deux autres à l'autre extrémité plutôt que de les monter tous trois en un même bout d'arbre.
  • Une telle pompe est conçue pour être employée indifféremment dans l'air: par exemple, en ligne, sur une canalisation, ou dans le liquide à pomper dans lequel elle est immergée sans dommage.
  • Le liquide à pomper peut être par exemple de l'eau pure ou de l'eau contenant des sels ou des impuretés de nature à la rendre électriquement conductrice.
  • Le liquide peut être différent de l'eau, l'adaptation au liquide à pomper étant du domaine de l'homme de l'art.
  • L'exemple décrit constitue un modèle de pompe ambivalent du type «amphibie» fonctionnant aussi bien dans l'air que dans l'eau.
  • Elle est utilisable pour drainer l'eau en l'immergeant au fond d'une mare, d'une rivière, d'un puits etc.

Claims (4)

1. Pompe centrifuge du type multicellulaire incluant, dans un corps de pompe monobloc, au moins deux éléments de pompe empilables aptes à fonctionner par entraînement d'un moteur électrique refroidi par la circulation d'un fluide, qui est le fluide pompé, les éléments de pompe empilables étant disposés aux extrémités de l'arbre entraîné par le moteur de part et d'autre dudit moteur le corps de pompe comprenant dans la partie motrice au moins un conduit (14) mettant en relation la cavité avant (13') avec la cavité arrière (13) de la pompe pour la circulation du fluide pompé destinée au refroidissement du moteur et à la lubrification de ses paliers (D) chacun des paliers (D) du moteur d'entraînement comprenant au moins une chemise (8), un coussinet (10) et une butée (29), caractérisée en ce que:
- la chemise (8) est entraînée par un crabot,
- le coussinet (10) coopère avec la butée (29), portée par un support de butée (9) et en ce que ladite butée (29) est apte à être entraînée en rotation et est pourvue de moyens d'auto-alignement.
2. Pompe centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'auto-alignement dont est pourvue ladite butée (29) résident dans le fait que, la forme de ladite butée (29) étant celle d'une bague, d'une part son pourtour de grand diamètre est creusé d'au moins trois encoches équidistantes et d'autre part, son bord circonférentiel de petit diamètre est taillé en chanfrein sur l'une de ses faces planes, en sorte que lesdites encoches coopèrent avec un nombre égal de griffes de retenue (39) solidaires du support de butée (9) et que ledit chanfrein coopère avec un joint torique (19) sur lequel il est maintenu en appui alors que ladite bague est entraînée en rotation par lesdites griffes (39) qui la retiennent prisonnière.
3. Pompe centrifuge selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites griffes de retenue (39) sont constituées par une pièce souple comportant au moins trois languettes à 120° pour coopérer avec les encoches de la bague de butée (29).
4. Pompe centrifuge selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau de réalisation de la chemise (8), du coussinet (10) et de la butée (29) est un matériau du type céramique.
EP79400651A 1978-09-22 1979-09-18 Palier pour pompe centrifuge ambivalente Expired EP0009449B1 (fr)

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