FR2988783A3 - Dispositif de reduction de fuites internes de pompes a roue fermee - Google Patents

Abstract

Système d'entrainement de fluide comprenant -un carter (11) comportant une chambre et une ouverture d'entrée (12) de fluide entourée par un alésage de guidage, -un rotor (32) monté mobile en rotation dans ladite chambre et prolongé selon l'axe du rotor par un élément tubulaire s'étendant en partie dans l'alésage de guidage, Caractérisé en ce que le système comprend une bague d'étanchéité (22) montée libre axialement et en rotation autour de l'élément tubulaire (19), ladite bague est susceptible de venir en appui sur la paroi du carter sous la pression du fluide à l'intérieur de la chambre.

Description

DISPOSITIF DE REDUCTION DE FUITES INTERNES DE POMPES A ROUE FERMEE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un système d'entrainement de fluide comprenant un carter et un rotor monté mobile en rotation dans une chambre installée dans le carter. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de réduction de fuites de fluide aménagé dans un système d'entraînement de fluide centrifuge.

L'invention concerne également les pompes, les compresseurs centrifuges ou ventilateurs à roue fermée. Etat de la technique Le système dentrainement de fluide objet de l'invention peut être une pompe à fluide centrifuge (sur laquelle nous allons fonder notre description) ou un autre dispositif d'entrainement de fluide centrifuge tel qu'un compresseur centrifuge ou un ventilateur. Les pompes à fluide comprennent un moteur rotatif, un carter comprenant une chambre, un orifice d'entrée de fluide dans le prolongement de l'axe du moteur et une lumière de sortie de fluide, et une roue montée mobile en rotation dans la chambre dans le carter. Le moteur rotatif comporte un bras dans le prolongement de l'axe de rotation du moteur qui traverse une paroi du carter. Le carter comprend une ouverture d'entrée de fluide sensiblement circulaire dont l'axe est confondu avec l'axe du moteur, une chambre sensiblement cylindrique et une lumière de sortie du fluide disposée radialement en périphérie de la chambre. La roue comporte deux plaques circulaires ou disques et des ailettes disposées radialement entre les deux plaques, une des plaques comportant une lumière radiale destinée à l'entrée de fluide entre les deux plaques. La roue est fixée à l'extrémité du bras l'axe du moteur rotatif de telle façon que la lumière radiale d'entrée soit en regard de l'ouverture d'entrée du fluide dans le carter, l'axe de la roue étant confondu avec l'axe du moteur.

Le fluide entre dans la chambre à l'intérieur du carter par l'orifice d'entrée et est dirigé vers la roue, entre les deux plaques. Le fluide est ensuite entrainé dans le mouvement tournant par les ailettes aménagées entre les deux plaques et ressort par la lumière de sortie, le fluide ayant acquis de la vitesse et par ce fait, la pression du fluide est augmentée. Dans ladite chambre, l'orifice d'entrée de fluide et la lumière de sortie du fluide sont reliées. Une partie du fluide peut éventuellement revenir vers l'orifice d'entrée, ce qui réduit l'efficacité de la pompe. Pour réduire les fuites de fluide par l'orifice d'entrée, un système d'étanchéité est disposé entre un élément de la roue et un élément entourant l'ouverture d'entrée du carter. Premièrement, le bord de la lumière radiale de la roue est prolongé par un élément sensiblement tubulaire qui s'étend en partie dans l'orifice d'entrée du carter. Deuxièmement, une première bague d'étanchéité est montée autour de l'extrémité libre dudit élément tubulaire et une deuxième bague d'étanchéité est fixée sur la paroi circulaire intérieure de l'orifice d'entrée en regard avec ladite première bague. En fonctionnement, avec les battements du moteur, l'axe du moteur a un mouvement avec une composante radiale, ce qui entraine un frottement entre les deux bagues d'étanchéité.

Pour améliorer la fiabilité en fonctionnement, un jeu important est disposé entre les deux bagues, lequel jeu favorise alors les fuites de fluide et donc abaisse le rendement de la pompe. La publication WO 2007/033421-A1 qui décrit une telle pompe à fluide divulgue un système d'étanchéité comprenant une bague d'étanchéité cylindrique disposée à l'extrémité de la roue du dispositif de circulation de fluide. Un espace existe cependant entre les pièces mobiles telles que la roue et les pièces immobiles telles que le carter dans la chambre duquel est montée mobile en rotation ladite roue. Cet espace peut favoriser la remontée du fluide depuis la sortie en périphérie de la chambre dans le carter vers l'orifice d'entrée, ce qui diminue le rendement du dispositif.

Un inconvénient de ce système est donc que le fluide peut quand même revenir vers l'entrée du carter et de ce fait altère le rendement du dispositif de circulation de fluide. Un autre inconvénient est que le système d'étanchéité comporte plusieurs pièces ce qui rend le montage difficile. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet un dispositif de circulation de fluide comportant un système d'étanchéité pour diminuer les fuites de fluide simple, facile à mettre en oeuvre et résistant. L'objet de l'invention est caractérisé plus particulièrement sur un système d'étanchéité qui s'auto-adapte selon les différences de pression du fluide entre la sortie et l'entrée.

Un problème général concernant l'étanchéité entre deux pièces l'une en mouvement par rapport à l'autre et ladite étanchéité étant assurée par un système de joint, est l'usure du système de joint par contact entre les deux pièces et frottement. L'invention présente également une solution à ce problème d'usure.

Dans ce but, l'invention propose un système d'entrainement de fluide comprenant : - un carter comprenant une chambre avec une ouverture d'entrée de fluide entourée par un alésage de guidage, et une lumière de sortie de fluide, - un rotor d'entraînement du fluide, fixé à l'extrémité d'un bras de moteur rotatif, qui est monté mobile en rotation dans ladite chambre et qui comprend une portion tubulaire s'étendant dans l'alésage de guidage, caractérisé en ce que le système comprend une bague d'étanchéité qui est montée libre axialement et en rotation autour d'un tronçon de la portion tubulaire, et qui est amenée en appui axial contre une paroi annulaire de l'alésage lors de la rotation du rotor. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le carter comprend un alésage entourant l'alésage de guidage et destiné à accueillir la bague d'étanchéité, - la bague comporte un évidement annulaire depuis le diamètre intérieur de la bague, ledit évidement est destiné en regard de l'orifice d'entrée de fluide, - la bague comporte une surface radiale annulaire en regard de la paroi de la chambre présentant un diamètre intérieur supérieur d'au moins 10% au diamètre intérieur de la bague, - la bague comporte au moins une nervure annulaire depuis sa surface circulaire intérieure, - l'élément tubulaire comporte au moins 1 nervure annulaire entourée par la bague, - la bague est en alliage de matériau léger ou plastique.

Brève description des figures D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, fournie à titre d'exemple de réalisation et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue de coupe transversale d'une pompe centrifuge selon l'axe longitudinal du moteur. La figure 2 est une vue de coupe de la portion de pompe centrifuge ciblée sur le système de réduction de fuite de fluide. La figure 3 est une vue de coupe de la bague selon un premier mode de réalisation.

La figure 4 est une vue de coupe de la bague selon un deuxième mode de réalisation. La figure 5 est une vue de coupe de la portion de pompe centrifuge ciblée sur le système de réduction de fuite de fluide en fonctionnement.

Description détaillée des figures Les descriptions qui suivent se réfèrent à l'axe longitudinal X du moteur rotatif du système dentrainement de fluide.

Pour faciliter la compréhension, les mêmes objets apparaissant dans des figures différentes gardent les mêmes références. Selon la figure 1, une pompe à fluide comprend un moteur rotatif 10 avec un bras 16 dans le prolongement de l'axe de rotation X, un rotor 14 destiné à entrainer le fluide, solidaire du bras du moteur et monté mobile en rotation dans une chambre 31 sensiblement cylindrique dans un carter 11. Le rotor 14 peut être une roue qui comprend une première plaque circulaire 15 sur laquelle est fixée l'extrémité du bras du moteur, l'axe de ladite plaque étant sensiblement confondu avec l'axe du moteur, une deuxième plaque circulaire 16 de dimensions sensiblement identiques à la première plaque circulaire 15 et présentant une lumière centrale radiale 18 dont le bord est prolongé perpendiculairement dans la direction opposée de la première plaque par un tube cylindrique 19, et des ailettes 21 disposées radialement entre les deux plaques 15, 16.

Le carter 11 comporte un orifice aménagé dans une paroi du carter pour le passage du bras 16 du moteur 10, un orifice d'entrée 12 du fluide aménagé dans la paroi opposée et une lumière 13 aménagée transversalement à l'axe X et en périphérie de la chambre 31 pour la sortie du fluide. L'orifice d'entrée de fluide 12 est entouré par un alésage de guidage 20 dans lequel s'étend en partie l'extrémité libre du tube cylindrique 19. Selon la figure 2, une bague 22 est montée flottante autour de l'extrémité libre du tube cylindrique 19. Le diamètre de la paroi circulaire intérieure 23 de ladite bague 22 est légèrement supérieur au diamètre extérieur du tube cylindrique 19 de quelques dixièmes de millimètres jusqu'à une valeur maximale de 5 dixièmes. Un alésage 28 selon l'axe X et entourant l'alésage de guidage 20 est aménagé dans le carter 11. Le diamètre dudit l'alésage 28 est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la bague 22 et la profondeur dudit alésage est de quelques millimètres ou de l'épaisseur de la bague 22.

Selon la figure 3, la bague 22 est limitée par une paroi intérieure circulaire 23 destinée en regard du tube cylindrique, une paroi extérieure opposée 24 toutes deux comprises entre deux parois annulaires radiales 25, 26. Ladite bague comporte une échancrure annulaire 29 s'étendant depuis la paroi intérieure circulaire 23 jusqu'à la paroi annulaire radiale 26.

La bague 22 est montée entourant une partie d'extrémité libre du tube cylindrique 19 de telle façon que la paroi annulaire radiale 26 en liaison avec l'échancrure annulaire 29 soit en regard de la paroi du carter. La bague 22 reste libre axialement et en rotation par rapport au tube cylindrique 19. Selon la figure 5, en fonctionnement, le moteur rotatif 10 entraine le rotor 14 en mouvement. Le fluide entre dans le carter par l'orifice d'entrée 12 et est dirigé par le tube cylindrique 19 entre les deux plaques circulaires 15, 16 de la roue du rotor. Ladite roue tournant entraine grâce à ses ailettes le fluide qui acquiert de la vitesse avec un maximum de vitesse en périphérie de la roue. Le fluide est ensuite dirigé vers la lumière de sortie 13. La pression du fluide en sortie ou pression de refoulement est supérieure à la pression du fluide à l'entrée. Une partie de fluide peut donc être ramenée vers l'orifice d'entrée 12. Ladite partie de fluide exerce alors une force sur la bague 22 sur une surface de la bague dite surface offerte à la pression de refoulement et comprenant au moins la surface annulaire radiale 25, pour pousser la bague 22 en appui axial étanche contre l'épaulement formé par l'alésage 28. La surface annulaire radiale 26 en contact avec la paroi du carter doit être sensiblement inferieure à la surface offerte à la pression de refoulement pour assurer l'étanchéité entre la bague 22 et la paroi du carter. Le fluide peut également être amené à passer par l'espace entre la paroi circulaire intérieure 23 de la bague 22 et le tube cylindrique 19, ce qui peut entrainer deux conséquences nuisibles au rendement da la pompe. La bague peut premièrement être entrainée en rotation par la viscosité du fluide compris entre la surface circulaire intérieure de la bague et le tube cylindrique 19. Pour éviter la mise en rotation de la bague 22, le diamètre intérieur de la paroi annulaire radiale 26 de la bague est sensiblement supérieur au diamètre intérieur de la bague. La surface de ladite paroi annulaire radiale est donc réduite et la force d'appui exercée par la différence de pression de fluide entre l'intérieur de la chambre et l'entrée est augmentée en conséquence. Il est sensiblement supérieur d'au moins 10% au diamètre intérieur de la bague dans le cas d'une pompe à eau par exemple. Deuxièmement, le fluide peut s'échapper par l'espace entre la paroi circulaire intérieure 23 de la bague et la paroi du tube cylindrique. Cependant, cet espace est réduit, les diamètres entre la paroi circulaire intérieure de la bague et le tube cylindrique étant proches, la perte de charge associée est donc importante et les fuites de fluide par ce passage sont donc faibles. La paroi circulaire extérieure 24 peut présenter un profil oblique de telle façon que le diamètre extérieur de la bague est supérieur au diamètre extérieur de la paroi annulaire radiale 25 de la bague en regard de la roue. Ce profil permet une diminution de matière de la bague et donc une réduction de poids de la bague 22. Ce profil est un exemple parmi d'autres profils de bague. La bague 22 est de préférence en alliage de matériau léger en alliage 15 métallique ou en plastique. Le poids réduit de la bague permet un positionnement rapide de la bague en appui contre un élément de paroi du carter. Selon un autre mode de réalisation représenté en figure 4, la paroi circulaire intérieure 23 peut présenter des nervures radiales circulaires. De 20 manière préférentielle, le nombre de nervures est de trois. Ces nervures représentent des chicanes pour diminuer les fuites de fluide par l'espace entre la paroi circulaire intérieure 23 de la bague et le tube cylindrique 19. Selon un autre mode de réalisation non représenté, une partie de la paroi du tube cylindrique 19 entourée par la bague 22 présente des nervures 25 circulaires radiales qui représentent des chicanes pour diminuer les fuites de fluide par l'espace entre la paroi circulaire intérieure 23 de la bague 22 et le tube cylindrique 19. L'objet de l'invention est atteint : lors du fonctionnement de la pompe, la pression du fluide à l'intérieur de la chambre étant supérieure à la pression du 30 fluide en entrée dans le carter pousse la bague 22 en appui sur un élément de paroi du carter 11 et améliore l'étanchéité de la pompe contre les fuites de fluide et son efficacité. La bague est montée flottante sur le tube cylindrique et n'est pas entrainée en rotation avec la roue 22. Elle n'a pas de mouvement par rapport à la paroi du carter et n'est donc pas soumise à l'usure, ce qui améliore sa tenue en fonctionnement. L'invention n'est pas restreinte au mode de réalisation présenté ci- avant. D'autres modes de réalisation peuvent être suggérés dans l'esprit de l'homme du métier pour réduire les fuites de fluide et améliorer l'efficacité de la pompe par exemple avec des lèvres d'étanchéité circulaires sur la surface annulaire radiale 26 d'appui de la bague 22 ou d'autres types de chicanes réalisées entre la paroi circulaire intérieure 23 de la bague et le tube cylindrique 19.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1) Système d'entrainement de fluide comprenant -un carter (11) comprenant une chambre avec une ouverture d'entrée (12) de fluide entourée par un alésage de guidage (20), et une lumière de sortie de fluide (13), -un rotor (32), d'entraînement du fluide, fixé à l'extrémité d'un bras de moteur rotatif, qui est monté mobile en rotation dans ladite chambre et qui comprend une portion tubulaire (19) qui s'étend dans l'alésage de guidage, Caractérisé en ce que le système comprend une bague d'étanchéité (22) qui est montée libre axialement et en rotation autour d'un tronçon de la portion tubulaire (19), et qui est amenée en appui axial contre une paroi annulaire de l'alésage (28) lors de la rotation du rotor.
2. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alésage de guidage est étagé et comporte un épaulement radial contre lequel la bague (22) est en appui axial étanche sous l'action du fluide à l'intérieur de la chambre
3. 3) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 2, caractérisé en ce que la bague (22) comporte un évidement radial (29) depuis le diamètre intérieur de la bague, ledit évidement est en regard de l'orifice d'entrée de fluide.
4. 4) Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague (22) comporte une surface radiale annulaire (26) en regard de la paroi de la chambre présentant un diamètre intérieur supérieur d'au moins 10% au diamètre intérieur de la bague.
5. 5) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 4, caractérisé en ce que la bague (22) comporte au moins une nervure annulaire sur sa surface circulaire intérieure (23).
6. 6) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 5, caractérisé en ce que l'élément tubulaire comporte au moins 1 nervure annulaire entourée par la bague (22).
7. 7) Système selon l'une quelconque des revendications 1 - 6, caractérisé en ce que la bague (22) est en alliage de matériau léger ou plastique.
8. 8) Système selon l'une quelconque des revendications 1- 7, caractérisé en ce que le rotor comporte une roue comportant deux disques et des ailettes radiales disposées entre lesdits disques.
9. 9) Système selon l'une quelconque des revendications 1-7 choisi dans une liste comprenant des pompes centrifuges, des compresseurs centrifuges ou des ventilateurs.