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Motopompe intégrée à turbine et pompe rotative.
L'invention concerne une motopompe a turbine actionne par un fluide sous pression pour le pompage de liquides ou de liquides chargés de solides.
On connaît déjà des motopompes à pompe rotative et entraînement par turbine. Ces motopompes se distinguent non seulement par les types de pompes utilisés et par le modele de la turbine, mais également par la disposition réciproque de la turbine et de la pompe et, ipso facto, par la transmission mécanique du mouvement entre ces deux parties constitutives de la motopompe.
On connalt notamment des motopompes, dans lesquelles la turbine et la pompe sont disposees en ligne, c'est-à-dire que l'axe de la pompe et l'axe de la turbine sont places dans le prolongement l'un de l'autre. Dans de telles motopompes, au moins une des deux tubulures (d'entree et de sortie) de la pompe est disposée perpendiculairement ou en oblique par rapport à l'axe de la pompe, tandis que la seconde tubulure est soit disposee perpendiculairement ou en oblique par rapport à l'axe de la pompe, soit en ligne avec l'axe de la pompe (du côté de la pompe qui se trouve a
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l'oppose de la turbine).
On connatt également des motopompes dans lesquelles les tubulures d'entree et de sortie de la I pompe sont disposées en ligne avec l'axe de la pompe, mais dans de telles motopompes, la turbine est disposée latéralement par rapport a la pompe, c'est-a-dire que l'axe de la turbine est disposé perpendiculairement ou en oblique par rapport à l'axe de la pompe.
Pour certaines applications, les motopompes connues actuellement présentent toutes de sérieux inconvénients; cela est notamment vrai pour les moto-
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pompes immergées utilisées pour les operations de n dragage.
Dans les dragues suceuses, l'élinde est équipée d'une tuyauterie d'aspiration destinée a amener les matériaux dragués (vase et/ou sable) dans les puits de la drague.
L'aspiration peut être assurée par une motopompe montée à bord de la drague. Un tel système ne convient cependant que pour des profondeurs de dragage relativement faibles.
Pour le dragage à plus grande profondeur, il est généralement necessaire de faire usage d'une motopompe immergee, montée pres de la tête de dragage.
Une telle motopompe immergée travaille donc en charge et de ce fait ses performances sont améliorées Toutefois, l'utilisation pour de telles applications des motopompes actuellement connues crée des problèmes techniques très sérieux qui sont notamment dus au poids relevé et AL l'encombrement important de ces motopompes et des conduites coudées qui s'y raccordent. C'est ainsi qu'une motopompe de dragage immergée pouvant être branchée sur des tuyauteries d'un diamètre de 650 mm, représente un poids de l'ordre de 25 t, une longueur de 6 m et un encombrement lateral de 3 m (y compris les conduites coudées et le bâti qui est nécessaire pour reprendre les sollicitations engendrées au cours de la manoeuvre et du fonctionnement).
La manoeuvre d'une tete de drague equipe d'une telle motopompe de type connu est évidemment difficile et nécessite des engins de manutention lourds et coûteux.
La motopompe suivant l'invention, qui sera décrite ci-après, peut être employee en particulier comme motopompe immergée et est notamment très avantageuse comme motopompe immergée de dragage à grande profondeur. L'application de la motopompe, suivant
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l'invention, n'est cependant nullement limitée à ces cas assez particuliers et elle peut aussi être avantageusement utilisée comme motopompe non immergée pour le pompage de divers liquides ou de liquides charges de solides (par exemple des suspensions de charbon dans l'eau).
La presente invention a pour but de procurer une motopompe dans laquelle les orifices d'entrée et de sortie de la pompe sont disposés en ligne l'un par rapport à l'autre.
L'invention a également pour but une telle motopompe de construction compacte et de poids réduit, utilisant comme agent moteur un fluide sous pression.
L'invention a également pour but de réaliser
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k une telle motopompe a encombrement réduit et de construction robuste, de manière a bien supporter les efforts de traction, de flexion et de torsion auxquels elle peut être soumise lors de son emploi.
L'invention a également pour but de réaliser une telle motopompe qui peut être immergée et fonctionner avec un haut degré de sécurité pour le personnel et un faible risque de panne ou de détérioration.
Un autre but de l'invention est de réaliser une telle motopompe pouvant être avantageusement utilisée pour le pompage de liquides fortement chargés
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de solides et convenant des lors comme motopompe de I dragage.
En outre, l'invention a pour but de procurer une telle motopompe dans laquelle les pertes d'énergie sont réduites de manière sensible.
Enfin, un autre but de l'invention est une motopompe à faible coût d'entretien et dont les organes peuvent facilement être remplacés.
L'objet de l'invention est une motopompe a
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turbine entraînée par un fluide sous pression et pompe rotative destinée au pompage de liquides et de liquides chargés de particules solides ; cette motopompe comprend les organes suivants : - un corps de pompe fixe comportant une tubulure constituant un orifice cylindrique d'aspiration et une tubulure constituant un orifice cylindrique de refoulement, ces deux tubulures, de même diamètre intérieur, sont disposees en ligne l'une par rapport à l'autre, - un manchon cylindrique de diamètre intérieur sensiblement égal à celui des deux tubulures ci-dessus, monté en ligne entre ces deux tubulures avec un faible
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k jeu par rapport à celles-ci ;
ce manchon étant apte a tourner autour de son axe, des organes rotatifs de pompage étant montés à l'intérieur du manchon et étant solidaires de celui-ci, - une turbine d'entrainement actionnée par un fluide sous pression, montée en couronne autour du manchon, le rotor supportant les aubes de la turbine
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A étant monte a l'extérieur du manchon et étant solidaire de celui-ci, le corps fixe de la turbine étant solidaire du corps de pompe fixe, - des moyens permettant l'injection d'un fluide dans la turbine et des moyens permettant 1'éva- cuation de ce fluide hors de la turbine.
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Suivant une forme de réalisation préférée de J l'invention, l'entree de la turbine est située du côté de la motopompe correspondant a celui de l'orifice d'aspiration de la pompe et sa sortie est situee du cöte de la motopompe qui correspond a l'orifice de refoulement de la pompe.
Le fluide qui entraine la turbine est, de preference, choisi dans le groupe comprenant l'eau, l'air et un mélange d'eau et d'air.
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La motopompe est avantageusement entourée d'une enveloppe qui solidarise le corps fixe de la turbine avec le corps de pompe et forme un espace annulaire autour de l'ensemble forme par le manchon et les deux tubulures.
Suivant un mode d'exécution avantageux, cet espace annulaire comporte deux zones annulaires d'extrémité situées, respectivement, chacune du cote de l'un ou l'autre des deux orifices de la pompe et, entre ces deux zones annulaires d'extrémité, une zone annulaire centrale dans laquelle se trouve le'rotor de la turbine ; les dites zones annulaires d'extrémité constituent, respectivement, la chambre d'entrée et la chambre de sortie de la turbine : des orifices ménagés dans la dite enveloppe permettent l'injection du fluide sous pression dans la chambre d'entrée et l'evacuation de ce fluide hors de la chambre de sortie.
Suivant une forme de réalisation préférée, des ailettes déflectrices sont montées dans le dit espace annulaire entre la zone annulaire centrale et chacune de deux zones annulaires d'extrémité.
La chambre d'entrée de la turbine est, de préférence, située du côté de l'orifice d'aspiration de la pompe et la chambre de sortie du côté de l'orifice de refoulement de la pompe. De cette manière, le fluide sous pression, qui traverse la turbine, exerce sur les aubes de la turbine (et donc sur le manchon) une poussée dont la composante axiale est dirige dans le sens opposé à la composante axiale de la poussée que les organes rotatifs de la pompe doivent exercer sur le liquide à pomper.
Suivant un mode d'exécution préféré, les moyens qui permettent d'injecter un fluide sous pression dans la chambre d'entree de la turbine sont aptes a maintenir, dans la dite zone annulaire
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centrale, une pression supérieure a la pression qui règne à l'interieur du manchon, la difference de pression entre cette zone annulaire centrale et l'inté- rieur du manchon etant telle que, lors du fonctionnement de la motopompe, un film de fluide passe entre les paliers et le manchon, assurant la lubrification entre ces organes et empêchant le passage de liquide de l'interieur du manchon vers l'intérieur de l'espace annulaire.
De preference, des joints annulaires sont disposes entre les paliers et le manchon et également entre le manchon et les tubulures, ces joints étant aptes a réduire le débit du fluide entre ces organes et ä empecher le passage de liquide de l'intérieur du manchon vers l'interieur de l'espace annulaire, sans entraver la rotation du manchon.
Selon une forme de réalisation particuliere, la pompe comporte des pales hélicoïdales solidaires de la face interne du manchon et dirigées vers l'axe de celui-ci.
Ces pales peuvent se raccorder suivant une ligne qui coincide avec l'axe du manchon.
Suivant une variante d'exécution, ces pales se raccordent a la surface externe d'un tronçon de tube ouvert à ses deux extrémités, disposé suivant le meme axe que le manchon ; l'extrémité de ce tube, dirigée vers l'orifice d'entree de la pompe, étant raccordée, par un joint rotatif, à un tuyau fixe qui a bouche à l'extérieur du corps de pompe en traversant la paroi de la tubulure constituant l'orifice d'aspiration de la motopompe ou la paroi d'une conduite d'aspiration
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0 éventuellement raccordée à cette tubulure. Ce tuyau fixe peut être raccordé à un dispositif apte à y créer une depression et ainsi aspirer une partie du liquide près de l'axe de la pompe.
Ce tuyau fixe peut également
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être raccordé à un dispositif apte à y injecter un fluide destine a se mélanger au liquide pompe.
Cette réalisation particulière de la motopompe offre plusieurs possibilités avantageuses, notamment lorsque la motopompe est utilisée pour le dragage. En effet, lorsque le dit tuyau fixe est raccorde à une pompe aspirante, une partie du liquide au centre de la pompe, moins riche en solides que le liquide qui passe par son pourtour, peut être aspirée et évacuée vers l'extérieur. Ce liquide à faible charge de solides peut éventuellement etre expulsé sous pression vers un endroit proche de la tete de dragage et ainsi remuer le fond marin en cet endroit et faciliter le dragage.
Le dit tuyau fixe peut cependant aussi être raccordé une pompe qui y injecte de l'eau, ce qui permet de diluer les boues pompées au cas où les conditions de dragage nécessitent un tel mode de fonctionnement. Alternativement, on peut injecter dans
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le tuyau fixe de l'air qui, sous l'effet de l'état de turbulence régnant dans la pompe, se divise en bulles et crée ainsi un effet de pompe mammouth dans la tuyauterie qui conduit la suspension de solides a bord du bateau dragueur.
Selon une autre forme de realisation, la pompe rotative de la motopompe est une pompe Moineau dont la partie extérieure en matière élastomère est solidaire de la face interne du manchon et disposée suivant l'axe de celui-ci ; une des extrémités de la partie centrale, engagée dans la partie extérieure, est fixée par un cardan à un arbre l'autre extrémité de cet arbre se rattache, par un autre cardan, a un support solidaire du corps de pompe fixe.
Lorsque la motopompe est utilisée comme motopompe immergée pour le dragage, le fluide évacué hors de la turbine est avantageusement conduit vers des
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évents disposés près de la tête de dragage, de façon a contribuer à la désagrégation et La fluidisation du milieu où est prélevé le fluide pompé.
Selon une forme de réalisation particulière, la ligne d'alimentation en fluide moteur est raccordée a un mélangeur doté d'évents aptes à provoquer l'entrainement par le dit fluide moteur d'une certaine proportion de fluide ambiant.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description de formes de réalisation particulières décrites ci-après, en l'occurrence deux motopompes de dragage, données a titre d'exemple non limitatif, référence étant faite aux dessins annexes, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue latérale, partiellement en coupe d'une motopompe selon l'invention équipée d'une pompe à pales, et la Fig. 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'une motopompe selon l'invention, équipée d'une pompe Moineau.
La motopompe 1 montrée à la Fig. 1 comprend une enveloppe formée essentiellement d'un élément cylindrique 2 et de deux éléments coniques 3 et 4. Les elements 2 et 3, tout comme les elements 2 et 4, sont assemblés entre eux au moyen de boulons 5.
Les éléments coniques 3 et 4 portent, a leur extrémité libre, des flasques 6 permettant de raccorder la motopompe 1 à des conduites d'aspiration et d'evacuation 7.
Une tubulure d'entree 3 est montée a l'int6rieur de la dite enveloppe, près d'une de ses extrémités. Une bague 9 solidaire de la tubulure 8 est enserrée entre le flasque 6 et la conduite d'aspiration 7.
De manière analogue, une tubulure d'evacuation
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10 comportant une bague 11 est montée et fixée en place à l'intérieur de l'enveloppe, près de son autre extrémité. Les tubulures 8 et 10 sont alignées suivant le même axe et ont le même diamètre.
Entre les tubulures 8 et 10 est monte un manchon rotatif 12 aligne suivant le même axe que ces tubulures 8,10 et ayant le même diamètre intérieur que celles-ci. Ce manchon rotatif 12 est un element qui est commun à la pompe et à la turbine et constitue A la fois la limite et la transmission entre ces deux parties essentielles de la motopompe 1.
Le dit espace annulaire comprend, du côté de l'élément conique 3 et de la tubulure d'entree 8, une zone annulaire qui est la chambre d'entrée 13 de la turbine.
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De même, du côté de l'element conique 4 et de la tubulure 10, une zone annulaire d'extrémité constitue la chambre de sortie 14 de la turbine.
Entre la chambre d'entrée 13 et la chambre de sortie 14 est montée la turbine dont le rotor, avec les aubes 15, est fixé contre la surface externe du manchon 12.
Des ailettes déflectrices 16 sont montées entre la chambre d'entrée 13 et la turbine et également entre la turbine et la chambre de sortie 14, de façon à obtenir un meilleur rendement de la turbine.
Un orifice d'entrée 17 donne acces à la chambre d'entrée 13 et permet d'y injecter 6n fluide sous pression. Un orifice de sortie 18 permet 1'évacuation de ce fluide hors de la chambre de sortie 14.
Des paliers 19 guident le manchon 12 et reprennent les efforts axiaux exercés sur celui-ci. Des joints 20 et 21, respectivement solidaires des paliers 19, sont montés entre ces derniers et le manchon 12.
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Un joint 22 solidaire de la tubulure d'entrée 8 assure la transition entre cette tubulure 8 et le manchon 12. De manière analogue, un joint 23 solidaire du manchon 12 assure la transition entre ce manchon 12 et la tubulure d'évacuation 10.
La motopompe 1 est conçue plus spécialement comme motopompe immergée pour le dragage. La lubrification a 1'endroit des joints 20, 21 et 22 est assurée par de l'eau de mer. En effet, de l'eau de mer est utilisée comme fluide moteur pour la turbine, et cette eau de mer est injectée dans la chambre d'entree 13 a une pression qui est nettement supérieure a la pression qui règne à 1'intérieur du manchon 12.
Sous l'effet de la surpression, un film d'eau de mer sans cesse renouvelé s'infiltre dans les espaces compris entre les joints 20 et 21 et le manchon 12 décollant l'une de l'autre les surfaces de contact de ces organes. L'eau de mer passant sous les joints 20 et 21 rejoint l'espace interne du manchon 12 et de la tubulure d'évacuation 10 en lubrifiant les joints 22 et 23. Ces joints 22 et 23 et la surpression qui est maintenue dans l'espace annulaire qui entoure le manchon 12, empêchent tout retour de liquide du volume interne du manchon 12 vers le dit espace annulaire.
La motopompe 1 est équipée d'une pompe rotative à pales. Des pales 24, solidaires de la face interne du manchon 12, s'étendent en direction de l'axe du manchon 12 et se raccordent a la surface externe d'un tronçon de tube 25 ouvert à ses deux extrémités et disposé suivant l'axe du manchon 12.
L'extrémité du tube 25, qui est dirigée vers l'orifice d'aspiration de la pompe, est raccordée par un joint rotatif 26 à un tuyau fixe 27 qui débouche N l'extérieur du corps de pompe et traverse la paroi de la conduite d'aspiration 7. Une nervure 28 augmente la
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rigidité du tuyau fixe 27 dans la zone ou il est coudé.
Le tuyau fixe 27 est relié, a l'extérieur de la motopompe l, a une pompe aspirante (non représentée). Lorsque la motopompe 1 est en fonctionnement, par exemple comme motopompe de dragage
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immergée, les pales 24 exercent sur la mixture aspirée un effet de centrifugation, ce qui a pour consequence que l'eau passant à proximité de l'axe de la pompe est nettement moins chargée en solides que l'eau qui passe à la périphérie. Grâce à la pompe aspirante raccordée au tuyau fixe 27, une partie de cette eau moins chargée est aspirée dans le tube 25 et renvoyée vers l'extérieur de la motopompe 1, augmentant de ce fait la charge en solides du liquide envoyé vers les puits du bateau dragueur.
Les tubulures d'entrée 8 et d'evacuation 10 étant alignées suivant le même axe, le liquide pompé ne subit aucune perte de charge due a un changement de direction brusque, comme c'est le cas dans les motopompes de type connu.
La construction compacte et rigide de l'enveloppe de la motopompe 1 permet à cette dernière de supporter de fortes sollicitations tant en traction, en torsion qu'en flexion.
L'avantage de la motopompe 1 est que l'energie du fluide moteur est transmise sans pertes mécaniques dues à un accouplement ou a un réducteur de vitesse directement a la pompe ; en outre, grace a la) turbine, les risques liés à l'emploi d'électricité en milieu marin ou dans des lieux humides (inhérents aux pompes a moteur électrique) sont supprimes.
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La Fig. 2 montre une motopompe 29 analogue a la motopompe 1 montrée a la Fig. 1, mais équipée d'une pompe Moineau"inversee"et non d'une pompe a pales.
La partie exterieure 30 (en matière elasto-
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mere) de la pompe Moineau est fixée à l'intérieur du manchon rotatif 12.
La partie centrale 31 de la pompe Moineau est fixee, par l'intermédiaire d'un cardan 32, AL l'extré- mité d'un arbre 33 qui, par son autre extrémité, est relié par l'intermédiaire d'un cardan 34 a un support fixe 35 solidaire de la conduite d'aspiration 7.
Une motopompe 29 équipée d'une pompe Moineau est notamment intéressante pour le pompage à debit constant, sous pression élevée, de mixtures vaseuses ou argileuses.
Le melange air-eau utilise par la turbine de la motopompe 29 est réalisé par un mélangeur 36, dote d'un injecteur 37 placé en tête de l'orifice d'injection 17 de la chambre d'entrée 13.
Bien que la motopompe suivant l'invention ait été décrite dans le cadre d'une application au dragage, elle peut également être utilisée pour d'autres applications avec différents types de pompes rotatives chaque fois que l'on cherche a réduire l'encombrement d'une pompe et de son système d'entrainement, notamment dans des mines, dans les transports d'eaux usées, etc.