EP2813708A2

EP2813708A2 - Couteau à aubes et pompe dilacératrice le comportant

Info

Publication number: EP2813708A2
Application number: EP14171495.6A
Authority: EP
Inventors: Michel Caigny
Original assignee: KSB SAS
Current assignee: KSB SAS
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-12-17
Also published as: FR3006720A1; EP2813708A3

Abstract

Pompe dilacératrice comprenant un corps (15, 22, 23) à l'intérieur duquel un impulseur (13) est monté tournant et un ensemble de coupe à couteau ayant des aubes coupantes.

Description

La présente invention se rapporte aux pompes dilacératrices et aux procédés de dilacération de fibres en suspension dans du liquide, tel que des eaux usées.
On connaît déjà une pompe dilacératrice par le modèle d'utilité allemand DE 526769.6 U ayant un couteau formé d'une pièce. Le couteau a un trou central traversant et une paroi périphérique, ainsi qu'une face allant de la paroi périphérique au trou. Cette face est pourvue d'éléments de coupe.
Au brevet US 2009/067992 , on décrit un système qui comporte plusieurs éléments de coupe (deux ensembles de coupe superposés, ensemble 41+40 axial et ensemble 60+50 axial).

Analyse du premier ensemble

(pièces 41 et 40 de la figure 3) :

Le système de dilacération est composé de deux pièces (l'une fixe 41 et l'autre tournante 40 avec l'arbre moteur). L'ensemble est positionné à l'aspiration de la pompe. La coupe des déchets est parallèle à l'axe de la pompe. La partie tournante possède deux ergots situés à la périphérie sur le grand diamètre du couteau, diamétralement opposés. Les ergots ont des arêtes coupantes. Leurs formes ou profils ne décrivent pas des aubes de roue, car ils ne délimitent pas de canaux hydrauliques, ils ne donnent pas de sens de circulation aux liquides pompés. C'est la roue de pompe placée derrière qui, avec ses aubes, assure cette fonction. Cet ensemble de dilacération est positionné largement devant la roue de pompe.

Analyse du second ensemble

(pièces 60 et 50 de la figure 3) :

Le système de dilacération est composé de deux pièces (l'une fixe 50 et l'autre tournante 60 avec l'arbre moteur). Cet ensemble est positionné tout de suite derrière le premier ci-dessus. La coupe est toujours parallèle à l'axe, mais cette fois au niveau de la roue de pompe. La pièce 60 (figure 3) possède trois ergots avec une arête tranchante (ce ne sont pas des aubes de roue) et tourne à l'intérieur de la pièce 50, qui possède quatre ergots ayant une arête tranchante.
La roue 30, le couteau 60 et le couteau 40 (figure 3) sont vissés directement sur l'arbre moteur.

La roue 30 est vissée en butée sur l'épaulement de l'arbre.
Le couteau 60 est vissé en butée sur la roue 30.
Le couteau 40 est vissé en butée contre le couteau 60.

Cela signifie que la position angulaire de ces trois pièces est aléatoire. La position de chacune dépend directement de l'usinage de son taraudage. Il n'y a donc pas de profil hydraulique autre que la roue de pompe et les pièces 60 et 40 n'ont pas des aubes de roue, mais des ergots.
Le système de dilacération du brevet américain 5 016 825 est composé de deux pièces (l'une fixe et l'autre tournante avec l'arbre moteur). L'ensemble est positionné à l'aspiration de la pompe. La coupe des déchets est parallèle à l'axe de la pompe. La partie tournante possède deux ergots situés à la périphérie sur le grand diamètre du couteau, diamétralement opposés. Les ergots ont des arêtes coupantes. Leurs formes ou profils ne décrivent pas des aubes de roue, ils ne délimitent pas de canaux hydrauliques et ils ne donnent pas de sens de circulation aux liquides pompés. C'est la roue de pompe placée derrière qui, avec ses aubes, assume seule cette fonction.
Le système de dilacération de la demande de brevet WO 2007/067532 est composé de deux pièces (l'une fixe 62 et l'autre tournante avec l'arbre moteur 60). L'ensemble est positionné à l'aspiration de la pompe. La coupe des déchets est parallèle à l'axe de la pompe. La partie tournante possède deux ergots situés à la périphérie sur le grand diamètre du couteau, diamétralement opposés. Les ergots ont des arêtes coupantes. Leurs formes ou profils ne décrivent pas des aubes de roue, ils ne délimitent pas de canaux hydrauliques et ils ne donnent pas de sens de circulation aux liquides pompés. C'est la roue de pompe placée derrière qui, avec ses aubes, assume seule cette fonction.
Le système de dilacération de la demande de brevet WO 2005/035447 est composé de deux pièces (l'une fixe 64 et l'autre tournante avec l'arbre moteur 66 - figure 7). L'ensemble est positionné à l'aspiration de la pompe. La coupe des déchets est parallèle à l'axe de la pompe et en partie inclinée. La partie tournante possède deux ergots situés à la périphérie sur le grand diamètre du couteau, diamétralement opposés. Les ergots ont des arêtes coupantes. Leurs formes ou profils ne décrivent pas des aubes de roue, ils ne délimitent pas de canaux hydrauliques et ils ne donnent pas de sens de circulation aux liquides pompés. Ce sont les roues 30 et 32 de pompe placées derrière qui, avec leurs aubes, assument seules cette fonction.
Dans toutes ces pompes, le couteau est mis en regard d'une bague sécatrice. Ce couteau et la bague sécatrice font obstacle à la mise en circulation de l'eau dans la pompe. Cela crée des pertes de charge avant de pomper. Le rendement hydraulique de la pompe en est diminué. L'invention remédie à cet inconvénient par une pompe suivant la revendication 1.
La pompe dilacératrice a ainsi un rendement hydraulique meilleur ou, à rendement hydraulique égal, nécessite moins de puissance.
Les aubes à arêtes coupantes jouent ainsi non seulement le rôle d'organes coupants, mais ont aussi un effet de canalisation pour la mise en vitesse et sous pression de l'eau véhiculée. Le couteau sert ainsi d'impulseur préalable en forme de roue vortex, dont le profil correspond précisément, en en étant dans le prolongement, à celui de l'impulseur. Comme la coupe s'effectue perpendiculairement à l'arbre de l'impulseur de la pompe, le couteau ne perturbe pas la veine liquide qui passe à travers l'hydraulique constituée des cheminements créés continûment par les aubes du couteau et par celles de l'impulseur.
De préférence, les aubes sont réparties régulièrement autour du trou et sont disposées de manière à ce que l'intrados et l'extrados de chaque aube s'étendent de la paroi périphérique en direction du trou, l'intrados et/ou l'extrados des aubes ayant des arêtes coupantes.
Pour faire que le couteau qui, avec la bague sécatrice, forme l'ensemble de coupe, ait au mieux un effet d'impulseur, il est bon de former un cône d'entrée entre le trou et la face pourvue des aubes. Ce cône d'entrée est, de préférence, formé d'une partie arrondie de manière concave du couteau. Le liquide chargé de matières à dilacérer suit ainsi un trajet convergent avant d'arriver à l'ensemble de coupe et est ainsi mis en vitesse et sous pression, ce qui facilite la dilacération.
Suivant un mode de réalisation améliorant encore le rendement hydraulique, la bague sécatrice est crénelée sur une face frontale destinée à venir en face des aubes du couteau et les parties entre les créneaux ont, suivant la direction de l'arbre, le bord extérieur, le plus proche de l'impulseur, plus près de l'impulseur que ne l'est le bord intérieur, le plus proche de l'impulseur. De préférence, les parties entre les créneaux sont courbées de manière convexe. Ces parties entre les créneaux donnent de la vitesse et compriment le fluide, ce qui contribue à améliorer le rendement hydraulique. Pour l'efficacité de la dilacération, il vaut mieux que les aubes du couteau soient en un nombre pair, lorsque les créneaux sont en un nombre impair, et soient en un nombre impair, lorsque les créneaux sont en un nombre pair.
Tant le couteau que la bague sécatrice sont en un matériau dur, notamment en un matériau métallique, par exemple en acier trempé et sont par eux-mêmes des objets nouveaux.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple :

la figure 1: est une vue en coupe d'un couteau suivant l'invention indexé à l'impulseur de la pompe, dont il n'est représenté qu'une partie ;
la figure 2: est une vue de dessus du couteau de la figure 1 ;
la figure 3: est une vue en perspective du couteau des figures 1 et 2 ;
la figure 4: est une vue en perspective d'une bague sécatrice associée au couteau de la figure 1 dans une pompe dilacératrice ; et
la figure 5: est une vue en coupe d'une pompe dilacératrice suivant l'invention.

Le couteau représenté aux figures 1 à 3 est formé d'une pièce en acier trempé définissant un trou 1 central destiné au passage de serrage d'une vis de fixation destinée à venir sur le bout d'arbre de la pompe entraînant l'impulseur. Il comporte une paroi 2 périphérique et une face 3 partant de la paroi 2 périphérique en direction du trou 1, mais en restant à distance de celui-ci. Cette distance est comblée par un cône 4 d'entrée concave. Sur la face 3 horizontale, sont ménagées quatre aubes 5 réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe x, x' du trou 1. Chaque aube 5 a un extrados 6 et un intrados 7, dont les arêtes sont coupantes. L'intrados et l'extrados de chaque aube 5 s'étend de la paroi 2 périphérique en direction du trou 1. Toutes les aubes 5 sont dirigées dans le même sens sur le dessus du couteau.
La bague sécatrice représentée à la figure 4 est dans le même matériau que le couteau. Elle comprend neuf créneaux 8 sur une face frontale, la face frontale opposée étant plane. Les parties 9 entre les créneaux ont, suivant la direction de l'axe xx', le bord 10 extérieur le plus proche de l'impulseur, c'est-à-dire le bord se trouvant en haut à la figure 4, plus près de l'impulseur que ne l'est le bord 11 intérieur le plus proche de l'impulseur. Le bord 10 extérieur est plus loin de l'axe xx' que ne l'est le bord 11 intérieur. La bague sécatrice a le même diamètre extérieur que le diamètre extérieur du couteau.
La pompe dilacératrice représentée en coupe à la figure 5 comprend un arbre 12 entraîné en rotation par un moteur (non représenté) et un impulseur 13 ayant le même nombre d'aubes 14 que le couteau 18 et solidaire en rotation de l'arbre 12 face à une plaque 15 de fermeture définissant à l'extérieur une zone 16 d'aspiration du fluide véhiculé. Le corps 24 de pompe est constitué de la plaque 15 de fermeture, de la partie inférieure d'une carcasse 22 de pompe et d'un palier 23. Le fluide véhiculé va de la zone 16 d'aspiration à une tubulure 17 de refoulement en passant successivement, par le cône d'entrée, entre le couteau 18, tel que représenté aux figures 1 à 3 et qui tourne en étant solidaire de l'arbre 12, et la bague 19 sécatrice fixée à la plaque 15 de fermeture et dans l'impulseur 13. Les aubes 5 du couteau et ainsi leurs arêtes coupantes sont complètement à l'intérieur du corps 24. Ils sont en-dehors de la zone 16 d'aspiration.
Comme le montre la figure 1, le couteau 18 est indexé à l'impulseur 13 par le fait qu'une goupille 20 de l'impulseur 13 pénètre dans un trou 21 conjugué du couteau 18, de manière à ce que chaque aube 14 de l'impulseur 13 soit dans le prolongement d'une aube 5 correspondante du couteau.

Claims

Pompe dilacératrice comprenant :
- un arbre (12) entraîné en rotation par un moteur,

- un impulseur (13) ayant un nombre d'aubes (14) et étant solidaire en rotation de l'arbre (12) face à une plaque (15) de fermeture définissant une zone d'aspiration de liquide, du liquide véhiculé allant de la zone (16) d'aspiration à une tubulure (17) de refoulement en passant successivement entre un couteau (18) tournant solidaire de l'arbre (12) et une bague (19) sécatrice fixée à la plaque (15) de fermeture,
le couteau étant formé d'une pièce ayant un trou (1) central traversant, une paroi (2) périphérique et une face (3) partant de la paroi (2) périphérique en direction du trou (1) et pourvue d'éléments de coupe, caractérisée en ce que les éléments de coupe sont sous la forme d'aubes (5) à arêtes coupantes en saillie de la face (3) et le couteau est muni de moyens (21) d'indexation coopérant avec des moyens conjugués de l'impulseur (13) pour que les aubes (15) du couteau soient dans le prolongement des aubes (14) de l'impulseur (13, de manière à ce que le couteau serve d'impulseur préalable.
Pompe dilacératrice suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la bague sécatrice est crénelée et les parties entre les créneaux ont, suivant la direction de l'arbre (12), le bord extérieur le plus proche de l'impulseur (13) plus près de l'impulseur (13) que ne l'est le bord intérieur le plus proche de l'impulseur (13).
Pompe dilacératrice suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les aubes (5) sont réparties régulièrement autour du trou.
Pompe dilacératrice suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'intrados (7) et l'extrados (6) de chaque aube (5) s'étendent de la paroi (2) périphérique en direction du trou (1).
Pompe dilacératrice suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'intrados (7) et l'extrados (6) des aubes ont des arêtes coupantes.
Pompe dilacératrice suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le couteau a les moyens (21) d'indexation sur la face opposée à celle pourvue des aubes (5).
Pompe dilacératrice suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'un cône (4) d'entrée est formé entre le trou (1) et la face (3) pourvue des aubes (5).
Pompe dilacératrice suivant les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les aubes (5) du couteau sont en nombre pair (impair) et les créneaux en nombre impair (pair).
Couteau formé d'une pièce ayant un trou (1) central traversant, une paroi (2) périphérique et une face (3) partant de la paroi (2) périphérique en direction du trou et pourvue d'éléments de coupe, caractérisé en ce que les éléments de coupe sont sous la forme d'aubes (5) à arêtes coupantes en saillie de la face (3).
Couteau suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'intrados (7) et l'extrados (6) de chaque aube (5) s'étendent de la paroi (2) périphérique en direction du trou (1).
Couteau suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'intrados (7) et l'extrados (6) des aubes ont des arêtes coupantes.
Couteau suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les moyens (21) d'indexation sont sur la face opposée à celle pourvue des aubes (5).
Couteau suivant l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'un cône (4) d'entrée est formé entre le trou (1) et la face (3) pourvue des aubes (5).
Bague sécatrice crénelée, caractérisée en ce que les parties entre les créneaux ont, suivant la direction de l'arbre (12), le bord extérieur, le plus proche de l'impulseur (13), plus près de l'impulseur (13) que ne l'est le bord intérieur, le plus proche de l'impulseur (13).
Bague suivant la revendication 14, caractérisée en ce que les parties entre les créneaux sont courbées de manière convexe.