EP0541883B1

EP0541883B1 - Motopompe à turbine à réaction

Info

Publication number: EP0541883B1
Application number: EP91870183A
Authority: EP
Inventors: Guido Vandendorpe
Original assignee: Baggerwerken Decloedt and Zoon NV
Current assignee: Guido Vandendorpe
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2011-11-14
Also published as: DK0541883T3; EP0541883A1; US5316449A; JPH06341393A; CA2078849A1; ATE110823T1; DE69103758D1; DE69103758T2

Description

L'invention concerne une motopompe à turbine à réaction actionnée par un fluide sous pression pour le pompage de liquides ou de liquides chargés de solides.
On connaît déjà des motopompes à pompe rotative et entraînement par turbine. Ces motopompes se distinguent non seulement par les types de pompes utilisés et par le modèle de la turbine, mais également par la disposition réciproque de la turbine et de la pompe, et ipso facto, par la transmission mécanique du mouvement entre ces deux parties constitutives de la motopompe.
On connaît notamment des motopompes, dans lesquelles la turbine et la pompe sont disposées en ligne, c'est-à-dire que l'axe de la pompe et l'axe de la turbine sont placés dans le prolongement l'un de l'autre. Dans de telles motopompes, au moins une des deux tubulures (d'entrée et de sortie) de la pompe est disposée perpendiculairement ou en oblique par rapport à l'axe de la pompe, tandis que la seconde tubulure est soit disposée perpendiculairement ou en oblique par rapport à l'axe de la pompe, soit en ligne avec l'axe de la pompe (du côté de la pompe qui se trouve à l'opposé de la turbine).
La demande DE-A-3 008 334 décrit une turbine tangentielle entraînant une pompe dont le corps rotatif est formé par l'arbre creux de la turbine; la machine décrite dans la demande DE-A-3 008 334 fonctionne avec de la vapeur; la machine décrite est encombrante et adaptée uniquement à un usage statique.
Le document CH 465 413 décrit une pompe à axe unique destinée à une installation fixe dans une centrale atomique. La pompe est actionnée par une turbine périphérique. Le rotor de la pompe est à moyeu central, soutenu par des paliers qui empiètent sur la section disponible, sans mélange possible entre le fluide moteur et le fluide pompé.
Le brevet US-2 113 213 décrit des pompes cylindriques formées d'une petite pompe rotative et d'une turbine concentrique. Ces pompes sont destinées à fonctionner dans des puits pour en extraire l'eau ou le pétrole. Ces pompes, montées en série, sont placées dans une enceinte et enfoncées sous la nappe à pomper. Chaque pompe est munie à sa base d'évents. Lorsqu'un fluide sous pression est injecté dans l'enceinte, il remonte par les évents, mettant la turbine en rotation et actionnant ainsi la pompe. Le fluide moteur se mélange ensuite intégralement au liquide pompé pour remonter à la surface.
Pour certaines applications, les motopompes connues actuellement présentent toutes de sérieux inconvénients, cela est notamment vrai pour les motopompes immergées utilisées pour les opérations de dragage.
Dans les dragues suceuses, l'élinde est équipée d'une tuyauterie d'aspiration destinée à amener les matériaux dragués (vase et/ou sable) dans les puits de la drague ou dans des conduites de refoulement.
L'aspiration peut être assurée par une motopompe montée à bord de la drague. Un tel système ne convient cependant que pour des profondeurs de dragage relativement faibles.
Pour le dragage à plus grande profondeur, il est généralement nécessaire de faire usage d'une motopompe immergée, montée sur la conduite d'aspiration, et cela le plus bas possible.
Une telle motopompe immergée travaille donc en charge et de ce fait ses performances à l'aspiration sont améliorées. Toutefois, l'utilisation pour de telles applications des motopompes actuellement connues crée des problèmes techniques très sérieux qui sont notamment dus au poids élevé et à l'encombrement important de ces motopompes et des conduites coudées qui s'y raccordent. C'est ainsi qu'une motopompe de dragage immergée pouvant être branchée sur des tuyauteries d'un diamètre de 650 mm, représente couramment un poids de l'ordre de 25 t, une longueur de 6 m et un encombrement latéral de 3 m (y compris les conduites coudées et le bâti nécessaire pour reprendre les sollicitations engendrées au cours de la manoeuvre et du fonctionnement). La manoeuvre d'une tête de drague équipée d'une telle motopompe de type connu nécessite des engins de manutention lourds et coûteux, et beaucoup de doigté.
Un autre problème provient du milieu éprouvant (mécaniquement parlant), dans lequel ces motopompes doivent être utilisées, à savoir une eau généralement agressive, telle que de l'eau de mer, chargée en sel et en particules de granulométrie variée.
Pour protéger les parties délicates de ces motopompes, on fait généralement appel à des dispositifs d'étanchéité extrêmement performants, notamment pour protéger les roulements et les éléments de la turbine, ce qui accroît d'autant le poids et l'encombrement et pose également des problèmes de coût et de facilité d'entretien et de dissipation thermique.
Le brevet EP-0 330 640 du même inventeur décrit une motopompe à turbine actionnée par un fluide sous pression plus particulièrement adaptée à des opérations de dragage dans laquelle la pompe et la turbine sont disposées de façon concentrique, le fluide moteur et le liquide pompé traversant la motopompe suivant une direction axiale. Une motopompe suivant EP-0 330 640, malgré ses qualités, ne résoud pas encore tous les problèmes. Au regard de sa puissance, elle est encore assez volumineuse et développée en longueur, ce qui implique un coût (en poids de métal) élevé, ainsi que l'emploi d'engins de manutention relativement coûteux; elle nécessite un volume de fluide moteur important donc des tuyauteries d'alimentation de fort diamètre, ce qui entraîne un poids supplémentaire important. Ses dimensions la rendent encore sensible aux sollicitations encourues durant les manoeuvres et en service. Par ailleurs le démontage des différents organes exige encore un temps non négligeable alors précisément que, dans les conditions de travail auxquelles elle est astreinte, ces démontages sont relativement fréquents. Enfin, la plage de régulation d'une telle motopompe est, en pratique, assez étroite, ce qui ne permet pas de s'adapter de façon optimale à toutes les circonstances survenant en service (accroissement de la charge, montage d'organes de pompage de nature différente).
La motopompe suivant l'invention, qui sera décrite ci-après, peut être employée en particulier comme motopompe immergée et est notamment très avantageuse comme motopompe immergée de dragage et pour l'exploitation de sédiments marins à grande profondeur. L'application de la motopompe, suivant l'invention, n'est cependant nullement limitée à ces cas particuliers et elle peut aussi être avantageusement utilisée comme motopompe non immergée pour le pompage de divers liquides ou de liquides chargés de solides (par exemple des suspensions de minerais et/ou de charbon dans l'eau).
On a cherché à réaliser une motopompe présentant, à puissance d'aspiration égale, une plus grande compacité en longueur et un poids réduit par rapport à ce qui était connu dans l'état de la technique.
Un autre but de l'invention est d'obtenir une motopompe très robuste, autoportante de par sa structure même, et résistant aux sollicitations axiales tout comme à la torsion et à la flexion.
Un autre but de l'invention est de réaliser une motopompe qui permette un contrôle facile de la vitesse de la turbine et, par là, du débit et de la pression du liquide pompé.
L'invention a également pour but une motopompe de moindre coût de fabrication, à puissance égale, que ce qui est connu dans l'état de la technique.
Un autre but de l'invention est de réaliser une telle motopompe pouvant être avantageusement utilisée pour le pompage de liquides fortement chargés de solides et convenant dès lors comme motopompe de dragage ou d'exploitation de sédiments de fonds marins.
En outre, l'invention a pour but de procurer une telle motopompe dans laquelle les pertes d'énergie sont réduites de manière sensible.
Un autre but de l'invention est de réaliser une motopompe dont les paliers soient protégés d'une façon efficace eût égard à leurs conditions d'emploi.
Enfin, un autre but de l'invention est une motopompe à faible coût d'entretien et dont les organes peuvent facilement être remplacés.
L'invention a pour objet une motopompe à turbine entraînée par un fluide sous pression et pompe rotative destinée au pompage de liquides et de liquides chargés de particules solides, qui comprend :
un corps de pompe fixe comportant une tubulure constituant un orifice cylindrique d'aspiration et une tubulure constituant un orifice cylindrique de refoulement, ces deux tubulures, de même diamètre intérieur, étant disposées en ligne l'une par rapport à l'autre;
un manchon cylindrique, de diamètre intérieur sensiblement égal à celui de ces deux tubulures, monté en ligne entre ces tubulures, avec un faible jeu par rapport à celles-ci, ce manchon étant apte à tourner autour de son axe, des organes rotatifs de pompage étant montés à l'intérieur de ce manchon et étant solidaires de celui-ci;
une turbine d'entraînement actionnée par fluide sous pression montée en couronne autour du manchon, un rotor supportant les aubes de la turbine étant monté à l'extérieur du manchon et étant solidaire de celui-ci;
des moyens d'injection permettant l'injection d'un fluide dans la turbine et des moyens d'expulsion permettant l'évacuation de ce fluide hors de la turbine;
une enveloppe qui solidarise le corps fixe de la turbine avec le corps de pompe fixe et forme un espace annulaire autour de l'ensemble formé par le manchon et les deux tubulures.
Dans cette motopompe, la turbine est une turbine à réaction qui comporte un rotor qui s'évase du côté de l'injection, puis va en se resserrant vers une de ses extrémités; ce rotor supporte des aubes qui s'étendent du côté de l'injection du fluide sous pression, sensiblement dans le sens radial et du côté de l'évacuation de ce fluide, sensiblement dans le sens axial, en marquant cependant une légère divergence par rapport à ce sens axial;
les moyens d'injection sont disposés en couronne autour de la turbine et comportent un anneau de distribution fixé à l'enveloppe de façon aisément démontable;
l'enveloppe comporte deux éléments cylindriques assemblés bout à bout de façon aisément démontable;
des moyens de régulation aptes à infléchir le flux de fluide sous pression sont disposés sur le pourtour de la turbine, entre l'anneau de distribution et le rotor.
Suivant un mode de réalisation avantageux, la motopompe comporte un rotor simple, les moyens d'expulsion du fluide sous pression étant situés du côté de l'orifice de refoulement.
Suivant un autre mode de réalisation avantageux, la motopompe comporte un rotor double formé de deux rotors appariés sur le même manchon, avec leur admission conjointe, les moyens d'expulsion d'un de ces rotors étant situés du côté de l'orifice de refoulement, les moyens d'expulsions de l'autre rotor étant situés du côté de l'orifice d'aspiration.
De façon préférée, des joints annulaires sont disposés entre le manchon et les tubulures, ces joints étant aptes à empêcher le passage de liquide pompé et de particules de l'intérieur du manchon vers l'espace annulaire constituant l'intérieur de l'enveloppe sans entraver la rotation du manchon.
L'espace annulaire constituant l'intérieur de l'enveloppe est avantageusement subdivisé, de chaque côté du manchon, en deux chambres séparées par un joint rotatif, la première chambre étant séparée par un joint annulaire de l'intérieur de la pompe, la seconde chambre donnant sur un palier, cette seconde chambre étant disposée sur le passage du fluide sous pression s'échappant de la turbine et apte à être mise en légère surpression par rapport à la première chambre, de façon à prévenir le passage de liquide pompé, chargé de particules solides, vers les paliers.
Les éléments cylindriques sont de préférence prolongés du côté de leur extrémité commune, par un flasque s'étendant vers l'extérieur.
Suivant un mode d'exécution préféré, les moyens de régulation comportent des ailettes ajustables et des déflecteurs fixes.
Les organes rotatifs de pompage comportent, suivant un mode de réalisation éprouvé, des pales hélicoïdales (se développant à partir de la face interne du manchon et dirigées vers l'axe de celui-ci).
Suivant une exécution du mode de réalisation ci-dessus, un espace vide s'étend entre l'axe du manchon et les pales.
Suivant une autre exécution, lesdites pales se raccordent suivant une ligne qui coïncide avec l'axe du manchon.
Suivant un autre mode de réalisation, les organes rotatifs de pompage comportent une vis d'Archimède.
Dans un autre mode de réalisation encore, la pompe rotative est une pompe Moineau dont la partie extérieure est solidaire de la face interne du manchon et disposée suivant l'axe de celui-ci, une des extrémités de la partie centrale, engagée dans la partie extérieure, étant fixée par un accouplement à un arbre, l'autre extrémité de cet arbre se rattachant, également par un accouplement, à un support solidaire du corps de pompe fixe.
Un autre objet de l'invention est un dispositif d'enlèvement de sédiments sur les fonds marins, fluviaux ou lacustres monté sur un engin de dragage et comportant une élinde dont une extrémité, destinée à être immergée, est équipée d'une tête, et au moins une motopompe branchée sur ladite élinde; ce dispositif comporte au moins une motopompe conforme à ce qui a été décrit ci-dessus qui est raccordée sur l'élinde près de son extrémité immergée; l'axe de rotation de ces ou cette motopompe coïncidant avec l'axe de l'élinde de façon telle que les sédiments pompés ne subissent pas de changement de direction axial en remontant vers l'autre extrémité de l'élinde.
Ce dispositif peut être installé sur un bateau de dragage, par exemple, qu'il soit à élinde traînante, stationnaire ou à point fixe, à désagrégateur. Il peut également être utilisé sur un bateau d'exploitation de nodules à grande profondeur.
Un avantage de la turbopompe suivant l'invention tient à son poids réduit par rapport à d'autres engins assurant la même fonction, à caractéristiques égales.
Un autre avantage est que la vitesse de la turbine peut aisément être ajusté, ce qui rend possible un contrôle précis des opérations de dragage.
Un autre avantage, encore, est que, vu les variations possibles dans le couple et dans la vitesse de la turbine, la motopompe peut être équipée d'une grande variété de pompes différentes, suivant les applications.
Un autre avantage est que la motopompe peut être aisément désassemblée et remontée, ce qui permet de vérifier l'état d'usure des pièces en un temps minimum.
Un autre avantage est que, du fait de la présence d'un double cloisonnement par fluides "propres" entre les paliers et l'eau pompée, chargée de particules solides, les paliers bénéficient d'une très longue durée de vie.
Un autre avantage est que la turbine est actionnée par un fluide à haute pression, si bien que le volume de fluide employé, et donc la dimension des conduits d'alimentation, peuvent être réduits.
Un autre avantage est que la motopompe peut être utilisée dans toutes les positions et à n'importe que angle.
Un autre avantage, plutôt inattendu, est que l'on constate une quasi absence de phénomènes de cavitation dans la turbine et même à la pompe (suivant son type et suivant la profondeur de fonctionnement), ce qui influence très favorablement la durée de vie de la turbopompe.
Un avantage appréciable, enfin, est que la turbine avec sa pompe fournit globalement un rendement très élevé (de l'ordre de 72%) sur une large plage de vitesse.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description de formes de réalisation particulières décrites ci-après, en l'occurrence deux motopompes de dragage, données à titre d'exemple non limitatif, référence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels :

la Fig. 1 est une vue latérale, partiellement en coupe,d'une motopompe selon l'invention équipée d'une pompe à pales;
la Fig. 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'une motopompe selon l'invention, équipée d'une pompe Moineau;
la Fig. 3 est une vue latérale, partiellement en coupe, avec arrachement localisé d'une motopompe équipée d'une pompe à vis d'Archimède, et
la Fig. 4 est une vue schématique d'un dispositif de dragage selon l'invention.

La motopompe 1 montrée à la Fig. 1 comprend une enveloppe formée essentiellement de deux éléments cylindriques 2. Ces éléments 2 sont réunis l'un à l'autre avec un faible intervalle par des flasques 3 s'étendant vers l'extérieur. Cette union est réalisée par des moyens d'assemblage, soit en l'occurrence des boulons 4. Chaque boulon 4 est monté sur des buselures 5, ce qui permet de le faire pivoter après serrage. Chaque boulon 4 supporte, en son milieu une ailette mobile 6 et peut être tourné par l'intermédiaire de rondelles pivotantes 7 actionnées par un dispositif de pivotement (non représenté).
Les deux éléments cylindriques 2 et leurs flasques 3 forment le stator d'une turbine aisément démontable. Un élément distributeur de fluide sous pression 8 en forme de volute est fixé à la périphérie du stator, à hauteur de l'intervalle séparant les deux flasques 3.
Des ailettes fixes 9 sont disposées entre les flasques 3 de façon à ce que le fluide soit orienté de façon optimale, les ailettes mobiles 6 permettant de faire varier l'angle d'attaque de ce fluide et donc de faire varier la vitesse de la turbine.
Les extrémités libres des éléments cylindriques 2 sont fixées par boulons chacune à une partie conique 10, 11 d'entrée ou de sortie comportant un flasque de fixation 12 à son extrémité de plus faible diamètre. Ce flasque de fixation 12 permet de raccorder la motopompe 1 à des tuyauteries d'aspiration et de refoulement (non représentées). A la face interne de ces parties coniques est fixée une partie annulaire 13, 14, ces parties annulaires 13, 14 constituant les orifices d'aspiration et de refoulement de la pompe et également la partie fixe de la pompe. Ces parties 13, 14 convergent légèrement vers leur extrémité de façon à donner à la pompe 1 un rendement optimum.
Entre ces deux parties annulaires 13, 14 est disposé un manchon 15 aligné suivant le même axe que ces parties annulaires 13, 14 et ayant à ses extrémités sensiblement le même diamètre intérieur que ces parties annulaire 13, 14.
Ce manchon 15 est un élément commun et à la pompe et à la turbine, qui constitue à la fois la frontière entre ces deux parties essentielles de la motopompe et la transmission entre ces deux parties.
Le rotor 16 de la turbine avec ses aubes 17 est fixé à ou fait partie de la face extérieure du manchon. Les aubes 17 s'étendent depuis une partie du rotor 16 de plus grand diamètre située en face de l'admission 18 (qui est disposée radialement) suivant une double courbure jusqu'à une partie de ce rotor 16 de plus faible diamètre où lesdites aubes 17 sont disposées sensiblement axialement, ce qui permet de récupérer de l'énergie du fluide sous haute pression avec un très haut rendement. On remarque cependant la forme légèrement divergente des aubes 17 à mesure qu'elles se rapprochent de la chambre d'échappement.
Le rotor montré à la Fig. 1 constitue un rotor double, c'est-à-dire qu'il est muni de deux rotors comportant deux séries d'aubes 17 appariées, l'une représentée en traits discontinus pointant, suivant le sens axial, du même côté que l'orifice d'entrée 14 de la motopompe 1, l'autre pointant en sens axialement opposé. Cette configuration a l'avantage d'équilibrer pratiquement la poussée axiale engendrée par le fluide sous pression sur le rotor 16.
Si l'on n'utilise pas le second rotor 16, la masse rotative peut être allégée en y ménageant des trous borgnes servant également à l'équilibrage dynamique de la pièce en mouvement.
Dans le cas (non représenté) d'une motopompe à rotor 16 simple, l'échappement est disposé du même côté que l'orifice de refoulement 13 de la pompe, de façon à engendrer sur le rotor 16 une poussée opposée à celle engendrée par le liquide pompé sur le rotor de la pompe. Lorsque la motopompe 1 est en fonctionnement, le distributeur 8 en volute est alimenté par un fluide sous haute pression. Ce fluide se répartit autour de la turbine et s'échappe de façon centripète entre les deux flasques 3.
Guidé par les déflecteurs 9 et les ailettes 6, le fluide sous pression atteint les aubes 17 auxquelles il imprime une poussée provoquant la rotation du manchon 15, et, par là, des moyens de pompage 19 qui sont fixés à sa face interne.
Le fluide moteur est relâché après usage dans deux chambres d'échappement 20 disposées de part et d'autre de la turbine.
Les orifices calibrés 21 sont percés sur toute la périphérie de ces chambres 20 de façon à laisser s'échapper le fluide sous pression tout en maintenant à l'intérieur de ces chambres une légère surpression par rapport au milieu ambiant.
Des paliers axiaux 22 et radiaux 22a et leurs joints 22b sont placés à la périphérie extérieure du rotor 16. Ces organes sont lubrifiés par une fraction de fluide particulièrement épurée et centrifugée introduite sous pression par des canaux d'alimentation traversant les paliers axiaux 22 et radiaux 22a et alimentés par des conduits extérieurs 22c alimentés par une pompe (non représentée),laquelle peut d'ailleurs, au besoin, se trouver à la surface; l'injection ponctuelle de fluide lubrifiant permet au rotor 16 de la turbine de "flotter" littéralement et de rester centré de façon stable sur le centre de rotation de la partie mobile.
Ces paliers axiaux 22 et radiaux 22a et leurs joints 22b percés de capillaires d'alimentation sont situés hors d'atteinte du liquide chargé en particules qui franchit la pompe. Ce liquide devrait en effet, pour arriver jusqu'aux paliers 22 et 22a, franchir une double barrière de fluide. Les paliers 22 et 22a jouxtent en effet les deux chambres d'échappement 20 la turbine. Le fluide environnant, en surpression, crée une première protection pour ces paliers 22 et 22a.
Chaque chambre d'échappement 20 communique via un contact glissant avec une deuxième chambre 23 qui est elle-même en surpression par rapport à l'intérieur du manchon 15. Cette surpression est obtenue par la présence d'un conduit de raccord 24 débouchant dans la deuxième chambre 23 auquel est raccordée une pompe à eau (non représentée). L'eau "propre" alimentant cette pompe est prélevée dans l'environnement (à hauteur des éléments coniques 10, 11 ou plus loin, voire en surface). Cette eau est injectée dans les deuxièmes chambres 23 à une pression supérieure à celle régnant dans le corps de pompe en régime à l'endroit où se situent les chambres 23, on notera que cette pression ne sera pas identique selon que l'on se situe du côté "amont" ou du côté "aval" de la pompe et que la pression dans ces chambres doit donc varier en conséquence.
L'intervalle séparant, de chaque côté, le manchon pivotant 15 de chaque partie annulaire 13, 14 est fermé par une manche tournante 25 qui joue le rôle à la fois d'un joint tournant et d'un joint pompant de par sa configuration (qui comporte des rainures hélicoïdales). En face de ces manches 25 tournantes sont disposés, aux orifices d'entrée 14 et de sortie 13 de la pompe, des joints d'usure fixes 26. Des joints souples 27, fixés chacun par un anneau de serrage 28 et par boulons, assurent la fermeture de l'espace subsistant entre les manches tournantes 25 et les joints d'usure fixes 26. Ces jonctions 25, 26, 27, d'un type bien connu, préviennent la migration de particules provenant du liquide pompé vers la deuxième chambre 23 et de là vers les paliers axiaux et radiaux 22, 22a.
Des o-rings 29 de différents diamètres sont disposés entre les diverses pièces du stator (par exemple, entre les éléments cylindriques 2 et les deux parties coniques 10, 11, respectivement d'aspiration et de refoulement), ce qui rend possible un démontage aisé de la partie plus spécialement affectée par le dragage (c'est-à-dire la pompe) sans qu'il faille démonter pour autant la turbine.
Des structures de renforcement 30 s'étendent entre chaque flasque 3 et l'élément cylindrique 2 correspondant; la motopompe 1 ainsi équipée résiste très bien à la fois aux sollicitations en tension et aux moments de torsion susceptibles de se produire dans des conditions extrêmes d'exploitation.
Le montage de telles structures de renforcement 30 constituées d'entretoises ou d'éléments de tôlerie est cependant facultatif lorsque la pompe ne travaille pas dans des conditions astreignantes. La seconde partie de la motopompe 1 est constituée par la pompe elle-même qui est constituée de moyens de pompage 31 fixés à l'intérieur du manchon (soit comme montré à la Fig. 1, des pales hélicoïdales), la pompe comportant une partie mobile (le manchon 15 et les pales 31) et une partie fixe (les anneaux fixes d'aspiration et de refoulement 13, 14).
On voit que les pales 31 de la motopompe se raccordent vers le centre de l'espace intérieur de la pompe à un moyeu fusiforme 32. L'arrière de ce moyeu fusiforme 32 se raccorde à un prolongement hydrodynamique 33 maintenu par des supports en forme d'ailettes 34 fixés à l'anneau de refoulement 13.
L'avantage de la motopompe 1 est que l'énergie du fluide moteur est transmise sans pertes mécaniques dues à un accouplement ou à un réducteur de vitesse directement à la pompe; en outre, grâce à la turbine, les risques liés à l'emploi d'électricité en milieu marin ou dans des lieux humides (inhérents aux pompes à moteur électrique) sont supprimés.
La Fig. 2 montre une motopompe 35 analogue à la motopompe 1 montrée à la Fig. 1, mais équipée d'une pompe Moineau "inversée" et non d'une pompe à pales.
La partie extérieure 36 de la pompe Moineau est fixée à l'intérieur du manchon rotatif 15.
La partie centrale 37 de la pompe Moineau est fixée, par l'intermédiaire d'un accouplement 38, à l'extrémité d'un arbre 39 qui, par son autre extrémité, est relié par l'intermédiaire d'un accouplement 40 à un support fixe solidaire de la conduite d'aspiration.
Une motopompe 35 équipée d'une pompe Moineau est notamment intéressante pour le pompage à débit constant, sous pression élevée, de mixtures visqueuses telles que les mixtures vaseuses ou argileuses.
La Fig. 3 est une vue en coupe d'une forme de réalisation de la turbopompe dans laquelle les moyens de pompage ont la forme d'une vis d'Archimède. On voit que la motopompe se prête au montage d'une grande variété de pompes de type rotatif.
La Fig. 4 illustre schématiquement un type de bateau de dragage 42 muni de dispositifs de dragage 43 en ligne selon l'invention.
Un dispositif de dragage 43 est disposé à bâbord, en position remontée pour le transport.
Un second dispositif 43 est en place, abaissé vers le fond. Chaque dispositif 43 comporte une crépine 44 qui est ramenée sur le fond à draguer. Cette crépine 44 est raccordée à une élinde secondaire 45. Cette élinde secondaire 45 vient se brancher à l'orifice d'aspiration d'une motopompe selon l'invention. Celle-ci est constamment "en charge" et renvoie le liquide aspiré via l'élinde principale 46 vers la pompe d'aspiration 47 placée à bord du bateau de dragage 42. Suivant la puissance de la pompe selon l'invention, cette pompe d'aspiration 47 peut être simplement omise. Si la profondeur ou la densité du liquide pompé le justifie, on peut parfaitement placer une deuxième pompe 1 en ligne derrière la première. De la crépine 44 du coude 48 de raccordement à la pompe d'aspiration 47, le liquide chargé ne rencontre pratiquement pas un changement de direction; les pertes de charge dues au frottement sont donc réduites à un minimum, en effet les particules de la mixture restent en suspension du fait de l'agitation fournie parla pompe, la plus grande partie de l'énergie servant à faire remonter les boues du fond jusqu'au puits de dragage. Il ne se produit pratiquement pas d'usure due à l'impact localisé et concentré de particules (comme dans le cas où l'on emploie des pompes centrifuges).
Bien que la motopompe suivant l'invention ait été décrite dans le cadre d'une application au dragage, elle peut également être utilisée pour d'autres applications avec différents types de pompes rotatives chaque fois que l'on cherche à réduire l'encombrement d'une pompe et de son système d'entraînement, ou lorsqu'il s'agit de travailler dans des conditions difficiles du point de vue de l'entretien, pour des liquides chargés de sels ou de particules minérales (charbon, sable, boues diamantifères, etc.) et notamment dans des mines, dans les transports d'eaux usées, etc.
L'élinde 43, 46 et la pompe (ou les pompes) étant alignées selon le même axe, les dégâts occasionnés par des débris plus gros sont également limités.
Un point particulièrement avantageux est le fait que, au sein d'un milieu particulièrement éprouvant pour le matériel, en l'occurrence le milieu marin, salin et corrosif, la pompe de la drague utilise précisément le liquide environnant, chargé de surcroît, pour actionner et lubrifier les composants mobiles. On simplifie ainsi considérablement sa conception et son entretien et l'on obtient un coefficient d'utilisation prolongée.
Cette conception est également avantageuse en ce qui concerne la protection de l'environnement : il n'y a en effet pas d'apport d'autres liquides de composition différente pouvant donner lieu à un effet perturbateur sur le milieu; d'autre part, le liquide utilisé n'est pas contaminé par la présence de résidus de lubrifiants, puisque ces produits polluants ne sont simplement pas utilisés dans la pompe.
On constate également que la pompe 1 étant dans l'axe des élindes 45, 46 supporte bien mieux les sollicitations engendrées par les manoeuvres (embarquement, débarquement) et le service (accrochage, immobilisation de la crépine du fond par effet de succion, effet de dénivellation).
Sa conception est très légère en raison de son enveloppe unique, de l'absence d'accouplements et de pièces fragiles à protéger. Il est ainsi aisé d'employer un tel dispositif de dragage fonctionnant à de très grandes profondeurs, en prenant soin d'apparier chaque fois deux motopompes tournant en sens contraire pour éviter les effets de torsion (due au couple des turbines) sur l'élinde 46. La possibilité de travailler avec des engins de levage de charge utile relativement réduite est également un facteur économique important. Cette possibilité qu'a la pompe de travailler même à très grande profondeur, sans souci d'entretien ni problème d'étanchéité, permet de l'employer avec succès pour des travaux maritimes aussi particuliers que l'exploitation de nodules. Dans ce cas, l'élinde est maintenue verticale et comprend un nombre suffisant de pompes concentriques 1 pour assurer l'acheminement de nodules prélevés sur le fond sous-marin jusqu'à la surface. Ici aussi, on prend soin de faire tourner les pompes, deux par deux, en sens contraire de façon à ne pas faire subir à l'élinde d'effort de torsion trop important au démarrage ou lors de changement de régime des turbines.
Le temps de chômage technique d'une telle pompe est également très réduit : sa conception est par définition extrêmement robuste et les pièces sujettes à usure peuvent être aisément remplacées sans démontage complet de la turbine et de sa structure.

Claims

Motopompe à turbine entraînée par un fluide sous pression et pompe rotative destinée au pompage de liquides et de liquides chargés de particules solides, qui comprend :
un corps de pompe fixe comportant une tubulure (14) constituant un orifice cylindrique d'aspiration et une tubulure (13) constituant un orifice cylindrique de refoulement, ces deux tubulure (13, 14), de même diamètre intérieur, étant disposées en ligne l'une par rapport à l'autre,
un manchon cylindrique (15), de diamètre intérieur sensiblement égal à celui de ces deux tubulures (13, 14) monté en ligne entre ces tubulures (13, 14), avec un faible jeu par rapport à celles-ci, ce manchon (15) étant apte à tourner autour de son axe, des organes rotatifs de pompage (31, 32) étant montés à l'intérieur de ce manchon (15) et étant solidaires de celui-ci,
une turbine d'entraînement actionnée par fluide sous pression montée en couronne autour du manchon (15), le rotor (16) supportant les aubes (17) de la turbine étant monté à l'extérieur du manchon (15) et étant solidaire de celui-ci,
des moyens d'injection (8) permettant l'injection d'un fluide dans la turbine et des moyens d'évacuation (20) permettant l'évacuation de ce fluide hors de la turbine,
une enveloppe (2, 10, 11) qui solidarise le corps fixe de la turbine avec le corps de pompe fixe (13, 14) et forme un espace annulaire autour de l'ensemble formé par le manchon (15) et les deux tubulures (13, 14), caractérisée en ce que :
la turbine est une turbine à réaction qui comporte un rotor qui s'évase du côté de l'injection puis va en se resserrant vers une extrémité, ce rotor supportant des aubes (17) qui s'étendent du côté de l'injection (18) du fluide sous pression, sensiblement dans le sens radial et du côté de l'évacuation (20) de ce fluide, sensiblement dans le sens axial en marquant cependant une légère divergence par rapport à ce sens axial;
les moyens d'injection (8) sont disposés en couronne autour de la turbine et comportent une volute de distribution (8) fixé à l'enveloppe (2, 10, 11) de façon aisément démontable,
l'enveloppe (2, 10, 11) comporte deux éléments cylindriques (2) assemblés bout à bout de façon aisément démontable,
des moyens de régulation (6) aptes à infléchir le flux de fluide sous pression sont disposés sur le pourtour de la turbine, entre la volute de distribution (8) et le rotor (16).
Motopompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (16) simple, les moyens d'évacuation (20) du fluide sous pression étant situés du côté de l'orifice de refoulement (13).
Motopompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (16) double formé de deux rotors appariés, avec leurs admissions conjointes, les moyens d'évacuation (20) d'un rotor étant situés du côté de l'orifice de refoulement (13), les moyens d'évacuation (20) de l'autre rotor étant situés du côté de l'orifice d'aspiration (14).
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des joints annulaires (25, 26) sont disposés entre le manchon (15) et les tubulures (13, 14), ces joints (25, 26) étant aptes à empêcher le passage de liquide pompé et de particules de l'intérieur du manchon (15) vers l'espace annulaire constituant l'intérieur de l'enveloppe (2, 10, 11), sans entraver la rotation du manchon (15).
Motopompe suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'espace annulaire constituant l'intérieur de l'enveloppe est subdivisé, de chaque côté du manchon, en deux chambres (20, 23) séparées par un joint rotatif (25), la première chambre étant séparée par un joint annulaire (25) de l'intérieur de la pompe, la seconde chambre (20) donnant sur un palier (22), cette seconde chambre (20) étant disposée sur le passage du fluide sous pression s'échappant de la turbine et apte à être mise en légère surpression par rapport à la première chambre (23), de façon à prévenir le passage de liquide pompé, chargé de particules solides, vers les paliers (22).
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments cylindriques (2) sont prolongés du côté de leur extrémité commune, par un flasque (3) s'étendant vers l'extérieur.
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de régulations (6) comportent des ailettes ajustables (6) et des déflecteurs fixes (9).
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les organes rotatifs de pompage comportent des pales hélicoïdales (31) se développant à partir de la face interne du manchon (15) et dirigées vers l'axe de celui-ci.
Motopompe suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'un espace vide s'étend entre l'axe du manchon (15) et les pales (31).
Motopompe suivant la revendication 8, caractérisée en ce que lesdites pales (31) se raccordent suivant une ligne qui coïncide avec l'axe du manchon (15).
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les organes rotatifs de pompage comportent une vis d'Archimède.
Motopompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la pompe rotative est une pompe Moineau dont la partie extérieure (36) est solidaire de la face interne du manchon (15) et disposée suivant l'axe de celui-ci, une des extrémités de la partie centrale 37, engagée dans la partie extérieure (36), étant fixée par un accouplement (38) à un arbre (39), l'autre extrémité de cet arbre (39) se rattachant, également par un accouplement (40), à un support (41) solidaire du corps de pompe fixe (13, 14).
Dispositif d'enlèvement de sédiments déposés sur les fonds marins, fluviaux ou lacustres, monté sur un engin comportant une élinde (46), dont une extrémité destinée à être immergée est équipée d'une crépine (44), et au moins une motopompe (1) branchée sur ladite élinde (46) apte à entraîner lesdits sédiments au travers de l'élinde (46) caractérisé en ce qu'il comporte au moins une motopompe conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, raccordée sur l'élinde (46) près de son extrémité immergée, son axe de rotation coïncidant avec l'axe de l'élinde (46) de façon telle que les matériaux pompés ne subissent pas de changement de direction axial en remontant vers l'autre extrémité de l'élinde (46).