FR2468763A1 - TWO-STAGE ROTARY APPARATUS FORMING CENTRIFUGAL PUMP OR RELAXING TURBINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil rotatif formant à la fois une pompe centrifuge et une turbine de détente. Elle se rapporte à un appareil comprenant un boîtier 34, des entrées 12 et des sorties 30, une volute 14 dans chaque étage, des plaques 38 d'extrémité et un arbre 15 portant des roues centrifuges 20. Les deux étages sont montés dos à dos. La pompe permet la circulation de suspensions très corrosives. Application au pompage des suspensions de charbon.The invention relates to a rotary apparatus forming both a centrifugal pump and an expansion turbine. It relates to an apparatus comprising a housing 34, inlets 12 and outlets 30, a volute 14 in each stage, end plates 38 and a shaft 15 carrying centrifugal wheels 20. The two stages are mounted back to back. . The pump allows the circulation of very corrosive suspensions. Application to the pumping of coal suspensions.
Description
La présente invention concerne les pompes centri-The present invention relates to centrifugal pumps
fuges et les turbines de détente et plus précisément les appareils rotatifs formant pompes centrifuges et turbines de détente fonctionnant à température élevée, à pression élevée et avec des débits volumiques élevés, du type uti- lisé dans les industries chimiques et dans les centrales électriques. Les opérations de liquéfaction du charbon dont le développement industriel est actuellement envisagé, nécessitent un système d'alimentation en suspension de fuzes and expansion turbines, and more specifically rotary machines forming centrifugal pumps and expansion turbines operating at high temperature, at high pressure and with high volume flow rates, of the type used in the chemical industries and in power plants. Coal liquefaction operations, the industrial development of which is currently under consideration, require a suspension feed system.
charbon ayant une capacité élevée et fonctionnant à pres- coal with a high capacity and operating at almost
sion élevée. Une extrapolation des pompes alternatives d'alimentation actuellement utilisées afin qu'elles donnent la capacité élevée voulue nécessite un grand nombre d'appareils dont les coûtsd'investissement et d'entretien sont importants de façon correspondante. Dans une autre optique, les pompes centrifuges de volume élevé paraissent high level. An extrapolation of the alternative power supply pumps currently used to provide the desired high capacity requires a large number of devices with correspondingly large investment and maintenance costs. In another perspective, the high volume centrifugal pumps appear
pouvoir donner la capacité élevée nécessaire aux installa- ability to provide the high capacity needed for
tions de liquéfaction du charbon. Cependant, les pompes liquefaction of coal. However, the pumps
centrifuges doivent être réalisées afin qu'elles fonction- centrifuges must be carried out so that they function
nent à vitesse élevée de manière qu'elles donnent la pres- at high speed so that they give the
sion élevée nécessaire et elles peuvent subir une usure high voltage required and may be subject to wear
interne excessive du fait des vitesses élevées des suspen- excessive internal pressure due to the high speeds of
sions. Une étude poussée de la technique antérieure sions. A thorough study of the prior art
montre que les pompes centrifuges du type le plus couram- shows that centrifugal pumps of the most common type
ment utilisé pour le pompage des mélanges de liquides et de solides est un ensemble à un seul étage fonctionnant used for pumping liquid and solids mixtures is a single-stage unit
à faible vitesse et à basse pression. Dans certaines ap- at low speed and at low pressure. In some
plications, on a monté en série plusieurs appareils des- several series of devices have been mounted in series.
tinés à donner des pressions élevées. designed to give high pressures.
Lors de l'utilisation avec des suspensions de When using with suspensions of
matières grossières dont les matières solides peuvent at- coarse materials the solids of which may
teindre 65 mm, les roues des pompes sont réalisées avec de grandes largeurs de passage entre les ailettes et avec des épaisseurs importantes. La roue a en général un bandage et fonctionne avec un jeu important par rapport au carter. Les bandages avant et arrière de la roue portent des ailettes solidaires de refoulement qui réduisent la recirculation to dye 65 mm, the wheels of the pumps are made with large widths of passage between the fins and with significant thicknesses. The wheel generally has a bandage and operates with a large clearance relative to the casing. The front and rear tires of the wheel have integral discharge fins which reduce the recirculation
afin que l'usure par abrasion soit réduite dans les es- in order to reduce abrasion wear in
paces libres et que les fuites ou accumulations de parti- free space and that leaks or accumulations of
cules solides soient minimales. On utilise couramment aussi bien des métaux durs tels que l'alliage "Ni-hard" que la solid substances are minimal. Hard metals such as the "Ni-hard" alloy as well as
fonte revêtue de caoutchouc mou. Dans certaines applica- cast iron coated with soft rubber. In some applications
tions courantes des mines ou de dragage, les pompes at- mining operations or dredging, the pumps at-
teignent une pression de 3,5.105 à 5,25.10 Pa, lorsque les roues tournent avec une vitesse des bouts des ailettes comprise entre 18 et 26 m/s. Pour une vitesse donnée du bout des ailettes nécessaire à l'obtention d'une certaine dyes a pressure of 3.5.105 to 5.25.10 Pa, when the wheels turn with a speed of the ends of the vanes between 18 and 26 m / s. For a given speed of the tip of the fins necessary to obtain a certain
pression, l'utilisation d'une roue de grand diamètre tour- pressure, the use of a large-diameter wheel
nant à faible vitesse est préférable pour l'obtention d'une faible vitesse de circulation de la suspension et d'une low speed is preferable for obtaining a low speed of circulation of the suspension and a
longue durée de service de la pompe soumise à l'usure. long service life of the pump subjected to wear.
Dans le cas des applications des suspensions fines, ayant par exemple des matières solides dont les In the case of applications of fine suspensions, having for example solids whose
dimensions sont comprises entre 0,04 et 1,7 mm, on a uti- dimensions are between 0.04 and 1.7 mm, we used
lisé des pompes à un seul étage et à plus grande vitesse dans les opérations de traitement chimique. Les roues ont des bandages, le jeu laissé entre les roues et le carter est plus faible, et les joints et la bague d'usure sont nettoyés par des fluides propres. Des matières couramment utilisées sont l'acier inoxydable austénitique, un alliage dur à base de nickel "Ni-hard", la fonte blanche et l'acier à teneur élevée en chrome. On a utilisé un revêtement de carbure de silicium donnant une bonne résistance combinée single-stage and higher-speed pumps in chemical processing operations. The wheels have bandages, the clearance left between the wheels and the crankcase is lower, and the gaskets and the wear ring are cleaned by clean fluids. Commonly used materials are austenitic stainless steel, a nickel-based hard alloy "Ni-hard", white cast iron and high chromium steel. Silicon carbide coating giving good combined strength
à la corrosion et à l'érosion. Les concentrations des sus- corrosion and erosion. The concentrations of
pensions utilisées dans les traitements chimiques sont comprises entre 5 et 15 % en poids, mais on a utilisé ces mêmes pompes pour des suspensions de charbon dans une huile ayant une concentration pouvant atteindre 40 % (par The pensions used in the chemical treatments are between 5 and 15% by weight, but these same pumps have been used for coal suspensions in an oil having a concentration of up to 40% (by
exemple dans l'usine SRC de Wilsonville, Etats-Unis d'Amé- example in the SRC factory in Wilsonville, United States of America
rique). Ces pompes donnent des pressions de l'ordre de 106 Pa, et elles fonctionnent avec une vitesse des bouts America). These pumps give pressures of the order of 106 Pa, and they operate with a speed of the ends
des ailettes de la roue de 43 m/s.fins of the wheel of 43 m / s.
La pompe centrifuge pour suspension selon l'in- The centrifugal pump for suspension according to the in-
vention est destinée à fonctionner sous forme d'une tur- vention is intended to function in the form of a tur-
bine hydraulique de détente recevant une suspension, lors- hydraulics of relaxation receiving a suspension, when
que-le courant circulant dans la pompe change de sens. La turbine transforme un fluide à haute pression afin qu'il that the current flowing in the pump changes direction. The turbine transforms a fluid at high pressure so that it
prenne une pression plus faible et transforme ainsi l'éner- take a lower pressure and thus transform the energy
gie cinétique du fluide en énergie de rotation. Lorsque la pression diminue dans la turbine, les gaz que contient le Kinetic kinetics of fluid in rotation energy. When the pressure decreases in the turbine, the gases contained in the
fluide sont libérés et extraits du système par tout dispo- fluid are released and extracted from the system by any
sitif convenable.suitable.
La turbine hydraulique peut être utilisée dans toute opération dans laquelle une soupape de réglage d'un The hydraulic turbine can be used in any operation in which a control valve of one
débit régulier est utilisée pour l'abaissement de la pres- flow rate is used to lower the pressure
sion élevée d'un courant à une valeur plus faible. En con- high voltage of a current at a lower value. In con-
séquence, une turbine hydraulique peut remplacer des sou- sequence, a hydraulic turbine can replace
papes de détente à haute pression utilisées habituellement dans une installation de liquéfaction du charbon ou dans une installation de récupération d'énergie géothermique et high-pressure flashers commonly used in a coal liquefaction plant or in a geothermal energy recovery facility and
géomécanique. Dans une installation de liquéfaction du char- geomechanics. In a liquefaction plant
bon, des soupapes de détente sont utilisées pour la réduc- well, relief valves are used for reducing
tion du charbon liquide à pression et température élevées dans le réacteur afin qu'il forme un charbon liquide à pression plus faible dans le réservoir d'alimentation du filtre, avant traitement ultérieur dans une tour sous vide (destinée à former du charbon solide affiné) ou dans une colonne de fractionnement (destinée à former un fuel elevated pressure and temperature liquid coal in the reactor to form a lower pressure liquid coal in the filter feed tank, before further processing in a vacuum tower (for forming refined solid coal) or in a fractionation column (to form a fuel
oil ou un combustible de distillation). Dans une installa- oil or a distillation fuel). In an installation
tion de récupération d'énergie géothermique et géomécanique, la soupape de détente est utilisée directement à la tête du puits pour la récupération du méthane dissous dans la geothermal and geomechanical energy recovery, the expansion valve is used directly at the wellhead for the recovery of methane dissolved in the
saumure à haute pression dans des réservoirs convenables. high pressure brine in suitable tanks.
Lors de l'utilisation de la pompe centrifuge de When using the centrifugal pump of
suspension comme turbine hydraulique de détente de sus- suspension as a hydraulic expansion turbine of sus-
pension à la place de soupapes de détente à pression éle- instead of high-pressure relief valves
vée, elle présente deux avantages importants: (1) le pro- it has two important advantages: (1) the
blême sévère d'érosion présenté par les soupapes est sup- severe erosion caused by the valves is sup-
primé étant donné les variations progressives de pression et de vitesse obtenues dans la turbine hydraulique et (2) awarded because of the progressive pressure and velocity changes obtained in the hydraulic turbine and (2)
l'énergie potentielle du courant à haute pression est récu- the potential energy of the high-pressure current is recovered
pérée sous forme de puissance utile sur l'arbre de la tur- in the form of useful power on the tree of tur-
bine hydraulique. En outre, l'allongement de la durée de service et la récupération d'énergie assurée par la tur- hydraulic power. In addition, the extension of the service life and the energy recovery provided by tur-
bine hydraulique donnent un plus faible coût que les sou- the hydraulic system give a lower cost than the
papes de détente, lors de l'utilisation. relaxing popes, when using.
Les problèmes posés par les pompes et les turbines The problems posed by pumps and turbines
de détente de suspension des types connus sont les sui- of suspension of known types are the following
vants: (a) l'érosion du bottier et de la roue (ou du (a) the erosion of the casing and wheel (or
rotor de la turbine), problème résolu en partie par aug- impeller rotor), a problem partially solved by increasing the
mentation de l'épaisseur des parois, par durcissement des surfaces, par application de revêtements résistants, par the thickness of the walls, by hardening of the surfaces, by the application of resistant coatings, by
maintien de faibles vitesses, par suppression des discon- maintaining low speeds, by removing the discon-
tinuités et par utilisation de revêtements remplaçables, (b) les problèmes de tassement et de broyage dans les espaces formant des jeux entre les pièces, ces problèmes étant résolus en partie par augmentation de ces espaces et par installation d'organes d'expulsion, and (b) the problems of settlement and grinding in gap spaces between the parts, these problems being solved in part by increasing these spaces and by installing expulsion members,
(c) des problèmes d'usure des joints d'étan- (c) problems of wear of
chéité, résolus en partie par utilisation d'organes have been partially resolved by the use of organs
d'expulsion, de déflecteurs et de dispositifs de circula- expulsions, deflectors and circulation devices
tion de fluide,fluid flow,
(d) les problèmes posés par le choc et l'abra- (d) the problems posed by the shock and the abra-
sion des pointes, résolus en partie par durcissement des spikes, partially solved by hardening
surfaces, maintien de faibles vitesses de fluide et uti- surfaces, maintaining low fluid velocities and
lisation de revêtements élastiques, et (e) l'usure excessive des bague d'usure, résolue en partie par utilisation d'un dispositif de circulation resilient coatings, and (e) excessive wear of the wear rings, partially solved by use of a circulation device
de fluide et par des jeux importants. fluid and by important games.
L'invention concerne une pompe centrifuge fonc- The invention relates to a centrifugal pump oper-
tionnant à température et pression élevées et avec un dé- at high temperature and pressure and with a
bit volumique élevé, destinée à l'industrie chimique. La high volume bit for the chemical industry. The
pompe selon l'invention a été mise au point pour l'indus- pump according to the invention has been developed for the industrial
trie du traitement du charbon dans laquelle des suspensions sorting of the coal treatment in which suspensions
de charbon, pouvant contenir jusqu'à 50 % de matière par- coal, which may contain up to 50% of
ticulaire environ, doivent être transportées. Cependant, about ticular, must be transported. However,
la pompe selon l'invention convient à d'autres applica- the pump according to the invention is suitable for other applications
tions des pompes centrifuges qui entrent donc dans le ca- centrifugal pumps which are therefore part of the
dre de l'invention. Plus précisément, la pompe centrifuge à deux étages selon l'invention comporte un boîtier de pompe et au moins une paire d'entréeset de sorties externes of the invention. More specifically, the two-stage centrifugal pump according to the invention comprises a pump housing and at least one pair of inlets and outlets
destinées à charger et décharger chaque étage de la pompe. for loading and unloading each stage of the pump.
Les entrées et sorties sont placées à travers la périphé- Inputs and outputs are placed across the periphery
rie de la pompe afin qu'ellespermettent un entretien di- the pump so that they allow for a di-
rect. Des ailettes d'incurvation préalable sont disposées le long de la paroi interne du bottier de la pompe et assurent le transport d'un fluide provenant de l'entrée rect. Pre-curved vanes are arranged along the inner wall of the pump casing and carry fluid from the inlet
extérieure vers la roue tout en réduisant la vitesse rela- to the wheel while reducing the relative speed
tive à l'entrée de la roue et surtout au bout d'entrée des ailettes de la roue. Deux roues placées face à face, le long de l'arbre de la pompe, sont destinées à accroître l'énergie cinétique du fluide tout en transférant celui-ci vers un diffuseur radial dépourvu d'ailettes. Ce diffuseur réduit alors la vitesse du fluide et augmente sa pression étant donné son volume croissant. Le fluide provenant du diffuseur est transporté dans une volute de changement de direction destinée aussi à élever la pression du fluide tout en éliminant en outre les courants secondaires de tive at the entrance of the wheel and especially at the end of the inlet of the fins of the wheel. Two wheels placed face to face along the shaft of the pump, are intended to increase the kinetic energy of the fluid while transferring it to a radial diffuser without fins. This diffuser then reduces the speed of the fluid and increases its pressure because of its increasing volume. The fluid from the diffuser is conveyed in a change of directional scroll also for increasing the pressure of the fluid while also eliminating the secondary currents of the fluid.
circulation qui pourraient augmenter les pertes dans l'ins- which could increase losses in the
tallation. Un bec remplaçable est placé entre le diffuseur et la volute afin qu'il canalise le fluide vers la volute et enfin, un joint hydrostatique d'étanchéité vis-à-vis de la suspension est monté coaxialement le long de l'arbre de la pompe afin qu'il empêche la fuite du fluide primaire tallation. A replaceable nozzle is placed between the diffuser and the volute so that it channels the fluid to the volute and finally, a hydrostatic seal against the suspension is mounted coaxially along the pump shaft. to prevent leakage of the primary fluid
de l'intérieur de la pompe à haute pression vers l'exté- from the inside of the pump to the outside
rieur qui est à la pression atmosphérique. which is at atmospheric pressure.
Lorsque le sens de circulation du fluide de la pompe centrifuge est inversé, l'appareil constitue une turbine de détente selon l'invention. Lorsque l'appareil fonctionne en turbine, la tuyauterie de refoulement de la pompe devient l'admission de la turbine, la volute précitée devient la spirale convergente de turbine, le bec devient le guide de transition, le diffuseur radial sans ailettes devient la tuyère dlentrée de turbine radiale sans When the flow direction of the fluid of the centrifugal pump is reversed, the apparatus constitutes an expansion turbine according to the invention. When the apparatus is operating in a turbine, the discharge pipe of the pump becomes the intake of the turbine, the aforementioned volute becomes the convergent spiral of turbine, the nozzle becomes the transition guide, the radial diffuser without fins becomes the inlet nozzle radial turbine without
ailettes, la roue de la pompe devient le rotor de la tur- fins, the pump wheel becomes the rotor of the tur-
bine, les ailettes d'incurvation préalable deviennent les ailettes de guidage de redressement et dirigent le courant de fluide vers la volute d'entrée de la pompe qui devient la spirale de refoulement de la turbine. Lorsque le fluide sort de la spirale de refoulement, il est transporté par First, the pre-bending fins become the righting guide vanes and direct the flow of fluid to the inlet volute of the pump which becomes the discharge spiral of the turbine. When the fluid leaves the discharge spiral, it is transported by
un conduit de croisement à l'admission de la seconde tur- a crossing duct to the admission of the second tur-
bine et suit un trajet analogue dans ce second étage. and follows a similar path in this second stage.
Ainsi, l'invention concerne un appareil rotatif Thus, the invention relates to a rotary apparatus
formant pompe centrifuge et turbine de détente, fonction- centrifugal pump and expansion turbine, function-
nant à pression et température élevées et avec un débit at high pressure and temperature and with
volumique élevé, pouvant être utilisé dans le cas de mi- high volume, which can be used in the case of
lieu très abrasif et ayant une pression élevée. very abrasive place and having a high pressure.
L'invention concerne aussi un appareil rotatif formant pompe centrifuge et turbine de détente qui permet The invention also relates to a rotating apparatus forming a centrifugal pump and an expansion turbine which enables
la manutention de matières extrêmement abrasives. handling extremely abrasive materials.
Elle concerne aussi un appareil rotatif formant pompe centrifuge et turbine de détente, ayant un rendement élevé. Elle concerne aussi un appareil rotatif formant pompe centrifuge et turbine de détente dans lequel les It also relates to a rotating apparatus forming a centrifugal pump and expansion turbine, having a high efficiency. It also relates to a rotary apparatus forming a centrifugal pump and expansion turbine in which the
poussées sont équilibrées.thrusts are balanced.
Elle concerne aussi une pompe centrifuge qui peut être entraînée d'un côté ou de l'autre et une turbine de détente qui peut fournir de l'énergie motrice d'un côté It also relates to a centrifugal pump that can be driven from one side or the other and an expansion turbine that can provide motive power on one side
ou de l'autre.or the other.
Elle concerne aussi un appareil rotatif à deux étages formant pompe et turbine de détente, les deux étages It also relates to a two-stage rotary apparatus forming a pump and an expansion turbine, the two stages
pouvant être montés en série ou en parallèle. can be mounted in series or in parallel.
Elle concerne aussi un appareil rotatif à deux It also relates to a rotary apparatus with two
étages formant pompe et turbine de détente, ayant un croi- stages forming pump and expansion turbine, having a cross
sement extérieur.externally.
Elle concerne aussi un appareil rotatif formant pompe centrifuge et turbine de détente posant des problèmes It also relates to a rotating apparatus forming a centrifugal pump and expansion turbine posing problems
très réduits d'entretien.very reduced maintenance.
Elle concerne aussi un appareil rotatif formant pompe centrifuge et turbine de détente ayant des éléments remplaçables. Elle concerne aussi un appareil rotatif formant pompe et turbine de détente fonctionnant à pression et tem- It also relates to a rotating apparatus forming centrifugal pump and expansion turbine having replaceable elements. It also relates to a rotary apparatus forming a pump and an expansion turbine operating at a pressure and a time
pérature élevées, donnant satisfaction dans les installa- high temperatures, giving satisfaction in
tions de traitement chimique.chemical treatment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the
vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, will become apparent from the following description,
faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure]&est une perspective avec des parties arrachées d'une pompe centrifuge à deux étages utilisée pour la transmission d'une suspension; la figure lb est une coupe de l'entrée de la pompe centrifuge, suivant la ligne lb-lb de la figure 3a; la figure lc est une coupe de la sortie de la pompe centrifuge suivant la ligne lc-lc de la figure 3a; la figure 2a est une vue de bout, avec des parties arrachées, de la pompe centrifuge à deux étages utilisée pour l'alimentation en suspension; la figure 2b est une vue de dessus de la pompe centrifuge de la figure 2a, représentant les deux entrées et les deux sorties placées périphériquement sur le boîtier principal de la pompe; la figure 3a est une coupe de la pompe centrifuge par un plan vertical et axial passant par le centre de la pompe centrifuge à deux étages; la figure 3b représente sous forme agrandie une partie supérieure gauche de la figure 3a; la figure 4a est une perspective avec des parties arrachées de la volute de changement de direction; with reference to the accompanying drawings in which: Figure] & is a perspective view with torn parts of a two-stage centrifugal pump used for the transmission of a suspension; Figure 1b is a sectional view of the inlet of the centrifugal pump along line 1b-1b of Figure 3a; Figure 1c is a sectional view of the centrifugal pump outlet along line 1c-1c of Figure 3a; Figure 2a is an end view, with torn parts, of the two-stage centrifugal pump used for suspension feed; Figure 2b is a top view of the centrifugal pump of Figure 2a, showing the two inputs and the two outputs placed peripherally on the main housing of the pump; Figure 3a is a section of the centrifugal pump in a vertical and axial plane passing through the center of the two-stage centrifugal pump; Figure 3b shows in enlarged form an upper left portion of Figure 3a; Figure 4a is a perspective with parts torn from the change of direction;
la figure 4b est une coupe suivant la ligne 4b- Figure 4b is a section along line 4b-
4b de la figure 4a;4b of Figure 4a;
la figure 4c est une coupe suivant la ligne 4c- FIG. 4c is a section along line 4c-
4c de la figure 4a; la figure 4d est une perspective partielle de la volute et du bec; la figure 5 est une perspective avec des parties arrachées d'une turbine de détente à deux étages; la figure 6a est une perspective avec des parties 4c of Figure 4a; Figure 4d is a partial perspective of the volute and the beak; Fig. 5 is a perspective with torn parts of a two-stage expansion turbine; Figure 6a is a perspective with parts
arrachées de la spirale convergente de changement de direc- torn from the convergent spiral of change of direction
tion; -tion; -
la figure 6b est une coupe suivant la ligne 6b- Figure 6b is a section along line 6b-
6b de la figure 6a;6b of Figure 6a;
la figure 6c est une coupe suivant la ligne 6c- Figure 6c is a section along the line 6c-
6c de la figure 6a; la figure 6d est une perspective partielle de la spirale convergente et du guide de transition; et les figures 7a et 7b d'une part et 8a et 8b d'autre part sont des diagrammes de vitesse correspondant à la roue de la pompe d'une part et au rotor de la turbine 6c of Figure 6a; Figure 6d is a partial perspective of the convergent spiral and the transition guide; and FIGS. 7a and 7b on the one hand and 8a and 8b on the other hand are speed diagrams corresponding to the wheel of the pump on the one hand and to the rotor of the turbine
d'autre part.on the other hand.
Sur les figures 7a à 8b, la référence C désigne la vitesse absolue, la référence Cm la vitesse méridionale, la référence Cu la composante tangentielle de la vitesse absolue, la référence W la vitesse relative, la référence Wu la composante tangentielle de la vitesse relative, la référence-U1 la vitesse des bouts des ailettes à l'entrée de la roue, la référence U1 la vitesse du bout des ailettes In FIGS. 7a to 8b, the reference C designates the absolute speed, the reference Cm the southern speed, the reference Cu the tangential component of the absolute speed, the reference W the relative speed, the reference Wu the tangential component of the relative speed. , the reference-U1 the speed of the ends of the fins at the entrance of the wheel, the reference U1 the speed of the tip of the fins
à l'entrée du rotor de la turbine, la référence U2 la vi- at the turbine rotor inlet, the reference U2 the
tesse du bout des ailettes au refoulement de la roue et la the end of the fins at the discharge of the wheel and the
référence U2 la vitesse du bout des ailettes au refoule- reference U2 the speed of the tip of the fins to the
ment de la turbine, les vitesses étant indiquées en m/s. turbine, the speeds being indicated in m / s.
En outre, ces figures indiquent que, dans le cas de la In addition, these figures indicate that, in the case of
roue de la pompe, le bord antérieur des ailettes est ar- pump wheel, the front edge of the fins is
rondi et le bord postérieur effilé alors que la disposition est inverse dans le cas du rotor de turbine des figures 8a rounded and the tapered posterior edge while the arrangement is reversed in the case of the turbine rotor of FIGS. 8a
et 8b.and 8b.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'inven- In an advantageous embodiment, the invention
tion concerne un appareil rotatif sous forme d'un module centrifuge à deux étages, pouvant fonctionner dans des conditions très sévères. Ces conditions sont des pressions The invention relates to a rotary apparatus in the form of a two-stage centrifugal module which can operate under very severe conditions. These conditions are pressures
et températures élevées, un débit volumique élevé et un mi- and high temperatures, a high volume flow and a half
lieu capable de provoquer une érosion poussée. On consi- place capable of causing extensive erosion. We consider
dère d'abord l'appareil rotatif dans son application de first dies the rotary apparatus in its application of
pompe, en référence aux figures la à-4d et 7a-7b, des ré- pump, with reference to Figures la-4d and 7a-7b, re-
férences identiques représentant des éléments analogues sur les différents dessins. Ces figures représentent donc une pompe centrifuge à deux étages utilisée comme alimen- tation d'une suspension. Il faut noter que les deux étages placés face à face dans la pompe fonctionnent de la même manière. La figure la est une perspective avec des parties arrachées de la pompe 10 dans laquelle un fluide s'écoule en pénétrant dans le module 10 par des entrées 12 et dans des volutes 14 d'entrée. A partir de ces dernières, le fluide est transporté entre des ailettes 16 d'incurvation préalable afin que la vitesse relative d'entrée du bout 18 identical ferences representing similar elements on the different drawings. These figures therefore represent a two-stage centrifugal pump used as feed for a suspension. It should be noted that the two stages placed face to face in the pump operate in the same way. Figure la is a perspective with torn parts of the pump 10 in which a fluid flows into the module 10 through the inputs 12 and in volutes 14 input. From these, the fluid is transported between vanes 16 prior bending so that the relative speed of entry of the end 18
des ailettes à l'entrée de la roue soit réduite. Les ai- fins at the entrance of the wheel is reduced. Have them-
lettes d'incurvation préalable sont destinées à réduire la vitesse d'usure par érosion à l'entrée de la roue et pre-curving letters are intended to reduce the wear rate by erosion at the entrance of the wheel and
essentiellement au bout 18 d'entrée de la roue, d'un fac- essentially at the entrance end of the wheel,
teur de l'ordre de 2 si bien que la durée utile peut être the order of 2, so that the useful life can be
accrue de 100 %. Ces ailettes d'incurvation préalable as- increased by 100%. These pre-curving fins as-
surent cette augmentation de durée de nombreuses manières. know this increase in duration in many ways.
D'abord, la section de la volute d'entrée est réduite si First, the section of the inlet volute is reduced if
bien que la vitesse relative du fluide transmis à l'ai- although the relative velocity of the fluid transmitted to the
lette d'incurvation préalable est maintenue. Cette ailette dévie le fluide dans la direction de rotation de la roue et réduit ainsi la vitesse relative du fluide transmis à la roue 20. Ensuite, l'incurvation préalable réduit la charge appliquée aux pales de la roue et réduit ainsi le the previous curvature is maintained. This vane deflects the fluid in the direction of rotation of the wheel and thus reduces the relative speed of the fluid transmitted to the wheel 20. Next, the pre-curving reduces the load applied to the blades of the wheel and thus reduces the
nombre de pales nécessaires tout en permettant l'utilisa- number of blades required while allowing the use of
tion de pales plus épaisses si bien que la durée utile est accrue. L'incurvation préalable réduit aussi l'usure de la roue en permettant l'utilisation d'un angle des pales, du thicker blades, so that the useful life is increased. The pre-curving also reduces wheel wear by allowing the use of a blade angle,
côté du refoulement de la roue, qui correspond à une orien- side of the wheel, which corresponds to an orientation
tation plus radiale et réduit ainsi la force de la matière more radial and thus reduces the force of matter
particulaire agissant à la surface des pales. Enfin, l'in- particle acting on the surface of the blades. Finally, the
curvation préalable réduit la diffusion de la roue (W2/W1) preliminary curvation reduces the diffusion of the wheel (W2 / W1)
qui réduit la séparation du courant et les courants secon- which reduces the current separation and the secondary currents
daires éventuels qui apparaissent normalement entre le côté sous pression et le côté d'aspiration du passage de circulation et créent des tourbillons dans les coins, en provoquant une érosion localisée. La figure lb est une Possible dams that normally appear between the pressure side and the suction side of the circulation passage and create eddies in the corners, causing localized erosion. Figure lb is a
coupe de l'entrée de la pompe.cutting of the pump inlet.
Le fluide, lorsqu'il a quitté la partie d'incur- vation préalable de la pompe 10, s'écoule dans la roue 20 dans laquelle son énergie cinétique augmente. La roue a des bandages permettant la réduction des espaces au niveau des bouts des pales, réduisant les courants secondaires qui provoquent une certaine érosion et donnant une vitesse The fluid, when it leaves the pre-incision portion of the pump 10, flows into the wheel 20 in which its kinetic energy increases. The wheel has bandages to reduce spaces at the tip of the blades, reducing secondary currents that cause erosion and speed
uniforme de refoulement vers le diffuseur dépourvu d'ai- uniform delivery to the broadcaster without
lettes. Le fluide sort alors par le bout 22 de sortie de la roue 20 vers un diffuseur radial 24 sans ailettes qui est destiné à réduire la vitesse du fluide et à accroître sa pression lorsque le volume du diffuseur 24 augmente. La réduction de vitesse du fluide réduit la vitesse d'usure du bec de la volute par érosion d'un facteur égal à 3. Le fluide est dirigé du diffuseur radial 24 par le bec 26 (figures lc, 4a, 4c et 4d) à une volute 28 de changement de direction (figures 4a à 4d) dans laquelle la pression augmente et le fluide est finalement guidé vers la sortie slacks. The fluid then exits through the outlet end 22 of the wheel 20 to a radial diffuser 24 without fins which is intended to reduce the speed of the fluid and to increase its pressure when the volume of the diffuser 24 increases. The reduction in fluid velocity reduces the speed of wear of the volute nozzle by erosion by a factor equal to 3. The fluid is directed from the radial diffuser 24 by the nozzle 26 (FIGS. 1c, 4a, 4c and 4d) to a change of direction volute 28 (FIGS. 4a to 4d) in which the pressure increases and the fluid is finally guided towards the exit
extérieure 30. La volute 28, combinée au bec 26, est re- 30. The volute 28, combined with the spout 26, is
présentée plus précisément sur les figures 4a à 4d. L'exa- presented more precisely in FIGS. 4a to 4d. The exa-
men soigneux montre que la section de la volute 28 aug- careful mentions that the section of volute 28 aug-
mente du bec 26 à la sortie extérieure 30 et que la volute est placée asymétriquement par rapport à l'extrémité du diffuseur 24. Il faut noter que, dans cette configuration nozzle 26 at the outer outlet 30 and that the volute is placed asymmetrically with respect to the end of the diffuser 24. It should be noted that in this configuration
avantageuse, une sortie externe 30 joue le rôle d'un dif- advantageously, an external output 30 plays the role of a different
fuseur secondaire qui a une forme tronconique. Le fluide de la sortie externe 30 peut être transmis par un secondary fuser which has a frustoconical shape. The fluid of the external outlet 30 can be transmitted by a
conduit externe 32 vers le second étage placé dans le mo- external duct 32 to the second floor placed in the
dule 10, si bien que celui-ci est monté en série, ou peut être transmis à un emplacement extérieur si bien que les étages du module 10 de pompage peuvent être montés en parallèle. Il faut noter que, bien que le module ait été dule 10, so that it is connected in series, or can be transmitted to an external location so that the stages of the pumping module 10 can be connected in parallel. It should be noted that although the module was
décrit en référence à une pompe à deux étages, il con- described with reference to a two-stage pump, it
vient aussi bien à des modules à un ou plusieurs étages. comes as well to single or multi-level modules.
Suivant les critères voulus pour la pompe, le According to the criteria for the pump, the
boîtier 34 peut être formé de toute matière ayant une ré- housing 34 may be formed of any material having a
sistance mécanique élevée utilisable en pratique, et il high mechanical strength that can be used in practice, and
peut être moulé avec pratiquement n'importe quelle épais- can be molded with virtually any thickness
seur de parois. Il faut noter que le boîtier 34 de la pompe comprend aussi le corps de la pompe. Cependant, étant donné la sévérité des critères imposés à la pompe selon l'invention, le boîtier 34 peut être formé d'acier ductile moulé, par exemple du type ASTM-216 G.R.WCB, avec une walls. It should be noted that the housing 34 of the pump also includes the body of the pump. However, given the severity of the criteria imposed on the pump according to the invention, the housing 34 may be formed of molded ductile steel, for example of the ASTM-216 G.R.WCB type, with a
épaisseur moyenne de paroisd'environ 5 cm. average wall thickness of about 5 cm.
Le boîtier principal 34 de la pompe est complété par des plaques formant des couvercles d'extrémité. Ces plaques 38 contiennent de nombreux éléments fonctionnels qui sont nécessaires au support et à la fermeture étanche The main housing 34 of the pump is completed by plates forming end caps. These plates 38 contain many functional elements that are necessary for the support and the tight closure
du module 10 de la-pompe centrifuge. Les éléments fonc- of the module 10 of the centrifugal pump. The functional elements
tionnels représentés sur la figure 3a sont le roulement à billes4Odesupport d'arbre, ayant un joint 42 enfermant un lubrifiant, le joint mécanique double 45, et l'ensemble primaire hydrostatique d'étanchéité 46 vis-à-vis de la suspension. Cet ensemble primaire 46 ainsi que le joint 44 formé entre les étages sont décrits plus en détail dans la demande de brevet français no 80.02830 déposée par la Demanderesse. Il faut noter que les éléments fonctionnels doivent être identiques et que leur montage doit être le même dans les deux plaques 38 formant couvercles. Chacun des éléments indiqués peut être retiré de la plaque 38 3a are the ball bearing of the shaft holder, having a seal 42 enclosing a lubricant, the double mechanical seal 45, and the hydrostatic primary seal assembly 46 with respect to the suspension. This primary assembly 46 and the seal 44 formed between the stages are described in more detail in the French patent application No. 80.02830 filed by the Applicant. It should be noted that the functional elements must be identical and that their assembly must be the same in the two plates 38 forming lids. Each of the indicated elements can be removed from the plate 38
sans retrait de la plaque elle-même de la pompe 10. Cepen- without removing the plate itself from the pump 10. However,
dant, dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la plaque 38 peut être démontée avec les éléments assemblés à l'intérieur, après retrait du bottier 48 du roulement et In an advantageous embodiment of the invention, the plate 38 can be disassembled with the elements assembled inside, after removal of the casing 48 from the bearing and
de l'écrou 50 de serrage de roulement. of the bearing nut 50.
- Les différents éléments rotatifs sont empilés, - The different rotating elements are stacked,
à partir de chaque extrémité 52 de l'arbre vers un épaule- from each end 52 of the shaft to a shoulder-
ment 54 qui se trouve au milieu de l'arbre principal 56 afin que l'intérieur de la pompe soit accessible des deux 54 which is in the middle of the main shaft 56 so that the inside of the pump is accessible from both
côtés sans que l'autre côté en soit affecté. sides without the other side being affected.
Les roues 20 sont montées sur l'arbre principal The wheels 20 are mounted on the main shaft
56 afin qu'elles soient face à face. L'opération est réa- 56 so that they are face to face. The operation is
lisée en partie parce que l'entrée 12 des deux étages fait partly because the entrance 12 of the two floors makes
partie du boîtier principal 34. Les deux roues 20, exer- part of the main casing 34. The two wheels 20, ex-
çant des poussées axiales en sens opposés, assurent l'équi- axial thrusts in opposite directions, ensure the equi-
librage de l'ensemble rotatif par rapport aux parties fixes liberation of the rotary assembly relative to the fixed parts
de la pompe 10. Bien que toute matière de résistance méca- of the pump 10. Although any material of mechanical resistance
nique élevée puisse être utilisée, l'arbre principal, dans une configuration avantageuse, est formé d'acier allié n0 4 340 et les éléments emmanchés, comprenant la roue, sont formés d'alliage A-286, de carbure de tungstène, ou d'acier allié no 4 341 ou 4 330. Deux manchons montés sur The main shaft, in an advantageous configuration, is formed of alloy steel No. 4,340 and the fitted elements, comprising the wheel, are formed from alloy A-286, tungsten carbide, or aluminum alloy. alloy steel No. 4,341 or 4,330. Two sleeves mounted on
la pile fixée sur l'arbre sont de préférence formés d'al- the pile fixed on the shaft are preferably formed from
liage A-286 qui est réfractaire et résiste à la corrosion. A-286 bonding which is refractory and resists corrosion.
Cette caractéristique est choisie afin que les différences This feature is chosen so that the differences
de dilatationsthermiquesde l'arbre et des différents élé- of thermal dilatation of the tree and the different elements
ments montés sur les manchons soient compensées et que l'empilement reste étanche entre la température ambiante et une température de fonctionnement qui est d'environ 2900C. Il faut noter que la pompe selon l'invention peut mounted on the sleeves are compensated and that the stack remains sealed between ambient temperature and an operating temperature of about 2900C. It should be noted that the pump according to the invention can
être réalisée afin qu'elle fonctionne à température am- be carried out so that it operates at ambient temperature
biante. Dans ce cas, la dilatation thermique ne pose pas de problème et toute autre matière convenable peut être choisie. Les roulements à billes 40 font aussi partie de l'ensemble rotatif. Ils sont placés aux deux extrémités de l'arbre 56 et serrés par un écrou 50. Ces principaux éléments qui tournent, avec l'arbre 56 et les roues 20, doivent être aussi soigneusement équilibrés lors de la ature. In this case, thermal expansion is not a problem and any other suitable material can be chosen. Ball bearings 40 are also part of the rotary assembly. They are placed at both ends of the shaft 56 and tightened by a nut 50. These main elements which rotate, with the shaft 56 and the wheels 20, must be as carefully balanced during the
fabrication afin que l'usure ne soit pas excessive. manufacture so that wear is not excessive.
Chaque entrée externe 12 est destinée à trans- Each external input 12 is intended to trans-
porter le fluide de l'extérieur du boîtier de la pompe à un dispositif destiné à diriger circonférentiellement le courant de fluide. Bien que tout dispositif de guidage puisse être utilisé, plusieurs ailettes 16 d'incurvation préalable formées le long de la paroi interne du boîtier 34 de la pompe sont avantageuses pour l'incurvation du courant de fluide dans la direction de rotation de la roue, avec réduction de la vitesse relativeau bout d'entrée de la roue et ainsi réduction de l'érosion des bouts des ailettes d'entrée de la roue par abrasion. Bien que les ailettes 16 d'incurvation préalable puissent être formées en une seule pièce le long de la paroi interne du boîtier de la pompe, il est avantageux qu'elles soient moulées carrying the fluid from the outside of the pump housing to a device for circumferentially directing the fluid stream. Although any guiding device may be used, a plurality of precurve fins 16 formed along the inner wall of the pump housing 34 are advantageous for curving the fluid stream in the direction of rotation of the wheel, with reduction of the speed relative to the inlet end of the wheel and thus reducing the erosion of the ends of the inlet vanes of the wheel by abrasion. Although the pre-bending fins 16 may be formed in one piece along the inner wall of the pump housing, it is advantageous that they be molded
séparément afin qu'elles soient amovibles et remplaçables. separately so that they are removable and replaceable.
Bien qu'on puisse utiliser n'importe quelle matière ayant une bonne résistance à l'usure pour le moulage des ailettes 16 d'incurvation préalable, la fonte blanche moulée est la Although any material having good wear resistance may be used for molding the pre-bending fins 16, the molded white cast iron is the
matière la plus avantageuse. Cette fonte blanche de mou- most advantageous material. This white cast of
lage peut alors être traitée en surface par un agent qui accroît sa dureté, par exemple un revêtement de borure ou de carbure de tungstène. Cette protection des ailettes 16 The coating can then be surface-treated with an agent which increases its hardness, for example a coating of boride or tungsten carbide. This protection of the fins 16
d'incurvation préalable accroît la longévité de celles-ci. curvature increases the longevity of these.
En outre, dans une variante, des volutes 14 d'entrée peu- In addition, in one variant, inlet scrolls can
vent être placées entre l'entrée extérieure 12 et les ailettes 16 d'incurvation. Ces volutes 14, comme les can be placed between the outer inlet 12 and the fins 16 of curvature. These volutes 14, like the
ailettes 16, facilitent la réduction de la vitesse d'en- fins 16, facilitate the reduction of the speed of
trée et favorisent l'action des ailettes 16 lorsqu'elles adaptent la vitesse du fluide à la vitesse du bout des ailettes d'entrée de la roue, si bien que l'érosion à and promote the action of the fins 16 as they adjust the velocity of the fluid to the speed of the end of the inlet vanes of the wheel, so that the erosion to
l'entrée de la roue et essentiellement au bout 18 d'en- the entrance to the wheel and essentially at the end of 18
trée de la roue est notablement réduite. the wheel is significantly reduced.
Les roues 20 de la pompe, dans les deux étages et pour tous les modules, ont la même forme fondamentale; cependant, il faut noter que les roues gauche et droite sont symétriques l'une de l'autre. Bien que les roues 20 The wheels 20 of the pump, in both stages and for all modules, have the same basic shape; however, it should be noted that the left and right wheels are symmetrical to each other. Although the wheels 20
puissent être formées de toute matière de résistance méca- may be formed of any material of mechanical resistance
nique élevée, la fonte blanche de moulage est avantageuse high density, the white cast iron is advantageous
étant donné sa très grande dureté et son élasticité mini- given its extreme hardness and elasticity
male. Cependant, cette matière ne permet pas à la roue de supporter son propre couple dans le cas d'un accouplement normal d'arbre, En conséquence, un moyeu rapporté formé d'acier 4 330 modifié est de préférence brasé dans le moyeu au cours de la fabrication. L'élément rapporté et la roue male. However, this material does not allow the wheel to support its own torque in the case of a normal shaft coupling, Accordingly, a reported hub formed of modified steel 4,330 is preferably brazed into the hub during the making. The insert and the wheel
forment une seule pièce après le raccordement par brasage. form a single piece after soldering connection.
La surface 62 de bague d'usure de la roue à bandages,em- The surface 62 of the wear ring of the tire wheel, em-
pêchant un écoulement en sens inverse de l'extrémité de la roue à l'entrée de celle-ci, est extrêmement sensible fishing a flow in the opposite direction of the end of the wheel at the entrance of it, is extremely sensitive
à l'usure et habituellement constitue la région de défail- wear and usually constitutes the region of
lance initiale de la roue dans le cas des pompes classi- ques desuspension. La bague d'usure de la roue et la bague fixe complémentaire 64 sont donc avantageusement formées de carbure de tunsgtène K-703 donnant une longue durée d'utilisation. La bague 62 de carbure de tungstène initial launch of the wheel in the case of conventional suspension pumps. The wear ring of the wheel and the complementary fixed ring 64 are therefore advantageously formed of K-703 tunsgene carbide giving a long duration of use. The ring 62 of tungsten carbide
est montée sur la roue 20 à l'aide d'une bague partielle- is mounted on the wheel 20 by means of a partial ring
* ment filetée fixée par rétreinte,et elle est purgée par* threaded fixture fixed by narrowing, and it is purged by
un fluide propre à haute pression.a clean fluid at high pressure.
La diffusion radiale du courant de fluide lors- The radial diffusion of the fluid stream during
qu'il quitte la roue 20 nécessite un canal circonférentiel de longueur suffisante pour que la vitesse du courant soit réduite convenablement de 36 à 21,3 m/s environ avant la pénétration dans la volute 28.' Le diffuseur radial 24 a deux parois parallèles, un revêtement interne 66 et un revêtement externe 68, ainsi que l'orifice de refoulement de la roue. Les parois du diffuseur sont formées par deux éléments rapportés constitués par des plaques de fonte that it leaves the wheel 20 requires a circumferential channel of sufficient length for the speed of the current to be suitably reduced from 36 to 21.3 m / s before entering the volute 28. ' The radial diffuser 24 has two parallel walls, an inner liner 66 and an outer liner 68, as well as the discharge port of the wheel. The diffuser walls are formed by two inserts made of cast iron plates
blanche très dure.very hard white.
On prévoit que l'usure est sévère dans la région Wear is expected to be severe in the region
du diffuseur étant donné la vitesse élevée de la suspen- of the diffuser because of the high speed of the suspension
sion. En conséquence, le surfaçage des surfaces du diffu- if we. Consequently, the surfacing of the surfaces of the
seur, bien qu'il ne soit qu'éventuel, est avantageux. En outre, étant donné les problèmes d'érosion posés par l'appareil, il est préférable que le diffuseur ne comporte pas d'ailettes. Les plaques du diffuseur sont maintenues en position par le boîtier 34 de la pompe, les éléments rapportés 70 et 72 des volutes et la plaque 38.'Ils sont fixés par des ergots de positionnement afin qu'ils ne although it is only possible, it is advantageous. In addition, given the erosion problems posed by the device, it is preferable that the diffuser does not have fins. The plates of the diffuser are held in position by the casing 34 of the pump, the inserts 70 and 72 of the volutes and the plate 38. They are fixed by positioning pins so that they
puissent pas tourner. Bien que toute configuration géomé- can not turn. Although any geometric configuration
trique de volute 28 puisse être utilisée, une volute 28 de changement de direction est avantageuse car elle élimine les pertes dues aux courants secondaires. La volute 28 peut être solidaire du boîtier 34. Cependant, dans une The scroll bar 28 can be used, a change of direction wheel 28 is advantageous because it eliminates losses due to secondary currents. The volute 28 may be secured to the housing 34. However, in a
configuration avantageuse, elle est sous forme d'un élé- advantageous configuration, it is in the form of a
ment rapporté remplaçable. Le passage à profil hydrodyna- replaceable report. The transition to hydrodynamic profile
mique de la volute est réalisé avec deux éléments rapportés annulaires concentriques. Ces éléments rapportés 70 et 72 sont ajustés dans une cavité concentrique formée dans le bottier 34 lors du montage de la pompe. Après montage, le passage de refoulement de fluide formé.par l'extérieur des deux bagues coopère avec le canal de refoulement formé dans le bottier principal 34. La bague interne 72 de la volute contient le bec 26 ou la pointe de volute. Le bec 26 est sous forme d'un élément rapporté supplémentaire et est placé entre la bague interne 72 de la volute et la plaque The volute is made with two concentric annular inserts. These inserts 70 and 72 are fitted into a concentric cavity formed in the casing 34 during assembly of the pump. After assembly, the fluid discharge passage formed by the outside of the two rings co-operates with the discharge channel formed in the main casing 34. The inner ring 72 of the volute contains the spout 26 or the volute tip. The spout 26 is in the form of an additional insert and is placed between the inner ring 72 of the volute and the plate
interne 66 du diffuseur. Dans une configuration avanta- internal 66 of the diffuser. In an advantageous configuration
geuse, les volutes sont formées de fonte blanche moulée, et le bec est formé de carbure de tungstène K-703. Cette The scrolls are formed of cast white cast iron and the spout is made of tungsten carbide K-703. This
configuration de volute divisée permet l'accès à l'inté- divided volute configuration allows access to the inte-
rieur de la volute et forme des surfaces libres permettant un traitement supplémentaire de surface, par exemple un of the volute and forms free surfaces allowing additional surface treatment, for example a
surfaçage éventuel par du carbure de tungstène. possible surfacing with tungsten carbide.
Etant donné que la température de fonctionnement de la pompe est de 290'C et que la fonte blanche et le carbure de tungstène ont des coefficients différents de dilatation thermique, la bague d'usure de carbure de la roue est placée avec un jeu radial. Lorsque la température de fonctionnement est atteinte, la matière s'est dilatée Since the operating temperature of the pump is 290 ° C and the white cast iron and tungsten carbide have different coefficients of thermal expansion, the carbide wear ring of the wheel is placed with a radial clearance. When the operating temperature is reached, the material has expanded
et a centré la bague de carbure.and centered the carbide ring.
La matière de la bague fixée par rétreinte est un acier allié 4 340 et la partie exposée de la bague peut subir un surfaçage obtenu par dépôt de carbure de tungstène The shrunken ring material is an alloy steel 4340 and the exposed portion of the ring can be surface tungsten carbide deposition.
par pulvérisation à la flamme.by flame spraying.
Chaque étage du module 10 de pompe centrifuge comporte au moins une entrée externe 12 et une sortie externe 30, à la périphérie du boîtier principal 34. Ces entrées externes 12 et ces sorties externes 30 permettent Each stage of the centrifugal pump module 10 comprises at least one external inlet 12 and an external outlet 30, at the periphery of the main housing 34. These external inputs 12 and these external outlets 30 allow
le chargement et le déchargement des étages tout en permet- loading and unloading of floors while allowing
tant un entretien en direct de la pompe 10. Dans une con- both a live maintenance of the pump 10. In a
figuration avantageuse dans laquelle le module 10 de pompe advantageous figuration in which the pump module 10
centrifuge a deux étages, un conduit externe 32 de croise- two-stage centrifuge, an external conduit 32 of crossed
ment peut être ajouté afin qu'il permette un fonctionne- can be added so that it can
ment en série. Dans ce mode de fonctionnement, la sortie de refoulement de l'étage à basse pression est reliée à l'entrée 12 de l'étage à haute pression par le conduit 32. Celui-ci peut être formé de toute matière de résistance mécanique élevée mais il s'agit de préférence d'une matière adaptée à celle du boîtier principal 34. Il faut noter que les sorties externes 30 ont avantageusement une forme in series. In this mode of operation, the discharge outlet of the low-pressure stage is connected to the inlet 12 of the high-pressure stage via the conduit 32. The latter may be formed of any material of high mechanical strength but it is preferably a material adapted to that of the main housing 34. It should be noted that the external outlets 30 advantageously have a shape
tronconique et jouent le rôle de diffuseurs secondaires. frustoconical and play the role of secondary diffusers.
Le joint hydrostatique principal décrit dans la demande précitée de brevet français n0 80.02830, assure l'étanchéité dans le cas de suspension de charbon dans une huile de dimension particulaire au moins égale à 43 p, à une température d'environ 290'C et pour une différence The main hydrostatic seal described in the aforementioned French patent application No. 80.02830, provides the seal in the case of coal suspension in an oil of particle size at least equal to 43 p at a temperature of about 290.degree. a difference
de pressions comprise entre environ 1,75.106 et 2,1.10 Pa. pressures ranging from about 1.75 to 10.10 Pa.
Cependant, suivant les critères réels auxquels la pompe However, according to the actual criteria to which the pump
doit satisfaire, différents joints, permettant des dif- must satisfy, different joints, allowing different
e 7 férences de pressions pouvant atteindre 3,5.10 Pa peuvent etre utilisés. De manière analogue, le joint d'étanchéité 44 placé entre les étages est avantageusement du type décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique e 7 pressures of up to 3.5.10 Pa can be used. Similarly, the seal 44 placed between the stages is advantageously of the type described in the United States patent application.
n0 64 320, déposée par Fritz C. Catterfeld le 6 août 1979. No. 64,320, filed by Fritz C. Catterfeld on August 6, 1979.
Ce joint particulier 44 est destiné à fonctionner-dans des This particular seal 44 is intended to function in
conditions sévères telles qu'indiquées précédemment. Ce- severe conditions as indicated above. This-
pendant, il faut aussi noter que tout joint commun placé entre les étages donne satisfaction suivant les critères during, it should also be noted that any joint joint placed between the floors gives satisfaction according to the criteria
fondamentaux fixés pour le fonctionnement de la pompe. fundamentals set for the operation of the pump.
Bien que les éléments et les opérations décrits précédemment puissent être modifiés afin que la pompe fonctionne dans les conditions ambiantes, la température Although the elements and operations described above can be modified so that the pump operates under ambient conditions, the temperature
de fonctionnement est déterminée en général par les tempé- in general is determined by the temperatures
ratures de traitement. Dans l'installation considérée, la erations of treatment. In the installation concerned, the
température de fonctionnement est avantageusement d'en- operating temperature is advantageously
viron 2900C. Des températures de cet ordre pour la pompe nécessitent une mise en température de la pompe avant sa viron 2900C. Temperatures of this order for the pump require the pump to be warmed up before
mise en route. L'opération doit être effectuée pour plu- getting started. The operation must be carried out for several
sieurs raisons importantes. D'abord, de façon primordiale, important reasons. First, more importantly,
il faut que les principaux éléments de la pompe ne puis- the main elements of the pump must not be able to
sent pas être détériorés par le choc thermique. Ensuite, l'axe d'entraînement de la pompe doit être concentrique au moteur. La pompe est montée sur un axe central horizon- tal, avec un système de montage en trois points sur quatre supports. Un premier dispositif de montage, placé du côté d'entrée de la pompe, est fixe et l'autre dispositif de montage du côté d'entrée de la pompe permet un allongement par dilatation radiale. Un troisième dispositif de montage placé du côté de sortie de la pompe permet un allongement not be damaged by thermal shock. Then, the drive shaft of the pump must be concentric to the motor. The pump is mounted on a horizontal central axis, with a three-point mounting system on four supports. A first mounting device, located on the inlet side of the pump, is fixed and the other mounting device on the inlet side of the pump allows elongation by radial expansion. A third mounting device on the outlet side of the pump allows elongation
axial par dilatation thermique alors que le quatrième dis- axial expansion by thermal expansion while the fourth
positif de montage donne toute latitude en direction hori- Positive mounting gives full latitude in the horizontal direction
zontale quelconque. La pompe présente une dilatation ra- any zonal. The pump has a dilatation
diale à partir du dispositif fixe de montage; en consé- from the fixed mounting device; consequently
quence, l'axe central de la pompe se déplace dans le plan quence, the central axis of the pump moves in the plane
horizontal par rapport au moteur. L'importance de ce dé- horizontal relative to the engine. The importance of this
placement dû à la dilatation thermique dépend du réglage effectué lors du montage à température ambiante; en conséquence, la pompe doit être chauffée à une température placement due to thermal expansion depends on the setting made when mounting at room temperature; therefore, the pump must be heated to a temperature
telle que les axes des entraînements de la pompe et du mo- such as the drive axes of the pump and the motor
teur soient pratiquement concentriques. Le troisième cri- are virtually concentric. The third
tère nécessitant la mise en température est imposé par temperature requiring heating is imposed by
les différences de dilatation thermique des éléments in- differences in thermal expansion of the elements
ternes de la pompe, surtout lorsque certaines pièces sont formées de carbure de tungstène. Par exemple, une bague d'usure de carbure de tungstène de la roue, montée avec un jeu diamétral de 0,36 mm à température ambiante, n'est dull of the pump, especially when some parts are made of tungsten carbide. For example, a wear ring of tungsten carbide of the wheel, mounted with a diametral clearance of 0.36 mm at ambient temperature, is not
pas centrée tant que la pompe n'atteint pas 175 à 1050C. not centered until the pump reaches 175 to 1050C.
De manière analogue, l'ensemble rotatif monté sur l'arbre qui a une masse relativement faible par rapport Similarly, the rotary assembly mounted on the shaft which has a relatively small mass compared
à l'ensemble monté sur le boîtier, se dilate plus rapide- to the assembly mounted on the housing, expands faster-
ment que le boîtier; en conséquence, les roulements de support d'arbre sont montés par l'intermédiaire d'une articulation tronconique permettant un jeu axial et une the case; as a result, the shaft support bearings are mounted via a frustoconical joint allowing axial clearance and
certaine souplesse, par exemple des rondelles Belleville. some flexibility, such as Belleville washers.
Ces rondelles constituant des ressorts sont plus comprimées que lors de leur montage, pendant la transition thermique, mais elles atteignent cependant le réglage convenable à la température de fonctionnement. Le procédé le plus commode pour la mise en température est l'injection de fluide chaud dans la pompe proprement dite jusqu'à ce que la température de fonctionnement soit atteinte et permette l'admission de la suspension et la mise en route de la pompe. Celle-ci doit être enveloppée dans une gaine d'isolation empêchant These washers constituting springs are more compressed than during their assembly, during the thermal transition, but they nevertheless reach the appropriate adjustment to the operating temperature. The most convenient method for heating is the injection of hot fluid into the pump itself until the operating temperature is reached and allows the admission of the suspension and the start of the pump. It must be wrapped in an insulation sheath preventing
que des gradients importants de température entre l'inté- important gradients of temperature between the
rieur et l'extérieur de la pompe puissent faire apparaître des contraintes thermiques importantes dans des régions localisées et puissent provoquer la fissuration de la structure. L'arrêt de la pompe pour une inspection ou pour d'autres raisons est effectué après vidange de l'intérieur et retrait de la suspension qui pourrait durcir pendant le refroidissement. Des bouchons 80 de purge sont formés dans les cavités inférieures des volutes d'entrée et de refoulement. and the outside of the pump can cause significant thermal stresses in localized areas and can cause cracking of the structure. Stopping the pump for inspection or other reasons is performed after draining the interior and removing the slurry that may harden during cooling. Purge plugs 80 are formed in the lower cavities of the inlet and discharge volutes.
Les figures 7a et 7b sont des diagrammes de vi- Figures 7a and 7b are diagrams of
tesse correspondant au bord antérieur de la roue et à son corresponding to the front edge of the wheel and to its
bord postérieur, dans les conditions indiquées précédemment. posterior border, under the conditions indicated above.
On constate en outre que la pompe centrifuge de suspension qui porte la référence 6 peut fonctionner à la manière d'une turbine de détente qui porte la référence 100 sur la figure 5, lorsque la circulation du fluide change de sens dans la pompe 10. Ainsi, dans une seconde série de modes de réalisation avantageux de l'invention, celle-ci concerne un module 100 de turbine de détente à deux étages qui peut fonctionner dans des conditions très sévères. Ces conditions sont notamment une température et une pression élevées, un débit volumique élevé-et un milieu pouvant provoquer une érosion intense. Les figures et 6a à 6d sur lesquelles des figures identiques dé- signent des éléments analogues, représentent une turbine 100 de détente de suspension à deux étages et les figures 8a et 8b sont des diagrammes de vitesse correspondant à cette turbine. Il faut noter que les deux étages de la It is furthermore noted that the centrifugal suspension pump which bears the reference 6 can operate in the manner of an expansion turbine which bears the reference 100 in FIG. 5, when the circulation of the fluid changes direction in the pump 10. , in a second series of advantageous embodiments of the invention, it relates to a two-stage expansion turbine module 100 which can operate under very severe conditions. These conditions include a high temperature and pressure, a high volume flow rate and a medium that can cause intense erosion. FIGS. 6a to 6d, in which like figures denote like elements, represent a two-stage suspension expansion turbine 100 and FIGS. 8a and 8b are velocity diagrams corresponding to this turbine. It should be noted that the two floors of the
turbine 100, placés face à face,ont le même fonctionnement. turbine 100, placed face to face, have the same operation.
La figure 5 est une perspective avec des parties arrachées Figure 5 is a perspective with torn parts
d'une turbine 100 de détente dans laquelle un fluide pé- an expansion turbine 100 in which a fluid
nètre dans le module 100 par une entrée 102 puis dans une spirale convergente 104 de changement de direction. Dans les conditions les plus avantageuses de fonctionnement, l'entrée 102 est délimitée par un élément rapporté 103 de métal dur alors que la spirale convergente comporte des éléments rapportés 105 et 107. Le fluide provenant de cette spirale 104 est transporté le long du guide 106 de transition (figures 6a, 6b et 6d) et pénètre dans la tuyère radiale 108 d'entrée sans ailettes si bien que le fluide est accéléré vers le rotor 110 de la turbine. Ce rotor 110 tourne dans le sens imposé par l'entrée tangentielle 102 et la spirale convergente 104. La tuyère radiale 108 d'entrée comporte une plaque 102 de revêtement interne de finition lisse et une plaque 114 de revêtement externe de finition is entered in the module 100 by an entry 102 and in a convergent spiral 104 of change of direction. Under the most advantageous operating conditions, the inlet 102 is delimited by an insert element 103 of hard metal while the convergent spiral comprises inserts 105 and 107. The fluid coming from this spiral 104 is conveyed along the guide 106 transition (Figures 6a, 6b and 6d) and enters the radial inlet nozzle 108 without wings so that the fluid is accelerated to the rotor 110 of the turbine. This rotor 110 rotates in the direction imposed by the tangential inlet 102 and the convergent spiral 104. The inlet radial nozzle 108 comprises a plate smooth finish internal coating 102 and a plate 114 external finish coating
lisse, séparées par une distance égale à la largeur d'en- smooth, separated by a distance equal to the width of
trée du rotor. Les plaques 112 et 114, comme les plaques 105 et 107 de la spirale, sont formées de fonte blanche très dure de moulage. En outre, les surfaces des plaques rotor. The plates 112 and 114, like the plates 105 and 107 of the spiral, are formed of very hard white cast iron. In addition, the surfaces of the plates
112 et 114 sont étroitement adaptées au profil des spirales. 112 and 114 are closely adapted to the profile of the spirals.
Comme dans le cas de la pompe 10, les surfaces des régions qui subissent une usure poussée portent un revêtement As in the case of the pump 10, the surfaces of the regions which undergo a high wear wear a coating
superficiel dur, par exemple de borure. hard surface, for example boride.
Le fluide, lorsqu'il a perdu une partie de son The fluid, when he lost part of his
énergie cinétique, quitte le rotor radial 110 et est éva- kinetic energy, leaves the radial rotor 110 and is
qué par des ailettes 115 de redressement de courant vers une spirale 117 de sortie (qui fait partie du boîtier principal de la turbine) et la sortie 119 de la turbine de détente. Le courant de fluide est (1) soit renvoyé par un conduit 120 à l'entrée 102 du second étage dans lequel l'opération de détente est identique à celle qu'on a décrit pour le premier étage, si bien que la turbine est montée en série, (2) soit transporté à un emplacement extérieur by means of current rectifying fins 115 to an outlet spiral 117 (which is part of the main casing of the turbine) and the outlet 119 of the expansion turbine. The fluid stream is (1) is returned via a conduit 120 to the inlet 102 of the second stage in which the expansion operation is identical to that described for the first stage, so that the turbine is mounted in series, (2) be transported to an outdoor location
permettant le montage en parallèle des étages de la tur- allowing parallel assembly of the floors of the tur-
bine 100. Il faut noter que, bien que le module 100 de turbine de détente soit utilisé dans une turbine à deux étages comme indiqué précédemment, l'invention s'applique aussi au module de turbine à un étage ou plus de deux étages. La pression différentielle de détente est de 1,75.106 Pa par étage. Lorsque les deux étages sont montés en série, la différence totale de pressiorsde détente est de 3,5.106 Pa par module. Compte tenu de la différence de pressiorsentre les rotorsplacés face, à face, une étanchéité doit être assurée par des joints entre les étages. Un tel joint 44 placé entre les étages est du type décrit pour la pompe centrifuge 10, deux joints hydrostatiques étant mis sous pression par un fluide de purge transmis à une pression supérieure à celle qui règne à l'intérieur de la It should be noted that, although the expansion turbine module 100 is used in a two-stage turbine as previously indicated, the invention is also applicable to the turbine module with one or more stages. The differential pressure of expansion is 1.75.106 Pa per stage. When the two stages are mounted in series, the total difference of relaxation pressiors is 3.5.106 Pa per module. Given the difference between pressors between the rotorsplaces face to face, a seal must be provided by joints between floors. Such a seal 44 placed between the stages is of the type described for the centrifugal pump 10, two hydrostatic seals being pressurized by a purge fluid transmitted at a pressure greater than that which prevails within the
turbine 100 de détente. De manière analogue, une suspen- 100 relaxation turbine. Similarly, a suspension
sion à haute pression est séparée de façon étanche par rapport à l'atmosphère et par rapport aux autres éléments sensibles de la turbine, par exemple les roulements, par un joint hydrostatique 46 qui est commandé par un fluide compatible de purge par mise en oeuvre d'une interface hydraulique entre deux fluides différents, permettant The high-pressure section is sealed with respect to the atmosphere and with respect to the other sensitive elements of the turbine, for example the bearings, by a hydrostatic seal 46 which is controlled by a compatible purge fluid by means of a a hydraulic interface between two different fluids, allowing
l'obtention d'une vitesse théoriquement nulle de circula- obtaining a theoretically null velocity of circula-
tion des fluides formant l'interface. fluids forming the interface.
Suivant les critères fixés pour le fonctionnement de la turbine de détente, le boîtier 116 de celle-ci peut être formé de toute matière de résistance mécanique élevée utilisable en pratique et peut être moulé pratiquement avec toute épaisseur voulue de parois.Il faut noter que le boîtier 116 comprend le corps de la turbine. Etant donné la sévérité des critères de fonctionnement d'une telle turbine, le boîtier 116 est avantageusement formé d'acier ductile moulé, par exemple d'acier ASTM-216 G.R.WCB, et According to the criteria set for the operation of the expansion turbine, the housing 116 thereof can be formed of any material of high mechanical strength which can be used in practice and can be molded practically with any desired thickness of walls.It should be noted that the housing 116 comprises the body of the turbine. Given the severity of the operating criteria of such a turbine, the housing 116 is advantageously formed of molded ductile steel, for example steel ASTM-216 G.R.WCB, and
l'épaisseur moyenne des parois est d'environ 5 cm. the average wall thickness is about 5 cm.
Le boîtier principal 116 de la turbine est com- The main casing 116 of the turbine is
plété par des plaques 118 formant des couvercles d'extré- pleated by plates 118 forming end caps.
mité. Ces plaques contiennent de nombreux éléments fonc- moth. These plates contain many functional elements
tionnels qui sont nécessaires au support et à l'étanchéité du module 100 de turbine. Les éléments fonctionnels sont les mêmes que ceux qui sont présentés sur la figure 3a pour la pompe 10 et comportent le roulement à billes 40 de support d'arbre ayant le joint 42 qui enferme un lubrifiant, le double joint mécanique 45 et le joint hydrostatique principal 46. Ce joint principal 46 et le joint 44 formés entre les étages sont avantageusement du type décrit dans la demande précitée de brevet français n0 80.02830 et dans la demande précitée de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 64 320. Il faut noter que les éléments fonctionnels which are necessary for the support and sealing of the turbine module 100. The functional elements are the same as those shown in Fig. 3a for the pump 10 and include the shaft support ball bearing 40 having the seal 42 which encloses a lubricant, the double mechanical seal 45 and the main hydrostatic seal 46. This main seal 46 and the seal 44 formed between the stages are advantageously of the type described in the aforementioned French patent application No. 80.02830 and in the aforementioned United States Patent Application No. 64 320. It should be noted that functional elements
doivent être identiques et doivent avoir un montage iden- must be identical and must have an identical
tique dans les deux plaques 118 d'extrémité. Chacun des éléments peut être retiré de la plaque correspondante 118 tick in the two end plates 118. Each of the elements can be removed from the corresponding plate 118
sans que la plaque elle-même soit retirée de la turbine 100. without the plate itself being removed from the turbine 100.
Cependant, dans un mode de réalisation avantageux de l'in- However, in an advantageous embodiment of the invention,
vention, la plaque 118 peut aussi être retirée avec les différents éléments montés à l'intérieur, après le retrait du boîtier 48 du roulement et de l'écrou 50 de serrage de roulement. Les éléments rotatifs sont empilés à partir de chaque extrémité 52 d'arbre, vers un épaulement 54 formé au milieu de l'arbre principal 56 afin que l'intérieur de As a result, the plate 118 can also be removed with the various elements mounted therein, after removal of the bearing housing 48 and the rolling clamp nut 50. The rotating members are stacked from each shaft end 52 toward a shoulder 54 formed in the middle of the main shaft 56 so that the interior of the
la turbine de détente soit accessible des deux côtés. the expansion turbine is accessible from both sides.
Les rotors 110 de la turbine sont assemblés sur The rotors 110 of the turbine are assembled on
l'arbre principal 56 afin qu'ils soient face à face. L'opé- the main tree 56 so that they are face to face. The opera-
ration est réalisée en partie parce que l'entrée 102 des deux étages fait partie du boîtier principal 116. Les deux rotors 110, exerçant des poussées axiales de sens opposés, assurent l'équilibrage de l'ensemble comprenant les rotors par rapport aux parties fixes de la turbine 100. Bien que toute matière de résistance mécanique élevée puisse être utilisée, l'arbre, dans une configuration avantageuse, est formé d'acier allié n0 4 340 et les éléments montés sur l'arbre par des manchons, y compris le rotor de la turbine, sont formés d'alliage A-286, de carbure de tungstène ou d'acier allié n0 4 341 ou 4 330. Deux manchons placés sur l'arbre sont de préférence formés d'alliage A-286 qui est réfractaire et résiste à la corrosion. De cette manière, les différences de dilatation thermique del'arbre et des Partly, because the inlet 102 of the two stages is part of the main housing 116. The two rotors 110, exerting axial thrusts in opposite directions, ensure the balancing of the assembly comprising the rotors with respect to the fixed parts. Although any material of high mechanical strength can be used, the shaft, in an advantageous configuration, is made of alloy steel No. 4,340 and the elements mounted on the shaft by sleeves, including the rotor of the turbine, are formed of alloy A-286, tungsten carbide or alloy steel No. 4 341 or 4 330. Two sleeves placed on the shaft are preferably formed of alloy A-286 which is refractory and resists corrosion. In this way, the differences in thermal expansion of the tree and
éléments placés sur les manchons sont compensées et l'em- elements placed on the sleeves are compensated and the
pilement est maintenu étanche entre la température am- puncture is kept tight between the temperature
biante et une température de fonctionnement d'environ biante and an operating temperature of about
2900C. Il faut noter que la turbine peut aussi être réa- 2900C. It should be noted that the turbine can also be
lisée afin qu'elle fonctionne à température ambiante. Dans ce cas, la dilatation thermique ne pose pas de problème read to operate at room temperature. In this case, thermal expansion is not a problem
et toute autre matière convenable peut être choisie. and any other suitable material may be chosen.
Les roulements à billes 40 font aussi partie Ball bearings 40 are also part
de l'ensemble rotatif. Ils sont placés aux deux extré- of the rotating assembly. They are placed at both ends.
mités de l'arbre 56 et serrés par un écrou 50. Les princi- of the shaft 56 and tightened by a nut 50.
paux éléments rotatifs, de même que l'arbre 56 et les ro- rotary elements, as well as the tree 56 and the
tors 110, doivent tous être soigneusement équilibrés lors tors 110, must all be carefully balanced during
de la fabrication afin que l'usure ne soit pas excessive. of manufacture so that wear is not excessive.
Lors du fonctionnement, la vitesse absolue et la pression du courant de suspension sont réduites dans la turbine 100 si bien que de l'énergie est transmise aux rotorsllO. Les diagrammes de vitesse de la pompe centrifuge 10 sont représentés sur les figures 7a et 7b alors que ceux de la même pompe fonctionnant en turbine hydraulique sont représentés sur les figures 8a et 8b. Les seules During operation, the absolute velocity and the pressure of the suspension stream are reduced in the turbine 100 so that energy is transmitted to the rotors 100. The speed diagrams of the centrifugal pump 10 are shown in FIGS. 7a and 7b while those of the same pump operating in a hydraulic turbine are shown in FIGS. 8a and 8b. The only ones
différences portent sur le sens des vecteurs vitesse, re- differences concern the meaning of speed vectors,
présentant l'inversion du courant dans la pompe. presenting the reversal of the current in the pump.
Comme l'indiquent les figures 7a, 7b, 8a et 8b, les vitesses à l'entrée du rotor 110 sont les mêmes qu'à la sortie de la roue de la pompe, mis à part le sens. Les vitesses à la sortie du rotor de la turbine sont légèrement différentes de celles de l'entrée de la roue de la pompe, As indicated in FIGS. 7a, 7b, 8a and 8b, the speeds at the inlet of the rotor 110 are the same as at the outlet of the pump wheel, apart from the direction. The speeds at the outlet of the turbine rotor are slightly different from those of the pump impeller inlet,
la différence étant de 6 (comme indiqué en traits inter- the difference being 6 (as shown in
rompus). Ce résultat est dû au fait que la roue de la pompe fait moins tourner le courant que le rotor de la broken). This result is due to the fact that the pump impeller turns the current less than the rotor of the pump.
turbine lors du fonctionnement. En conséquence, le cou- turbine during operation. As a result, the
rant du refoulement du rotor de la turbine a une rotation ou un tourbillonnement plus important que celui qui est donné par les ailettes d'incurvation préalable à l'entrée the impeller of the impeller of the turbine has a greater rotation or swirl than that which is given by the curving vanes prior to the inlet
de la roue de la pompe.of the pump wheel.
Ainsi, la plus grande rotation assurée par le rotor de la turbine provoque une entrée du courant de fluide au niveau des ailettes de guidage de redressement avec un angle d'incidence négatif de 100, donnant un léger désaccord et pouvant provoquer une érosion potentiellement plus élevée. Cependant, un léger raccourcissement du bord antérieur des ailettes de redressement (c'est-à-dire du Thus, the greatest rotation provided by the impeller rotor causes fluid flow to enter the straightening guide vanes at a negative angle of incidence of 100, giving a slight mismatch and possibly causing potentially higher erosion. . However, a slight shortening of the anterior edge of the straightening fins (i.e.
bord postérieur des ailettes d'incurvation préalable) don- posterior edge of the forward curvature fins)
ne un angle d'incidence de 0 au courant et évite ainsi les pertes et l'érosion. Lorsque la pression diminue dans do not have an angle of incidence of 0 to the current and thus avoid losses and erosion. When the pressure decreases
la turbine hydraulique 100, le gaz dissous sort progres- the hydraulic turbine 100, the dissolved gas is progressively
sivement de la solution et forme un mélange vapeur-liquide ayant une faible fraction volumique de vapeur. Dans un courant qui tourne, un fluide de faible densité tel qu'une vapeur se rassemble au centre ou vers le coeur du courant qui s'écoule librement c'est-à-dire loin des surfaces hydrauliques. Le courant rotatif ou tourbillon formé au of the solution and forms a vapor-liquid mixture having a small volume fraction of vapor. In a spinning stream, a low density fluid such as vapor collects in the center or towards the core of the flow that flows freely, that is to say far from the hydraulic surfaces. The rotary current or vortex formed at
refoulement du rotor de la turbine est un emplacement au- turbine rotor discharge is a location other than
quel la vapeur peut être collectée et évacuée de chaque étage de turbine, par un arbre creux convenable. Un autre the steam can be collected and discharged from each turbine stage by a suitable hollow shaft. Another
collecteur de gaz qui convient est représenté sur la fi- appropriate gas manifold is shown on the
gure 5 sur laquelle un tube collecteur 122 retire le gaz 5 on which a collector tube 122 withdraws the gas
libéré dans les conduits 120 de raccordement croisé. released in the cross connection conduits 120.
Du fait de la température de fonctionnement de Due to the operating temperature of
2900C de la turbine de détente et de la différence de di- 2900C of the expansion turbine and the difference in di-
latation thermique présentée par la fonte blanche de mou- thermal exposure presented by the white cast of
lage etle carbure de tungstène, la bague d'usure du rotor formée de carbure est placée avec un jeu radial. Lorsque la turbine atteint la température de fonctionnement, la matière s'est dilatée si bien que la bague de carbure est centrée. La matière de la bague fixée par rétreinte est un acier allié no 4 340 et la partie exposée de la bague peut subir un surfaçage par dépôt de carbure de tungstène Tungsten carbide, the wear ring of the carbide rotor is placed with a radial clearance. When the turbine reaches operating temperature, the material has expanded so that the carbide ring is centered. The shrunken ring material is No. 4,340 alloy steel and the exposed portion of the ring may be tungsten carbide deposition surfaced.
par pulvérisation à la flamme.by flame spraying.
Chaque étage du module 100 de turbine a au moins une entrée externe 102 et une sortie externe 119 placées Each stage of the turbine module 100 has at least one external input 102 and an external output 119 placed
à la périphérie du boîtier principal 116. Ces entrées ex- at the periphery of the main housing 116. These exits
ternes 102 et ces sorties externes 119 permettent le char- 102 and these external outputs 119 allow the
gement et le déchargement des étages tout en permettant un entretien direct de la turbine 100. Dans une configuration avantageuse dans laquelle le module 100 de turbine de dé- tente a deux étages,un conduit externe 120 de raccordement croisé peut être ajouté afin que les étages fonctionnent en série. Dans ce mode de fonctionnement, la sortie 119 de l'étage à haute pression est reliée à l'entrée 102 de l'étage à basse pression par ce conduit 120. Celui-ci peut être formé de toute matière ayant une résistance mécanique élevée mais il est avantageux que cette matière soit en accord avec celle du boîtier principal 116 de la In an advantageous configuration in which the two-stage expansion turbine module 100, an external cross-connect duct 120 can be added so that the stages can be added. operate in series. In this operating mode, the outlet 119 of the high-pressure stage is connected to the inlet 102 of the low-pressure stage via this duct 120. This can be formed of any material having a high mechanical strength but it is advantageous that this material is in agreement with that of the main housing 116 of the
turbine de détente.relaxation turbine.
Le joint hydrostatique principal décrit dans la demande précitée de brevet français no 80.02830 assure l'étanchéité d'une suspension de charbon dans l'huile avec The main hydrostatic seal described in the aforementioned French patent application No. 80.02830 seals a suspension of coal in the oil with
une dimension particulaire d'au moins 43 p à une tempéra- a particle size of at least 43 p at a temperature of
ture d'environ 2900C et pour une différence de pressions comprise entre environ 1,75.106 Pa et plus de 2,1.107 Pa about 2900 ° C. and for a pressure difference of between about 1.75 × 10 6 Pa and more than 2.1 × 10 7 Pa.
environ. Cependant, suivant les critères réels de fonc- about. However, according to the real criteria of
tionnement de la pompe de détente, différents joints, pou- of the expansion pump, various seals,
vant fonctionner jusqu'à 3,5.107 Pa peuvent être utilisés. operating up to 3.5.107 Pa can be used.
De manière analogue, le joint placé entre les étages est du type décrit dans la demande précitée de brevet des Etats-Unis d'Amérique no 64 320. Ce joint particulier est destiné à fonctionner dans les conditions sévères décrites précédemment. Cependant, il faut noter que tout joint courant destiné à être placé entre les étages peut être Similarly, the seal between the stages is of the type described in the aforementioned U.S. Patent Application No. 64,320. This particular seal is intended to operate under the severe conditions described above. However, it should be noted that any common joint intended to be placed between the stages can be
utilisé, en fonction des critères fondamentaux de fonc- used, according to the basic criteria of
tionnement de la turbine.turbine operation.
Bien que les éléments et les opérations de la turbine de détente, décrits précédemment, puissent être modifiés pour être utilisés dans les conditions ambiantes, la température de fonctionnement est déterminée par les températures de traitement. Dans l'installation considérée, Although the elements and operations of the expansion turbine, described above, can be modified for use under ambient conditions, the operating temperature is determined by the process temperatures. In the installation considered,
la température de fonctionnement est avantageusement d'en- the operating temperature is advantageously
viron 290'C. Les températures de fonctionnement de la tur- viron 290'C. The operating temperatures of tur-
bine de cet ordre nécessitent une mise en température de la turbine avant sa mise en route. Cette opération doit être effectuée pour plusieurs raisons importantes. La première et la plus importante est la suppression du bine of this order require a temperature of the turbine before it is started. This must be done for several important reasons. The first and most important is the removal of the
choc thermique qui pourrait détériorer les éléments impor- thermal shock which could deteriorate the important elements
tants de la turbine de détente. Ensuite, l'axe d'entraîne- tants of the expansion turbine. Then, the training axis
ment de la turbine doit tourner concentriquement. La tur- the turbine should be turned concentrically. The tur-
bine est montée sur un axe central horizontal, avec un sys- is mounted on a horizontal central axis, with a system
tème de montage en trois points disposé sur quatre supports. three-point mounting system arranged on four supports.
L'un des dispositifs de montage du côté d'entrée de la tur- One of the mounting devices on the input side of the tur-
bine est fixe alors que le dispositif opposé du côté d'en- is fixed while the opposite device on the side of
trée permet une dilatation thermique radiale. Le troisième trea allows radial thermal expansion. The third
dispositif de montage, placé du côté de sortie de la tur- mounting device, placed on the output side of the tur-
bine, permet la dilatation thermique axiale alors que le quatrième dispositif de montage permet un déplacement libre dans toute direction horizontale. La turbine s'allonge à bine, allows axial thermal expansion while the fourth mounting device allows free movement in any horizontal direction. The turbine extends to
partir du support qui est en position fixe; en consé- from the support which is in a fixed position; consequently
quence, l'axe central de la turbine se déplace dans un plan horizontal. L'amplitude de ce déplacement dû à la chaleur dépend du réglage du montage à température ambiante; en In this case, the central axis of the turbine moves in a horizontal plane. The amplitude of this displacement due to heat depends on the setting adjustment at room temperature; in
conséquence, la turbine doit être chauffée à une tempéra- therefore, the turbine must be heated to a temperature of
ture telle que les axes d'entraînement de la turbine et du moteur sont presque concentriques. Le troisième critère nécessitant la mise en température porte sur la différence such that the drive axes of the turbine and the motor are almost concentric. The third criterion requiring warming is the difference
de dilatation thermique des différents éléments de la tur- thermal expansion of the various elements of the tur-
bine, surtout lorsque celle-ci contient des pièces formées de carbure de tungstène. Par exemple, une bague d'usure du rotor formée de carbure de tungstène, placée avec un jeu diamétral de 0,36 mm à température ambiante, n'est pas especially when it contains parts made of tungsten carbide. For example, a rotor wear ring formed of tungsten carbide, placed with a diametral clearance of 0.36 mm at ambient temperature, is not
centrée tant que la température de la pompe n'est pas com- centered as long as the temperature of the pump is not
prise entre 175 et 2050C.taken between 175 and 2050C.
De manière analogue, l'ensemble rotatif monté sur l'arbre a une masse faible par rapport à l'ensemble fixé au boîtier et se dilate donc plus rapidement que le boîtier; en conséquence, les roulements de support d'arbre sont montés afin qu'ils puissent se déplacer axialement, Similarly, the rotational assembly mounted on the shaft has a low mass relative to the assembly attached to the housing and therefore expands more rapidly than the housing; as a result, the shaft support bearings are mounted so that they can move axially,
avec une certaine souplesse, par l'intermédiaire d'un dis- with some flexibility, through a
positif tronconique permettant une flexion, par exemple des frustoconical positive flexion, for example
rondelles Belleville. Ces rondelles sont comprimées de fa- Belleville washers. These washers are compressed
çon plus importante que lors de leur montage pendant la transition thermique; cependant, elles reprennent le réglage convenable à la température de fonctionnement. Le procédé le plus commode pour la mise en température est peut-être l'injection d'un fluide chaud dans la turbine more important than during their assembly during the thermal transition; however, they resume the proper setting at the operating temperature. The most convenient method for warming up is perhaps the injection of a hot fluid into the turbine
proprement dite jusqu'à ce que la température de fonction- proper until the operating temperature
nement coit atteinte et permette l'admission de la suspen- and the admission of the suspen-
sion et la mise en route de la turbine de détente. Celle- commissioning and commissioning of the expansion turbine. That-
ci doit être enveloppée d'une gaine d'isolation empêchant it must be wrapped with an insulation sheath preventing
l'apparition de gradients thermiques importants entre l'in- the appearance of important thermal gradients between
térieur et l'extérieur de la turbine car de tels gradients pourraient faire apparaître des contraintes thermiques dans des régions localisées et pourraient provoquer des fissurations de la structure. L'arrêt de la turbine pour l'inspection ou pour d'autres raisons nécessite la purge de l'intérieur et le retrait de la suspension qui pourrait the interior and exterior of the turbine because such gradients could cause thermal stresses in localized areas and could cause structural cracking. Stopping the turbine for inspection or other reasons requires purging the inside and removing the suspension that could
durcir au cours du refroidissement. L'opération est réali- harden during cooling. The operation is
sée de la manière indiquée pour la pompe centrifuge. in the manner indicated for the centrifugal pump.
Ainsi, l'invention concerne un appareil rotatif Thus, the invention relates to a rotary apparatus
formant pompe centrifuge ou turbine de détente fonction- centrifugal pump or expansion turbine function-
nant à température et pression élevées, avec un débit volu- at high temperature and pressure, with a volumetric flow rate
mique élevé, convenant aux industries chimiques, du dragage high density, suitable for the chemical industries, dredging
et de manutention des matériaux.and material handling.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. It is understood that the invention has been described and shown only as a preferred example and that we can bring any technical equivalence in its constituent elements without departing from its scope.
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