WO2000037804A1 - Power driven device with centrifugal fluid circulation, such as a motor pump or a motor compressor - Google Patents

Power driven device with centrifugal fluid circulation, such as a motor pump or a motor compressor Download PDF

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WO2000037804A1
WO2000037804A1 PCT/FR1999/003241 FR9903241W WO0037804A1 WO 2000037804 A1 WO2000037804 A1 WO 2000037804A1 FR 9903241 W FR9903241 W FR 9903241W WO 0037804 A1 WO0037804 A1 WO 0037804A1
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pump
wheel
rotor
stator
motor
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PCT/FR1999/003241
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French (fr)
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Dominique Cucini
Philippe Gyomlai
Raymond Michaux
Original Assignee
Jeumont Sa
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Definitions

  • Motorized device with centrifugal fluid circulation such as a motor pump or a motor compressor
  • the invention relates to a motorized device with centrifugal fluid circulation, such as a motor pump or a motor compressor and, in particular, a sealed motor pump or motor compressor, for pumping or compressing toxic fluids.
  • motor-pump or motor-compressor units comprising a sealed body, in which at least one wheel is rotatably mounted around an axis of rotation and driven in rotation by an electric motor.
  • the pump or compressor impeller has a fluid inlet, in a central zone, that is to say close to the axis of rotation, and a plurality of fluid circulation channels, between the central inlet fluid and the periphery of the wheel.
  • the fluid which is pumped or compressed is introduced into the pump or compressor body, through a central opening of the pump body communicating with the central opening of the impeller.
  • the drive shaft of the rotating wheel passes through the wall of the pump or compressor body in a sealed manner, to be connected to a drive motor.
  • a motor for example of the discoid type, the stator and rotor of which are arranged inside the pump body.
  • the motor may include one or more rotors integral with one or more pump wheels, all of the rotors and pump wheels being rotatably mounted on a common shaft.
  • Each disc-shaped rotor is inserted, in the axial direction of the motor and the pump, between two stators integral with the pump body.
  • the assembly constituted by the pump wheel (s) and the rotor (s) is rotated inside the pump body filled with liquid to be pumped.
  • Fluid agitators or pumps have also been proposed comprising a stirring wheel or propeller on which is fixed a rotor element which is rotated by a rotating field created by a stator.
  • These devices have advantages over conventional motorized pumps. In particular, the number of components of the pump is reduced, the stator can be produced at a lower cost and a substantial gain is obtained with regard to the mass and size of the pump.
  • these devices have drawbacks, in particular due to the axial magnetic attraction exerted by the stator on the rotor which can be significant, both when the pump is stopped and when it is in operation. In addition, the efficiency of the motor pump is reduced due to significant losses by hydraulic friction at the periphery of the electric rotor.
  • the forces exerted on the pump rotor are constituted by hydraulic forces and magnetic forces.
  • the hydraulic forces come from the distribution of the internal pressures of the fluid linked to the refrigeration flow in the bearings and the internal sealing devices such as labyrinth seals or air gaps as well as to the different pressure drops in these parts of the circuits.
  • motor pump These hydraulic forces vary as a function of the discharge pressure and the speed of rotation of the pump.
  • the magnetic force comes from the attraction generated in the air gap by the average induction of the electric motor. This magnetic force varies little as a function of the speed of rotation.
  • the object of the invention is therefore to propose a motorized device for centrifugal circulation of a fluid such as a motor pump or a motor compressor, comprising a sealed body and at least one wheel mounted to rotate about an axis of rotation in the sealed body, comprising at least one fluid inlet at its central part and a plurality of fluid circulation channels of substantially radial direction, between the central fluid inlet and the periphery of the wheel, as well as an electric motor d wheel drive comprising a stator and a rotor integral in rotation with the wheel, this device making it possible to reduce losses by hydraulic friction, to reduce the overall size and weight of the device, to reduce costs manufacturing and providing a satisfactory axial maintenance of the rotor, in all the operating phases of the device.
  • a fluid such as a motor pump or a motor compressor
  • the rotor produced in discoid form, is integrated into the wheel and disposed opposite at least one stator element fixed in the sealed body of the device, and
  • the pump impeller carries, on at least one lateral face facing a part of the sealed body, at least one magnetic element placed opposite a corresponding magnetic element secured to the part of the sealed body to constitute at least one stop exerting on the wheel and the rotor a force of magnetic origin of axial direction.
  • the device further comprises hydrodynamic stops and / or mechanical stops to supplement or supplement the action of the magnetic elements, at least in certain operating phases of the device.
  • FIG. 1 is a half-view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic view of a permanent magnet stop which can be used to achieve axial balancing of the rotor of the device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2B is a schematic view of an electromagnetic stop which can be used to carry out axial balancing of the rotor of the device shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is an enlarged view of part of Figure 1 showing an embodiment of a hydraulic balancing of the impeller of the motor pump.
  • FIG. 4 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a second embodiment.
  • Figure 5 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a third embodiment.
  • Figure 6 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a fourth embodiment.
  • Figure 7 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a fifth embodiment.
  • Figure 8 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a sixth embodiment.
  • a motor pump group generally designated by the reference 1 which includes a housing or pump body designated generally by the reference 2 which is made of several parts assembled together in a sealed manner by means of static seals.
  • the pump body 2 comprises for example, as shown in FIG. 1, a front flange 2a and a rear flange 2b assembled together by screws and nuts, with interposition of a seal.
  • a fluid inlet space 4 in the central part of the pump set 1, around the axis 3 of the pump set.
  • the fluid inlet space 4 is connected, via a nozzle, to a fluid inlet in the central part of the pump set.
  • front flange 2a In the front flange 2a is also machined a fluid outlet space 5 communicating with a tube 5 'at the peripheral part of the pump set.
  • the front flange 2a and the rear flange 2b define between them an internal space 8 of the pump body 2 having as axis of symmetry the axis 3 of the pump set.
  • the internal space 8 of the pump is isolated from the outside by the seals inserted between the flanges 2a and 2b of the pump body 2.
  • the rotating part of the pump In the internal space 8 of the pump set, the rotating part of the pump is mounted.
  • motor pump constituted by the pump wheel 10 and the rotor 16 of the drive motor 15 of the pump.
  • the pump impeller 10 comprises curved channels 13 and of substantially radial direction, a first end of which is in communication with a central outlet of the pump impeller communicating with the inlet space 4 of the pump and of which a second end leads to the peripheral surface of the pump wheel 10, in a radial direction, inside the outlet space 5 of the pump communicating with the outlet pipe 5 '.
  • the pump impeller and the rotor 16 are rotatably mounted inside the internal space 8 of the pump body 2, by means of a shaft 6 having the geometric axis axis 3 of the pump unit and a rotary bearing 7 which is produced in the form of a smooth bearing.
  • the shaft 6 is engaged, by a first end portion, in an opening of the front flange 2a and, by a second opposite end portion, in an opening of the rear flange 2b, the openings of the flanges in which the end parts of the shaft 6 being arranged along the axis 3 of the motor pump.
  • the shaft is further fixed by a screw in the rear flange 2b of the pump body.
  • the plain bearing 7 includes an outer ring 7b secured to the rotating part of the pump unit and a fixed inner ring 7a coaxial with the rotating outer ring 7a and fixed on the shaft 6 of the pump unit.
  • the fixed inner ring 7a of the plain bearing 7 is fixed on the shaft 6, by means of a fixing assembly 9 comprising an annular retaining part 9a and a tightening assembly 9b comprising a nut which is screwed on a part threaded from the shaft 6, a washer and a support piece on the retaining piece 9a.
  • the fixed inner ring 7a of the bearing 7 is interposed and clamped between the retaining part 9a and a support ring 11 arranged at the second end of the bearing ring 7a.
  • the retaining part 9a has an external part projecting in the direction of a first end part of the movable ring 7b of the bearing 7 constituting a bearing stop for the movable ring 7b and of the assembly movable in rotation of the motor pump.
  • the first end of the movable ring 7b has a surface facing the bearing surface of the annular retaining part 9a by means of which the movable ring 7b of the bearing 7 can come to bear on the part retainer 9a.
  • the second end of the mobile ring 7b in rotation of the bearing 7 is held by a support piece 12 fixed by a set of screws on the mobile part in rotation 10, 16 of the motor-driven pump.
  • the pump wheel 10 and the rotor 16 of the motor drive motor 15 are integral with one another and for example rigidly fixed to one another by means of screws and keys .
  • the fixing screws of the two parts 10, 16 of the rotary assembly of the motor-driven pump can also be used to fix the retaining part 12 of the ring 7b movable in rotation of the bearing 7 of the pump.
  • the retaining part 9a constitutes a mechanical stop for retaining the rotating part of the pump, in the axial direction, this stop, disposed on the side of the fluid inlet 4 in the motor pump will be designated as the front stop.
  • a rear abutment 14 is constituted by annular vis-à-vis integral parts, respectively, of the rotor 16 of the motor 15 and of a plate integral with the rear flange 2b of the pump body 2.
  • the electric motor 15 for driving the pump in rotation may be a synchronous permanent magnet motor comprising a rotor 16 constituted by a flange in which is fixed a cylinder head 16a of annular shape carrying magnets 16b distributed along the periphery of the cylinder head 16a and separated from each other by spacers 16c.
  • the active part of the rotor 16 namely the cylinder head and the permanent magnets, could be mounted directly in the part constituting the pump wheel instead of being mounted on a flange constituting the support part of the rotor 16 rigidly fixed on the pump impeller. In all cases, the rotor 16 is perfectly integrated into the pump wheel, of which it is integral.
  • the synchronous motor 15 further comprises elements of a stator 17 constituted by coils mounted in cavities machined in the rear flange 2b of the pump body 2.
  • the cavities are filled with resin in which the coils and a plate are embedded.
  • closure 17a of the cavities containing the windings of the stator 17 is fixed on the face of the rear flange 2b of the pump body 2 directed towards the front flange 2a and the internal space 8 of the motor pump 1.
  • the permanent magnets of the rotor 16 are covered by protective sheets making it possible to avoid their contact with the pumping fluid.
  • the stator windings 17 are supplied with electric current via a power electronics constituting a frequency converter 48.
  • the assembly constituted by the motor and the frequency variator makes it possible to obtain flexible control of the pump by variation of speed over a wide range of speeds.
  • the frequency converter also makes it possible to obtain smooth starts of the pump set, avoiding violent jolts in the pipes, to protect the pump set in the event of motor overheating by causing an automatic stop and to integrate into the motor pump control, protection in the event of the pump underloading due to the absence of pumping fluid; the frequency converter then causes the pump to stop or slow down automatically.
  • the air gap between the stator elements and the magnets of the rotor can be relatively large, of the order of 2 to 8 mm. Indeed, in this case, the air gap has little influence on the efficiency and on the cosine ⁇ of the motor. It is then possible to use a wall 17a for closing the stator cavities of great thickness in an insulating material, for example in a non-magnetic metal or in a plastic material, which limits heating of the stator windings. A large choice of material is possible, insofar as the closure plate 17a of the stator can be produced in a very flat shape and fixed without welding between the two parts 2a and 2b of the pump body.
  • Motor-pumps with submerged impellers having rotor elements integrated into the pump impeller which have just been described and as shown in FIG. 1 have many advantages.
  • FIG. 3 shows on a larger scale a part of the motor-driven pump which is produced so as to provide a certain hydraulic balancing of the axial forces exerted on the rotor 16 secured to the pump wheel 10.
  • the air gap 43 of the motor 15 between the protective sheet 17a of the stator 17 and the protective sheet of the permanent magnets 16b of the rotor 16 is filled, during the operation of the pump, by pumping fluid arriving in the air gap by a space situated at the external periphery of the rotor 16 communicating, via a fluid rolling space 42, with the discharge part of the channels 13 of the pump impeller 10 in which the pumping fluid is at a pressure of delivery significantly higher than the suction pressure of the pump.
  • the air gap 43 between the rotor and the stator is also in communication with the suction part of the pump by an internal rolling space 44 delimited between the two parts of the rear stop 14.
  • the fluid rolling spaces 42 and 44 are delimited by surfaces of the rotor 16 and of the pump body 2 substantially perpendicular to the axis 3 of the pump.
  • the space 42 located in an arrangement remote from the axis 3 of the pump is called the external fluid rolling space and the space 44, located towards the axis 3 is called the internal fluid rolling space.
  • This communication of the air gap 43 with the discharge part and the suction part of the pump, respectively via the external rolling space 42 and by through the interior rolling space 44 allows axial hydraulic balancing of the rotor.
  • the rotating part of the motor-driven pump comprising the pump wheel 10 and the rotor 16 moves in the direction of the stator 17, by opening the upper laminating space of fluid 42 and by closing the lower space 44.
  • the communication of the air gap 43 with the high-pressure discharge part of the pump wheel 10 produces an increase in the pressure in the air gap 43, which generates an axial force which balances the increase in the force d attraction exerted by the stator 17 on the rotor 16 and the pump wheel.
  • the rotating part of the motor pump comprising the wheel 10 and the rotor 16 moves away from the stator and closes the rolling space outside 42 at the same time as the inside space 44 opens.
  • the air gap 43 is placed in communication with the suction part of the pump, so that the pressure in the air gap 43 decreases.
  • the reduction in the pressure in the air gap causes a reduction in the axial hydraulic thrust force, which balances the rotor subjected to a lower force of attraction of the stator.
  • the hydraulic balancing effect is obtained from the fact that the air gap 43 constitutes a chamber separating the high pressure discharge part of the pump from the low pressure suction part.
  • the suction pressure is channeled in the direction of the rolling space of the stop 14 by means of the central bore 6a of the shaft 6 and of radial bores 6b.
  • the fixed part of the magnetic stop 18 comprises an annular yoke 18a fixed in the bottom of the annular cavity machined in the flange 2a of the pump body and at least one permanent magnet 18b fixed against the cylinder head 18a in the cavity of the flange 2a.
  • the element 18b can be produced in the form of a one-piece crown having the same inside and outside diameters as the annular yoke 18a. It is also possible to use several magnets distributed along the circumference of the cylinder head and separated from each other by spacer pieces, in an embodiment similar to the embodiment of the magnets 16b of the rotor 16.
  • the mobile part in rotation of the magnetic stop 18 is constituted by a collar 18c of annular shape integral with the front face of the pump wheel 10 and placed opposite the permanent magnet or magnets 18b of the fixed part of the stop.
  • the collar 18c is made of soft iron or a magnetic material with high permeability which may be identical to the material of the yoke 18a of the stop.
  • the face of the magnet 18b of the stopper directed towards the pump wheel 10 and the internal cavity 8 of the pump receiving the pumping fluid is covered by a protective sheet.
  • the collar 18c integral with the pump wheel is covered, on its face directed towards the front, opposite the fixed part of the stop, by a protective plate.
  • the stop may include two annular rows of magnets 18b whose polarities are reversed, so that the circulation of the magnetic flux represented by thick arrows constitutes a closed loop inside the cylinder head and collar.
  • the magnetic flux produces an attractive force in the air gap 45 between the collar 18c and the magnets 18b.
  • One thus obtains a restoring force of the rotating assembly of the motor pump with submerged rotor in the opposite direction to the attractive force exerted by the stator 17 on the rotor 16. This thus compensates, at least partially, the force of attraction of the rotor, so as to balance the rotating part of the pump in the axial direction.
  • a magnet stop such as stop 18 makes it possible to reduce the axial force on the rotor, of magnetic origin and of hydraulic origin, by a ratio close to 10.
  • a magnetic stop such as the stop 18 can be perfectly integrated into the impeller and the pump body.
  • a permanent magnet stop has drawbacks because the axial compensation force exerted on the rotating part of the pump cannot be adjusted according to the operating phases of the pump.
  • the permanent magnets used are expensive products.
  • the stiffness of the stop is negative, that is to say that the smaller the air gap, the greater the forces exerted by the stop. The stop is therefore, by nature, unstable and must be associated with a complementary stop device to allow acceptable operation of the stop in all operating conditions of the motor-driven pump.
  • the magnetic stop with permanent magnet can be associated with mechanical stops taking up residual axial forces in both directions, in the event of extreme operation of the motor-driven pump, for example in the case of an absence of pumping fluid. These mechanical stops can be produced as described above, for example in the form of the stops 9a and 14 arranged on either side of the pump wheel.
  • the magnetic stop with permanent magnet for compensation of axial forces can also be associated with a hydraulic balancing device or with hydrodynamic stops taking up axial forces residual in the event of extreme operation of the motor-driven pump, for example in the case of an absence of pumping fluid.
  • the hydraulic balancing device can be constituted as shown in FIG. 3 and the hydrodynamic stops can be constituted by the sets of parts 9a and 7b or 14 between which a wedge of pumping fluid under pressure is maintained.
  • an electromagnetic winding stop as shown in FIG. 2b can be used.
  • a stop comprises an assembly arranged in a part of the pump body consisting of a cylinder head 18'a made of soft iron or of magnetic material with high permeability and a winding 18'b housed in the cylinder head 18'a as well as a collar 18 'c in soft iron or magnetic material with high permeability housed in the pump impeller.
  • the coil (s) 18'b housed in the cylinder head 18'a are supplied via a control and supply device 46 which optionally receives from a position sensor 47, a position signal representative of the position instantaneous collar 18 ′ c secured to the rotating part of the motor-driven pump with respect to the fixed part of the stop.
  • the supply of electric current to the coil 18'b creates a magnetic field, so that a magnetic flux circulates in the cylinder head and the collar, around the winding, according to the thick arrows shown in FIG. 2B.
  • the attractive force exerted on the rotating part of the motor pump by the fixed part of the stop makes it possible to exactly compensate the hydraulic and magnetic forces exerted on the rotating part of the motor pump, at all times.
  • this servo electronics comprising, as shown in FIG. 2B, the control unit 46 and possibly the position sensor 47.
  • the supply of the electromagnetic stop results in a loss of efficiency of the motor pump which can be of the order of 4 points.
  • One of the advantages of the electromagnetic stop is that it can be used without being associated with a complementary system of mechanical and hydraulic stops.
  • the electromagnetic stop either with two mechanical stops, or with a hydraulic balancing system or two hydrodynamic stops, as in the case of permanent magnet stops, so as to take up the residual axial forces in extreme operation of the motor pump, for example in the case of an absence of pumping fluid.
  • These protective sheets will be made either of austenitic stainless steel or of a nickel alloy, these materials having been retained because of their non-magnetism, electrical resistivity and weldability properties.
  • Protection could also be provided by a coating of organic or plastic material on the magnets or other magnetic parts of the stops and of the motor rotor.
  • the choice of material for the protective plate 17a of the stator windings is much wider, these protective plates being able to be fixed without welding in the body of the pump.
  • the cavities of the flange 2b of the pump body in which these windings are housed can be filled with an iso- lant having good thermal conductivity in which the windings are embedded.
  • This coating of the windings also ensures the support of the plate 17a for protecting the windings of the stator 17 and limits the volume of air trapped in the casing of the motor-driven pump.
  • the coating material for example a resin, makes it possible to meet the standards applicable to equipment intended to be installed in areas where it is feared of explosions.
  • the motor-driven pump according to the invention which includes magnetic-type stop elements on the impeller and the pump body, these elements being able to be associated with mechanical or hydrodynamic stops, makes it possible to solve the problem of axial balancing of the rotating assembly of the motor-driven pump in the presence of hydraulic and magnetic forces acting on this rotating part.
  • this device can only function correctly when the speed of rotation of the pump is sufficient and generally when this speed is at least equal to 75 to 80% of the speed. nominal. It is only from this minimum speed of rotation that the rotor can be detached, undergoing a magnetic attraction independent of the speed of rotation of the pump, by hydraulic forces. In the absence of a magnetic stop, it is therefore not possible to use the power electronics to control the pump at variable speed, and in particular at low speed.
  • FIG. 4 relating to a second embodiment of the motor-driven pump, it is possible to use a pump wheel 20 comprising rotor elements 21 and 21 ′, for example constituted by permanent magnets, placed on two opposite faces of the pump impeller 20 perpendicular to the axis of rotation of the pump.
  • the rotor elements 21 and 21 ′ are distributed along the entire circumference of the impeller 20 of the pump.
  • Two stators 22 and 22 ′ are then used, housed respectively in the front flange 2a and in the rear flange 2b of the body 2 of the pump, the rotor elements 21 and 21 ′ being opposite respectively the stator elements 22 and 22 '.
  • the structure of the pump according to the second embodiment is identical to the structure of the pump according to the first embodiment.
  • the axial balancing of the rotating part of the pump constituted by the pump wheel and the rotor is ensured by magnetic type stops.
  • magnetic type stops In the case of the embodiment shown in Figure 4, we will use two sets of magnetic stops arranged on either side of the rotor.
  • the rotor elements 21 and 21 ' placed on the opposite faces of the impeller, are arranged on either side of the fluid flow flowing inside the channels 13 of the pump impeller.
  • the second embodiment of the pump makes it possible to increase the power of the pump by carrying out the drive by two electric motors in parallel.
  • FIG. 5 relating to a third embodiment of the pump, it is possible, in the case of an embodiment comprising two rotors integrated into the pump wheel similar to the rotors constituted by the elements 21 and 21 ' of the second embodiment and two stators similar to the stators 22 and 22 'of the second embodiment, of providing a double central supply to the pump impeller which includes two openings 24 and 24' open on either side of the wheel, of axial direction, which are extended by pairs of channels symmetrical with respect to a transverse plane of the motor, of trace 27 in FIG. 3, which meet in the form of a single channel 26 of radial direction.
  • the pump body has two fluid inlet openings 25 and 25 'axially aligned and each opening into a hole 24, 24' of the pump wheel 23. It is thus possible to double the flow rate of the pump.
  • the pump must include magnetic stops for axial balancing of the pump impeller.
  • the motor pump according to the invention can comprise several pump wheels fixed on the same shaft or on at least two different shafts and for example two pump wheels, as in the case of the fourth mode of embodiment of the motor-pump shown in FIG. 6, of the fifth embodiment of the motor-pump represented in FIG. 7 and of the sixth embodiment of FIG. 8.
  • the pump wheels arranged successively in the axial direction of the motor pump and the corresponding parts of the cavity of the pump body constitute successive pumping stages.
  • the pump body 2 comprises, in addition to a front flange 2a, a rear flange 2b and a side wall element 2c, two closure plates rear 2d and 2'd. Between these various elements constituting the pump body which are assembled together, there are interposed static seals making it possible to ensure a tight closure of the pump body which comprises two successive cavities 28 and 28 'constituting respectively, with a first pump wheel 30 and with a second pump wheel 30 ′, two successive stages of the pump.
  • the first pump wheel 30 and the second pump wheel 30 ' are fixed on the same shaft 31 having the axis 3 of the pump as its axis.
  • the first pump wheel 30 and the second pump wheel 30 ′ have, at their central part, an inlet port for substantially axial direction fluid and a plurality of channels connected to the outlet for the pump wheel, direction substantially radial.
  • Rotor elements such as permanent magnets 32 are integrated into the second pump wheel 30 'and placed in a lateral face of the pump wheel 30' perpendicular to the axis 3 of the pump, in a circumferential arrangement.
  • the rotor elements 32, integrated into the second pump wheel 30 ', are placed in the rear lateral face of the pump wheel 30', opposite a stator 35 mounted in the rear flange 2b of the body pump.
  • the rear flange 2b of the pump body 2 is crossed by the fluid outlet pipe 5, in a radial direction and by a channel for the passage of the stator supply cables 35.
  • No rotor element is integrated into the first pump wheel 30 which has only a hydraulic role.
  • the wheels 30 and 30 ′ and the shaft 31 of the pump are driven in rotation by the motor constituted by the rotor elements 32 and the stator 35.
  • the bearings of the rotating assembly constituted by the first pump wheel 30, the second pump wheel 30 'and the shaft 31 are carried, respectively, by the front flange 2a and the first pump wheel 30 and by the closing plate 2'd and the rear part of the shaft 31.
  • Magnetic stop elements are fixed on the pump impeller 30 'and on a part opposite the pump body 2.
  • the side wall element 2c of the pump body 2 has two transverse walls 33 and 33 ′ delimiting a fluid outlet space from the first stage of the pump constituted by the cavity 28 and the impeller 30 and a passage for guiding the fluid to the inlet of the second stage of the pump constituted by the second impeller 30 'and the cavity 28'.
  • the wall 33 has at least one opening 34 for the passage of the fluid leaving the first stage of the pump.
  • the motor pump according to the invention comprises two pump wheels 36 and 36 ', in each of which are integrated rotor elements 37 and 37', such as permanent magnets, placed in transverse faces of the wheels 36 and 36 'facing stators 38 and 38' mounted in the pump body as well as magnetic abutment elements facing corresponding elements carried by the pump body.
  • integrated rotor elements 37 and 37' such as permanent magnets
  • the pump body 2 comprises a front flange 2a, a first rear flange 2b, a second rear flange 2'b, a lateral closing element 2c and two rear closing plates 2d and 2'd. Between the successive elements of the pump body, which are assembled together, are interposed static O-rings.
  • the first stator 38 disposed opposite the rotor elements 37 of the first pump wheel 36, is fixed to the first rear flange 2b.
  • Radial parts of the first rear flange 2b and of the transverse closure element 2c of the pump body define a path for circulation of the fluid which is pumped, between a first pumping stage constituted by the first impeller 36 and by a first cavity 39 of the pump body and the second pumping stage constituted by the second pump impeller 36 'and by a second pumping cavity 39' of the pump body communicating with the radial outlet 5 of the pump.
  • the radial part delimiting the passage of fluid from the first rear flange 2b is pierced with an opening for axial passage of the fluid which is pumped.
  • the mobile pump assembly consisting of the first pump wheel 36, the second pump wheel 36 'and a shaft 41 on which the pump wheels 36 and 36' are fixed, is rotatably mounted in the body of the pump. pump 2 and driven in rotation by the first electric motor constituted by the stator 38 and the rotor elements 37 and by the second electric motor constituted by the second stator 38 'and the second rotor elements 37'.
  • the pumping or compression pressure of the fluid can be increased by successive passages in the first pumping stage and in the second pumping stage.
  • FIG 8 there is shown a sixth embodiment of a motor pump according to the invention.
  • the corresponding elements in Figures 7 and 8 are assigned the same references.
  • the only difference between the motor pumps according to the fifth and sixth embodiments is that, in the case of the fifth embodiment, the two pump wheels 36 and 36 'are fixed respectively, on independent shafts 41 and 41' mounted rotating through two bearings in the pump body 2 and rete- axially naked, each by an assembly with axial stops comprising magnetic elements such as magnets or coils. Thanks to this mounting with independent shafts (or any other independent rotary mounting in the pump body), the two pump wheels 36 and 36 ′ can turn at different speeds and independently adjustable from one of the other.
  • the motor pump can include any number of wheels mounted to rotate independently of one another in the pump body, at least one of the wheels carrying at least one rotor element placed opposite a stator. carried by the pump body and at least one magnetic abutment element opposite a magnetic element integral with the pump body.
  • the total size of the pump is reduced by the fact that the rotor (s) of the electric motor (s) driving the pump are integrated into one or more wheels of the pump. .
  • Hydraulic friction losses are also reduced, since the same rotating part can constitute a pump wheel and a rotor.
  • the axial balancing of the rotating part of the pump is always ensured by magnetic stops associated either with mechanical stops, or with hydro-mechanical stops, or even with a hydraulic balancing device similar to the device shown in FIG. 3.
  • the magnetic stops are placed opposite the pump drive rotor (s).
  • the number of parts to be manufactured for the realization of the pump is also reduced. Not only the size and the weight of the pump but also the cost thereof can be reduced thanks to the arrangement according to the invention.
  • the invention is not limited to the embodiments which have been described.
  • Each of the successive stages of the pump can comprise a pump wheel fitted with rotor elements or a pump wheel not comprising rotor elements, at least one of the stages of the pump comprising however a pump wheel in which are integrated with rotor elements arranged opposite a stator carried by the pump body.
  • the pump wheels can be produced in modular form and optionally assembled with a modular rotor component integrating the rotor elements.
  • the modular element of the pump impeller and the modular rotor component are assembled face to face, so that the modular rotor component has a transverse face perpendicular to the axis of rotation of the pump impeller.
  • the pump wheels can also be produced in a single piece and include cavities for housing and fixing the rotor elements.
  • the invention applies to the pumping or compression of any fluid in a centrifugal pump or compressor having a sealed body.

Abstract

The invention concerns a device comprising a sealed body (2) and at least a wheel (10) mounted rotating in the sealed body (2), about a fixed axis of rotation (3) comprising at least a fluid intake (4) in its central part and a plurality of channels (13) circulating the fluid in a substantially radial direction between the central fluid intake (4) and the wheel (10) periphery, and an electric motor driving the wheel. The motor rotor is integral with the wheel (10) and arranged opposite at least one stator (17) element fixed in the body (2) of the device (1). The wheel (10) bears, on at least a lateral surface opposite a part of the sealed body (2), at least a magnetic element (18c) located opposite a corresponding magnetic element (18a, 18b) integral with the sealed body (2) to form an axial magnetic stop. The invention is applicable in particular to a motor pump or a motor compressor for a toxic fluid.

Description

Dispositif motorisé à circulation centrifuge de fluide, tel qu'une motopompe ou un motocompresseur Motorized device with centrifugal fluid circulation, such as a motor pump or a motor compressor
L'invention concerne un dispositif motorisé à circulation centrifuge de fluide, tel qu'une motopompe ou un motocompresseur et, en particulier, une motopompe ou un motocompresseur étanche, pour le pompage ou la compression de fluides toxiques.The invention relates to a motorized device with centrifugal fluid circulation, such as a motor pump or a motor compressor and, in particular, a sealed motor pump or motor compressor, for pumping or compressing toxic fluids.
Pour le pompage ou la compression de fluides toxiques, on utilise des groupes motopompes ou motocompresseurs comportant un corps fermé de manière étanche, dans lequel au moins une roue est montée rotative autour d'un axe de rotation et entraînée en rotation par un moteur électrique.For pumping or compressing toxic fluids, motor-pump or motor-compressor units are used comprising a sealed body, in which at least one wheel is rotatably mounted around an axis of rotation and driven in rotation by an electric motor.
La roue de la pompe ou du compresseur comporte une arrivée de fluide, dans une zone centrale, c'est-à-dire voisine de l'axe de rotation, et une pluralité de canaux de circulation de fluide, entre l'arrivée centrale de fluide et la périphérie de la roue. Le fluide dont on assure le pompage ou la compression est introduit dans le corps de pompe ou de compresseur, par une ouverture centrale du corps de pompe communiquant avec l'ouverture centrale de la roue. L'arbre d'entraînement de la roue en rotation traverse la paroi du corps de pompe ou de compresseur de manière étanche, pour être relié à un moteur d'entraînement.The pump or compressor impeller has a fluid inlet, in a central zone, that is to say close to the axis of rotation, and a plurality of fluid circulation channels, between the central inlet fluid and the periphery of the wheel. The fluid which is pumped or compressed is introduced into the pump or compressor body, through a central opening of the pump body communicating with the central opening of the impeller. The drive shaft of the rotating wheel passes through the wall of the pump or compressor body in a sealed manner, to be connected to a drive motor.
De manière à réduire l'encombrement des groupes motopompes, à améliorer leur fonctionnement et à diminuer leur coût de construction, on a proposé, par exemple dans le FR-A-2.732.412, d'entraîner la roue de pompe par un moteur, par exemple de type discoïde, dont le stator et le rotor sont disposés à l'intérieur du corps de pompe. Le moteur peut comporter un ou plusieurs rotors solidaires d'une ou plusieurs roues de pompe, l'ensemble des rotors et des roues de pompe étant monté rotatif sur un arbre commun. Chaque rotor, en forme de disque, est intercalé, dans la direction axiale du moteur et de la pompe, entre deux stators solidaires du corps de pompe. L'ensemble constitué par la ou les roues de la pompe et le ou les rotors est mis en rotation à l'intérieur du corps de pompe rempli de liquide à pomper. Il en résulte des pertes de rendement par frottement hydraulique entre le ou les rotors et le fluide à pomper. En outre, la réalisation du groupe motopompe est relativement complexe et coûteuse, dans la mesure où il est nécessaire d'usiner et de réaliser séparément les roues et les rotors qui sont assemblés avant leur montage dans le corps de pompe. Enfin, l'encombrement axial du groupe motopompe peut être relativement important, dans la mesure où il faut prévoir un espacement axial entre les roues et les rotors et entre les rotors calés sur le même arbre.So as to reduce the size of the pump units, improve their operation and reduce their construction cost, it has been proposed, for example in FR-A-2,732,412, to drive the pump wheel by a motor, for example of the discoid type, the stator and rotor of which are arranged inside the pump body. The motor may include one or more rotors integral with one or more pump wheels, all of the rotors and pump wheels being rotatably mounted on a common shaft. Each disc-shaped rotor is inserted, in the axial direction of the motor and the pump, between two stators integral with the pump body. The assembly constituted by the pump wheel (s) and the rotor (s) is rotated inside the pump body filled with liquid to be pumped. This results in yield losses by hydraulic friction between the rotor (s) and the fluid to be pumped. In addition, the achievement of the group motor pump is relatively complex and expensive, insofar as it is necessary to machine and produce separately the wheels and the rotors which are assembled before their mounting in the pump body. Finally, the axial size of the pump unit can be relatively large, insofar as it is necessary to provide an axial spacing between the wheels and the rotors and between the rotors fixed on the same shaft.
On a également proposé des agitateurs pour fluide ou des pompes comportant une roue ou hélice d'agitation sur laquelle est fixé un élément rotorique qui est mis en rotation par un champ tournant créé par un stator. Ces dispositifs présentent des avantages par rapport aux pompes motorisées classiques. En particulier, le nombre de composants de la pompe est réduit, le stator peut être réalisé à un moindre coût et on obtient un gain substantiel en ce qui concerne la masse et l'encombrement de la pompe. Cependant, ces dispositifs présentent des inconvénients, en particulier du fait de l'attraction magnétique axiale exercée par le stator sur le rotor qui peut être importante, aussi bien lorsque la pompe est à l'arrêt que lorsqu'elle est en fonctionnement. En outre, le rendement de la motopompe est diminué du fait de pertes importantes par frottement hydraulique à la péri- phérie du rotor électrique.Fluid agitators or pumps have also been proposed comprising a stirring wheel or propeller on which is fixed a rotor element which is rotated by a rotating field created by a stator. These devices have advantages over conventional motorized pumps. In particular, the number of components of the pump is reduced, the stator can be produced at a lower cost and a substantial gain is obtained with regard to the mass and size of the pump. However, these devices have drawbacks, in particular due to the axial magnetic attraction exerted by the stator on the rotor which can be significant, both when the pump is stopped and when it is in operation. In addition, the efficiency of the motor pump is reduced due to significant losses by hydraulic friction at the periphery of the electric rotor.
Le positionnement axial du rotor de tels groupes motopompes qui sont dits à rotor noyé est généralement réalisé par une butée hydrodynamique qui est lubrifiée par le fluide mis en circulation par la pompe.The axial positioning of the rotor of such motor pump units which are said to have an embedded rotor is generally achieved by a hydrodynamic stop which is lubricated by the fluid circulated by the pump.
Les forces s'exerçant sur le rotor de la pompe sont constituées par des forces hydrauliques et des forces magnétiques.The forces exerted on the pump rotor are constituted by hydraulic forces and magnetic forces.
Les forces hydrauliques proviennent de la répartition des pressions internes du fluide liées au débit de réfrigération dans les paliers et les dispositifs d'étanchéité interne tels que les joints à labyrinthe ou les entrefers ainsi qu'aux différentes pertes de charge dans ces parties des circuits de moto- pompe. Ces forces hydrauliques varient en fonction de la pression de refoulement et de la vitesse de rotation de la pompe. La force magnétique provient de l'attraction générée dans l'entrefer par l'induction moyenne du moteur électrique. Cette force magnétique varie peu en fonction de la vitesse de rotation.The hydraulic forces come from the distribution of the internal pressures of the fluid linked to the refrigeration flow in the bearings and the internal sealing devices such as labyrinth seals or air gaps as well as to the different pressure drops in these parts of the circuits. motor pump. These hydraulic forces vary as a function of the discharge pressure and the speed of rotation of the pump. The magnetic force comes from the attraction generated in the air gap by the average induction of the electric motor. This magnetic force varies little as a function of the speed of rotation.
Il s'est avéré que du fait de l'importance des forces s'exerçant sur le rotor d'un groupe motopompe à rotor noyé, les butées hydrodynamiques utilisées jusqu'ici sont à l'origine de la plupart des incidents de fonctionnement des pompes, par suite de problèmes d'échauffement ou d'une lubrification insuffisante pendant certaines phases du fonctionnement, ou lors d'un fonctionnement à sec. De ce fait, les exigences de fiabilité exigées par les utilisateurs de tels groupes motopompes vont dans le sens d'une suppression des butées hydrodynamiques et de leur remplacement par d'autres systèmes d'équilibrage.It turned out that, due to the large forces exerted on the rotor of a motor-driven pump with submerged rotor, the hydrodynamic stops used until now are at the origin of most incidents of pump operation. , due to heating problems or insufficient lubrication during certain phases of operation, or during dry operation. As a result, the reliability requirements demanded by the users of such pump units go in the direction of eliminating the hydrodynamic stops and replacing them with other balancing systems.
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif motorisé à circulation centrifuge d'un fluide tel qu'une motopompe ou un motocompres- seur, comportant un corps étanche et au moins une roue montée rotative autour d'un axe de rotation dans le corps étanche, comprenant au moins une arrivée de fluide à sa partie centrale et une pluralité de canaux de circulation de fluide de direction sensiblement radiale, entre l'arrivée de fluide centrale et la périphérie de la roue, ainsi qu'un moteur électrique d'entraîne- ment de la roue comportant un stator et un rotor solidaire en rotation de la roue, ce dispositif permettant de diminuer les pertes par frottement hydraulique, de réduire l'encombrement et le poids de l'ensemble du dispositif, de réduire les coûts de fabrication et de procurer un maintien axial satisfaisant du rotor, dans toutes les phases de fonctionnement du dispositif. Dans ce but :The object of the invention is therefore to propose a motorized device for centrifugal circulation of a fluid such as a motor pump or a motor compressor, comprising a sealed body and at least one wheel mounted to rotate about an axis of rotation in the sealed body, comprising at least one fluid inlet at its central part and a plurality of fluid circulation channels of substantially radial direction, between the central fluid inlet and the periphery of the wheel, as well as an electric motor d wheel drive comprising a stator and a rotor integral in rotation with the wheel, this device making it possible to reduce losses by hydraulic friction, to reduce the overall size and weight of the device, to reduce costs manufacturing and providing a satisfactory axial maintenance of the rotor, in all the operating phases of the device. For this purpose :
- le rotor, réalisé sous forme discoïde, est intégré à la roue et disposé en vis-à-vis d'au moins un élément de stator fixé dans le corps étanche du dispositif, etthe rotor, produced in discoid form, is integrated into the wheel and disposed opposite at least one stator element fixed in the sealed body of the device, and
- la roue de pompe porte, sur au moins une face latérale en vis-à-vis d'une partie du corps étanche, au moins un élément magnétique placé en vis-à-vis d'un élément magnétique correspondant solidaire de la partie du corps étanche pour constituer au moins une butée exerçant sur la roue et le rotor une force d'origine magnétique de direction axiale. De préférence, le dispositif comporte de plus des butées hydrodynamiques et/ou des butées mécaniques pour compléter ou suppléer l'action des éléments magnétiques, au moins dans certaines phases de fonctionnement du dispositif. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'un groupe motopompe suivant l'invention utilisé pour le pompage de fluides, notamment toxiques.the pump impeller carries, on at least one lateral face facing a part of the sealed body, at least one magnetic element placed opposite a corresponding magnetic element secured to the part of the sealed body to constitute at least one stop exerting on the wheel and the rotor a force of magnetic origin of axial direction. Preferably, the device further comprises hydrodynamic stops and / or mechanical stops to supplement or supplement the action of the magnetic elements, at least in certain operating phases of the device. In order to clearly understand the invention, a description will be given, by way of example, with reference to the attached figures, of several embodiments of a motor pump unit according to the invention used for pumping fluids, in particular toxic fluids. .
La figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe sui- vant l'invention et suivant un premier mode de réalisation.FIG. 1 is a half-view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a first embodiment.
La figure 2A est une vue schématique d'une butée à aimant permanent qui peut être utilisée pour réaliser l'équilibrage axial du rotor du dispositif représenté sur la figure 1.FIG. 2A is a schematic view of a permanent magnet stop which can be used to achieve axial balancing of the rotor of the device shown in FIG. 1.
La figure 2B est une vue schématique d'une butée électromagnétique qui peut être utilisée pour réaliser l'équilibrage axial du rotor du dispositif représenté sur la figure 1.FIG. 2B is a schematic view of an electromagnetic stop which can be used to carry out axial balancing of the rotor of the device shown in FIG. 1.
La figure 3 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 montrant une réalisation d'un équilibrage hydraulique de la roue de la motopompe.Figure 3 is an enlarged view of part of Figure 1 showing an embodiment of a hydraulic balancing of the impeller of the motor pump.
La figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe sui- vant l'invention et suivant un second mode de réalisation.FIG. 4 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a second embodiment.
La figure 5 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe suivant l'invention et suivant un troisième mode de réalisation.Figure 5 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a third embodiment.
La figure 6 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe suivant l'invention et suivant un quatrième mode de réalisation. La figure 7 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe suivant l'invention et suivant un cinquième mode de réalisation.Figure 6 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a fourth embodiment. Figure 7 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a fifth embodiment.
La figure 8 est une demi-vue en coupe axiale d'une motopompe suivant l'invention et suivant un sixième mode de réalisation.Figure 8 is a half view in axial section of a motor pump according to the invention and according to a sixth embodiment.
Dans la description qui va suivre, les éléments correspondants des groupes motopompes représentés sur les figures 1 à 5 sont affectés des mêmes repères.In the following description, the corresponding elements of the pump units shown in Figures 1 to 5 are assigned the same references.
Sur la figure 1 , on voit un groupe motopompe désigné de manière générale par le repère 1 qui comporte un carter ou corps de pompe désigné de manière générale par le repère 2 qui est réalisé en plusieurs parties assemblées entre elles de manière étanche par l'intermédiaire de joints statiques.In Figure 1, we see a motor pump group generally designated by the reference 1 which includes a housing or pump body designated generally by the reference 2 which is made of several parts assembled together in a sealed manner by means of static seals.
Le corps de pompe 2 comporte par exemple, comme représenté sur la figure 1 , un fiasque avant 2a et un flasque arrière 2b assemblés entre eux par des vis et écrous, avec interposition de joint d'étanchéité.The pump body 2 comprises for example, as shown in FIG. 1, a front flange 2a and a rear flange 2b assembled together by screws and nuts, with interposition of a seal.
A l'intérieur du flasque avant 2a est usiné un espace d'entrée de fluide 4 dans la partie centrale du groupe motopompe 1 , autour de l'axe 3 du groupe motopompe. L'espace d'entrée de fluide 4 est relié, par l'intermé- diaire d'un ajutage, à une arrivée de fluide dans la partie centrale du groupe motopompe.Inside the front flange 2a is machined a fluid inlet space 4 in the central part of the pump set 1, around the axis 3 of the pump set. The fluid inlet space 4 is connected, via a nozzle, to a fluid inlet in the central part of the pump set.
Dans le flasque avant 2a est également usiné un espace de sortie de fluide 5 communiquant avec une tubulure 5' à la partie périphérique du groupe motopompe. Le flasque avant 2a et le flasque arrière 2b délimitent entre eux un espace interne 8 du corps de pompe 2 ayant pour axe de symétrie l'axe 3 du groupe motopompe. L'espace interne 8 de la pompe est isolé de l'extérieur par les joints d'étanchéité intercalés entre les flasques 2a et 2b du corps de pompe 2. Dans l'espace interne 8 du groupe motopompe, est montée la partie tournante de la motopompe constituée par la roue de pompe 10 et le rotor 16 du moteur d'entraînement 15 de la pompe.In the front flange 2a is also machined a fluid outlet space 5 communicating with a tube 5 'at the peripheral part of the pump set. The front flange 2a and the rear flange 2b define between them an internal space 8 of the pump body 2 having as axis of symmetry the axis 3 of the pump set. The internal space 8 of the pump is isolated from the outside by the seals inserted between the flanges 2a and 2b of the pump body 2. In the internal space 8 of the pump set, the rotating part of the pump is mounted. motor pump constituted by the pump wheel 10 and the rotor 16 of the drive motor 15 of the pump.
La roue de pompe 10 comporte des canaux 13 courbes et de direction sensiblement radiale dont une première extrémité est en communication avec une ouie centrale de la roue de pompe communiquant avec l'espace d'entrée 4 de la pompe et dont une seconde extrémité débouche à la surface périphérique de la roue de pompe 10, dans une direction radiale, à l'intérieur de l'espace de sortie 5 de la pompe communiquant avec la tubulure de sortie 5'. La roue de pompe et le rotor 16 sont montés rotatifs à l'intérieur de l'espace interne 8 du corps de pompe 2, par l'intermédiaire d'un arbre 6 ayant pour axe géométrique l'axe 3 du groupe motopompe et d'un palier tournant 7 qui est réalisé sous la forme d'un palier lisse. L'arbre 6 est engagé, par une première partie d'extrémité, dans une ouverture du flasque avant 2a et, par une seconde partie d'extrémité opposée, dans une ouverture du flasque arrière 2b, les ouvertures des flasques dans lesquelles sont engagées les parties d'extrémité de l'arbre 6 étant dis- posées suivant l'axe 3 de la motopompe. L'arbre est de plus fixé par une vis dans le flasque arrière 2b du corps de pompe. Le palier lisse 7 comporte une bague externe 7b solidaire de la partie tournante du groupe motopompe et une bague interne fixe 7a coaxiale à la bague externe tournante 7a et fixée sur l'arbre 6 du groupe motopompe. La bague interne fixe 7a du palier lisse 7 est fixée sur l'arbre 6, par l'intermédiaire d'un ensemble de fixation 9 comportant une pièce de retenue annulaire 9a et un ensemble de serrage 9b comportant un écrou qui est vissé sur une partie filetée de l'arbre 6, une rondelle et une pièce d'appui sur la pièce de retenue 9a. La bague interne fixe 7a du palier 7 est intercalée et serrée entre la pièce de retenue 9a et une bague d'appui 11 disposées à la seconde extrémité de la bague de palier 7a.The pump impeller 10 comprises curved channels 13 and of substantially radial direction, a first end of which is in communication with a central outlet of the pump impeller communicating with the inlet space 4 of the pump and of which a second end leads to the peripheral surface of the pump wheel 10, in a radial direction, inside the outlet space 5 of the pump communicating with the outlet pipe 5 '. The pump impeller and the rotor 16 are rotatably mounted inside the internal space 8 of the pump body 2, by means of a shaft 6 having the geometric axis axis 3 of the pump unit and a rotary bearing 7 which is produced in the form of a smooth bearing. The shaft 6 is engaged, by a first end portion, in an opening of the front flange 2a and, by a second opposite end portion, in an opening of the rear flange 2b, the openings of the flanges in which the end parts of the shaft 6 being arranged along the axis 3 of the motor pump. The shaft is further fixed by a screw in the rear flange 2b of the pump body. The plain bearing 7 includes an outer ring 7b secured to the rotating part of the pump unit and a fixed inner ring 7a coaxial with the rotating outer ring 7a and fixed on the shaft 6 of the pump unit. The fixed inner ring 7a of the plain bearing 7 is fixed on the shaft 6, by means of a fixing assembly 9 comprising an annular retaining part 9a and a tightening assembly 9b comprising a nut which is screwed on a part threaded from the shaft 6, a washer and a support piece on the retaining piece 9a. The fixed inner ring 7a of the bearing 7 is interposed and clamped between the retaining part 9a and a support ring 11 arranged at the second end of the bearing ring 7a.
La pièce de retenue 9a comporte une partie externe en saillie en direction d'une première partie d'extrémité de la bague mobile 7b du palier 7 constituant une butée d'appui de la bague mobile 7b et de l'ensemble mobile en rotation de la motopompe.The retaining part 9a has an external part projecting in the direction of a first end part of the movable ring 7b of the bearing 7 constituting a bearing stop for the movable ring 7b and of the assembly movable in rotation of the motor pump.
La première extrémité de la bague mobile 7b comporte une surface en vis-à-vis de la surface d'appui de la pièce de retenue annulaire 9a par l'intermédiaire de laquelle la bague mobile 7b du palier 7 peut venir en appui sur la pièce de retenue 9a. La seconde extrémité de la bague mobile en rotation 7b du palier 7 est maintenue par une pièce d'appui 12 fixée par un ensemble de vis sur la partie mobile en rotation 10, 16 de la motopompe.The first end of the movable ring 7b has a surface facing the bearing surface of the annular retaining part 9a by means of which the movable ring 7b of the bearing 7 can come to bear on the part retainer 9a. The second end of the mobile ring 7b in rotation of the bearing 7 is held by a support piece 12 fixed by a set of screws on the mobile part in rotation 10, 16 of the motor-driven pump.
La roue de pompe 10 et le rotor 16 du moteur 15 d'entraînement de la motopompe sont solidaires l'un de l'autre et par exemple fixés l'un sur l'autre de manière rigide par l'intermédiaire de vis et de clavettes. Par exemple, les vis de fixation des deux parties 10, 16 de l'ensemble tournant de la motopompe peuvent servir également à la fixation de la pièce de retenue 12 de la bague 7b mobile en rotation du palier 7 de la pompe. La pièce de retenue 9a constitue une butée mécanique de retenue de la partie tournante de la pompe, dans la direction axiale, cette butée, disposée du côté de l'entrée de fluide 4 dans la motopompe sera désignée comme butée avant. Une butée arrière 14 est constituée par des pièces annulaires en vis- à-vis solidaires, respectivement, du rotor 16 du moteur 15 et d'une plaque solidaire du flasque arrière 2b du corps de pompe 2.The pump wheel 10 and the rotor 16 of the motor drive motor 15 are integral with one another and for example rigidly fixed to one another by means of screws and keys . For example, the fixing screws of the two parts 10, 16 of the rotary assembly of the motor-driven pump can also be used to fix the retaining part 12 of the ring 7b movable in rotation of the bearing 7 of the pump. The retaining part 9a constitutes a mechanical stop for retaining the rotating part of the pump, in the axial direction, this stop, disposed on the side of the fluid inlet 4 in the motor pump will be designated as the front stop. A rear abutment 14 is constituted by annular vis-à-vis integral parts, respectively, of the rotor 16 of the motor 15 and of a plate integral with the rear flange 2b of the pump body 2.
Le moteur électrique 15 d'entraînement en rotation de la pompe peut être un moteur synchrone à aimant permanent comportant un rotor 16 cons- titué par un flasque dans lequel est fixée une culasse 16a de forme annulaire portant des aimants 16b répartis suivant la périphérie de la culasse 16a et séparés les uns des autres par des entretoises 16c.The electric motor 15 for driving the pump in rotation may be a synchronous permanent magnet motor comprising a rotor 16 constituted by a flange in which is fixed a cylinder head 16a of annular shape carrying magnets 16b distributed along the periphery of the cylinder head 16a and separated from each other by spacers 16c.
La partie active du rotor 16, à savoir la culasse et les aimants permanents pourraient être montés directement dans la pièce constituant la roue de pompe au lieu d'être montés sur un flasque constituant la partie de support du rotor 16 fixée de manière rigide sur la roue de pompe. Dans tous les cas, le rotor 16 est parfaitement intégré à la roue de pompe dont il est solidaire.The active part of the rotor 16, namely the cylinder head and the permanent magnets, could be mounted directly in the part constituting the pump wheel instead of being mounted on a flange constituting the support part of the rotor 16 rigidly fixed on the pump impeller. In all cases, the rotor 16 is perfectly integrated into the pump wheel, of which it is integral.
Le moteur synchrone 15 comporte de plus des éléments d'un stator 17 constitués par des bobinages montés dans des cavités usinées dans le flasque arrière 2b du corps de pompe 2. Les cavités sont remplies de résine dans laquelle sont noyés les bobinages et une plaque de fermeture 17a des cavités renfermant les bobinages du stator 17 est fixée sur la face du flasque arrière 2b du corps de pompe 2 dirigée vers le flasque avant 2a et l'espace interne 8 de la motopompe 1.The synchronous motor 15 further comprises elements of a stator 17 constituted by coils mounted in cavities machined in the rear flange 2b of the pump body 2. The cavities are filled with resin in which the coils and a plate are embedded. closure 17a of the cavities containing the windings of the stator 17 is fixed on the face of the rear flange 2b of the pump body 2 directed towards the front flange 2a and the internal space 8 of the motor pump 1.
Le fait que les bobinages soient noyés dans la résine remplissant les cavités statoriques qui sont fermées par la plaque de fermeture 17a permet d'éviter tout contact entre les bobinages statoriques et le fluide dont la motopompe 1 assure le pompage. Les aimants permanents du rotor 16 sont recouverts par des tôles de protection permettant d'éviter leur contact avec le fluide de pompage.The fact that the windings are embedded in the resin filling the stator cavities which are closed by the closing plate 17a makes it possible to avoid any contact between the stator windings and the fluid whose motor pump 1 ensures pumping. The permanent magnets of the rotor 16 are covered by protective sheets making it possible to avoid their contact with the pumping fluid.
Pour la mise en fonctionnement de la motopompe, les enroulements du stator 17 sont alimentés en courant électrique par l'intermédiaire d'une électronique de puissance constituant un variateur de fréquence 48. L'ensemble constitué par le moteur et le variateur de fréquence permet d'obtenir un pilotage souple de la pompe par variation de vitesse sur une large plage de vitesses. Le variateur de fréquence permet également d'obtenir des démarrages en douceur du groupe motopompe, en évitant des à-coups violents dans les tuyauteries, de protéger le groupe motopompe en cas de surchauffe du moteur en provoquant un arrêt automatique et d'intégrer à la commande de la motopompe, une protection en cas de sous-charge de la pompe par ab- sence de fluide de pompage ; le variateur de fréquence provoque alors un arrêt ou un ralentissement automatique de la pompe.To put the motor-pump into operation, the stator windings 17 are supplied with electric current via a power electronics constituting a frequency converter 48. The assembly constituted by the motor and the frequency variator makes it possible to obtain flexible control of the pump by variation of speed over a wide range of speeds. The frequency converter also makes it possible to obtain smooth starts of the pump set, avoiding violent jolts in the pipes, to protect the pump set in the event of motor overheating by causing an automatic stop and to integrate into the motor pump control, protection in the event of the pump underloading due to the absence of pumping fluid; the frequency converter then causes the pump to stop or slow down automatically.
Dans le cas de l'utilisation d'un moteur synchrone, l'entrefer entre les éléments statoriques et les aimants du rotor peut être relativement important, de l'ordre de 2 à 8 mm. En effet, dans ce cas, l'entrefer influe peu sur le rendement et sur le cosinus φ du moteur. On peut alors utiliser une paroi 17a de fermeture des cavités statoriques de forte épaisseur en un matériau isolant, par exemple en un métal amagnétique ou en une matière plastique, ce qui limite réchauffement des bobinages statoriques. Un grand choix de matériau est possible, dans la mesure où la plaque de fermeture 17a du stator peut être réalisée sous une forme bien plane et fixée sans soudure entre les deux parties 2a et 2b du corps de pompe.In the case of the use of a synchronous motor, the air gap between the stator elements and the magnets of the rotor can be relatively large, of the order of 2 to 8 mm. Indeed, in this case, the air gap has little influence on the efficiency and on the cosine φ of the motor. It is then possible to use a wall 17a for closing the stator cavities of great thickness in an insulating material, for example in a non-magnetic metal or in a plastic material, which limits heating of the stator windings. A large choice of material is possible, insofar as the closure plate 17a of the stator can be produced in a very flat shape and fixed without welding between the two parts 2a and 2b of the pump body.
Dans le cas du pompage d'un fluide à haute température, par exemple d'un fluide à 350°C, il faut utiliser des aimants permanents pouvant supporter ces températures et en particulier des aimants du type samarium- cobalt dont certaines nuances peuvent être utilisées jusqu'à 350°C. Ces aimants sont cependant plus chers et moins performants que les aimants du type néodyme-fer- bore.In the case of the pumping of a fluid at high temperature, for example a fluid at 350 ° C., it is necessary to use permanent magnets capable of withstanding these temperatures and in particular magnets of the samarium-cobalt type, certain shades of which can be used. up to 350 ° C. These magnets are however more expensive and less efficient than magnets of the neodymium-ferro-boron type.
Les motopompes à rotor noyé comportant des éléments de rotor intégrés à la roue de pompe qui viennent d'être décrits et tels qu'ils sont repré- sentes sur la figure 1 présentent de nombreux avantages.Motor-pumps with submerged impellers having rotor elements integrated into the pump impeller which have just been described and as shown in FIG. 1 have many advantages.
Cependant, ces groupes motopompes présentent l'inconvénient qu'une force de direction axiale importante dirigée vers le stator s'exerce sur la partie tournante de la pompe comportant le rotor et la roue de pompe, de sorte que de simples butées hydrodynamiques lubrifiées par le fluide dont on assure le pompage sont insuffisantes pour assurer de manière fiable le maintien et le guidage axial de l'ensemble tournant de la motopompe dans tous les cas de fonctionnement. Des butées hydrodynamiques peuvent être constituées par exemple entre des pièces en vis-à-vis de butées de type mécanique dont les surfaces ont été usinées de manière à ménager entre elles un coin de fluide. De telles butées hydrodynamiques peuvent être réalisées par exemple, dans le cas de la pompe représentée sur la figure 1 , par les surfaces en vis-à-vis des pièces 9a et 7b de la butée avant et entre les surfaces en vis-à-vis de la butée arrière 14.However, these pump units have the disadvantage that a large axial directional force directed towards the stator is exerted on the rotating part of the pump comprising the rotor and the pump impeller, so that simple hydrodynamic stops lubricated by the fluid which is pumped are insufficient to reliably ensure the maintenance and axial guidance of the rotary assembly of the motor pump in all cases of operation. Hydrodynamic stops can be formed, for example, between parts facing mechanical stops, the surfaces of which have been machined so as to form a wedge of fluid therebetween. Such hydrodynamic stops can be produced for example, in the case of the pump shown in FIG. 1, by the surfaces facing the parts 9a and 7b of the front stop and between the facing surfaces. of the rear stop 14.
Sur la figure 3, on a représenté à plus grande échelle une partie de la motopompe qui est réalisée de manière à procurer un certain équilibrage hydraulique des forces axiales s'exerçant sur le rotor 16 solidaire de la roue de pompe 10.FIG. 3 shows on a larger scale a part of the motor-driven pump which is produced so as to provide a certain hydraulic balancing of the axial forces exerted on the rotor 16 secured to the pump wheel 10.
L'entrefer 43 du moteur 15 entre la tôle de protection 17a du stator 17 et la tôle de protection des aimants permanents 16b du rotor 16 est rempli, pendant le fonctionnement de la pompe, par du fluide de pompage parvenant dans l'entrefer par un espace situé à la périphérie externe du rotor 16 communiquant, par l'intermédiaire d'un espace de laminage de fluide 42, avec la partie de refoulement des canaux 13 de la roue de pompe 10 dans laquelle le fluide de pompage est à une pression de refoulement sensiblement supérieure à la pression d'aspiration de la pompe. L'entrefer 43 entre le rotor et le stator est également en communication avec la partie d'aspira- tion de la pompe par un espace de laminage intérieur 44 délimité entre les deux parties de la butée arrière 14. Les espaces de laminage de fluide 42 et 44 sont délimités par des surfaces du rotor 16 et du corps de pompe 2 sensiblement perpendiculaires à l'axe 3 de la pompe. L'espace 42 situé dans une disposition éloignée de l'axe 3 de la pompe est appelé espace extérieur de laminage de fluide et l'espace 44, situé vers l'axe 3 est appelé espace intérieur de laminage de fluide. Cette mise en communication de l'entrefer 43 avec la partie de refoulement et la partie d'aspiration de la pompe, respectivement par l'intermédiaire de l'espace de laminage extérieur 42 et par l'intermédiaire de l'espace de laminage intérieur 44 permet de réaliser un équilibrage hydraulique axial du rotor.The air gap 43 of the motor 15 between the protective sheet 17a of the stator 17 and the protective sheet of the permanent magnets 16b of the rotor 16 is filled, during the operation of the pump, by pumping fluid arriving in the air gap by a space situated at the external periphery of the rotor 16 communicating, via a fluid rolling space 42, with the discharge part of the channels 13 of the pump impeller 10 in which the pumping fluid is at a pressure of delivery significantly higher than the suction pressure of the pump. The air gap 43 between the rotor and the stator is also in communication with the suction part of the pump by an internal rolling space 44 delimited between the two parts of the rear stop 14. The fluid rolling spaces 42 and 44 are delimited by surfaces of the rotor 16 and of the pump body 2 substantially perpendicular to the axis 3 of the pump. The space 42 located in an arrangement remote from the axis 3 of the pump is called the external fluid rolling space and the space 44, located towards the axis 3 is called the internal fluid rolling space. This communication of the air gap 43 with the discharge part and the suction part of the pump, respectively via the external rolling space 42 and by through the interior rolling space 44 allows axial hydraulic balancing of the rotor.
En effet, dans le cas où l'attraction exercée par le stator 17 sur le rotor 16 augmente au-dessus d'une certaine limite, la partie tournante de la motopompe comportant la roue de pompe 10 et le rotor 16 se déplace en direction du stator 17, en ouvrant l'espace de laminage supérieur de fluide 42 et en fermant l'espace inférieur 44.Indeed, in the case where the attraction exerted by the stator 17 on the rotor 16 increases above a certain limit, the rotating part of the motor-driven pump comprising the pump wheel 10 and the rotor 16 moves in the direction of the stator 17, by opening the upper laminating space of fluid 42 and by closing the lower space 44.
La mise en communication de l'entrefer 43 avec la partie de refoulement à haute pression de la roue de pompe 10 produit une augmentation de la pression dans l'entrefer 43, ce qui engendre un effort axial qui équilibre l'augmentation de la force d'attraction exercée par le stator 17 sur le rotor 16 et la roue de pompe.The communication of the air gap 43 with the high-pressure discharge part of the pump wheel 10 produces an increase in the pressure in the air gap 43, which generates an axial force which balances the increase in the force d attraction exerted by the stator 17 on the rotor 16 and the pump wheel.
Si l'attraction exercée par le stator 17 sur le rotor 16 du moteur 15 diminue jusqu'à une certaine valeur, la partie tournante de la motopompe comportant la roue 10 et le rotor 16 s'éloigne du stator et ferme l'espace de laminage extérieur 42 en même temps que l'espace intérieur 44 s'ouvre. L'entrefer 43 est mis en communication avec la partie d'aspiration de la pompe, de sorte que la pression dans l'entrefer 43 diminue. La diminution de la pression dans l'entrefer provoque une diminution de l'effort de poussée axiale hydraulique, ce qui équilibre le rotor soumis à une force d'attraction plus faible du stator.If the attraction exerted by the stator 17 on the rotor 16 of the motor 15 decreases to a certain value, the rotating part of the motor pump comprising the wheel 10 and the rotor 16 moves away from the stator and closes the rolling space outside 42 at the same time as the inside space 44 opens. The air gap 43 is placed in communication with the suction part of the pump, so that the pressure in the air gap 43 decreases. The reduction in the pressure in the air gap causes a reduction in the axial hydraulic thrust force, which balances the rotor subjected to a lower force of attraction of the stator.
L'effet d'équilibrage hydraulique est obtenu du fait que l'entrefer 43 constitue une chambre séparant la partie de refoulement à haute pression de la pompe de la partie d'aspiration à basse pression. La pression d'aspiration est canalisée en direction de l'espace de laminage de la butée 14 au moyen de l'alésage central 6a de l'arbre 6 et de perçages radiaux 6b.The hydraulic balancing effect is obtained from the fact that the air gap 43 constitutes a chamber separating the high pressure discharge part of the pump from the low pressure suction part. The suction pressure is channeled in the direction of the rolling space of the stop 14 by means of the central bore 6a of the shaft 6 and of radial bores 6b.
L'utilisation de butées hydrodynamiques et/ou de l'effet d'équilibrage hydraulique de la pompe obtenu comme décrit en regard de la figure 3 ne permet pas systématiquement de compenser de manière satisfaisante les efforts axiaux exercés sur la partie tournante de la pompe comportant le rotor intégré à la roue de pompe. Selon l'invention, on utilise des butées magnétiques exerçant des forces dans la direction axiale sur la partie tournante de la pompe, dans le sens inverse du stator. Comme il est visible sur la figure 1 , on peut utiliser une butée magnétique 18 dont une partie fixe est logée dans le fiasque avant 2a du corps de pompe et dont une partie mobile en rotation est solidaire de la roue de pompe 10 qui est placée en vis-à-vis de la partie fixe.The use of hydrodynamic stops and / or of the hydraulic balancing effect of the pump obtained as described with reference to FIG. 3 does not systematically make it possible to satisfactorily compensate for the axial forces exerted on the rotating part of the pump comprising the rotor integrated in the pump wheel. According to the invention, magnetic stops are used which exert forces in the axial direction on the rotating part of the pump, in the opposite direction to the stator. As can be seen in FIG. 1, it is possible to use a magnetic stop 18 of which a fixed part is housed in the front flange 2a of the pump body and of which a mobile part in rotation is integral with the pump wheel 10 which is placed in opposite the fixed part.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , la partie fixe de la butée magnétique 18 comporte une culasse annulaire 18a fixée dans le fond de la cavité annulaire usinée dans le flasque 2a du corps de pompe et au moins un aimant permanent 18b fixé contre la culasse 18a dans la cavité du flasque 2a.In the embodiment shown in FIG. 1, the fixed part of the magnetic stop 18 comprises an annular yoke 18a fixed in the bottom of the annular cavity machined in the flange 2a of the pump body and at least one permanent magnet 18b fixed against the cylinder head 18a in the cavity of the flange 2a.
L'élément 18b peut être réalisé sous la forme d'une couronne monobloc présentant les mêmes diamètres intérieur et extérieur que la culasse annulaire 18a. II est également possible d'utiliser plusieurs aimants répartis suivant la circonférence de la culasse et séparés les uns des autres par des pièces entretoises, dans une réalisation semblable à la réalisation des aimants 16b du rotor 16.The element 18b can be produced in the form of a one-piece crown having the same inside and outside diameters as the annular yoke 18a. It is also possible to use several magnets distributed along the circumference of the cylinder head and separated from each other by spacer pieces, in an embodiment similar to the embodiment of the magnets 16b of the rotor 16.
La partie mobile en rotation de la butée magnétique 18 est constituée par un collet 18c de forme annulaire solidaire de la face avant de la roue de pompe 10 et placé en vis-à-vis du ou des aimants permanents 18b de la partie fixe de la butée. Le collet 18c est en fer doux ou en un matériau magnétique à haute perméabilité qui peut être identique au matériau de la culasse 18a de la butée. La face de l'aimant 18b de la butée dirigée vers la roue de pompe 10 et la cavité interne 8 de la pompe recevant le fluide de pompage est recouverte par une tôle de protection.The mobile part in rotation of the magnetic stop 18 is constituted by a collar 18c of annular shape integral with the front face of the pump wheel 10 and placed opposite the permanent magnet or magnets 18b of the fixed part of the stop. The collar 18c is made of soft iron or a magnetic material with high permeability which may be identical to the material of the yoke 18a of the stop. The face of the magnet 18b of the stopper directed towards the pump wheel 10 and the internal cavity 8 of the pump receiving the pumping fluid is covered by a protective sheet.
De même, le collet 18c solidaire de la roue de pompe est recouvert, sur sa face dirigée vers l'avant, en vis-à-vis de la partie fixe de la butée, par une tôle de protection.Likewise, the collar 18c integral with the pump wheel is covered, on its face directed towards the front, opposite the fixed part of the stop, by a protective plate.
Un entrefer 45 est délimité entre les tôles de protection des aimants 18b et du collet 18c de la butée. Comme il est visible sur la figure 2A, la butée peut comporter deux rangées annulaires d'aimants 18b dont les polarités sont inversées, de sorte que la circulation du flux magnétique représentée par des flèches épaisses constitue une boucle fermée à l'intérieur de la culasse et du collet. Le flux magnétique produit une force d'attraction dans l'entrefer 45 entre le collet 18c et les aimants 18b. On obtient ainsi une force de rappel de l'ensemble tournant de la motopompe à rotor noyé dans le sens inverse de la force d'attraction exercée par le stator 17 sur le rotor 16. On compense ainsi, au moins partiellement, la force d'attraction du rotor, de manière à équilibrer la partie tournante de la pompe dans la direction axiale. Une butée à aimants telle que la butée 18 permet de réduire l'effort axial sur le rotor, d'origine magnétique et d'origine hydraulique, d'un rapport voisin de 10.An air gap 45 is delimited between the protective plates of the magnets 18b and of the collar 18c of the stop. As can be seen in FIG. 2A, the stop may include two annular rows of magnets 18b whose polarities are reversed, so that the circulation of the magnetic flux represented by thick arrows constitutes a closed loop inside the cylinder head and collar. The magnetic flux produces an attractive force in the air gap 45 between the collar 18c and the magnets 18b. One thus obtains a restoring force of the rotating assembly of the motor pump with submerged rotor in the opposite direction to the attractive force exerted by the stator 17 on the rotor 16. This thus compensates, at least partially, the force of attraction of the rotor, so as to balance the rotating part of the pump in the axial direction. A magnet stop such as stop 18 makes it possible to reduce the axial force on the rotor, of magnetic origin and of hydraulic origin, by a ratio close to 10.
Une butée magnétique telle que la butée 18 peut être parfaitement intégrée à la roue et au corps de pompe. Cependant, une telle butée à ai- mant permanent présente des inconvénients du fait que la force de compensation axiale exercée sur la partie tournante de la pompe ne peut pas être réglée suivant les phases de fonctionnement de la pompe. En outre, les aimants permanents utilisés sont des produits coûteux. Enfin, la raideur de la butée est négative, c'est-à-dire que plus l'entrefer est petit, plus les efforts exercés par la butée sont importants. La butée est donc, par nature, instable et doit être associée à un dispositif de butée complémentaire pour permettre un fonctionnement acceptable de la butée dans toutes les conditions de fonctionnement de la motopompe.A magnetic stop such as the stop 18 can be perfectly integrated into the impeller and the pump body. However, such a permanent magnet stop has drawbacks because the axial compensation force exerted on the rotating part of the pump cannot be adjusted according to the operating phases of the pump. In addition, the permanent magnets used are expensive products. Finally, the stiffness of the stop is negative, that is to say that the smaller the air gap, the greater the forces exerted by the stop. The stop is therefore, by nature, unstable and must be associated with a complementary stop device to allow acceptable operation of the stop in all operating conditions of the motor-driven pump.
La butée magnétique à aimant permanent peut être associée à des butées mécaniques reprenant les efforts axiaux résiduels dans les deux sens, en cas de fonctionnement extrême de la motopompe, par exemple dans le cas d'une absence de fluide de pompage. Ces butées mécaniques peuvent être réalisées comme décrit plus haut, par exemple sous la forme des butées 9a et 14 disposées de part et d'autre de la roue de pompe. La butée magnétique à aimant permanent de compensation des efforts axiaux peut être également associée à un dispositif d'équilibrage hydraulique ou à des butées hydrodynamiques reprenant les efforts axiaux résiduels en cas de fonctionnement extrême de la motopompe, par exemple dans le cas d'une absence de fluide de pompage.The magnetic stop with permanent magnet can be associated with mechanical stops taking up residual axial forces in both directions, in the event of extreme operation of the motor-driven pump, for example in the case of an absence of pumping fluid. These mechanical stops can be produced as described above, for example in the form of the stops 9a and 14 arranged on either side of the pump wheel. The magnetic stop with permanent magnet for compensation of axial forces can also be associated with a hydraulic balancing device or with hydrodynamic stops taking up axial forces residual in the event of extreme operation of the motor-driven pump, for example in the case of an absence of pumping fluid.
Le dispositif d'équilibrage hydraulique peut être constitué comme représenté sur la figure 3 et les butées hydrodynamiques peuvent être consti- tuées par les ensembles de pièces 9a et 7b ou 14 entre lesquelles on maintien un coin de fluide de pompage sous pression.The hydraulic balancing device can be constituted as shown in FIG. 3 and the hydrodynamic stops can be constituted by the sets of parts 9a and 7b or 14 between which a wedge of pumping fluid under pressure is maintained.
Au lieu d'une butée à aimant permanent telle que la butée 18, on peut utiliser une butée électromagnétique à enroulement telle que représentée sur la figure 2b. Une telle butée comporte un ensemble disposé dans une partie du corps de pompe constitué par une culasse 18'a en fer doux ou en matériau magnétique à haute perméabilité et un bobinage 18'b logé dans la culasse 18'a ainsi qu'un collet 18'c en fer doux ou en matériau magnétique à haute perméabilité logé dans la roue de pompe. La ou les bobines 18'b logées dans la culasse 18'a sont alimentées par l'intermédiaire d'un dispositif de commande et d'alimentation 46 qui reçoit éventuellement d'un capteur de position 47, un signal de position représentatif de la position instantanée du collet 18'c solidaire de la partie tournante de la motopompe par rapport à la partie fixe de la butée. L'alimentation en courant électrique de la bobine 18'b crée un champ magnétique, si bien qu'un flux magnétique circule dans la culasse et le collet, autour du bobinage, suivant les flèches épaisses représentées sur la figure 2B. La force d'attraction exercée sur la partie tournante de la motopompe par la partie fixe de la butée permet de compenser exactement les efforts hydrauliques et magnétiques exercés sur la partie tournante de la motopompe, à chaque instant.Instead of a permanent magnet stop such as stop 18, an electromagnetic winding stop as shown in FIG. 2b can be used. Such a stop comprises an assembly arranged in a part of the pump body consisting of a cylinder head 18'a made of soft iron or of magnetic material with high permeability and a winding 18'b housed in the cylinder head 18'a as well as a collar 18 'c in soft iron or magnetic material with high permeability housed in the pump impeller. The coil (s) 18'b housed in the cylinder head 18'a are supplied via a control and supply device 46 which optionally receives from a position sensor 47, a position signal representative of the position instantaneous collar 18 ′ c secured to the rotating part of the motor-driven pump with respect to the fixed part of the stop. The supply of electric current to the coil 18'b creates a magnetic field, so that a magnetic flux circulates in the cylinder head and the collar, around the winding, according to the thick arrows shown in FIG. 2B. The attractive force exerted on the rotating part of the motor pump by the fixed part of the stop makes it possible to exactly compensate the hydraulic and magnetic forces exerted on the rotating part of the motor pump, at all times.
Toutefois, l'utilisation d'une butée électromagnétique présente certains inconvénients.However, the use of an electromagnetic stop has certain drawbacks.
Il est nécessaire de prévoir une électronique d'asservissement qui peut être coûteuse, cette électronique d'asservissement comprenant, comme représenté sur la figure 2B, l'unité de commande 46 et éventuellement le capteur de position 47. En outre, il est nécessaire de réaliser un câblage entre une boîte à bornes d'alimentation et la bobine de la butée électromagnétique sur la face avant de la butée, ce qui peut présenter des inconvénients dans une atmosphère explosible. En outre, l'alimentation de la butée électromagnétique se traduit par une perte de rendement de la motopompe qui peut être de l'ordre de 4 points.It is necessary to provide servo electronics which can be expensive, this servo electronics comprising, as shown in FIG. 2B, the control unit 46 and possibly the position sensor 47. In addition, it is necessary to carry out wiring between a supply terminal box and the coil of the electromagnetic stop on the front face of the stop, which can have drawbacks in an explosive atmosphere. In addition, the supply of the electromagnetic stop results in a loss of efficiency of the motor pump which can be of the order of 4 points.
Un des avantages de la butée électromagnétique est qu'elle peut être utilisée sans être associée à un système complémentaire de butées méca- niques et hydrauliques.One of the advantages of the electromagnetic stop is that it can be used without being associated with a complementary system of mechanical and hydraulic stops.
Toutefois, il est préférable d'associer la butée électromagnétique, soit avec deux butées mécaniques, soit avec un système d'équilibrage hydraulique ou deux butées hydrodynamiques, comme dans le cas des butées à aimant permanent, de manière à reprendre les efforts axiaux résiduels en cas de fonctionnement extrême de la motopompe, par exemple dans le cas d'une absence de fluide de pompage.However, it is preferable to combine the electromagnetic stop, either with two mechanical stops, or with a hydraulic balancing system or two hydrodynamic stops, as in the case of permanent magnet stops, so as to take up the residual axial forces in extreme operation of the motor pump, for example in the case of an absence of pumping fluid.
Les parties magnétiques des butées, qu'elles soient à aimant permanent ou de type électromagnétique, sont protégées par des tôles, de même que les aimants permanents du moteur synchrone d'entraînement du rotor de la pompe.The magnetic parts of the stops, whether permanent magnet or electromagnetic type, are protected by sheets, as are the permanent magnets of the synchronous motor driving the pump rotor.
Ces tôles de protection seront réalisées soit en acier inoxydable aus- ténitique, soit en alliage de nickel, ces matériaux ayant été retenus du fait de leurs propriétés d'amagnétisme, de résistivité électrique et de soudabilité.These protective sheets will be made either of austenitic stainless steel or of a nickel alloy, these materials having been retained because of their non-magnetism, electrical resistivity and weldability properties.
On pourrait également prévoir une protection par un revêtement en matière organique ou plastique sur les aimants ou autres parties magnétiques des butées et du rotor du moteur.Protection could also be provided by a coating of organic or plastic material on the magnets or other magnetic parts of the stops and of the motor rotor.
Comme expliqué plus haut, le choix de matériau pour la plaque de protection 17a des bobinages du stator est beaucoup plus large, ces plaques de protection pouvant être fixées sans soudage dans le corps de la pompe.As explained above, the choice of material for the protective plate 17a of the stator windings is much wider, these protective plates being able to be fixed without welding in the body of the pump.
De façon à favoriser l'évacuation de la chaleur dégagée par les bobinages du stator 17, les cavités du flasque 2b du corps de pompe dans lesquelles sont logés ces bobinages peuvent être remplis par un matériau iso- lant présentant une bonne conductibilité thermique dans lequel sont noyés les bobinages. Cet enrobage des bobinages assure également l'appui de la plaque 17a de protection des bobinages du stator 17 et limite le volume d'air emprisonné dans le carter de la motopompe. Le matériau d'enrobage, par exemple une résine, permet de satisfaire les normes applicables aux matériels destinés à être installés dans des zones où l'on peut craindre des explosions.In order to favor the evacuation of the heat released by the windings of the stator 17, the cavities of the flange 2b of the pump body in which these windings are housed can be filled with an iso- lant having good thermal conductivity in which the windings are embedded. This coating of the windings also ensures the support of the plate 17a for protecting the windings of the stator 17 and limits the volume of air trapped in the casing of the motor-driven pump. The coating material, for example a resin, makes it possible to meet the standards applicable to equipment intended to be installed in areas where it is feared of explosions.
La motopompe suivant l'invention, qui comporte des éléments de butée de type magnétique sur la roue et le corps de pompe, ces éléments pou- vant être associés à des butées mécaniques ou hydrodynamiques, permet de résoudre le problème de l'équilibrage axial de l'ensemble tournant de la motopompe en présence des forces hydrauliques et magnétiques s'exerçant sur cette partie tournante.The motor-driven pump according to the invention, which includes magnetic-type stop elements on the impeller and the pump body, these elements being able to be associated with mechanical or hydrodynamic stops, makes it possible to solve the problem of axial balancing of the rotating assembly of the motor-driven pump in the presence of hydraulic and magnetic forces acting on this rotating part.
Dans le cas où l'on utilise uniquement un dispositif hydraulique d'équilibrage, ce dispositif ne peut fonctionner correctement que lorsque la vitesse de rotation de la pompe est suffisante et généralement lorsque cette vitesse est au moins égale à 75 à 80 % de la vitesse nominale. Ce n'est qu'à partie de cette vitesse de rotation minimale qu'on peut assurer le décollement du rotor subissant une attraction magnétique indépendante de la vi- tesse de rotation de la pompe, par des forces hydrauliques. En l'absence de butée magnétique, on ne peut donc utiliser l'électronique de puissance pour piloter la pompe en vitesse variable, et en particulier à vitesse faible.In the case where only a hydraulic balancing device is used, this device can only function correctly when the speed of rotation of the pump is sufficient and generally when this speed is at least equal to 75 to 80% of the speed. nominal. It is only from this minimum speed of rotation that the rotor can be detached, undergoing a magnetic attraction independent of the speed of rotation of the pump, by hydraulic forces. In the absence of a magnetic stop, it is therefore not possible to use the power electronics to control the pump at variable speed, and in particular at low speed.
Comme il est visible sur la figure 4 relative à un second mode de réalisation de la motopompe, il est possible d'utiliser une roue de pompe 20 comportant des éléments de rotor 21 et 21', par exemple constitués par des aimants permanents, disposés sur deux faces opposées de la roue de pompe 20 perpendiculaires à l'axe de rotation de la pompe. Comme précédemment, les éléments de rotor 21 et 21 ' sont répartis suivant toute la circonférence de la roue 20 de la pompe. On utilise alors deux stators 22 et 22' logés respectivement dans le flasque avant 2a et dans le flasque arrière 2b du corps 2 de la pompe, les éléments de rotor 21 et 21' étant en vis-à-vis respectivement des éléments de stator 22 et 22'. Mise à part l'utilisation d'un double rotor et de deux stators, la structure de la pompe selon le second mode de réalisation est identique à la structure de la pompe selon le premier mode de réalisation.As can be seen in FIG. 4 relating to a second embodiment of the motor-driven pump, it is possible to use a pump wheel 20 comprising rotor elements 21 and 21 ′, for example constituted by permanent magnets, placed on two opposite faces of the pump impeller 20 perpendicular to the axis of rotation of the pump. As before, the rotor elements 21 and 21 ′ are distributed along the entire circumference of the impeller 20 of the pump. Two stators 22 and 22 ′ are then used, housed respectively in the front flange 2a and in the rear flange 2b of the body 2 of the pump, the rotor elements 21 and 21 ′ being opposite respectively the stator elements 22 and 22 '. Apart from the use of a double rotor and two stators, the structure of the pump according to the second embodiment is identical to the structure of the pump according to the first embodiment.
En particulier, l'équilibrage axial de la partie tournante de la pompe constituée par la roue de pompe et le rotor est assuré par des butées de type magnétique. Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 4, on utilisera deux ensembles de butées magnétiques disposés de part et d'autre du rotor.In particular, the axial balancing of the rotating part of the pump constituted by the pump wheel and the rotor is ensured by magnetic type stops. In the case of the embodiment shown in Figure 4, we will use two sets of magnetic stops arranged on either side of the rotor.
En effet, l'attraction exercée sur le double rotor par les éléments de stator 22 et 22' dans la direction axiale, dans les deux sens, ne permet pas d'obtenir un équilibrage suffisamment stable pendant le fonctionnement de la pompe.Indeed, the attraction exerted on the double rotor by the stator elements 22 and 22 'in the axial direction, in both directions, does not allow a sufficiently stable balancing to be obtained during the operation of the pump.
Les éléments de rotor 21 et 21', placés sur les faces opposées de la roue sont disposés de part et d'autre de la veine fluide circulant à l'intérieur des canaux 13 de la roue de pompe.The rotor elements 21 and 21 ', placed on the opposite faces of the impeller, are arranged on either side of the fluid flow flowing inside the channels 13 of the pump impeller.
Le second mode de réalisation de la pompe permet d'augmenter la puissance de la pompe en réalisant l'entraînement par deux moteurs électriques en parallèle.The second embodiment of the pump makes it possible to increase the power of the pump by carrying out the drive by two electric motors in parallel.
Comme il est visible sur la figure 5 relative à un troisième mode de réalisation de la pompe, il est possible, dans le cas d'une réalisation comportant deux rotors intégrés à la roue de pompe analogues aux rotors constitués par les éléments 21 et 21' du second mode de réalisation et deux stators analogues aux stators 22 et 22' du second mode de réalisation, de prévoir une double alimentation centrale de la roue de la pompe qui com- porte deux ouies 24 et 24' ouvertes de part et d'autre de la roue, de direction axiale, qui sont prolongées par des paires de canaux symétriques par rapport à un plan transversal du moteur, de trace 27 sur la figure 3, qui se rejoignent sous la forme d'un canal unique 26 de direction radiale.As can be seen in FIG. 5 relating to a third embodiment of the pump, it is possible, in the case of an embodiment comprising two rotors integrated into the pump wheel similar to the rotors constituted by the elements 21 and 21 ' of the second embodiment and two stators similar to the stators 22 and 22 'of the second embodiment, of providing a double central supply to the pump impeller which includes two openings 24 and 24' open on either side of the wheel, of axial direction, which are extended by pairs of channels symmetrical with respect to a transverse plane of the motor, of trace 27 in FIG. 3, which meet in the form of a single channel 26 of radial direction.
Dans ce cas, le corps de pompe comporte deux ouvertures d'arrivée de fluide 25 et 25' alignées axialement et débouchant chacune dans une ouie 24, 24' de la roue de pompe 23. On peut ainsi doubler le débit de la pompe. Dans ce cas également la pompe doit comporter des butées magnétiques d'équilibrage axial de la roue de pompe. Au lieu d'une seule roue de pompe, la motopompe suivant l'invention peut comporter plusieurs roues de pompe calées sur un même arbre ou sur au moins deux arbres différents et par exemple deux roues de pompe, comme dans le cas du quatrième mode de réalisation de la motopompe re- présentée sur la figure 6, du cinquième mode de réalisation de la motopompe représentée sur la figure 7 et du sixième mode de réalisation de la figure 8.In this case, the pump body has two fluid inlet openings 25 and 25 'axially aligned and each opening into a hole 24, 24' of the pump wheel 23. It is thus possible to double the flow rate of the pump. In this case also the pump must include magnetic stops for axial balancing of the pump impeller. Instead of a single pump wheel, the motor pump according to the invention can comprise several pump wheels fixed on the same shaft or on at least two different shafts and for example two pump wheels, as in the case of the fourth mode of embodiment of the motor-pump shown in FIG. 6, of the fifth embodiment of the motor-pump represented in FIG. 7 and of the sixth embodiment of FIG. 8.
Les roues de pompe disposées successivement dans la direction axiale de la motopompe et les parties correspondantes de la cavité du corps de pompe constituent des étages successifs de pompage.The pump wheels arranged successively in the axial direction of the motor pump and the corresponding parts of the cavity of the pump body constitute successive pumping stages.
Dans le cas du quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 6, le corps de pompe 2 comporte, en plus d'un flasque avant 2a, d'un flasque arrière 2b et d'un élément de paroi latérale 2c, deux plaques de fermeture arrière 2d et 2'd. Entre ces différents éléments constituant le corps de pompe qui sont assemblés entre eux, sont intercalés des joints statiques permettant d'assurer une fermeture étanche du corps de pompe qui comporte deux cavités 28 et 28' successives constituant respectivement, avec une première roue de pompe 30 et avec une seconde roue de pompe 30', deux étages successifs de la pompe. La première roue de pompe 30 et la seconde roue de pompe 30' sont calées sur un même arbre 31 ayant pour axe l'axe 3 de la pompe.In the case of the fourth embodiment shown in FIG. 6, the pump body 2 comprises, in addition to a front flange 2a, a rear flange 2b and a side wall element 2c, two closure plates rear 2d and 2'd. Between these various elements constituting the pump body which are assembled together, there are interposed static seals making it possible to ensure a tight closure of the pump body which comprises two successive cavities 28 and 28 'constituting respectively, with a first pump wheel 30 and with a second pump wheel 30 ′, two successive stages of the pump. The first pump wheel 30 and the second pump wheel 30 'are fixed on the same shaft 31 having the axis 3 of the pump as its axis.
La première roue de pompe 30 et la seconde roue de pompe 30' comportent, à leur partie centrale, une ouie d'arrivée de fluide de direction sensiblement axiale et une pluralité de canaux reliés à l'ouie de la roue de pompe, de direction sensiblement radiale.The first pump wheel 30 and the second pump wheel 30 ′ have, at their central part, an inlet port for substantially axial direction fluid and a plurality of channels connected to the outlet for the pump wheel, direction substantially radial.
Des éléments de rotor tels que des aimants permanents 32 sont intégrés à la seconde roue de pompe 30' et placés dans une face latérale de la roue de pompe 30' perpendiculaire à l'axe 3 de la pompe, dans une disposition circonférentielle. Les éléments de rotor 32, intégrés à la seconde roue de pompe 30', sont placés dans la face latérale arrière de la roue de pompe 30', en vis-à-vis d'un stator 35 monté dans le flasque arrière 2b du corps de pompe. De plus, le flasque arrière 2b du corps de pompe 2 est traversé par la conduite 5 de sortie de fluide, de direction radiale et par un canal de passage des câbles d'alimentation du stator 35.Rotor elements such as permanent magnets 32 are integrated into the second pump wheel 30 'and placed in a lateral face of the pump wheel 30' perpendicular to the axis 3 of the pump, in a circumferential arrangement. The rotor elements 32, integrated into the second pump wheel 30 ', are placed in the rear lateral face of the pump wheel 30', opposite a stator 35 mounted in the rear flange 2b of the body pump. In addition, the rear flange 2b of the pump body 2 is crossed by the fluid outlet pipe 5, in a radial direction and by a channel for the passage of the stator supply cables 35.
Aucun élément de rotor n'est intégré à la première roue de pompe 30 qui n'a qu'un rôle hydraulique. L'entraînement en rotation des roues 30 et 30' et de l'arbre 31 de la pompe est assuré par le moteur constitué par les éléments de rotor 32 et le stator 35.No rotor element is integrated into the first pump wheel 30 which has only a hydraulic role. The wheels 30 and 30 ′ and the shaft 31 of the pump are driven in rotation by the motor constituted by the rotor elements 32 and the stator 35.
Les paliers de l'ensemble tournant constitué par la première roue de pompe 30, la seconde roue de pompe 30' et l'arbre 31 sont portés, respecti- vement, par le flasque avant 2a et la première roue de pompe 30 et par la plaque de fermeture 2'd et la partie arrière de l'arbre 31. Des éléments de butées magnétiques sont fixés sur la roue de pompe 30' et sur une partie en vis-à-vis du corps de pompe 2.The bearings of the rotating assembly constituted by the first pump wheel 30, the second pump wheel 30 'and the shaft 31 are carried, respectively, by the front flange 2a and the first pump wheel 30 and by the closing plate 2'd and the rear part of the shaft 31. Magnetic stop elements are fixed on the pump impeller 30 'and on a part opposite the pump body 2.
L'élément de paroi latérale 2c du corps de pompe 2 comporte deux parois transversales 33 et 33' délimitant un espace de sortie du fluide du premier étage de la pompe constitué par la cavité 28 et la roue 30 et un passage de guidage du fluide vers l'entrée du second étage de la pompe constitué par la seconde roue 30' et la cavité 28'. La paroi 33 comporte au moins une ouverture 34 de passage du fluide sortant du premier étage de la pompe.The side wall element 2c of the pump body 2 has two transverse walls 33 and 33 ′ delimiting a fluid outlet space from the first stage of the pump constituted by the cavity 28 and the impeller 30 and a passage for guiding the fluid to the inlet of the second stage of the pump constituted by the second impeller 30 'and the cavity 28'. The wall 33 has at least one opening 34 for the passage of the fluid leaving the first stage of the pump.
L'utilisation de deux étages successifs de pompage permet d'augmenter la pression du fluide dans la seconde cavité du corps de pompe 28' et dans le canal de sortie 5 de la pompe.The use of two successive pumping stages makes it possible to increase the pressure of the fluid in the second cavity of the pump body 28 ′ and in the outlet channel 5 of the pump.
Dans le cas du cinquième mode de réalisation représenté sur la figure 7, la motopompe suivant l'invention comporte deux roues de pompe 36 et 36', dans chacune desquelles sont intégrés des éléments de rotor 37 et 37', tels que des aimants permanents, placés dans des faces transversales des roues 36 et 36' en vis-à-vis de stators 38 et 38' montés dans le corps de pompe ainsi que des éléments de butées magnétiques en vis-à-vis d'élé- ments correspondants portés par le corps de pompe.In the case of the fifth embodiment shown in FIG. 7, the motor pump according to the invention comprises two pump wheels 36 and 36 ', in each of which are integrated rotor elements 37 and 37', such as permanent magnets, placed in transverse faces of the wheels 36 and 36 'facing stators 38 and 38' mounted in the pump body as well as magnetic abutment elements facing corresponding elements carried by the pump body.
Le corps de pompe 2 comporte un flasque avant 2a, un premier flasque arrière 2b, un second flasque arrière 2'b, un élément latéral de fermeture 2c et deux plaques de fermeture arrière 2d et 2'd. Entre les éléments successifs du corps de pompe, qui sont assemblés entre eux, sont intercalés des joints toriques d'étanchéité statique.The pump body 2 comprises a front flange 2a, a first rear flange 2b, a second rear flange 2'b, a lateral closing element 2c and two rear closing plates 2d and 2'd. Between the successive elements of the pump body, which are assembled together, are interposed static O-rings.
Le premier stator 38, disposé en vis-à-vis des éléments de rotor 37 de la première roue de pompe 36, est fixé sur le premier flasque arrière 2b. Les éléments du stator 38', disposés en vis-à-vis des éléments de rotor 37' intégrés à la seconde roue de pompe 36', sont fixés dans des cavités du second flasque arrière 2'b du corps de pompe.The first stator 38, disposed opposite the rotor elements 37 of the first pump wheel 36, is fixed to the first rear flange 2b. The elements of the stator 38 ', arranged opposite the rotor elements 37' integrated into the second pump wheel 36 ', are fixed in cavities of the second rear flange 2'b of the pump body.
Des parties radiales du premier flasque arrière 2b et de l'élément de fermeture transversale 2c du corps de pompe définissent un chemin de cir- culation du fluide dont on assure le pompage, entre un premier étage de pompage constitué par la première roue 36 et par une première cavité 39 du corps de pompe et le second étage de pompage constitué par la seconde roue de pompage 36' et par une seconde cavité de pompage 39' du corps de pompe communiquant avec la sortie radiale 5 de la pompe. La partie radiale délimitant le passage de fluide du premier flasque arrière 2b est percée d'une ouverture de passage axial du fluide dont on réalise le pompage.Radial parts of the first rear flange 2b and of the transverse closure element 2c of the pump body define a path for circulation of the fluid which is pumped, between a first pumping stage constituted by the first impeller 36 and by a first cavity 39 of the pump body and the second pumping stage constituted by the second pump impeller 36 'and by a second pumping cavity 39' of the pump body communicating with the radial outlet 5 of the pump. The radial part delimiting the passage of fluid from the first rear flange 2b is pierced with an opening for axial passage of the fluid which is pumped.
L'ensemble mobile de la pompe, constitué par la première roue de pompe 36, la seconde roue de pompe 36' et un arbre 41 sur lequel sont ca- lées les roues de pompe 36 et 36', est monté rotatif dans le corps de pompe 2 et entraîné en rotation par le premier moteur électrique constitué par le stator 38 et les éléments de rotor 37 et par le second moteur électrique constitué par le second stator 38' et les seconds éléments de rotor 37'.The mobile pump assembly, consisting of the first pump wheel 36, the second pump wheel 36 'and a shaft 41 on which the pump wheels 36 and 36' are fixed, is rotatably mounted in the body of the pump. pump 2 and driven in rotation by the first electric motor constituted by the stator 38 and the rotor elements 37 and by the second electric motor constituted by the second stator 38 'and the second rotor elements 37'.
La pression de pompage ou de compression du fluide peut être ac- crue par passages successifs dans le premier étage de pompage et dans le second étage de pompage.The pumping or compression pressure of the fluid can be increased by successive passages in the first pumping stage and in the second pumping stage.
Sur la figure 8, on a représenté un sixième mode de réalisation d'une motopompe suivant l'invention. Les éléments correspondants sur les figures 7 et 8 sont affectés des mêmes repères. La seule différence entre les moto- pompes selon les cinquième et sixième modes de réalisation est que, dans le cas du cinquième mode de réalisation, les deux roues de pompe 36 et 36' sont fixées respectivement, sur des arbres indépendants 41 et 41 ' montés rotatifs par l'intermédiaire de deux paliers dans le corps de pompe 2 et rete- nus axialement, chacun par un ensemble à butées axiales comportant des éléments magnétiques tels que des aimants ou des bobinages. Grâce à ce montage à arbres indépendants (ou à tout autre montage rotatif indépendant dans le corps de pompe), les deux roues de pompe 36 et 36' peuvent tour- ner à des vitesses différentes et réglables de manière indépendante l'une de l'autre. En particulier, le réglage indépendant de la vitesse de la roue 36 de l'étage d'entrée de la pompe permet de régler l'effet de cavitation. La motopompe peut comporter un nombre quelconque de roues montées rotatives indépendamment l'une de l'autre dans le corps de pompe, l'une au moins des roues portant au moins un élément de rotor placé en vis-à-vis d'un stator porté par le corps de pompe et au moins un élément magnétique de butée en vis-à-vis d'un élément magnétique solidaire du corps de pompe.In Figure 8, there is shown a sixth embodiment of a motor pump according to the invention. The corresponding elements in Figures 7 and 8 are assigned the same references. The only difference between the motor pumps according to the fifth and sixth embodiments is that, in the case of the fifth embodiment, the two pump wheels 36 and 36 'are fixed respectively, on independent shafts 41 and 41' mounted rotating through two bearings in the pump body 2 and rete- axially naked, each by an assembly with axial stops comprising magnetic elements such as magnets or coils. Thanks to this mounting with independent shafts (or any other independent rotary mounting in the pump body), the two pump wheels 36 and 36 ′ can turn at different speeds and independently adjustable from one of the other. In particular, the independent adjustment of the speed of the wheel 36 of the input stage of the pump makes it possible to adjust the cavitation effect. The motor pump can include any number of wheels mounted to rotate independently of one another in the pump body, at least one of the wheels carrying at least one rotor element placed opposite a stator. carried by the pump body and at least one magnetic abutment element opposite a magnetic element integral with the pump body.
Pour tous les modes de réalisation décrits, l'encombrement total de la pompe est réduit par le fait que le ou les rotors du ou des moteurs électri- ques d'entraînement de la pompe sont intégrés à une roue ou à plusieurs roues de la pompe.For all the embodiments described, the total size of the pump is reduced by the fact that the rotor (s) of the electric motor (s) driving the pump are integrated into one or more wheels of the pump. .
Les pertes par frottement hydraulique sont également réduites, du fait qu'une même pièce tournante peut constituer une roue de pompe et un rotor. L'équilibrage axial de la partie tournante de la pompe est toujours assuré par des butées magnétiques associées soit à des butées mécaniques, soit à des butées hydromécaniques, soit encore à un dispositif d'équilibrage hydraulique analogue au dispositif représenté sur la figure 3.Hydraulic friction losses are also reduced, since the same rotating part can constitute a pump wheel and a rotor. The axial balancing of the rotating part of the pump is always ensured by magnetic stops associated either with mechanical stops, or with hydro-mechanical stops, or even with a hydraulic balancing device similar to the device shown in FIG. 3.
De manière générale, les butées magnétiques sont placées à l'oppo- se du ou des rotors d'entraînement de la pompe.Generally, the magnetic stops are placed opposite the pump drive rotor (s).
Le nombre de pièces à mettre en fabrication pour la réalisation de la pompe est également réduit. Non seulement l'encombrement et le poids de la pompe mais encore le coût de celle-ci peuvent être réduits grâce à la disposition suivant l'invention. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.The number of parts to be manufactured for the realization of the pump is also reduced. Not only the size and the weight of the pump but also the cost thereof can be reduced thanks to the arrangement according to the invention. The invention is not limited to the embodiments which have been described.
C'est ainsi que le nombre de roues et d'étages de pompage successifs peuvent être quelconques, en fonction des caractéristiques attendues de la pompe. Chacun des étages successifs de la pompe peut comporter une roue de pompe équipée d'éléments de rotor ou une roue de pompe ne comportant pas d'éléments de rotor, l'un des étages de la pompe au moins comportant cependant une roue de pompe dans laquelle sont intégrés des élé- ments de rotor disposés en vis-à-vis d'un stator porté par le corps de pompe. Les roues de pompes peuvent être réalisées sous forme modulaire et assemblées éventuellement avec un composant modulaire de rotor intégrant les éléments rotoriques. L'élément modulaire de la roue de pompe et le composant modulaire de rotor sont assemblés face contre face, de manière que le composant modulaire de rotor présente une face transversale perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue de pompe.This is how the number of successive wheels and pumping stages can be any, depending on the expected characteristics of the pump. Each of the successive stages of the pump can comprise a pump wheel fitted with rotor elements or a pump wheel not comprising rotor elements, at least one of the stages of the pump comprising however a pump wheel in which are integrated with rotor elements arranged opposite a stator carried by the pump body. The pump wheels can be produced in modular form and optionally assembled with a modular rotor component integrating the rotor elements. The modular element of the pump impeller and the modular rotor component are assembled face to face, so that the modular rotor component has a transverse face perpendicular to the axis of rotation of the pump impeller.
Les roues de pompes peuvent être également réalisées sous forme monobloc et comporter des cavités pour loger et fixer des éléments de rotor. L'invention s'applique au pompage ou à la compression de tout fluide dans une pompe ou compresseur centrifuge ayant un corps étanche. The pump wheels can also be produced in a single piece and include cavities for housing and fixing the rotor elements. The invention applies to the pumping or compression of any fluid in a centrifugal pump or compressor having a sealed body.

Claims

WO-OO/37804 PCT/FR99/03241WO-OO / 37804 PCT / FR99 / 03241
2222
REVENDICATIONS 1.- Dispositif motorisé à circulation centrifuge d'un fluide, tel qu'une motopompe ou un moto-compresseur, comportant un corps (2) étanche et au moins une roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') montée rotative autour d'un axe de rotation (3) dans le corps étanche (2) comprenant au moins une arrivée de fluide (4, 24, 24') à sa partie centrale et une pluralité de canaux (13, 26) de circulation de fluide de direction sensiblement radiale, entre l'arrivée de fluide centrale (4, 24, 24') et la périphérie de la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') ainsi qu'un moteur électrique d'entraînement de la roue comportant un stator (17, 22, 22', 35, 38, 38') et un rotor solidaire en rotation de la roue, caractérisé par le fait :CLAIMS 1.- Motorized device with centrifugal circulation of a fluid, such as a motor pump or a motor-compressor, comprising a sealed body (2) and at least one wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36 , 36 ') rotatably mounted around an axis of rotation (3) in the sealed body (2) comprising at least one fluid inlet (4, 24, 24') at its central part and a plurality of channels (13, 26) for circulation of fluid in a substantially radial direction, between the central fluid inlet (4, 24, 24 ') and the periphery of the wheel (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36 ') as well an electric motor for driving the wheel comprising a stator (17, 22, 22 ', 35, 38, 38') and a rotor integral in rotation with the wheel, characterized by the fact:
- que le rotor (16, 21 , 21', 32, 37, 37') réalisé sous forme discoïde est intégré à la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') et disposé en vis-à-vis d'au moins un élément du stator (17, 22, 22', 35, 38, 38') fixé dans le corps étan- che (2) du dispositif, et.- that the rotor (16, 21, 21 ', 32, 37, 37') produced in discoid form is integrated into the wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36') and arranged in screw- with respect to at least one element of the stator (17, 22, 22 ', 35, 38, 38') fixed in the watertight body (2) of the device, and.
- que la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') porte sur au moins une face latérale en vis-à-vis d'une partie du corps étanche (2), au moins un élément magnétique (18c, 18'c) placé en vis-à-vis d'un élément magnétique correspondant (18a, 18'a, 18b, 18'b) solidaire de la partie du corps étanche(2) pour constituer au moins une butée exerçant sur la roue une force d'origine magnétique de direction axiale.- that the wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36') bears on at least one lateral face facing a part of the sealed body (2), at least one magnetic element (18c, 18'c) placed opposite a corresponding magnetic element (18a, 18'a, 18b, 18'b) integral with the part of the sealed body (2) to constitute at least one stop exerting on the wheel a force of magnetic origin of axial direction.
2.- Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'un des éléments (18a, 18b) de la butée magnétique d'équilibrage axial du rotor comporte au moins un aimant permanent (18b). 2.- Device according to claim 1, characterized in that one of the elements (18a, 18b) of the magnetic stop for axial balancing of the rotor comprises at least one permanent magnet (18b).
3.- Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'un des éléments magnétiques (18'a, 18'b) de la butée magnétique d'équilibrage axial du rotor comporte au moins un bobinage (18'b), la butée étant une butée électromagnétique commandée en fonction d'un signal d'un capteur (47) de position de la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') du dispositif. 3.- Device according to claim 1, characterized in that one of the magnetic elements (18'a, 18'b) of the magnetic stop for axial balancing of the rotor comprises at least one coil (18'b), the stop being an electromagnetic stop controlled according to a signal from a wheel position sensor (47) (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36') of the device.
4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 , 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus deux butées mécaniques (9a, 7b, 14) de retenue axiale de la roue (10) et du rotor (16), dans un premier sens et dans un second sens, disposées de part et d'autre de la partie tour- nante du dispositif constituée par la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') et le rotor (16) intégré à la roue.4.- Device according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that it further comprises two mechanical stops (9a, 7b, 14) for axial retention of the wheel (10) and the rotor ( 16), in a first direction and in a second direction, arranged on either side of the tour- nante of the device constituted by the wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36') and the rotor (16) integrated into the wheel.
5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus deux butées hydrodynamiques (9a, 7b, 14) de retenue axiale de la partie tournante du dispositif constitué par la roue de pompe (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36') et le rotor (16), dans un premier sens et dans un second sens, disposées de part et d'autre de la partie tournante du dispositif, chacune des butées hydrodynamiques comportant une pièce fixe en rotation et une pièce rotative séparées l'une de l'autre par du fluide de pompage.5.- Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises two hydrodynamic stops (9a, 7b, 14) for axial retention of the rotating part of the device constituted by the pump wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36') and the rotor (16), in a first direction and in a second direction, arranged on either side of the rotating part of the device, each of hydrodynamic stops comprising a fixed rotating part and a rotating part separated from each other by pumping fluid.
6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un dispositif d'équilibrage hydraulique comportant un espace de laminage extérieur (42) entre une partie extérieure, c'est-à-dire éloignée de l'axe (3) du rotor (16) et une partie (2a) du corps de pompe (2) communiquant avec une partie de refoulement (13) de la roue de pompe et un espace de laminage intérieur (44) entre une partie intérieure, c'est-à-dire disposée vers l'axe (3) du rotor (16) et une partie (2b) du corps de pompe (2), communiquant avec une partie d'aspiration de la roue de pompe (10), l'espace de laminage extérieur de fluide (42) et l'espace de laminage intérieur de fluide (44) étant délimités entre des surfaces du rotor (16) et des parties (2a et 2b) du corps de pompe, respectivement, sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation (3) de la roue (10) dans le corps étanche (2).6.- Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises a hydraulic balancing device comprising an outer rolling space (42) between an outer part, that is to say -display away from the axis (3) of the rotor (16) and a part (2a) of the pump body (2) communicating with a delivery part (13) of the pump impeller and an interior rolling space (44 ) between an inner part, that is to say disposed towards the axis (3) of the rotor (16) and a part (2b) of the pump body (2), communicating with a suction part of the impeller pump (10), the outer fluid rolling space (42) and the inner fluid rolling space (44) being delimited between surfaces of the rotor (16) and parts (2a and 2b) of the body pump, respectively, substantially perpendicular to the axis of rotation (3) of the wheel (10) in the sealed body (2).
7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ca- ractérisé par le fait que le stator (17) comporte, à l'intérieur de cavités d'une partie (2b) du corps étanche (2) du dispositif, des bobinages noyés, enrobés dans un matériau tel qu'une résine.7.- Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the stator (17) comprises, inside cavities of a part (2b) of the sealed body (2) of the device , embedded windings, coated in a material such as a resin.
8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que les cavités de la partie (2b) du corps étanche (2) dans lesquelles sont fixés les bobinages du stator (17) sont fermées sur une face en vis-à-vis du rotor (16) par une plaque de protection (17a) fixée dans le corps étanche (2) par serrage entre deux parties (2a, 2b) du corps étanche (2). 8.- Device according to claim 7, characterized in that the cavities of the part (2b) of the sealed body (2) in which are fixed the stator windings (17) are closed on a face opposite of the rotor (16) by a protective plate (17a) fixed in the sealed body (2) by clamping between two parts (2a, 2b) of the sealed body (2).
9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité d'éléments de rotor constitués par l'un au moins des éléments suivants : aimants permanents, bobinages, pôles saillants, répartis suivant la circonférence de la roue (10, 20, 23, 30, 30', 36, 36'), le stator (17) étant constitué par une pluralité de bobines placées en vis-à-vis de la pluralité d'éléments de rotor.9.- Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a plurality of rotor elements constituted by at least one of the following elements: permanent magnets, coils, salient poles, distributed along the circumference of the wheel (10, 20, 23, 30, 30 ', 36, 36'), the stator (17) being constituted by a plurality of coils placed opposite the plurality of elements rotor.
10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une seule roue (10) comportant une seule arrivée de fluide (4) d'un côté de l'une des faces latérales de la roue (10) ou face d'entrée de la roue et au moins un élément de rotor (16b) intégré à la roue (10) sur la face latérale de la roue opposée à la face d'entrée.10.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a single wheel (10) having a single fluid inlet (4) on one side of one of the side faces of the wheel (10) or entry face of the wheel and at least one rotor element (16b) integrated into the wheel (10) on the side face of the wheel opposite the entry face.
11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une seule roue (20) ayant une seule arrivée de fluide du côté de la face latérale d'entrée de la roue (20) et au moins un élément de rotor (21, 21 ') sur chacune des faces latérales de la roue en vis-à-vis d'éléments de stator (22, 22').11.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a single wheel (20) having a single fluid inlet on the side of the entry side face of the wheel (20) and at least one rotor element (21, 21 ') on each of the side faces of the wheel opposite the stator elements (22, 22').
12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une seule roue (23) comportant deux arrivées de fluide (24, 24') à sa partie centrale du côté d'une première face laté- raie de la roue et du côté d'une seconde face opposée à la première et au moins un élément de rotor sur chacune des faces latérales de la roue en vis- à-vis d'au moins un élément de stator porté par le corps (2) du dispositif.12.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a single wheel (23) having two fluid inlets (24, 24 ') at its central part on the side of a first side face of the wheel and on the side of a second face opposite to the first and at least one rotor element on each of the side faces of the wheel opposite at least one stator element carried by the body (2) of the device.
13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux roues (30, 30') fixées suc- cessivement dans la direction axiale (3) sur un arbre (31) monté rotatif dans le corps de pompe (2), l'une au moins des roues de pompe (30') comportant au moins un élément de rotor (32) intégré à la roue (30') sur au moins une face latérale de la roue (30') et disposé en vis-à-vis d'au moins un élément de stator (35). 13.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises at least two wheels (30, 30 ') successively fixed in the axial direction (3) on a shaft (31) rotatably mounted in the pump body (2), at least one of the pump wheels (30 ') comprising at least one rotor element (32) integrated into the impeller (30') on at least one side face of the wheel (30 ') and arranged opposite at least one stator element (35).
14.- Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux roues (36, 36') fixées successivement dans la direction axiale (3) de la pompe sur un arbre (41) monté rotatif dans le corps de pompe (2), au moins un élément de rotor (37, 37') étant intégré à cha- WO-ΘO/37804 PCT/FR99/0324114.- Device according to claim 13, characterized in that it comprises at least two wheels (36, 36 ') successively fixed in the axial direction (3) of the pump on a shaft (41) rotatably mounted in the body pump (2), at least one rotor element (37, 37 ') being integrated in each WO-ΘO / 37804 PCT / FR99 / 03241
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cune des roues (36, 36'), sur au moins une face latérale de chacune des roues (36, 36') et disposé en vis-à-vis d'au moins un élément de stator (38, 38').one of the wheels (36, 36 '), on at least one lateral face of each of the wheels (36, 36') and arranged opposite at least one stator element (38, 38 ').
15.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux roues (36, 36') montées rotatives indépendamment l'une de l'autre, dans le corps de pompe (2), l'une au moins des roues (36, 36') portant au moins un élément de rotor (37, 37') placé en vis-à-vis d'un stator (38, 38') porté par le corps de pompe (2). 15.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises at least two wheels (36, 36 ') rotatably mounted independently of one another, in the pump body ( 2), at least one of the wheels (36, 36 ') carrying at least one rotor element (37, 37') placed opposite a stator (38, 38 ') carried by the body pump (2).
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