Turbopompe

Description

[0001] L'invention concerne les turbomachines comprenant une pompe, ayant une entrée et une sortie, et une turbine hydraulique qui a une entrée et une sortie distinctes de celles de la pompe, qui est calée sur le même arbre que la pompe, dont l'extrémité haute pression est accolée à l'extrémité haute pression de la pompe et qui communique avec celle-ci par leur extrémité accolée.

[0002] On connaît un groupe pompe-turbine, dit groupe isogyre, d'une grande compacité, dont la turbomachine regroupe en une même ensemble tournant une roue de turbine et une roue de pompe, adossées l'une à l'autre, calées sur le même arbre et desservies par une même entrée et une même sortie. Des vannes-fourreaux indépendantes sont disposées l'une à l'entrée de la roue-turbine, l'autre à la sortie de la roue-pompe. Ces vannes permettent d'isoler une roue, lorsque l'autre travaille. Ce groupe peut fonctionner au choix en pompe ou en turbine, mais non les deux à la fois.

[0003] La turbopompe suivant l'invention, elle aussi d'une grande compacité, se distingue radicalement de ce type antérieur de groupe pompe-turbine en ce que le fonctionnement en turbine hydraulique et celui en pompe s'y effectue simultanément, le fonctionnement en turbine hydraulique récupérant de l'énergie, notamment pour les besoins de celui en pompe. La turbomachine suivant l'invention est normalement dépourvue de tout moyen pour interrompre le fonctionnement de la pompe quand la turbine hydraulique fonctionne ou vice-versa.

[0004] Au CH-A-87 088 et au US-A-3 105 632, on décrit des turbomachines du type mentionné dans le préambule de la revendication principale et destinées à traiter des gaz, notamment de l'air.

[0005] Ces turbomachines ne sont pas destinées à traiter des liquides. En outre, elles comportent nécessairement des paliers alimentés indépendamment en fluide, ce qui complique leur fabrication et leur fonctionnement.

[0006] L'invention pallie ces inconvénients par une turbomachine du type mentionné au préambule de la revendication principale mais destinée à traiter un liquide et caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce intermédiaire de révolution qui définit, entre une face latérale intérieure et une face latérale extérieure, une volute de pompe et une bâche de turbine hydraulique de part et d'autre d'une plane perpendiculaire aux faces latérales et qui supporte un palier hydrostatique dont la chambre communique avec la pompe.

[0007] Le liquide sortant de la pompe peut aller à une installation de traitement puis revenant de celle-ci, en ayant éventuellement une formulation et un état modifiés, mais en étant encore sous pression, entrer dans la turbine hydraulique pour entraîner l'arbre et donc contribuer au fonctionnement de la pompe. Comme la pompe et la turbine hydraulique sont accolées par leur extrémité haute pression, la turbomachine ne doit être rendue étanche vis-à-vis de l'extérieur, suivant la direction axiale, qu'à ses extrémités libres se trouvant à pression basse.

[0008] On utilise le liquide pompé lui-même comme fluide de paliers, ce qui permet de mettre un palier en la position la plus souhaitée au centre de la machine tout en récupérant d'ailleurs l'énergie du liquide nécessaire au palier sur la turbine hydraulique. Cela simplifie beaucoup les circuits d'alimentation du palier dont la portance s'établit en jouant sur la différence de pression du liquide à la sortie de la pompe et à l'entrée de la turbine hydraulique.

[0009] Pour que les pressions sur le palier soient équilibrées, il est bon d'interposer un labyrinthe entre la chambre du palier et la pompe.

[0010] Une machine menante fournissant un appoint d'énergie pour le pompage peut attaquer l'arbre commun. De préférence, cette machine est disposée du côté de l'extrémité libre de la pompe, de manière que celle-ci reçoive de l'énergie des deux côtés.

[0011] Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple:

la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une turbomachine suivant l'invention; et

la figure 2 est un schéma d'une variante.

[0012] La turbomachine représentée comprend essentiellement un arbre 1 entraînant en rotation des impulseurs logés dans une pompe 2 fixe et des roues de turbine logées dans une turbine hydraulique 3 fixe, ces deux éléments étant accolés par leurs extrémités haute pression.

[0013] La pompe 2, à l'extrémité libre, a une ouverture d'entrée 4 radiale débouchant devant un impulseur 5 suivi d'un diffuseur 6 d'un premier étage, lequel est suivi de quatre étages identiques, si ce n'est que la volute 7 formant le diffuseur du dernier étage est ménagée dans une pièce 8 intermédiaire de révolution ayant une face 9 latérale extérieure et une face 10 latérale intérieure. Une ouverture radiale 11 de sortie de la pompe 2 débouche dans la volute 7. La pièce 8 intermédiaire définit aussi une bâche 12, débouchant sur une première roue 13 de turbine, symétrique de la volute 7 de pompe par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 1. La pièce 8 fixe supporte l'arbre 1 par l'intermédiaire d'une palier 14 hydrostatique dont la chambre 15 communique par un labyrinthe 16 avec l'extrémité accolée de la pompe 2 et par un conduit 17 de retour basse pression avec l'extrémité accolée de la turbine hydraulique 3.

[0014] Celui-ci se poursuit par deux autres étages de turbine identiques au premier.

[0015] Dans la pièce 8 intermédiaire est ménagée une ouverture 18 radiale d'entrée dans la turbine hydraulique 3. Cette ouverture 18 est diamétralement opposée à l'ouverture 11 on peut lui être perpendiculaire.

[0016] A l'extrémité libre de la turbine hydraulique 3 est ménagée une ouverture 19 radiale de sortie de la turbine hydraulique.

[0017] L'ensemble du paquet 2, 3, 8 hydraulique est maintenu par des fixations 20, tandis que, à chaque extrémité libre de la turbomachine, sont prévus des paliers 21 à huile et des pièces 22 d'étanchéité.

[0018] De l'eau de mer arrive par l'ouverture 4 d'aspiration de la pompe 2 sous une pression Po. Elle passe dans la pompe 2 et sort par l'ouverture 11 de refoulement de la pompe 2 sous une pression P1 > P0. Elle est envoyée à une installation (non représentée) d'osmose inverse dont elle revient partiellement sous une pression P2 > P pour entrer dans la turbine hydraulique 3 par l'ouverture 18 d'admission. Elle ressort par l'ouverture 19, après avoir traversé la turbine hydraulique 3, sous une pression P3 très inférieure à P2, ayant ainsi cédé de l'énergie, ce qui permet d'entraîner l'arbre 1 et contribue ainsi à faire fonctionner la pompe 2. L'économie d'énergie obtenue peut atteindre 50%.

[0019] A la figure 2, une machine 23 menante entraîne l'arbre 1 par une accouplement 24. La pompe 2 est intercalée la turbine hydraulique 3 et la machine 23.

Revendications

1. Turbomachine comprenant une pompe (2), ayant une entrée (4) et une sortie (11), et une turbine hydraulique (3) qui a une entrée (18) et une sortie (19) distinctes de celles de la pompe (2), qui est calée sur le même arbre (1) que la pompe (2), dont l'extrémité haute pression est accolée à l'extrémité haute pression de la pompe (2) et qui communique avec celle-ci par leur extrémité accolée, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce (8) intermédiaire de révolution qui définit, entre une face (10) latérale intérieure et une face (9) latérale extérieure, une volute (7) de pompe et une bâche (12) de turbine hydraulique de part et d'autre d'une plan perpendiculaire aux faces (9, 10) latérales et qui supporte un palier (14) hydrostatique dont la chambre (15) communique ave la pompe (2).

2. Turbomachine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre (15) communique avec la pompe (2) par un labyrinthe (16).

3. Turbomachine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre (15) communique avec la turbine hydraulique (3) par des canaux (17) de retour.

4. Turbomachine suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine menante (23) attaquant l'arbre (1).

5. Turbomachine suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la machine menante (23) est disposée du côté de l'extrémité libre de la pompe (2).

Ansprüche

1. Turbomaschine mit einer Pumpe (2), welche einen Einlaß (4) und einen Auslaß (11) aufweist, und mit einer hydraulischen Turbine (3), welche einen vom Einlaß und Auslaß der Pumpe (2) getrennten Einlaß (18) und Auslaß (19) aufweist, welche drehfest mit derselben Welle (1) verbunden ist wie die Pumpe (2), deren Hochdruckende mit dem Hockdruckende der Pump (2) verbunden ist und welche mit der letzteren über das mit dieser verbundene Ende in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein rotationssymmetrisches Mittelteil (8) aufweist, welches zwischen einer innen liegenden Mantelfläche (10) und einer außen liegenden Mantelfläche (9) eine Auslaßspirale (7) der Pumpe und eine Einlaßspirale (12) der hydraulischen Turbine (3) begrenzt, welche Spiralen zu beiden Seiten einer senkrecht auf den Mantelflächen (9, 10) stehenden Ebene liegen, und welches ein hydrostatisches Lager (14) trägt, dessen Kammer (15) mit der Pumpe (2) in Strömungsverbindung steht.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (15) mit der Pumpe (2) über ein Labyrinth (16) in Strömungsverbindung steht.

3. Turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (15) mit der Hydraulischen Turbine (3) über Rücklaufkanäle (17) in Strömungsverbindung steht.

4. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf die Welle (1) arbeitende Antriebsmaschine (23) aufweist.

5. Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine (23) beim freien Ende der Pumpe (2) angeordnet ist.

Claims

1. A turbomachine comprising a pump (2) having an inlet (4) and an outlet (11), and a hydraulic turbine (3), which has an inlet (18) and an outlet (19) distinct from those of the pump (2), which is fixed on the same shaft (1) as the pump (2), the high-pressure end of which is coupled to the high-pressure end of the pump (2) and which communicates with the pump (2) through their coupled ends, characterized in that it comprises an intermediate annular casing (8), which defines, between an inner side surface (10) and an outer side surface (11), a pump volute (7) and a hydraulic turbine chamber (12) on opposite sides of a plane perpendicular to said side surfaces (9, 10) and which supports a hydrostatic bearing (14) whose chamber (15) communicates with the pump (2).

2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that the chamber (15) communicates with the pump (2) through a labyrinth (16).

3. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the chamber (15) communicates with the hydraulic turbine (3) via return pipes (17).

4. Turbomachine according to any of claims 1 to 3, characterized in that it includes a driving engine (23) for driving the shaft (1).

5. Turbomachine according to claim 4, characterized in that the driving engine (23) is disposed at the free end of the pump (2).

Dessins