(19) |
|
|
(11) |
EP 0 008 260 B1 |
(12) |
FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
(45) |
Mention de la délivrance du brevet: |
|
24.03.1982 Bulletin 1982/12 |
(22) |
Date de dépôt: 19.07.1979 |
|
|
(54) |
Turbopompe
Turbinenpumpe
Turbine-driven pump
|
(84) |
Etats contractants désignés: |
|
AT BE CH DE IT LU NL SE |
(30) |
Priorité: |
07.08.1978 FR 7823250
|
(43) |
Date de publication de la demande: |
|
20.02.1980 Bulletin 1980/04 |
(71) |
Demandeur: Société Anonyme dite: Pompes Guinard |
|
92400 Courbevoie (FR) |
|
(72) |
Inventeurs: |
|
- Goulvestre, Loic Robert Yves
F-74000 Annecy (FR)
- Lepert, Claude Marc Michel
F-74000 Annecy (FR)
|
(74) |
Mandataire: Flechner, Willy |
|
CABINET FLECHNER
22, Avenue de Friedland 75008 Paris 75008 Paris (FR) |
|
|
|
Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication
de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition
au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition
doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement
de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[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.
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).
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.
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).